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 глико-протеиды 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 (CO...HN) 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 объемную 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.