Начальные методы клеточной биологии: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Нуклеоид

В прокариотических клетках отсутствует настоящее ядро, как у эукариотических клеток. Однако в них присутствует структура, называемая нуклеоидом, которая является областью цитоплазмы, где расположена хромосома бактерии.

Нуклеоид представляет собой плотно упакованную, чаще всего кольцевую, молекулу ДНК, которая содержит генетическую информацию, необходимую для жизнедеятельности клетки. В отличие от эукариотического ядра, нуклеоид не имеет мембраны и характерных для эукариот ассоциированных белковых комплексов, хотя включает белки и РНК, помимо ДНК. У некоторых прокариот хромосомы линейные, например у возбудителя болезни Лайма Borrelia burgdorferi, а ряд бактерий может иметь одновременно линейные и кольцевидные хромосомы, несколько одинаковых копий хромосом или несколько разных по генетической информации хромосом.

Под световым микроскопом нуклеоид может быть виден как относительно плотная область в цитоплазме бактериальной клетки. Однако из-за маленького размера и отсутствия мембраны он обычно не имеет такой выраженной структуры и видимости, как ядра эукариотических клеток. Несмотря на это, нуклеоид выполняет аналогичные функции: хранение генетической информации и управление клеточными процессами, связанными с синтезом белков и регуляцией генной экспрессии.

Рибосомы прокариот

Рибосомы представляют собой важные структуры бактериальной клетки, ответственные за синтез белков – ключевой процесс ее жизнедеятельности. Они состоят из рибосомных белков и рибосомной РНК (рРНК). Рибосомы на основе матрицы мРНК осуществляют синтез пептидных связей между аминокислотами, поступающими в составе аминоацил-тРНК, что приводит к формированию полипептидной цепи, образующей белок.

Благодаря своей роли в синтезе белков рибосомы являются мишенями для различных антибиотиков, которые могут нарушать их функцию и тем самым препятствовать жизнеспособности бактериальной клетки. Отличие деталей строения рибосом прокариот позволяет избежать воздействия данных антибиотиков на рибосомы эукариот.

Другие особенности прокариот

В дополнение к описанным выше структурам бактериальные клетки имеют и другие особенности, определяющие их морфологию, функции и способность адаптироваться к окружающей среде.

Пили и фимбрии. Это тонкие волокна, которые выступают из поверхности бактериальной клетки и играют роль в адгезии, образовании биопленок и передаче генетического материала между клетками.

Эндоспоры. Некоторые виды бактерий способны образовывать эндоспоры – жизнеспособные, но неактивные формы клеток, защищенные толстой стенкой. Эндоспоры позволяют бактериям выживать в экстремальных условиях – при повышенных температурах или недостатке питательных веществ.

Гетероцисты. Некоторые виды цианобактерий образуют специализированные клетки, называемые гетероцистами, способные фиксировать атмосферный азот и преобразовывать его в формы, доступные для других клеток в колонии.

Хемотаксис. Многие бактерии обладают способностью двигаться в ответ на химические сигналы, полученные из окружающей среды. Этот процесс, известный как хемотаксис, позволяет бактериям перемещаться к источникам питательных веществ и избегать веществ токсичных.

Эти и другие особенности бактериальных клеток играют важную роль в их адаптации к разнообразным условиям среды и взаимодействии с другими организмами.

Строение эукариотических клеток

Общая структура эукариотической клетки

Эукариотические клетки – это клетки, которые имеют настоящее ядро, окруженное ядерной оболочкой, и свойственны всем организмам, кроме бактерий и архей. Далее будут описаны основные органоиды и структуры эукариотической клетки, видимые под световым микроскопом.

Ядро

Ядро окружено двумембранной ядерной оболочкой, которая содержит ядерные поры, обеспечивающие обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Внутри ядра находится генетический материал клетки, представленный в виде хромосом. Ядро обеспечивает стабильность клеточного генома за счет защиты хромосом от повреждений, а также благодаря системам репарации и контроля точности репликации. Оно также играет центральную роль в регуляции клеточных процессов, таких как транскрипция генов и репликация ДНК.

Под световым микроскопом ядро обычно выглядит как округлая или овальная структура, окрашенная в более интенсивный цвет, чем окружающая цитоплазма. Иногда внутри ядра можно увидеть одно или несколько ядрышек (нуклеолусов), которые являются местом синтеза рибосомной РНК и сборки рибосом.

Эндоплазматический ретикулум (гладкий и шероховатый)

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР), или эндоплазматическая сеть (ЭПС), – это система мембранных трубочек и канальцев, расположенных в цитоплазме эукариотической клетки. Мембрана ЭПР непосредственно переходит в наружную ядерную мембрану. Различают два вида эндоплазматического ретикулума: гладкий ЭПР (ГЭПР) и шероховатый ЭПР (ШЭПР), каждый из них выполняет свои специфические функции.

ГЭПР не имеет присоединенных рибосом и обычно выполняет функции, связанные с синтезом липидов, модификацией углеводов и детоксикацией. Внутри ГЭПР происходит синтез фосфолипидов и стероидов, накопление и метаболизм кальция. ГЭПР также участвует в сборке и транспортировке липидных молекул к мембранам клеточных органелл.

К внешней поверхности ШЭПР присоединены рибосомы, участвующие в синтезе белков. Синтезированные в ШЭПР белки транспортируются везикулярным транспортом к ряду клеточных органелл или за пределы клетки. Кроме того, ШЭПР играет роль в синтезе мембранных белков и гликопротеинов.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи, также известный как комплекс Гольджи, представляет собой органоид, ответственный за сортировку, модификацию и транспорт молекул внутри клетки.

Под световым микроскопом аппарат Гольджи выглядит как сеть плоских мембранных структур, обычно расположенных рядом с ядром клетки и имеющих вид стопки мешочков, окруженных везикулами.

Функции аппарата Гольджи включают:

• сортировку и упаковку белков и липидов, синтезированных в ЭПР или других органеллах; аппарат Гольджи формирует везикулы, которые транспортируют молекулы к мембранам клеточных органоидов или выводят их за пределы клетки;

• посттрансляционную модификацию белков, включая добавление сахарных групп (гликозилирование) и образование дисульфидных связей; эти модификации изменяют функции белков и определяют их транспорт и судьбу внутри клетки;