Две главные функции клеточной оболочки

назовите две главные функции клеточной оболочки.

Несмотря на огромное разнообразие растительных и животных клеток, все они состоят из цитоплазмы (от греч. cytos — клетка и plasma — первичная масса) и ядра, заключенного в оболочку. Цитоплазма и ядро неразрывно связаны между собой и представляют единую целостную живую систему. Ни ядро без цитоплазмы, ни цитоплазма — без ядра самостоятельно длительное время существовать не могут. Желеобразное содержимое клеток чешский физиолог Пуркинье в 1839 г. назвал протоплазмой (от греч. protos — первый). Первое понятие протоплазмы в основном совпадает с современным понятием цитоплазмы. Цитоплазма — полужидкая коллоидная масса, состоящая из тончайших нитей, мембран и зерен. Она заполняет все пространство клетки. Цитоплазма состоит из двух слоев: внутреннего, называемого эндоплазмой, и периферического — эктоплазмы, которая имеет значительно большую вязкость и лишена гранул. В состав цитоплазмы входят органоиды и включения. Органоиды цитоплазмы — эндоплазматическая сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и пластиды (имеются только в растительных клетках). Это дифференцированные постоянно встречающиеся структурные образования клетки, они имеют характерное строение и выполняют определенные функции (рис. 1). Наряду с постоянными частями клетки, какими являются органоиды, в цитоплазме имеются также различные включения. Это или запасные вещества, или продукты жизнедеятельности клетки: капли жира, гранулы белков, витамины, различные пигменты и вакуоли. Ядро Клетки обычно занимает около 1/5 ее объема. Оно отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой — мембраной. Толщина ядерной оболочки равна 0,02—0,03 мкм, но может достигать и 0,1 мкм. Юна состоит из двух слоев, внутреннего сплошного и наружного пористого. По химическому составу слои мембраны представлены главным образом протеинами и липидами. Ядерная оболочка регулирует поступление веществ из ядра в цитоплазму и обратно. В ядре содержатся ядерный сок — кариолимфа, окрашивающаяся основными красителями, хроматин и небольшие тельца, получившие названия ядрышек.

источник

Цитоплазма и ядро неразрывно связаны между собой и представляют единую целостную живую систему. Ни ядро без цитоплазмы, ни цитоплазма — без ядра самостоятельно длительное время существовать не могут. Желеобразное содержимое клеток чешский физиолог Пуркинье в 1839 г. назвал протоплазмой (от греч. protos — первый). Первое понятие протоплазмы в основном совпадает с современным понятием цитоплазмы.

Цитоплазма — полужидкая коллоидная масса, состоящая из тончайших нитей, мембран и зерен. Она заполняет все пространство клетки. Цитоплазма состоит из двух слоев: внутреннего, называемого эндоплазмой, и периферического — эктоплазмы, которая имеет значительно большую вязкость и лишена гранул.

В состав цитоплазмы входят органоиды и включения. Органоиды цитоплазмы — эндоплазматическая сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и пластиды (имеются только в растительных клетках). Это дифференцированные постоянно встречающиеся структурные образования клетки, они имеют характерное строение и выполняют определенные функции (рис. 1).

Наряду с постоянными частями клетки, какими являются органоиды, в цитоплазме имеются также различные включения. Это или запасные вещества, или продукты жизнедеятельности клетки: капли жира, гранулы белков, витамины, различные пигменты и вакуоли.

Ядро Клетки обычно занимает около 1/5 ее объема. Оно отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой — мембраной. Толщина ядерной оболочки равна 0,02—0,03 мкм, но может достигать и 0,1 мкм. Юна состоит из двух слоев, внутреннего сплошного и наружного пористого. По химическому составу слои мембраны представлены главным образом протеинами и липидами. Ядерная оболочка регулирует поступление веществ из ядра в цитоплазму и обратно.

В ядре содержатся ядерный сок — кариолимфа, окрашивающаяся основными красителями, хроматин и небольшие тельца, получившие названия ядрышек.

источник

Лекция 54. История создания клеточной теории. Клеточная оболочка. Цитоплазма

Создание и основные положения клеточной теории. Клеточная теория – важнейшее биологическое обобщение, согласно которому все живые организмы состоят из клеток. Изучение клеток стало возможным после изобретения микроскопа. В 1590 году Янсен изобрел микроскоп, в котором увеличение обеспечивалось соединением двух линз.

Впервые клеточное строение у растений (срез пробки) обнаружил английский ученый, физик Р.Гук, он же предложил термин «клетка» (1665 г.). Голландский ученый Антони ван Левенгук впервые описал эритроциты позвоночных, сперматозоиды, разнообразные микроструктуры растительных и животных клеток, различные одноклеточные организмы, в том числе бактерии.

В 1831 г. англичанин Р.Броун обнаружил в клетках ядро. В 1838 г. немецкий ботаник М.Шлейден пришел к выводу, что ткани растений состоят из клеток и что в любой растительной клетке есть ядро. Немецкий зоолог Т.Шванн показал, что из клеток состоят и ткани животных. В 1839 г. вышла книга Т.Шванна «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений, в которой он доказывает, что клетки, содержащие ядра, представляют собой структурную и функциональную основу всех живых существ. Основные положения клеточной теории Т. Шванна можно сформулировать следующим образом.

1) Клетка – элементарная структурная единица строения всех живых существ.

2) Клетки растений и животных самостоятельны, гомологичны друг другу по происхождению и структуре. М.Шдейден и Т.Шванн ошибочно считали, что главная роль в клетке принадлежит оболочке и новые клетки образуются из межклеточного бесструктурного вещества. В дальнейшем в клеточную теорию были внесены уточнения и дополнения, сделанными другими учеными.

Еще в 1827 г. академик Российской АН К.М.Бэр, открыв яйцеклетки млекопитающих, установил, что все организмы начинают свое развитие с одной клетки, представляющей собой оплодотворенное яйцо. Это открытие показало, что клетка является не только единицей строения, но и единицей развития всех живых организмов.

В 1855 г. немецкий врач Р.Вирхов приходит к выводу, что клетка может возникнуть только из предшествующей клетки.

На современном уровне развития биологии основные положения клеточной теории можно представить следующим образом.

1. Клетка – элементарная живая система, единица строения, жизнедеятельности, размножения и индивидуального развития организмов.

2. Клетки всех живых организмов сходны (гомологичны) по строению и химическому составу.

3. Новые клетки возникают только путем деления ранее существовавших клеток.

4. Клетка может быть самостоятельным организмом, осуществляющим всю полноту процессов жизнедеятельности (прокариоты и одноклеточные эукариоты). Все многоклеточные организмы состоят из клеток. Рост и развитие многоклеточного организма – следствие роста и размножения одной или нескольких исходных клеток Многоклеточные организмы представляют собой ассоциации специализированных клеток, объединенных в целостные системы, которые регулируются нервными и гуморальными механизмами.

Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла длительный путь эволюционного развития от безъядерных форм (прокариот) к ядерным (эукариотам).

6. Клеточное строение организмов – доказательство единства происхождения всего живого.

Изучения клеток осуществляется с помощью различных методов: –световой и электронной микроскопии, дифференциального ультрацентрифугирования, рентгеноструктурного анализа, хроматографии, электрофореза, микрохирургии, метода культуры клеток, метода радиоактивных изотопов и др.

Строение и функции клеточной оболочки

Клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов, осуществляющей рост, развитие, обмен веществ и энергии, хранящей и реализующей генетическую информацию. Размеры клеток достаточно широко варьируют, у человека, например, от нескольких микрометров (малые лимфоциты – 7 мкм) до 100 мкм (яйцеклетка). В среднем диаметр животных клеток равен приблизительно 20 а растительных – 40 мкм. Состоит эукариотическая клетка из трех основных частей – клеточной оболочки, цитоплазмы и ядра.

Клеточная оболочка состоит из двух слоев – плазмалеммы и наружного слоя. Плазмалемма прилегает к цитоплазме и ограничивает содержимое эукариотической клетки. Над мембраной формируется наружный слой, в животной клетке он тонкий и называется гликокаликсом (образован гликопротеинами, гликолипидами, липопротеинами), в растительной клетке – толстый, называется клеточной стенкой (образован целлюлозой), в грибной клеточная стенка образована хитином, в прокариотической клетке – муреином.

Строение мембран. Все биологические мембраны имеют общие структурные особенности и свойства. В настоящее время общепринята жидкостно-мозаичная модель строения мембраны. Основу мембраны составляет липидный бислой, образованный в основном фосфолипидами. Фосфолипиды – триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты. участок молекулы, в котором находится остаток фосфорной кислоты, называют гидрофильной головкой, участки, в которых находятся остатки жирных кислот – гидрофобными хвостами. В мембране фосфолипиды располагаются строго упорядоченно: гидрофобные хвосты молекул обращены друг к другу, а гидрофильные головки – наружу, к воде. Помимо липидов в состав мембраны входят белки (в среднем ≈60%). Они определяют большинство специфических функций мембраны (транспорт определенных молекул, катализ реакций, получение и преобразование сигналов из окружающей среды и др.).

Рис. . Строение плазмалеммы

Различают периферические белки(расположены на наружной или внутренней поверхности липидного бислоя), полуинтегральные белки(погружены в липидный бислой на различную глубину) и интегральные, или трансмембранные белки(пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом и с наружной, и с внутренней средой клетки). Интегральные белки в ряде случаев называют каналообразующими или канальными, так как их можно рассматривать как гидрофильные каналы, по которым в клетку проходят полярные молекулы (липидный компонент мембраны их бы не пропустил).

В состав мембраны могут входить углеводы (до 10%). Углеводный компонент мембран представлен олигосахаридными или полисахаридными цепями, связанными с молекулами белков (гликопротеины) или липидов (гликолипиды). В основном углеводы располагаются на наружной поверхности мембраны. Углеводы обеспечивают рецепторные функции мембраны. В животных клетках гликопротеины, липопротеины и гликолипиды образуют надмембранный комплекс – гликокаликс, имеющий толщину несколько десятков нанометров. В нем располагаются многие рецепторы клетки, с его помощью происходит адгезия клеток.

Молекулы белков, углеводов и липидов подвижны, способны перемещаться в плоскости мембраны. Толщина плазматической мембраны – примерно 7,5 нм.

Рис. Движение катионов по электрохимическому градиенту

Функции оболочки. Плазмалемма с гликокаликсом выполняют множество функций – отделяют клеточное содержимое от внешней среды, регулируют обмен веществ между клеткой и средой, место локализации различных «ферментативных конвейеров», обеспечивают связь между клетками в тканях многоклеточных организмов (адгезия), рецепторная функция связана с распознаванием сигналов.

Важнейшее свойство мембран – избирательная проницаемость, то есть мембраны хорошо проницаемы для одних вещества или молекул и плохо проницаемы (или совсем непроницаемы) для других. Это свойство регуляции обмена веществ между клеткой и внешней средой. Процесс прохождения веществ через клеточную мембрану называют транспортом веществ. Различают пассивный транспорт – процесс прохождения веществ, идущий без затрат энергии и активный транспорт–процесс прохождения веществ, идущий с затратами энергии.

Рис. . Плазмолиз и деплазмолиз в растительной клетке

При пассивном транспорте вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой, то есть по градиенту концентрации. В любом растворе имеются молекулы растворителя и растворенного вещества. Процесс перемещения молекул растворенного вещества называют диффузией, перемещения молекул растворителя – осмосом. Если молекула заряжена, то на ее транспорт влияет и электрический градиент — разность зарядов. Наружная сторона мембраны заряжена положительно, внутренняя – отрицательно, что влияет на движение через мембрану катионов и анионов. Поэтому часто говорят об электрохимическом градиенте, объединяя оба градиента вместе. Скорость транспорта зависит от величины градиента.

Различают несколько видов пассивного транспорта: простую диффузию – диффузию веществ непосредственно через липидный бислой (кислород, углекислый газ); диффузию через мембранные каналы – транспорт через каналообразующие белки (Na + , K + , Ca 2+ , Cl — ); облегченную диффузию – транспорт веществ с помощью специальных транспортных белков, каждый из которых отвечает за перемещение определенных молекул или групп родственных молекул (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды) и осмос – транспорт молекул растворителя – воды (во всех биологических системах растворителем является именно вода).

Классическим примером осмоса (движения воды через мембрану) являются явления плазмолиза и деплазмолиза. При добавлении 10% раствора поваренной соли к препарату кожицы лука наблюдается плазмолиз – ионы Na + и Сl — вызывают выход воды из протопласта клетки и отставание протопласта от клеточной стенки. При удалении раствора соли и добавлении воды идет обратный процесс – деплазмолиз.

Рис. Виды транспорта через мембрану: 1 – простая диффузия; 2 – диффузия через мембранные каналы; 3 – облегченная диффузия с помощью белков-переносчиков; 4 – активный транспорт.

Необходимость активного транспорта возникает тогда, когда необходимо обеспечить перенос через мембрану молекул против электрохимического градиента. Этот транспорт осуществляется особыми белками-переносчиками, деятельность которых требует затрат энергии. Источником энергии служат молекулы АТФ. Примером активного транспорта является работа Na + /К + -насоса (натрий-калиевого насоса), фагоцитоз и пиноцитоз.

Работа Na + /К + -насоса. Для нормального функционирования клетка должна поддерживать определенное соотношение ионов «К + » и «Na + » в цитоплазме и во внешней среде. Концентрация «К + » внутри клетки должна быть значительно выше, чем за ее пределами, а «Na + » – наоборот. Следует отметить, что «Na + » и «К + » могут свободно диффундировать через мембранные каналы. Na + /К + -насос противодействует выравниванию концентраций этих ионов и активно перекачивает «Na + » из клетки (против концентрационного и электростатичекого градиентов), а «K + » в клетку (против концентрационного, но по электростатическому градиенту).

Na + /К + -насос представляет собой трансмембранный белок, способный к конформационным изменениям, вследствие чего он может присоединять как «K + », так и «Na + ». За один цикл работы насос выводит из клетки три «Na + »и заводит два «К + » за счет энергии молекулы АТФ. На работу натрий-калиевого насоса тратится почти треть всей энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки.

Эндоцитоз – процесс поглощения клеткой крупных частиц и макромолекул. Различают два типа эндоцитоза: фагоцитоз–захват и поглощение крупных частиц (клеток, частей клеток, макромолекул) и пиноцитоз – захват и поглощение жидкого материала (раствор, коллоидный раствор, суспензия). Явление фагоцитоза открыто И.И.Мечниковым в 1882 г. При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание, края ее сливаются, и происходит отшнуровывание в цитоплазму структур, отграниченных от цитоплазмы одиночной мембраной. К фагоцитозу способны многие простейшие, некоторые лейкоциты. Пиноцитоз наблюдается в эпителиальных клетках кишечника, в эндотелии кровеносных капилляров.

Экзоцитоз – процесс обратный эндоцитозу: выведение различных веществ из клетки. При экзоцитозе мембрана пузырька сливается с наружной цитоплазматической мембраной, содержимое везикулы выводится за пределы клетки, а ее мембрана включается в состав наружной цитоплазматической мембраны. Таким способом из клеток желез внутренней секреции выводятся гормоны, у простейших – непереваренные остатки пищи.

Цитоплазма – обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром, подразделяется на гиалоплазму (основное вещество цитоплазмы), органоиды (постоянные компоненты цитоплазмы) и включения (временные компоненты цитоплазмы). Химический состав цитоплазмы – основу составляет вода (60-90% всей массы цитоплазмы), различные органические и неорганические соединения. Цитоплазма имеет щелочную реакцию. Характерная особенность цитоплазмы эукариотической клетки – постоянное движение (циклоз). Оно обнаруживается, прежде всего, по перемещению органоидов клетки, например хлоропластов. Если движение цитоплазмы прекращается, клетка погибает, так как, только находясь в постоянном движении, она может выполнять свои функции.

Гиалоплазма (цитозоль) – представляет собой бесцветный, слизистый, густой и прозрачный коллоидный раствор. Именно в ней протекают все процессы обмена веществ, она обеспечивает взаимосвязь ядра и всех органоидов. В зависимости от преобладания в гиалоплазме жидкой части или крупных молекул, различают две формы гиалоплазмы: золь – более жидкая гиалоплазма и гель – более густая гиалоплазма. Между ними возможны взаимопереходы: гель превращается в золь и наоборот. Цитоплазма объединяет все компоненты клетки в единую систему, среда для прохождения многих биохимических и физиологических процессов, среда для существования и функционирования органоидов.

Дата добавления: 2017-01-21 ; просмотров: 3777 | Нарушение авторских прав

источник

Рис. . Строение плазмалеммы

Рис. Движение катионов по электрохимическому градиенту

Рис. . Плазмолиз и деплазмолиз в растительной клетке

Различают несколько видов пассивного транспорта: простую диффузию, диффузию через белковые каналы и облегченную диффузию. Простая диффузия – диффузия веществ непосредственно через липидный бислой (диффузия молекул жирорастворимых веществ, кислорода, углекислого газа, воды).Ионы Na + , K + , Ca 2+ , Cl — проходят через мембрану через каналообразующие белки – это диффузия через мембранные каналы. Облегченная диффузия – транспорт веществ с помощью специальных транспортных белков, каждый из которых отвечает за перемещение определенных молекул или групп родственных молекул (глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды).

Транспорт молекул растворителя – воды (во всех биологических системах растворителем является именно вода) называется осмосом. Классическим примером осмоса (движения молекул воды через мембрану) являются явления плазмолиза и деплазмолиза. При добавлении 10% раствора поваренной соли к препарату кожицы лука наблюдается плазмолиз – ионы Na + и Сl — вызывают выход воды из протопласта клетки и отставание протопласта от клеточной стенки. При удалении раствора соли и добавлении воды идет обратный процесс – деплазмолиз.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Клеточная оболочка (plasmolemma) — представляет собой поверхностную периферическую структуру, которая ограничивает клетку снаружи и обеспечивает ее непосредственную связь с внеклеточной средой, а следовательно, и со всеми веществами и факторами, воздействующими на клетку.

Клеточная оболочка состоит из 3 слоев (Рис.1):

1) наружный (надмембранный) слой — гликокаликс (Glicocalyx);

2) собственно мембрана (биологическая мембрана);

3) подмембранная пластинка (кортикальный слой плазмолеммы).

Гликокаликс — образован ассоциированным с плазмолеммой гликопротеидным и гликолипидным комплексами, в состав которых входят различные углеводы. Углеводы представлены длинными, ветвящимися цепочками полисахаридов, которые связаны с белками и липидами, находящимися в составе плазмолеммы. Толщина гликокаликса 3-4 нм, он присущ практически всем клеткам животного происхождения, но с разной степенью выраженности. Полисахаридные цепочки гликокаликса являются своеобразным аппаратом, при помощи которого происходит взаимоузнавание клеток и их взаимодействие с микроокружением.

Собственно мембрана (биологическая мембрана). Структурная организация биологической мембраны наиболее полно отражена в жидкостно — мозаичной модели Сингер-Никольского, согласно которой молекулы фосфолипидов контактируют своими гидрофобными концами (хвостами), и отталкиваясь гидрофильными концами (головками), образуют сплошной двойной слой.

В билипидный слой погружены полностью интегральные белки (это преимущественно гликопротеиды), полуинтегральные белки погружены частично. Эти две группы белков в билипидном слое мембраны располагаются таким образом, что их неполярные части входят в этот слой мембраны в местах локализации гидрофобных участков липидов (хвосты). Полярная часть молекулы белка взаимодействует с головками липидов обращена в сторону водной фазы.

Кроме этого часть белков расположена на поверхности билипидного слоя, это так называемые примембранные или периферические или адсорбированные белки.

Положение белковых молекул не является жестко лимитированным и в зависимости от функционального состояния клетки может происходить их взаимное перемещение в плоскости билипидного слоя.

Такая изменчивость положения белков, и сходная с мозаикой, топография микромолекулярных комплексов поверхности клетки, дала название жидкостно-мозаичной модели биологической мембраны.

Лабильность (подвижность) структур плазмолеммы зависит от содержания в ее составе молекул холестерина. Чем больше содержится холестерина в составе мембраны, тем легче происходит перемещение макромолекулярных белков в билипидном слое. Толщина биологической мембраны 5-7 нм.

Подмембранная пластинка (кортикальный слой) образована наиболее плотной частью цитоплазмы, богатой микрофилламентами и микротрубочками, которая образует высокоорганизованную сетку, при участии которой происходит перемещение интегральных белков плазмолеммы, обеспечивается цитоскелетная и локомоторная функции клетки, реализуются процессы экзоцитоза. Толщина этого слоя составляет около 1нм.

К основным функциям, выполняемым клеточной оболочкой относятся следующие:

4) обеспечение межклеточных контактов.

Разграничение и транспорт метаболитов

Благодаря разграничению с окружающей средой клетка сохраняет своя свою индивидуальность, благодаря транспорту клетка может жить и функционировать. Обе эти функции являются взаимоисключающими и взаимодополняющими друг друга и оба процесса направлены на поддержку постоянства характеристик внутренней среды — гомеостаза клетки.

Транспорт из внешней среды внутрь клетки может быть активным и пассивным.

·Путем активного транспорта осуществляется перенос многих органических соединений против градиента плотности с затратой энергии за счет расщепления АТФ, с участием ферментных транспортных систем.

·Пассивный транспорт осуществляется путем диффузии и обеспечивает перенос воды, ионов, некоторых низкомолекулярных соединений.

Транспорт веществ из внешней среды внутрь клетки называется эндоцитозом, процесс выведения веществ из клетки носит название экзоцитоза.

Эндоцитоз делят на фагоцитоз и пиноцитоз.

Фагоцитоз — это захват и поглощение клеткой крупных частиц (бактерий, фрагментов других клеток).

Пиноцитоз — это захват микромолекулярных соединений, которые находятся в растворенном состоянии (жидкостей).

·Эндоцитоз протекает в несколько следующих друг за другом этапов:

Сорбция — поверхностью мембраны поглощаемых веществ, связывание которых с плазмолеммой определяется наличием на ее поверхность рецепторных молекул.

Образование впячиваний плазмолеммы внутрь клетки. Вначале впячивания имеют вид незамкнутых округлых пузырьков или глубоких инвагинаций.

Отшнуровывание впячиваний от плазмолеммы. Отделившиеся пузырьки свободно размещаются в цитоплазме под плазмолеммой. Пузырьки могут сливаться друг с другом.

Расщепление поглощенных частиц при помощи гидролитических ферментов, поступающих из лизосом.

Иногда встречается и такой вариант, когда частичка поглощается одной поверхностью клетки и в окружение биомембраны проходит через цитоплазму и выводится из клетки без изменений на противоположной поверхности клетки. Такое явление называется цитопемписом.

Экзоцитоз — это выведение продуктов жизнедеятельности клетки за пределы цитоплазмы.

Существует несколько разновидностей экзоцитоза:

Секреция — выделение клеткой продуктов ее синтетической деятельности, необходимых для обеспечения физиологических функций органов и систем организма.

Экскреция — выделение токсических продуктов метаболизма, которые подлежат выведению за пределы организма.

Рекреция — удаление из клетки соединений, которые не меняют своей химической структуры в процессе внутриклеточного метаболизма (вода, минеральные соли).

Клазматоз — удаление за пределы клетки отдельных ее структурных компонентов.

·Экзоцитоз состоит из ряда последовательных стадий:

накопление продуктов синтетической деятельности клетки в виде окруженных биомембранной скоплений в составе мешочков и пузырьков комплекса Гольджи;

перемещение этих скоплений из центральных участков цитоплазмы к периферии;

3) включение биомембраны мешочка в плазмолемму;

4) эвакуация содержимого мешочка в межклеточное пространство.

источник