Эукариотические клетки

В большинстве случаев эукариотические клетки входят в состав многоклеточных организмов. Однако в природе есть немалое количество одноклеточных эукариот, которые в структурном отношении являются клеткой, а в физиологическом — целым организмом. В свою очередь эукариотические клетки, являющиеся частью многоклеточного организма, не способны к самостоятельному существованию. Их принято делить на клетки растений, животных и грибов. Каждые из них обладают своими особенностями и имеют свои подтипы клеток, формирующие различные ткани.

Несмотря на разнообразие, все эукариоты имеют общего предка, предположительно появившегося в процессе симбиогенеза нескольких прокариот.

Строение эукариотической клетки

Строение эукариотической клетки сложнее, чем у прокариотической. В первую очередь это касается наличия ядра и мембранных органелл у эукариот. Однако это не единственные отличия.

Структурные компоненты клетки взаимосвязаны между собой различными биохимическими процессами, направленными на поддержание гомеостаза, деление, приспособление к окружающей среде, в том числе внутренней (для многоклеточных организмов).

В строении эукариотических клеток можно выделить такие основополагающие части:

• ядро,
• цитоплазма, содержащая органоиды и включения,
• цитоплазматическая мембрана и клеточная стенка.

Во всех эукариотических клетках выделяют цитоплазму, отграниченную от внешней среды мембраной. В цитоплазме есть отграниченные от нее уже своими мембранами ядро и различные органоиды клетки. В ядре находится ядрышко, хроматин, ядерный сок. В цитоплазме присутствуют многочисленные рибосомы (более крупные, чем у прокариот), различные включения.

Для эукариотических клеток характерна высокая упорядоченность внутреннего содержимого. Такая компартментация достигается за счет разделения клетки на части мембранами. Таким образом в клетке достигается разделение биохимических процессов. Молекулярный состав мембран, набор веществ и ионов на их поверхности отличается, что обусловливает их функциональную специализацию.

В цитоплазме присутствуют белки-ферменты гликолиза, обмена сахаров, азотистых оснований, аминокислот и липидов. Из определенных белков происходит сборка микротрубочек. Цитоплазма выполняет объединяющую и каркасную функции.

Включения — это относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, представляющие собой запасы питательных веществ, гранулы секрета (продукты для вывода из клетки), балласт (ряд пигментов).

Органеллы постоянны и выполняют жизненно важные функции. Среди них есть органеллы общего значения (митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи, рибосомы, полисомы, лизосомы, пероксисомы, микрофибриллы и микротрубочки, центриоли клеточного центра, хлоропласты и другие пластиды) и специальные у специализировавшихся клеток (микроворсинки, реснички, синаптические пузырьки и др.).

Эукариотические клетки способны к эндоцитозу (захвату питательных веществ цитоплазматической мембраной).

Ядро выполняет роль управляющего центра, регулирует все клеточные процессы. Здесь содержится генетический материал ‒ хромосомы, которые представляют собой комплекс ДНК и белков (в основном гистонов). Также важна роль ядра в клеточном делении.

Клеточная мембрана есть у всех клеток, представляет собой липидный бислой с содержащимися в нем и на его поверхностях белками. Клеточная стенка есть только у растительных и грибных клеток. Причем у растений основным ее компонентом является целлюлоза, а у грибов ‒ хитин.

Органеллы, или органоиды, эукариотических клеток принято делить на мембранные и немембранные. Содержимое мембранных органоидов окружено мембраной, подобной той, которая окружает всю клетку. При этом одни органоиды окружены двумя мембранами — внешней и внутренней, а другие — только одной.

Ключевыми мембранными органеллами эукариотических клеток являются:

• митохондрии,
• хлоропласты,
• эндоплазматическая сеть,
• комплекс Гольджи,
• лизосомы.

К немембранным органоидам относятся:

• рибосомы,
• клеточный центр.

Особенности строения органоидов эукариотической клетки связаны с выполняемыми ими функциями.

Так митохондрии выполняют роль энергетических центров клетки, в них синтезируется большая часть молекул АТФ. В связи с этим внутренняя мембрана митохондрий имеет множество выростов — крист, содержащих ферментативные конвейеры, функционирование которых приводит к синтезу АТФ.

Хлоропласты есть только у растений. Это тоже двумембранный органоид, содержащий внутри себя структуры — тилакоиды. На мембранах тилакоидов происходят реакции световой фазы фотосинтеза.

В процессе фотосинтеза за счет энергии Солнца происходит синтез органических веществ. Эта энергия накапливается в химических связях сложных соединений. В процессе дыхания, которое большей частью происходит в митохондриях, происходит расщепление органических веществ с высвобождением энергии, которая сначала аккумулируется в АТФ, а далее используется для обеспечения любой активности клетки.

По каналам эндоплазматической сети (ЭПС) идет транспорт веществ из одной части клетки в другую, здесь же синтезируется большая часть белков, жиров и углеводов. Причем белки синтезируются рибосомами, расположенными на поверхности мембраны ЭПС.

В комплексе Гольджи образуются лизосомы, содержащие различные ферменты в основном для расщепления поступивших в клетку веществ. Им формируются везикулы, содержимое которых экскретируется за пределы клетки. Также Гольджи принимает участие в построении цитоплазматической мембраны и клеточной стенки.

Рибосомы состоят из двух субъединиц, выполняют функцию синтеза полипептидов.

Клеточный центр у большинства эукариот состоит из пары центриолей. Каждая центриоль похожа на цилиндр. Его составляют расположенные по окружности микротрубочки в количестве 27 штук, объединенные по 3, т. е. получается 9 триплетов. Основная функция клеточного центра — организация веретена деления, состоящего из «вырастающих» из него микротрубочек. Веретено деления обеспечивает равномерное распределение генетического материала при делении эукариотической клетки.

Выше перечислены наиболее важные и обязательные компоненты эукариотической клетки. Однако строение клеток разных эукариот, а также разных клеток одного организма несколько отличается. У дифференцированных клеток может исчезать ядро. Такие клетки уже не делятся, а только выполняют свою функцию. У растений клеточный центр не имеет центриолей. В клетках одноклеточных эукариот (простейших) есть структурные образования, выполняющие на клеточном уровне функции органов. Так у инфузорий имеется клеточные рот и глотка, порошица, пищеварительные и сократительные вакуоли.

Крупная центральная вакуоль есть во многих зрелых растительных клетках.

Также все клетки содержат цитоскелет из микротрубочек и микрофилламентов, пероксисомы.

Необязательными компонентами клетки являются включения. Это не органоиды, а различные продукты обмена веществ, имеющие разное предназначение. Например, жировые, углеводные и белковые включения используются как питательные вещества. Есть включения, подлежащие выделению из клетки, - экскреты.

Таким образом, строение эукариотической клетки показывает, что это сложная система, функционирование которой направлено на поддержание жизни. Такая система возникла в процессе длительной сначала химической, биохимической и потом биологической эволюции на Земле.