Наружный слой клетки. Биология: строение растительной клетки, схема

Клетки, которые формируют ткани представителей флоры и фауны, имеют существенные отличия по размерам, форме, составным элементам. Однако у всех них обнаруживается сходство в основных чертах роста, обмена, жизнедеятельности, раздражимости, способности к изменчивости, развитии. Далее рассмотрим подробнее строение растительной клетки (таблица основных компонентов будет приведена в конце статьи).

Краткая историческая справка

При помощи осмотического удара в 1925-м году Грендель и Гортер получили пустые оболочки эритроцитов, их так называемые "тени". Их сложили в стопку, определив площадь их поверхности. С использованием ацетона были выделены липиды. Также было определено их количество на единицу площади эритроцитов. Несмотря на погрешности в расчетах, был выведен случайно верный результат и открыт липидный бислой.

Общая информация

Изучением развития и роста элементов тканей представителей флоры и фауны занимается биология. Строение растительной клетки представляет собой комплекс трех неразрывно связанных друг с другом компонентов:

• Ядро. Оно отделено от цитоплазмы при помощи пористой мембраны. В нем содержится ядрышко, ядерный сок и хроматин.
• Цитоплазма и комплекс специализированных структур – органоидов. К последним, в частности, относят пластиды, митохондрии, лизосомы и комплекс Гольджи, клеточный центр. Органоиды присутствуют постоянно. Кроме них, имеются и временные образования, именуемые включениями.
• Структура, формирующая поверхность – оболочка растительной клетки.

Особенности поверхностного аппарата

У лейкоцитов и одноклеточных организмов оболочка клетки обеспечивает проникновение воды, ионов, мелких молекул прочих соединений. Процесс, в ходе которого происходит проникновение твердых частиц, именуют фагоцитозом. Если же попадают капли жидких соединений, то говорят о пиноцитозе.

Органоиды

Они присутствуют в эукариотических клетках. С органоидами связаны биологические превращения, которые происходят в клетке. Их покрывает двойная мембрана – пластиды и митохондрии. В них присутствуют собственные ДНК, а также аппарат, синтезирующий белок. Размножение осуществляется делением. В митохондриях, кроме АТФ, синтезируется белок в небольшом количестве. Пластиды присутствуют в растительных клетках. Их размножение осуществляется делением.

Мембрана

Ошибочно считать, что наружный слой клетки – это цитоплазма. Мембрана является молекулярной эластической структурой. Наружный слой клетки называется поверхностным аппаратом, посредством которого осуществляется отделение содержимого от внешней среды. Существуют разные функции оболочки клетки. Одной из основных задач является обеспечение целостности всего элемента. Внутри также присутствуют структуры, разделяющие клетку на так называемые отсеки. Эти замкнутые зоны именуют органеллами или компартментами. Внутри них поддерживаются определенные условия. В функции оболочки клетки входит регулирование обмена между средой и клеткой.

Мембрана

Каково же строение оболочки клетки? Клеточная мембрана – это бислой (двойной) из молекул липидного класса. Большинство из них представляет собой липиды сложного типа – фосфолипиды. В молекулах присутствуют гидрофобная (хвост) и гидрофильная (головка) части. Когда формируется оболочка клетки, хвосты обращены внутрь, а головки – в обратную сторону. Мембраны – это инвариабельные структуры. Оболочка животной клетки имеет много сходств с элементом представителя флоры. Толщина мембраны – порядка 7-8 нм. Биологический наружный слой клетки включает в себя разные белковые соединения: полуинтегральные (одним концом погруженные во внешний либо внутренний липидный слой), интегральные (пронизывающие насквозь), поверхностные (прилегающие к внутренним сторонам либо находящиеся на внешней стороне). Ряд белков является точками примыкания мембраны и цитоскелета внутри клетки и наружной стенкой (если она присутствует). Некоторые интегральные соединения исполняют роль ионных каналов, разнообразных рецепторов и транспортеров.

Защитная задача

Строение оболочки клетки во многом определяет ее деятельность. В частности, мембрана обладает избирательной проницаемостью. Это означает, что степень проходимости молекул через мембрану зависит от их размеров, химических свойств, электрического заряда. Основная функция, которую выполняет наружный слой клетки, называется барьерной. За счет нее обеспечивается избирательный, регулируемый, активный и пассивный обмен соединений с окружающей средой. К примеру, оболочка пероксисом обеспечивает защиту цитоплазмы от опасных пероксидов.

Транспорт

Сквозь наружный слой клетки происходит переход веществ. За счет транспорта обеспечивается доставка питательных компонентов, устранение конечных продуктов процесса обмена, секреция разных веществ, формирование ионных ингредиентов. Кроме того, в клетке поддерживается оптимальный рН и концентрация ионов, необходимых для работы ферментов. Если необходимые частицы по каким-либо причинам не могут пройти сквозь бислой из фосфолипидов, к примеру, в связи с гидрофильными свойствами, поскольку мембрана гидрофобна внутри, либо из-за своего крупного размера, они могут пересечь мембрану посредством специальных транспортеров (белков-переносчиков), путем эндоцитоза или по белкам-каналам. В процессе пассивного транспорта соединения проходят наружный слой клетки без энергетических затрат путем диффузии по градиенту концентрации. Одним из вариантов этого процесса считается облегченное внедрение. В этом случае веществу помогает пересечь наружный слой клетки какая-либо специфическая молекула. У нее может присутствовать канал, который способен пропускать вещества только 1 типа. Для активного транспорта необходима энергия. Это связано с тем, что движение в данном случае происходит обратно градиенту концентрации. На мембране в данном случае присутствуют особые белки-насосы, АТФаза в том числе, которая достаточно активно закачивает в клетку калийные ионы и выкачивает натриевые.

Прочие задачи

Наружный слой клетки выполняет матричную функцию. За счет этого обеспечивается определенное взаимное расположение и ориентация мембранных белковых соединений, а также их оптимальное взаимодействие. За счет механической функции обеспечивается автономность клетки и внутренних структур, а также соединения с прочими клетками. Большое значение в данном случае у представителей флоры имеют стенки структур. У животных обеспечение механической функции зависит от межклеточного вещества. Мембраны выполняют и энергетические задачи. В процессе фотосинтеза в хлоропластах и клеточного дыхания в митохондриях в их стенках активизируются системы по переносу энергии. В них, как и во многих прочих случаях, принимают участие белки. Одной из важнейших считается рецепторная функция. Некоторые белки, которые находятся в мембране, являются рецепторами. Благодаря этим молекулам клетка может воспринимать те или другие сигналы. К примеру, стероиды, циркулирующие с током крови, оказывают влияние только на те клетки-мишени, которые имеют рецепторы, соответствующие тем или другим гормонам. Существуют также и нейромедиаторы. Эти химические соединения обеспечивают импульсную передачу. Они тоже имеют связь со специфическими белками мишеней. Мембранные компоненты зачастую являются ферментами. Отсюда и ферментативная функция оболочки клетки. В плазматических мембранах эпителиальных элементов кишечника присутствуют пищеварительные соединения. В наружном слое клетки генерируются и проводятся биопотенциалы.

Концентрация ионов

С помощью мембраны поддерживается внутреннее содержание К+ иона на более высоком, нежели снаружи, уровне. При этом концентрация Na+ существенно ниже, чем с внешней стороны. Это имеет особое значение, поскольку так обеспечивается разность потенциалов на стенке и генерация нервного импульса.

Маркировка

На мембране присутствуют антигены, которые действуют в качестве неких "ярлыков". Маркировка позволяет опознавать клетку. Гликопротеины – белки с пристыкованными к ним олигосахаридными разветвленными боковыми цепями – исполняют роль "антенн". Так как конфигураций боковых цепей бесчисленное множество, можно для каждой группы клеток сделать свой маркер. При помощи них происходит распознавание одних элементов другими, что, в свою очередь, позволяет им действовать согласовано. Так происходит, к примеру, при формировании тканей и органов. По этому же механизму осуществляется работа иммунной системы по распознаванию чужеродных антигенов.

Состав и структура

Как выше было сказано, оболочки клеток состоят из фосфолипидов. Однако кроме них в структуре присутствует холестерол и гликолипиды. Последние представляют собой липиды с пристыкованными к ним углеводами. Глико- и фосфолипиды, в основном формирующие оболочки клеток, состоят из 2-х длинных углеводных гидрофобных "хвостов". Они связаны с гидрофильной, заряженной "головой". За счет присутствия холестерола мембрана обладает необходимым уровнем жесткости. Соединение занимает свободное пространство между липидными гидрофобными хвостами, препятствуя, таким образом, их изгибанию. В связи с этим, те мембраны, в которых меньше холестерола, более гибки и мягки, а там, где его больше, наоборот, больше жесткости и хрупкости в стенках. Кроме того, соединение выступает в качестве стопора, препятствующего перемещению из клетки в клетку полярных молекул. Особое значение имеют белки, которые пронизывают мембрану и отвечают за различные ее свойства. Та или иная оболочка растительной клетки имеет определенные по составу и своей ориентации белки.

Аннулярные липиды

Эти соединения находятся рядом с белками. Однако аннулярные липиды более упорядочены и менее подвижны. В их составе присутствуют жирные кислоты с большей насыщенностью. Липиды выходят из мембран вместе с белковым соединением. Без аннулярных элементов мембранные белки работать не будут. Зачастую оболочки асимметричны. Другими словами, это означает, что слои имеют различный состав липидов. Во внешнем содержатся преимущественно гликолипиды, сфингомиелины, фосфатидилхолин, фосфатидилнозитол. Во внутреннем же слое присутствуют фосфатидилнозитол, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин. Переход из одного уровня в другой определенной молекулы несколько затруднен. Тем не менее, он вполне может произойти спонтанно. Это случается приблизительно раз в полгода. Переход также может быть осуществлен при помощи белков-флиппаз и скрамблазы. При появлении во внешнем слое фосатидилсерила, макрофаги принимают защитную позицию и направляют свою активность на уничтожение клетки.

Органеллы

Эти участки могут быть одиночными и замкнутыми или связанными друг с другом, отделенными мембранами от гиалоплазмы. Одномембранными органеллами считаются периксисомы, вакуоли, лизосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть. К двумембранным относят пластиды, митохондрии, ядро. Что касается строения мембран, то у разных органелл стенки отличаются по составу белков и липидов.

Избирательная проницаемость

Сквозь клеточные мембраны медленно диффундируют жирные и аминокислоты, ионы и глицерол, глюкоза. При этом сами стенки достаточно активно регулируют данный процесс, пропуская одни и задерживая другие вещества. Для поступления соединения в клетку существует четыре главных механизма. К ним относят эндо- или экзоцитоз, активный транспорт, осмос и диффузия. Последние два обладают пассивным характером и не требуют энергетических затрат. А вот первые два – активны. Для них необходима энергия. При пассивном транспорте избирательная проницаемость обуславливается интегральными белками – специальными каналами. Мембрана пронизана ими насквозь. Эти каналы формируют в некотором роде проход. Свои белки есть для элементов Cl, Na, К. Что касается градиента концентрации, то молекулы элементов осуществляют движение в клетку из него. На фоне раздражения происходит раскрытие каналов натриевых ионов. Они, в свою очередь, начинают резко поступать в клетку. Это сопровождается дисбалансом мембранного потенциала. Однако после этого он восстанавливается. Калийные каналы остаются открытыми всегда. Ионы поступают через них в клетку медленно.

В заключение

Ниже представлены коротко задачи и строение растительной клетки. Таблица содержит также информацию и о составе биологического элемента.