Строение клетки. Прокариоты и эукариоты. Сравнение растительной и животной клеток

У прокариотической клетки нет внутренних перегородок, но это не значит, что она устроена примитивно. Снаружи от клеточной мембраны у бактерий почти всегда есть клеточная стенка, и её материал — важная деталь для экзамена: у бактерий это муреин (пептидогликан). Клеточная стенка есть также у растений и грибов, но из другого материала: у растений из целлюлозы, у грибов из хитина. Подробнее о них — ниже, в сравнении клеток.

Сама плазматическая мембрана бактерии обладает избирательной проницаемостью: пропускает одни вещества и задерживает другие. Она может образовывать впячивания внутрь клетки, на которых располагаются ферменты дыхания или фотосинтеза, — так бактерия обходится без митохондрий и хлоропластов.

Наследственная информация бактерии — это одна кольцевая молекула ДНК в нуклеоиде. У многих бактерий вдобавок есть маленькие кольцевые молекулы ДНК — плазмиды, которые несут отдельные гены (например, устойчивости к антибиотику) и могут передаваться между клетками независимо от основной хромосомы.

Рибосомы 70S, как и у эукариот, состоят из двух субъединиц — большой и малой. Они находятся в цитоплазме: ЭПС у прокариот нет, поэтому и шероховатых мембран, усеянных рибосомами, тоже нет. Синтез белка (трансляция) идёт прямо в цитоплазме.

Размножается прокариотическая клетка простым делением надвое: сначала удваивается кольцевая ДНК, затем клетка перетягивается посередине и делится на две дочерние. Никакого веретена деления (структуры из микротрубочек, которая растаскивает хромосомы к полюсам клетки) при этом не образуется — оно есть только у эукариот, где нужно растащить по разным полюсам целый набор хромосом, а не единственную кольцевую молекулу.

Эукариотическая клетка держит порядок за счёт мембран: каждый процесс идёт в своём отсеке, и отсеки не мешают друг другу. Разберём главные органоиды по порядку — от ядра до места, где готовую продукцию упаковывают на вывоз.

Ядро отделено от цитоплазмы двойной мембраной с порами, через которые идёт обмен веществами с цитоплазмой. Внутри — хроматин (ДНК с белками) и ядрышко, где собираются субъединицы будущих рибосом. Ядро — командный центр клетки: здесь хранится генетическая информация и отсюда идёт управление синтезом белков.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) бывает двух видов. Шероховатая ЭПС усеяна рибосомами и синтезирует белки, которые пойдут на экспорт из клетки или в состав мембран. Гладкая ЭПС рибосом не несёт и занимается синтезом липидов, а также обезвреживанием некоторых веществ.

Аппарат Гольджи — стопка уплощённых мембранных цистерн. Он принимает вещества, пришедшие из ЭПС, дорабатывает их (например, достраивает углеводные цепи) и упаковывает в мембранные пузырьки — везикулы, которые отправляются либо на экспорт из клетки, либо становятся лизосомами.

Митохондрии — двумембранные органоиды: наружная мембрана гладкая, внутренняя образует складки, кристы, которые увеличивают рабочую поверхность. Во внутреннем пространстве, матриксе, идёт цикл Кребса — цепочка реакций, в которой окисляются продукты расщепления веществ, а на кристах — синтез основной массы АТФ клеточного дыхания. Митохондрии есть и у растительной, и у животной клетки — это общий, а не различающий признак.

Лизосомы — одномембранные пузырьки с гидролитическими ферментами. Их работа — внутриклеточное переваривание: расщепление веществ, пришедших извне, и утилизация собственных изношенных органоидов клетки.

Ядро, ЭПС, аппарат Гольджи, митохондрии и рибосомы — общий набор для растительной и животной клетки. Дальше начинаются различия, и именно на них строятся задания 5 и 6, когда на рисунке рядом стоят клетка растения и клетка животного.

У растительной клетки поверх мембраны лежит клеточная стенка из целлюлозы — жёсткий каркас, которого у животной клетки нет вообще (снаружи от мембраны животной клетки может быть только гликокаликс — поверхностный слой из углеводных цепей, связанных с белками и липидами мембраны (гликопротеины, гликолипиды), но это не жёсткая стенка). Соседние растительные клетки связаны через стенку тонкими цитоплазматическими мостиками — плазмодесмами.

Только у растительной клетки есть пластиды: зелёные хлоропласты (фотосинтез), бесцветные лейкопласты (запас веществ) и окрашенные хромопласты (пигменты плодов и лепестков). Снаружи пластиды, как и митохондрии, покрыты двойной мембраной. Внутри хлоропласта лежат тилакоиды — плоские мембранные мешочки, уложенные в стопки, граны; на мембранах тилакоидов идёт световая фаза фотосинтеза. Внутреннюю среду хлоропласта вокруг гран называют стромой: в ней идёт темновая фаза (цикл Кальвина, фиксация CO₂). Сами процессы фотосинтеза — тема 2.4, здесь важно запомнить, где что расположено.

У зрелой растительной клетки почти весь объём занимает крупная центральная вакуоль с клеточным соком: она поддерживает тургорное давление, которое держит ткани растения упругими. У животной клетки вакуоли мелкие и временные, а центральной вакуоли, играющей роль опоры, нет.

А вот клеточный центр с парой центриолей — признак, который на экзамене легко перепутать. Центриоли есть у животной клетки и у низших растений (например, у водорослей), но у высших растений (цветковых, голосеменных) центриолей нет: их клеточный центр устроен без них. Поэтому фраза «у растений всегда нет центриолей» — тоже ошибка: у водорослей они есть, а вот у высших растений — действительно нет.

Ещё одно отличие проявляется в момент деления клетки. У животной клетки цитоплазма перетягивается снаружи внутрь — образуется борозда деления. У растительной клетки из-за жёсткой стенки перетяжка невозможна: внутри клетки собирается клеточная пластинка, которая затем достраивается до новой перегородки между дочерними клетками.

Последняя пара различий — запасное вещество и тип питания. Растительная клетка запасает крахмал, а животная — гликоген. Растения — автотрофы (сами синтезируют органические вещества при фотосинтезе), животные — гетеротрофы. Клетку гриба часто ставят третьим столбцом сравнения: у неё есть клеточная стенка, но из хитина; пластид нет, питание гетеротрофное, запасной углевод — гликоген, как у животных.

Есть ещё один способ разложить органоиды по полочкам — по количеству окружающих их мембран. Эта классификация не привязана к тому, растительная клетка или животная, и работает для эукариот целиком.

Двумембранные органоиды — ядро, митохондрии, пластиды. У всех трёх есть внешняя и внутренняя мембраны, а внутри у митохондрий и хлоропластов есть мембранные структуры, увеличивающие рабочую площадь: у митохондрий это кристы (складки внутренней мембраны), у хлоропластов — тилакоиды, собранные в граны.

Одномембранные органоиды — эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли. Их объединяет одна оболочка и происхождение: все они — часть единой системы внутриклеточных мембран, которая берёт начало от ядерной оболочки и ЭПС.

Немембранные структуры — рибосомы и клеточный центр с центриолями. У них вообще нет собственной оболочки: рибосома — это комплекс рРНК и белков, а центриоль — цилиндр из микротрубочек.

Эта тройная классификация — удобный способ проверить себя: если помнишь, в какую из трёх групп попадает органоид, легко отсеять неверные варианты в задании на соответствие, даже не вспоминая точную функцию.