Как устроена и как работает клетка — Мир Знаний

Как устроена и как работает клетка

Все существа состоят из клеток. Каждая клетка — своего рода миниатюрная фабрика, способная вырабатывать энергию и вещества, необходимые для жизнедеятельности организма.

Что общего между дрожжами и синим китом? И дрожжи, и кит состоят из клеток — элементарных единиц жизни. Работа клеток управляется белками. Синтез белков в свою очередь определяется генетической программой, записанной в сложных молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Ученые различают два основных типа клеток. Прокариотические («доядерные») клетки, свойственные бактериям и синезеленым водорослям, не имеют ядра, а их ДНК не окружена дополнительной оболочкой. В эукариотических («обладающих ядром») клетках всех остальных организмов (от дрожжей до жирафов) ДНК находится внутри ядра.

Простые системы

Клетки прокариот устроены довольно просто. Каждая окружена клеточной, или плазматической, мембраной толщиной в несколько миллионных долей миллиметра. Эта «пленка» защищает содержимое клетки от внешних воздействий. Клеточная мембрана состоит из липидов (жироподобных веществ) и белков. В ней есть особые «поры», контролирующие обмен молекулами между клеткой и окружающей средой. Внутри клетка заполнена вязкой жидкостью — цитоплазмой, содержащей массу белков, в том числе ферментов, а также рибосомы — частицы, ответственные за «сборку» новых белков.

Рибосомы синтезируют белки, соединяя молекулы различных аминокислот строго в соответствии с генетической информацией. Ее предоставляют рибосомам молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК) — копии участков ДНК (генов). Все процессы в прокариотических клетках протекают непосредственно в цитоплазме.

Сложные конструкции

Как и прокариотические, эукариотические клетки отделены от окружающей среды мембраной, но их внутренняя среда устроена сложнее. Она разделена на цитоплазму и ядро, содержащее молекулы ДНК. В цитоплазме находятся органеллы. Они тоже окружены мембранами, которые отграничивают их содержимое от остальной цитоплазмы. Органеллы — это «органы» клетки, ее постоянные структуры. Каждый их вид специализируется на выполнении строго определенной функции. Одни вырабатывают энергию, другие отвечают за фотосинтез и т. д. Деятельностью всех органелл управляет клеточное ядро.

Эндоплазматическая сеть, или эндоплазматический ретикулум (ЭПР), состоит из многочисленных сообщающихся друг с другом канальцев и цистерн. Эта органелла участвует в обменных процессах. Главная ее функция — транспорт белков. Белки синтезируются на рибосомах, прикрепленных к внешней стороне мембраны ЭПР. Белки, которые нужно вывести из клетки наружу, проникают сквозь мембрану ЭПР внутрь органеллы, накапливаются там и в особых мембранных пузырьках, отделяющихся от цистерн ЭПР, перемещаются в другие части клетки или в комплекс Гольджи. В комплексе Гольджи белки видоизменяются (превращаются в более сложные белки) и накапливаются в так называемых секреторных пузырьках, содержимое которых и выводится из клетки через ее тончайшую плазматическую (клеточную) мембрану.

Биохимическая мини-фабрика

Все эти процессы требуют огромного количества энергии, которую вырабатывают «силовые станции» клетки — митохондрии. Эти крошечные органеллы работают автономно от остальной клетки: у них даже есть своя ДНК. В митохондриях протекают реакции окисления органических молекул, а выделяемая при этом энергия запасается в виде молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Этот процесс называется клеточным дыханием. Молекулы АТФ расщепляются в самых разных частях клетки, которая использует высвобождаемую энергию для своих нужд. Клеточное дыхание — очень эффективный процесс. Окисления одной молекулы глюкозы достаточно для образования 36 молекул АТФ. Для сравнения: в клетках бактерий, ответственных за спиртовое брожение, одна молекула глюкозы позволяет синтезировать лишь две молекулы АТФ.

Особый случай: клетки растений

Клетки растений окружены жесткой стенкой из целлюлозы, под которой находится клеточная мембрана. В растительных клетках есть еще один тип «энергетических» органелл — хлоропласты. Внутри хлоропластов находятся молекулы хлорофилла — зеленого пигмента, способного улавливать энергию солнечного света. С помощью этой энергии растения синтезируют из углекислого газа и воды органические вещества — углеводы (сахара). Этот процесс получил название фотосинтеза. Растения могут запасать углеводы в виде крахмала, превращать их в другие органические вещества или использовать для синтеза АТФ с помощью митохондрий. Вот почему растения, в отличие от животных и грибов, не нуждаются во внешних источниках пищи: они создают ее сами, а затем высвобождают из нее необходимую для жизнедеятельности энергию.

Клетки животных в свою очередь наделены способностями, отсутствующими у растений. Например, сперматозоиды снабжены жгутиком, у основания которого находятся митохондрии, снабжающие его энергией. Только за счет биений жгутика сперматозоид способен двигаться и достигать яйцеклетки. Мышечные клетки животных содержат микроскопические белковые нити — миозиновые и актиновые филаменты. Когда филаменты начинают скользить друг относительно друга, клетка и вся мышца в целом укорачивается (сокращается). У растений таких «сократительных» белков нет.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях