Основные компоненты растительной и животной клетки — ядро и цитоплазма. Они тесно связаны, однако строение и функции отличаются. Цитоплазма эукариот и прокариот сходна по строению и функциям: стабилизирует клетку, придает форму, обеспечивает взаимодействие ядра, плазматической мембраны и органелл.
Цитоплазма заполняет пространство между плазматической мембраной и ядром клетки (рис. 1). Термин введен в науку Э. Страсбургером, который предложил так называть клеточное вещество без ядра и пластид. Цитоплазма — субстрат для протекания многочисленных химических реакций синтеза и распада веществ. В этой части клетки происходит биосинтез белка.
В цитоплазме расположены:
Органеллы — постоянные части, «органы» клетки, выполняющие разнообразные функции. Если клеточные органеллы удалить с помощью центрифугирования, то остается гелеобразный раствор, получивший названия «цитозоль», «гиалоплазма». Включения — непостоянные компоненты клетки, выполняющие преимущественно запасающую или выделительную функцию.
Характеристика химического состава
Консистенция цитоплазмы похожа на желе: более вязкое ближе к плазматической мембране, жидкое — внутри. В составе преобладают вода, небольшие молекулы и макромолекулы, органические и неорганические ионы. Содержание воды достигает 70–90%. На молекулы биополимеров (белков, жиров, углеводов), минеральных солей, ионов приходится 10–20% состава гиалоплазмы. Также присутствуют витамины, ферменты, запасные вещества.
Среди органических веществ больше присутствует аминокислот, из неорганических — ионы калия, натрия. Молекулы веществ хранятся в гиалоплазме и транспортируются в части клетки, где протекают биохимические реакции. Состав цитоплазмы меняется с возрастом клетки, с изменением физиологического состояния.
Структура цитоплазмы
Цитоплазма — внутренняя среда клетки, объединяющая структурные компоненты. Состоит из органелл и цитозоля — «основного вещества» или матрикса (рис. 2). Жидкая фаза цитозоля — коллоидный раствор белковых, минеральных и других веществ. Твердая фаза представлена цитоплазматическим скелетом. Это система трубочек и нитей, постоянно меняющаяся структура, которая создается и разрушается в зависимости от процессов в клетке.
Основу цитоскелета составляют:
Стенки микротрубочек образованы свернутыми нитями белка тубулина. Сбор белковых молекул для микротрубочек происходит в клеточном центре. Прочные белковые нити образуют опорную основу цитоплазмы. Они противодействуют растяжению и сжатию клетки, поддерживают определенное положение органелл в пространстве. Микротрубочки выполняют опорную и транспортную функцию, так как участвуют в переносе различных веществ.
Микрофиламенты состоят из молекул глобулярного белка актина. Это нити, присутствующие в цитоплазме всех эукариот. Микрофиламенты чаще располагаются вблизи плазматической мембраны, участвуют в изменении ее формы, появлении углублений и выростов. Это особенно важно для пино- и фагоцитоза.
Промежуточные филаменты образованы белками, имеют средний диаметр 10 нм (больше диаметра микрофиламентов). Нитевидные структуры тоньше, чем микротрубочки в 2–2,5 раза. Промежуточные филаменты участвуют в создании цитоскелета и движении цитоплазмы.
Функции
Цитоплазма объединяет клеточные органеллы, является субстратом для протекания биохимических реакций и транспорта химических соединений (рис. 3). Коллоидный раствор облегчает взаимодействие между всеми компонентами клетки. Цитоскелет в виде белковых трубочек и нитей выполняет роль опоры.
Функции цитоплазмы и значение
Функция
Значение
Тургор
Создает тургорное (внутреннее) давление при осмосе (односторонней диффузии) воды, поступающей в клетку. За счет плотной оболочки клеток растений и грибов тургор выше, чем в животной клетке.
Транспорт
Осуществляет транспорт веществ из внешней среды в клетку и обратно. Связывает деятельность органелл.
Клеточный гемостаз
Поддерживает постоянство внутренней среды клетки, придает форму, является вместилищем органелл.
Запас веществ
Запасает и хранит вещества в виде клеточных включений.
Цитоплазма осуществляет химическое взаимодействие и транспорт веществ внутри клетки. Еще одна функция — хранение и перемещение молекул АТФ. В цитоплазме запасаются молекулы крахмала, капли липидов.
Деление цитоплазмы
Цитокинез — деление цитоплазмы в клетке после завершения деления ядра. Цитокинез в растительной клетке происходит за счет формирования клеточной перегородки. В животной клетке возникает перетяжка. В результате образуются две дочерние клетки. Цитокинез происходит и в митозе, и в мейозе.
Движение цитоплазмы
Цитоплазма постоянно движется. Цитоскелет стабилизирует содержимое и, одновременно, перемещает органеллы внутри клетки с помощью белковых микротрубочек и нитей. С цитоплазматическим потоком перемещаются хромосомы и включения.
Примеры в клетках растений и животных
Есть отличия в строении цитоплазмы прокариот и эукариот. В клетках доядерных организмов наследственный материал расположен в цитоплазме. В клетках растений и животных в строении и функциях цитоплазмы больше общих признаков, чем отличий.
Сравнение клеток эукариот
Клетки растений
Клетки животных
В цитоплазме растительной клетки микротрубочек больше, чем микрофиламентов, в животной клетке наоборот. В растительной клетке есть пластиды, вакуоли, целлюлозная клеточная оболочка, в животной клетке нет таких структур (рис. 4).
Пластиды — мембранные органеллы клетки, окрашенные в зеленый, оранжевый цвета, либо бесцветные. Вакуоли в растительной клетке нужны для накопления жидкого клеточного сока или других веществ. В клетках зрелого арбуза большая вакуоль оттесняет ядро и цитоплазму к плазматической мембране.
Цитоплазма — внутреннее полужидкое содержимое клетки, вместилище органелл и веществ. Состоит из цитозоля и опорных структур. Цитоплазма постоянно движется, способна изменять вязкость, поддерживает взаимосвязь между компонентами клетки.
39. Дайте определения понятий. Цитология — наука об устройстве клетки. Клетка — элементарная единица жизни на Земле.
40. Закончите предложения. Из организмов, живущих на Земле, клеточное строение имеют все, кроме вирусов, а неклеточное — вирусы. Для клетки характерны следующие жизненные свойства: рост, питание, размножение, дыхание и так далее.
42. Открытие клетки связано с именами великих учёных, изучавших объекты живой природы с помощью микроскопа (микроскопистов). Напишите об их научном вкладе, сделанном в области изучения клеток. 1) Р. Гук (1635—1703) — впервые увидел клетку под микроскопом. 2) А. Левенгук (1632—1723) — изобрел микроскоп, впервые наблюдал животные клетки. 3) М. Шлейден (1804—1881) — выдвинул теорию об идентичности растительных клеток с точки зрения их развития. 4)Т. Шванн (1810—1882) — окончательно сформулировал клеточную теорию. 5) Р. Вирхов (1821 — 1902) — дополнил теорию клеток тем, что все живое происходит из клеток. 6) С. Г. Навашин (1857—1930) — открыл двойное оплодотворение у растений.
43. Сформулируйте основные положения современной клеточной теории.
Все живые существа состоят из клеток.
Все клетки сходны по строению, химическому составу и жизненным циклам.
Клетки способны к самостоятельной жизнедеятельности, т.е. могут питаться, расти, размножаться.
44. Как вы думаете, какое значение имело открытие клеточной теории для развития современной биологии?
Клеточная теория была дополнена Вирховом. Его утверждение, что всякое болезненное изменение связано с каким-то патологическим процессом в клетках, составляющих организм, внесло большой вклад в медицину.
45. Рассмотрите клетки организмов, представленные на рисунке. Установите, каким организмам принадлежат изображённые клетки. Впишите их номера в соответствующие строки. Клетки бактерий: 2, 3. Клетки грибов: 6, 11. Клетки растений: 7, 1, 5, 4. Клетки животных: 10, 8. 46. Как вы думаете, от чего зависит форма клеток?
От выполняемых ими функций, от их специализации и происхождения.
47. Объясните, в чём заключается значение цитоплазмы.
Она выполняет функцию объединения всех органоидов клетки, является средой для прохождения всех химико-биологических процессов в клетке, обеспечивает ее механические свойства.
48. Как вы думаете, к каким последствиям может привести удаление или нарушение целостности клеточной мембраны?
Нарушение целостности мембраны, а тем более ее удаление, приведет к вытеканию внутреннего содержимого клетки и ее гибели.
50. Закончите предложения. Рассмотреть строение клеточной мембраны возможно с помощью электронного микроскопа. Основу клеточной мембраны составляет билипидный слой, в котором расположены белки. Белки, входящие в состав мембран, обеспечивают трансмембранный транспорт, являются также рецепторами и ферментами. Питательные вещества попадают в клетку путём пассивного и активного транспорта. Попавшие в клетку питательные вещества подвергаются в расщеплению под действием ферментов.
51. Рассмотрите в учебнике схематическое изображение процессов фагоцитоза и пиноцитоза. Вспомните из курса «Человек и его здоровье», что такое фагоциты и каково их значение в организме человека. Укажите, на каком из рисунков показан механизм действия данных клеток. Приведите ещё примеры клеток, для которых характерны данные процессы.
Кроме фагоцитов, путем фагоцитоза питаются некоторые простейшие (например, амеба обыкновенная).
52. Как вы думаете, возможен ли обратный транспорт веществ через мембрану клетки? Если да, приведите примеры, если нет, объясните почему.
Обратный транспорт из клетки через мембрану происходит, когда клетка выделяет из себя ненужные продукты обмена, так же происходит синтез и выделение гормонов, ферментов.
53. Заполните таблицу.
54. Дайте определения понятий. Прокариоты — организмы, в клетках которых отсутствует оформленное ядро и органеллы (вместо органелл – мезосомы). Эукариоты — организмы, клетки которых имеют ядро с ядерной мембраной и все мембранные органоиды.
55. На рисунке подпишите основные структурные компоненты ядра.
56. Продолжите заполнение таблицы. Строение и функции клеточных структур.
57. Заполните таблицу. Строение и функции ядерных структур.
58. Известно, что эритроциты человека, являющегося эукариотическим организмом, не содержат ядра. Как можно объяснить это явление?
Это объясняется законами эволюции. В процессе развития животного мира человек стоит на высшей ступени, поэтому и кровеносная система у него наиболее развитая. Место ядра в эритроцитах человека заполнено гемоглобином. Поэтому они захватывают больше кислорода, чем, например, лягушки.
60. Дайте определения понятий. Хромосомы — нити ДНК хроматина, плотно накрученные спиралью на белки. Хроматин — нити ДНК в ядре. Хроматиды — половина удвоенной хромосомы. Кариотип — набор хромосом, содержащийся в клетках того или иного вида. Соматические клетки — клетки, составляющие органы и ткани любого многоклеточного организма. Половые клетки (гаметы) — клетки, характерные для мужского и женского пола. Гаплоидный набор хромосом — набор различных по размерам и форме хромосом клеток данного вида, но каждая хромосома представлена в единственном числе. Диплоидный набор хромосом — набор различных по размерам и форме хромосом клеток данного вида, где каждой хромосомы по две. Гомологичные хромосомы — парные хромосомы.
61. В таблице дано число хромосом, содержащихся в гаплоидном и диплоидном наборах различных организмов. Заполните пропуски. Наборы хромосом у различных организмов.
62. Продолжите заполнение таблицы.
63. Рассмотрите рисунок. Назовите органоиды, изображённые на нём, и подпишите их основные части.
64. Продолжите заполнение таблицы. Строение и функции клеточных структур.
65. Закончите предложения. Клеточный центр выполняет функции: построение веретена деления, образование микротрубочек, ресничек и жгутиков. Основой цитоскелета являются микротрубочки и микрофиламенты. У животных и низших растений клеточный центр обра зован центриолями, состоящими из микротрубочек, и центросферы. У высших растений клеточный центр Микротрубочки образуют такие органоиды движения клеток, как реснички и жгутики.
66. Продолжите заполнение таблицы. Строение и функции клеточных структур.
67. На рисунке представлена схема строения прокариотической клетки (цианобактерия). Подпишите ее основные части.
68. На рисунке изображены прокариотические и эукариотические клетки. Установите, к какой группе принадлежит каждая из них. Прокариоты: 1, 2 Эукариоты: 3, 4.
69. Заполните таблицу, поставив знаки + и – в соответствующие графы.
70. Дайте определения понятий.
Ассимиляция – весь набор реакций биологического синтеза веществ в клетке, сопровождающийся тратой энергии. Диссимиляция – совокупность реакций распада веществ в клетке, сопровождающийся выделением энергии. Метаболизм – процесс обмена веществ, объединяющий ассимиляцию и диссимиляцию.
71. Ниже перечислены процессы, протекающие в клетках организмов:
Впишите номера, которыми они обозначены, в соответствии с принадлежностью их к ассимиляции и диссимиляции. Процессы ассимиляции: 4, 5, 9. Процессы диссимиляции: 1, 2, 3, 6, 7, 8.
72. Прочитайте материал учебника и заполните таблицу.
73. Закончите предложения.
Основной функцией митохондрий, называемых «силовыми станциями клетки», является синтез АТФ.
Наиболее эффективно процессы синтеза АТФ идут у организмов, называемых аэробами, в отличие от анаэробов, которые больше всего среди прокариот.
74. Как вы думаете, клетки каких тканей животных и человека должны содержать большое количество митохондрий? Почему?
Наибольшее количество митохондрий содержится в мышечной ткани, печени. В этих тканях и органах требуются большие затраты энергии.
75. Закончите схему. Классификация организмов по типу питания Организмы (по типу питания): 1. Автотрофы : 1.а – фототрофы 1.б – хемотрофы. 2. Гетеротрофы: 2.а – сапротрофы 2.б – паразиты 2.в. – голозои.
76. Закончите предложения. Способ питания организма зависит от того, способен ли он самостоятельно создавать необходимые для построения клеток и процессов жизнедеятельности органические вещества из неорганических, или получает их из внешней среды. По способу питания зеленые растения являются автотрофами (фототрофами). Основной источник энергии на нашей планете – солнечный свет.
77. Как вы думаете, можно ли считать, что все клетки зеленого растения питаются автотрофно? Ответ обоснуйте. Нельзя. Некоторые клетки зеленого растения питаются гетеротрофно: клетки камбия, корня. Клетки этих частей растения не способны к фотосинтезу и питаются за счет органических веществ, синтезированных зелеными частями растения.
78. Заполните таблицу.
79. Заполните таблицу.
Классификация гетеротрофных организмов по способу получения органических веществ.
80. Дайте определение понятия. Фотосинтез – процесс синтеза органических соединений из воды и углекислого газа при помощи энергии света.
81. Запишите суммарное уравнение фотосинтеза. 6СО2 + 6Н2О + энергия света = С6Н12О6 + 6О2.
82. Закончите предложения. Фотосинтез происходит в клетках зеленых растений, в хлоропластах. Кислород, выделяющийся в процессе фотосинтеза, образуется в результате фотолиза воды.
84. Закончите схему, подписав названия веществ. 1. – вода 2. – кислород 3. – воды 4. – ионы водорода 5. – углекислый газ 6. – глюкоза.
85. Дайте определение понятия. Хемотрофы – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке.
86. Закончите предложения. Хемотрофами являются автотрофами. Хемосинтез открыл в 1887 году С. Н. Виноградский. Хемотрофы отличаются от фототрофов тем, что они синтезируют органические вещества из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке. Фототрофы же синтезируют необходимые вещества за счет энергии солнечного света.
87. Заполните таблицу. Сравнение фотосинтеза и хемосинтеза.
88. Как вы думаете, можно ли, рассмотрев единственную клетку многоклеточного организма, определить его тип питания? Ответ обоснуйте. Да можно, так как многоклеточные организмы являются либо фототрофами, либо гетеротрофами. Растения являются автотрофами, кроме некоторых их частей. Но в подобных клетках не будет хлоропластов. Распознав, какому царству живых организмов принадлежит организм, легко можно определить его тип питания.
89. Дайте определения понятий. Ген – участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка. Генетический код – свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. Триплет – последовательность из трех расположенных друг за другом нуклеотидов. Кодон – один из триплетов, кодирующий аминокислоту. Антикодон – триплет, расположенный на тРНК, который соответствует той аминокислоте, которую предстоит переносить этой тРНК.
90. Закончите предложения. Информация о структуре белка хранится в ДНК, а его синтез осуществляется в рибосомах. Роль иРНК в процессе биосинтеза белка – доставка информации о белке к рибосомам. Роль тРНК в процессе биосинтеза белка – перенос аминокислот к рибосомам.
91. Дайте определения понятий. Транскрипция – процесс «переписывания» информации о последовательности нуклеотидов какого-либо гена ДНК на иРНК. Трансляция – этап синтеза белка на рибосомах.
93. Заполните таблицу. Механизм синтеза полипептидной цепи на рибосоме.
94. Митоз – важнейшее жизненное свойство. Объясните, каким образом оно проявляется на клеточном уровне. Митоз – основной способ деления клетки, в результате которого из одной материнской клетки образуется 2 идентичные дочерние клетки.
Особенности строения цитоплазмы: определение и основные функции
Особенности строения цитоплазмы
Цитоплазма клетки
Разберемся с особенностями строения и основными функциями цитоплазмы.
Цитоплазма и ядро — внутреннее содержимое клетки.
Что такое цитоплазма?
Цитоплазма — это центральная, если смотреть на объем, часть клетки.
Цитоплазма клетки представляет собой отдаленную от внешней среды при помощи клеточной оболочки внутреннюю полужидкую (коллоидную) среду клетки. Это и есть цитоплазма.
Это полужидкая среда клетки, в которой расположено ядро, а также все органеллы мембранного и немембранного строения.
Растворимое содержимое цитоплазмы, которое называется цитозоль, заполняет все пространство между органоидами в клетке. Цитоплазма отличается тем, что может быть в различных агрегатных состояниях, в том числе редким, в виде золя, и вязким — в виде геля.
Что касается химического состава цитоплазмы, то он достаточно непростой. Цитоплазма состоит из полужидкой слизистой бесцветной массы. Физико-химическое свойства цитоплазмы и строение отличаются сложностью. Это так называемый биологический коллоид.
Полностью заполнены цитоплазмой все животные клетки и очень молодые растительные клетки. При дифференциации в растительных клетках происходит образование мелких вакуолей. Когда они сливаются, то образуют центральную вакуоль, в результате чего цитоплазма отходит к оболочке и выстилает ее сплошным слоем.
Перечисленные вещества образуют коллоидный раствор — он не смешивается с водой или вакуолярным содержимым.
Из чего состоит цитоплазма?
В состав цитоплазмы включены:
Гиалоплазма в цитоплазме является коллоидной бесцветной клеточной структурой. В состав гиалоплазмы входят РНК, растворимые белки, полисахариды, липиды, а также клеточные структуры, расположенные определенные образом. Среди последних — мембраны, органеллы, различные включения.
Под цитоскелетом или внутриклеточным скелетом понимают систему белковых образований, микротрубочек и микронитей, основная функция которых в клетке — опорная. Они принимают участие в изменении формы клетки, в движении клетки, гарантируют ферментам определенное расположение в клетке.
Органеллы являются стабильными клеточными структурами, за которыми закреплены определенные функции. Они отвечают за все процессы, происходящие в клетке: дыхание, питание, движение, синтез органических соединений, их перемещение, а также сохранение и передачу генетической информации.
Органеллы эукариот бывают:
К временным структурам клетки относятся включения — это запасные соединения и конечные продукты обмена веществ. Среди них — капли жира, кристаллы солей, зерна крахмала и гликогена.
Функции цитоплазмы
Какие функции выполняет цитоплазма? Цитоплазма в клетке выполняет различные функции.
Функции цитоплазмы определяются, в том числе, ее содержимым. Это содержимое может двигаться, в результате чего органоиды размещаются наиболее оптимально, а биохимические реакции и выделение продуктов обмена протекают лучше.
Еще одна функция цитоплазмы заключается в том, что, благодаря ее движению, происходит основное передвижение клеток в пространстве. Это характерно для простейших (амеб).
Разнообразные внешние образования клетки появились благодаря цитоплазме. К таким образованиям относятся реснички, жгутики, выросты поверхности. К основным функциям образований цитоплазмы в клетке относятся обеспечение движения и способствование тому, чтобы клетки соединялись в ткани.
Цитоплазма по строению и функциям — это матрикс для всех клеточных элементов. Строение цитоплазмы такое, что она обеспечивает взаимодействие всех клеточных структур. В цитоплазме как растительной клетки, так и животной, происходят различные химические реакции. Особенности строения цитоплазмы таковы, что по ней происходит перемещение веществ в клетке, и из одной клетки в другую.
Чтобы понять, что такое цитоплазма, нужно разобраться, какие функции цитоплазма выполняет в клетке.
Значение цитоплазмы определяется тем, какие функции цитоплазма выполняет в клетке.
57. Заполните таблицу. Строение и функции ядерных структур.
