Взаимодействие структурных компонен­тов клетки при синтезе белков и небелковых веществ.

Все описанные выше структурные компонен­ты клетки взаимосвязаны и взаимодействуют между собой в процессе жизнедеятельности клетки. Например, при биосинтезе белка на экс­порт (секреторные белки) через цитолемму внутрь клетки поступают необходимые исходные вещества (аминокислоты). В ядре в результате транскрипции образуется информационная РНК, которая поступает в цитоплазму и несёт инфор­мацию о строении будущего белка, сюда же из ядрышек доставляются субъединицы рибосом и транспортные РНК. На рибосомах гранулярной цитоплазматической сети происходит биосинтез белка и образующиеся его молекулы поступают внутрь цистерн и каналов этой сети, где образу­ется их вторичная и третичная структура. Затем белки транспортируются в комплекс Гольджи. Там происходит дозревание (связывание белков с углеводами и липидами), накопление и упаков­ка секрета в мембраны, образование крупных вакуолей и гранул секрета. Затем секреторные вакуоли и гранулы выделяются через цитолемму апикальной части клетки путём экзоцитоза. Энергию, необходимую для синтетических про­цессов, поставляют митохондрии. Микротрубоч­ки и микрофиламенты цитоскелета обеспечива­ют перемещение в цитоплазме органелл и транспорт веществ. Изнашиваемые в ходе этих процессов органоиды разрушаются лизосомами, а вместо них образуются новые. Таким образом, большинство структурных компонентов клетки принимают участие и взаимодействуют между собой в процессе биосинтеза белка. При этом клетка функционирует как единое целое.

В синтезе небелковых веществ (углеводы, липиды) также участвуют ДНК ядра, информа­ционная РНК, свободные рибосомы, на которых образуются ферменты биосинтеза небелковых веществ. Эти ферменты поступают в гладкую эндоплазматическую сеть, где участвуют в синтезе углеводов и липидов. Эти вещества затем направляются в комплекс Гольджи, где упаковы­ваются в секреторные гранулы, а затем выво­дятся наружу путём экзоцитоза.

Секреция - это образование и выделение из клетки веществ, необходимых для других клеток, органов и всего организма, все клетки могут продуцировать определенные вещества на экс­порт, однако есть клетки, которые специализи­руются на этом - секреторные клетки. Приме­ром секреции является образование желези­стыми клетками желудка желудочного сока, слюнными и лотовыми железами - слюны и по­та. Если клетки выделяют во внешнюю среду вещества ненужные, вредные для организма, то этот процесс называется экскрецией. Если сек­рет выделяется клеткой во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, спинномозговую, меж­клеточную жидкость), то его называют инкретом (например, гормоны).

Жизненный цикл клетки.

Жизненный (клеточный) цикл - это весь пери­од существования клетки (от деления до смерти или следующего деления). Клеточный цикл со­стоит из митотического периода (М) и интер­фазы (межмитотического периода). Интерфаза в свою очередь состоит из пресинтетического (G₁), синтетического (S) и постсинтетического (G₂) периодов. В пресинтетическом (постмитотическом, G₁) периоде дочерняя клет­ка достигает размеров и структуры материнской, для чего в ней происходит биосинтез РНК и бел­ков цитоплазмы и ядра. Кроме того, в ней синте­зируются РНК и белки, Необходимые для синте­за ДНК в следующем периоде. В Синтетиче­ском (S) периоде происходит удвоение (редуп­ликация) ДНК и, соответственно, удваивается число хромосом (их количество становится тетраплоидным, 4n). В постсинтетическом (премитотическом, G₂)периоде клетка готовится к митозу, в ней происходит синтез РНК и белков (тубулинов) веретена деления, накопление энергии, необходимой для митоза. Вышеопи­санный жизненный цикл характерен для популя­ции клеток, которые непрерывно делятся.

Кроме того, в организме есть клетки, которые временно или постоянно находятся вне митоти­ческого цикла (в G₀ периоде). Этот период ха­рактеризуется как состояние репродуктивного покоя. Такие клетки можно разделить на три группу:

1) клетки, которые после деления дли­тельно не меняют своих морфологических свойств и сохраняют способность к делению; это стволовые, камбиальные клетки (в эпителии, красном костном мозге);

2) клетки, которые по­сле деления растут, дифференцируются, вы­полняют в органам специфические функции, но в случае необходимости (при повреждении данно­го органа) восстанавливают свою способность к размножению (клетки-печени).

3) высокоспециализированные клетки, которые растут, дифференцируются, выполняют свои специфические функции и в таком состоянии существуют до смерти, никогда не делясь и постоянно находясь в G0 периоде (высокоспециализированные клетки сердца и мозга). Продолжительность жизни этих клеток приближается к продолжительности жизни целого организма.

После появления в результате деления мо­лодые клетки растут и дифференцируются. Рост клетки означает увеличение размеров её цитоплазмы и ядра, увеличение числа органелл. Дифференцировка подразумевает морфофункциональную специализацию клетки, т. е. увеличение числа определённых органелл об­щего назначения, или появление органоидов специального назначения, необходимых для вы­полнения клеткой специальных функций. От не­скольких дней до многих лет клетка выполняет свою определённую функцию в организме, а за­тем постепенно стареет и погибает.

Старение клеток связано с изнашиванием структур клеток в результате длительной, интен­сивной работы, прежде всего, в связи с измене­ниями состояния генома и, как следствие, в свя­зи со снижением интенсивности репликации ДНК, приводящем к угнетению биосинтеза бел­ка. При этом популяция клеток может постепен­но уменьшаться (нервные клетки, кардиомиоциты), или частично (клетки печени, почек, желез) или полностью (покровные эпителии) обнов­ляться. При этом процесс обновления может ид­ти очень быстро: полное обновление эпидерми­са кожи происходит за 3-4 недели, а эпителия желудка и кишечника - за 3-5 дней. Дли­тельность существования этих обновляющихся популяций равна продолжительности жизни ор­ганизма.

При старении увеличивается объём клетки, нарушаются межклеточные контакты, уменьша­ется текучесть её мембран и интенсивность транспортных и обменных процессов. В ре­зультате повреждения рецепторов цитолеммы уменьшается возбудимость и реактивность клет­ки, дезорганизуется цитоскелет. Ядро клетки становится неровным, расширяется перинуклеарное пространство, увеличивается доля гетерохроматина. Митохондрии просветляются, в них уменьшается количество крист, наблюдает­ся расширение цистерн эндоплазматической се­ти, уменьшение числа рибосом, происходит ре­дукция комплекса Гольджи. Увеличивается чис­ло всех видов лизосом, включая остаточные тельца, в которых накапливаются трудно пере­вариваемые вещества (например, пигмент ста­рения липофусцин), уменьшается стабильность лизосомальных мембран, возрастает аутофагия. В результате клетка постепенно разрушается и ее остатки фагоцитируется макрофагами.