Клетки: прокариоты против эукариотов

Основы цитологии

• Прокариоты ("доядерный"):

  • Это бактерии и археи, более древние организмы
  • ДНК сконцентрирована в нуклеоиде, не ограниченном мембраной
  • В цитоплазме практически отсутствуют мембранные структуры
  • Меньше по размеру (1-5 мкм)
  • Клеточная стенка состоит из пептидогликана (муреин или псевдомуреин)

• Эукариоты ("истинно ядерный"):

  • Протисты, хромисты, грибы, животные и растения; эволюционно моложе
  • ДНК находится в ядре (органелла, окруженная двумя мембранами)
  • Присутствуют мембранные органеллы
  • Обычно больше по размеру (10-100 мкм)
  • Клеточные стенки эукариот (растений и грибов) состоят из целлюлозы или хитина

Бесполое размножение бактерий

• Происходит простым делением

Мембрана

• В 1972 году Сингер и Николсон предложили жидкостно-мозаичную модель строения; белковые молекулы "плавают" в жидком фосфолипидном бислое, образуя мозаику
• Липидный бислой жидкий, мозаичный узор подвижен и не зафиксирован жёстко, белки свободно перемещаются

Особенности трипаносом

• Трипаносомы обладают антигенной вариабельностью, меняя состав гликопротеинового слоя, что затрудняет распознавание иммунной системой
• Размножение происходит продольным делением надвое

Фагоцитоз и Пиноцитоз

• Фагоцитоз ("поедание"): поглощение клетками твёрдых частиц; специализированные клетки называются фагоцитами, мембранный мешочек называется фагоцитозной вакуолью
• Пиноцитоз ("питье"): поглощение клеткой жидкого материала; пузырьки называются микропиноцитозными, а яйцеклетки человека поглощают питательные вещества из фолликулярных клеток этим способом

Функция гормона тироксина

• Тироксин запасается в фолликулах щитовидной железы; при необходимости фолликулярные клетки поглощают тиреоглобулин пиноцитозом, превращая в тироксин, поступающий в кровь

Ядро - информационный центр клетки

• Ядро несёт основную часть генов эукариотической клетки; остальные гены находятся в митохондриях и хлоропластах
• Ядро окружено ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран с липидным бислоем
  • Расстояние между мембранами составляет 20-40 нм
• Ядерная сторона оболочки выстлана ядерной ламиной филаментов, поддерживающих форму ядра
• Ядерная оболочка пронизана поровыми комплексами (диаметр - 100 нм), регулирующими транспорт веществ
• ДНК организована в дискретные единицы — хромосомы, связанные с белками и несущие генетическую информацию

Организация хромосом

• Комплекс ДНК и белков — хроматин; в неделящейся клетке хроматин выглядит как рассеянная масса; в делящейся конденсируется в хромосомы
• Хроматин состоит из витков ДНК, присоединенных к гистонам (белки основной природы)
• Каждый вид эукариот имеет своё число хромосом
  • Пример: типичная клетка человека (46), половые клетки (23)
• Во время деления клетки хроматин окрашивается интенсивнее; хроматин (гетерохроматин, эухроматин)
• Ядрышко представляет собой заметную округлую структуру внутри ядра

Ядрышко: строение и функция

• Место образования рибосом; может быть несколько в ядре
• Содержат большое количество ДНК и РНК
• РНК "переписывается" с ДНК (транскрибируется)
• Особая область — место расположения ДНК хромосом
• Центральная область окружена периферической, где начинается свертывание рибосомной РНК и сборка рибосом

Рибосомы

• Рибосомы состоят из двух субчастиц

Svedberg unit

• S - единица измерения скорости седиментации в центрифуге. Чем выше S, тем выше скорость.

Белковая структура

• Комплексы рРНК и белка, синтезирующие белки
• Не окружены мембранами, поэтому не считаются органеллами
• Чем больше белка производится в клетке, тем больше рибосом
• Свободные рибосомы находятся в цитозоле, связанные прикреплены к наружной стороне ЭПР или ядерной оболочке
• Свободные/связанные рибосомы идентичны; большая часть белков функционирует в цитозоле; связанные синтезируют белки для мембран/органелл/секреции
• Бактериальная клетка содержит до 10000 рибосом, эукариотические больше
• Быстро седиментируют при дифференциальном центрифугировании
• Расположение: 70S - прокариоты, 80S-эукариоты
• Хлоропласты и митохондрии содержат 70S рибосомы, что указывает на родство с прокариотами

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР)

• ЭПР представляет собой уплощенные мембранные мешочки (цистерны)
  • Шероховатый (гранулярный), покрыт рибосомами
  • Гладкий (агранулярный), не покрыт рибосомами, строение ближе к трубчатому

Функции шероховатого ЭПР

• Транспорт белков, синтезируемых рибосомами

Процесс транспорта

• Растущая белковая молекула остается присоединенной к рибосоме, пока не закончится её синтез
• Рецептор в мембране ЭР образует канал, по которому белок переходит в цистерны ЭР

Дальнейшие преобразования

• Транспортируясь по цистернам, белок подвергается существенным изменениям, например, превращается в гликопротеин
• Обычный путь: шероховатый ЭР → аппарат Гольджи → секреция или поступление в другие органеллы (лизосомы)

Функции гладкого ЭПР

• Синтез липидов (например, в эпителии кишечника синтезирует липиды из жирных кислот и глицерола)
• Синтез стероидов (например, кортикостероидов и половых гормонов)
• Кальциевое депо (например, саркоплазматический ретикулум в мышцах)
• Обезвреживание ядов и лекарств (особенно в клетках печени)

Аппарат Гольджи

• Обнаружен Камилло Гольджи в 1898 году
• Склад для получения, сортировки и транспортировки содержимого везикул
• Наиболее развит в клетках, специализирующихся на секреции
• Продукты ЭПР модифицируются по пути из цис-отдела в транс-отдел
• Синтезирует и улучшает содержимое везикул в несколько этапов; в разных цистернах - уникальные ферменты, осуществляющие преобразования
• Синтез некоторых веществ (например, пектина в клетках растений)

Лизосомы

• Мембранные пузырьки с гидролитическими ферментами, служащие для переваривания макромолекул
• Специализированные лизосомы сперматозоидов содержат ферменты, растворяющие оболочку яйцеклетки

Свойства лизосом

• Ферменты лизосом лучше всего работают в кислой среде
• Гидролитические ферменты и лизосомная мембрана производятся шероховатым ЭПР и переносятся в дальнейшем в аппарат Гольджи
• Выполняют функцию фагоцитоза и аутофагии

Аэробное клеточное дыхание

• Осуществляется митохондриями