Строение животной клетки

Вакуоли.  Они образуются из расширений эндоплазматической сети и пузырьков комплекса Гольджи. Служат накопительным пространством для промежуточных продуктов.

Комплекс Гольджи. Во многих клетках животных, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра.  В состав комплекса Гольджи входят: полости, ограниченные мембранами и расположенные группами (по 5-10); крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах полостей. Все эти элементы составляют единый комплекс.

 Комплекс Гольджи выполняет много важных функций. По каналам эндоплазматической сети к нему транспортируются продукты синтетической деятельности клетки - белки, углеводы и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются, а затем в виде крупных и мелких пузырьков поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее и используются в организме. Например, в клетках поджелудочной железы млекопитающих синтезируются пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида заключается в том, что на его мембранах происходит синтез жиров и углеводов (полисахаридов), которые используются в клетке и которые входят в состав мембран. Благодаря деятельности комплекса Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.

Лизосомы. (от лиз и греч. soma — тело), структуры в клетках животных и растительных организмов, содержащие ферменты, способные расщеплять (т. е лизировать — отсюда и название) белки, полисахариды, пептиды, нуклеиновые кислоты.

Это очень пестрый класс пузырьков размером 0,1-0,4 мкм, ограниченных одиночной мембраной (толщиной около 7 нм), с разнородным содержимым внутри. Они образуются за счет активности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи и в этом отношении напоминают секреторные вакуоли. Основная их роль — участие в процессах внутриклеточного расщепления как экзогенных, так и эндогенных биологических макромолекул. Характерной чертой лизосом является то, что они содержат около 40 гидролитических ферментов: протеиназы, нуклеазы, фосфатазы, гликозидазы и др., оптимум действия которых осуществляется при рН-5. В лизосомах кислое значение среды создается из-за наличия в их мембранах протоновой «помпы», потребляющей энергию АТФ. Кроме того, в мембраны лизосом встроены белки-переносчики для транспорта из лизосомы в цитоплазму продуктов гидролиза: мономеров расщепленных молекул — аминокислот, сахаров, нуклеотидов, липидов. Чтобы не переварить самих себя, мембранные элементы лизосом защищены олигосахаридами, мешающими гидролазам взаимодействовать с ними. Среди различных по морфологии лизосомных частиц выделяют четыре типа: первичные и вторичные лизосомы, цитолизосомы и остаточные тельца.

Митохондрии. В цитоплазме большинства клеток животных содержатся мелкие тельца (0,2-7 мкм) - митохондрии (греч. «митос» - нить, «хондрион» - зерно, гранула).

 Митохондрии хорошо видны в световой микроскоп, с помощью которого можно рассмотреть их форму, расположение, сосчитать количество. Внутреннее строение митохондрий изучено с помощью электронного микроскопа. Оболочка митохондрии состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, напротив, образует многочисленные складки, которые направлены в полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называют кристами (лат. «криста» - гребень, вырост) Число крист неодинаково в митохондриях разных клеток. Их может быть от нескольких десятков до нескольких сотен, причем особенно много крист в митохондриях активно функционирующих клеток, например мышечных.

  Митохондрии называют «силовыми станциями» клеток» так как их основная функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Эта кислота синтезируется в митохондриях клеток всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии, необходимый для осуществления процессов жизнедеятельности клетки и целого организма.

  Новые митохондрии образуются делением уже существующих в клетке митохондрий.

Цитоплазматическая мембрана (плазмалемма, клеточная мембрана), поверхностная, периферическая структура, окружающая протоплазму животных клеток. Служит не только механическим барьером, но, главное, ограничивает свободный двусторонний поток в клетку и из нее низко- и высокомолекулярных веществ. Более того, плазмалемма выступает как структура, «узнающая» различные химические вещества и регулирующая избирательный транспорт этих веществ в клетку. Как и другие мембраны клетки, она возникает и обновляется за счет синтетической активности эндоплазматического ретикулума и имеет сходное с ними строение.

Центриоли  - одна, две или иногда большее количество мелких гранул, входящих в состав клеточного центра. Центриоли либо непосредственно расположены в цитоплазме, либо лежат в центре сферического слоя цитоплазмы, который называется центросомой или центросферой. Центриоли это плотные тельца. Центриоли имеют относительно постоянное место расположения в клетке: они занимают геометрический центр ее, но иногда в процессе развития могут перемещаться ближе к периферическим участкам. У многих видов простейших и в половых клетках некоторых многоклеточных организмов центриоли расположены не в цитоплазме, а в ядре, под его оболочкой. Клеточный центр играет важную роль в процессах деления клетки. Известно, что в центриолях содержатся углеводы, белки и совсем незначительное количество липидов, а также очень немного РНК и ДНК. В объяснении процессов репродукции центриолей до сих пор имеется много дискуссионных вопросов, но сейчас уже определенно показано, что репродукция этих структур происходит путем почкования. От уже имеющейся в клетке родительской центриоли начинает расти маленький зачаток, представляющий собой дочернюю центриоль. Зачаток увеличивается в размерах и, вырастая, превращается в точно такую же центриоль, как родительская. Затем эта дочерняя центриоль отделяется от родительской.

Цитоплазма, внеядерная часть протоплазмы клетки, то есть внутреннее содержимое клетки без ядра. Состоит из гиалоплазмы, в которой содержатся органоиды  и др. включения. Термин «цитоплазма» предложен Э. Страсбургером (1882).

Эндоплазматическая сеть. Вся внутренняя зона цитоплазмы заполнена многочисленными мелкими каналами и полостями, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. Эти каналы ветвятся, соединяются друг с другом и образуют сеть, получившую название эндоплазматической сети.

  Эндоплазматическая сеть неоднородна по своему строению. Известны два ее типа - гранулярная и гладкая. На мембранах каналов и полостей гранулярной сети располагается множество мелких округлых телец - рибосом, которые придают мембранам шероховатый вид. Мембраны гладкой эндоплазматической сети не несут рибосом на своей поверхности.

Ядро. Клеточное ядро содержит молекулы ДНК, на которых записана генетическая информация организма. В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на матрице ДНК. В ядре же синтезированные молекулы РНК претерпевают некоторые модификации (например, в процессе сплайсинга из молекул матричной РНК исключаются незначащие, бессмысленные участки), после чего выходят в цитоплазму.

КУЛЬТУРА ЖИВОТНЫХ КЛЕТОК

История развития метода культивирования клеток животных.

История развития метода культивирования клеток животных может быть разбита на несколько этапов: 1 - доказательство воз­можности роста и воспроизводства клеток в культуре после их вы­деления из тканей животных. Эти работы были проведены в начале XX века; 2 - разработка методов культивирования клеток живот­ных и размножение вирусов в культуре клеток; 3 - на этом этапе началось массовое получение вирусов в культуре клеток для вак­цинации, получение моноклональных антител и клеток, несущих рекомбинантные ДНК.

Для того чтобы показать возможность выращивания и размно­жения клеток в культуре необходимо было разработать теоретическую концепцию структурно-функциональной орга­низации клеток и решить ряд практических задач: 1 - разработать методику получения клеток из тканей, не содержащих экзогенных (чужеродных, сопутствующих) клеток бактерий и грибов; 2 - раз­работать питательные среды, в которых выделенные из организма клетки могли бы продолжать расти и размножаться, т.е. в средах должны содержаться все необходимые для клетки питательные ве­щества и поддерживаться необходимые физико-химические усло­вия; 3 - разработать методики наблюдения за клетками и контро­ля их динамики развития; 4 - разработать методики длительного культивирования клеток в асептических условиях.

Важную роль в формировании теоретических основ культи­вирования клеток имело и формирование концепции гомеостаза Клода Бернара (1813-1878). Суть этой концепции сводится к тому, что живые организмы способны сохранять свою внутреннюю сре­ду постоянной, несмотря на изменения в окружающей среде. Эта концепция разрабатывалась для организма как единого целого, од­нако она распространяется и на уровень клетки.

Клетка как функциональная единица организма может быть выделена из ткани, способна поддерживать свое внутриклеточное состояние, может в определенных условиях поддерживать свою жизнедеятельность.

Решение задач по культивированию клеток вне организма на начальных этапах имело не столько практическое, сколько теоре­тическое значение.

Способность кусочков ткани сохранять свою жизнеспособ­ность вне организма была впервые показана У Роуксом в 1885 г. Он продемонстрировал это на примере хорионаллантоисной обо­лочки куриного эмбриона. Несколько позже Лоеб (1897) пока­зал, что клетки крови и соединительной ткани могут выживать в пробирках с сывороткой и плазмой крови, а Льюнгрем (1898) под­держивал эксплантаты кожи человека в жизнеспособном состоя­нии, и они сохраняли способность к реимплантации.

Важным этапом разработки методов культивирования клеток были работы Роукса по использованию метода «висячей капли», а Харрисон Р. наблюдал (в 1907 г.) рост нервных клеток в «висячей капле» и ему удалось определить скорость роста этих клеток, кото­рая составляла 20 мкм за 25 мин.

Значительным этапом в развитии методов культивирования клеток явились работы Алексиса Карреля. Будучи хорошим хи­рургом, Каррель владел методами асептики, что и позволило ему добиться значительных результатов по культивированию клеток. Результаты своих исследований А.Каррель опубликовал под интригующим названием - культивирование «бессмертных» кле­ток. Культивирование клеток сердца курицы было начато 17 янва­ря 1912 г. и продолжалось 34 года. Процедура культивирования в лаборатории А.Карреля была очень сложной, и ее не смогли вос­произвести в других лабораториях. Для культивирования клеток использовалась модифицированная среда Рингера. Для выделения клеток был использован трипсин. Правда, трипсин начал широко использоваться только после того, когда Симмс и Стилман стали его использовать для пассирования клеток.

До 1961 на основании работ Карреля существовало мнение, что клетки, переведенные в культуру, имеют неограниченное вре­мя жизни. Но в 1961 г. Хейфлик и Мурхед выделили линию ди­плоидных фибробластов человека WJ-38, и показали, что для этих клеток характерен феномен старения. Время существования кле­точной линии в культуре ограничено 50 пересадками, что приблизительно соответствует 50 удвоениям популяции. В то же время было показано, что клетки, выделенные из раковых опу­холей или трансформированные в ходе культивирования, являются «бессмертными» (иммортальными). «Бессмертность» клеток в культуре коррелирует с гетероплоидностью, тогда как для клеток, стареющих в культуре, характерно сохранение диплоидного набо­ра хромосом.