Общая структура клетки

Несмотря на то что клетки у животных и растений очень специализированы и вследствие этого крайне разнообразны, существуют единые принципы построения всех клеток. Все клетки состоят из цитоплазмы, окру­женной плазматической (клеточной) мембраной. В ци­топлазме находятся ядро, органоиды клетки и различные включения (рис. 19). К органоидам клетки относятся митохондрии, лизосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, рибосомы.

В некоторых клетках клеточная мембрана покрыта более толстыми защитными слоями, которые находятся в пределах разрешающей способности оптического микроскопа. Например, у большинства растительных клеток имеется толстая целлюлозная оболочка, окружающая и защищающая истинную клеточную мембрану. Животные клетки также могут иметь наружные оболоч­ки, состоящие из полисахаридов или гликопротеидов. Помимо функции механической защиты клетки, эти обо­лочки выполняют и другие функции, так как обладают иммунологическими свойствами, фильтрационными свой­ствами (пропуская к поверхности клеток лишь молеку­лы определенного размера) и ионообменными свойства­ми (участвуя в сохранении постоянства микросреды, ок­ружающей клетку).

В состав цитоплазмы входят различные вещества: белки, липоиды, углеводы, органические кислоты, витамины, электролиты, вода и др. В среднем в цитоплазме содержится 75—85% воды, 10—20% белков, 2—3% ли­пидов, 1% углеводов и около 1% солей и других ве­ществ.

Вода, находящаяся в клетке, выполняет следующие основные функции: 1) служит растворителем органических и неорганических веществ; 2) служит дисперсион-

121

Рис. 19. Схема строения животной клетки, основанная на наблюдениях в электронном микроскопе.

ной средой коллоидных систем; 3) участвует в метаболизме клетки (поступление веществ, химические процес­сы, выведение продуктов обмена); 4) участвует в термо­регуляции; 5) создает тургор клеток.

В молекуле воды валентный угол (угол между связя­ми атомов водорода с атомом кислорода) равен пример­но 109° (рис. 20). Поэтому молекула воды приобретает характер диполя с большим дипольным моментом, кото­рый определяет высокое значение диэлектрической проницаемости воды.

Благодаря дипольным свойствам, молекулы воды взаимодействуют друг с другом и образуют динамиче­скую структуру. Современными методами установлено, что внутриклеточная вода находится в своеобразном со-

122

стоянии непрерывно идущих микрофазовых переходов:

крис­талл—> жидкость,

жидкость—> кристалл.

Большой диэлектрической

Рис. 20. Схема возникновения полярности в молекуле воды за счет асимметрии ковалентных связей.

проницаемостью воды объясняет­ся ее способность растворять по­лярные вещества. Так как все химические

связи по своей сущности являются силами электроны убывают в 80 раз (диэлектриче­ская проницаемость воды равна 80 при 20 °С).

При этом молекулы электролитов распадаются на ионы, вокруг ко­торых формируются гидратные оболочки. Растворение полярных недиссоциирующих веществ также обуслов­лено взаимодействием полярных групп молекул с дипо­лями воды. В результате того что молекулы воды пред­ставляют собой диполи, вода служит не только раство­рителем, но и играет значительно более важную роль, определяя структуру раствора.

Вода в клетке делится на свободную и связанную. Свободная вода составляет 95% всей воды клетки (по Э. де-Робертису) и используется главным образом как растворитель и как дисперсионная среда коллоидной си­стемы цитоплазмы. Молекулы связанной воды, на долю которой приходится всего 4 —5% всей воды клетки, об­разуют слабые связи (водородные и вандерваальсовы) с полярными группами различных молекул (в основном белков). Так, каждая аминогруппа в белковой молекулекуле способна связать 2,6 молекул воды. Движение молекул воды, связанных белками, ограничено, и связанная во­да не может служить растворителем для других ве­ществ.

Количество воды, связанной белками, можно опре­делить путем измерения количества воды, адсорбирован­ной на высушенном белке. Кроме того, количество свя­занной воды определяется термодинамическими метода­ми, например методом Хилла — измерением упругости пара над тканью.

Вода клетки восполняется за счет поступления из межклеточной жидкости и частично за счет образования ее при окислительных процессах в клетке.

_{12 3}

После удаления из клетки всех органоидов и всех включений, например путем ультрацентрифугирования клеточного гомогената, остается гомогенное (в оптическом микроскопе), аморфное, прозрачное вещество. Это оставшееся вещество называется гиалоплазмой. Она яв­ляется внутренней средой клетки.

В физико-химическом отношении гиалоплазма представляет собой многофазную коллоидную систему. Кол­лоиды цитоплазмы являются преимущественно гидрофильными коллоидами. Коллоидная система цитоплазмы образована сложными высокополимерными соединения­ми. Такими соединениями являются белки, полисахари­ды, нуклеиновые кислоты. Все эти соединения отличают­ся большой степенью полимеризации. В формировании структуры гиалоплазмы принимают участие и липиды, создающие своеобразную коацерватную систему.

Коллоиды цитоплазмы могут находиться в состоя­нии золя или геля, между которыми имеются переход­ные состояния. В цитоплазме все время происходят пе­реходы из одного состояния в другое. В разных участ­ках клетки эти переходы несинхронны. Кроме того, ци­топлазма постоянно находится в движении. В резуль­тате этого вязкость ее непрерывно изменяется. В клет­ке нет ни одного физико-химического показателя, кото­рый мог бы сравниться с вязкостью в непостоянстве.

УЛЬТРАСТРУКТУРА И ФУНКЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ