Struktur dalaman prokariot. Ciri-ciri perbandingan struktur sel prokariot dan eukariota

sel prokariotik- ini adalah organisma berstruktur paling primitif, sangat ringkas yang mengekalkan ciri-ciri zaman purba yang mendalam. KEPADA prokariotik organisma (atau pranuklear) termasuk bakteria dan alga biru-hijau (cyanobacteria). Berdasarkan persamaan struktur dan perbezaan ketara daripada sel lain, prokariot dikelaskan ke dalam kerajaan bebas sel hancur.

Mari lihat strukturnya sel prokariotik menggunakan bakteria sebagai contoh. Alat genetik sel prokariotik diwakili oleh DNA kromosom bulat tunggal, terletak di dalam sitoplasma dan tidak dibatasi oleh membran. Analog nukleus ini dipanggil nukleoid. DNA tidak membentuk kompleks dengan protein dan oleh itu semua gen yang merupakan sebahagian daripada kromosom "berfungsi", i.e. maklumat dibaca secara berterusan daripada mereka.

sel prokariotik dikelilingi oleh membran yang memisahkan sitoplasma dari dinding sel, terbentuk daripada bahan yang kompleks dan sangat polimer. Terdapat sedikit organel dalam sitoplasma, tetapi terdapat banyak ribosom kecil (sel bakteria mengandungi 5,000 hingga 50,000 ribosom).

Struktur sel prokariotik

Sitoplasma sel prokariotik ditembusi oleh membran yang membentuk retikulum endoplasma; ia mengandungi ribosom yang menjalankan sintesis protein.

Bahagian dalam dinding sel sel prokariotik diwakili oleh membran plasma, tonjolannya ke dalam sitoplasma membentuk mesosom, yang terlibat dalam pembinaan sekatan selular, pembiakan, dan merupakan tapak perlekatan DNA. Pernafasan dalam bakteria berlaku dalam mesosom, dan dalam alga biru-hijau dalam membran sitoplasma.

Banyak bakteria menyimpan bahan rizab di dalam sel: polisakarida, lemak, polifosfat. Bahan rizab, apabila dimasukkan ke dalam metabolisme, boleh memanjangkan hayat sel tanpa ketiadaan sumber tenaga luaran.

(1-dinding sel, 2-membran sitoplasma luar, 3-kromosom (molekul DNA bulat), 4-ribosom, 5-mesosom, 6-invaginasi membran sitoplasma luar, 7-vakuol, 8-flagella, 9-timbunan membran, di mana fotosintesis berlaku)

Sebagai peraturan, bakteria membiak dengan membahagikan dua. Selepas pemanjangan sel, partition melintang terbentuk secara beransur-ansur, yang diletakkan ke arah dari luar ke dalam, kemudian sel-sel anak perempuan tersebar atau kekal disambungkan dalam kumpulan ciri - rantai, paket, dll. Bakteria - coli Setiap 20 minit ia menggandakan bilangannya.

Bakteria dicirikan oleh pembentukan spora. Ia bermula dengan detasmen sebahagian sitoplasma daripada sel ibu. Bahagian yang terpisah mengandungi satu genom dan dikelilingi oleh membran sitoplasma. Kemudian dinding sel, selalunya berlapis-lapis, tumbuh di sekeliling spora. Dalam bakteria, proses seksual berlaku dalam bentuk pertukaran maklumat genetik antara dua sel. Proses seksual meningkatkan kebolehubahan keturunan mikroorganisma.

Kebanyakan organisma hidup bersatu dalam kerajaan super eukariota, yang merangkumi kerajaan tumbuhan, kulat dan haiwan. Sel eukariotik lebih besar sel prokariotik, terdiri daripada radas permukaan, nukleus dan sitoplasma.

Sel eukariotik

Eukariotik(eukariotik)sel mengandungi nukleus menyelaraskan aktiviti penting sel, di mana alat keturunan badan terletak, dan banyak organoid, melaksanakan pelbagai fungsi. Kebanyakan eukariota adalah aerobes, iaitu, mereka menggunakan oksigen atmosfera untuk metabolisme tenaga.

Yang paling ketara Perbezaan antara prokariot dan eukariota ialah yang kedua mempunyai nukleus, yang tercermin dalam nama kumpulan ini: "karyo" diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno sebagai teras, "pro" - sebelum, "eu" - baik. Oleh itu, prokariot adalah organisma pranuklear, eukariota adalah nuklear.

Walau bagaimanapun, ini jauh dari satu-satunya dan mungkin bukan perbezaan utama antara organisma prokariotik dan eukariota. Sel prokariotik tidak mempunyai organel membran sama sekali.(dengan pengecualian yang jarang berlaku) - mitokondria, kloroplas, kompleks Golgi, retikulum endoplasma, lisosom. Fungsi mereka dilakukan oleh pertumbuhan (invaginasi) membran sel, di mana pelbagai pigmen dan enzim terletak yang memastikan proses penting.

Prokariot tidak mempunyai ciri kromosom eukariota. Bahan genetik utama mereka ialah nukleoid, biasanya berbentuk seperti cincin. Dalam sel eukariotik, kromosom adalah kompleks DNA dan protein histon (play peranan penting dalam pembungkusan DNA). Kompleks kimia ini dipanggil kromatin. Nukleoid prokariot tidak mengandungi histon, dan molekul RNA yang berkaitan dengannya memberikan bentuknya.

Kromosom eukariotik terdapat dalam nukleus. Dalam prokariot, nukleoid terletak di dalam sitoplasma dan biasanya melekat di satu tempat pada membran sel.

Sebagai tambahan kepada nukleoid, sel prokariotik mempunyai jumlah yang berbeza plasmid- saiz nukleoid jauh lebih kecil daripada yang utama.

Bilangan gen dalam nukleoid prokariot adalah susunan magnitud yang kurang daripada dalam kromosom. Eukariota mempunyai banyak gen yang melaksanakan fungsi pengawalseliaan berhubung dengan gen lain. Ini membolehkan sel eukariotik organisma multiselular yang mengandungi maklumat genetik yang sama untuk mengkhusus; dengan mengubah metabolisme anda, bertindak balas dengan lebih fleksibel kepada perubahan luaran dan persekitaran dalaman. Struktur gen juga berbeza. Dalam prokariot, gen dalam DNA disusun dalam kumpulan yang dipanggil operon. Setiap operon ditranskripsikan sebagai satu unit.

Terdapat juga perbezaan antara prokariot dan eukariota dalam proses transkripsi dan terjemahan. Perkara yang paling penting ialah dalam sel prokariotik proses ini boleh berlaku serentak pada satu molekul RNA utusan (messenger): semasa ia masih disintesis pada DNA, ribosom sudah "duduk" di hujungnya dan mensintesis protein. Dalam sel eukariotik, mRNA mengalami kematangan yang dipanggil selepas transkripsi. Dan hanya selepas itu protein boleh disintesis di atasnya.

Ribosom prokariot adalah lebih kecil (pekali pemendapan 70S) daripada ribosom eukariota (80S). Bilangan protein dan molekul RNA dalam subunit ribosom berbeza. Perlu diingatkan bahawa ribosom (serta bahan genetik) mitokondria dan kloroplas adalah serupa dengan prokariot, yang mungkin menunjukkan asalnya daripada organisma prokariotik purba yang berakhir di dalam sel perumah.

Prokariot biasanya dibezakan oleh struktur cangkerang yang lebih kompleks. Sebagai tambahan kepada membran sitoplasma dan dinding sel, mereka juga mempunyai kapsul dan struktur lain, bergantung pada jenis organisma prokariotik. Dinding sel melakukan fungsi sokongan dan menghalang penembusan bahan berbahaya. Dinding sel bakteria mengandungi murein (glikopeptida). Di kalangan eukariota, tumbuhan mempunyai dinding sel (komponen utamanya ialah selulosa), dan kulat mempunyai kitin.

Sel prokariotik membahagi dengan pembelahan binari. Mereka mempunyai Tidak proses yang kompleks pembahagian sel (mitosis dan meiosis), ciri eukariota. Walaupun sebelum pembahagian nukleoid berganda, sama seperti kromatin dalam kromosom. DALAM kitaran hidup Dalam eukariota, terdapat pergantian fasa diploid dan haploid. Dalam kes ini, fasa diploid biasanya mendominasi. Tidak seperti mereka, prokariot tidak mempunyai ini.

Saiz sel eukariotik berbeza-beza, tetapi dalam apa jua keadaan ia jauh lebih besar daripada sel prokariotik (berpuluh kali ganda).

Nutrien memasuki sel prokariotik hanya melalui osmosis. Dalam sel eukariotik, sebagai tambahan, fago- dan pinositosis ("penangkapan" makanan dan cecair menggunakan membran sitoplasma) juga boleh diperhatikan.

Secara umum, perbezaan antara prokariot dan eukariota terletak pada struktur yang jelas lebih kompleks daripada yang terakhir. Adalah dipercayai bahawa sel prokariotik timbul melalui abiogenesis (evolusi kimia jangka panjang di bawah keadaan Bumi awal). Eukariota muncul kemudian daripada prokariot, melalui penyatuan mereka (hipotesis simbiotik dan juga chimeric) atau evolusi wakil individu (hipotesis invaginasi). Kerumitan sel eukariotik membolehkan mereka menyusun organisma multiselular dan, dalam proses evolusi, menyediakan semua kepelbagaian asas kehidupan di Bumi.

Jadual perbezaan antara prokariot dan eukariota

Sel prokariotik jauh lebih mudah daripada sel haiwan dan tumbuhan. Di luar, ia ditutup dengan dinding sel yang melakukan fungsi perlindungan, formatif dan pengangkutan. Ketegaran dinding sel disediakan oleh murein. Kadang-kadang sel bakteria ditutup di atas dengan kapsul atau lapisan mukus.

Protoplasma bakteria, seperti eukariota, dikelilingi membran plasma. Invaginasi saccular, tubular atau lamellar pada membran mengandungi mesosom yang terlibat dalam proses respirasi, bacteriochlorophyll dan pigmen lain. Bahan genetik prokariot tidak membentuk nukleus, tetapi terletak terus di dalam sitoplasma. DNA bakteria ialah molekul bulat tunggal, setiap satunya terdiri daripada beribu-ribu dan berjuta-juta pasangan nukleotida. Genom sel bakteria jauh lebih mudah daripada sel makhluk yang lebih maju: secara purata, DNA bakteria mengandungi beberapa ribu gen.

Tiada dalam sel prokariotik retikulum endoplasmic, A ribosom terapung bebas dalam sitoplasma. Prokariot tidak mempunyai mitokondria; Fungsi mereka sebahagiannya dilakukan oleh membran sel.

Prokariot

Bakteria adalah organisma terkecil dengan struktur selular; saiznya berkisar antara 0.1 hingga 10 mikron. Titik cetakan biasa boleh menampung ratusan ribu bakteria bersaiz sederhana. Bakteria hanya boleh dilihat melalui mikroskop, itulah sebabnya ia dipanggil mikroorganisma atau mikrob; mikroorganisma sedang dikaji mikrobiologi . Cabang mikrobiologi yang mengkaji bakteria dipanggil bakteriologi . Ilmu ini bermula Anthony van Leeuwenhoek pada abad ke-17.

Oleh kerana kemungkinan pertukaran gen antara wakil pelbagai jenis dan juga genera, agak sukar untuk mensistematisasikan prokariot. Taksonomi prokariot yang memuaskan belum lagi dibina; semua sistem sedia ada adalah tiruan dan mengelaskan bakteria mengikut beberapa kumpulan ciri, tanpa mengambil kira hubungan filogenetiknya. Sebelum ini, bakteria bersama-sama dengan cendawan Dan alga termasuk dalam subkerajaan tumbuhan bawah. Pada masa ini, bakteria diklasifikasikan sebagai superkingdom prokariot yang berasingan. Sistem klasifikasi yang paling biasa ialah Sistem Bergey, yang berdasarkan struktur dinding sel.

Pada penghujung abad ke-20, saintis mendapati bahawa sel-sel kumpulan bakteria yang agak sedikit dipelajari - archaebacteria – mengandungi rRNA, berbeza dalam struktur daripada kedua-dua r-RNA prokariot dan r-RNA eukariota. Struktur alat genetik archaebacteria (kehadiran intron dan urutan berulang, pemprosesan, borang ribosom) membawa mereka lebih dekat kepada eukariota; sebaliknya, archaebacteria juga mempunyai ciri khas prokariot (ketiadaan nukleus dalam sel, kehadiran flagela, plasmid dan vakuol gas, saiz rRNA, penetapan nitrogen). Akhirnya, archaebacteria berbeza daripada semua organisma lain dalam struktur dinding sel mereka, jenis fotosintesis, dan beberapa ciri lain. Archaebacteria mampu wujud dalam keadaan yang melampau (contohnya, dalam mata air panas pada suhu melebihi 100 ° C, di kedalaman lautan pada tekanan 260 atm, dalam larutan garam tepu (30% NaCl)). Sesetengah archaebacteria menghasilkan metana, yang lain menggunakan sebatian sulfur untuk menghasilkan tenaga.

Rupa-rupanya, archaebacteria adalah kumpulan organisma yang sangat kuno; Kemungkinan "melampau" menunjukkan keadaan ciri-ciri permukaan Bumi Zaman Archean. Adalah dipercayai bahawa archaebacteria paling hampir dengan "sel pro" hipotesis yang kemudiannya menimbulkan semua kepelbagaian hidupan di Bumi.

Baru-baru ini telah menjadi jelas bahawa terdapat tiga jenis utama rRNA, dibentangkan, masing-masing, yang pertama - dalam sel eukariotik, yang kedua - dalam sel bakteria sebenar, serta dalam mitokondria Dan kloroplas eukariota, yang ketiga - dalam archaebacteria. Penyelidikan dalam genetik molekul telah memaksa kita untuk melihat semula teori asal usul eukariota. Kini dipercayai bahawa tiga cabang prokariot yang berbeza berkembang secara serentak di Bumi purba - archaebacteria, eubacteria dan urkariota , dicirikan oleh struktur yang berbeza dan kaedah yang berbeza untuk mendapatkan tenaga. Urkariota, yang pada asasnya merupakan komponen nuklear-sitoplasma eukariota, kemudiannya dimasukkan sebagai symbion wakil pelbagai kumpulan eubacteria, yang bertukar menjadi mitokondria dan kloroplas sel eukariotik masa depan.

Oleh itu, pangkat kelas yang diperuntukkan sebelum ini untuk archaebacteria jelas tidak mencukupi. Pada masa ini, ramai penyelidik cenderung untuk membahagikan prokariot kepada dua kerajaan: archaebacteria dan bakteria sebenar (eubacteria ) atau bahkan memisahkan archaebacteria menjadi kerajaan besar Archaea yang berasingan.

Klasifikasi bakteria sebenar diberikan dalam skim.

DALAM sel bakteria Tiada nukleus, kromosom terletak bebas di dalam sitoplasma. Di samping itu, sel bakteria tidak mempunyai organel membran: mitokondria, EPS, radas Golgi dsb. Bahagian luar membran sel ditutup dengan dinding sel.

Kebanyakan bakteria bergerak secara pasif, menggunakan arus air atau udara. Hanya sebahagian daripada mereka mempunyai organel pergerakan - flagela . Flagela prokariotik sangat mudah dalam struktur dan terdiri daripada protein flagellin, yang membentuk silinder berongga dengan diameter 10-20 nm. Mereka skru ke dalam medium, mendorong sel ke hadapan. Nampaknya, ini adalah satu-satunya struktur yang diketahui secara semula jadi yang menggunakan prinsip roda.

Berdasarkan bentuknya, bakteria dibahagikan kepada beberapa kumpulan:

cocci (mempunyai bentuk bulat);

bacilli (mempunyai bentuk berbentuk batang);

spirilla (mempunyai bentuk lingkaran);

vibrios (mempunyai bentuk koma).

Berdasarkan kaedah pernafasan, bakteria dibahagikan kepada aerobes (kebanyakan bakteria) dan anaerob (agen penyebab tetanus, botulisme, gangren gas). Yang pertama memerlukan oksigen untuk bernafas; untuk yang kedua, oksigen tidak berguna atau bahkan beracun.

Tingkah laku bakteria tidak begitu rumit. Reseptor kimia merekodkan perubahan dalam keasidan persekitaran dan kepekatan pelbagai bahan: gula, asid amino, oksigen. Banyak bakteria bertindak balas terhadap perubahan suhu atau cahaya, dan sesetengah bakteria boleh merasakan medan magnet Bumi.

Di bawah keadaan yang tidak menguntungkan, bakteria menjadi ditutup dengan cangkang padat, sitoplasma mengalami dehidrasi, dan aktiviti penting hampir terhenti. Dalam keadaan ini, spora bakteria boleh kekal dalam vakum dalam selama berjam-jam dan bertolak ansur dengan suhu dari -240 °C hingga +100 °C.

1. Sel prokariotik dicirikan oleh kehadiran
A) ribosom
B) mitokondria
B) teras terbentuk
D) membran plasma
D) retikulum endoplasma
E) satu DNA bulat

Jawab

2. Sel prokariotik berbeza dengan sel eukariotik
A) kehadiran ribosom
B) ketiadaan mitokondria
B) kekurangan teras yang terbentuk
D) kehadiran membran plasma
D) ketiadaan organel pergerakan
E) kehadiran satu kromosom cincin

Jawab

3. Wujudkan korespondensi antara struktur sel dan jenisnya: 1-prokariotik, 2-eukariotik
A) tidak mempunyai teras yang terbentuk
B) mempunyai membran nuklear
B) diploid atau haploid
D) sentiasa haploid
D) tidak mempunyai mitokondria atau kompleks Golgi
E) mengandungi mitokondria, kompleks Golgi

Jawab

A1 B2 C2 D1 D1 E2

4. Mengapakah bakteria dikelaskan sebagai prokariot?
A) mengandungi nukleus dalam sel, dipisahkan daripada sitoplasma
B) terdiri daripada banyak sel yang dibezakan
B) mempunyai satu kromosom cincin
D) tidak mempunyai pusat sel, kompleks Golgi dan mitokondria
D) tidak mempunyai nukleus yang diasingkan daripada sitoplasma
E) mempunyai sitoplasma dan membran plasma

Jawab

5. Sel bakteria tergolong dalam kumpulan sel prokariotik, kerana ia
A) tidak mempunyai teras yang dilitupi cangkerang
B) mempunyai sitoplasma
B) mempunyai satu molekul DNA yang direndam dalam sitoplasma
D) mempunyai membran plasma luar
D) tidak mempunyai mitokondria
E) mempunyai ribosom di mana biosintesis protein berlaku

Jawab

6. Sel-sel organisma eukariotik, tidak seperti yang prokariotik, mempunyai
A) sitoplasma
B) teras ditutup dengan cangkerang
B) Molekul DNA
D) mitokondria
D) cangkerang padat
E) retikulum endoplasma

Jawab

7. Wujudkan persamaan antara ciri-ciri sel dan jenisnya: 1-prokariotik, 2-eukariotik
A) Tiada organel membran
B) Terdapat dinding sel yang diperbuat daripada murein
B) Bahan keturunan diwakili oleh nukleoid
D) Hanya mengandungi ribosom kecil
D) Bahan keturunan diwakili oleh DNA linear
E) Respirasi selular berlaku dalam mitokondria

Jawab

A1 B1 C1 D1 D2 E2

8. Sel prokariotik berbeza dengan sel eukariotik
A) kehadiran nukleoid dalam sitoplasma
B) kehadiran ribosom dalam sitoplasma
B) Sintesis ATP dalam mitokondria
D) kehadiran retikulum endoplasma
D) ketiadaan nukleus yang berbeza secara morfologi
E) kehadiran invaginasi membran plasma yang melaksanakan fungsi organel membran

Berdasarkan struktur selnya, organisma hidup dibahagikan kepada prokariot Dan eukariota. Sel-sel kedua-duanya dikelilingi membran plasma, di luar yang dalam banyak kes terdapat dinding sel. Di dalam sel terdapat separa cecair sitoplasma. Walau bagaimanapun, sel prokariotik jauh lebih mudah daripada sel eukariotik.

Bahan genetik asas prokariot (dari bahasa Yunani kira-kira– sebelum dan karion– nukleus) terletak di dalam sitoplasma dalam bentuk molekul DNA bulat. Molekul ini ( nukleoid) tidak dikelilingi oleh ciri sampul nuklear eukariota dan dilekatkan pada membran plasma (Rajah 1). Oleh itu, prokariot tidak mempunyai nukleus yang terbentuk. Sebagai tambahan kepada nukleoid, molekul DNA bulat kecil dipanggil plasmid. Plasmid boleh bergerak dari satu sel ke sel lain dan berintegrasi ke dalam molekul DNA utama.

Sesetengah prokariot mempunyai sambungan membran plasma: mesosom, tilakoid lamelar, kromatofor. Ia mengandungi enzim yang terlibat dalam proses fotosintesis dan respirasi. Di samping itu, mesosom dikaitkan dengan sintesis DNA dan rembesan protein.

Sel prokariotik bersaiz kecil, diameternya ialah 0.3-5 μm. Di bahagian luar membran plasma semua prokariot (kecuali mycoplasmas) adalah dinding sel. Ia terdiri daripada kompleks protein dan oligosakarida, tersusun dalam lapisan, melindungi sel dan mengekalkan bentuknya. Ia dipisahkan daripada membran plasma oleh ruang antara membran yang kecil.

Hanya organel bukan membran yang terdapat dalam sitoplasma prokariot ribosom. Struktur ribosom prokariot dan eukariot adalah serupa, namun, ribosom prokariot lebih kecil dan tidak melekat pada membran, tetapi terletak terus di dalam sitoplasma.

Banyak prokariot adalah mudah alih dan boleh berenang atau meluncur menggunakan flagela.

Prokariot biasanya membiak dengan membahagi dua ( binari). Pembahagian didahului oleh peringkat yang sangat singkat pertindihan kromosom, atau replikasi. Jadi prokariot adalah organisma haploid.

Prokariota termasuk bakteria dan alga biru-hijau, atau cyanobacteria. Prokariot muncul di Bumi kira-kira 3.5 bilion tahun yang lalu dan mungkin merupakan bentuk hidupan selular pertama, yang menimbulkan prokariot dan eukariota moden.

Eukariota (dari bahasa Yunani ew- benar, karion- nukleus) tidak seperti prokariot, mempunyai nukleus yang terbentuk dikelilingi sampul nuklear- membran dua lapisan. Molekul DNA yang terdapat dalam nukleus adalah terbuka (molekul linear). Sebagai tambahan kepada nukleus, sebahagian daripada maklumat genetik terkandung dalam DNA mitokondria dan kloroplas. Eukariota muncul di Bumi kira-kira 1.5 bilion tahun yang lalu.

Tidak seperti prokariot, yang diwakili oleh organisma bersendirian dan bentuk kolonial, eukariota boleh menjadi uniselular (contohnya, amoeba), kolonial (Volvox) dan organisma multiselular. Mereka dibahagikan kepada tiga kerajaan besar: Haiwan, Tumbuhan dan Kulat.

Diameter sel eukariotik ialah 5-80 μm. Seperti sel prokariotik, sel eukariotik dikelilingi oleh membran plasma terdiri daripada protein dan lipid. Membran ini bertindak sebagai penghalang terpilih, telap kepada beberapa sebatian dan tidak telap kepada yang lain. Di luar membran plasma adalah kuat dinding sel, yang dalam tumbuhan terutamanya terdiri daripada gentian selulosa, dan dalam kulat - kitin. Fungsi utama dinding sel adalah untuk memastikan bentuk sel yang tetap. Oleh kerana membran plasma telap kepada air, dan sel tumbuhan dan kulat biasanya bersentuhan dengan larutan kekuatan ionik yang lebih rendah daripada kekuatan ionik larutan di dalam sel, air akan mengalir ke dalam sel. Disebabkan ini, jumlah sel akan meningkat, membran plasma akan mula meregang dan mungkin pecah. Dinding sel menghalang pengembangan dan pemusnahan sel.

Haiwan tidak mempunyai dinding sel, tetapi lapisan luar membran plasma diperkaya dengan komponen karbohidrat. Lapisan luar membran plasma sel haiwan ini dipanggil glycocalyx. Sel haiwan multiselular tidak memerlukan dinding sel yang kuat, kerana terdapat mekanisme lain yang menyediakan pengawalan isipadu sel. Oleh kerana sel haiwan multiselular dan organisma bersel tunggal, hidup di laut, berada dalam persekitaran di mana jumlah kepekatan ion adalah hampir dengan kepekatan ion intraselular, sel-sel tidak membengkak atau pecah. Haiwan bersel tunggal yang hidup di dalam air tawar (amuba, ciliates selipar) mempunyai vakuol kontraktil yang sentiasa mengeluarkan air yang memasuki sel ke luar.

Komponen struktur sel eukariotik

Di dalam sel, di bawah membran plasma, terdapat sitoplasma. Bahan utama sitoplasma (hyaloplasma) adalah larutan pekat sebatian bukan organik dan organik, komponen utamanya adalah protein. ini sistem koloid, yang boleh berubah daripada cecair kepada keadaan gel dan belakang. Bahagian penting protein sitoplasma adalah enzim yang menjalankan pelbagai tindak balas kimia. Terletak di hyaloplasma organoid, menjalankan pelbagai fungsi dalam sel. Organel boleh menjadi membran (nukleus, radas Golgi, retikulum endoplasma, lisosom, mitokondria, kloroplas) dan bukan membran (pusat selular, ribosom, sitoskeleton).

komponen utama organel membran ialah selaput. Membran biologi dibina mengikut prinsip umum, Tetapi komposisi kimia membran organel yang berbeza adalah berbeza. Semua membran sel adalah filem nipis (tebal 7–10 nm), asasnya adalah lapisan ganda lipid (bilayer), disusun supaya bahagian hidrofilik bercas molekul bersentuhan dengan medium, dan sisa hidrofobik. asid lemak setiap lapisan tunggal diarahkan ke dalam membran dan bersentuhan antara satu sama lain (Rajah 3). Molekul protein (protein membran integral) dibina ke dalam dwilapisan lipid sedemikian rupa sehingga bahagian hidrofobik molekul protein bersentuhan dengan sisa asid lemak molekul lipid, dan bahagian hidrofilik terdedah kepada persekitaran. Di samping itu, sebahagian daripada larut (protein bukan membran) bersambung dengan membran terutamanya disebabkan oleh interaksi ionik (protein membran periferal). Serpihan karbohidrat juga melekat pada banyak protein dan lipid dalam membran. Oleh itu, membran biologi- Ini adalah filem lipid di mana protein integral tertanam.

Salah satu fungsi utama membran adalah untuk mewujudkan sempadan antara sel dan persekitaran dan pelbagai petak sel. Lipid dwilapisan telap terutamanya kepada sebatian dan gas larut lemak; bahan hidrofilik diangkut melalui membran menggunakan mekanisme khas: berat molekul rendah - melalui pelbagai pembawa (saluran, pam, dll.), dan berat molekul tinggi - melalui proses exo- Dan endositosis(Gamb. 4).

nasi. 4. Skim pemindahan bahan melalui membran

Pada endositosis bahan-bahan tertentu diserap pada permukaan membran (disebabkan oleh interaksi dengan protein membran). Pada ketika ini, invaginasi membran ke dalam sitoplasma terbentuk. Vial yang mengandungi sebatian yang dipindahkan kemudiannya diasingkan daripada membran. Oleh itu, endositosis– ialah pemindahan sebatian molekul tinggi ke dalam sel persekitaran luaran, dikelilingi oleh bahagian membran. Proses terbalik, itu dia eksositosis- Ini adalah pemindahan bahan dari sel ke luar. Ia berlaku melalui gabungan dengan membran plasma vesikel yang dipenuhi dengan bahan yang diangkut. sebatian berat molekul tinggi. Membran vesikel bergabung dengan membran plasma, dan kandungannya keluar.

Saluran, pam dan pengangkut lain ialah molekul protein membran integral yang biasanya membentuk liang dalam membran.

Sebagai tambahan kepada fungsi mengasingkan ruang dan memastikan kebolehtelapan terpilih, membran mampu mengesan isyarat. Fungsi ini dilakukan oleh protein reseptor yang mengikat molekul isyarat. Protein membran individu ialah enzim yang menjalankan tindak balas kimia tertentu.

teras - organel sel yang besar, dikelilingi oleh sampul nuklear dan biasanya mempunyai bentuk sfera. Hanya terdapat satu nukleus dalam sel, dan walaupun terdapat sel multinuklear (sel otot rangka, beberapa kulat) atau yang tidak mempunyai nukleus (eritrosit dan platelet mamalia), sel ini timbul daripada sel prekursor mononuklear.

Fungsi utama kernel ialah penyimpanan, pemindahan dan penjualan maklumat genetik. Di sini, molekul DNA digandakan, akibatnya, apabila membahagikan, sel anak menerima bahan genetik yang sama. Dalam nukleus, menggunakan bahagian individu molekul DNA (gen) sebagai matriks, sintesis molekul RNA berlaku: maklumat (mRNA), pengangkutan (tRNA) dan ribosom (rRNA), yang diperlukan untuk sintesis protein. Dalam nukleus, subunit ribosom dipasang daripada molekul rRNA dan protein, yang disintesis dalam sitoplasma dan dipindahkan ke nukleus.

Nukleus terdiri daripada sampul nuklear, kromatin (kromosom), nukleolus dan nukleoplasma (karyoplasma).

nasi. 5. Struktur kromatin: 1 – nukleosom, 2 – DNA

Di bawah mikroskop, zon bahan tumpat boleh dilihat di dalam nukleus - kromatin. Dalam sel yang tidak membahagi, ia secara seragam mengisi isipadu nukleus atau terkondensasi di tempat tertentu dalam bentuk kawasan yang lebih padat dan diwarnai dengan baik dengan pewarna asas. Kromatin ialah kompleks DNA dan protein (Rajah 5), kebanyakannya bercas positif sejarah.

Bilangan molekul DNA dalam nukleus adalah sama dengan bilangan kromosom. Bilangan dan bentuk kromosom adalah ciri unik spesies. Setiap kromosom mengandungi satu molekul DNA, yang terdiri daripada dua helai yang saling berkaitan dan berbentuk seperti heliks berganda setebal 2 nm. Panjangnya jauh melebihi diameter sel: ia boleh mencapai beberapa sentimeter. Molekul DNA bercas negatif, jadi ia boleh melipat (mengandung) hanya selepas mengikat protein histon bercas positif (Rajah 6).

Pertama, untaian ganda DNA berpusing di sekeliling blok histon individu, setiap satunya mengandungi 8 molekul protein, membentuk struktur "manik pada tali" setebal 10 nm. Manik dipanggil nukleosom. Hasil daripada pembentukan nukleosom, panjang molekul DNA berkurangan kira-kira 7 kali. Seterusnya, benang dengan nukleosom berlipat, membentuk struktur seperti tali kira-kira 30 nm tebal. Tali ini, dibengkokkan menjadi gelung, kemudian dilekatkan pada protein yang membentuk asas kromosom. Akibatnya, struktur dengan ketebalan kira-kira 300 nm terbentuk. Pemeluwapan lanjut struktur ini membawa kepada pembentukan kromosom.

Semasa tempoh antara bahagian, kromosom sebahagiannya terbentang. Akibatnya, bahagian individu molekul DNA yang sepatutnya dinyatakan dalam sel tertentu dibebaskan daripada protein dan diregangkan, yang memungkinkan untuk membaca maklumat daripadanya melalui sintesis molekul RNA.

Nukleolus ialah sejenis DNA templat yang bertanggungjawab untuk sintesis rRNA dan dikumpulkan di kawasan berasingan nukleus. Nukleolus ialah struktur nukleus yang paling padat; ia bukan organel yang berasingan, tetapi mewakili salah satu lokus kromosom. Ia menghasilkan rRNA, yang kemudiannya membentuk kompleks dengan protein, membentuk subunit ribosom yang masuk ke dalam sitoplasma.

Protein nuklear bukan histon membentuk rangkaian struktur dalam nukleus. Ia diwakili oleh lapisan fibril yang mendasari sampul nuklear. Rangkaian fibril intranuklear dilampirkan padanya, di mana fibril kromatin dilampirkan.

Sampul nuklear terdiri daripada dua membran: luar dan dalam, dipisahkan oleh ruang antara membran. Membran luar bersentuhan dengan sitoplasma, ia boleh mengandungi poliribosom, dan ia sendiri boleh masuk ke dalam membran retikulum endoplasma. Membran dalam dikaitkan dengan kromatin. Oleh itu, sampul nuklear memastikan penetapan bahan kromosom dalam ruang tiga dimensi nukleus.

Cangkang teras mempunyai lubang bulat - liang nuklear(Gamb. 7). Di kawasan liang, membran luar dan dalam menutup dan membentuk lubang yang dipenuhi dengan fibril dan butiran. Di dalam liang terdapat sistem kompleks protein yang menyediakan pengikatan terpilih dan pengangkutan makromolekul. Bilangan liang nuklear bergantung kepada keamatan metabolisme sel.

Retikulum endoplasmic, atau retikulum endoplasmic (ER), ialah rangkaian saluran pelik, vakuol, kantung leper, saling bersambung dan dipisahkan daripada hyaloplasma oleh membran (Rajah 8).

Membezakan kasar Dan licin EPR . Pada membran ER kasar terdapat ribosom(Rajah 9), yang mensintesis protein yang dikeluarkan daripada sel atau disepadukan ke dalam membran plasma. Protein yang baru disintesis meninggalkan ribosom dan melalui saluran khas ke dalam rongga retikulum endoplasmic, di mana ia mengalami pengubahsuaian selepas translasi, contohnya, mengikat karbohidrat, pembelahan proteolitik sebahagian daripada rantai polipeptida, dan pembentukan ikatan S–S antara sisa sistein dalam rantai. Protein ini kemudiannya diangkut ke kompleks Golgi, di mana ia adalah sebahagian daripada lisosom atau butiran rembesan. Dalam kedua-dua kes, protein ini berakhir di dalam vesikel membran (vesicle).

nasi. 9. Skim sintesis protein dalam ER kasar: 1 – kecil dan
2 – subunit ribosom besar; 3 – molekul rRNA;
4 – EPR kasar; 5 - protein yang baru disintesis

ER licin tidak mempunyai ribosom. Fungsi utamanya ialah sintesis lipid dan metabolisme karbohidrat. Ia dibangunkan dengan baik, sebagai contoh, dalam sel korteks adrenal, yang mengandungi enzim yang memastikan sintesis hormon steroid. Dalam ER licin dalam sel hati terdapat enzim yang menjalankan pengoksidaan (detoksifikasi) sebatian hidrofobik yang asing kepada badan, seperti ubat-ubatan.

nasi. 10. Radas Golgi: 1 - vesikel; 2 – kereta kebal

Kompleks Golgi (Rajah 10) terdiri daripada 5–10 rongga berbatas membran rata yang terletak selari. Bahagian akhir struktur berbentuk cakera ini mempunyai sambungan. Mungkin terdapat beberapa formasi sedemikian dalam sel. Di kawasan kompleks Golgi ada sejumlah besar vesikel membran. Sebahagian daripada mereka terlepas dari bahagian terminal struktur utama dalam bentuk butiran rembesan dan lisosom. Beberapa vesikel kecil (vesikel) yang membawa protein yang disintesis dalam ER kasar bergerak ke kompleks Golgi dan bergabung dengannya. Oleh itu, kompleks Golgi terlibat dalam pengumpulan dan pengubahsuaian selanjutnya produk yang disintesis dalam ER kasar dan pengisihannya.

nasi. 11. Pembentukan dan fungsi lisosom: 1 – fagosom; 2 - vesikel pinositotik; 3 – lisosom primer; 4 – radas Golgi; 5 – lisosom sekunder

Lisosom - ini adalah vakuol (Rajah 11), dihadkan oleh satu membran, yang berputik dari kompleks Golgi. Terdapat cukup lisosom di dalam persekitaran berasid(pH 4.9–5.2). Terdapat enzim hidrolitik yang memecahkan pelbagai polimer pada pH berasid (protease, nuklease, glukosidase, fosfatase, lipase). Lisosom primer ini bercantum dengan vakuol endositik yang mengandungi komponen untuk didegradasi. Bahan yang memasuki lisosom sekunder dipecahkan kepada monomer dan dipindahkan melalui membran lisosom ke dalam hyaloplasma. Oleh itu, lisosom mengambil bahagian dalam proses pencernaan intraselular.

Mitokondria dikelilingi oleh dua membran: yang luar, memisahkan mitokondria dari hyaloplasma, dan yang dalam, membatasi kandungan dalamannya. Di antara mereka terdapat ruang antara membran 10-20 nm lebar. Membran dalam membentuk banyak unjuran ( krismas). Membran ini mengandungi enzim yang memastikan pengoksidaan asid amino, gula, gliserol dan asid lemak yang terbentuk di luar mitokondria (kitaran Krebs) dan menjalankan pemindahan elektron dalam rantai pernafasan (rajah). Disebabkan oleh pemindahan elektron di sepanjang rantai pernafasan dari tahap tenaga tinggi ke tahap tenaga yang lebih rendah, sebahagian daripada tenaga bebas yang dibebaskan disimpan dalam bentuk ATP, mata wang tenaga sejagat sel. Oleh itu, fungsi utama mitokondria ialah pengoksidaan pelbagai substrat dan sintesis molekul ATP.

Skema pemindahan dua elektron di sepanjang rantai pernafasan

Di dalam mitokondria terdapat molekul DNA bulat yang mengekod sebahagian daripada protein mitokondria. Dalam ruang dalaman mitokondria (matriks) terdapat ribosom yang serupa dengan ribosom prokariot, yang memastikan sintesis protein ini.

Hakikat bahawa mitokondria mempunyai DNA bulat mereka sendiri dan ribosom prokariotik telah membawa kepada hipotesis bahawa mitokondria adalah keturunan sel prokariotik purba yang pernah masuk ke dalam sel eukariotik dan, dalam proses evolusi, mengambil fungsi tertentu.

nasi. 12. Kloroplas (A) dan membran tilakoid (B)

Plastid – organel sel tumbuhan, yang mengandungi pigmen. DALAM kloroplas mengandungi klorofil dan karotenoid, kromoplast– karotenoid, dalam leukoplas tiada pigmen. Plastid dikelilingi oleh membran berganda. Di dalamnya terdapat sistem membran dalam bentuk gelembung rata yang disebut tilakoid(Gamb. 12). Tilakoid tersusun dalam susunan yang menyerupai susunan plat. Pigmen tertanam dalam membran tilakoid. Fungsi utama mereka ialah penyerapan cahaya, tenaga yang, dengan bantuan enzim yang dibina ke dalam membran tilakoid, ditukar menjadi kecerunan ion H + pada membran tilakoid. Seperti mitokondria, plastid mempunyai DNA bulat mereka sendiri dan ribosom jenis prokariotik. Rupa-rupanya, plastid juga adalah organisma prokariotik yang hidup dalam simbiosis dengan sel eukariotik.

Ribosom adalah organel selular bukan membran yang terdapat dalam kedua-dua sel pro dan eukariotik. Ribosom eukariotik lebih besar daripada saiz prokariotik, saiznya ialah 25x20x20 nm. Ribosom terdiri daripada subunit besar dan kecil bersebelahan antara satu sama lain. Di antara subunit dalam ribosom yang berfungsi terdapat sehelai mRNA.

Setiap subunit ribosom diperbuat daripada rRNA, padat dan dikaitkan dengan protein. Ribosom boleh terletak secara bebas dalam sitoplasma atau dikaitkan dengan membran ER. Ribosom bebas boleh tunggal, tetapi ia boleh membentuk polisom apabila beberapa ribosom terletak secara berurutan pada satu helai mRNA. Fungsi utama ribosom ialah sintesis protein.

Sitoskeleton - Ini sistem muskuloskeletal sel, termasuk pembentukan filamen protein (fibrillar), yang merupakan rangka kerja sel dan berfungsi fungsi motor. Struktur sitoskeletal adalah dinamik, ia timbul dan hancur. Sitoskeleton diwakili oleh tiga jenis pembentukan: filamen perantaraan(benang dengan diameter 10 nm), mikrofilamen s (benang dengan diameter 5–7 nm) dan mikrotubul. Filamen perantaraan ialah struktur protein tidak bercabang dalam bentuk benang, selalunya disusun dalam berkas. mereka komposisi protein berbeza dalam tisu yang berbeza: dalam epitelium mereka terdiri daripada keratin, dalam fibroblas - vimentin, dalam sel otot- daripada desmin. Filamen perantaraan akan melaksanakan fungsi rangka sokongan.

Mikrofilamen - ini adalah struktur fibrillar yang terletak terus di bawah membran plasma dalam bentuk berkas atau lapisan. Mereka jelas kelihatan dalam pseudopod amuba, dalam proses pergerakan fibroblas, dan dalam mikrovili epitelium usus (Rajah 13). Mikrofilamen dibina daripada protein kontraktil aktin dan miosin dan merupakan radas kontraktil intrasel.

Mikrotubul adalah sebahagian daripada kedua-dua struktur sel sementara dan kekal. Yang sementara termasuk gelendong pembahagian, unsur-unsur sitoskeleton sel antara bahagian, dan yang kekal termasuk silia, flagela dan sentriol pusat sel. Microtubules ialah silinder berongga lurus dengan diameter kira-kira 24 nm; dindingnya dibentuk oleh molekul bulat tubulin protein. Di bawah mikroskop elektron, dapat dilihat bahawa keratan rentas mikrotubul dibentuk oleh 13 subunit yang disambungkan dalam gelang. Microtubules terdapat dalam hyaloplasma semua sel eukariotik. Salah satu fungsi microtubules adalah untuk mencipta rangka kerja di dalam sel. Di samping itu, vesikel kecil bergerak sepanjang mikrotubulus, seperti pada rel.

Pusat sel terdiri daripada dua sentriol yang terletak pada sudut tepat antara satu sama lain dan mikrotubul yang berkaitan. Organel dalam sel pembahagi ini mengambil bahagian dalam pembentukan gelendong pembahagian. Asas sentriol ialah 9 triplet mikrotubul yang terletak di sekeliling lilitan, membentuk silinder berongga, lebar 0.2 µm dan panjang 0.3–0.5 µm. Apabila sel bersedia untuk membahagi, sentriol mencapah dan berganda. Sebelum mitosis, sentriol mengambil bahagian dalam pembentukan mikrotubulus gelendong. Sel tumbuhan yang lebih tinggi tidak mempunyai sentriol, tetapi mereka mempunyai pusat penyusunan mikrotubulus yang serupa.