Назовите основные структурные элементы клетки.

Глава I. КЛЕТКА.

§ 4. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТКИ.

Из курса ботаники и зоологии известно, что растения и животные состоят из клеток – сложно устроен­ных структур микроскопических раз­меров. Клетка –  это наименьшая структурная и функциональная еди­ница живого. Изучение строения, функций клеток, их взаимодействия между собой – основа к пониманию такого сложного организма, как че­ловек. Клетка активно реагирует на раздражения, выполняет функции роста и размножения; способна к са­мовоспроизведению и передаче ге­нетической информации потомкам; к регенерации и приспособлению к ок­ружающей среде.

В организме взрослого человека различают около 200 типов клеток, которые отличаются формой, строе­нием, химическим составом и харак­тером обмена веществ. Несмотря на большое разнообразие, каждая клет­ка любого органа представляет собой целостную живую систему. Она сос­тоит из трех неразрывно связанных между собой частей: цитоплазмы, яд­ра и цитолеммы (рис. 2).

Цитоплазма состоит из полупро­зрачной гиалоплазмы (от лат. hyalinos – прозрачный) – основного вещества цитоплазмы и находящихся в ней органелл и включений.

Гиалоплазма представляет собой сложную коллоидную систему, которая заполняет пространство между клеточными органеллами. В гиалоплазме содержатся вода (90%), белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, полисахариды, нуклеотиды, соли, ферменты и другие соедине­ния. Гиалоплазма объединяет раз­личные структуры клетки и обеспе­чивает их взаимодействие.

Органеллы – это структуры клетки, выполняющие определенные жизненно важные функции. Различа­ют органеллы общего значения и спе­циальные, мембранные и немембран­ные. Органеллы общего значения присутствуют во всех клетках, а ор­ганеллы специального значения встречаются в специализированных клетках.

Мембранные органеллы – это замкнутые одиночные или свя­занные друг с другом участки ци­топлазмы, отделенные от гиалоплаз­мы мембранами. К мембранным органеллам относят эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пероксисомы.

Эндоплазматическая сеть образо­вана группами вакуолей или трубо­чек, совокупность которых напоминает сеть.

 

 

Рис. 2. Схема строения клетки:
1 – цитолемма (плазматическая мембрана), 2 – пиноцитозные пузырьки, 3 – центросома (клеточный центр), 4 – гиалоплазма, 5 – эндоплазматическая сеть (а – мембраны эндоплазматической сети, б – рибосомы), 6 – ядро, 7 – связь перинуклеарного про­странства с полостями эндоплазматической сети, 8 – ядерные поры, 9 – ядрышко, 10 – внутриклеточный сетчатый аппарат (комплекс Гольджи), 11 – секторные вакуоли, 12 – митохондрии, 13 – лизосомы, 14 – три последовательные стадии фагоцитоза, 15 – связь клеточной оболочки с мембранами эндоплазматической сети.

 

Она неоднородна по строению. Известны два типа эндо­плазматической сети – зернистая и незернистая. У зернистой сети на мембранах трубочек располагается множество мелких округлых телец – рибосом. Мембраны незернистой эн­доплазматической сети не имеют рибосом на своей поверхности. Основ­ная функция зернистой эндоплаз­матической сети – участие в синтезе белка. На мембранах незернистой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и полисахаридов.

Комплекс Гольджи (внутренний сетчатый аппарат) обычно располо­жен около клеточного ядра. Состоит он из уплощенных цистерн, окружен­ных мембраной. Рядом с группами цистерн находится множество мелких пузырьков. Комплекс Гольджи участ­вует в накоплении продуктов, синте­зированных в эндоплазматической сети, и выведении образовавшихся веществ за пределы клетки. Кроме того, комплекс Гольджи обеспечива­ет формирование лизосом и пероксисом.

Лизосомы представляют собой мембранные мешочки, наполненные активными химическими веществами (ферментами), расщепляющими бел­ки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты.

Пероксисомы –  это небольшие, овальной формы тельца, содержащие ферменты, разрушающие пероксид водорода (Н₂0₂), который токсичен для клетки.

Эндоплазматическая сеть, аппа­рат Гольджи, лизосомы и пероксисомы образуют единую, ограничен­ную мембранами вакуолярную систе­му клетки, участвующую в синтезе и транспорте различных важных для жизнедеятельности клетки веществ.

Митохондрии (от греч. mitos – нить, chondrion – зерно, гранула) называют «энергетическими станция­ми клетки». Это палочковидные, ни­тевидные или шаровидные органеллы диаметром около 0,5 мкм, длиной от 1 до 10 мкм. Митохондрии хо­рошо видны в световой микроскоп. В отличие от других органелл они ограничены не одной, а двумя мемб­ранами. Наружная мембрана имеет ровные контуры и отделяет митохонд-рию от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана ограничивает содержимое митохондрии и образует многочис­ленные складки, выпячивания – гребни (кристы). Основная функция митохондрии – образование АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) – важного для функций клеток энер­гетического материала. Окисление органических веществ и образование небольших количеств АТФ происхо­дит в отсутствие кислорода (ана­эробное окисление, гликолиз). На этом этапе подготавливается «топ­ливо» для митохондрии. Синтез ос­новной массы АТФ осуществляется с потреблением кислорода и проис­ходит на мембранах митохондрии.

К немембранным органеллам относят опорный аппарат клетки, клеточный центр, микрофиламенты, микротрубочки, рибосомы.

Опорный аппарат, или цитоскелет, обеспечивает клетке способность сохранять определенную форму, а также осуществлять направленные движения. Цитоскелет представлен белковыми нитями (актиновыми филаментами), которые пронизывают всю цитоплазму клетки, заполняя пространство между ядром и цитолеммой. Активные филаменты, рас­полагаясь в мышечных волокнах и клетках, обеспечивают их сокраще­ние.

Микрофиламенты лежат непо­средственно под цитолеммой и участ­вуют в движениях клетки.

Микротрубочки представляют со­бой полые цилиндры, состоящие из белка тубулина. Они являются ос­новными структурами ресничек и жгутиков, обеспечивают их под­вижность.

Клеточный центр (цитоцентр) со­стоит из центриолей и окружающего их плотного вещества – центросфе­ры. Располагается клеточный центр возле ядра клетки. Центриоли –  это полые цилиндры, стенки которых со­стоят из 9 триплетов – тройных мик­ротрубочек. Обычно в нёделящейся клетке присутствуют две центриоли: материнская и дочерняя, которые располагаются под углом друг к дру­гу. При подготовке клетки к делению происходит удвоение центриолей, так что в клетке перед делением образу­ются четыре центриоли. Центросфе­ра –  это особая зона вокруг цент­риолей, состоящая из микротрубочек. радиально отходящих от центросфе­ры. Центриоли и центросфера участ­вуют в формировании в делящихся клетках веретена деления и распола­гаются на его полюсах.

Рибосомы представляют собой гранулы 15 – 35 нм в диаметре. Вих состав входят белки и молекулы РНК (примерно в равных весовых отно­шениях). Располагаются рибосомы в цитоплазме свободно или фиксиро­ваны на мембранах зернистой эндоплазматической сети. Рибосомы участвуют в сборке молекул белка, в объединении аминокислот в цепи в строгом соответствии с генетической информацией, заключенной в ДНК.

Включения цитоплазмы являются необязательными компо­нентами клетки. Они возникают и исчезают в зависимости от ее функ­ционального состояния. Основное место локализации включений – ци­топлазма. В ней они накапливаются в виде капель, гранул, кристаллов. Различают включения трофические (питательные), секреторные и пиг­ментные.

К трофическим включениям от­носят гранулы гликогена в клетках печени, белковые гранулы в яйце­клетках, капли жира в жировых клет­ках и т. д. Секреторные включения образуются в клетках железистого эпителия в виде секреторных гранул. Примером пигментных включений служит гемоглобин в эритроцитах крови и меланин – в клетках радуж­ки глаза.

 

ЯДРО КЛЕТКИ.

Ядро – обязательный компонент животных клеток, оно содержит ге­нетическую информацию и регули­рует белковый синтез. Ядро имеет чаще всего шаровидную или яйце­видную форму. Возможны и другие формы ядра: бобовидная, палочковидная, сегментированная. Ядро не­делящейся клетки состоит из ядер­ной оболочки, нуклеоплазмы, хрома­тина и ядрышка.

Ядерная оболочка (нуклеолемма) отделяет содержимое ядра от цитоплазмы и регулирует транспорт веществ между ядром и цитоплазмой. Она состоит из наруж­ной и внутренней мембран, разделен­ных перинуклеарным пространством (рис. 4). Наружная ядерная мемб­рана непосредственно соприкасается с цитоплазмой клетки, с эндоплаз матической сетью. На поверхности мембраны, обращенной к цитоплаз­ме, находятся многочисленные рибосомы. Ядерная оболочка имеет за­крытые диафрагмой ядерные поры, через которые осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Из ядра выходят молекулы РНК, а по­ступают в ядро белки и нуклеотиды.

 

Рис. 4. Строение ядра интерфазной клетки:

1 – ядерная оболочка (а – наружная, б – внутренняя мембраны), 2 –  перинуклеарное пространство, 3 – ядерная пора, 4 – конденсированный хроматин, 5 – диффузный хроматин, 6 – ядрышко

 

Нуклеоплазма содержит белки, нуклеотиды, различные РНК и ферменты. В ней расположен хро­матин и одно или несколько ядры­шек. Хроматин –  это участки плот­ного вещества в ядре, содержащие ДНК. Благодаря способности хоро­шо окрашиваться различными кра­сителями этот компонент ядра и по­лучил название «хроматин» (от греч. chroma – цвет, краска). Хроматин в период между делением ядра пред­ставляет разрыхленную субстанцию. В этот период он находится в ак­тивном состоянии, обеспечивая син­тез РНК. Во время деления клетки происходит уплотнение хроматина, образуются нитевидные структуры – хромосомы. В это время хромосомы являются распределителями и пере­носчиками генетического материала во вновь образующиеся дочерние клетки. В хромосомах ДНК пред­ставляет собой линейные молекулы. содержащие множество генов (геномов). Ген –  это ряд последова­тельно расположенных в ДНК нуклеотидов.

Для каждого вида животных ха­рактерно определенное число хро­мосом. У человека в клетках 46 хро­мосом, т. е. 23 пары хромосом (диплоидный – двойной набор). Каж­дая пара различается по форме и ве­личине. Хромосомы 23-й пары назы­вают половыми. В клетках женского организма содержится симметричная пара половых хромосом, так называемые Х-хромосомы. В клетках мужского организма пара половых хромосом несимметрична, одна хро­мосома – Х-хромосома – такая же, как и в клетках женского организма, вторая отличается от нее по форме и называется Y-хромосомой.

Таким образом, у женщин 23-я пара хромосом – это XХ-хромосомы, а у мужчин – XY-хромосомы. Каж­дая половая клетка содержит 23 хромосомы (гаплоидный, одинарный на­бор). Во всех яйцеклетках 23-я хро­мосома только X-хромосома, а в спер­матозоидах – либо Х-, либо Y-хромосома.

Ядрышко –  самая плотная структура клеточного ядра. Это не самостоятельная структура ядра, а производное хромосом, место обра­зования рибосомных РНК, участвует в синтезе белков. Состоит ядрышко из фибриллярных структур (тонких волоконец), расположенных в цент­ре ядрышка, и гранулярного компо­нента по его периферии.

 

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ.

Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и

по химическому составу. Они содер­жат как неорганические, так и ор­ганические вещества.

Неорганические вещества клетки. В состав клетки входят более 80 хи­мических элементов периодической системы Менделеева. При этом на долю шести из них – углерода, во­дорода, азота, кислорода, фосфора и серы приходится около 99% общей массы клетки. Химические элементы находятся в клетке либо в виде ионов, либо в виде соединений. Первое место среди веществ клетки занимает вода, имеющая химическую формулу Н₂О. Вода составляет около 70% массы клетки. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водной среде. Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью.

Благодаря этим свойствам в клетке поддерживается тепловое равнове­сие. Она – основное средство пере­движения веществ в клетке и орга­низме. Велико значение воды как растворителя: многие вещества по­ступают в клетку из внешней среды в водном растворе и в водном же растворе выводятся из клетки отра­ботанные продукты. Вода определяет физические свойства клетки – ее объем, упругость. При потере боль­шого количества воды организмы гибнут.

К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относят соли. Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, а также анионы Н₂Р0₄^– Cl^–, НСО₃^–. Концентрация катионов и анионов во внутрикле­точной и внеклеточной средах раз­лична. Так, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень низкая – ионов нат­рия. Напротив, в окружающей клет­ку среде – в тканевой жидкости меньше ионов калия и больше ионов натрия. Пока клетка жива, эти раз­личия в концентрациях ионов калия и натрия между клеточной и внекле­точной средами сохраняют постоян­ство. После гибели клетки содержа­ние ионов в клетке и окружающей ее среде быстро выравнивается.

 

Основные сложные органические химические вещества, присутствующие в клетках человека. Их состав и функции.

 

Органические вещества (биомолекулы)	Строительные блоки	Главные функции
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)	нуклеотиды (азотистое основание + углевод + фосфорная кислота)	генетический материал
РНК (рибонуклеиновая кислота)	нуклеотиды	матрица для синтеза белков
Белки	аминокислоты	строительная, ферментативная, двигательная, транспортная, за­щитная, энергетическая
Полисахариды	глюкоза	запас энергии на короткое время
Липиды	жирные кислоты	компоненты мембран, запас энер­гии на длительное время

 

Органические вещества клетки (табл. 1). Можно сказать, что почти все молекулы клетки относятся к сое­динениям углерода. Благодаря не­большому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электро­нов, атом углерода может образо­вывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами, создавая большие и сложные молекулы. Углеродсодержащие вещества характер­ны только для живых клеток и ор­ганизмов.

Большинство органических соеди­нений, входящих в состав клетки, характеризуются большим размером молекул. Поэтому их называют мак­ромолекулами (от греч. macros – большой). Такие молекулы состоят из повторяющихся сходных по струк­туре и связанных между собой соеди­нений – мономеров (от греч. monos – один). Образованную мономе­рами макромолекулу называют поли­мером (от греч. poly – много).

Белки. Белки составляют основ­ную массу цитоплазмы и ядра клет­ки. В состав всех белков входят ато­мы водорода, кислорода и азота. Во многие белки входят атомы серы, фосфора. Каждая молекула белка состоит из тысяч атомов, например молекула белка гемоглобина (C₃₈₃₂H₄₆₁₆О₈₇₂N₇₈₀S₈Fe₄).

Существует огромное количество различных белков. Все они построены из аминокислот. Каждая аминокис­лота содержит карбоксильную группу (СООН), имеющую кислотные свойства, и аминогруппу (NН₂), име­ющую основные свойства. Участки молекул, лежащие вне амино- и кар­боксильной групп, которыми отлича­ются аминокислоты, называют ра­дикалами (R).

К числу важнейших аминокислот относят аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, пролин, лей­цин, цистеин. Соединения аминокис­лот друг с другом называют пептидами. Пептид из двух аминокислот называют дипептидом, из трех амино­кислот – трипептидом, из многих аминокислот – полипептидом. Та­ким образом, белки являются по­лимерами, мономерами которых слу­жат аминокислоты. В состав боль­шинства белков входит 300 – 500 аминокислот, но есть и более круп­ные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.

Белки отличаются составом, чис­лом и порядком чередования аминокислотных звеньев в полипептидной цепи. Установлено, что именно по­следовательность чередования ами­нокислот имеет первостепенное зна­чение в существующем разнообра­зии белков. Многие молекулы белков имеют большую длину и молекуляр­ную массу. Так, молекулярная масса инсулина – 5700, гемоглобина – 65 000, а воды – всего 18.

Полипептидные цепи белков не всегда вытянуты в длину. Они мо­гут скручиваться, изгибаться или свертываться самым различным об­разом.

Разнообразие физических и хими­ческих свойств белков обеспечивает им выполнение множества функций: строительную, ферментативную, двигательную, транспортную, защитную, энергетическую.

Углеводы – это сложные ор­ганические вещества, в состав кото­рых входят атомы углерода, кисло­рода и водорода. Общая формула углеводов С_n(Н20)n, где n – не меньше трех. Различают простые и сложные углеводы. Простые углево­ды называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют со­бой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров. Из двух мономеров образуется дисахарид, из трех – трисахарид, из мно­гих – полисахарид. Все моносахариды  – бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Самые распро­страненные моносахариды в живот­ной клетке – глюкоза, рибоза, дезоксирибоза.

Глюкоза –  первичный источник энергии для клетки. Подвергаясь рас­щеплению, она превращается в оксид углерода и воду (СО₂+Н₂О).

В ходе этой реакции освобож­дается энергия (при расщеплении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и аденозинтрифосфорной кислоты.

Липиды образованы теми же химическими элементами, что и угле­воды, – углеродом, водородом и кислородом. Они представляют собой органические вещества, нераствори­мые в воде. Самые распространен­ные липиды – жиры. Жир – основ­ной источник энергии. При его рас­щеплении выделяется в 2 раза боль­ше энергии, чем при расщеплении углеводов. Липиды гидрофобны, они входят в состав клеточных мембран.

Нуклеиновые кислоты-ДНК и РНК. Название «нуклеи­новые кислоты» происходит от ла­тинского слова «нуклеус», т.е. ядро, где они и были впервые обнаружены. Нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, т. е. представляют собой последовательно соединенные друг с другом нуклеотиды. Нуклеотид –  это химическое соединение, со­стоящее из одной молекулы фосфорнои кислоты, одной молекулы моносахарида и одной молекулы органи­ческого основания. Органические ос­нования при взаимодействии с кис­лотами могут образовывать соли.

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК.) представляет со­бой две цепи, спирально закручен­ные одна вокруг другой. Каждая цепь – полимер, мономерами кото­рого являются нуклеотиды, в состав которых входят азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), углевод (дезоксирибоза) и фосфор­ная кислота.

При образовании двойной спира­ли комплементарные азотистые осно­вания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Ос­нования подходят друг к другу на­столько близко, что между ними воз­никают водородные связи. В полинуклеотидных цепях ДНК каждые три следующие друг за другом нуклеотида составляют триплет (сово­купность из трех компонентов). Наи­высшее число возможных трипле­тов 64, т. е. 4³.

ДНК имеет уникальное свойст­во – способность к удвоению, кото­рым не обладает ни одна из дру­гих известных молекул. В определен­ные моменты ДНК может существо­вать в виде одноцепочной молекулы. При достаточном наборе нуклеотидов и в присутствии специальных ферментов происходит воссоздание (образование) недостающей полови­ны на основе принципа комплементарности (дополнения к имеющейся).

Молекула рибонуклеиновой кис­лоты (РНК) также полимер, моно­мерами которой являются нуклеоти­ды, в состав которой входят азотис­тые основания (аденин, урацил, гуа­нин, цитозин), углевод (рибоза) и фосфорная кислота. РНК представ­ляет собой одноцепочную молеку­лу. В РНК, так же как и в ДНК, комбинации из трех нуклеотидов образуют триплеты, или информа­ционные единицы. Каждый три­плет управляет включением в бе­лок совершенно определенной амино­кислоты.

Наивысшее число возмож­ных триплетов, так же как и в ДНК – 64.

По выполняемым функциям выде­ляют несколько видов РНК: тран­спортная РНК (тРНК) в основном содержится в цитоплазме клетки; рибосомная РНК (рРНК) составляет существенную часть структуры рибосом; информационная РНК (иРНК), или матричная (мРНК), содержится в ядре и цитоплазме клетки и пере­носит информацию о структуре бел­ка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Все виды РНК синтези­руются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

Ферменты. Реакции органиче­ских соединений в клетках и тканях протекают с очень низкой скоростью. В то же время живая клетка имеет особые вещества для ускорения реак­ций, которые называют ферментами. Ферменты, расщепляющие углеводы называют сахаразами, отщепляющие водород – дегидрогеназами, расщепляющие жиры – липазами.

 

ФУНКЦИИ КЛЕТКИ.

 

Клетка, являясь структурной и функциональной единицей живых ор­ганизмов, обладает всеми признака­ми живой материи. Это обмен ве­ществ, способность реагировать на внешние воздействия (раздражи­мость), возбудимость, рост, размно­жение (способность к воспроизведе­нию и передаче генетической инфор­мации), регенерация (восстановле­ние), приспособление (адаптация).

Обмен веществ. Живая клетка по­стоянно поглощает вещества из ок­ружающей среды и выделяет в ок­ружающую среду продукты жизне­деятельности. Обмен веществ (мета­болизм) – это совокупность анаболических и катаболических реакций, протекающих в клетке.

Анаболические реакции (ассими­ляция) –  это синтез крупных моле­кул из более мелких и простых. Для этих процессов необходима затрата энергии. Из веществ, поступающих в клетку (глюкозы, аминокислот, органических кислот и нуклеотидов), синтезируются белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Из них формируется тело клетки, ее мемб­раны, органоиды.

Таким образом, вещества, посту­пившие в клетку, участвуют в процессах биосинтеза. Биосинтез –  это процесс образования биологических структур – белков, жиров и углево­дов из более простых веществ. В про­цессе биосинтеза образуются веще­ства, свойственные определенным клеткам организма. Например, в клетках мышц синтезируются белки, обеспечивающие их сокращение. Ре­акции синтеза особенно интенсивно идут в молодых, растущих клетках.

Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате об­разуются вещества более простого строения (вода, углекислый газ, мо­чевина и т. д.). Большая часть реак­ций распада идет с участием кис­лорода и освобождением энергии. Процессы расщепления крупных мо­лекул органических соединений на­зывают катаболизмом (диссимиля­цией). Важно отметить, что не во всякой катаболической реакции вы­свобождается энергия. Некоторые из них, связанные с освобождением клетки от токсических веществ, идут с затратой энергии.

Поступающие в клетку органи­ческие вещества служат строитель­ным материалом для клеточных ком­понентов. Значительную часть обра­зующейся энергии клетка использует на поддержание жизненных процес­сов: биосинтез, клеточное деление, активный транспорт и т. д. Наиболее пригодна для использования в клет­ке химическая энергия, так как она может быстро распространяться из одной части клетки в другую, а так­же из клетки в клетку и расходо­ваться экономно.

Источником энергообеспечения любой клеточной функции является АТФ (аденозинтрифосфорная кис­лота). Она содержится во всех жи­вых клетках. При расщеплении мо­лекулы АТФ образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота). Эта ре­акция сопровождается освобожде­нием энергии (порядка 40 кДж1моль). Запас АТФ в клетке невелик. По­этому наряду с распадом в клетке происходит непрерывный ее синтез. Совокупность реакций, обеспечива­ющих клетки энергией, называют энергетическим обменом. АТФ об­разуется при окислении органических соединений – углеводов, жиров и белков.

Большинство клеток для окисле­ния использует в первую очередь углеводы. Жиры составляют «пер­вый резерв», когда запас углеводов исчерпан. Белки используются лишь после того, как будет израсходован весь запас углеводов и жиров, на­пример при длительном голодании.

Раздражимость – это способ­ность клетки активно отвечать на внешние и внутренние воздействия определенной формой деятельности:

изменением обмена веществ, движе­нием, образованием нервных им­пульсов и т. д. Факторы, вызываю­щие изменения функций клетки, на­зывают раздражителями. Одна из форм клеточных реакций в ответ на действие раздражителей – возбуж­дение. Это сложная биологическая реакция, обязательным признаком которой является уменьшение элект­рического заряда на внутренней и внешней поверхностях цитолеммы. Внутренняя поверхность плазматиче­ской мембраны заряжена отрица­тельно по отношению к внешней. Разность потенциалов между на­ружной и внутренней поверхнос­тями мембраны клетки, находящей­ся в покое, называют мембранным потенциалом или потенциалом покоя.

В зависимости от типа клеток ве­личина мембранного потенциала варьирует от 50 до 90 мВ. При наличии потенциала покоя (мем­бранного) электрический ток через мембрану не проходит. Действующий раздражитель нарушает равновесие мембранного потенциала, вызывает его уменьшение (деполяризацию). Слабые раздражители вызывают не­большую деполяризацию, а силь­ные приводят к перезарядке мембра­ны – изменению знака заряда. При этом возникает потенциал действия, или нервный импульс. При воз­буждении в клетках меняются ско­рости анаболических и катаболических реакций. Железистые клетки образуют и выделяют секреты, мы­шечные – сокращаются, нервные клетки образуют нервные импульсы.

Перечислите функции клетки.

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК.

Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки на две дочерние клетки. Существуют два основных типа деления клеток – митоз и мейоз.

Митоз (от греч. mitos – нить) – это такое деление клетки, при кото­ром образуются два дочерних ядра с наборами хромосом, идентичными наборам родительской клетки. Вслед за ядерным делением цитоплазма де­лится на две равные части. Обра­зуются две равноценные дочерние клетки. Митотическое деление приво­дит к увеличению числа клеток, обес­печивающих процессы роста орга­низмов. У высших животных и че­ловека таким способом восполняются потери клеток в результате их износа или гибели.

Время жизни клетки от деления до деления называют клеточным циклом. Весь клеточный цикл со­стоит из собственно митоза (деления клетки) и периода между двумя де­лениями, который называют интер­фазой. Интерфаза занимает обычно около 90% времени всего клеточного цикла.

В интерфазе клетка готовится к удвоению хромосом (синтезируются РНК, различные клеточные белки). Затем синтезируется ДНК, проис­ходит ее удвоение (репликация).

 

Рис. 5. Деление клетки. Стадии митоза: А – интерфаза: 1 – ядрышко, 2 – хромосомы, 3 – оболочка ядра, 4 – центриоль; Б – профаза: 5 – центральное веретено деления, 6 – хромосомы; В – метафаза: 7 – хроматиды; Г – анафаза; Д – телофаза: 8 – формирование ядра, 9 – борозда деления клетки; Е – поздняя телофаза.

В результате каждая хромосома ока­зывается удвоенной, состоящей из двух идентичных сестринских хроматид. После полного удвоения хро­мосом синтезируются белки микро­трубочек веретена деления. В периоде митоза происходят со­бытия, которые традиционно подраз­деляют на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу, телофазу (рис. 5).

Профаза. В этот переходный пе­риод от интерфазы к митозу центросома разделяется на две центриоли, уходящие к полюсам де­лящейся клетки. Хроматин уплотня­ется (конденсируется), образуются отчетливо видимые хромосомы. Каж­дая хромосома состоит из двух сест­ринских хроматид. Начинается быст­рый распад ядерной оболочки. Мик­ротрубочки проникают в область ядра.

Метафаза занимает значитель­ную часть периода митоза. Хромо­сомы в эту фазу деления клетки вы­страиваются в экваториальной плос­кости веретена.

Анафаза. Хромосомы начинают медленно расходиться к соответст­вующим полюсам клетки. Все хроматиды движутся с одинаковой ско­ростью около 1 мкм в минуту. Ана­фаза обычно длится всего лишь не­сколько минут.

Телофаза (от греч. telos – ко­нец). Дочерние хроматиды подходят к полюсам клетки. Вокруг каждой группы дочерних хроматид образует­ся новая ядерная оболочка. Конден­сированный хроматин начинает раз­рыхляться, в новых ядрах появляют­ся ядрышки. В экваториальной об­ласти клетки, между двумя дочерни­ми ядрами образуется борозда деле­ния, которая, постепенно углубляясь, полностью разделяет две дочерние клетки.

Мейоз является разновидно­стью митоза. Это деление созрева­ющих половых клеток. При мейозе в два раза уменьшается число хромосом. Поэтому мейоз называют так­же редукционным делением (от лат. reductio – уменьшение). В челове­ческой половой клетке в результате мейоза вместо двойного (диплоидного) числа хромосом (46) остается одинарный (гаплоидный) набор хро­мосом (23). Значение мейоза состоит в том, что он обеспечивает сохране­ние в ряде поколений постоянного числа хромосом.

Клетки человеческого организма, число которых огромно, делятся с разной.скоростью. Нервные клетки не делятся совсем, клетки печени делятся один раз в течение двух лет, а некоторые эпителиальные клетки кишечника делятся чаще, чем два раза в сутки.

Клеточное деление у многоклеточ­ных организмов зависит от сложных регуляторных механизмов нервной системы и эндокринного аппарата.

 

Глава I. КЛЕТКА.

§ 4. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТКИ.

Из курса ботаники и зоологии известно, что растения и животные состоят из клеток – сложно устроен­ных структур микроскопических раз­меров. Клетка –  это наименьшая структурная и функциональная еди­ница живого. Изучение строения, функций клеток, их взаимодействия между собой – основа к пониманию такого сложного организма, как че­ловек. Клетка активно реагирует на раздражения, выполняет функции роста и размножения; способна к са­мовоспроизведению и передаче ге­нетической информации потомкам; к регенерации и приспособлению к ок­ружающей среде.

В организме взрослого человека различают около 200 типов клеток, которые отличаются формой, строе­нием, химическим составом и харак­тером обмена веществ. Несмотря на большое разнообразие, каждая клет­ка любого органа представляет собой целостную живую систему. Она сос­тоит из трех неразрывно связанных между собой частей: цитоплазмы, яд­ра и цитолеммы (рис. 2).

Цитоплазма состоит из полупро­зрачной гиалоплазмы (от лат. hyalinos – прозрачный) – основного вещества цитоплазмы и находящихся в ней органелл и включений.

Гиалоплазма представляет собой сложную коллоидную систему, которая заполняет пространство между клеточными органеллами. В гиалоплазме содержатся вода (90%), белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, полисахариды, нуклеотиды, соли, ферменты и другие соедине­ния. Гиалоплазма объединяет раз­личные структуры клетки и обеспе­чивает их взаимодействие.

Органеллы – это структуры клетки, выполняющие определенные жизненно важные функции. Различа­ют органеллы общего значения и спе­циальные, мембранные и немембран­ные. Органеллы общего значения присутствуют во всех клетках, а ор­ганеллы специального значения встречаются в специализированных клетках.

Мембранные органеллы – это замкнутые одиночные или свя­занные друг с другом участки ци­топлазмы, отделенные от гиалоплаз­мы мембранами. К мембранным органеллам относят эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пероксисомы.

Эндоплазматическая сеть образо­вана группами вакуолей или трубо­чек, совокупность которых напоминает сеть.

 

 

Рис. 2. Схема строения клетки:
1 – цитолемма (плазматическая мембрана), 2 – пиноцитозные пузырьки, 3 – центросома (клеточный центр), 4 – гиалоплазма, 5 – эндоплазматическая сеть (а – мембраны эндоплазматической сети, б – рибосомы), 6 – ядро, 7 – связь перинуклеарного про­странства с полостями эндоплазматической сети, 8 – ядерные поры, 9 – ядрышко, 10 – внутриклеточный сетчатый аппарат (комплекс Гольджи), 11 – секторные вакуоли, 12 – митохондрии, 13 – лизосомы, 14 – три последовательные стадии фагоцитоза, 15 – связь клеточной оболочки с мембранами эндоплазматической сети.

 

Она неоднородна по строению. Известны два типа эндо­плазматической сети – зернистая и незернистая. У зернистой сети на мембранах трубочек располагается множество мелких округлых телец – рибосом. Мембраны незернистой эн­доплазматической сети не имеют рибосом на своей поверхности. Основ­ная функция зернистой эндоплаз­матической сети – участие в синтезе белка. На мембранах незернистой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и полисахаридов.

Комплекс Гольджи (внутренний сетчатый аппарат) обычно располо­жен около клеточного ядра. Состоит он из уплощенных цистерн, окружен­ных мембраной. Рядом с группами цистерн находится множество мелких пузырьков. Комплекс Гольджи участ­вует в накоплении продуктов, синте­зированных в эндоплазматической сети, и выведении образовавшихся веществ за пределы клетки. Кроме того, комплекс Гольджи обеспечива­ет формирование лизосом и пероксисом.

Лизосомы представляют собой мембранные мешочки, наполненные активными химическими веществами (ферментами), расщепляющими бел­ки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты.

Пероксисомы –  это небольшие, овальной формы тельца, содержащие ферменты, разрушающие пероксид водорода (Н₂0₂), который токсичен для клетки.

Эндоплазматическая сеть, аппа­рат Гольджи, лизосомы и пероксисомы образуют единую, ограничен­ную мембранами вакуолярную систе­му клетки, участвующую в синтезе и транспорте различных важных для жизнедеятельности клетки веществ.

Митохондрии (от греч. mitos – нить, chondrion – зерно, гранула) называют «энергетическими станция­ми клетки». Это палочковидные, ни­тевидные или шаровидные органеллы диаметром около 0,5 мкм, длиной от 1 до 10 мкм. Митохондрии хо­рошо видны в световой микроскоп. В отличие от других органелл они ограничены не одной, а двумя мемб­ранами. Наружная мембрана имеет ровные контуры и отделяет митохонд-рию от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана ограничивает содержимое митохондрии и образует многочис­ленные складки, выпячивания – гребни (кристы). Основная функция митохондрии – образование АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) – важного для функций клеток энер­гетического материала. Окисление органических веществ и образование небольших количеств АТФ происхо­дит в отсутствие кислорода (ана­эробное окисление, гликолиз). На этом этапе подготавливается «топ­ливо» для митохондрии. Синтез ос­новной массы АТФ осуществляется с потреблением кислорода и проис­ходит на мембранах митохондрии.

К немембранным органеллам относят опорный аппарат клетки, клеточный центр, микрофиламенты, микротрубочки, рибосомы.

Опорный аппарат, или цитоскелет, обеспечивает клетке способность сохранять определенную форму, а также осуществлять напра