Организация эукариотической клетки

а) Клеточные мембраны, их структура и функциональное значение

Клеточная мембрана (от 2 до 7 нм) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность.

Гидрофобные участки их молекул повернуты друг к другу, а гидрофильные — находятся на поверхности слоя. Разнообразные белковые молекулы встроены в этот слой или размещены на его поверхностях.

Мембрана выполняет отграничивающую, барьерную, транспортную и рецепторную функции. Благодаря свойству избирательной проницаемости она регулирует химический состав внутренней среды клетки.

Разнообразие функций мембран связано с многообразием белков:

Периферические – на поверхности мембраны

Интегральные – пронизывают мембрану насквозь

б) Цитоплазма как внутренняя среда организма

Цитоплазма является связующим компонентом всех органоидов клетки. Она состоит из основного в-ва (гиалоплазмы), цитоскелета, включений и органелл.

Функции:

1) Внутренняя среда клетки

2) Объединение всех клеточных структур

3) Определяет местоположение органоидов

4) Обеспечивает внутриклеточный транспорт благодаря циклозу (цклоз – движение цитоплазмы в клетке)

в) Цитоплазматические включения: классификация, характеристика

Включениями называют относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (жир, гликоген), продуктами, подлежащими выведению из клетки (гранулы секрета), балластными веществами (некоторые пигменты).

Цитоплазматические включения:

- секреторные – специфические продукты жизнедеятельности клеток, как правило встречаются в железистых клетках;

- экскреторные – конечные продукты жизнедеятельности клетки, подлежащие удалению из неё;

- трофические – питательные вещества клетки (жиры, углеводы, иногда белки).

г) Ядро как система управления клетки. Структура ядра

Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) эукариотической клетки от цитоплазмы с присущими ей многочисленными метаболическими реакциями.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных околоядерным пространством, ее оболочка пронизана порами.

Основу ядерного сока, или матрикса, составляют белки. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль в обеспечении нормального функционирования генетического материала.

Ядрышко представляет собой структуру, в которой происходит образование и созревание рибосомальных РНК. Гены рРНК занимают определенные участки (в зависимости от вида животного) одной или нескольких хромосом (у человека 13—15 и 21—22 пары) — ядрышковые организаторы, в области которых и образуются ядрышки. Такие участки в метафазных хромосомах выглядят как сужения и называются вторичными перетяжками.

Хроматиновые структуры в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме, являются интерфазной формой существования хромосом клетки.

д) Теории происхождения эукариотических клеток

1) Коацервантная гипотеза возникновения клеточной организации (биохимическая эволюция) (1924 г. русский ученый Опарин). Первые белковые структуры (протобионты) появились в период, когда молекулы белков отграничивались от окружающей среды мембраной. Эти структуры могли возникнуть из первичного "бульона" благодаря коацервации — самопроизвольному разделению водного раствора полимеров на фазы с различной их концентрацией. Процесс коацервации приводил к образованию микроскопических капелек с высокой концентрацией полимеров. Часть этих капелек поглощали из среды низкомолекулярные соединения: аминокислоты, глюкозу, примитивные катализаторы. Взаимодействие молекулярного субстрата и катализаторов уже означало возникновение простейшего метаболизма внутри протобионтов. Схема образования коацерватной капли следующая: молекула белка в растворе → сближение молекул белка с потерей воды → образование коацерватной капли. Обладавшие метаболизмом капельки включали в себя из окружающей среды новые соединения и увеличивались в объеме. Когда коацерваты достигли размера, максимально допустимого в данных физических условиях, они распадались на более мелкие капельки. Мелкие капельки вновь продолжали расти и затем образовывали новые поколения коацерватов. Постепенное усложнение протобионтов осуществлялось отбором таких коацерватных капель, которые обладали преимуществом в лучшем использовании вещества и энергии среды.

2) Синтетическая теория возникновения эукариотических клеток. Концепция состоит в том, что источником некоторых частей эукариотических клеток была эволюция симбиозов, т.е. формирование постоянных ассоциаций между организмами разных видов. Предполагается, что три класса органелл - митохондрии, реснички и фотосинтезирующие пластиды – произошли от свободно живущих бактерий, которые в результате симбиоза были в определенной последовательности включены в состав клеток прокариот - хозяев.

3) Согласно инвагинационной гипотезе, предковой формой эукариотической клетки был аэробный прокариот. Внутри такой клетки-хозяина находилось одновременно несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровывания участков оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрий, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции произошло усложнение ядерного генома, появилась система цитоплазматических мембран.