Бактерии – мельчайшие живые организмы, которые населяют нашу планету. Чего не имеют крошечные бактерии? Внушительного размера. Заметить их без микроскопа невозможно, но их желание жить поистине поражает. Один тот факт, что бактерии при благоприятных условиях могут сохраняться в «летаргическом сне» сотни лет, вызывает уважение. Какие же особенности строения помогают этим крошкам жить так долго?
Прокариоты выделены учеными в отдельное царство в силу того, что они имеют специфическое клеточное строение. Сюда относятся:
- бактерии;
- сине-зеленые водоросли;
- риккетсии;
- микоплазмы.
Отсутствие четко оформленных стенок ядра является главной особенностью представителей царства прокариотов. Поэтому центром генетической информации является единственная кольцевая молекула ДНК, которая прикреплена к клеточной мембране.
Чего же еще нет в клеточном строении бактерий?
- Ядерной оболочки.
- Митохондрий.
- Пластид.
- Рибосомальной ДНК.
- Эндоплазматического ретикулюма.
- Комплекса Гольджи.
Однако отсутствие всех этих составляющих не мешает вездесущим микроорганизмам находиться в центре природного обмена веществ. Они фиксируют азот, вызывают брожение, окисляют неорганические вещества.
Надежная защита
Природа позаботилась о том, чтобы обеспечить защиту малышам: снаружи бактериальная клетка окружена плотной оболочкой. Клеточная стенка свободно осуществляет обмен веществ. Она пропускает питательные вещества внутрь и выводит продукты жизнедеятельности наружу.
Оболочка определяет форму тела бактерии:
- шаровидные кокки;
- изогнутые вибрионы;
- палочковидные бациллы;
- спириллы.
Для предохранения от высыхания вокруг клеточной стенки образуется капсула, которая состоит из плотного слоя слизи. Толщина стенок капсулы может превышать диаметр бактериальной клетки в несколько раз. Плотность стенок варьируется в зависимости от условий окружающей среды, в которые попадает бактерия.
Генетический фонд в безопасности
Четко оформленного ядра, которое бы содержало ДНК, у бактерий нет. Но это не значит, что генетическая информация у микроорганизмов без ядерной оболочки имеет хаотичное расположение. Нитевидная двойная спираль ДНК уложена аккуратным клубком в центре клетки.
Молекулы ДНК содержат наследственный материал, который является центром по запуску процессов размножения микроорганизмов. А еще бактерии оснащены, как стенкой, специальной защитной системой, которая помогает отражать атаки вирусных ДНК. Противовирусная система работает на поражение чужеродной ДНК, а вот собственная при этом не повреждается.
Благодаря наследственной информации, которая записана в ДНК, происходит размножение бактерий. Размножаются микроорганизмы делением. Скорость, с которой эти крошки способны делиться, впечатляет: каждые 20 минут их количество увеличивается вдвое! В благоприятных условиях они способны образовывать целые колонии, а вот нехватка питательных веществ негативно влияет на увеличение численности бактерий.
Чем наполнена клетка
Бактериальная цитоплазма является хранилищем питательных веществ. Это густая субстанция, которая снабжена рибосомами. Под микроскопом в цитоплазме можно различить скопления органических и минеральных веществ.
В зависимости от функциональности бактерий количество клеточных рибосом может достигать десятков тысяч. Рибосомы имеют специфическую форму, стенки которой лишены какой-либо симметрии и достигают диаметра 30 нм.
Рибосомы получили своей название благодаря рибонуклеиновым кислотам (РНК). При размножении именно рибосомы воспроизводят генетическую информацию, записанную в ДНК.
Рибосомы стали центром, который руководит процессом биосинтеза белка. Благодаря биосинтезу неорганические вещества превращаются в биологически активные. Процесс проходит в 4 этапа:
- Транскрипция. Происходит образование рибонуклеиновых кислот из двойных нитей ДНК.
- Транспортировка. Созданные РНК транспортируют аминокислоты в рибосомы в качестве исходного материала для синтеза белка.
- Трансляция. Рибосомы сканируют информацию и строят полипептидные цепи.
- Формирование белка.
Ученые до сих пор не изучили детально строение и функциональность клеточных рибосом у бактерий. Их полная структура еще не известна. Дальнейшая работа в области исследования рибосом даст полную картину о том, как работает молекулярная машина по синтезу белка.
Что не предусмотрено в бактериальной клетке
В отличие от других живых организмов в строении бактериальных клеток не предусмотрены многие клеточные структуры. Но в их цитоплазме присутствуют органоиды, которые с успехом выполняют функции митохондрий или комплекса Гольджи.
Огромное количество митохондрий найдено в эукариотах. Они составляют примерно 25% всего клеточного объема. Митохондрии отвечают за выработку, хранение и распределение энергии. ДНК митохондрий представляют собой циклические молекулы и собраны в специальные кластеры.
Стенки митохондрий состоят из двух мембран:
- наружная, имеющая гладкие стенки;
- внутренняя, от которой вглубь отходят многочисленные кристы.
Прокариоты снабжены своеобразными батарейками, которые, подобно митохондриям, снабжают их энергией. Например, очень интересно ведут себя такие «митохондрии» в дрожжевых клетках. Для успешной жизнедеятельности им нужен углекислый газ. Поэтому в условиях, когда СО2 недостаточно, митохондрии исчезают из тканей.
Под микроскопом можно рассмотреть аппарат Гольджи, который присущ исключительно эукариотам. Впервые он был обнаружен в нервных клетках итальянским ученым Камилло Гольджи в 1898 году. Этот органоид играет роль уборщика, т. е. удаляет из клетки все продукты обмена веществ.
Аппарат Гольджи имеет дисковидную форму, которая состоит из плотных мембранных цистерн, связанных пузырьками.
Функции аппарата Гольджи достаточно разнообразны:
- участие в секреторных процессах;
- формирование лизосом;
- доставка продуктов обмена веществ до клеточной стенки.
Древнейшие жители Земли убедительно доказали, что, несмотря на отсутствие многих клеточных органоидов, они достаточно жизнеспособны. Природа подарила ядерным организмам ядро, митохондрии, аппарат Гольджи, но это совершенно не означает, что маленькие бактерии уступят им свое место под солнцем.
Вопрос 1. Каковы функции ядра клетки?
Ядро в клетке выполняет основные функции:
1. хранение и воспроизведение наследственной информации, которая хранится в ядре в виде молекул ДНК, входящих в состав хромосом;
2. регуляция обмена веществ в клетке осуществляется благодаря тому, что в ядре содержится наследственная информация о строении клеточных белков в составе ядерных хромосом.
Вопрос 2. Какие организмы относятся к прокариотам?
Прокариоты
- это организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра. К ним относят бактерии, сине-зеленые водоросли (цианобактерии) и археи.
Вопрос 3. Как устроена ядерная оболочка?
Ядерная оболочка – отделяет содержимое ядра от цитоплазмы. Ядерная оболочка состоит из двух мембран: наружной и внутренней, которые соединяются вместе в области пор. При повышении скорости обменных процессов между ядром и цитоплазмой количество пор увеличивается, т.е. можно судить об активности ядра по количеству пор. Из ядра через ядерные поры выходят: иРНК, тРНК, субъединицы рибосом. В ядро из цитоплазмы поступают ядерные и рибосомальные белки, нуклеотиды, жиры, углеводы, АТФ, вода и ионы. Наружная ядерная оболочка соединяется с гранулярной эндоплазматической сетью. Внутренняя ядерная оболочка контактирует с кариоплазмой (ядерным соком), лишена рибосом и в некоторых местах соединяется с хроматином.
Вопрос 4. Что собой представляет хроматин?
Хроматин
– это комплекс ДНК и белков, в основном гистоновых. Молекулы гистонов с ДНК образуют группы – нуклеосомы. Молекула ДНК, соединенная с нуклеосомой, образует ДНП (дезоксирибонуклеопротеид)– это наименьшая единица хромосомы. В состав хроматина входят РНК, ионы Ca2+ и Mg2+, а также фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации ДНК. Во время деления ядра хроматин спирализуется и становится видимым в световой микроскоп, т.е. начинают формироваться хромосомы (греч.chromo - цвет, soma - тело.).
Вопрос 5. Каковы функции ядрышек?
Ядрышки
– это округлые, сильно уплотненные, не ограниченные мембраной участки ядра. Форма их, размеры и количество зависит от функционального состояния ядра. В клетке, выполняющей функцию синтеза большого количества белка, в ядре будет несколько ядрышек или они будут крупные и рыхлые, т.е. функция ядрышка – это синтез рРНК и сборка малой и большой субъединиц рибосом. В составе ядрышка находится: 80% белка, 10-15% РНК, небольшое количество ДНК и другие химические компоненты. В профазу деления клетки субъединицы рибосом через ядерные поры выходят в цитоплазму, ДНК ядрышка упаковывается на хромосомы, имеющие вторичную перетяжку или ядрышковый организатор, и соответственно, ядрышко как структура распадается и становится не видимой структурой, поэтому иногда говорят, что оно «растворяется».
Вопрос 6. Из чего состоит хромосома?
Хромосома представляет собой молекулу ДНК, соединенную с особым белком, придающим ей компактность.
Вопрос 7. Где располагаются хромосомы у бактерий?
В клетках бактерий нет оформленного ядра. Генетический аппарат бактерий представлен одной кольцевой молекулой ДНК (бактериальной хромосомой), которая присоединена в определенном месте к клеточной мембране и занимает в цитоплазме пространство, называемое нуклеоидом.
Вопрос 8. Что такое кариотип?
Кариотипом - это определенный набор хромосом, характерный для данного вида организмов. Кариотип характеризуется не только числом хромосом, но и их размерами, формой, расположением центромера.
Вопрос 9. Как называется набор хромосом в соматических клетках?
Как правило, соматические клетки содержат двойной набор хромосом, который называется диплоидным.
Вопрос 10. Какой набор хромосом в гаметах?
Гаметы содержат только по одной хромосоме каждого вида, т. е. имеют одинарный набор хромосом, который называется гаплоидным.
Вопрос 11. Какой гаплоидный набор хромосом в клетках рака, если диплоидный равен 118?
Если диплоидный набор хромосом в клетках равен 118, то гаплоидный будет в два раза меньше - 59 (118/2=59).
Вопрос 12. Может ли диплоидный набор содержать нечетное число хромосом?
Диплоидный набор хромосом может содержать нечетное количество хромосом. Существуют организмы, у которых в соматических клетках имеется только одна половая хромосома. Например, у некоторых насекомых (клопы, кузнечики) самки гомогаметны (XX), а самцы имеют только одну половую хромосому (ХО).
1. Перечислите царства живых организмов, клетки которых имеют ядро.
Ответ. Это царства грибов, растений, животных, то есть эукариоты.
2. Трудами каких учёных была создана клеточная теория?
Ответ. В 1838-1939гг. немецкие ученые ботаник Маттиас Шлейден и физиолог Теодор Шванн создали так называемую клеточную теорию.
3. В чём основное отличие прокариотической клетки от эукариотической?
Ответ. Все живые организмы на земле состоят из клеток. Различают два вида клеток, в зависимости от их организации: эукариоты и прокариоты.
Эукариоты представляют собой надцарство живых организмов. В переводе с греческого языка «эукариот» обозначает «владеющий ядром» . Соответственно эти организмы в своем составе имеют ядро, в котором закодирована вся генетическая информация. К ним относятся грибы, растения и животные.
Прокариоты – это живые организмы, в клетках которых ядро отсутствует. Характерными представителями прокариот являются бактерии и цианобактерии.
Первыми приблизительно 3,5 миллиарда лет тому назад возникли прокариоты, которые через 2,4 миллиарда лет положили начало развитию эукариотических клеток.
Эукариоты и прокариоты сильно отличаются по размеру друг от друга. Так диаметр эукариотической клетки - 0,01-0,1 мм, а прокариотической – 0,0005-0,01 мм. Объем эукариота порядка 10000 раз больше, чем объем прокариота.
Прокариоты имеют кольцевую ДНК, которая располагается в нуклеоиде. Эта клеточная область отделена от остальной цитоплазмы при помощи мембраны. ДНК никак не связана с РНК и белками, отсутствуют хромосомы. ДНК эукариотических клеток линейная, располагается в ядре, в котором имеются хромосомы.
Прокариоты размножаются в основном простым делением пополам, в то время как эукариоты делятся при помощи митоза, мейоза или сочетанием этих двух способов.
У эукариотических клеток имеются органеллы, характеризующиеся наличием собственного генетического аппарата: митохондрии и пластиды. Они окружены мембраной и имеют способность к размножению посредством деления.
В прокариотических клетках также встречаются органеллы, но в меньшем количестве и не ограниченные мембраной.
Эукариоты, в отличие от прокариот, имеют способность к перевариванию твердых частиц, заключая их в мембранный пузырек. Существует мнение, что эта особенность возникла в ответ на необходимость полноценно обеспечить питанием клетку во много раз большую прокариотической. Следствием наличия у эукариот фагоцитоза стало появление первых хищников.
Жгутики эукариот имеют достаточно сложное строение. Они представляют собой тонкие клеточные выросты, окруженные тремя слоями мембраны, содержащие 9 пар микротрубочек по периферии и две в центре. Имеют толщину до 0,1 миллиметра и способны изгибаться по всей длине. Кроме жгутиков, для эукариот характерно наличие ресничек. Они по своей структуре идентичны жгутикам, отличаясь только размером. Длина ресничек не более 0,01 миллиметра.
Некоторые прокариоты также имеют жгутики, однако, очень тонкие, около 20 нанометров в диаметре. Они представляют собой пассивно вращающиеся полые белковые нити.
4. У всех ли эукариотических клеток есть ядро?
Ответ. У эукариотических организмов во всех клетках есть ядро, за исключением зрелых эритроцитов млекопитающих и клеток ситовидных трубок растений.
5. Каково строение клеточной мембраны?
Ответ. Клеточная мембрана представляет собой оболочку, отделяющую содержимое клетки от внешней среды или соседних клеток. Основу клеточной мембраны составляет двойной слой липидов, в который погружены белковые молекулы, некоторые из них выполняют функцию рецепторов. Снаружи мембрана покрыта слоем гликопротеинов – гликокаликсом.
Вопросы после §14
1. Какое строение имеет мембрана клетки? Какие функции она выполняет?
Ответ. Каждая клетка покрыта плазматической (цитоплазматической) мембраной, имеющей толщину 8–12 нм. Эта мембрана построена из двух слоёв липидов (билипидный слой, или бислой). 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 неё 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 неё. Третьи белки являются ферментами, обеспечивающими процессы жизнедеятельности в клетке. Как вы уже знаете, пищевые частицы не могут пройти через мембрану; они проникают в клетку путём фагоцитоза или пиноцитоза. 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 неё, и содержимое пузырька выбрасывается из клетки. Таким же образом клетка может избавляться и от ненужных ей продуктов обмена.
2. Каково строение ядерной оболочки?
Ответ. Ядро 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, а в ядро из цитоплазмы проникают ферменты, молекулы АТФ, неорганических ионов и т. д.
3. Какова функция ядра в клетке?
Ответ. В ядре содержится вся информация о процессах жизнедеятельности, росте и развитии клетки. Эта информация хранится в ядре в виде молекул ДНК, входящих в состав хромосом. Поэтому ядро координирует и регулирует синтез белка, а следовательно, все процессы обмена веществ и энергии, протекающие в клетке.
Роль ядра в клетке можно продемонстрировать в следующем опыте. Клетку амёбы разделяют на две части, в одной из которых содержится ядро, а другая, естественно, оказывается без ядра. Первая часть быстро оправляется от травмы, питается, растёт, начинает делиться. Вторая же часть существует несколько дней, а затем погибает. Но если в неё ввести ядро от другой амебы, то она быстро восстанавливается в нормальный организм, который способен выполнять все жизненные функции амебы
4. Что представляет собой хроматин?
Ответ. 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 объём, занимаемый ДНК, во много раз уменьшается. В растянутом виде длина хромосомы человека может достигать 5 см.
5. Сколько молекул ДНК образуют одну хромосому?
Ответ. Количество молекул ДНК в хромосоме зависит от стадии клеточного цикла.
До репликации ДНК в хромосоме одна хроматида (т. е. одна молекула ДНК) и набор хромосом описывается формулой 2n2c (т. е. сколько хромосом - 2n, столько и хроматид - 2c).
В период интерфазы происходит репликация ДНК (удвоение хроматид) , и к концу интерфазы хромосомы становятся двухроматидными и набор хромосом описывается формулой 2n4c (т. е. хромосом - 2n, а хроматид в 2 раза больше - 4c). Двухроматидные хромосомы содержат 2 молекулы ДНК.
В профазе и метафазе митоза хромосомы двухроматидные и набор хромосом описывается формулой 2n4c.
В анафазе хроматиды расходятся к полюсам и у каждого полюса образуется диплоидный набор однохроматидных хромосом 2n2c (у одного полюса) и 2n2c (у другого полюса) .
В телофазе вокруг хромосом формируется ядерная оболочка, в клетке 2 ядра, каждое из которых содержит диплоидный набор однохроматидных хромосом 2n2c (в одном ядре) и 2n2c (в другом ядре) .
6. Какую функцию выполняют ядрышки?
Ответ. Ядрышки - участки ДНК, которые отвечают за синтез молекул РНК и белков, использующихся клеткой для построения рибосом
7. Какие клетки имеют не одно ядро, а несколько ядер?
Ответ. Многоядерные клетки: клетки скелетных мышц, волокна поперечно-полосатой мускулатуры, до 20% клеток печени человека, мыши, крапива двудомная, виноградная улитка, гриб-трутовик, клоп ягодный, кишечная палочка, инфузория туфелька.
8. Какие клетки не имеют ядер?
Ответ. Не имеют ядра клетки прокариотов. У эукариотов практически все клетки имеют ядра. Единственное исключение составляют эритроциты и тромбоциты млекопитающих.
Биология изучает все живое на планете Земля, начиная с глобальной экосистемы Земли - биосферы - и заканчивая самыми мельчайшими живыми частицами - клетками. Раздел биологии о клетках называется "цитология". Она изучает все живые клетки, которые бывают ядерными и безъядерными.
Значение ядра для клетки
Как видно из названия, безъядерные клетки не имеют ядра. Они характерны для прокариотов, которые сами по себе являются такими клетками. Сторонники теории эволюции считают, что эукариотические клетки произошли от прокариотических. Основным отличием эукариотов в процессе развития жизни стало именно клеточное ядро. Дело в том, что в ядрах содержится вся наследственная информация - ДНК. Потому для эукариотических клеток отсутствие ядра обычно отклонение от нормы. Однако бывают исключения.
Прокариотические организмы
Безъядерными клетками являются прокариотические организмы. Прокариоты - древнейшие существа, состоящие из одной клетки или колонии клеток, к ним относятся бактерии и археи. Их клетки называют доядерными.
Главной особенностью биологии клеток прокариотов является, как уже было упомянуто, отсутствие ядра. По этой причине их наследственная информация хранится оригинальным способом - вместо эукариотических хромосом ДНК прокариота «упакована» в нуклеоид - кольцевую область в цитоплазме. Наряду с отсутствием оформленного ядра нет мембранных органоидов - митохондрий, аппарата Гольджи, пластид, эндоплазматической сети. Вместо них необходимые функции выполняются мезосомами. Рибосомы прокариотов гораздо меньше эукариотических по размеру, а их количество меньше.
Безъядерные клетки растений
У растений есть ткани, состоящие из одних безъядерных клеток. Например, луб или флоэма. Он находится под покровной тканью и представляет собой систему из разных тканей: основной, опорной и проводящей. Основным элементом луба, относящимся к проводящей ткани, являются ситовидные трубки. Состоят они из члеников - удлинённых безъядерных клеток с тонкими клеточными стенками, главным компонентом которых являются целлюлоза и пектиновые вещества. Ядро они теряют при созревании - оно отмирает, а цитоплазма превращается в тонкий слой, размещённый у стенки клетки. Жизнь этих безъядерных клеток связана с клетками-спутниками, имеющими ядро; они тесно связаны друг с другом и фактически составляют одно целое. Членики и спутники развиваются в общей меристематической клетке.
Клетки ситовидных трубок живые, но это единственное исключение; все остальные клетки без ядра у растений являются мертвыми. У эукариотических организмов (к которым относятся и растения) безъядерные клетки способны жить очень короткое время. Клетки ситовидных трубок недолговечны, после смерти образуют поверхностный слой растения - покровную ткань (например, кору дерева).
Безъядерные клетки человека и животных
В организме человека и млекопитающих животных также есть клетки без ядра - эритроциты и тромбоциты. Рассмотрим их подробнее.
Эритроциты
Иначе их называют красными кровяными тельцами. На этапе формирования молодые эритроциты содержат ядро, а вот взрослые клетки его не имеют.
Эритроциты обеспечивают насыщение кислородом органов и тканей. С помощью содержащегося в красных кровяных клетках пигмента гемоглобина клетки связывают молекулы кислорода и переносят их от лёгких в мозг и к другим жизненно важным органам. Также они участвуют в выводе из организма продукта газообмена - углекислого газа СО 2 , транспортируя его.
Эритроциты человека имеют размер всего 7-10 мкм и форму двояковогнутого диска. Благодаря маленьким размерам и эластичности, красные кровяные тельца легко проходят через капилляры, которые значительно меньше них по размеру. В результате отсутствия ядра и других клеточных органелл количество гемоглобина в клетке повышено, гемоглобин заполняет весь её внутренний объём.
Выработка эритроцитов проходит в костном мозге ребёр, черепа и позвоночника. У детей задействован также костный мозг костей ног и рук. Каждую минуту формируется более 2 миллионов эритроцитов, живущих около трёх месяцев. Интересный факт - красные клетки крови составляют примерно ¼ от всех клеток человека.
Тромбоциты
Раньше их называли еще кровяными пластинками. Это мелкие безъядерные клетки крови плоской формы, размер которых не превышает 2-4 мкм. Представляют собой фрагменты цитоплазмы, которые отделились от клеток костного мозга - мегакариоцитов.
Функцией тромбоцитов является формирование сгустка крови, который «затыкает» в сосудах поврежденные места, и обеспечение нормальной свертываемости крови. Также кровяные пластинки могут выделять соединения, способствующие росту клеток (так называемые факторы роста), поэтому они важны для заживления поврежденных тканей и способствуют их регенерации. Когда тромбоциты активизируются, то есть переходят в новое состояние, они принимают форму сферы с выростами (псевдоподиями), при помощи которых сцепляются друг с другом или сосудистой стенкой, закрывая тем самым её повреждение.
Отклонение количества тромбоцитов от нормы может приводить к различным заболеваниям. Так, уменьшение количества кровяных пластинок повышает риск кровотечений, а их увеличение приводит к тромбозу сосудов, то есть появлению сгустков крови, которые в свою очередь могут стать причиной инфарктов и инсультов, эмболии лёгочной артерии и закупорке сосудов в других органах.
Образуются тромбоциты в костном мозге и селезёнке. После формирования 1/3 из них разрушается, а оставшиеся циркулируют в кровотоке чуть дольше недели.
Корнеоциты
Некоторые клетки кожи человека также не содержат ядер. Из безъядерных клеток состоят два верхних слоя эпидермиса - роговой и блестящий (цикловидный). Оба состоят из одинаковых клеток - корнеоцитов, которые представляют собой бывшие клетки нижних слоев эпидермиса - кератиноциты. Эти клетки, образовавшись на границе наружного и среднего слоев кожи (дермы и эпидермиса), поднимаются по мере "взросления" все выше, в шиповатый, а затем и в зернистый слои эпидермиса. В кераноците накапливается вырабатываемый им белок кератин - важный компонент, который отвечает за прочность и упругость нашей кожи. В итоге клетка теряет ядро и практически все органеллы, поэтому большую её часть составляет белок кератин.
Получившиеся корнеоциты имеют плоскую форму. Плотно прилегая друг к другу, они образуют роговой слой кожи, служащий барьером для микроорганизмов и многих веществ - его чешуйки выполняют защитную функцию. Переходным от зернистого к роговому служит блестящий слой, также состоящий из потерявших ядра и органеллы кератиноцитов. По сути, корнеоциты - это мертвые клетки, так как никаких активных процессов в них не происходит.
Безъядерные клетки в трансплантологии
Для клонирования клеток нужных тканей в трансплантологии используются искусственно созданные безъядерные клетки. Так как генетическую информацию у эукариотических организмов хранит именно ядро, путём манипуляций с ним можно воздействовать на свойства клетки. Как бы фантастически это ни звучало, но можно заменить ядро и таким способом получить совершенно другую клетку. Для этого ядра удаляются или разрушаются различными способами - хирургическим, с помощью ультрафиолетового излучения или центрифугирования в сочетании с воздействием цитохалазинов. В полученную безъядерную клетку пересаживают новое ядро.
До сих пор учёные не пришли к общему мнению по поводу этичности клонирования, потому оно всё ещё находится под запретом.
Таким образом, фактически живые безъядерные клетки у высших (эукариотических) организмов почти не встречаются. Исключением являются клетки крови человека - эритроциты и тромбоциты, а также клетки флоэмы у растений. В остальных случаях безъядерные клетки нельзя назвать живыми, как, например, клетки верхних слоев эпидермиса или клетки, полученные искусственным путем для клонирования тканей в трансплантологии.
Особенности строения:
- Форма клеток разнообразная, размеры колеблются в пределах от 5 до 100 мкм.
- Клетки имеют сходный химический состав и обмен веществ.
- Клетки разделены системой мембран на компартменты.
- Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах, которые имеют сложное строение и образованы нитями ДНК и гистоновыми белковыми молекулами.
- В цитоплазме находятся мембранные органоиды, центриоли.
- Деление клеток митотическое.
Ядро – обязательный структурный компонент каждой эукариотической клетки, содержащий генетический материал. В животных клетках наследственная информация хранится в ядре и митохондриях . В растительных клетках - в ядре , митохондриях и пластидах. Ядро состоит из:
1. Ядерная оболочка;
2. Кариоплазма;
3. Хроматин;
4. Ядрышко.
Форма ядра зависит от формы самой клетки и от функций, которые она выполняет.
Размеры ядра, также в основном, зависят от размеров клетки.
Ядерно-цитоплазматический индекс – соотношение объемов ядра и цитоплазмы. Изменение этого соотношения есть одной из причин клеточного деления или нарушения обмена веществ.
Ядерная оболочка интерфазного ядра состоит из двух элементарных мембран (наружной и внутренней); между ними находится перинуклеарное пространство, которое через каналы эндоплазматического ретикулума связано с разными участками цитоплазмы. Обе ядерные мембраны пронизаны порами , через которые осуществляется избирательный обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Изнутри ядерная оболочка покрыта белковой сеткой – ядерной ламиной, что обуславливает форму и объем ядра. К ядерной ламине теломерными участками присоединяются нити хроматина . Микрофилименты образуют внутреннюю основу ядра. Внутренний «скелет» ядра имеет большое значение для обеспечения упорядоченного течения основных процессов транскрипции, репликации, процессинга. Снаружи ядро также покрыто микрофиламентами , которые являются элементами цитоскелета клетки . Наружная ядерная мембрана имеет на своей поверхности рибосомы и связана с мембранами эндоплазматического ретикулума . Ядерная оболочка обладает избирательной проницаемостью . Потоки веществ регулируются специфическими особенностями белков мембран и ядерных пор (от 1000 до 10000).
Основные функции ядерной оболочки.
1. Образование компартмента клетки, где сосредоточен генетически материал и созданы условия для его сохранения и удвоения.
2. Отделение содержимого ядра от цитоплазмы.
3. Поддержание формы и объема ядра.
4. Регуляция потоков веществ (из ядра через поры в цитоплазму поступают различные виды РНК и субъединицы рибосом, а в середину ядра переносятся необходимые белки, вода, ионы).
Кариоплазма – однородная бесструктурная масса, заполняющая пространство между хроматином и ядрышками. Она содержит воду/ 75-80%/, белки, нуклеотиды, аминокислоты, АТФ, различные виды РНК, субчастицы рибосом, промежуточные продукты обмена веществ и осуществляет взаимосвязь структур ядра и цитоплазмы.
Хроматин
Генетический материал в интерфазном ядре находится в виде
переплетающихся хроматиновых нитей. Это – комплекс ДНК и белков (дезоксирибонуклеопротеид- ДНП) . В процессе митоза, спирализуясь, хроматин образует хорошо видимые интенсивно окрашивающиеся структуры – ХРОМОСОМЫ.
Ядрышки (одно или несколько) – гранулярные, округлые, сильно окрашиваемые структуры, не имеющие мембраны. Ядрышки состоят из белков, РНК, липидов и ферментов. Содержание ДНК не более 15% и находится преимущественно в центре его.
Ядрышки фрагментируются в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. В ядрышках выделяют 3 участка :
1. Фибриллярный;
2. Гранулярный;
3. Слабоокрашенный .
- Фибриллярный участок ядрышка состоит из нитей РНК. Это место активного синтеза рибосомной РНК на рРНК – генах вдоль молекулы ДНК деконденсированного хроматина.
- Гранулярный участок состоит из частиц РНК, сходных с рибосомами цитоплазмы. Это место объединения РНК и рибосомальных белков и образования зрелых малых и больших субъединиц рибосом.
- Слабоокрашенный участок ядрышка содержит ДНК (не активную), которая не транскрибируется.
Образование ядрышек связано со вторичными перетяжками метафазных хромосом (ядрышковые организаторы), в области которых локализованы гены, кодирующие синтез р-РНК. В клетках человека эти функции выполняют хромосомы №13, 14, 15, 21, 22 которые имеют сателлиты или спутники.
Основные функции ядрышек :
- Синтез рибосомной РНК.
- Образование субъединиц рибосом.
ФУНКЦИИ ЯДРА:
1. Хранение и передача наследственной информации;
2. Регуляция всех процессов жизнедеятельности клетки;
3. Репарация ДНК;
4. Синтез всех видов РНК;
5. Образование рибосом;
6. Реализация наследственной информации путем регуляции синтеза белков.
ХРОМОСОМЫ.
Хромосомы – нитевидные структуры, хорошо видимые в световой микроскоп только в процессе деления клеток, образуются из хроматина в процессе его конденсации. В зависимости от степени конденсации хроматин подразделяется на:
1. Гетерохроматин – сильно спирализованный и генетическинеактивный, выявляется в виде сильно окрашенных темных участков ядра.
2. Эухроматин – малоконденсированный , генетически активный,выявляется в виде светлых участков ядра.
Химический состав хромосом :
1. ДНК – 40%
2. Основные или гистоновые белки – 40%
3. Негистоновые (кислые или нейтральные) – 20%
4. Следы РНК, липидов, полисахаридов, ионы металлов.
