1.Основы физиологии клетки

1.1. Общие сведения о клетке

Микроскопические студенистые тела, ещё в XVII веке названные своим первооткрывателем Робертом Гуком клетками, являются элементарными строительными единицами всех живых организмов подобно тому, как соединённые в определенном порядке кирпичи создают здания любой архитектурной формы. Однако, клетки - это не только структурные, но и функциональные единицы организма. Однородные по своему строению, функции и развитию клетки образуют ту или иную ткань: эпителиальную, соединительную, нервную или мышечную.

Клетки каждой ткани имеют свою характерную структуру, наилучшим образом приспособленную к выполнению определённой функции. Так, например, для нервных клеток типичны тонкие, иногда очень длинные волокна, которые, например, могут принадлежать клеткам головного мозга, а заканчиваться в спинном мозгу. В функциональном отношении нервные клетки выделяются особой выраженностью таких физиологических свойств, как возбудимость и проводимость. Возбудимостью называется способность клеток отвечать на раздражение, т. е. на изменения окружающей среды, активной деятельностью, присущей данному типу клеток. Нервные клетки отвечают на раздражение возникновением т.н. потенциалов действия, которые затем проводятся по клеточной мембране. Благодаря своим структурным и функциональным особенностям нервные клетки могут решать посильную только для них задачу: воспринимать информацию, перерабатывать её и передавать от одной клетки к другой.

Клетки любой ткани состоят преимущественно из веществ четырёх типов: белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов или жиров. Они всегда содержат воду - главный растворитель в живом организме, и в очень небольших концентрациях некоторые другие вещества, в том числе минеральные.

Нуклеиновые кислоты предназначены для хранения и представления по мере надобности генетической или наследственной информации. Углеводы и липиды служат основными источниками энергии, но часто они соединяются с белками, образуя соответственно гликопротеиды и липопротеиды, которые являются структурными компонентами клетки. Одна клетка отличается от другой благодаря, в первую очередь, белкам. Именно белки определяют внешний вид клетки и её функциональные особенности.

Белки составляют более 10% клеточной массы, тогда как углеводы и липиды - лишь 1-5%. Крупные молекулы белка представляют собой полимеры, образующиеся при связывании друг с другом аминокислот. Из 20 встречающихся в организме аминокислот могут образоваться как короткие, включающие лишь несколько аминокислот, цепи, так и очень длинные, состоящие из сотен аминокислот: первые называют олигопептидами, вторые - полипептидами. Аминокислоты соединяются т.н. пептидными связями между аминогруппой одной кислоты и карбоксильной группой другой (Рис. 1.1).

Белковая цепь обычно скручивается в спираль благодаря водородным связям (СО...НN) между соседними витками этой спирали: чаще всего встречается одна из нескольких геометрических форм, названная альфа-спиралью. Некоторые, далеко друг от друга находящиеся, аминокислоты могут соединяться дисульфидными мостиками (-S-S-). Благодаря всем своим соединениям молекула белка может свернуться в объёмную структуру - глобулу. В зависимости от формы белка, их подразделяют на глобулярные или объёмные и фибриллярные или волокнистые.

Определяющую свойства белковой молекулы роль играет последовательность аминокислот. Если в белковой молекуле, состоящей из нескольких сотен аминокислот, заменить только одну аминокислоту на другую, то функциональные свойства этой молекулы могут весьма существенно измениться . Одни аминокислоты имеют полярные, т.е. заряженные, радикалы, а другие - нет. В растворе белковая цепь располагается так, чтобы полярные участки были обращены к поверхности молекулы, т.е. ближе к воде, а неполярные контактируют друг с другом и прячутся во внутренней части глобулы. Следовательно, полярные участки гидрофильны, тогда как неполярные - гидрофобны.

У любой клетки достаточно оснований для заявления: "мой дом - моя крепость", причём границы этого дома определяет клеточная или плазматическая мембрана. Центральное место в клетке обычно занимает её ядро (Рис.1.2), отделённое ядерной оболочкой от остальной части клетки - цитоплазмы. Полужидкую среду цитоплазмы называют цитоплазматическим матриксом или цитозолем. В нём находятся органеллы (уменьшительное от слова орган, т.е. органеллы - маленькие органы): митохондрии, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, окаймлённые пузырьки или вакуоли, рибосомы, микротрубочки и микрофиламенты.

Многие органеллы имеют собственные мембраны, которыми цитоплазма подразделяется на отдельные отсеки или компартменты. Благодаря такому делению каждый компартмент может выполнять свои особые функции и использовать для этого собственный набор ферментов. В связи с этим можно сказать, что в клетке неукоснительно соблюдается принцип разделения труда.