Любая эукарио клетка состоит из живого вещества или протопласты, отделенного от внешней среды цитоплазматической мембраной.
5.3.1. Протопласт
Протопласт или живое вещество - это содержимое клетки со сложной структурой. Большую часть протопласта составляет цитоплазма, меньшую - ядро. В протопласты происходят все основные процессы метаболизма. Ядро отделено от цитоплазмы двойной мембраной. В нем находится генетический аппарат клетки.
Протопласт представляет собой многофазный коллоидную систему, с водой в качестве дисперсионной среды, а дисперсная фаза - это белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы. Все указанные вещества синтезируются самой клеткой.
5.3.2. Цитоплазма
Цитоплазма - часть протопласты. которая не входит в ядра. Основу цитоплазмы составляет матрикс или гиалоплазма. Важнейшая роль матрикса в том, что он объединяет все клеточные структуры в систему и обеспечивает взаимодействие между ними в процессах клеточного обмена. В состав этой части протопласта входит большое количество органоидов. Основа клеточной организации - это биологические мембраны. Пластиды - органоиды специфические для растительных клеток, в клетках животных, бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов они отсутствуют. У высших растений такие органоиды образуются из протопластид и имеют двомембранну строение. Пластиды различают в зависимости от характера пигмента. Хлоропласты содержат фотосинтезирующие пигменты - хлорофилл и каротиноиды. Имеют зеленый цвет, локализуются в листьях. Хромопласты содержат нефотосинтезирующие красные, желтые, оранжевые пигменты. Наибольшее их количество находится в цветах и плодах.
Лейкопласты - бесцветные пластиды, хранят запасы питательных веществ. Их много в корнях, семенах, молодых листьях. Лейкопласты разделяют на амилопласты (крахмал), липидопласты (жиры) и протеинопласты (белки).
5.3.4. Ядро
Ядро - это не просто важная часть клетки, а центр управления ее жизненными процессами: обменом веществ, движением, размножением. В ядре сосредоточено основное количество ДНК, которая является носителем наследственной (генетической) информации. Ядро выполняет функцию хранения информации о все признаки организма, а при делении клетки осуществляет ее передачу дочерним клеткам.
Ядро интерфазных клетки покрыто двумя цитоплазматическими мембранами, которые отсутствуют только в период митотического деления. В ядерных мембранах имеются поры, через которые осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Содержание ядра - кариоплазма, в которую погружены 1 -2 ядрышки и хроматин. Хроматин эукариот состоит из ДНК, основных низкомолекулярных белков-гистонов и РНК. В интерфазе в ядре осуществляется процесс синтеза ДНК, которая входит в состав хроматина, а также иРНК - процесс транскрипции. Ядрышки - органоиды синтеза определенных типов РНК, формирования будущих рибосом, ядерных белков.
5.3.5. Клеточные мембраны
Большая часть процессов клеточного метаболизма осуществляется в цитоплазме. Цитоплазма пронизана мембранами - тонкими (4-10 нм) пленками, которые состоят в основном из фосфолипидов и липопротеинов. Мембраны формируют структуру всех органоидов клетки и ядра, разграничивают цитоплазму, образуя эндоплазматический ретикулум (сетчатый аппарат), которой создает систему канальцев и небольших вакуолей, связывает разные части клетки между собой.
Плазматическая мембрана - это плотная пленка из липидов и белков. Молекулы липидов расположены перпендикулярно к поверхности, в два слоя так, что части их молекул, которые являются гидрофильными направлены наружу, а части, которые являются гидрофобными
- В середину мембраны. Белки расположены не сплошным слоем на поверхности липидного каркаса с обеих сторон. Интегральные белки проникают через мембрану насквозь, а напивинтегральни - погружены в ту или иную глубину. Основное свойство биомембран - их избирательная проницаемость (напивпроникнисть)
- Одни вещества проходят через мембраны трудно, другие легко и даже в сторону большей концентрации. Выборочная проницаемость обеспечивает возможность одновременного и независимого протекания различных биохимических реакций в изолированных отсеках-компартментах, образованных эндоплазматической сетью. Функции мембран:
• отграничивают клетку от внешней среды;
• регулируют обмен между клеткой и внешней средой;
• разделяют клетку на компартменты, предназначенные для определенных специализированных реакций метаболизма;
• ряд реакций: фотосинтез в хлоропластах, окислительное фосфорилирование при дыхании в митохондриях, осуществляются непосредственно на мембранах;
• на мембранах расположены рецепторные участки для распознавания внешних стимулов-химических молекул, поступающих из внешней среды.
5.3.6. Другие клеточные органоиды
Рибосомы - универсальные немембранни органоиды, которые объединяются вдоль иРНК в полирибосомы. В рибосомах синтезируются белки.
Митохондрии - двомембранни органоиды, внутренняя мембрана образует выросты - кристы, в матриксе содержатся ферменты, РНК, ДНК, рибосомы. Функция-синтез АТФ на кристах при диссимиляции.
Лизосомы - одномембранни органоиды, содержащие гидролитические ферменты, которые расщепляют пищу при фаго-и пиноцитозе, лизируют органоиды собственной клетки. Клеточный центр-немембранна структура состоящая из двух центриолей. При разделе от центриолей отходят нити веретена деления, которые притягивают хроматиды к полюсам.
Органоиды движения - реснички, жгутики, микротрубочки, микрофиламенты, микрофибрилл - содержат сократительные белки.
5.4. Биологический транспорт
В биологии различают:
• транспорт на длинные расстояния, который осуществляется в многоклеточных организмах;
• транспорт на короткие расстояния, который осуществляется через клеточные мембраны.
Транспорт через клеточные мембраны является жизненно важным для клеток том, что обеспечивает возможность поглощения метаболитов богатых энергией и питательных веществ, одновременно происходит выведение наружу продуктов жизнедеятельности. По энергетическими затратами различают пассивный и активный транспорт. Особенность биологических систем заключается в одновременном наличии как градиенту концентрации, так и градиента концентрации.
5.4.1. Пассивный транспорт
Такой вид транспорта происходит по градиенту концентрации и не требует затрат энергии. Изменение концентрации при трансмембранного переноса осуществляется диффузией, облегченной диффузией, осмосом. Неполярные молекулы и углекислый газ диффундируют через мембраны достаточно быстро, а полярные молекулы - глюкоза, глицерин, жирные и аминокислоты через липидный слой мембраны диффундируют медленно. Если прохождению вещества сквозь мембрану способствует особая молекула - это облегченная диффузия. Диффузия воды через полупроницаемую мембрану наз. осмосом. 5.4.2. Активный транспорт
Такой вид транспорта происходит против градиента концентрации и заряда, поэтому требует затрат энергии (расходуется АТФ). У многоклеточных организмов на активный транспорт используется до 40% всей потребляемой энергии. Натрий-калиевый насос - это одна из найдослиджениших систем активного транспорта. Для большинства клеток концентрация ионов Na + значительно меньше, чем в окружающей среде. Для ионов К + характерно обратное соотношение: их концентрация внутри клетки больше, чем снаружи. Соотношение концентраций указанных ионов достигает 10-Н5. Поэтому ионы Na + всегда пытаются проникнуть в клетку, а ионы К + выйти наружу. Выравниванию концентраций этих ионов препятствует действие особой системы клеточной мембраны, выполняет роль насоса, который откачивает ионы Na + из клетки и одновременно закачивает ионы К + внутрь. За один цикл переноса через мембрану проходят три ионы Na + и два ионы К +.
Поглощение веществ происходит также путем фагоцитоза и пиноцитоза. Пиноцитоз - механизм, с помощью которого в клетку поступают белки и другие макромолекулы, находящиеся в растворах. Фагоцитоз - процесс аналогичен пиноцитоза предназначен для поступления твердых частиц в клетку-больших макромолекулярных комплексов, бактерий, вирусов. Явление пиноцитоза присущее только эукариоты. Явление фагоцитоза свойственно амебам, некоторым другим простым, а также лейкоцитам (фагоцитам).
Активный транспорт осуществляется всеми клетками многоклеточных организмов, но особое значение он приобретает в процессе всасывания в кишечнике, в нервных и мышечных клетках для создания потенциала покоя, а также при работе почек.