Клеточная теория

После рассмотрения особенностей строения и  функций эндоплазматической сети естественно  возникает вопрос о том, как и  из какого материала в клетке она  образуется. До сих пор вполне определенного  ответа на этот вопрос еще нет. Но ответ  на поставленный вопрос до некоторой  степени дают наблюдения о связи  этого органоида с другими  компонентами клетки, имеющими мембранные структуры. ЭПС теснейшим образом  связана с наружной цитоплазматической мембраной, за счет разрастаний которой и частично за счет пиноцитозных пузырьков, сливающихся в конечном итоге с каналами и цистернами, может происходить пополнение мембран.

Рибосомы. Так же как и эндоплазматическая сеть, рибосомы были открыты только с помощью электронного микроскопа. Рибосомы - самые маленькие из клеточных  органелл.

Рибосомы  либо располагаются на поверхности  мембраны гранулярной ЭПС в 
один ряд, либо образуют розетки и спирали. В тех клетках, где хорошо развита 
гранулярная ЭПС, например в полностью дифференцированных клетках печени 
и поджелудочной железы, большинство рибосом связано с ее мембранами. В 
клетках же, где гранулярная ЭПС развита слабо, рибосомы преимущественно 
свободно располагаются в основном веществе цитоплазмы. К клеткам такого 
типа относятся плазмоциты лимфатических узлов и селезенки, овоциты человека 
и ряд других. Помимо цитоплазмы, рибосомы обнаружены и в клеточном ядре, 
где они имеют такую же округлую форму, строение и размеры, как и рибосомы 
цитоплазмы. Часть ядерных рибосом свободно располагается в кариоплазме, а 
часть их находится в связи с нитевидными структурами, из которых состоят 
остаточные хромосомы, обнаруживаемые обычно при

электронномикроскопическом исследовании интерфазного ядра. В последнее время рибосомы обнаружены в митохондриях и пластидах клеток растений.

Биохимический анализ рибосом, полученных путем дифференциального  центрифугирования клеточных гомогенатов, показал, что в состав их входит высокополимерная, так называемая рибосомальная РНК и белок. Соотношение этих двух компонентов в рибосомах почти одинаково.

Белок рибосом самых разнообразных  клеток и разных организмов в общем одинаков по составу аминокислот, причем в нем часто преобладают основные аминокислоты, а следовательно, белки рибосом имеют ...? свойства. Рибосомы содержат также Mg2+.

Функции рибосом. Исследование ультраструктуры  клеток многочисленных видов многоклеточных растений и животных, бактерий и  простейших показало, что рибосомы - обязательный органоид каждой клетки. Наличие этого органоида во всех клетках, однородность его строения и химического состава свидетельствуют  о важной роли рибосом в жизнедеятельности  клеток. Было выяснено, что на рибосомах  происходит синтез белков.

В процессах биосинтеза белка роль рибосом заключается в том, что  к ним из основного вещества цитоплазмы непрерывно подносятся с помощью  т-РНК аминокислоты, и происходит укладка этих аминокислот в полипептидные  цепи в строгом соответствии с  той генетической информацией, которая  передается из ядра в цитоплазму через  и-РНК, постоянно поступающую к  рибосомам. На основании такой функции  рибосом в белковом синтезе можно  назвать их своего рода "сборочными конвейерами", на которых в клетках  образуются белковые молекулы.

В процессе синтеза  белка, таким образом, активное участие  принимают т-РНК и и-РНК, а роль рибосомальной РНК еще не выяснена. По имеющимся в настоящее время данным, рибосомальная РНК не принимает участия в синтезе белковых молекул. В комплексе с белком рибосом она образует строму этого органоида.

При осуществлении  процессов синтеза белка в  клетках активную роль выполняют  не все рибосомы. Специальные биохимические  исследования позволили установить. Что наиболее активная роль в синтезе  клеточных белков принадлежит рибосомам, связанным с мембранами ЭПС. Можно  предполагать, что эти два органоида, теснейшим образом связанные  друг с другом, представляют собой  единый аппарат синтеза (рибосомы) и  транспорта (эндоплазматическая сеть) основной массы белка, вырабатываемого  в клетке.

В рибосомах. Находящихся  в ядре, происходит синтез ядерных  белков. Рибосомы митохондрий и пластид  выполняют функцию синтеза части  белков, содержащихся в этих органоидах.

Вопрос  о том, где в клетке образуются рибосомы, до сих пор не решен, но сейчас уже довольно убедительно  показано, что основным местом формирования рибосом служит ядрышко и образованные в нем рибосомы поступают из ядра в цитоплазму.

2.4. МИТОХОНДРИИ

Митохондрии (греч. "митос" - нить, "хондрион" - гранула) - это обязательный органоид каждой клетки всех многоклеточных и одноклеточных организмов. В разных клетках размеры и форма митохондрий чрезвычайно сильно варьируют. По форме митохондрии могут быть округлыми, овальными, палочковидными, нитевидными или сильно разветвленными тельцами, которые обычно хорошо видны в световой микроскоп. Форма митохондрий может варьировать не только в клетках разных организмов, разных органов и тканей одного и того же организма, но и в одной и той же клетке в разные моменты ее жизнедеятельности. Митохондрии меняют свою форму и при разнообразных воздействиях на клетку. Размеры митохондрий в большинстве исследованных клеток так же варьируют, как и их форма. Число митохондрий находится в соответствии с функциональной активностью клетки. Установлено, например, что в клетках грудной мышцы хорошо летающих птиц митохондрий значительно больше, чем в клетках этой же мышцы у птиц нелетающих.

Варьирует и расположение митохондрий в  разных клетках. Во многих клетках митохондрии  распределены довольно равномерно по всей цитоплазме, что свойственно  нервным клеткам, некоторым эпителиальным  клеткам, многим простейшим и т. д. Однако в ряде клеток митохондрии локализуются в каком-либо определенном участке, обычно связанном с наиболее активной деятельностью.

Тонкое строение митохондрий было выявлено только с  помощью электронного микроскопа. Митохондрия  ограничена внешней мембраной, которая  имеет такое же строение, как и  наружная цитоплазматическая мембрана клетки. Под наружной мембраной располагается  внутренняя мембрана, которая также  имеет типичное трехслойное строение. Между внешней и внутренней мембранами находится узкое щелевидное пространство. Внешняя и внутренняя мембраны составляют оболочку митохондрии. От внутренней мембраны отходят выросты, направленные во внутреннее пространство митохондрии, - гребни, или  кристы.

Кристы располагаются параллельно друг другу и ориентированы в поперечном направлении по отношению к продольной оси митохондрии.

Внутреннее  пространство митохондрии, в котором  располагаются кристы, также заполнено гомогенным веществом, носящим название матрикса. Вещество матрикса более плотной консистенции, чем окружающая митохондрию цитоплазма. В последнее время в матриксе митохондрий были обнаружены рибосомы. Число крист неодинаково в митохондриях различных клеток. Так, в клетке сердечной мышцы, скелетной мышцы, эпителия почки количество крист обычно большое, и они плотно располагаются по отношению друг к другу. Детали строения митохондрий, и особенно число, форма и расположение крист, могут варьировать, но основной план их строения остается одинаковым в разнообразных клетках тканей и органов самых различных организмов.

Функции митохондрий. Функции митохондрий  были детально изучены лишь в последнее  время благодаря применению биохимических  и других методов. Митохондрии часто  называют основной "энергетической станцией" клетки благодаря тому, что они содержат ферменты, окисляющие углеводы, некоторые аминокислоты, а также жирные кислоты. В результате этих реакций освобождается энергия, которая непосредственно клеткой  не используется, но накапливается  в АТФ, которая синтезируется  в митохондриях. Реакции освобождения энергии связаны с элементарными  частицами, расположенными на поверхности  наружной и внутренней мембран митохондрий. Эти частицы выполняют, по-видимому, различные функции: 1) осуществляют окислительные реакции, в результате которых освобождаются электроны; 2) переносят электроны вдоль цепи соединений, участвующих в синтезе  АТФ; 3) катализируют реакции синтеза, получающие энергию от АТФ.

Митохондрия - это органоид клетки, в котором  вырабатывается основная масса энергии  клетки, сконцентрированная в АТФ  и используемая затем в разнообразных  процессах синтеза и во всех видах  клеточной деятельности (движение, дыхание, рост, продукция секретов и  т. д.).

В последние годы были получены убедительные данные о том, что в митохондриях происходит синтез белка, который осуществляется в рибосомах, располагающихся в  матриксе митохондрий. Есть также указания на синтез жирных кислот и некоторых  других веществ в митохондриях. Из этого следует, что митохондрии  представляют не только энергетические центры, но и важное место биосинтетических процессов в клетке наряду с ядром  и рибосомами цитоплазмы.

2.5. ПЛАСТИДЫ

Пластиды - особые органоиды растительных клеток, в которых осуществляется синтез различных веществ, и в первую очередь фотосинтез.

В цитоплазме клеток высших растений имеется  три основных типа пластид: 1) зеленые  пластиды - хлоропласты; 2) окрашенные в  красный, оранжевый и другие цвета  хромопласты; 3) бесцветные пластиды - лейкопласты. Все эти типы пластид могут  переходить один в другой. У низших растений, например у водорослей, известен один тип пластид - хроматофоры. Процесс  фотосинтеза у высших растений протекает  в хлоропластах, которые, как правило, развиваются только на свету.

Снаружи хлоропласта  ограничены двумя мембранами: наружной и внутренней. В состав хлоропластов высших растений, по данным электронной микроскопии, входит большое количество гран, расположенных группами. Каждая грана состоит из многочисленных круглых пластин, имеющих форму плоских мешочков, образованных двойной мембраной и сложенных друг с другом наподобие столбика монет. Граны соединяются между собой посредством особых пластин или трубочек, расположенных в строме хлоропласта и образующих единую систему. Зеленый пигмент хлоропластов содержат только граны; строма их бесцветна.

Хлоропласта одних растений содержат лишь несколько  гран, других - до пятидесяти и больше.

У зеленых водорослей процессы фотосинтеза осуществляются в хроматофорах, которые не содержат гран, и продукты первичного синтеза - различные углеводы - часто откладываются  вокруг особых клеточных структур, называемых пиреноидами.

Окраска хлоропластов зависит не только от хлорофилла, в них могут содержаться  и другие пигменты, например каротин  и каротиноиды, окрашенные в разные цвета - от желтого до красного и коричневого, а также фикобилины. К последним относится фикоцианин и фикоэритрин красных и сине-зеленых водорослей.

Хромопласты обычно окрашены в желтый, оранжевый, красный  или бурый цвета. Сочетание хромопластов, содержащих разные пигменты, создает  большое разнообразие окрасок цветков  и плодов растений.

Следующий тип пластид - лейкопласты. Они бесцветны. Местом их локализации служат неокрашенные части растений. Примером лейкопластов могут служить так называемые амилопласты клубней картофеля  и многих других растений. В амилопластах происходит вторичный синтез вторичного крахмала из моно- и дисахаридов. Следовательно, основная функция пластид - это синтез моно-, ди- и полисахаридов, но теперь они известны и как органоиды, в которых синтезируются белки.

Пластиды  развиваются из особых клеточных  структур, носящих название пропластид. Пропластиды - это бесцветные образования, внешне похожие на митохондрии, но отличающиеся от них более крупными размерами и тем, что всегда имеют удлиненную форму. Снаружи пластиды ограничены двойной мембраной, небольшое количество мембран находится также в их внутренней части.

Пластиды размножаются путем деления, и контроль над  этим процессом осуществляется, по-видимому, ДНК, содержащейся в них же. При  делении происходит перетяжка пластиды, но разделение пластид может происходить  и путем образования перегородки. Способность пластид к делению  обеспечивает их непрерывность в  ряду клеточных поколений. При половом  и бесполом размножении растений происходит передача пластид дочерним организмам, причем у большинства  растений пластиды передаются по материнской  линии.

2.6. КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ

Комплекс Гольджи - это органоид клетки, получивший свое название по имени ученого К. Гольджи, который впервые увидел его в цитоплазме нейронов и назвал сетчатым аппаратом (1898). Во многих клетках этот органоид действительно имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. Иногда же его сетевидная структура приобретает вид шапочки, расположенной над ядром, или тяжа, опоясывающего ядро. В клетках многих беспозвоночных животных и растений комплекс Гольджи представлен в виде отдельных элементов, обладающих формой округлых, серповидных или палочковидных телец, носящих название диктиосом. Такая рассеянная форма аппарата Гольджи свойственна и некоторым клеткам позвоночных животных.

Исследование  многочисленных клеток животных и растений с помощью электронного микроскопа показало, что, несмотря на многообразие формы и строения комплекса Гольджи, структура его элементов однотипна в разных клетках. По данным электронномикроскопического исследования, ультраструктура комплекса Гольджи включает три основных компонента.