Читать книгу Биология. Общая биология. 10–11 классы - В. В. Пасечник - Страница 17

1. Перечислите царства живых организмов, клетки которых имеют ядро.

2. Трудами каких ученых была создана клеточная теория?

3. В чем основное отличие прокариотической клетки от эукариотической?

4. У всех ли эукариотических клеток есть ядро?

5. Каково строение клеточной мембраны?

Сходство принципов построения клеток. Описывая клеточную теорию, мы уже говорили о том, что каждая клетка способна к самостоятельной деятельности: она может обмениваться веществами и энергией с внешней средой, расти, размножаться. Поэтому внутреннее строение клеток очень сложно и в большой степени зависит от тех функций, которые клетка выполняет в многоклеточном организме. Казалось бы, трудно сравнить форму и строение мышечной клетки, клетки ткани листа и стрекательной клетки гидры, и тем не менее принципы построения всех клеток едины. Разные клетки имеют гораздо больше общего, чем кажется на первый взгляд (рис. 22, 23).

Мембрана клетки. Каждая клетка покрыта плазматической (цитоплазматической) мембраной, имеющей толщину 8–12 нм. Эта мембрана построена из двух слоев липидов (билипидный слой, или бислой) (рис. 24). Каждая молекула липида образована гидрофильной головкой и гидрофобным хвостом. В биологических мембранах молекулы липидов располагаются головками наружу, а хвостами внутрь (друг к другу). Двойной слой липидов обеспечивает барьерную функцию мембраны, не давая содержимому клетки растекаться и препятствуя проникновению в клетку опасных для нее веществ. В билипидный слой мембраны погружены многочисленные молекулы белков. Одни из них находятся на внешней стороне мембраны, другие – на внутренней, а третьи пронизывают всю мембрану насквозь. Мембранные белки выполняют целый ряд важнейших функций. Некоторые белки являются рецепторами, с помощью которых клетка воспринимает различные воздействия на свою поверхность. Другие белки образуют каналы, по которым осуществляется транспорт различных ионов в клетку и из нее. Третьи белки являются ферментами, обеспечивающими процессы жизнедеятельности в клетке. Как вы уже знаете, пищевые частицы не могут пройти через мембрану; они проникают в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза (рис. 25). Общее название фаго– и пиноцитоза – эндоцитоз. Существует и обратный эндоцитозу процесс – экзоцитоз, когда вещества, синтезированные в клетке (например, гормоны), упаковываются в мембранные пузырьки, которые подходят к клеточной мембране, встраиваются в нее, и содержимое пузырька выбрасывается из клетки. Таким же образом клетка может избавляться и от ненужных ей продуктов обмена.

Рис. 22. Растительная клетка

Рис. 23. Животная клетка

Ядро клетки. Ядро – важнейшая структура в клетках эукариот. Оно представляет собой центр управления клетки и хранилище информации о ней. В ядре локализовано более 90 % клеточной ДНК – вещества, являющегося носителем наследственной информации.

Обычно ядро имеет шаровидную форму и отделено от цитоплазмы оболочкой, состоящей из двух мембран. Внутренняя мембрана – гладкая, а наружная переходит в каналы эндоплазматической сети (ЭПС). Общая толщина двумембранной ядерной оболочки составляет 30 нм. В ней имеется множество пор, по которым из ядра в цитоплазму выходят молекулы иРНК и тРНК (см. § 26), а в ядро из цитоплазмы проникают ферменты, молекулы АТФ, неорганических ионов и т. д.

Рис. 24. Строение клеточной мембраны

Обычно в клетке эукариот имеется только одно ядро. Его диаметр колеблется от 2 до 100 мкм в зависимости от вида клетки. Существуют клетки, вторично утратившие ядро (например, эритроциты человека), или многоядерные клетки (у одноклеточной инфузории туфельки – два ядра, а в клетках поперечно-полосатых мышц и некоторых грибов – множество ядер).

У животной клетки ядро обычно расположено в ее центре, а у растительной, как правило, находится на периферии клетки. Содержимое ядра называется кариоплазмой. В ней располагается хроматин и ядрышки. Хроматин – это ДНК, связанная с белками. Перед делением клетки ДНК плотно скручивается, образуя хромосомы, а ядерные белки – гистоны – необходимы для правильной укладки ДНК, в результате которой объем, занимаемый ДНК, во много раз уменьшается. В растянутом виде длина хромосомы человека может достигать 5 см.

Рис. 25. Фагоцитоз. Амеба, поглощающая эвглену

Каждая хромосома образована одной молекулой ДНК. Во время метафазы под микроскопом хромосомы выглядят как удлиненные палочковидные тельца, состоящие из двух плеч, разделенных центромерой (рис. 26).

Если рассмотреть содержимое клеточного ядра в промежутке между делениями (в интерфазе), то окажется, что нити хроматина раскручены, так как только в таком состоянии могут функционировать гены – участки ДНК, которые кодируют структуру какого-либо белка.

Часть молекул ДНК участвует в синтезе рибосомальной РНК (рРНК). Участки таких молекул ДНК образуют петли, которые сближаются и формируют так называемые ядрышки. В них происходит синтез рРНК и сборка субъединиц рибосом, которые затем проходят через ядерные поры в цитоплазму и формируют целые рибосомы, которые осуществляют синтез белков. В одной клетке может функционировать от одного до семи ядрышек.

Хромосомный набор клетки (кариотип). Набор хромосом, содержащийся в клетках какого-либо вида живых существ, называется кариотипом. Кариотип неповторим, и даже если число хромосом в клетках каких-то двух видов будет одинаковым (например, у картофеля и шимпанзе по 48 хромосом в клетке), то форма и строение этих хромосом все равно будут различными.

Клетки, составляющие ткани любого многоклеточного организма, получили название соматических. Ядра таких клеток содержат, как правило, двойной, или диплоидный, набор хромосом, т. е. по две хромосомы одинакового вида (рис. 27). Исходно половина хромосом досталась каждой клетке от материнской яйцеклетки и столько же хромосом – от сперматозоида отца. Парные, т. е. абсолютно одинаковые хромосомы (одна от матери, другая от отца), получили название гомологичных хромосом. Исключение представляют половые хромосомы; например, у всех млекопитающих это: X – доставшаяся от матери и одна из двух – X или Y – доставшаяся от отца.

Рис. 26. Строение хромосомы

Рис. 27. Кариотип человека (набор хромосом мужчины)

Гаплоидный набор хромосом – это набор различных по размерам и форме хромосом клеток данного вида, но каждая хромосома представлена, в отличие от диплоидного набора, в единственном числе. Гаплоидный набор содержится в ядрах половых клеток (гамет). Если у пчелы диплоидный набор – 32 хромосомы, то гаплоидный соответственно – 16.

В интерфазе клеточного деления каждая хромосома удваивается и состоит из двух хроматид. При этом у человека в соматических клетках будет 92 хроматиды, попарно соединенные в 46 хромосом.

Цитоплазматическая мембрана. Эндоцитоз. Экзоцитоз. Ядро. Хроматин. Ядрышки. Кариоплазма. Кариотип. Хромосомы. Гомологичные хромосомы. Диплоидный и гаплоидный наборы хромосом.

1. Какое строение имеет мембрана клетки? Какие функции она выполняет?

2. Каково строение ядерной оболочки?

3. Какова функция ядра в клетке?

4. Что представляет собой хроматин?

5. Сколько молекул ДНК образуют одну хромосому?

6. Какую функцию выполняют ядрышки?

7. Какие клетки имеют не одно ядро, а несколько ядер?

8. Какие клетки не имеют ядер?

Роль ядра в клетке можно продемонстрировать в следующем опыте. Клетку амебы разделяют на две части, в одной из которых содержится ядро, а другая, естественно, оказывается без ядра. Первая часть быстро оправляется от травмы, питается, растет, начинает делиться. Вторая же часть существует несколько дней, а затем погибает. Но если в нее ввести ядро от другой амебы, то она быстро восстанавливается в нормальный организм, который способен выполнять все жизненные функции амебы.