1. Ядро, його структурна організація та функції

Клітинне ядро — обов’язковий компонент будь-якої еукаріотичної клітини і є її найважливішою частиною.
Від цитоплазми ядро ​​відокремлене оболонкою, що складається з двох мембран. В оболонці ядра є численні пори, які потрібні для того, щоб різні речовини могли потрапляти з цитоплазми в ядро ​​і навпаки.

Ядро містить генетичну інформацію і управляє життєдіяльністю клітини.
Існує два типи ядер:

• генеративні — забезпечують зберігання і передачу спадкової інформації;
• вегетативні — регулюють біосинтез білка.

Внутрішній вміст ядра отримало назву каріоплазми, або ядерного соку. У ньому розташовані хроматин і ядерце.

Хроматин являє собою нитки ДНК. Якщо клітина починає ділитися, то нитки хроматину щільно накручуються спіраллю на особливі білки, як нитки на котушку. Такі щільні утворення добре видно у мікроскоп і називаються хромосомами.

Ядерце являє собою щільне округле тіло всередині ядра. Зазвичай, у ядрі клітини буває від одного до семи ядерець. Їх добре видно між поділами клітини, а під час поділу ядерця руйнуються.

• поверхневий апарат — складається з двох мембран: зовнішньої та внутрішньої, що пронизані порами з поросомами; забезпечує вибіркову проникливість, контролює обмін речовин між ядром та цитоплазмою. Ядерна оболонка називається каріолемою;
• ядерний матрикс — ниткоподібні опорні структури; забезпечує впорядковане розташування нуклеїнових кислот та регуляцію процесів;
• хроматин — ДНК, низькомолекулярні білки; основна функція — утворення хромосом та збереження інформації;
• ядерце — округлі, ущільнені ділянки ядра, що складаються з \(80\) % білка та \(10\) — \(15\) % РНК.

Ядро клітини

Клітинне ядро ​​— це мембранна структура, яка містить спадкову інформацію клітини та контролює її ріст і розмноження. Це командний центр еукаріотичної клітини і зазвичай є найбільш помітною органелою клітини як за розміром, так і за функціями.

функція

Ключовою функцією ядра є контроль росту та розмноження клітин. Це включає в себе регуляцію експресії генів, ініціацію клітинного відтворення та зберігання генетичного матеріалу, необхідного для всіх цих завдань. Для того, щоб ядро ​​могло виконувати важливі репродуктивні функції та іншу діяльність клітини, йому потрібні білки та рибосоми.

Синтез білків і рибосом

Ядро регулює синтез білків у цитоплазмі за допомогою інформаційної РНК (мРНК). Матрична РНК – це транскрибований сегмент ДНК, який служить шаблоном для виробництва білка. Він виробляється в ядрі і потрапляє в цитоплазму через ядерні пори ядерної оболонки, про що ви прочитаєте нижче. Потрапивши в цитоплазму, рибосоми та інша молекула РНК, яка називається транспортною РНК , працюють разом, щоб транслювати мРНК з метою виробництва білків.

Фізичні характеристики

Форма ядра змінюється від клітини до клітини, але часто зображується як сферична. Щоб більше зрозуміти роль ядра, прочитайте про будову та функції кожної з його частин.

Ядерна оболонка та ядерні пори

Ядро клітини пов’язане подвійною мембраною, яка називається ядерною оболонкою . Ця мембрана відокремлює вміст ядра від цитоплазми , гелеподібної речовини, що містить усі інші органели. Ядерна оболонка складається з фосфоліпідів , які утворюють ліпідний подвійний шар, подібний до клітинної мембрани. Цей ліпідний подвійний шар має ядерні пори , які дозволяють речовинам входити в ядро ​​і виходити з нього або переходити з цитоплазми в нуклеоплазму.

Ядерна оболонка допомагає підтримувати форму ядра. Він з’єднаний з ендоплазматичним ретикулумом (ER) таким чином, що внутрішня камера ядерної оболонки є безперервною з просвітом, або всередині, ER. Це також дозволяє передавати матеріали.

Хроматин

У ядрі знаходяться хромосоми , що містять ДНК. ДНК містить інформацію про спадковість та інструкції для росту, розвитку та розмноження клітин. Коли клітина «відпочиває» або не ділиться, її хромосоми організовані в довгі заплутані структури, які називаються хроматином .

Нуклеоплазма

Нуклеоплазма — драглиста речовина всередині ядерної оболонки. Цей напівводний матеріал, також званий каріоплазмою, схожий на цитоплазму тим, що він складається переважно з води з розчиненими солями, ферментами та органічними молекулами, зваженими всередині. Ядерце і хромосоми оточені нуклеоплазмою, яка пом’якшує і захищає ядерний вміст.

Як і ядерна оболонка, нуклеоплазма підтримує ядро, щоб утримувати його форму. Він також забезпечує середовище, за допомогою якого матеріали, такі як ферменти та нуклеотиди (субодиниці ДНК і РНК), можуть транспортуватися по всьому ядру до його різних частин.

ядерце

В ядрі міститься щільна структура без мембрани, що складається з РНК і білків, яка називається ядерцем . Ядерце містить організатори ядерця — частини хромосом, що несуть гени синтезу рибосом. Ядерце допомагає синтезувати рибосоми шляхом транскрипції та збирання субодиниць рибосомальної РНК. Ці субодиниці об’єднуються, утворюючи рибосоми під час синтезу білка.

3.3: Еукаріотичні клітини

АРТ КОНК Малюнок \(\PageIndex\) : На цьому малюнку зображена (а) типова тваринна клітина і (б) типова рослинна клітина. Які структури має рослинна клітина, якої не має тваринна клітина? Які структури має тваринна клітина, якої немає у рослинної клітини?

Плазмова мембрана

Як і прокаріоти, еукаріотичні клітини мають плазматичну мембрану (рис. \(\PageIndex<2>\) ), що складається з фосфоліпідного бішару з вбудованими білками, що відокремлює внутрішній вміст клітини від навколишнього середовища. Фосфоліпід – це молекула ліпідів, що складається з двох ланцюгів жирних кислот, основи гліцерину та фосфатної групи. Плазматична мембрана регулює проходження деяких речовин, таких як органічні молекули, іони та вода, запобігаючи проходженню одних для підтримки внутрішніх умов, при цьому активно вводячи або видаляючи інші. Інші сполуки пасивно рухаються по мембрані. Малюнок \(\PageIndex<2>\) : Плазматична мембрана являє собою фосфоліпідний бішар з вбудованими білками. Є й інші компоненти, такі як холестерин і вуглеводи, які можна знайти в мембрані крім фосфоліпідів і білка. Плазматичні мембрани клітин, що спеціалізуються на поглинанні, складаються в пальцеподібні проекції, звані мікроворсинками (сингулярні = мікроворсинки). Ця складчастість збільшує площу поверхні плазматичної мембрани. Такі клітини, як правило, знаходяться, що вистилають тонкий кишечник, орган, який поглинає поживні речовини з перетравленої їжі. Це чудовий приклад відповідності форми функції структури. Люди з целіакією мають імунну відповідь на глютен, який є білком, що міститься в пшениці, ячмені та житі. Імунна відповідь пошкоджує мікроворсинки, і, таким чином, уражені особи не можуть засвоювати поживні речовини. Це призводить до неправильного харчування, спазмів, діареї. Пацієнти, які страждають на целіакію, повинні дотримуватися безглютенової дієти.

Цитоплазма

Цитоплазма містить вміст клітини між плазматичною мембраною та ядерною оболонкою (структура, яку слід обговорити коротко). Він складається з органел, зважених в гелеподібному цитозолі, цитоскелет, і різних хімічних речовин (рис. \(\PageIndex<1>\) ). Незважаючи на те, що цитоплазма складається з 70-80 відсотків води, вона має напівтверду консистенцію, яка надходить з білків всередині неї. Однак білки – не єдині органічні молекули, що знаходяться в цитоплазмі. Там же знаходяться глюкоза та інші прості цукру, полісахариди, амінокислоти, нуклеїнові кислоти, жирні кислоти, похідні гліцерину. Іони натрію, калію, кальцію і багатьох інших елементів також розчинені в цитоплазмі. Багато метаболічні реакції, в тому числі синтез білка, протікають в цитоплазмі.

Цитоскелет

Якби ви видалили всі органели з клітини, чи були б плазматична мембрана та цитоплазма єдиними компонентами, що залишилися? Ні. У цитоплазмі все ще існували б іони та органічні молекули, плюс мережа білкових волокон, яка допомагає підтримувати форму клітини, закріплює певні органели в певних положеннях, дозволяє цитоплазмі та везикулам переміщатися всередині клітини та дозволяє одноклітинним організмам самостійно пересуватися. У сукупності ця мережа білкових волокон відома як цитоскелет. Існує три типи волокон всередині цитоскелета: мікрофіламенти, також відомі як актинові нитки, проміжні нитки та мікротрубочки (рис. \(\PageIndex<3>\) ). Малюнок \(\PageIndex<3>\) : Мікрофіламенти, проміжні нитки та мікротрубочки складають цитоскелет клітини. Мікрофіламенти є найтоншими з цитоскелетних волокон і функціонують в рухомих клітинних компонентах, наприклад, під час ділення клітин. Вони також підтримують структуру мікроворсинок, велику складчастість плазматичної мембрани, виявлену в клітинам, присвячених абсорбції. Ці компоненти також поширені в м’язових клітинам і відповідають за скорочення м’язових клітин. Проміжні нитки мають проміжний діаметр і мають структурні функції, такі як підтримка форми клітини і закріплення органел. Кератин, з’єднання, що зміцнює волосся і нігті, утворює один тип проміжної нитки. Мікротрубочки – найтовстіші з цитоскелетних волокон. Це порожнисті трубки, які можуть швидко розчинятися і реформуватися. Мікротрубочки керують рухом органели і є структурами, які тягнуть хромосоми до своїх полюсів під час ділення клітин. Вони також є структурними компонентами джгутиків і вій. У війок і джгутиків мікротрубочки організовані у вигляді кола з дев’яти подвійних мікротрубочок зовні і двох мікротрубочок в центрі. Центросома – це область поблизу ядра клітин тварин, яка функціонує як центр, що організує мікротрубочку. Він містить пару центриолей, дві структури, які лежать перпендикулярно один одному. Кожна центриоль являє собою циліндр з дев’яти трійок мікротрубочок. Центросома реплікується до того, як клітина ділиться, а центриоли відіграють певну роль у витягуванні дубльованих хромосом до протилежних кінців ділильної клітини. Однак точна функція центриолей при поділі клітин не ясна, оскільки клітини, у яких вилучені центриоли, все ще можуть ділитися, а рослинні клітини, яким не вистачає центриолей, здатні до поділу клітин.

Джгутики і вії

Джгутики (однина = джгутик) – це довгі, схожі на волосся структури, які відходять від плазматичної мембрани і використовуються для переміщення цілої клітини, (наприклад, сперматозоїди, Евглена). При наявності клітина має всього один джгутик або кілька джгутиків. Однак, коли вії (сингулярні = вії) присутні, їх багато за кількістю і простягаються по всій поверхні плазматичної мембрани. Вони являють собою короткі, схожі на волосся структури, які використовуються для переміщення цілих клітин (наприклад, парамецию) або переміщення речовин по зовнішній поверхні клітини (наприклад, вії клітин, що вистилають маткові труби, які рухають яйцеклітину до матки, або вії, що вистилають клітини дихальних шляхів, які рухаються тверді частинки до горла, що слиз потрапила в пастку).

Ендомембранна система

Ендомембранна система (endo = всередині) є групою мембран і органел (рис. \(\PageIndex\) ) в еукаріотичних клітин, які працюють разом, щоб модифікувати, упаковка, і транспорт ліпідів і білків. Він включає ядерну оболонку, лізосоми та везикули, ендоплазматичний ретикулум та апарат Гольджі, які ми незабаром покриємо. Хоча технічно не всередині клітини, плазматична мембрана включена в ендомембранну систему, оскільки, як ви побачите, вона взаємодіє з іншими ендомембранозними органелами.

Ядро

Як правило, ядро є найвидатнішою органелою в клітині (рис. \(\PageIndex<1>\) ). Ядро (множина = ядра) розміщує ДНК клітини у вигляді хроматину і направляє синтез рибосом і білків. Давайте розглянемо його більш детально (рис. \(\PageIndex\) ). Малюнок \(\PageIndex\) : Найвіддаленіша межа ядра – ядерна оболонка. Зверніть увагу, що ядерна оболонка складається з двох фосфоліпідних бішарів (мембран) – зовнішньої мембрани і внутрішньої мембрани – на відміну від плазматичної мембрани (рис. \(\PageIndex\) ), яка складається тільки з одного фосфоліпідного бішару. (кредит: модифікація роботи NIGMS, NIH) Ядерна оболонка являє собою двомембранну структуру, яка становить крайню частину ядра (рис. \(\PageIndex\) ). Як внутрішня, так і зовнішня мембрани ядерної оболонки є фосфоліпідними біляерсами. Ядерна оболонка перемежовується порами, які контролюють проходження іонів, молекул і РНК між нуклеоплазмою і цитоплазмою. Щоб зрозуміти хроматин, корисно спочатку розглянути хромосоми. Хромосоми – це структури всередині ядра, які складаються з ДНК, спадкового матеріалу та білків. Таке поєднання ДНК і білків називається хроматином. У еукаріотів хромосоми є лінійними структурами. Кожен вид має певну кількість хромосом в ядрі клітин свого організму. Наприклад, у людини число хромосом дорівнює 46, тоді як у дрозофіл число хромосом дорівнює восьми. Хромосоми видно і відрізняються одна від одної лише тоді, коли клітина готується до поділу. Коли клітина знаходиться в фазах росту і підтримки свого життєвого циклу, хромосоми нагадують розмотаний, перемішаний пучок ниток. Ми вже знаємо, що ядро керує синтезом рибосом, але як воно це робить? Деякі хромосоми мають ділянки ДНК, які кодують рибосомні РНК. Темно-фарбувальна область всередині ядра, яка називається ядерцем (множина = ядерця), агрегує рибосомну РНК з пов’язаними білками, щоб зібрати рибосомальні субодиниці, які потім транспортуються через ядерні пори в цитоплазму.

Ендоплазматичний ретикулум

Ендоплазматичний ретикулум (ER) (рис. \(\PageIndex<7>\) ) являє собою ряд взаємопов’язаних перетинчастих канальців, які колективно модифікують білки і синтезують ліпіди. Однак ці дві функції виконуються в окремих областях ендоплазматичної мережі: шорсткому ендоплазматичному ретикулумі та гладкому ендоплазматичному ретикулумі відповідно. Порожнисту частину канальців ER називають просвітом або цистернальним простором. Мембрана ER, що представляє собою фосфоліпідний бішар, вбудований білками, безперервна з ядерною оболонкою. Грубий ендоплазматичний ретикулум (RER) названий так тому, що рибосоми, прикріплені до його цитоплазматичної поверхні, надають йому шипований вигляд при огляді через електронний мікроскоп. Рибосоми синтезують білки, приєднуючись до ER, що призводить до перенесення їх знову синтезованих білків у просвіт RER, де вони зазнають модифікацій, таких як згортання або додавання цукрів. RER також виробляє фосфоліпіди для клітинних мембран. Якщо фосфоліпідам або модифікованим білкам не судилося залишитися в РЕР, вони будуть упаковані в везикули і транспортуються з РЕР шляхом брунькування з мембрани (рис. \(\PageIndex<7>\) ). Оскільки RER займається модифікацією білків, які будуть виділятися з клітини, його багато в клітинам, які виділяють білки, такі як печінка. Гладкий ендоплазматичний ретикулум (SER) є безперервним з RER, але на його цитоплазматичній поверхні мало або взагалі не має рибосом (див. Рис. \(\PageIndex\) ). Функції SER включають синтез вуглеводів, ліпідів (включаючи фосфоліпіди) та стероїдних гормонів; детоксикація ліків та отрут; метаболізм алкоголю; та зберігання іонів кальцію.

Апарат Гольджі

Ми вже згадували, що везикули можуть брунькуватися від ЕР, але куди ж беруться везикули? Перш ніж дістатися до кінцевого пункту призначення, ліпіди або білки всередині транспортних везикул потрібно сортувати, упакувати та позначити так, щоб вони намотувалися в потрібному місці. Сортування, мічення, упаковка, і розподіл ліпідів і білків відбуваються в апараті Гольджі (також званий тілом Гольджі), серії сплощених перетинчастих мішків (рис. \(\PageIndex<5>\) ). Малюнок \(\PageIndex<5>\) : Апарат Гольджі в цій просвічуючій електронній мікрофотографії лейкоцитів видно у вигляді стопки напівкруглих сплющених кілець в нижній частині цього зображення. Біля апарату Гольджі можна побачити кілька бульбашок. (Кредит: модифікація роботи Луїзи Говард; дані шкали від Метта Рассела) Апарат Гольджі має приймальне обличчя біля ендоплазматичної мережі та вивільнене обличчя збоку від ER, до клітинної мембрани. Транспортні везикули, що утворюються з ЕР, рухаються до приймаючої грані, зливаються з нею і спорожняють їх вміст в просвіт апарату Гольджі. Оскільки білки та ліпіди подорожують через Гольджі, вони зазнають подальших модифікацій. Найбільш частою модифікацією є додавання коротких ланцюжків молекул цукру. Потім нещодавно модифіковані білки та ліпіди позначаються невеликими молекулярними групами, щоб вони могли бути направлені до відповідних пунктів призначення. Нарешті, модифіковані та позначені білки упаковуються у везикули, які брунькуються від протилежної грані Гольджі. У той час як деякі з цих везикул транспортують везикули, відкладають їх вміст в інші частини клітини, де вони будуть використовуватися, інші, секреторні везикули, зливаються з плазматичною мембраною і вивільняють їх вміст за межі клітини. Кількість Гольджі в різних типах клітин знову ілюструє, що форма слідує за функцією всередині клітин. Клітини, які займаються великою секреторною діяльністю (наприклад, клітини слинних залоз, які виділяють травні ферменти або клітини імунної системи, що виділяють антитіла), мають велику кількість Гольджі. У рослинних клітинам Гольджі виконує додаткову роль синтезу полісахаридів, деякі з яких включені в клітинну стінку, а деякі з яких використовуються в інших частинах клітини.

лізосоми

У тваринних клітинках лізосоми є «сміттєпроводом» клітини. Травні ферменти в лізосомах допомагають розщепленню білків, полісахаридів, ліпідів, нуклеїнових кислот і навіть зношених органел. У одноклітинних еукаріотів лізосоми важливі для перетравлення їжі, яку вони вживають, і переробки органел. Ці ферменти активні при значно меншому pH (більш кислому), ніж ті, що знаходяться в цитоплазмі. Багато реакцій, що протікають в цитоплазмі, не могли виникнути при низькому рН, тому очевидна перевага компартменталізації еукаріотичної клітини в органели. Лізосоми також використовують свої гідролітичні ферменти для знищення хвороботворних організмів, які можуть потрапити в клітину. Хороший приклад цього відбувається в групі білих кров’яних клітин, званих макрофагами, які є частиною імунної системи вашого організму. У процесі, відомому як фагоцитоз, ділянка плазматичної мембрани макрофага інвагинається (згортається) і поглинає збудника. Інвагінований відділ, при цьому збудник всередині, потім відщипується від плазматичної мембрани і стає бульбашкою. Везикула зростається з лізосомою. Гідролітичні ферменти лізосоми потім знищують збудника (рис. \(\PageIndex<6>\) ). Малюнок \(\PageIndex<6>\) : Макрофаг фагоцитизував потенційно патогенну бактерію в везикулу, яка потім зростається з лізосомою всередині клітини, щоб збудник міг бути знищений. Інші органели присутні в клітці, але для простоти, не показані.

Везикули і вакуолі

Везикули і вакуолі – це перетинчасто-зв’язані мішечки, які функціонують при зберіганні та транспортуванні. Вакуолі трохи більші бульбашок, а мембрана вакуолі не зростається з мембранами інших клітинних компонентів. Бульбашки можуть зливатися з іншими мембранами всередині клітинної системи. Крім того, ферменти всередині рослинних вакуолей можуть розщеплювати макромолекули.

АРТ КОНК Малюнок \(\PageIndex\) : Ендомембранна система працює для модифікації, упаковки та транспортування ліпідів та білків. (кредит: модифікація роботи Магнуса Манського) Чому цис обличчя Гольджі не стикається з плазматичною мембраною?

Рибосоми

Рибосоми – це клітинні структури, що відповідають за синтез білка. При огляді через електронний мікроскоп вільні рибосоми з’являються або у вигляді скупчень, або поодиноких крихітних точок, вільно плаваючих в цитоплазмі. Рибосоми можуть прикріплюватися або до цитоплазматичної стороні плазматичної мембрани, або до цитоплазматичної стороні ендоплазматичної мережі (рис. \(\PageIndex<7>\) ). Електронна мікроскопія показала, що рибосоми складаються з великої і малої субодиниць. Рибосоми – це ферментні комплекси, які відповідають за синтез білка. Оскільки синтез білка необхідний для всіх клітин, рибосоми зустрічаються практично в кожній клітині, хоча вони менші в прокаріотичних клітинам. Вони особливо рясні в незрілих еритроцитах для синтезу гемоглобіну, який функціонує в транспортуванні кисню по всьому організму.

Мітохондрії

Мітохондрії (сингулярні = мітохондріони) часто називають «електростанціями» або «енергетичними фабриками» клітини, оскільки вони відповідають за виготовлення аденозинтрифосфату (АТФ), основної молекули, що несе енергію клітини. Освіта АТФ від розпаду глюкози відомо як клітинне дихання. Мітохондрії – це овальної форми, двомембранні органели (рис. \(\PageIndex<8>\) ), Які мають власні рибосоми і ДНК. Кожна мембрана являє собою фосфоліпідний бішар, вбудований білками. Внутрішній шар має складки, звані cristae, які збільшують площу поверхні внутрішньої мембрани. Область, оточена складками, називається мітохондріальним матриксом. Криста і матриця мають різну роль у клітинному диханні. Відповідно до нашої теми функції, що слідує за формою, важливо зазначити, що м’язові клітини мають дуже високу концентрацію мітохондрій, оскільки м’язовим клітинам потрібно багато енергії для скорочення. Малюнок \(\PageIndex<8>\) : Ця мікрофотографія просвічуючих електронів показує мітохондріон, розглянутий за допомогою електронного мікроскопа. Зверніть увагу на внутрішню і зовнішню мембрани, кристи та мітохондріальний матрикс. (Кредит: модифікація роботи Метью Бріттона; дані шкали від Метта Рассела)

пероксисоми

Пероксисоми – це невеликі круглі органели, укладені одиночними мембранами. Вони здійснюють реакції окислення, які розщеплюють жирні кислоти і амінокислоти. Вони також детоксикують багато отрут, які можуть потрапити в організм. Алкоголь детоксикується пероксисомами в клітині печінки. Побічним продуктом цих реакцій окислення є пероксид водню H_{2O 2}, який міститься в пероксисомах, щоб запобігти хімічній речовині пошкодження клітинних компонентів поза органели. Перекис водню благополучно розщеплюється пероксисомальними ферментами на воду і кисень.

Клітини тварин проти рослинних клітин

Незважаючи на їх принципову схожість, існують деякі разючі відмінності між клітинами тварин і рослин (див. Таблицю \(\PageIndex<1>\) ). Клітини тварин мають центриоли, центросоми (обговорюються під цитоскелетом) та лізосоми, тоді як рослинні клітини – ні. Рослинні клітини мають клітинну стінку, хлоропласти, плазмодесмати, пластиди, які використовуються для зберігання, і велику центральну вакуоль, тоді як клітини тварин – ні.

Клітинна стінка

На малюнку \(\PageIndex<1>\) b, діаграма рослинної клітини, ви бачите структуру, зовнішню до плазматичної мембрани, яка називається клітинною стінкою. Клітинна стінка – це жорстке покриття, яке захищає клітину, забезпечує структурну підтримку, надає клітці форму. Грибкові та протистові клітини також мають клітинні стінки. Хоча головним компонентом прокаріотичних клітинних стінок є пептидоглікан, основною органічною молекулою в клітинній стінці рослин є целюлоза, полісахарид, що складається з довгих прямих ланцюгів глюкозних одиниць. Коли харчова інформація стосується харчових волокон, це стосується вмісту целюлози в їжі.

хлоропласти

Як і мітохондрії, хлоропласти також мають власну ДНК і рибосоми. Хлоропласти функціонують при фотосинтезі і можуть бути знайдені в еукаріотичних клітинам, таких як рослини і водорості. При фотосинтезі вуглекислий газ, вода та світлова енергія використовуються для отримання глюкози та кисню. Це головна відмінність між рослинами та тваринами: рослини (автотрофи) здатні виробляти власну їжу, як глюкоза, тоді як тварини (гетеротрофи) повинні покладатися на інші організми за свої органічні сполуки або джерело їжі. Подібно мітохондріям, хлоропласти мають зовнішню і внутрішню мембрани, але всередині простору, укладеного внутрішньою мембраною хлоропласта, є набір взаємопов’язаних і складених, заповнених рідиною мембранних мішків, званих тилакоидами (рис. \(\PageIndex<9>\) ). Кожна стопка тилакоїдів називається гранулом (множина = grana). Рідина, укладена внутрішньою мембраною і навколишнє грану, називається стромою. Малюнок \(\PageIndex<9>\) : Ця спрощена схема хлоропласта показує зовнішню мембрану, внутрішню мембрану, тилакоїди, грану та строму. Хлоропласти містять зелений пігмент під назвою хлорофіл, який захоплює енергію сонячного світла для фотосинтезу. Як і рослинні клітини, фотосинтетичні протисти також мають хлоропласти. Деякі бактерії також здійснюють фотосинтез, але в них немає хлоропластів. Їх фотосинтезуючі пігменти розташовані в тилакоідной мембрані всередині самої клітини.

ЕВОЛЮЦІЯ В ДІЇ: Ендосимбіоз Ми згадували, що і мітохондрії, і хлоропласти містять ДНК і рибосоми. Ви замислювалися, чому? Сильні докази вказують на ендосимбіоз як пояснення. Симбіоз – це відносини, в яких організми з двох окремих видів живуть в тісній асоціації і, як правило, виявляють специфічні пристосування один до одного. Ендосимбіоз (endo-= всередині) – це відносини, при яких один організм живе всередині іншого. Ендосимбіотичні зв’язки рясніють природою. Мікроби, які виробляють вітамін К, живуть всередині кишечника людини. Цей зв’язок корисний для нас, оскільки ми не в змозі синтезувати вітамін К. це також корисно для мікробів, оскільки вони захищені від інших організмів і забезпечуються стабільним середовищем існування та рясною їжею, живучи в товстому кишечнику. Вчені давно помітили, що бактерії, мітохондрії, хлоропласти схожі за розміром. Ми також знаємо, що мітохондрії та хлоропласти мають ДНК та рибосоми, як і бактерії. Вчені вважають, що клітини-господаря і бактерії сформували взаємовигідні ендосимбіотичні відносини, коли клітини-господаря поглинали аеробні бактерії і ціанобактерії, але не знищували їх. Завдяки еволюції ці поглинені бактерії стали більш спеціалізованими у своїх функціях, а аеробні бактерії стають мітохондріями, а фотосинтетичні бактерії – хлоропластами.

Центральна вакуоль

Раніше ми згадували вакуолі як про найважливіші компоненти рослинних клітин. Якщо ви подивитеся на малюнок \(\PageIndex<1>\) , ви побачите, що рослинні клітини мають велику центральну вакуоль, яка займає більшу частину клітини. Центральна вакуоль відіграє ключову роль у регулюванні концентрації води клітини в мінливих умовах навколишнього середовища. У рослинних клітинам рідина всередині центральної вакуолі забезпечує тургорний тиск, який є зовнішнім тиском, викликаним рідиною всередині клітини. Ви коли-небудь помічали, що якщо ви забудете поливати рослину на кілька днів, воно в’яне? Це тому, що, коли концентрація води в ґрунті стає нижчою, ніж концентрація води в рослині, вода рухається з центральних вакуолей та цитоплазми та в ґрунт. Коли центральна вакуоль скорочується, вона залишає клітинну стінку без підтримки. Ця втрата підтримки клітинних стінок рослини призводить до в’ялого вигляду. Крім того, ця рідина має дуже гіркий смак, що відбиває споживання комахами та тваринами. Центральна вакуоль також функціонує для зберігання білків у клітині насіння, що розвиваються.

Позаклітинний матрикс клітин тварин

Більшість клітин тварин вивільняють матеріали в позаклітинний простір. Первинними компонентами цих матеріалів є глікопротеїни і білок колаген. У сукупності ці матеріали називаються позаклітинної матриксом (рис. \(\PageIndex<10>\) ). Позаклітинний матрикс не тільки утримує клітини разом, утворюючи тканину, але також дозволяє клітинам всередині тканини спілкуватися один з одним. Малюнок \(\PageIndex<10>\) : Позаклітинний матрикс складається з мережі речовин, що виділяються клітинами. Згортання крові дає приклад ролі позаклітинного матриксу в клітинному спілкуванні. Коли клітини, що вистилають кровоносну судину, пошкоджені, вони відображають білковий рецептор, який називається тканинним фактором. Коли тканинний фактор зв’язується з іншим фактором позаклітинного матриксу, він змушує тромбоцити прилипати до стінки пошкодженої кровоносної судини, стимулює сусідні гладкі м’язові клітини в кровоносній судині скорочуватися (тим самим звужуючи кровоносну судину), і ініціює ряд кроків, які стимулюють тромбоцити для вироблення факторів згортання крові.

Міжклітинні з’єднання

Клітини також можуть спілкуватися один з одним прямим контактом, іменованим міжклітинними сполуками. Існують деякі відмінності в способах, якими це роблять рослинні і тваринні клітини. Плазмодесмати (сингулярні = плазмодезма) – це з’єднання між рослинними клітинами, тоді як контакти клітин тварин включають щільні та щілинні з’єднання та десмосоми. Загалом, довгі ділянки плазматичних мембран сусідніх рослинних клітин не можуть торкатися один одного, оскільки вони розділені клітинними стінками, що оточують кожну клітину. Плазмодесмати – це численні канали, які проходять між клітинними стінками сусідніх рослинних клітин, з’єднуючи їх цитоплазму і дозволяючи транспортувати сигнальні молекули і поживні речовини від клітини до клітини (рис \(\PageIndex\) . Малюнок \(\PageIndex\) : Існує чотири види зв’язків між клітинами. (а) Плазмодезма – це канал між клітинними стінками двох сусідніх рослинних клітин. (b) Щільні з’єднання з’єднують сусідні клітини тварин. (c) Desmosomes з’єднують дві клітини тварин разом. (d) Переходи зазору діють як канали між клітинами тварин. (кредит b, c, d: модифікація роботи Мар’яни Руїс Вільяреал) Щільний стик – це водонепроникне ущільнення між двома сусідніми клітинами тварин (рис. \(\PageIndex\) Б). Білки щільно утримують клітини один до одного. Така щільна адгезія запобігає протікання матеріалів між осередками. Щільні з’єднання, як правило, знаходяться в епітеліальної тканини, яка вирівнює внутрішні органи і порожнини, і складає більшу частину шкіри. Наприклад, щільні з’єднання епітеліальних клітин, що вистилають сечовий міхур, перешкоджають просоченню сечі в позаклітинний простір. Також зустрічаються тільки в клітині тварин десмосоми, які діють як точкові шви між сусідніми епітеліальними клітинами (рис. \(\PageIndex\) В). Вони тримають клітини разом у листовому утворенні в органах і тканинах, які розтягуються, як шкіра, серце і м’язи. Gap переходи в клітині тварин, як плазмодесмати в клітині рослин в тому, що вони є каналами між сусідніми клітинами, які дозволяють транспортувати іони, поживні речовини та інші речовини, що дозволяють клітинам спілкуватися (рис \(\PageIndex\) . Конструктивно, однак, розрізняються щілинні з’єднання і плазмодесмати.

Таблиця \(\PageIndex\) : У цій таблиці наведено компоненти прокаріотичних та еукаріотичних клітин та їх відповідні функції.

клітинний компонент	Функція	Присутні в Прокаріотах?	Присутні в клітині тварин?	Присутні в рослинних клітинам?
плазмова мембрана	Відокремлює клітину від зовнішнього середовища; контролює проходження органічних молекул, іонів, води, кисню та відходів у клітину та з неї	Так	Так	Так
Цитоплазма	Забезпечує структуру клітини; місце багатьох метаболічних реакцій; середовище, в якому знаходяться органели	Так	Так	Так
Нуклеоїд	Розташування ДНК	Так	Ні	Ні
Ядро	Клітинна органела, яка розміщує ДНК і направляє синтез рибосом і білків	Ні	Так	Так
Рибосоми	Синтез білка	Так	Так	Так
Мітохондрії	Виробництво АТФ/клітинне дихання	Ні	Так	Так
пероксисоми	Окислює і розщеплює жирні кислоти і амінокислоти, а також детоксикує отрути	Ні	Так	Так
Везикули і вакуолі	Зберігання та транспортування; травна функція в клітині рослин	Ні	Так	Так
Центросома	Неуточнена роль у поділі клітин у клітині тварин; організація центру мікротрубочок у клітині тварин	Ні	Так	Ні
лізосоми	Перетравлення макромолекул; переробка зношених органел	Ні	Так	Ні
клітинна стінка	Захист, структурна підтримка та підтримка форми клітин	Так, в першу чергу пептидоглікан у бактеріях, але не Archaea	Ні	Так, переважно целюлоза
хлоропласти	Фотосинтез	Ні	Ні	Так
Ендоплазматичний ретикулум	Модифікує білки і синтезує ліпіди	Ні	Так	Так
Апарат Гольджі	Змінює, сортує, позначає, пакує та розподіляє ліпіди та білки	Ні	Так	Так
Цитоскелет	Підтримує форму клітини, закріплює органели в певних положеннях, дозволяє цитоплазмі та везикулам переміщатися всередині клітини та дозволяє одноклітинним організмам самостійно переміщатися	Так	Так	Так
джгутики	Клітинний локомотив	Деякі	Деякі	Ні, за винятком деяких рослинних сперматозоїдів
Вії	Клітинний локомотив, рух частинок по позаклітинній поверхні плазматичної мембрани, фільтрація	Ні	Деякі	Ні

Резюме

Як і прокаріотична клітина, еукаріотична клітина має плазматичну мембрану, цитоплазму та рибосоми, але еукаріотична клітина, як правило, більша, ніж прокаріотична клітина, має справжнє ядро (тобто її ДНК оточена мембраною) та має інші органели, пов’язані мембраною, які дозволяють розділити функції. Плазматична мембрана – фосфоліпідний бішар, вбудований білками. Ядро всередині ядра є місцем для складання рибосоми. Рибосоми виявляються в цитоплазмі або прикріплюються до цитоплазматичної стороні плазматичної мембрани або ендоплазматичної мережі. Вони виконують синтез білка. Мітохондрії здійснюють клітинне дихання і виробляють АТФ. Пероксисоми розщеплюють жирні кислоти, амінокислоти та деякі токсини. Бульбашки і вакуолі є накопичувальними і транспортними відділеннями. У клітині рослин вакуолі також допомагають розщеплювати макромолекули. Клітини тварин також мають центросому і лізосоми. Центросома має два тіла, центриоли, з невідомою роллю в поділі клітин. Лізосоми є травними органелами клітин тварин. Рослинні клітини мають клітинну стінку, хлоропласти і центральну вакуоль. Стінка рослинної клітини, основним компонентом якої є целюлоза, захищає клітину, забезпечує структурну підтримку та надає форму клітині. Фотосинтез відбувається в хлоропластах. Центральна вакуоль розширюється, збільшуючи клітину без необхідності виробляти більше цитоплазми. Ендомембранна система включає ядерну оболонку, ендоплазматичну мережу, апарат Гольджі, лізосоми, везикули, а також плазматичну мембрану. Ці клітинні компоненти працюють разом, щоб модифікувати, упаковувати, мітити та транспортувати мембранні ліпіди та білки. Цитоскелет має три різних типи білкових елементів. Мікрофіламенти забезпечують жорсткість і форму клітини, а також полегшують клітинні рухи. Проміжні нитки несуть напругу і закріплюють ядро та інші органели на місці. Мікротрубочки допомагають клітині протистояти стисненню, служать доріжками для рухових білків, які переміщують везикули через клітину, і тягнуть репліковані хромосоми до протилежних кінців ділильної клітини. Вони також є структурними елементами центриолей, джгутиків, вій. Клітини тварин спілкуються через свої позаклітинні матриці і з’єднані між собою щільними стиками, десмосомами та щілинними переходами. Клітини рослин з’єднуються і повідомляються один з одним за допомогою плазмодесматов.

Мистецькі зв’язки

Малюнок \(\PageIndex<1>\) : Які структури має рослинна клітина, якої немає у тваринної клітини? Які структури має тваринна клітина, якої немає у рослинної клітини? Відповідь Рослинні клітини мають плазмодесмату, клітинну стінку, велику центральну вакуоль, хлоропласти, пластиди. Клітини тварин мають лізосоми і центросоми. Малюнок \(\PageIndex\) : Чому цис обличчя Гольджі не стикається з плазматичною мембраною? Відповідь Тому що це обличчя отримує хімічні речовини від ER, який знаходиться до центру клітини.

Глосарій

клітинна стінка жорстке клітинне покриття з целюлози в рослині, пептидоглікану в бактеріях, непептидогліканових сполук в Archaea, і хітину в грибах, який захищає клітину, забезпечує структурну підтримку, і надає форму клітини центральна вакуоль Органела великих рослинних клітин, яка діє як відсік для зберігання, резервуар для води та сайт деградації макромолекул хлоропласт органела рослинних клітин, яка здійснює фотосинтез вії (Множина: вії) коротка, схожа на волосся структура, яка простягається від плазматичної мембрани у великій кількості і використовується для переміщення цілої клітини або переміщення речовин по зовнішній поверхні клітини цитоплазми вся область між плазматичною мембраною та ядерною оболонкою, що складається з органел, зважених у гелеподібному цитозолі, цитоскелеті та різних хімічних речовин цитоскелет мережа білкових волокон, яка колективно підтримує форму клітини, закріплює деякі органели в певних положеннях, дозволяє цитоплазмі та везикулах рухатися всередині клітини та дозволяє одноклітинним організмам рухатися цитозолу гелеподібний матеріал цитоплазми, в якому суспендовані клітинні структури десмосома зв’язок між сусідніми епітеліальними клітинами, що утворюється, коли кагеріни в плазматичній мембрані прикріплюються до проміжних ниток ендомембранна система Група органел і мембран в еукаріотичних клітин, які працюють разом, щоб модифікувати, упаковка, і транспорт ліпідів і білків ендоплазматичний ретикулум (ER) ряд взаємопов’язаних мембранозних структур в межах еукаріотичних клітин, які колективно модифікують білки і синтезують ліпіди позаклітинний матрикс матеріал, в першу чергу колаген, глікопротеїни та протеоглікани, що виділяються з клітин тварин, який утримує клітини разом як тканина, дозволяє клітинам спілкуватися один з одним, а також забезпечує механічний захист та закріплення клітин у тканині джгутик (Множина: джгутики) довга, схожа на волосся структура, яка простягається від плазматичної мембрани і використовується для переміщення клітини розрив спаю канал між двома суміжними клітинами тварин, що дозволяє іонів, поживних речовин та інших низькомолекулярних речовин для проходження між клітинами, що дозволяє клітинам спілкуватися Апарат Гольджі eukaryotic органели складається з серії складені мембран, яка сортує, теги і пакети ліпідів і білків для розподілу лізосома органели в тваринної клітини, яка функціонує як травний компонент клітини; він розщеплює білки, полісахариди, ліпіди, нуклеїнові кислоти і навіть зношені органели мітохондрій (однина: мітохондріон) клітинні органели, відповідальні за проведення клітинного дихання, в результаті чого виробляється АТФ, головна молекула, що несе енергію клітини ядерна оболонка подвійна мембранна структура, яка становить найвіддаленішу частину ядра ядерця темно забарвлює тіло всередині ядра, яке відповідає за складання рибосомних субодиниць ядра клітинна органела, яка розміщує ДНК клітини і направляє синтез рибосом і білків пероксисом невеликий, круглі органели, яка містить перекис водню, окисляє жирні кислоти і амінокислоти, і детоксикує багато отрути плазматична мембрана фосфоліпідний бішар із вбудованими (інтегральними) або приєднаними (периферичними) білками, що відокремлює внутрішній вміст клітини від навколишнього середовища плазмодезма (Множина: плазмодесмати) канал, який проходить між клітинними стінками сусідніх рослинних клітин, з’єднує їх цитоплазму і дозволяє транспортувати матеріали від клітини до клітини рибосома клітинної структури, яка здійснює синтез білка шорсткий ендоплазматичний ретикулум (RER) область ендоплазматичної мережі, яка усипана рибосомами і бере участь у модифікації білка гладка ендоплазматична мережа (SER) область ендоплазматичної мережі, яка має мало рибосом або взагалі не має на своїй цитоплазматичній поверхні і синтезує вуглеводи, ліпіди та стероїдні гормони; детоксикує хімічні речовини, такі як пестициди, консерванти, ліки та забруднювачі навколишнього середовища, і зберігає іони кальцію щільне з’єднання тверде ущільнення між двома сусідніми тваринними клітинами, створеними прихильністю білка вакуоль мембрана зв’язаного мішок, дещо більше, ніж везикул, що функціонує в стільникового зберігання і транспортування везикулу невеликий, мембранно-зв’язаний мішок, який функціонує в клітинному зберіганні та транспорті; його мембрана здатна сплавлятися з плазматичною мембраною та мембранами ендоплазматичної мережі та апарату Гольджі

Дописувачі та атрибуції