ПОНЯТИЕ О КЛЕТКАХ, ТКАНЯХ И ОРГАНАХ

Строение клетки. В основе строения и жизнедеятельности организма лежат клетки. Из половых клеток развивается животный организм, а из соматических (тканевых) клеток и их производных (межклеточные вещества) строится все тело животного. Благодаря клеткам осуществляются функциональные отправления тканей и органов. Клеткам присущи все основные свойства живого вещества: обмен веществ, рост, дыхание, размножение; кроме того, они выполняют ту или иную специфическую функцию. И. Ф. Иванов и П. А. Ковальский дают такое определение клетке многоклеточного организма: Клетка представляет саморегулируемую элементарную живую систему, входящую в состав тканей и подчиненную внешним регуляторным системам целостного организма .

Клетки различных тканей одного и того же животного значительно отличаются друг от друга химическим составом, характером обмена веществ, величиной, строением и внешней формой. Клеточная теория позволила обобщить неисчерпаемое разнообразие клеточных форм, вскрыть общие закономерности клеточного строения организмов. Клетки имеют различные размеры и формы.

Все клетки состоят из протоплазмы, подразделяемой на кариоплазму (вещество ядра) и цитоплазму (остальная часть тела - клетки) (рис. 1). Между кариоплазмой и цитоплазмой существуют определенные, различные для разных типов клеток, количественные соотношения, которые легко могут изменяться под влиянием внешних условий.

Цитоплазма в периферическом слое клетки - эктоплазма более плотная и однородная, чем цитоплазма внутренней зоны - эндоплазма. В эндоплазме наряду с однородной бесструктурной массой (гиалоплазмой) под микроскопом можно видеть и структуры; некоторые из них встречаются во всех клетках и называются органоидами (органеллы). Кроме общих для всех клеток органоидов, существуют и такие, которые присущи только клеткам одного типа (тончайшие нити в цитоплазме нервных клеток). Наконец, в клетках можно часто наблюдать временные, возникающие в процессе обмена веществ клеточные включения, имеющие вид зерен, капелек и кристаллов, которые относятся к группе параплазматических образований.

Органеллы цитоплазмы - специфические структуры, выполняющие определенные функции. К органеллам клетки относят плазмалемму, цитоплазматическую сеть, рибосомы, пластинчатый комплекс, лизосомы, митохондрии, центросому (клеточный центр).

Плазмалемма - тончайшая оболочка клетки, типичная элементарная мембрана. Она отделяет клетку от окружающей среды и в то же время обеспечивает обмен веществ между средой и клеткой. Проницаемость плазмалеммы имеет огромное значение для жизнедеятельности клетки.

Цитоплазматическая (эндоплазматическая) сеть. Под электронным микроскопом в цитоплазме клетки выявляется сложная система трубок, пузырьков и цистерн. В некоторых случаях все указанные элементы соединены друг с другом, образуя единую систему. Однако чаще цитоплазматическая сеть представлена трубками и пузырьками, не связанными между собой. Цистерны и трубки этой органеллы легко распадаются на мелкие пузырьки, и, наоборот, пузырьки могут сливаться в общую трубку или цистерну.

Цитоплазматическая сеть является транспортной системой клетки, так как на ее мембранах адсорбируются различные вещества. Различают два типа цитоплазматической сети: гранулярную (зернистую) и агранулярную (незернистую). Первая имеет на своей поверхности особые гранулы РНК (рибонуклеиновой кислоты)- рибосомы. Обе эти системы отличаются по составу ферментов и выполняют, очевидно, разные функции.

Цитоплазматическая сеть - очень лабильное (неустойчивое) образование.

Рибосомы и полисомы видимы только в электронный микроскоп. Они имеют неправильно округлую форму и состоят из двух неравных частей - субъединиц. Рибосомы обычно располагаются группами -полисомами или полирибосомами. Полисома похожа на нитку бус. Нитка представлена молекулой иРНК (информационной рибонуклеиновой кислотой), а бусинки - рибосомами. Рибосомы, составляющие полисому, могут быть свободными или прикрепленными. Свободные не связаны с другими органеллами и синтезируют белки, необходимые для самой синтезирующей их клетки. Вторые рибосомы прикреплены снаружи к мембранам гранулярной цитоплазматической сети. Они синтезируют белок в виде секрета, необходимого для других клеток и для всего организма в целом. Прикрепленные рибосомы синтезируют белок в 10-20 раз быстрее, чем рибосомы свободные.

Пластинчатый комплекс (внутриклеточный сетчатый аппарат) особенно сильно выражен в железистых, нервных и яйцевых клетках. Расположен или вокруг ядра, или между ядром и полюсом клетки. В его состав входят три типа структур: цистерны, микропузырьки и вакуоли.

Между цистернами и цитоплазматической сетью нет прямого контакта, но связь осуществляется с помощью микропузырьков, переносящих вещества, синтезированные в цитоплазматической сети, в пластинчатый комплекс. Синтезированный белок в пластинчатом комплексе уплотняется благодаря всасыванию воды. В пластинчатом комплексе происходит также и синтез углеводов, примешивающихся к белковой части секрета.

Вследствие большого разнообразия клеток величина пластинчатого комплекса и его строение сильно варьируют. Он хорошо развит в клетках, выстилающих изнутри стенку кишечника. Во время всасывания эта органелла заметно увеличивается.

Лизосомы - пузырьки, окруженные мембраной и содержащие до 30 различных гидролизирующих ферментов, разрушающих макромолекулы путем их гидролиза (кислая фосфатаза, кислая рибонуклеаза и др.). Образуются они, по-видимому, в пластинчатом комплексе, а затем отрываются от комплекса и становятся, таким образом, лизосомами. Новообразованные лизосомы называют первичными лизосомами, или запасающими гранулами, т. е. гранулами с запасом ферментов, необходимых для внутриклеточного переваривания. Наличие этого запаса определяет готовность клетки к фагоцитозу - к процессу активного захватывания, поглощения и внутриклеточного переваривания живых (микробы, клетки и др.) и неживых твердых частиц.

Различают четыре типа лизосом: первичные лизосомы, или запасающие гранулы, еще не участвующие в переваривании; вторичные лизосомы, или пищеварительные вакуоли, образованные слиянием первичной лизосомы с фагосомой или с пиноцитозным пузырьком; остаточные тельца, постепенно выбрасываемые клеткой или остающиеся в ней, и цитоплазмы - лизосомы-могилыцики и лизосомы-санитары, автолизирующие (способствующие самоперевариванию) гибнущую клетку или освобождающие клетку от отмирающих структур.

Митохондрии - самая распространенная органелла, дающая клетке необходимую для жизни энергию. Митохондрии имеют форму нитей и палочек или мелких зерен. Форма митохондрий постоянно меняется в результате циклического сокращения и расслабления их мембран. Это дает возможность им перемещаться в цитоплазме и скапливаться в местах, наиболее доступных для притока необходимых для дыхания веществ или наиболее нуждающихся в энергии. Число митохондрий связано с функциональной активностью клетки.

Основная функция митохондрий - клеточное дыхание, т. е. окисление углеводов или. жиров. Около 90% энергии, потребляемой клетками, доставляют митохондрии. Благодаря им происходит перенос ионов и воды. В митохондриях печени синтезируются жирные кислоты и белки. Ферменты митохондрий делают их основными центрами преобразования энергии питательных веществ в доступную форму для использования ее клеткой.

Центросома, или клеточный центр, располагается около ядра или ближе к периферии тела клетки. Основная и постоянная ее часть - центриоли. Вокруг них обычно виден светлый участок - центросфера - скопление бесструктурной цитоплазмы. В некоторых случаях вокруг центросомы образуются трубчатые нити - лучистая сфера.

Центриоли обеспечивают движение клеток, что видно при их делении, а также в клетках, снабженных специальными органеллами движения (мерцательными ресничками).

Клеточные в к л ю ч е н и я - временные скопления каких-либо веществ, возникающих в клетках в процессе их жизнедеятельности, или представляющие запас питательных веществ. Различают включения белковые, жировые, углеводные, пигментные. К включениям относятся также капельки секрета, выделяемые железистыми клетками.

Белковые включения в норме встречаются только в яйцеклетках и клетках зародыша. Жировые включения иногда заполняют почти всю клетку. При обильном питании животных в клетках рыхлой соединительной ткани откладываются капли жира, которые расходуются при голодании. Углеводные включения встречаются в виде отложений гликогена - животного крахмала.

Пигментные в к л ю ч е н и я - вещества, имеющие природную окраску. Наиболее распространен бурый пигмент -меланин. UT этого пигмента зависит цвет кожи и волос, он предохраняет организм от вредного действия ультрафиолетовых лучей. Выполняет важную функцию в органе зрения. Важное значение имеют желтые и красные пигменты - каротиноиды. Выделяясь с молоком и особенно с молозивом, каротиноиды способствуют нормальному развитию молодняка.

Кариоплазма, или ядро, - жизненно необходимая составная часть клетки. Основной составной частью кариоплазмы является ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Величина ядра относительно постоянна для каждого вида клеток, но зависит от возраста и функционального состояния клетки. Различают клетки ядерного и цитоплазматического типов. У первых количественно преобладает кариоплазма, в которой и происходят в основном обменные процессы, а у вторых синтез веществ происходит преимущественно в цитоплазме.

Форма ядра соответствует форме самой клетки. В ядре различают ядерную мембрану, хроматин, ядрышко и ядерный сок.

Ядерная мембрана отчетливо видна только при электронном микроскопировании. Состоит она из двух листков: внутреннего, обращенного к кариоплазме, и наружного, обращенного в сторону цитоплазмы; между собой они разделены перинуклеарным пространством, связанным с эндоплазматической сетью. В местах соединения обоих листков образуются поры, способствующие обмену веществ между кариоплазмой и цитоплазмой.

Хроматин - это комплексное соединение белка с нуклеиновой кислотой - нуклеопротеид. Количество хроматина сильно варьирует в зависимости от вида клеток и их функционального состояния.

Ядрышко - округлое или угловатое тельце, активно осуществляющее синтез или накапливание рибонуклеопротеидов и формирование рибосом.

Ядерный сок - это вся остальная часть ядра, в которой в основном сосредоточены ферменты ядра.

В живой клетке происходит ряд процессов, отличающих ее от неживой материи. К таким процессам относятся обмен веществ, рост, развитие, раздражимость, размножение, старение, отмирание.

Обмен веществ - основное свойство живой клетки. Он происходит непрерывно и постоянно. Прекращение обмена веществ свидетельствует о гибели клетки. Обмен веществ состоит из двух процессов, протекающих одновременно: ассимиляции - синтеза веществ в клетке и диссимиляции - разрушения веществ.

Особенно большое значение для жизнедеятельности клеток имеет обмен белков. Если в клетке прекращается синтез белка, то она погибает. Синтез белка в клетке - сложный ферментативный процесс, ведущую роль в котором играют нуклеиновые кислоты, ДНК порождает РНК, а последняя выполняет роль шаблона для синтезируемых из аминокислот молекул белка.

Рост клетки осуществляется в результате обмена веществ. Размер клетки увеличивается, если ассимиляция преобладает над диссимиляцией.

Развитие клетки сопровождается качественными изменениями, происходящими в течение всей ее жизни.

Раздражимость клетки. Способность клетки отвечать на всякое достаточно резкое изменение в условиях существования называется раздражимостью, тогда как само изменение условий играет роль раздражителя.

Благодаря раздражимости клетки быстро реагируют на изменения в условиях существования усилением обмена веществ и, следовательно, функциональной деятельности. Это свойство помогает организму устранить возникшее противоречие между ним и окружающей средой. Если раздражитель был умеренным по силе действия, то реакция на него протекает без значительных изменений клеточной структуры. В таких случаях о состоянии раздражения можно судить лишь по усилению движения цитоплазмы, выделению большего количества секрета или по интенсификации обменных процессов.

При слишком сильном раздражении или при длительном его воздействии картина становится другой. Состояние возбуждения клетки может дойти до предела, за которым начинаются видимые структурные изменения протоплазмы. Такое состояние, пограничное между жизнью и смертью клеток, называется паранекрозом, и очень важно, что оно носит обратимый характер.

Движение клеток осуществляется различными способами: мышечные клетки сокращаются, а затем расслабляются; лейкоциты крови перемещаются посредством ложноножек, спермин - за счет движения хвостика. У некоторых клеток в движении находятся только отдельные их части, например реснички мерцательного эпителия, выстилающего органы дыхания.

Клеточное деление. Различают два типа клеточного деления: митоз и амитоз.

Митоз, или непрямое деление (рис. 2), - это основной тип деления. Весь период существования клетки, способной к делению, представлен митотическим циклом, в котором митоз занимает лишь небольшую часть этого цикла; все остальное время клетка находится в интерфазе.

Сам митоз протекает в четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Перед делением в клетке вдвое увеличивается содержание ДНК.

Профаза характеризуется прекращением нормального функционирования клетки. В эту фазу митоза образуется митотический аппарат, состоящий из ахроматиновой и хромативных частей.

В подготавливающейся к делению клетке изменяются химические и физические свойства. В ядре возникают нити, образующие клубок. Затем нити распадаются на участки, называемые хромосомами. Центриоли расходятся к противоположным концам клетки. Между центриолями появляется пучок тончайших нитей в виде веретена.

Метафаза является как бы завершением подготовки к делению материнской клетки. В этой фазе хромосомы сосредотачиваются в экваториальной плоскости клетки в форме материнской звезды. Каждая хромосома расщепляется продольно на две половины - хроматиды. В метафазе особенно отчетливо виден весь набор хромосом, характерный для животного каждого вида.

Анафаза характеризуется тем, что митотическое веретено еще больше вытягивается, а хроматиды каждой хромосомы отталкиваются и отходят каждая к своему полюсу. Хроматиды становятся самостоятельными хромосомами и движутся к полюсу будущей дочерней клетки.

Телофаза начинается с момента, когда хромосомы доходят до полюса. Образуются перетяжки между дочерними клетками, которые затем исчезают и обе дочерние клетки обособляются. При митозе ДНК материнской клетки равномерно распределяется между дочерними клетками, причем в каждой из них оказывается такое же количество ДНК, какое было в материнской клетке. Так как ДНК определяет синтез белка, с которым связаны свойства клеток, дочерние клетки похожи по своим свойствам на материнскую клетку.

Амитоз, или прямое деление (рис. 3), протекает без образования нитей (веретена). Ядро сильно вытягивается в длину, в средней его части образуется перетяжка, которая истончается и разрывается; клетка становится двухъядерной. Одновременно делится и цитоплазма, в каждую из частей попадает половина ядра. Амитоз бывает генеративный, дегенеративный и реактивный.

Генеративный амитоз не сопровождается спирализацией хромосом, приводящей к прекращению процессов синтеза, обеспечивает очень быстрое размножение.

Дегенеративный амитоз наблюдается у дифференцирующихся клеток, утративших способность к митотическому делению. Такой митоз предшествует отмиранию клетки.

Реактивный амитоз чаще связан с резкой активизацией клетки, вызванной повреждением ткани.