Клетки

Клетки живого организма обладают сложными функциями. Основными жизненными проявлениями клеток являются обмен веществ, раздражимость (свойство отвечать на изменение условий) и способность к размножению (делению). Сложность функций клеток определяет их строение и химический состав.

Клетки различимы, как правило, только под микроскопом (величина их измеряется в микронах). Растительные клетки имеют более или менее правильную, чаще прямоугольную, форму. Форма животных клеток разнообразна: они могут быть призматическими, отростчатыми, шаровидными и т. д. Общим в строении различных клеток является то, что каждая клетка (рис. 1) состоит из ядра и цитоплазмы с клеточной мембраной (оболочкой). Вещество клетки по своим физико-химическим свойствам представляет коллоидную систему, состоящую из сложных органических соединений - белков, жиров и углеводов, а также из воды и неорганических солей. Белки клетки образуют основу ее различных структур и определяют основные жизненные свойства клетки. Жиры вместе с белками входят в состав некоторых структур клетки, например клеточной оболочки и митохондрий, и являются энергетическим материалом. Углеводы служат источником значительной части энергии, необходимой для жизненных процессов клетки, и входят в состав многих биологически важных веществ, например ферментов. Вода находится в связанном состоянии с белками и другими органическими соединениями и вместе с неорганическими солями определяет физико-химические свойства вещества клетки как коллоида. Следует отметить, что соли в веществе клетки содержатся в определенных концентрациях и поддерживают постоянство осмотического давления внутри клетки.

Рис. 1. Схема строения клетки. 1 - оболочка клетки; 2 - цитоплазма; 3, 4 - мембраны эндоплазматической сети; 5 - рибосомы; 6 - митохондрии; 7 - сетчатый аппарат; 8 - клеточный центр; 9 - центросфера; 10, 11 - непостоянные включения (вакуоли и гранулы); 12 - внутриклеточные нити; 13 - ядро; 14 - ядерная оболочка; 15 - поры в ядерной оболочке; 16 - ядрышко

Важным компонентом клетки являются ферменты, или энзимы - вещества белковой природы, выполняющие роль биологических катализаторов. Выделено большое количество ферментов, каждый фермент принимает участие в определенной химической реакции. Под влиянием этих ферментов все химические обменные процессы в клетках происходят с удивительной быстротой и последовательностью.

Исследованиями последнего времени подробно изучены химическая структура и роль так называемых нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК). ДНК содержится только в ядре клетки, РНК имеется как в ядре, так и в цитоплазме. С наличием ДНК связано воспроизведение самих нуклеиновых кислот, рибонуклеиновая кислота (различают несколько видов РНК) участвует в синтезе белков. В живой клетке белки и другие органические вещества не сохраняются неизмененными, они непрерывно разрушаются и создаются вновь. При этом между клеткой и окружающей ее средой происходит постоянный обмен веществ.

Цитоплазма. Цитоплазма по объему составляет обычно большую часть клетки. В состав цитоплазмы входит до 20% белков, около 80% воды и 1 - 3% других веществ (жиры, углеводы, соли). С помощью обычного и особенно электронного микроскопа установлено, что в цитоплазме имеется сложная система различных тонких структур. Одни из них обнаруживаются постоянно и называются органоидами клетки. К числу органоидов относятся эндоплазматическая сеть (эргастоплазма), рибосомы, митохондрии, лизосомы, клеточный центр и другие образования.

Эндоплазматическая сеть представлена мембранами, образующими канальцы и полости, по которым происходит передвижение веществ внутри клетки. Рибосомы располагаются на мембранах эндоплазматической сети и имеют форму мельчайших (субмикроскопических) телец; в них происходит синтез белков. Митохондрии представляют крошечные тельца длиной около 1,5 μ; они имеют сложное субмикроскопическое строение и содержат ферменты, при участии которых протекают химические реакции, обеспечивающие клетку энергией. Одновременно в митохондриях синтезируются вещества, содержащие запасы энергии; главным из них является аденозин-трифосфорная кислота.

Лизосомы разнообразны по своей форме и величине, они содержат ферменты, которые переваривают различные вещества, поступающие в клетку, в том числе инородные частицы органической природы.

Клеточный центр состоит из одного или двух мелких Зерен (центриоли), окруженных ободком цитоплазмы, и принимает участие в процессе деления клетки. Помимо органоидов, в цитоплазме могут быть и непостоянные включения, появляющиеся при некоторых физиологических состояниях клетки (например, зерна пигмента в клетках эпителия кожи при загаре).

Клетки специализированных тканей имеют также особые структуры, связанные со специфическими функциями этих клеток (например, сократительные миофибриллы в мышечных клетках).

Клеточная мембрана (оболочка), отделяющая цитоплазму от окружающей среды у животных клеток, очень тонкая. Она выполняет механическую защитную роль и регулирует поступление в клетку нужных для нее веществ и удаление из клетки продуктов обмена. Клеточная мембрана связана с мембранами эндоплазматической сети.

Ядро. Ядро находится обычно в центре клетки, имеет сравнительно постоянную, чаще шаровидную или овальную форму. Вокруг ядра, отделяя его от цитоплазмы, находится пронизанная отверстиями (порами) ядерная оболочка. Через эту оболочку происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. До 95% веса ядра составляют белки и нуклеиновые кислоты, т. е. вещества, без которых жизнь невозможна. Каждое ядро содержит 1 - 2 ядрышка; в них происходит синтез нуклеиновых кислот. Важнейший компонент ядерного вещества составляют хромосомы, которые выявляются в делящихся клетках. Хромосомы состоят из белковой основы и ДНК. Количество хромосом у каждого вида организмов строго постоянно (у человека 23 пары). С хромосомами связана наследственная информация (передача наследственных свойств организма). Исследованиями последних лет установлено, что генетически функциональным веществом в хромосомах является дезоксирибонуклеиновая кислота.

Межклеточное вещество. В организме, кроме клеток, имеется межклеточное вещество, которое не имеет клеточного строения. Межклеточное, или промежуточное, вещество, как о том говорит само название, располагается между клетками. Строение межклеточного вещества разнообразно и зависит от функций той ткани, в состав которой оно входит. Наиболее развито межклеточное вещество в группе соединительных тканей, особенно в таких, которые выполняют в организме механическую функцию. В межклеточном веществе различают волокнистые структуры и однородное основное вещество. Различные волокна мало упругие, клейдающие (коллагеновые) и хорошо растяжимые, эластические - располагаются в основном веществе; волокна как бы впаяны в него. Всем этим видам межклеточного вещества, как и клеткам, присущ обмен веществ. Как и клетки, эти структуры развиваются, стареют, разрушаются и вновь образуются в организме. Межклеточное вещество существует в организме только по взаимосвязи с клетками.

Деление клеток. В живом организме происходит размножение клеток путем деления. Этот процесс является одной из основных жизненных функций - самовоспроизведением. Различают два способа деления клеток: митоз, или кариокинез (непрямое деление), и амитоз (прямое деление).

Митоз, или кариокинез (рис. 2), - наиболее распространенный в организме человека способ деления клеток. При митозе наблюдаются сложные изменения ядра и цитоплазмы, предшествующие их разделению. Различают четыре фазы митоза: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 2). В стадии профазы в ядре клетки из хроматина образуются хромосомы. Одновременно наблюдается увеличение в размере клеточного центра и расхождение его центриолей. Метафаза характеризуется исчезновением ядерной оболочки и расщеплением каждой хромосомы на две дочерние. В этой же стадии клеточный центр принимает форму "веретена", которое состоит из тонких нитей, идущих от центриолей к хромосомам. В стадии анафазы дочерние хромосомы расходятся к противоположным полюсам клеток. Одновременно на теле клетки появляется перетяжка. Стадия метафазы состоит в том, что происходит образование двух дочерних ядер и полное разделение клетки на две дочерние. В результате такого деления происходит строго равномерное распределение вещества каждой хромосомы между двумя дочерними клетками. Благодаря этому поддерживается постоянство хромосом в ряду поколений, с чем связана передача наследственных признаков.

Рис. 2. Схема кариокинеза. 1 - неделящаяся клетка; 2 - профаза; 3, 4 - метафаза; 5, 6 - анафаза - телофаза; 8 - две клетки, образовавшиеся в результате деления

Амитоз, или прямое деление клеток, встречается в различных тканях. При этом способе деления сложных изменений в ядре и цитоплазме не наблюдается; происходит перетяжка ядра на две части с последующим разделением цитоплазмы и образованием двух дочерних клеток. В некоторых случаях разделения цитоплазмы не наблюдается и возникают двух-, трех- и многоядерные клетки.