Строение клетки 1.0

На этой странице вы узнаете

• Как клетка понимает, какие вещества пропускать внутрь нужно, а какие — опасно? 
• Почему инъекции всегда разбавляют физиологическим раствором?
• Что происходит с бактериями, случайно попавшими в организм?

У каждого из нас есть особый внутренний мир — наши воспоминания, жизненный опыт и интересы. А есть ли внутренний мир у клетки? Можно сказать и так. О том, как он устроен, вы узнаете в этой статье.

Строение клетки

Из чего состоит клетка?

Любая живая клетка — это маленький городок в составе государства под названием «организм». 

В общем плане клетка состоит из двух основных частей:

• Плазмалемма (или плазматическая мембрана) — это «забор» клетки — он обосабливает ее от других клеток организма.
• Цитоплазма — это вся внутренняя территория нашего городка.

Наиболее сложно устроенные клетки имеют еще и надмембранный комплекс — дополнительный «забор» снаружи от мембраны.

Подробнее о строении плазмалеммы и ее особых свойствах мы поговорим в соответствующем разделе статьи. А сейчас остановимся на строении цитоплазмы.

Что такое цитоплазма?

В состав цитоплазмы клетки входят три основные части:

• цитозоль,
• цитоскелет,
• органоиды.

Животная клетка 

Цитозоль — жидкая часть внутренней среды клетки. Проводя ассоциацию с городским поселением, мы можем сказать, что цитозоль — свободная территория города, не занятая постройками и дорогами. Эта часть клетки очень важна: вещества в клетке могут перемещаться только в растворенном виде.

Цитоскелет — это транспортная сеть клетки — совокупность дорог, по которым перемещаются органоиды и вещества. 

Цитоскелет образован фибриллярными белками, о которых вы можете подробнее прочитать в статье «Химический состав клетки. Белки». Эти нитчатые белки залегают в клетке в виде микротрубочек и филаментов и образуют каркас клетки — выполняют опорную функцию, прямо как скелет человека. Микротрубочки иногда выходят за пределы клетки, образуя реснички, жгутики и псевдоподии — органоиды движения.

Органоиды можно сравнить с функциональными постройками города: каждый из них выполняет определенную работу для того, чтобы все поселение могло жить не нуждаясь. Рибосомы осуществляют синтез белков, хлоропласты — углеводов, а аппарат Гольджи, как почтовая служба, упаковывает все синтезированные вещества и отправляет их в другие клетки.

Плазмолемма

Плазмолемма — это наружная мембрана любой живой клетки.

Как устроена плазмолемма?

В прошлом разделе этой статьи мы сравнивали плазмолемму с забором, построенным вокруг поселения. Давайте подумаем, зачем клетке нужна эта ограда и как она должна быть устроена.

Строение плазмолеммы 

Главная функция любого забора — защита того, что за ним скрывается. А это значит, что плазмолемма должна быть нерушимой стеной, которая не пропустит в клетку кого попало. 

Защитная функция мембраны основана на ее строении: плазмолемма состоит из плотного билипидного слоя. Молекулы фосфолипидов имеют гидрофильный и гидрофобный концы, поэтому они располагаются «головкой» наружу, а «хвостом» внутрь и образуют достаточно прочную структуру. Через такую двойную стену точно не пройдет ни один «шпион».

Итак, клетка представляет собой полностью закрытое от патогенов образование, но как проходить через стену полезным веществам? Для этого в мембране есть «ворота» — белковые каналы. Их образуют интегральные (погруженные) белки. 

Избирательная проницаемость — способность плазмолеммы пропускать в клетку одни вещества и задерживать другие.

Как клетка понимает, какие вещества пропускать внутрь нужно, а какие — опасно? Для этого на постах клеточной «ограды» — мембраны — всегда стоят пограничники, которые проверяют все входящие соединения. К таким «пограничникам» относятся рецепторные углеводы и белки плазмолеммы. Благодаря этим структурам клетки могут не только впускать полезные соединения, но и соединяться друг с другом, образуя ткани. Такая функция белков и углеводов мембраны называется рецепторной.

Транспорт веществ

Для нормального существования, клетка должна поглощать какие-то вещества из внешней среды и выделять продукты обмена. Поэтому клетка, как любой населенный пункт, постоянно осуществляет транспорт: какие-то вещества отправляет на экспорт, а какие-то поглощает.

Транспорт веществ бывает двух типов:

• пассивный — происходящий без затрат энергии;
• активный — протекающий с затратой энергии.

Виды транспорта через мембрану 

При активном транспорте веществ энергия тратится на то, чтобы затащить вещества в клетку «против воли». Так, мы можем запомнить, что активный транспорт проходит против градиента концентрации. То есть в клетке вещества больше, чем во внешней среде, но оно все равно поступает внутрь.

К пассивному транспорту веществ относятся:

• осмос,
• диффузия.

Диффузия — перемещение веществ из области большей концентрации в область меньшей концентрации.

Осмос — диффузия молекул воды в сторону раствора с большей концентрацией какого-либо вещества. По закону осмоса вода движется туда, где больше солей.

Осмос 

Почему инъекции всегда разбавляют физиологическим раствором? Многие препараты, используемые для инъекций, содержат минеральные соли. Если вводить их в организм, не разбавляя, то концентрация солей в крови резко возрастет. По закону осмоса вода будет выходить из клеток крови, чтобы разбавить плазму. В итоге клетки съежатся и не смогут функционировать. Это явление называется плазмолиз. Чтобы стабилизировать концентрацию солей в инъекционном растворе, к нему добавляют раствор NaCl 0,9%. Он называется физиологическим раствором.

Плазмолиз — явление отделения содержимого клетки от клеточной стенки.

Плазмолиз 

Если же поместить клетку в раствор, в котором концентрация солей меньше, чем в клетке, то по закону осмоса вода будет заходить в клетку. В итоге клетка разбухнет и лопнет. 

Важно знать: — В гипотоническом растворе концентрация солей меньше, чем в клетке. — В изотоническом — такая же, как в клетке. — В гипертоническом — больше, чем в клетке.

Диффузия может быть простой и облегченной. 

При простой диффузии вещества проходят прямо через билипидный слой. Так перемещаются в клетку кислород, углекислый газ, спирты и другие вещества. 

При облегченной диффузии вещества проходят через белковые каналы. В прошлом разделе статьи мы уже сравнивали их с «воротами» в плазмолемме — конечно, через них веществу прорваться в клетку будет проще, чем через двойную стенку из липидов. Поэтому такой тип диффузии называется облегченным. Так в клетку перемещаются глюкоза, аминокислоты, ионы тяжелых металлов.

К активному транспорту веществ относятся:

• натрий-калиевый насос,
• везикулярный транспорт.

Натрий-калиевый насос — закачивание ионов К⁺ в клетку взамен на ионы Na⁺. В состоянии покоя в клетку возвращаются ионы Na⁺ за счет пассивного транспорта по градиенту концентрации. Поэтому необходимо постоянно возвращать ионы К⁺ обратно — они нужны для нормального мембранного потенциала клетки. О том, что это такое, вы узнаете на занятиях по биофизике в университете — для сдачи школьных экзаменов эта информация не потребуется.

Натрий-калиевый насос 

Везикулярный транспорт осуществляется с помощью везикул — пузырьков с оболочкой из плазматической мембраны. Если пузырек с веществами выделяется из клетки, то это называется экзоцитоз; а если поступает внутрь — эндоцитоз.

Везикулярный транспорт: а — эндоцитоз, б — экзоцитоз. 

Эндоцитоз бывает двух типов:

• пиноцитоз,
• фагоцитоз.

Пиноцитоз — поглощение клеткой жидких капель. 

Фагоцитоз — поглощение клеткой твердых частиц.

Что происходит с бактериями, случайно попавшими в организм? Они поглощаются клетками иммунной системы — макрофагами, которые буквально пожирают все патогенные частицы, случайным образом пробившиеся через все защитные системы организма. Вот и самый простой пример фагоцитоза — поглощения живой клеткой твердых частиц.

Ядро

Продолжим рассматривать клетку как небольшое городское поселение. В любом населенном пункте должен быть какой-то главный орган, который контролирует все происходящее. И в клетке этим органом является ядро.

Функции ядра:

• сохранение генетической информации,
• ее реализация и передача.

Генетическая информация — это своеобразная «документация» о том, в каком количестве, когда и какими в клетке должны синтезироваться белки. Она содержится в ядре клеток в виде молекул ДНК. Подробнее о них вы можете прочитать в статье «Химический состав клетки. Нуклеиновые кислоты и АТФ».

Из чего состоит ядро? В состав ядра входят:

• 2 мембраны с ядерными порами,
• кариоплазма,
• ядрышко и хроматин.

Строение ядра 

Ядро — очень важная структура клетки. Именно в нем содержится информация о том, какой именно должна быть клетка, поэтому он должен быть надежно защищен. Для этого ядро отделяют от цитоплазмы 2 мембраны. Тем не менее ядро должно быть проницаемо, чтобы наследственная информация в виде своеобразной инструкции выходила из него и перемещалась к рибосомам — заводам по производству белка. Для этого в ядерных мембранах есть поры.

Кариоплазма — ядерный сок или внутреннее содержимое ядра. 

Ядрышко представляет собой комплекс белков вокруг участков ДНК, которые содержат информацию о структуре рибосомальных РНК. Подробнее о них читайте в статье «Химический состав клетки. Нуклеиновые кислоты и АТФ».

Хроматин — это вещество, составляющее ДНК. А ДНК, как нам известно, входит в состав хромосом, которые несут информацию о структуре белков.

Фактчек

• Плазмолемма — это наружная мембрана любой живой клетки.
• Избирательная проницаемость — способность плазмолеммы пропускать в клетку одни вещества и задерживать другие.
• Диффузия — перемещение веществ из области большей концентрации в область меньшей концентрации.
• Плазмолиз — явление отделения содержимого клетки от клеточной стенки.
• Кариоплазма — ядерный сок или внутреннее содержимое ядра. 

Проверь себя

Задание 1.

Что такое кариоплазма?

1. ядерная оболочка
2. ядерный сок
3. хроматин
4. ядрышко

Задание 2.

Плазмолиз происходит …

1. в гипертоническом растворе
2. в гипотоническом растворе
3. в изотоническом растворе
4. в физиологическом растворе

Задание 3.

Какая структура образует органоиды движения клетки?

1. цитозоль
2. цитоплазма
3. органоид
4. цитоскелет

Задание 4.

Одни вещества могут проходить в клетку, другие — нет. Какое свойство плазмолеммы описано в предложении?

1. барьерная
2. защитная
3. избирательная проницаемость
4. рецепторная

Задание 5. 

Какой транспорт веществ относится к активному?

1. везикулярный
2. диффузия
3. осмос
4. плазмолиз

Ответы: 1. — 2; 2. — 1; 3. — 4; 4. — 3; 5. — 1.