Органоид обеспечивающий выделение жидкости

Плазматические мембраны клеток, которые специализируются на абсорбции, сложены в виде пальцевидных выступов, называемых микроворсинками. Эта складка увеличивает площадь поверхности плазматической мембраны. Такие клетки обычно выстилают тонкий кишечник - орган, поглощающий питательные вещества из переваренной пищи. Это отличный пример соответствия формы функциям конструкции.

Люди с глютеновой болезнью имеют иммунный ответ на глютен, - белок, содержащийся в пшенице, ячмене и ржи. Иммунный ответ повреждает микроворсинки, и поэтому больные не могут усваивать питательные вещества. Это приводит к недоеданию, спазмам и диарее. Пациенты, страдающие целиакией, должны соблюдать безглютеновую диету.

Цитоплазма

Цитоплазма включает содержимое клетки между плазматической мембраной и ядерной оболочкой (структура будет обсуждена в ближайшее время). Она состоит из органелл, взвешенных в гелеобразном цитозоле, цитоскелете и различных химических веществах (рис. 1). Несмотря на то, что цитоплазма состоит на 70-80 процентов из воды, она имеет полутвердую консистенцию, которая обеспечивается белками внутри нее.

Однако, белки - не единственные органические молекулы, обнаруженные в цитоплазме. Там же находятся глюкоза и другие простые сахара, полисахариды, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, жирные кислоты и производные глицерина. Ионы натрия, калия, кальция и многих других элементов также растворяются в цитоплазме. В цитоплазме происходят многие метаболические реакции, включая синтез белка.

Цитоскелет

Рисунок 3. Микрофиламенты, промежуточные нити и микротрубочки составляют цитоскелет клетки.

Если бы вы удалили все органеллы из клетки, оставались бы только плазматическая мембрана и цитоплазма? Нет. Внутри цитоплазмы все еще будут ионы и органические молекулы, а также сеть белковых волокон, которая помогает поддерживать форму клетки, закрепляет определенные органеллы в определенных положениях, позволяет цитоплазме и везикулам перемещаться внутри клетки и дает возможность одноклеточным организмам передвигаться самостоятельно. В совокупности эта сеть белковых волокон известна как цитоскелет.

Внутри цитоскелета есть три типа волокон: микрофиламенты, также известные как актиновые филаменты, промежуточные филаменты и микротрубочки (рис. 3).

Микрофиламенты являются самыми тонкими из волокон цитоскелета и участвуют в перемещении клеточных компонентов, например, во время деления клеток. Они также поддерживают структуру микроворсинок, обширную складку плазматической мембраны, обнаруженную в клетках, предназначенных для абсорбции. Эти компоненты также распространены в мышечных клетках и отвечают за сокращение мышечных клеток.

Промежуточные филаменты имеют промежуточный диаметр и выполняют структурные функции, такие как поддержание формы клетки и закрепление органелл. Кератин, соединение, укрепляющее волосы и ногти, образует промежуточные волокна одного типа.

Микротрубочки - самые толстые из волокон цитоскелета. Это полые трубки, которые могут быстро растворяться и преобразовываться.

Микротрубочки направляют движение органелл и представляют собой структуры, которые притягивают хромосомы к своим полюсам во время деления клеток. Они также являются структурными компонентами жгутиков и ресничек. В ресничках и жгутиках микротрубочки организованы в виде круга из девяти двойных микротрубочек снаружи и двух микротрубочек в центре.

Центросома - это область около ядра клеток животных, которая функционирует как центр организации микротрубочек. Он содержит пару центриолей, - две структуры, которые лежат перпендикулярно друг другу. Каждая центриоль представляет собой цилиндр из девяти троек микротрубочек.

Центросома реплицируется до деления клетки, и центриоли играют роль в перемещении дублированных хромосом к противоположным концам делящейся клетки. Однако точная функция центриолей в делении клеток не ясна, поскольку клетки, у которых удалены центриоли, все еще могут делиться, а клетки растений, у которых отсутствуют центриоли, способны к делению клеток.

Жгутики и реснички

Жгутики представляют собой длинные, похожие на волосы структуры, которые отходят от плазматической мембраны и используются для перемещения всей клетки (например, сперматозоидов, эвглены). Если у клетки есть жгутик, то как правило их количество колеблется от одного до нескольких.

Однако, когда присутствуют реснички, их обычно много, и они проходят по всей поверхности плазматической мембраны. Это короткие, похожие на волосы структуры, которые используются для перемещения целых клеток (например, парамеций) или перемещения веществ по внешней поверхности клетки (например, реснички клеток, выстилающих фаллопиевы трубы, которые перемещают яйцеклетку к матке, или реснички, выстилающие клетки дыхательных путей, которые перемещают твердые частицы к горлу).

Эндомембранная система

Эндомембранная система (эндо = внутри) - это группа мембран и органелл (рис. 4) в эукариотических клетках, которые работают вместе, чтобы модифицировать, упаковывать и транспортировать липиды и белки. Он включает ядерную оболочку, лизосомы и везикулы, эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, о которых мы вскоре поговорим. Хотя технически не внутри клетки, плазматическая мембрана включена в эндомембранную систему, потому что, как вы увидите, она взаимодействует с другими эндомембранозными органеллами.

Ядро

Обычно ядро является наиболее заметной органеллой в клетке. Ядро содержит ДНК клетки в форме хроматина и направляет синтез рибосом и белков. Рассмотрим его подробнее (Рисунок 4).

Рисунок 4. Самой внешней границей ядра является ядерная оболочка. Обратите внимание, что ядерная оболочка состоит из двух фосфолипидных бислоев (мембран) - внешней мембраны и внутренней мембраны - в отличие от плазматической мембраны, которая состоит только из одного фосфолипидного бислоя.

Ядерная оболочка представляет собой структуру с двойной мембраной, которая составляет самую внешнюю часть ядра. И внутренняя, и внешняя мембраны ядерной оболочки представляют собой бислои фосфолипидов.

Ядерная оболочка перемежается порами, которые контролируют прохождение ионов, молекул и РНК между нуклеоплазмой и цитоплазмой.

Чтобы понять хроматин, полезно сначала рассмотреть хромосомы. Хромосомы - это структуры ядра, состоящие из ДНК, наследственного материала и белков. Эта комбинация ДНК и белков называется хроматином.

Хромосомы эукариот представляют собой линейные структуры, у каждого вида есть определенное количество хромосом в ядрах клеток его тела. Например, у человека число хромосом составляет 46, тогда как у дрозофилы число хромосом равно 8.

Хромосомы видны и отличимы друг от друга только тогда, когда клетка готовится к делению. Когда клетка находится в фазах роста и поддержания своего жизненного цикла, хромосомы напоминают размотанный беспорядочный пучок нитей, который и является хроматином.

Мы уже знаем, что ядро направляет синтез рибосом, но как оно это делает? Некоторые хромосомы имеют участки ДНК, кодирующие рибосомную РНК. Темно окрашивающаяся область внутри ядра, называемая ядрышком, агрегирует рРНК с ассоциированными белками для сборки рибосомных субъединиц, которые затем транспортируются через ядерные поры в цитоплазму.

Эндоплазматический ретикулум

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) (рис. 5) представляет собой серию взаимосвязанных мембранных канальцев, которые совместно модифицируют белки и синтезируют липиды. Однако эти две функции выполняются в отдельных областях эндоплазматической сети: шероховатом эндоплазматическом ретикулуме и гладком эндоплазматическом ретикулуме соответственно.

Полая часть канальцев ЭР называется просветом или цистернальным пространством. Мембрана ЭР, представляющая собой бислой фосфолипидов, залитый белками, непрерывна с ядерной оболочкой.

Шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР) назван так потому, что рибосомы, прикрепленные к его цитоплазматической поверхности, придают ему вид шипов при просмотре в электронный микроскоп.

Рибосомы синтезируют белки, будучи прикрепленными к ЭР, что приводит к переносу их вновь синтезированных белков в просвет ШЭР, где они претерпевают модификации, такие как сворачивание или добавление сахаров. ШЭР также производит фосфолипиды для клеточных мембран.

Если фосфолипидам или модифицированным белкам не суждено оставаться в ЭР, они будут упакованы в пузырьки и транспортироваться из ШЭР путем отпочкования от мембраны (Рисунок 4). Поскольку шероховатый ЭР участвует в модификации белков, которые будут секретироваться из клетки, его много в клетках, секретирующих белки, таких как печень.

Гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР) является продолжением ШЭР, но на ее цитоплазматической поверхности мало рибосом или они отсутствуют вовсе (см. Рисунок 4). Функции гладкого ЭР включают синтез углеводов, липидов (включая фосфолипиды) и стероидных гормонов, детоксикация лекарств и ядов, метаболизм алкоголя, и хранение ионов кальция.

Аппарат Гольджи

Рисунок 5. Аппарат Гольджи в этой просвечивающей электронной микрофотографии белой клетки крови виден как стопка полукруглых уплощенных колец в нижней части этого изображения. Рядом с аппаратом Гольджи можно увидеть несколько везикул.

Мы уже упоминали, что пузырьки могут отпочковываться из ЭР, но куда они деваются? Перед достижением конечного пункта назначения липиды или белки в транспортных пузырьках необходимо отсортировать, упаковать и пометить, чтобы они оказались в нужном месте.

Сортировка, маркировка, упаковка и распределение липидов и белков происходит в аппарате Гольджи (также называемом тельцом Гольджи), в серии уплощенных мембранных мешочков (рис. 5).

Аппарат Гольджи имеет принимающую поверхность (cis) рядом с эндоплазматическим ретикулумом и высвобождающую (trans) поверхность на стороне от ЭР, к клеточной мембране. Транспортные пузырьки, которые образуются из ЭР, перемещаются к принимающей стороне, сливаются с ней и выделяют свое содержимое в просвет аппарата Гольджи.

Когда белки и липиды проходят через Гольджи, они претерпевают дальнейшие модификации. Наиболее частая модификация - добавление коротких цепочек молекул сахара. Затем вновь модифицированные белки и липиды маркируются небольшими молекулярными группами, чтобы они направлялись в нужное место назначения.

Наконец, модифицированные и помеченные белки упаковываются в пузырьки, которые отпочковываются с противоположной стороны Гольджи. В то время как некоторые из этих пузырьков, - транспортирующие, откладывают свое содержимое в другие части клетки, где они будут использоваться, другие, секреторные пузырьки, сливаются с плазматической мембраной и высвобождают свое содержимое за пределы клетки.

Количество Гольджи в различных типах клеток снова показывает, что форма следует за функцией внутри клеток. Клетки, которые участвуют в большой секреторной деятельности (например, клетки слюнных желез, которые секретируют пищеварительные ферменты, или клетки иммунной системы, которые секретируют антитела), имеют большое количество аппаратов Гольджи.

В растительных клетках Гольджи играет дополнительную роль в синтезе полисахаридов, некоторые из которых включены в клеточную стенку, а некоторые используются в других частях клетки.

Лизосомы

В клетках животных лизосомы представляют собой «мусоропровод». Пищеварительные ферменты в лизосомах помогают расщеплению белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и даже изношенных органелл. У одноклеточных эукариот лизосомы важны для переваривания пищи, которую они глотают, и для повторного использования органелл. Эти ферменты активны при гораздо более низком pH (более кислом), чем ферменты, расположенные в цитоплазме. Многие реакции, протекающие в цитоплазме, не могут происходить при низком pH, поэтому преимущество разделения эукариотической клетки на органеллы очевидно.

Лизосомы также используют свои гидролитические ферменты для уничтожения болезнетворных организмов, которые могут проникнуть в клетку. Хороший пример этого - группа белых кровяных телец, называемых макрофагами, которые являются частью иммунной системы вашего тела. В процессе, известном как фагоцитоз, часть плазматической мембраны макрофага инвагинирует (складывается) и поглощает патоген. Инвагинированный участок с патогеном внутри затем отщепляется от плазматической мембраны и становится пузырьком. Везикула сливается с лизосомой. Затем гидролитические ферменты лизосомы уничтожают патоген (рис. 6).

Рисунок 6. Макрофаг фагоцитировал потенциально патогенную бактерию в везикулу, которая затем срастается с лизосомой внутри клетки, так что патоген может быть разрушен.

Везикулы и вакуоли

Везикулы и вакуоли - это мембранные мешочки, которые служат для хранения и транспортировки. Вакуоли несколько крупнее везикул, и мембрана вакуоли не сливается с мембранами других клеточных компонентов. Везикулы могут сливаться с другими мембранами внутри клеточной системы. Кроме того, ферменты в вакуолях растений могут разрушать макромолекулы.

Рисунок 7. Эндомембранная система работает над модификацией, упаковкой и переносом липидов и белков.

Рибосомы

Рисунок 8. Рибосомы состоят из большой субъединицы и малой субъединицы. Во время синтеза белка рибосомы собирают аминокислоты в белки.

Рибосомы - это клеточные структуры, ответственные за синтез белка. При просмотре в электронный микроскоп свободные рибосомы выглядят как кластеры или отдельные крошечные точки, свободно плавающие в цитоплазме.

Рибосомы могут быть прикреплены либо к цитоплазматической стороне плазматической мембраны, либо к цитоплазматической стороне эндоплазматического ретикулума (рис. 8). Электронная микроскопия показала, что рибосомы состоят из больших и малых субъединиц.

Рибосомы - это ферментные комплексы, отвечающие за синтез белка.

Поскольку синтез белка важен для всех клеток, рибосомы находятся практически в каждой клетке, хотя в прокариотических клетках они меньше. Их особенно много в незрелых эритроцитах для синтеза гемоглобина, который участвует в транспортировке кислорода по всему телу.

Митохондрии

Рисунок 9. Эта просвечивающая электронная микрофотография показывает митохондрию, если смотреть с помощью электронного микроскопа.

Митохондрии часто называют «электростанциями» или «энергетическими фабриками» клетки, потому что они отвечают за выработку аденозинтрифосфата (АТФ), основной молекулы, несущей энергию клетки.

Образование АТФ при распаде глюкозы известно как клеточное дыхание. Митохондрии - это органоиды овальной формы с двумя мембранами (рис. 9), которые имеют собственные рибосомы и ДНК. Каждая мембрана представляет собой бислой фосфолипидов, залитый белками.

Внутренний слой имеет складки, называемые кристами, которые увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны.

Область, окруженная складками, называется митохондриальным матриксом. Кристы и матрикс играют разные роли в клеточном дыхании.

В соответствии с нашей темой следования форме за функцией важно отметить, что мышечные клетки имеют очень высокую концентрацию митохондрий, потому что мышечным клеткам требуется много энергии для сокращения.

Пероксисомы

Пероксисомы - это маленькие круглые органеллы, окруженные одиночными мембранами. Они проводят реакции окисления, разрушающие жирные кислоты и аминокислоты. Они также выводят токсины из многих ядов, которые могут попасть в организм.

Алкоголь детоксицируется пероксисомами в клетках печени. Побочным продуктом этих реакций окисления является перекись водорода H₂O₂, которая содержится в пероксисомах, чтобы предотвратить повреждение химическим веществом клеточных компонентов за пределами органелл. Перекись водорода безопасно расщепляется пероксисомальными ферментами на воду и кислород.

Клетки животных против клеток растений

Несмотря на их фундаментальное сходство, между животными и растительными клетками есть поразительные различия (см. Таблицу).

• Клетки животных имеют центриоли, центросомы (обсуждаемые в рамках цитоскелета) и лизосомы, тогда как клетки растений их не имеют.

• У растительных клеток есть клеточная стенка, хлоропласты, плазмодесматы и пластиды, используемые для хранения, и большая центральная вакуоль, тогда как у животных клеток нет.

Клеточная стенка

На рисунке 1, схеме растительной клетки, вы видите структуру вне плазматической мембраны, называемую клеточной стенкой. Стенка клетки представляет собой жесткое покрытие, которое защищает клетку, обеспечивает структурную поддержку и придает форму клетке. Клетки грибов и протистов также имеют клеточные стенки.

В то время как основным компонентом стенок прокариотических клеток является пептидогликан, основной органической молекулой в стенке растительной клетки является целлюлоза (рис. 10), полисахарид, состоящий из длинных прямых цепей единиц глюкозы. Когда информация о питании касается пищевых волокон, это относится к содержанию целлюлозы в пище.

Рисунок 10. Целлюлоза представляет собой длинную цепь молекул β-глюкозы, связанных 1-4 связью. Пунктирные линии на каждом конце фигуры указывают на ряд большего количества единиц глюкозы.

Хлоропласты

Подобно митохондриям, хлоропласты также имеют собственную ДНК и рибосомы. Хлоропласты участвуют в фотосинтезе и могут быть обнаружены в эукариотических клетках, таких как растения и водоросли. При фотосинтезе углекислый газ, вода и световая энергия используются для производства глюкозы и кислорода. В этом основное различие между растениями и животными: растения (автотрофы) способны производить себе пищу, например глюкозу, тогда как животные (гетеротрофы) должны полагаться на другие организмы в качестве органических соединений или источника пищи.

Рисунок 11. Эта упрощенная диаграмма хлоропласта показывает внешнюю мембрану, внутреннюю мембрану, тилакоиды, грану и строму.

Подобно митохондриям, хлоропласты имеют внешнюю и внутреннюю мембраны, но внутри пространства, ограниченного внутренней мембраной хлоропласта, находится набор взаимосвязанных и уложенных друг на друга, заполненных жидкостью мембранных мешочков, называемых тилакоидами (рис. 11). Каждый стек тилакоидов называется грана. Жидкость, заключенная во внутренней мембране и окружающая грану, называется строма.

Хлоропласты содержат зеленый пигмент, называемый хлорофиллом, который улавливает энергию солнечного света для фотосинтеза. Как и в клетках растений, у фотосинтезирующих протистов есть хлоропласты. Некоторые бактерии также осуществляют фотосинтез, но у них нет хлоропластов. Их фотосинтетические пигменты расположены в тилакоидной мембране внутри самой клетки.

Эволюция в действии

Мы упоминали, что и митохондрии, и хлоропласты содержат ДНК и рибосомы. Вы не задумывались, почему? Убедительные доказательства указывают на эндосимбиоз как на объяснение. Симбиоз - это отношения, при которых организмы двух разных видов живут в тесной ассоциации и обычно проявляют особую адаптацию друг к другу.

Эндосимбиоз (эндо- = внутри) - это отношения, в которых один организм живет внутри другого. Эндосимбиотические отношения изобилуют природой. Микробы, вырабатывающие витамин К, например, Escherichia coli, обитают в кишечнике человека. Эти отношения полезны для нас, потому что мы не можем синтезировать витамин К. Это также полезно для микробов, потому что они защищены от других организмов и обеспечивают стабильную среду обитания и обильную пищу, живя в толстом кишечнике.

Ученые давно заметили, что бактерии, митохондрии и хлоропласты похожи по размеру. Мы также знаем, что митохондрии и хлоропласты содержат ДНК и рибосомы, как и бактерии. Ученые считают, что клетки-хозяева и бактерии сформировали взаимовыгодные эндосимбиотические отношения, когда клетки-хозяева поглощали аэробные бактерии и цианобактерии, но не уничтожали их. В процессе эволюции эти проглоченные бактерии стали более специализированными в своих функциях: аэробные бактерии стали митохондриями, а фотосинтезирующие бактерии - хлоропластами.

Центральная вакуоль

Ранее мы упоминали вакуоли как важные компоненты растительных клеток. Если вы посмотрите на рисунок 1, вы увидите, что каждая растительная клетка имеет большую центральную вакуоль, занимающую большую часть клетки. Центральная вакуоль играет ключевую роль в регулировании концентрации воды в клетках при изменении условий окружающей среды.

В клетках растений жидкость внутри центральной вакуоли обеспечивает тургорное давление, которое представляет собой внешнее давление, создаваемое жидкостью внутри клетки. Вы когда-нибудь замечали, что если вы забудете полить растение на несколько дней, оно увянет? Это связано с тем, что, когда концентрация воды в почве становится ниже, чем концентрация воды в растении, вода перемещается из центральных вакуолей и цитоплазмы в почву.

По мере того как центральная вакуоль сжимается, она оставляет клеточную стенку без поддержки. Эта потеря поддержки клеточных стенок растения приводит к его увяданию. Кроме того, эта жидкость может сдерживать травоядность, поскольку горький вкус содержащихся в ней отходов препятствует употреблению насекомыми и животными. Центральная вакуоль также служит для хранения белков в развивающихся семенных клетках.

Внеклеточный матрикс животных клеток

Рисунок 12. Внеклеточный матрикс состоит из сети веществ, секретируемых клетками.

Большинство клеток животных выделяют материалы во внеклеточное пространство. Основными компонентами этих материалов являются гликопротеины и белковый коллаген. В совокупности эти материалы называются внеклеточным матриксом (рис. 12).

Мало того, что внеклеточный матрикс удерживает клетки вместе, образуя ткань, он также позволяет клеткам внутри ткани связываться друг с другом.

Свертывание крови является примером роли внеклеточного матрикса в клеточной коммуникации. Когда клетки, выстилающие кровеносный сосуд, повреждены, в них появляется белковый рецептор, называемый тканевым фактором.

Когда тканевой фактор связывается с другим фактором внеклеточного матрикса, он заставляет тромбоциты прилипать к стенке поврежденного кровеносного сосуда, стимулирует соседние гладкомышечные клетки кровеносного сосуда к сокращению (тем самым сужая кровеносный сосуд) и инициирует серию шагов, которые стимулируют тромбоциты производить факторы свертывания крови.

Межклеточные соединения

Клетки также могут общаться друг с другом посредством прямого контакта, называемого межклеточными соединениями. Есть некоторые различия в способах, которыми это делают клетки растений и животных. Плазмодесмы представляют собой соединения между растительными клетками, тогда как контакты животных клеток включают плотные и щелевые соединения, а также десмосомы.

Как правило, длинные участки плазматических мембран соседних растительных клеток не могут касаться друг друга, потому что они разделены клеточными стенками, окружающими каждую клетку. Плазмодесмы - это многочисленные каналы, которые проходят между клеточными стенками соседних растительных клеток, соединяя их цитоплазму и позволяя транспортировать сигнальные молекулы и питательные вещества от клетки к клетке (рис. 13а).

Плотное соединение - это водонепроницаемое соединение между двумя соседними клетками животных (рис. 13б). Белки плотно прижимают клетки друг к другу. Эта плотная адгезия предотвращает утечку материалов между ячейками. Плотные соединения обычно находятся в эпителиальной ткани, которая выстилает внутренние органы и полости и составляет большую часть кожи. Например, плотные соединения эпителиальных клеток, выстилающих мочевой пузырь, предотвращают утечку мочи во внеклеточное пространство.

Также только в клетках животных обнаруживаются десмосомы, которые действуют как точечные сварные швы между соседними эпителиальными клетками (рис. 13в). Они удерживают клетки вместе в виде листов в растягивающихся органах и тканях, таких как кожа, сердце и мышцы.

Щелевые соединения в клетках животных похожи на плазмодесмы в клетках растений в том смысле, что они представляют собой каналы между соседними клетками, которые обеспечивают транспорт ионов, питательных веществ и других веществ, которые позволяют клеткам общаться (рис. 13г). Однако структурно щелевые контакты и плазмодесмы различаются.

Рисунок 13. Существует четыре типа соединений между ячейками. (а) Плазмодезма представляет собой канал между клеточными стенками двух соседних растительных клеток. (б) Плотные соединения соединяются с соседними клетками животных. (в) Десмосомы соединяют две клетки животных вместе. (г) Щелевые соединения действуют как каналы между клетками животных.

Таблица 1

Резюме

Подобно прокариотической клетке, эукариотическая клетка имеет плазматическую мембрану, цитоплазму и рибосомы, но эукариотическая клетка обычно больше, чем прокариотическая клетка, имеет истинное ядро (то есть ее ДНК окружена мембраной) и имеет другие мембраны - связанные органеллы, которые позволяют разделить функции.

Плазматическая мембрана представляет собой бислой фосфолипидов, залитый белками. Ядрышко внутри ядра является местом сборки рибосом. Рибосомы находятся в цитоплазме или прикреплены к цитоплазматической стороне плазматической мембраны или эндоплазматического ретикулума. Они осуществляют синтез белка. Митохондрии выполняют клеточное дыхание и производят АТФ. Пероксисомы расщепляют жирные кислоты, аминокислоты и некоторые токсины. Пузырьки и вакуоли - это отсеки для хранения и транспортировки. В клетках растений вакуоли также помогают расщеплять макромолекулы.

Клетки животных также имеют центросому и лизосомы. Центросома состоит из двух тел, центриолей, роль которых в делении клеток неизвестна. Лизосомы - это пищеварительные органеллы клеток животных.

Растительные клетки имеют клеточную стенку, хлоропласты и центральную вакуоль. Стенка растительной клетки, основным компонентом которой является целлюлоза, защищает клетку, обеспечивает структурную поддержку и придает клетке форму. Фотосинтез происходит в хлоропластах. Центральная вакуоль расширяется, увеличивая клетку без необходимости производить больше цитоплазмы.

Эндомембранная система включает ядерную оболочку, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, везикулы, а также плазматическую мембрану. Эти клеточные компоненты работают вместе, чтобы модифицировать, упаковывать, маркировать и транспортировать мембранные липиды и белки.

Цитоскелет состоит из трех разных типов белковых элементов. Микрофиламенты придают клетке жесткость и форму, а также облегчают клеточные движения. Промежуточные нити несут напряжение и закрепляют на месте ядро и другие органеллы. Микротрубочки помогают клетке противостоять сжатию, служат дорожками для моторных белков, которые перемещают везикулы через клетку и тянут реплицированные хромосомы к противоположным концам делящейся клетки. Они также являются структурными элементами центриолей, жгутиков и ресничек.

Клетки животных общаются через свои внеклеточные матрицы и связаны друг с другом плотными контактами, десмосомами и щелевыми контактами. Клетки растений связаны и общаются друг с другом с помощью плазмодесм.

В каких органоидах происходит образование питательных веществ?

Как осуществляется клеточное питание, и какие органоиды задействованы в этом процессе?

Клетка живого организма выполняет множество функций, среди которых питание. Как происходит питание на клеточном уровне, и какие органоиды задействованы в этом процессе?

Клетка – это сложнейшая функциональная единица. Она присуща практически всем живым организмам, кроме вирусов. Наука цитология изучает клеточное питание, рост, развитие, дыхание, размножение.

Строение клетки

Основными компонентами клетки являются следующие:

1. Клеточная стенка. Защищает клетку от вредного воздействия извне, придает ей определенную форму, предохраняет ее от разрушения. Регулирует процесс поступления различных веществ в клетку.
2. Жгутики. Состоят преимущественно из белков, служат для передвижения.
3. Мембрана. Присутствует не во всех клетках, выполняет метаболические функции, регулирует водный баланс.
4. Нуклеоид. Место, где расположена молекула ДНК.
5. Плазмиды. Несут в себе информацию о нескольких генах, помогают обретать клетке полезные для нее свойства.
6. Рибосомы. Транспортируют белок.
7. Споры и эндоспоры. Помогают клетке выживать в неблагоприятных условиях.
8. Аппарат Гольджи. Сохраняет вещества для дальнейшей их переработки.
9. Лизосомы. Принимают участие во внутриклеточном пищеварении.
10. Ядро. Содержит молекулу ДНК, в которой прописана генетическая информация живого организма.
11. Вакуоль. Осуществляет хранение питательных веществ.
12. Цитоплазма. Поддерживает форму и структуру клетки.
13. Митохондрии. Синтезируют универсальную энергию АТФ.
14. Пластиды. Это компоненты высших растений, которые синтезируют белки.

Функции клетки

Клетка в организме живого существа выполняет следующие функции:
1. Хранит и передает наследственную информацию.
2. Синтезирует полезные органические вещества.
3. Хранит органические вещества.
4. Передает органические вещества в разные части организма.
5. Участвует в окислении веществ.
6. Синтезирует белки.
7. Поддерживает запас питательных веществ в организме.
8. Выводит вредные вещества.
9. Расщепляет биополимеры.
10. Участвует в делении.
11. Поддерживает организм в неблагоприятный период за счет включения.
12. Осуществляет запасающие функции.
13. Помогает осуществлять биологические процессы – питание, рост, размножение, дыхание.



Какие бывают клетки?

Живые организмы имеют разные виды клеток, каждому из которых присущ свой набор функций:

1. Стволовые участвуют в многоразовом делении.
2. Костные поддерживают соединительные ткани.
3. Кровяные транспортируют кислород по всему телу, борются с инфекциями.
4. Мышечные обеспечивают телесное движение.
5. Жировые являются главным компонентом тканей.
6. Кожные защищают организм.
7. Нервные передают сигналы.
8. Эндотелиальные составляют кровеносные сосуды.
9. Половые поддерживают репродуктивную систему.
10. Раковые представляют собой аномально развитые клетки.



Что подразумевается под клеточным питанием?

Клетки получают энергию и преобразуют ее из одного вида в другой. Это их основная задача. Для этого требуется постоянный приток энергии извне.

Питание клетка получает из межклеточной среды в уже готовом виде. Также она может самостоятельно синтезировать определенные вещества.

Когда питательные вещества поступают в клетку, они расщепляются под действием определенных компонентов. Этот процесс называется обменом веществ. Изначально питательные вещества распадаются на глюкозу, кислоты, жирные кислоты, аминокислоты и т. д. Далее идет более усиленное расщепление. Таким образом осуществляется клеточное питание.

Внимание! Органоиды клетки поддерживают естественные биологические процессы (рост, питание, дыхание, размножение), черпая энергию из окружающей среды.

Отказ от ответсвенности

Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте https://ru.siberianhealth.com/ru/blogs/ предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.

Поток жидкости через органоиды почек - мини-структуры, похожие на почки, - выращенные на чипе, стимулируют их созревание

Обновление исследования 11 февраля 2019 г.

Ученые обнаружили, что поток жидкости через органоиды почек - спроектированные скопления почечных клеток - побуждает органоиды развивать кровеносные сосуды и формировать естественные тканевые структуры при выращивании на чипе, значительно улучшая степень, в которой они воспроизводят нормальные функции почек.Почки - очень сложные органы, в которых системы кровеносных сосудов переплетаются с другими структурами, фильтруя лишнюю воду и отходы из крови и вырабатывая мочу. Таким образом, потеря функции почек может привести к накоплению токсинов в крови и другим проблемам, а полная почечная недостаточность смертельна без диализа или трансплантации почки. Поэтому ученые стремились разработать способы лечения, восстановления или улучшения утраченной функции почек. В течение многих лет исследователи совершенствовали методы использования стволовых клеток человека в лаборатории для создания органоидов почек, которые представляют собой трехмерные тканевые конструкции, имитирующие функции почек.Однако было сложно интегрировать кровеносные сосуды в растущие органоиды и коаксиальные стволовые клетки, чтобы они приобрели необходимые свойства почечных клеток, и исследователи искали способы преодоления этих технологических препятствий для создания зрелых органоидов почек, которые полностью воспроизводят функцию почек.

В недавнем исследовании исследователи попытались воссоздать некоторые из условий окружающей среды, при которых почки обычно развиваются в организме, чтобы увидеть, могут ли эти условия помочь органоидам должным образом созреть.Ученые установили органоиды на небольшие платформы или «чипы», которые можно модифицировать для проверки различных технологических параметров. Они рассудили, что, поскольку развивающиеся почки обычно подвергаются воздействию потока окружающей жидкости, возможно, добавление напряжения потока жидкости к этим чипам может лучше имитировать естественную среду. Когда исследователи вырастили органоиды почек на микросхемах при высокой скорости потока жидкости, они разработали множество кровеносных сосудов различного диаметра; Напротив, органоиды, подвергавшиеся воздействию низкой скорости жидкости или вообще отсутствовали, имели гораздо меньше кровеносных сосудов.Эти кровеносные сосуды проникли в органоиды и соединились с внутренними тканевыми структурами, что необходимо для нормальной работы почек. Ученые обнаружили, что в условиях сильного потока развивающиеся кровеносные сосуды успешно переносят жидкости и даже собираются в сети, соединяющие соседние органоиды. Органоиды, подвергшиеся высокому потоку, также образовывали важные структуры ткани почек, которые очень напоминали структуры нормальных почек. В совокупности эти результаты показали, что органоиды, выращенные на чипах в условиях высокого потока жидкости, были гораздо более физиологически зрелыми, чем органоиды в условиях низкого потока или его отсутствия.

Технологический прогресс, достигнутый в этом исследовании, повысил способность органоидов на чипах имитировать естественную физиологическую функцию почек человека. Эти условия могут помочь исследователям использовать чипы для более быстрого и точного тестирования потенциальных новых лекарств, чем это было возможно. Улучшенные органоиды почек также представляют собой важный шаг к будущему развитию функциональных имплантируемых структур, которые могут улучшить или заменить утраченную функцию почек у людей.

.

Исследования органоидов

Одним из самых захватывающих достижений в исследованиях стволовых клеток последнего десятилетия стала разработка органоидных систем. Органоиды - это трехмерные (3D) клеточные культуры, которые включают в себя некоторые ключевые особенности представленного органа. Эти культуральные системы in vitro содержат самообновляющуюся популяцию стволовых клеток, которая дифференцируется на несколько органоспецифичных типов клеток, которые демонстрируют пространственную организацию, аналогичную соответствующей органу, и способны воспроизводить некоторые функции этого органа, обеспечивая физиологически релевантную систему. ^1-4 Подробнее Органоиды могут быть получены из образцов ткани, содержащих взрослые стволовые клетки, отдельных взрослых стволовых клеток или посредством направленной дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток. ^3,4 Из-за наличия активной популяции стволовых клеток, которая характеризует некоторые модельные системы органоидов, органоиды могут быть значительно расширены. Например, до 1 x 10 ⁶ органоидов печени может быть произведено из одного предшественника в течение 5–6 недель, что дает исследователям очень надежную и масштабируемую платформу для изучения широкого круга предметов. ^4,5

Культивирование органоидов

На сегодняшний день были разработаны системы культивирования органоидов для моделирования тканевых структур всех трех первичных клеточных линий. ^3,4,6 Хотя для разных тканей требуются свои собственные специфические методы культивирования, в целом соответствующие плюрипотентные стволовые клетки или тканеспецифические клетки-предшественники встраиваются в Matrigel® или другой подходящий внеклеточный матрикс. Их выращивают в присутствии среды для культивирования клеток, содержащей специфические факторы роста, которые имитируют сигналы in vivo, необходимые для поддержания популяции стволовых клеток.В этих условиях встроенные клетки пролиферируют и самоорганизуются в трехмерные органоидные структуры, которые со многими системами можно пассировать и поддерживать бесконечно. ^1,7 Кроме того, эти культуры показали замечательную генетическую стабильность во время пассирования; секвенирование органоидов печени, клонально размноженных из одной клетки-предшественника печени, посредством секвенирования всего генома выявило только одну синонимичную замену основания после трех месяцев пассажа. ⁸ К настоящему времени органоидные культуры были описаны для различных тканей, включая кишечник, ^5,9,10 печень, ^11,12 поджелудочную железу, ^13, почку, ^14, простату, ^{15, 16} легкое, ^17,18 глазное яблоко, ¹⁹ и мозг. ²⁰

Будущие направления исследований органоидов

Хотя технология органоидов все еще находится в зачаточном состоянии с точки зрения широкого распространения в исследовательском сообществе, она обладает значительным потенциалом в качестве инструмента для изучения широкого круга предметов, включая биологию развития, патологию болезней, клеточную биологию, регенеративные механизмы, точную медицину и тестирование лекарственной токсичности и эффективности. Для этих и других приложений культуры органоидов представляют собой высокоинформативные дополнительные подходы к существующим методам 2D-культивирования и системам моделей животных. ^4,7,21,22 Эта технология также обладает огромным потенциалом для регенеративной медицины, поскольку органоиды представляют возможность для аутологичной и аллогенной клеточной терапии, замены поврежденной или больной ткани популяциями стволовых клеток, размноженных органоидами. ^23,24 Такое приложение позволит корректировать генетические аномалии in vitro с использованием CRISPR / Cas9 и повторно вводить сконструированные здоровые клетки пациенту с последующей интеграцией в ткань. ^25,26 Культуры органоидов, полученные от пациентов, также оказались ценными диагностическими инструментами в точной медицине. Органоиды, полученные из образцов пациентов, использовались для скрининга лекарственной реакции пациентов in vitro перед назначением лечения, чтобы направлять лечение и прогнозировать терапевтические результаты пациентов с раком и кистозным фиброзом. ^10,27,28 По мере того, как список систем культивирования органоидов и методов их экспериментального использования растет, полезность и широкая применимость органоидов продолжает получать признание в широком диапазоне исследовательских дисциплин.Разработка этих систем культивирования представляет собой захватывающий прогресс в инструментах, доступных исследователям, работающим в области фундаментальных исследований, трансляции и клинической практики.
См. Меньше .

{{findMapping ('introText')}}

{{findMapping ('openCookies')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalHeadline')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'имя')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceHeadline')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'описание')}}

{{findMapping ('categoryTrackingHeadline')}}

{{findMapping ('categoryTrackingDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

.

{{findMapping ('introText')}}

{{findMapping ('openCookies')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalHeadline')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'имя')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceHeadline')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'описание')}}

{{findMapping ('categoryTrackingHeadline')}}

{{findMapping ('categoryTrackingDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

.

{{findMapping ('introText')}}

{{findMapping ('openCookies')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalHeadline')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'имя')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceHeadline')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'описание')}}

{{findMapping ('categoryTrackingHeadline')}}

{{findMapping ('categoryTrackingDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

.

{{findMapping ('introText')}}

{{findMapping ('openCookies')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalHeadline')}}

{{findMapping ('categoryFunctionalDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'имя')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceHeadline')}}

{{findMapping ('categoryPerformanceDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.имя, 'описание')}}

{{findMapping ('categoryTrackingHeadline')}}

{{findMapping ('categoryTrackingDescription')}}

{{cookie.name}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'name')}}

{{findCookieInformation (cookie.name, 'description')}}

.

---

Смотрите также

• 
  Какие выделения могут быть после прижигания эрозии шейки матки
• 
  Белые выделения с запахом дрожжей
• 
  Дрожжевой запах выделений
• 
  Капли для глаз при гнойных выделениях
• 
  Органы выделения расположенные в коже
• 
  Чем выделения при беременности отличаются от месячных
• 
  Нет выделений после приема мифепристона
• 
  Какие бывают выделения при беременности до задержки
• 
  Белые густые выделения в середине цикла что это
• 
  Выделение желудочного сока
• 
  Белые выделения после месячных что это