Что такое эукариотическая клетка
Что такое эукариотическая клетка
Основные положения:
• В эукариотической клетке плазматическая мембрана окружает цитоплазму
• В цитоплазме расположены индивидуальные компартменты. каждый окружен мембраной
• Наиболее крупным компартментом обычно является ядро, содержащее генетический материал
С появлением эукариот строение клетки сильно усложнилось. У эукариотической клетки внутренняя среда не существует в гомогенном состоянии, а разделена на компартменты, каждый из которых окружен мембраной. Рисунок ниже иллюстрирует, что внутреннее пространство клетки эукариот разделено на два основных компартмента: цитоплазму и ядро. Внутриклеточные компартменты, ограниченные мембраной, обычно называются органеллы. Чаще всего наиболее заметной органеллой является ядро. Остальную часть содержимого клетки обычно называют цитоплазмой, подразумевая под этим термином внутриклеточный объем, заключенный между ядром и плазматической мембраной (т. е. все, за исключением ядра).
Макромолекулы поступают в ядро и выходят из него через поры, которые представляют собой белковые каналы, расположенные в его оболочке. Поры настолько велики, что через них свободно проходят мелкие молекулы. Поэтому водная среда в ядре и цитоплазме одинакова.
В ядре содержится генетический материал. Степень сложности генетического аппарата эукариот сильно варьирует. Геном наиболее простых одноклеточных организмов содержит примерно 5000 генов. Наряду с функциями, свойственными геному прокариот, эукариотической клетке необходима информация о всех дополнительных структурных элементах и системах, ответственных за локализацию белков в индивидуальных компартментах, а также о более сложных системах регуляции экспрессии генов, которые учитывают сегрегацию ДНК в клеточном ядре.
Разнообразие эукариот охватывает организмы от одноклеточных, существование которых напоминает свободно растущие бактерии, до сложных многоклеточных, состоящих из многих различных типов клеток В процессе эволюции эукариоты возникли в виде одноклеточных организмов, и большинство их характерных свойств сформировались до момента развития в многоклеточные организмы. Это объясняет наличие общих консервативных признаков у клеток грибов, растений и животных.
Важный момент, который следует запомнить, заключается в том, что для всех компартментов клетки характерна высокая концентрация макромолекул. В современной клетке значительно усилены все характерные черты, свойственные примитивной клетке, и она не только сегрегирует макромолекулы от окружающей среды, но и концентрирует их. Концентрация ДНК в ядре соответствует вязкому гелю. В других компартментах находятся белки в высокой концентрации. Такой характер организации клетки свидетельствует о чрезвычайно важной роли локализации компонентов в ее жизнедеятельности.
Эукариотическая клетка содержит ядро и цитоплазму.
Для транспорта молекул между двумя компартментами служат поры в ядерной оболочке.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Эукариотическая клетка – определение, характеристики, структура и примеры
Определение эукариотических клеток
Характеристика эукариотических клеток
Эукариотические клетки содержат множество структур, называемых органеллами, которые выполняют различные функции в пределах клетка, Примерами органелл являются рибосомы, которые делают белки, эндоплазматическая сеть, который сортирует и упаковывает белки, и митохондрии, которые производят энергию молекула аденозинтрифосфат (АТФ). У них также есть настоящее ядро, которое содержит ДНК генетического материала и окружено ядерной оболочкой. Все органеллы стабилизируются и получают физическую поддержку через цитоскелет, который также участвует в отправке сигналов из одной части ячейки в другую. В эукариотических клетках цитоскелет состоит в основном из трех типов филаментов: микротрубочек, микрофиламентов и промежуточных филаментов. Гелеобразное вещество, которое окружает все органеллы в клетке, называется цитозоль.
На рисунке ниже показана структура эукариотической клетки; это клетка животного, Ядро и другие органеллы показаны. Цитозоль – это синее вещество, окружающее все органеллы. Вместе цитозоль со всеми органеллами, кроме ядра, сгруппированы как цитоплазма.
Эукариотический клеточный цикл
клеточный цикл это жизненный цикл клетки. В течение этого цикла он растет и делится. Контрольные точки существуют между всеми этапами, так что белки могут определить, готова ли клетка начать следующую фазу цикла.
Покой (G0)
Покой, также известный как старение или покой, – это фаза, в которой клетка активно не делится. Он также известен как Gap 0 или G0. Эта стадия считается началом клеточного цикла, хотя это тот, который клетки могут достичь, а затем прекратить делиться на неопределенный срок, что завершает клеточный цикл. Печень, желудок клетки почек и нейрон – все это примеры клеток, которые могут достигать этой стадии и оставаться в ней в течение длительных периодов времени. Это также может произойти, когда ДНК клетки повреждена. Однако большинство ячеек вообще не переходят в стадию G0 и могут делиться бесконечно на протяжении всей жизни организм.
интерфаза
В интерфаза клетка растет и усваивает питательные вещества при подготовке к делению. Интерфаза занимает около 90 процентов клеточного цикла. Он состоит из трех частей: Gap 1, Synthesis и Gap 2.
Митоз (М)
Митоз или М-фаза, когда клетка начинает организовывать свою дублированную ДНК для разделения на две части. дочерние клетки, Хромосомы разделяются так, что одна из каждой хромосомы попадает в каждую дочернюю клетку. Это приводит к тому, что дочерние клетки имеют идентичные хромосомы с родительской клеткой. Сам Митоз делится на профаза, метафазы, анафаза, а также телофаза, которые отмечают различные точки в процессе разделения ДНК. Затем за митозом следует процесс, называемый цитокинез, в течение которого клетка разделяет свои ядра и другие органеллы при подготовке к делению, а затем физически делится на две клетки.
Примеры эукариотических клеток
Растительные клетки
Растение клетки уникальны среди эукариотических клеток по нескольким причинам. Они имеют усиленные, относительно толстые клеточные стенки, которые сделаны в основном из целлюлозы и помогают поддерживать структурную опору в растении. каждый растительная клетка имеет большой вакуоль в центре, что позволяет ему поддерживать тургор давление Это давление, вызванное наличием большого количества воды в клетке, и помогает поддерживать растения в вертикальном положении. Растительные клетки также содержат органеллы, называемые хлоропластами, которые содержат молекулу хлорофилл, Эта важная молекула используется в процессе фотосинтез, когда растение производит свою собственную энергию из солнечного света, углекислого газа и воды.
Грибковые клетки
Как и растительные клетки, грибковые клетки также имеют клеточная стенка, но их клеточная стенка состоит из хитин (то же вещество, найденное в экзоскелетах насекомых). У некоторых грибов есть перегородки, которые являются отверстиями, которые позволяют органеллам и цитоплазме проходить между ними. Это делает границы между различными ячейками менее четкими.
Клетки животных
Животные клетки не имеют клеточных стенок. Вместо этого они имеют только плазматическую мембрану. Отсутствие клеточной стенки позволяет клеткам животных формировать множество различных форм, а также позволяет процессам фагоцитоз «Клеточная еда» и пиноцитоз «Выпить клетки» произойдет. Животные клетки отличаются от растительных клеток тем, что они не имеют хлоропластов и имеют меньшие вакуоли вместо больших центральная вакуоль.
протозоа
Простейшие – это эукариотические организмы, состоящие из одной клетки. Они могут передвигаться и есть, и они переваривают пищу в вакуолях. У некоторых простейших много ресничек, которые представляют собой маленькие «руки», которые позволяют им передвигаться. У некоторых также есть тонкий слой, названный pellicle, который обеспечивает поддержку клеточная мембрана.
викторина
1. Каковы три части интерфазы в клеточном цикле?A. Разрыв 1, Синтез, Разрыв 2B. Покой, Синтез, МитозC. Разрыв 1, Митоз, Разрыв 2D. Покой, разрыв 1, разрыв 2
Ответ на вопрос № 1
верно. Три части интерфазы – это Gap 1 (G1), фаза роста, Synthesis (S), во время которой реплицируется ДНК, и Gap 2 (G2), вторая фаза роста в процессе подготовки к деление клеток, Молчание (G0) наступает до интерфазы, в то время как митоз (M) наступает после интерфазы.
2. Какая возможная характеристика эукариотической клетки?A. Наличие клеточной стенки из целлюлозыB. Наличие клеточной стенки из хитинаC. Не имеет клеточной стенкиD. Все вышеперечисленное наблюдается в эукариотических клетках.
Ответ на вопрос № 2
3. Какие этапы клеточного цикла в порядке?A. G1, M, G2, S, G0B. G0, G1, G2, S, MC. G0, G1, S, G2, MD. M, S, G2, G1, G0
Ответ на вопрос № 3
С верно. Клеточный цикл начинается в G0, или в покое. Затем он проходит через три части интерфазы: разрыв 1, синтез и разрыв 2. Последней стадией клеточного цикла является митоз.
Научная электронная библиотека
§ 3.1.4. Строение клетки
Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения
Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.
1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.
Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).
2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране
участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).
Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.
Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.
3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).
транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;
буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;
поддержание тургора (упругость) клетки;
все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.
4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления
Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.
При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери
Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.
В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.
В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( <ХY>или <ХХ>) определять пол будущего ребенка.
Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.
– хранение генетической информации;
– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.
4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.
Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.
5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.
Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.
6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).
Функции эндоплазматической сети:
– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;
– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.
Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).
7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).
Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент
Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1
При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:
АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.
Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.
АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].
Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).
Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).
Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!
8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.
Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.
9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).
Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.
10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:
Пластиды бывают трех типов:
1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.
2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.
3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).
Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.
11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.
Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:
– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);
– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;
– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).
Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).
Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.
Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.
Эукариоты.
Эукариоты или ядерные – это надцарство живых организмов, клетки которых имеют ядро. Эукариотами являются почти все организмы, кроме бактерий (вирусы относятся к отдельной категории, которую не все биологи выделяют, как категория живых существ). К эукариотам относятся растения, животные, грибы и такой вид живых организмов, как слизевики. Эукариоты делятся на одноклеточных организмов и многоклеточных, но принцип строения клетки у всех них одинаковый.
Считается, что первые эукариоты появились около 2 млрд лет назад и эволюционировали во многом благодаря симбиогенезу – взаимодействию клеток эукариотов и бактериями, которые эти клетки поглощали, будучи способны к фагоцитозу.
Строение эукариотической клетки.
Эукариотические клетки имеют очень большой размер, особенно, по сравнению с прокариотическими. В эукариотической клетке имеется около десяти органоидов, большинство из которых отделенные мембранами от цитоплазмы, чего нет у прокариотов. Также у эукариотов имеется ядро, о котором мы уже говорили. Это часть клетки, которая отгорожена от цитоплазмы двойной мембраной. Именно в этой части клетки находятся ДНК, содержащиеся в хромосомы. Клетки обычно являются одноядерными, но иногда встречаются многоядерные клетки.
Царства эукариотов.
Есть несколько вариантов деления эукариотов. Изначально все живые организмы делили только на растения и животных. Впоследствии выделили царство грибов, которые значительно различаются и от первых, и от вторых. Еще позже начали выделять слизевиков.
Слизевики – это полифилетическая группа организмов, которую некоторые относят к простейшим, но конечная классификация этих организмов до конца не классифицирована. На одной из стадий развития эти организмы имеют плазмодическую форму – это слизистое вещество, которое не имеет четких твердых покровов. В целом слизевики выглядят, как одна многоядерная клетка, которая видна невооруженным взглядом.
С грибами слизевиков роднит спороношения, которые прорастают зооспорами, из которых впоследствии и развивается плазмодий.
Слизевики являются гетеротрофами, способные питаться осмотрофно, то есть всасывать питательные вещества напрямую через мембрану, или эндоцитозом – забирать внутрь пузырьки с питательными веществами. К слизевикам относят акразиевые, миксомицеты, лабиринтуловые и плазмодиофоровые.
Различия прокариот и эукариот.
Главным различием прокариот и эукариот является то, что у прокариот нет оформленного ядра, отделенного мембраной от цитоплазмы. У прокариот кольцевая ДНК находится в цитоплазме, а место, где находится ДНК, называется нуклеоидом.