6.2. Строение и функционирование клетки животных.

Эукариотический тип клеточной организации представлен двумя подтипами – простейших и многоклеточных.

Организм простейших в анатомическом отношении соответствует уровню одной клетки, а в физиологическом – полноценной особи. Характерным признаком простейших является наличие структур, выполняющих на клеточном уровне функцию органа многоклеточного организма. В качестве примера можно привести такие образования, как цитостом, цитофарингс и порошица, аналогичные пищеварительной системе многоклеточных. Клетку второго подтипа ( растительную, животную) представляют как объект, отграниченный от внешней среды оболочкой с ядром и цитоплазмой. Ядро имеет оболочку, ядерный сок, ядрышки и хроматин. Цитоплазма представлена матриксом, в котором сосредоточены включения и органеллы.

Внутреннее содержимое эукариотической клетки исключительно упорядоченно. Упорядоченность достигается путем так называемой компартментации ее объема, т.е. разделения на различные участки, отличающиеся химическим составом. Компартментация объема клетки способствует пространственному распределению веществ в клетке и последовательному течению биохимических процессов. Решающая роль в реализации компартментации принадлежит биохимическим мембранам, которые выполняют барьерную функцию, обеспечивают избирательную проницаемость веществ, разделяют между водными и не водными фазами и т.д.

Благодаря упорядоченности клеточного объема в клетке осуществляется распределение функций между разными структурами и целесообразное взаимодействие, обеспечивающее жизнедеятельность клетки и, в конечном счете, многоклеточного организма.

Клетки многоклеточных организмов ( животных, растений) отграничены друг от друга оболочкой. Клеточная оболочка ( плазмолемма) животных клеток имеет наружный слой ( гликокаликс) толщиной 10-20 нм. Этот слой состоит из гликопротеидов и гликолипидов. К клеточной мембране изнутри примыкает корковый слой цитоплазмы толщиной 0,1-0,5 мкм. В этом слое находятся микротрубочки и микрофиламенты, имеющие в своем составе белки. Способные к сокращению. Оболочка выполняет отграничивающую, барьерную, защитную и транспортную функцию, регулирует химический состав клетки, избирательно распознает биологически активные вещества с помощью рецепторов. Благодаря наличию рецепторов, клетка воспринимает сигналы из внешней среды, адекватно реагирует на эти сигналы, а следовательно, на изменения окружающей среды и состояние самого организма.

Ядро клетки отграниченно от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая обособляет генетический материал клетки от протоплазмы и осуществляет взаимодействие ядра и гиалоплазмы. Оболочка состоит из двух мембран. Разграниченных перенуклеарным пространством, которое может контактировать с канальцами ЦПС. Ядерная оболочка пронизана порами ( диаметром 80-90 нм). Поры обеспечивают перемещение веществ из ядра в цитоплазму и наоборот. Количество пор находится в прямой зависимости от функционального состояния клетки. с повышением синтетической активности клетки число пор увеличивается. Внутреннюю мембрану ядерной оболочки выстелает белковый слой. Он выполняет опорную функцию.

Значение ядра хорошо показано в опытах по энуклеации клеток. особенно демонстративны эти опыты на амебе. Часть амебы, лишенная ядра, погибает, а часть амебы с ядром продолжает жить и развиваться. Если в безъядерную часть амебы внести ядро, то ее жизнедеятельность восстанавливается.

Ядерный сок состоит из белков, которые представляют внутреннюю среду ядра. Обеспечивающую сохранение и функционирование генетического материала. В ядерном соке обнаружены фибрилярные белки. выполняющие опорную функцию.

Ядрышко представляет собой структуру, состоящую из нитчатого и зернистого компонентов, что установлено с помощью электронной микроскопии. Нитчатый компонент состоит из белков и гигантских молекул РНК, из которых образуются более мелкие зрелые молекулы рибосомальных РНК. Зернистый компонент представлен рибонуклеиновыми зернами ( гранулами).

Цитоплазма клетки представлена основным веществом, различными включениями и органеллами. Цитоплазма заполняет всю клетку, это ее внутренняя среда. Основное вещество цитоплазмы иначе называют матриксом, гиалоплазмой. Состав гиалоплазмы сложный. Она включает все внутриклеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие. Гиалоплазма – сложная коллоидная система. Она способна переходить из одного агрегатного состояния в другое (из золеобразного в гелеобразное и наоборот). В результате таких переходов совершается работа, происходит образование мембран, микротрубочек, выброс из клетки секретов и т.д.

В цитоплазме обнаружены включения, которые носят временный характер. Это могут быть запасные питательные вещества ( жир, гликоген), продукты метаболизма. Подлежащие удалению из клетки ( пигменты, гранулы секрета).

Важную роль в жизнедеятельности клетки играют органеллы. Их подразделяют на органеллы общего и специального назначения. К первым относят цитоплазматическую сеть, рибосомы, митохондрии, полисомы, лизосомы, пероксисомы, микрофибриллы, микротрубочки, центриоли, а ко вторым – органеллы , специализированные к выполнению определенной функции. В качестве примера можно указать на микроворсинки эпителиальных клеток кишечника, реснички эпителия дыхательных путей, миофибриллы и т.д.

Вся цитоплазма клетки пронизана канальцами, вакуолями, цистернами, которые в совокупности образуют цитоплазматическую сеть. Различают гранулярную и агранулярную цитоплазматические сети. К мембранам шероховатой ( гранулярной) сети прикреплены структурные образования клетки – полисомы. Основная функция этой сети – синтез белка. Гладкая ( агранулярная) сеть не имеет полисом, поэтому она выполняет функции, связанные с обменом углеводов, жиров и других веществ, не относящимся к белкам. Цитоплазматическая сеть иначе называется эндоплазмотической, она выполняет многочисленные процессы обмена веществ, осуществляет связь между всеми органоидами клетки.

К органоидам клетки относятся рибосомы – частицы, диаметром 20-30 нм. Это образования округлой формы рибонуклеопротеиновой природы. Несколько рибосом, объединенных матричной РНК, называют полисомами. Полисомы активно синтезируют белок. Полагают, что полисомы гиалоплазмы синтезируют белки для нужд клетки, а полисомы гранулярной сети производят белки. выводимые за пределы клетки и используемые для жизнедеятельности всего организма.

Комплекс Гольджи представляет собой совокупность большого количества диктиосом, которых может быть в клетке от нескольких десятков до нескольких тысяч. Диктиосомы составлены из 3-12 уплощенных дискообразных цистерн. От краев этих цистерн отшнуровываются мелкие пузырьки (везикулы) и крупные (вакуоли). Диктиосомы обычно локализуются в цитоплазме вокруг ядра. Содержимое везикул и вакуолей подлежит удалению из клетки. в комплексе Гольджи образуются лизосомы. Содержимое лизосом заключено в оболочку, которая снаружи зачастую окаймлена белками. В лизосомах содержатся ферменты. Расщепляющие нуклеиновые кислоты, жиры, полисахариды.

Лизосомы подразделяют на первичные и вторичные, первичные называют не активными. Вторичные разделяют на гетеролизосомы (фаголизосомы) и аутолизосомы (цитолизасомы). В фаголизасомах переваривается материал, поступающий в клетку извне, а в цитолизосомах – материал клетки, выполнивший свои функции и оказавшийся не нужным. Вторичные лизосомы, в которых процесс переваривания завершен, называются телолизосомами.

Главная функция лизосом – гидролитическое расщепление нуклеиновых кислот, белков, жиров, полисахаридов. Эта функция осущетсвляется с помощью набора ферментов в составе лизосом.

Митохондрии – это образования округлой или продолговатой формы, толщиной 0,5 мкм, длиной 5-10 мкм. Оболочка митохондрий состоит из двух мембран – наружной и внутренней. От внутренней отходят листовидной формы кристы, или трубчатой – тубулы. Содержимое митохондрий называется матриксом.

Основная функция митохондрий – накопление энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ). Кроме этого митохондрии участвуют в синтезе гормонов и некоторых аминокислот.

Микротельца относят к сборной группе органелл. Это пузырьки, диаметром 0,1-1,5 мкм с мелкозернистым содержимым. К сборной группе органелл относят пероксисомы, содержащие оксидазы, катализирующие образование пероксида водорода, который разрушается под действием фермента пероксидазы.

Электронной микроскопией в цитоплазме обнаружены микротрубочки, которые выполняют опорную функцию и обеспечивают направленное перемещение внутриклеточных компонентов.

В цитоплазме выявлены так называемые микрофиламенты – длинные, тонкие, иногда собранные в пучки образования. Различают разные типы микрофиламентов. Например, активные микрофиламенты, обеспечивают клеточные формы движения в связи с присутствием в их составе белка актина, способного к сокращению. Промежуточные филаменты выполняют каркасную функцию. Они располагаются по переферии клеток растений, грибов, водорослей обязательно наличие клеточного центра, состоящего из центриоли. Центриоль представляет собой цилиндр диаметром 150 нм, длиной 300-500 нм. Клеточный центр участвует в процессе деления клетки.

Сложные обменные процессы в клетке инициируют поток информации, энергии, веществ. Эти три потока обеспечивают жизнедеятельность клетки. Поток информации, исходящий от генетического аппарата клетки, позволяет ей приобретать структуры, характерные для категории живого, которые обеспечивают существование клетки во времени и передачу наследственной информации о приобретенных структурах в ряду покалений.

Процессы брожения, фотосинтеза, хемоинтеза, дыхания обеспечивают клетку необходимой энергией. Однако, основным механизмом образования потока энергии является дыхательный обмен, в результате которого происходит расщепление глюкозы, жирных кислот, аминокислот и использование выделяемой энергии для образования АТФ. Энергия АТФ преобразуется в определенную работу – химическую, осмотическую, электрическую, механическую, регуляторную.

Клетки по способу извлечения энергии делятся на два основных типа: гетеротрофные и автотрофные. Гетеротрофные клетки (организма человека, высших животных) требуют постоянного притока готового горючего – углеводов, белков, жиров. Автотрофные клетки в процессе фотосинтеза связывают энергию солнечного света, используют ее для своей жизнедеятельности.

Механизмы образования энергии в живой клетке характеризуется необычной эффективностью, оставляя далеко позади достижения современной техники. Так, например, коэффициент полезного действия митохондрии составляет 45-60 %, а этот же показатель двигателя внутреннего сгорания – 17 %.

Процесс дыхания и связанные с ним реакции поставляют клетке не только энергию но и снабжают ее продуктами расщепления пищевых веществ, поступающих извне. Дыхательный обмен является основным фактором, обеспечивающим поток веществ в метаболизме клетки.