Основные особенности клеток эукариот

Содержание:

1. Происхождение клетки………………………………………………..3
2. Строение клетки……………………………………………………….7
3. Поступление веществ в клетку ………………………………………12
4. Фотосинтез и воздух…………………………………………………13
5. Ассоциации и эукариоты…………………………………………..…14
6. Список использованной литературы…………………………………16

Происхождение клетки

Существующие в настоящее время организмы подразделяются на две
большие группы — прокариоты и эукариоты.
Клетки - это ограниченные мембранами системы, наименьшие из
биологических единиц, способных к саморепродукции. Даже мельчайшие
клетки содержат гены в форме молекул ДНК (одной или нескольких) и
белоксинтезирующий аппарат, состоящий из нескольких типов РНК и
множества белков. Все клетки содержат рибосомы – тельца диаметром
около 0,02 мкм, состоящие из РНК по меньшей мере трех типов, и примерно
пятидесяти различных белков. Прокариотичесие организмы – наименьшие
биологические единицы, которые удовлетворяют этому определению
клетки. У них нет ядер. С другой стороны, одиночные эукариотические
(имеющие ядро) клетки в известном смысле вообще не являются
единицами. Это комплексы различных белоксинтезирующих единиц
(нуклеоцитоплазмы, митохондрий и пластид), тип и число которых варьирует
в зависимости от видовой принадлежности. Таким образом, согласно этой
теории, эукариотические клетки возникли в результате кооперации
первоначально независимых элементов, объединившихся в определенном
порядке. Тэйлор назвал такое представление о раздельном происхождении и
развитии частей эукариотической клетки и их последующем объединении -
теорией последовательных эндосимбиозов. Условия высокой температуры и
кислотности привели к выработке в нуклеоцитоплазме особого класса белков
- гистонов - для защиты ее ДНК . Митохондрии были способны расщеплять
трехуглеродные соединения до углекислоты и воды . Симбиотическая
ассоциация нуклеоцитоплазмы и митохондрий начала изменяться в сторону
усиления их взаимной зависимости. Этот комплекс включил в себя
двигательные органеллы - реснички и жгутики. За этой трансформацией
последовало морфогенетическое преобразование, которое состояло в
развитии выраженных клеточных асимметрий. С интеграцией

взаимозависимых нуклеоцитоплазмы, митохондрий, ундулиподий -
завершилось создание полигеномной структуры эукариотической
клетки. Первая эукариотическая клетка была гетеротрофной. Она питалась
готовыми органическими соединениями. У этих эукариот возникли процессы
митоза, а затем и мейоза. И наконец, приобретение эукариотами способности
к фотосинтезу, имело место в процессе становления основной
эукариотической организации и после его завершения - последнее событие в
этой эпопее. Симбиозы становились более и более интегрированными. В
настоящее время зависимость каждой органеллы от продуктов метаболизма
других органелл стала настолько полной, что только современные методы
анализа позволяют проследить метаболические пути исходных
партнеров. Эукариоты разнообразны по своему строению, но метаболически
они остаются единообразными. Метаболические ухищрения эукариот были
разработаны различными бактериями еще до того времени, когда они
объединились, превратившись в хозяина и его органеллы. Прокариоты
достигли большого разнообразия в способах получения энергии и в
тонкостях биосинтеза. Они оставили след своего существования задолго до
того, как на основе эукариотической клетки сформировались такие крупные
организмы, как животные, обладающие скелетом.
Считается, что эукариоты возникли на рубеже 1,5 млрд лет назад. В
последнее время всё большее подтверждение находит теория симбиогенеза
(от греч. сим — вместе, биосис — сожительство и генезис), согласно которой
все эукариотические организмы являются результатом своеобразного
симбиоза разных видов прокариот. Крупные гетеротрофные прокариоты,
которые питались мелкими, не сумели некоторых из них переварить, и те
прижились в цитоплазме «хищников», превратившись в митохондрии,
пластиды и жгутики. Действительно, митохондрии и пластиды покрыты
двухслойными оболочками, содержат собственный генетический аппарат в
виде свёрнутой в кольцо (как у бактерий) молекулы ДНК, имеют более

мелкие, чем обычно, рибосомы, воспроизводятся, как и клетки, путём
деления пополам.
Симбиотическое образование эукариотических организмов должно
было проходить в несколько этапов. Сначала прокариотический организм,
вероятно имевший амебоидную форму, включил в свою цитоплазму мелкие
аэробные бактерии, со временем превратившиеся в митохондрии. Затем
произошёл второй симбиоз. На этот раз амебоидная клетка с митохондриями
поглотила бактерии, имевшие спиралевидную форму. В результате
образовались прокариоты со жгутиками, митохондриями и клеточными
мембранами, пронизывающими цитоплазму. Постепенно, по мере развития
системы внутриклеточных мембран из них сформировалась оболочка ядра, а
параллельно с этим из ДНК и специфических основных белков гистонов
образовались первичные хромосомы. Из таких первичных жгутиковых
эукариот образовались простейшие и одноклеточные грибы. Путь к
одноклеточным водорослям, очевидно, пролёг через третий симбиоз. На этот
раз «пленниками» похожих на амёб жгутиковых прокариот стали
цианобактерии, из которых возникли хлоропласты (и сейчас на Земле
обитает ряд одноклеточных видов зелёных и золотистых водорослей,
имеющих амебоидную форму).
К прокариотам относятся бактерии (эубактерии и архебактерии) а
к эукариотам — грибы, растения и животные, большинство из которых
являются многоклеточными организмами и только некоторые —
одноклеточными. Многоклеточные эукариоты построены из разнообразных
по своим функциям клеток, причем эти клетки значительно крупнее клеток
прокариот (соотношение объемов приблизительно 2000:1). Наиболее важный
отличительный признак эукариотических клеток — наличие ядра (греч.
karion; отсюда и название "эукариоты") и других органелл.
Структуры и функции эукариотических клеток сложнее и более
специализированы, чем структуры и функции клеток прокариот. ДНК (DNA)
эукариот представляют собой очень длинные линейные молекулы (от 10 7  до

более чем 10 10  пар оснований). Они локализованы в ядре, связаны с
гистонами и включают некодирующие области (интроны). Напротив, ДНК
прокариот представляют собой более короткие (до 5ּ10 6  пар оснований)
кольцевые молекулы, расположенные в цитоплазме и не имеющие интронов.
Эукариотические клетки состоят из специализированных отделов —
органелл (см. ниже). Процессы синтеза и созревания РНК (RNA) и белков
протекают в различных отделах клеток и механизмы их регулирования не
зависят один от другого. У прокариот, напротив, эти процессы значительно
проще и взаимосвязаны.
Таким образом, эукариоты – это высшие организмы, имеющие четко
оформленное ядро, которое обладает оболочкой (кариомембраной), эта
оболочка отделяет его от цитоплазмы. К эукариотам относятся все высшие
животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли,
грибы и простейшие. Ядерная ДНК у эукариот заключена в хромосомах.
Эукариоты обладают ограниченными мембраной клеточными органоидами. 
Клетка является фундаментальной составляющей нашего современного
определения жизни и живых существ. Клетки рассматриваются в качестве
основных строительных блоков жизни и используются в определении того,
что значит быть «живым».
Давайте взглянем на одно определение жизни: «Живые существа — это
химические организации, состоящие из клеток и способные размножаться»
(Китон, 1986). Это определение базируется на двух теориях — клеточной
теории и теории биогенеза. Клеточная теория впервые была предложена в
конце 1830-х годов немецкими учеными Маттиасом Якобом Шлейденом и
Теодором Шванном. Они утверждали, что все живые существа состоят из
клеток. Теория биогенеза, предложенная Рудольфом Вирховым в 1858 году,
утверждает, что все живые клетки возникают из существующих (живых)
клеток и не могут появиться спонтанно из неживой материи.
Строение клетки

Генетический материал у эукариот находится в ядре, а ДНК
организована в хромосомы. Эукариотические организмы могут быть
одноклеточными и многоклеточными. Все животные являются эукариотами.
Также эукариоты включают растения, грибы и простейших.
Типичная клетка эукариота включает:
плазматическую (клеточную) мембрану;
ядрышко;
ядро;
хромосомы;
рибосомы;
эндоплазматический ретикулум;
аппарат (комплекс) Гольджи;
цитоскелет;
цитоплазму;
лизосомы;
центриоль;
митохондрии.
Строение эукариотической клетки сложнее, чем у прокариотической. В
первую очередь это касается наличия ядра и мембранных органелл у
эукариот. Однако это не единственные отличия. Согласно наиболее
принятой гипотезе эукариотическая клетка произошла в результате
симбиогенеза нескольких прокариот.
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:
o ядро,
o цитоплазма, содержащая органоиды и включения,
o цитоплазматическая мембрана и клеточная стенка.
Ядро выполняет роль управляющего центра, регулирует все клеточные
процессы. Здесь содержится генетический материал — хромосомы. Также
важна роль ядра в клеточном делении.
Цитоплазма состоит из полужидкого содержимого — гиалоплазмы, в
которой находятся органеллы, включения, различные молекулы.
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:
o митохондрии,
o хлоропласты,
o эндоплазматическая сеть,
o комплекс Гольджи,
o лизосомы.
К немембранным органоидам относятся:
o рибосомы,
o 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.
Функции клеточной оболочки:
 Оболочка клетки поддерживает форму клетки и придает
механическую прочность как клетке, так и организму в целом
 Защищает клетку от механических повреждений и попадания в
нее вредных соединений
 Осуществляет узнавание молекулярных сигналов
 Регулирует обмен веществ между клеткой и средой
 Осуществляет межклеточное взаимодействие в многоклеточном
организме.
Функция клеточной стенки:
Представляет собой внешний каркас – защитную оболочку.
 Обеспечивает транспорт веществ (через клеточную стенку
проходит вода, соли, молекулы многих органических веществ).
 Наружный слой поверхности клеток животных, в отличие от
клеточных стенок растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в
световой микроскоп и состоит из разнообразных полисахаридов и белков.
 Поверхностный слой животных клеток называется гликоликсом,
выполняет функцию непосредственной связи клеток животных с внешней
средой, со всеми окружающими ее веществами, опорной роли не выполняет.
Под гликокаликсом животных и (растительной) клеточной стенкой
растений расположена плазматическая мембрана, граничащая
непосредственно с цитоплазмой. В состав плазматической мембраны входят
белки и липиды. Они упорядоченно расположены и соединены друг с другом
химическими взаимодействиями. Молекулы липидов в плазматической
мембране расположены в два ряда и образуют сплошной билипидный слой.

Молекулы белков не образуют сплошного слоя, они располагаются в слое
липидов, погружаясь в него на разную глубину. Молекулы белков и липидов
подвижны. 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. Клетки одноклеточных эукариот могут содержать
специальные органоиды, такие как сократительные, выделительные,
пищеварительные 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.
Функция плазматической мембраны:
она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки
от внешней среды.
транспорт веществ.
обеспечивает вязь между клетками в тканях многоклеточных
организмов.

Поступление веществ в клетку.

Поверхность клетки не сплошная. В цитоплазматической мембране
есть многочисленные мельчайшие отверстия – поры, через которые, с
помощью ферментов, внутрь клетки могут проникать ионы и мелкие
молекулы. Кроме того, ионы и мелкие молекулы могут попадать в клетку
непосредственно через мембрану. Поступление ионов и молекул в клетку –
не пассивная диффузия, а активный транспорт, требующий затрат энергии.
Транспорт веществ носит избирательный характер. Избирательная
проницаемость клеточной мембраны носит название полупроницаемости.

Поступление
веществ в клетку

Фагоцитоз
(поступление
твердых веществ)

Пиноцитоз
(поступление
жидких веществ)

Путем фагоцитоза внутрь клетки поступают: крупные молекулы
органических веществ, например белков, полисахаридов, частицы пищи,
бактерии. Участие принимает плазматическая мембрана. В том месте, где
поверхность клетки соприкасается с частицей какого-либо плотного
вещества, мембраны прогибаются, образуют углубление и окружают
частицу, которая в “мембранной упаковке” погружается внутрь клетки.
Образуется пищеварительная вакуоль, и в ней перевариваются поступившие
в клетку органические вещества.

Путем фагоцитоза питаются: амебы, инфузории, лейкоциты животных
и человека.
Лейкоциты поглощают бактерии, а также разнообразные твердые
частицы случайно попавшие в организм, защищая его таким образом от
болезнетворных частиц. Клеточная стенка растений, бактерий и
сине–зеленых водорослей препятствует фагоцитозу, и потому этот путь
поступления веществ в клетку у них, практически, отсутствует.
Через плазматическую мембрану в клетку проникают и капли
жидкости, содержащие в растворенном и взвешенном состоянии
разнообразные вещества.
Поглощение жидкости в виде мелких капель напоминает питье, и это
явление было названо пиноцитозом. Процесс поглощения жидкости сходен с
кроме того и в клеточках растений.

Фотосинтез и воздух

Примерно 2 миллиарда лет назад один за другим происходили
различные эволюционные процессы по созданию метаболического
разнообразия. Способность к выработке специфических ферментов может
передаваться в пределах одного вида с помощью вирусоподобных частиц,
называемых плазмидами. Поразительны биосинтетические способности
прокариот: из углекислоты, нескольких солей и восстановленных
неорганических соединений, служащих источниками энергии,
микроорганизмы - хемоавтотрофы могут синтезировать в содержащей
кислород неосвещенной воде все сложнейшие макромолекулы, необходимые
для роста и размножения. Эти биохимические процессы приводили к
системам круговорота элементов еще тогда, когда не было растений, грибов,
животных.

Ассоциации и эукариоты.

По мере накопления атмосферного кислорода абиотическая продукция
органических веществ сокращалась, так как они быстро разрушались под
действием этого газа. Бактерии оказались в прямой зависимости друг от

друга о том, что касается притока газов, вентиляции и удаления отходов
метаболизма в газообразном виде. Создалась их взаимная зависимость в
отношении питания и защиты, возникло много разного рода связей между
организмами, включая симбиоз, паразитизм и хищничество. Определенная
серия симбиозов вела к формированию новых типов клеток. Согласно теории
последовательных симбиозов, все эукариоты сформировались в результате
симбиоза между чрезвычайно далекими друг от друга видами прокариот:
нуклеоцитоплазма образовалась из микроорганизмов хозяев, митохондрии из
бактерий, дышащих кислородом, пластиды - из хлороокси- или
цианобактерий, а ундолиподии - из спирохет , прикреплявшихся к
поверхности хозяев. Митотическое деление клетки выработалось только
после того, как хозяева стали поглощать спирохет и передислоцировать их
части. Итак, в начале истории эукариот находились лишенные клеточной
стенки плейоморфные микроорганизмы, способные сбраживать глюкозу до
двух- и трех углеродных конечных продуктов по метаболическому пути
Эмбдена-Мейер-гофа. Эти организмы, которым предстояло стать
нуклеоцитоплазмой, приобретали эндосимбионтов. А какова природа
эндосимбионтов, дышавших кислородом ? Эти промитохондрии были
аэробными палочковидными организмами, близкими к современным
бактериям, вроде Paracoccus denitrificans. Ассоциация могла начаться с
хищничеств, объектом которого служили клетки-хозяева. Размножение
симбионтов внутри осмотически регулируемой клетки вело к отбору,
направленному против сохранения ими клеточных стенок и
биосинтетических путей, дублирующих пути хозяина. Естественный отбор
привел к образованию крист - складчатых мембран современных
митохондрий. Итогом этого приспособления к симбиозу было образование
двугеномных клеток – аэробных, содержащих митохондрии и ядра, но
неспособных к митозу, крупных амебоидных микроорганизмов. Следующим
шагом к полному эукариотическому статусу было симбиотическое
приобретение подвижности. Ундулиподии образовались только после того,

как спирохеты объединились с амебоидами и навсегда видоизменились. Как
и во всех устойчивых ассоциациях, репродукция симбионтов стала протекать
согласованно с репродукцией хозяев и появились новые комплексы,
содержащие три генома: ядерный, митохондриальный и ундолипо-диальный .
Эти тригеномные комплексы дали множество различных видов протистов.
Симбиотические бактерии ставшие ундолиподиями, обеспечили
преадаптацию к митозу. Развитие механизмов митоза привело в результате
адаптивной радиации к образованию огромного множества видов эукарио-
тических микроорганизмов. Итак, гетеротрофные микробы – эукариоты
породили животных и грибы. Другая серия симбиотических приобретений
привела к эукариотам - фотосинтетикам. Естественный отбор оптимизировал
процессы митоза, мейоза. Протопластиды начали ассоциироваться с
гетеротрофными микрооорганизмами, которые заглатывали микробов –
фотосинтетиков, но не переваривали их. Прокариоты хлороксибактерии -
прародители пластид простейших, зеленых водорослей. Цианобактерии -
стали предками красноватых пластид красных водорослей и криптомонат.
Великие новшества в эволюции клеток возникли еще до того, как появились
первые животные растения и грибы. Какие – то гетеротрофные эукариоты в
результате поглощения фотосинтезирующих прокариот стали водорослями .
Это завершающее событие произошло более 400 млн. лет назад, о чем
свидетельствуют ордовикские ископаемые остатки крупных фотосинтетиков
- сифоновые зеленые водоросли и красные водоросли.

Список использованной литературы

1. Большой энциклопедический словарь “Биология”, под редакцией
М.С. Гилярова, Научное издательство “Большая Российская Энциклопедия”,
Москва 1998
2. Е. Тупикин “Общая биология с основами экологии и
природоохранной деятельности”, Москва ПроОбрИздат, 2001
3. Ю.И. Полятинский “Общая биология для 9–10 классов средней
школы”
4. Захаров В.Б. “Общая биология для 10–11 классов”, Москва
“Дрофа”, 2003
5. “Энциклопедия для детей, Биология, том 2”, Москва, “Аванта +”,
1999
6. Р.А. Петросова “Дидактический материал по общей биологии”,
Минск ООО “Белфарпост”, 1997
7. Соросовский образовательный журнал. Биология, Химия, Науки
о земле, Физика, Математика . N 5 1998г
8. Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. Пер. с
англ., М. МИР 1983г
9. Основы микробиологии. М. “Медицина “ 1992 .
10. Хахина Л.Н. Концепция А.С. Фаминцына о значении симбиоза в
эволюции Л.; Наука , 1981 , с . 165 – 181 .
11. Альбертс Б. Молекулярная биология клетки; Пер. с англ. М. Мир
1986 т.1