| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Клітини організму людини розрізняються за розмірами, формою, будовою і функціями (рис. 1.2), проте в їх структурі багато спільного. Так, кожна клітина має оболонку (плазматичну мембрану) і містить ядро і цитоплазму (рис. 1.3). У цитоплазмі знаходяться численні органели - лізосоми, мітохондрії, ендоплазматична мережа, апарат Гольджі, рибосоми та ін. Частина органоїдів відокремлена від цитоплазми власними мембранами. Мембрани забезпечують необхідну для оптимального протікання біологічних процесів просторову організацію структур і молекул в клітині.
клітинне ядро (Рис. 1.4) складається з оболонки і занурених в ядерний сік ядерця і хроматину. Ядерпая оболонка відокремлює генетичний матеріал клітини - хромосо-
Мал. 1.2. Види клітин:
а - клітини епітелію; б - клітини крові; в - жирова клітина; г - м'язова клітина; д - клітина кістки; е - нервові клітини; ж - клітини печінки
Мал. 1.3. Будова клітини (електронна мікроскопія)
ми - від цитоплазми, а також регулює двостороння взаємодія ядра і цитоплазми. Оболонка утворена двома мембранами, розділеними щілиновидним простором, яке може сполучатися з канальцями ендоплазматичної мережі. Ядерна оболонка пронизана порами, через які здійснюється транспорт речовин і структур (наприклад, рибосом) з ядра в цитоплазму і в зворотному напрямку. Кількість пір збільшується при підвищенні активності синтетичних процесів в клітині.
ядерний сік утворює внутрішнє середовище ядра і забезпечує нормальне функціонування генетичного матеріалу. У ядерному соку знаходяться також фібрилярні білки, що виконують опорну функцію. В полісом відбуваються утворення і дозрівання рибосомальних РНК (рРНК). ге-
Мал. 1.4. Будова клітинного ядра (електронна мікроскопія)
ни, що кодують рРНК, займають певні ділянки однієї або декількох хромосом.
В ядрі знаходяться хромосоми (Від грец. chroma - колір, забарвлення і soma - тіло) - носії спадкової інформації. Їх можна бачити в клітинах, що діляться, де вони сильно спи рализующее, коротшають і стають добре видимими (рис. 1.5). Кожна хромосома має перетяжку - центромеру , до якої під час поділу клітини прикріплюються нитки веретена. У певних ділянках однієї або декількох хромосом розташовуються ядерцеві організатори. У цих місцях утворюються ядерця, в яких відбуваються утворення рібосомалиюй РНК (рРНК) і збірка рибосом.
В ядрах всіх соматичних клітин міститься однакова кількість хромосом; у людини їх 46 (23 пари). Хромосомний набір соматичної клітини, в якому кожна хромосома має собі пару, носить назву диплоидного (Від грец. diploos - подвійний), позначається 2п і називається кариотипом (Від грец. karion - ядро і typos - форма, зразок). У кожну пару входять гомологічні (Від грец. homos - рівний, загальний) хромосоми, однакові за формою і розмірами. У статеві клітини (яйцеклітини і сперматозоїди) в результаті поділу мейозом з кожної пари потрапляє одна хромосома, тому хромосомний набір гамет гаплоїдний (23 хромосоми), позначається п і називається генотипом.
Після завершення поділу клітини хромосоми деспіралі- ся, в ядрах стають видимими тільки їх фрагменти. Це так званий хроматин - форма існування хромосом в клітині в період її спокою. Він може бути представлений грудочки, гранулами і сетевідниє структурами.
Основу хроматину утворює ДНК, пов'язана з білками. Видима частина хроматину є спіралізован-
Мал. 1.5. Набір хромосом соматичних клітин жінки (А) і чоловіки (6)
ні, неактивні в генетичному відношенні ділянки хромосом; деспіралізованние (розкручені) ділянки хромосом не помітні під світловим мікроскопом, тут синтезується РНК, за допомогою якої зчитується інформація (послідовність нуклеотидів) з молекули ДНК. Згодом ця інформація реалізується в синтезі білка.
Ділянка молекули ДНК, що несе спадкову інформацію про будь-якому ознаці (структурі білкової молекули), носить назву ген (Від грец. genos - рід, походження). Сукупність генів даного організму називається геномом. Цей термін ввів німецький вчений белошей. Геном можна порівняти зі словником, куди записані всі слова даної мови. У гомологічних хромосомах закодовані подібні ознаки, т. Е. Вони несуть однакові гени. На основі багаторічних досліджень були побудовані карти геному людини. Так, наприклад, було встановлено, що гени, що визначають колір очей або волосся, розташовані в кількох хромосомах.
У кожний певний період життя доступними для синтезу РНК стають тільки певні фрагменти молекули ДНК. Таким чином, незважаючи на те, що кожна клітина організму містить однаковий набір генів, в активному стані знаходиться лише частина з них. ці гени експресувати (Від лат. expressio - вираз), всі інші гени неактивні. З експресувати генами пов'язаний синтез тільки певних білків, необхідних на даному етапі зростання і розвитку. Одні гени відповідають за синтез ембріональних білків, інші - білків дорослого організму. У будь-якій клітині існує також велика кількість білків-регуляторів, які здатні заблокувати або активізувати певні ділянки ДНК. Такі білки уможливлюють виборчу активність генів: вони зв'язуються з генами-регуляторами, в результаті чого починається або припиняється синтез даного білка. Так визначається шлях спеціалізації даної клітини: вона може стати нервової, епітеліальної, м'язової та ін., Т. Е. диференціюється (Від лат. differentia - відмінність).
У клітці синтезуються не тільки білки, необхідні для даної клітини, але і безліч поліпептидів і білків, що входять до складу міжклітинної речовини і беруть участь у взаємодіях клітин в тканинах і органах. В процесі розвитку поступово встановлюються зв'язки як між сусідніми клітинами, так і між клітинами, вилученими друг від друга. Завдяки цим зв'язкам досягається цілісність організму.
В цитоплазмі клітин розрізняють основну речовину - матрикс (Від лат. matrix - основа), або гіалоплазму (від грец. hyalos - скло, плазма), різні включення і органели (органели) (див. рис. 1.3).
Основна речовина цитоплазми - гіалоплазма заповнює всі внутрішньоклітинного простору і утворює внутрішнє середовище клітини, об'єднуючи і забезпечуючи взаємодію всіх її структур. До складу гіалоплазми входять вода, органічні (білки, вуглеводи, ліпіди) і неорганічні (Na+, До+, Са2+ та ін.) речовини.
Цитоплазма клітини містить різноманітні структури. Одні з них - непостійні, звані включеннями, зустрічаються не у всіх типах клітин, в процесі життєдіяльності клітини вони можуть з'являтися і зникати. Щільні включення називаються гранулами. Рідкі речовини містяться в вакуолях (Від лат. vacuus - порожній), що мають вигляд порожнин, обмежених мембраною. У вигляді включень накопичуються продукти обміну клітини (пігменти, білкові гранули), запасні поживні речовини (глікоген, краплі жиру), а також речовини, що підлягають виведенню, наприклад гранули секрету.
Постійні цитоплазматичні структури називаються органоидами, або органеллами (Від грец. organon - орган). Органели відрізняються особливостями будови і виконуваними функціями. Виділяють органели загального призначення, які зустрічаються у всіх типах клітин, і спеціальні, пов'язані з функцією клітини.
До органоидам загального призначення відносять канальцевую і вакуолярного системи у вигляді гладкої і гранулярних ендоплазматичної мережі і апарату Гольджі, мітохондрії, рибосоми, лізосоми, мікрофібрили і мікротрубочки, цент- ріоліт клітинного центру.
канальцева і вакуолярна системи клітини утворюються сполученими трубчастими і сплощеними порожнинами (цистернами), обмеженими мембранами. Виділяють гладку і гранулярную (шорстку) ендоплазматичну мережу. особливість будови гранулярной мережі полягає в тому, що до її мембран прикріплюються рибосоми, на яких синтезуються білки. Багато білки використовуються самою клітиною (білки плазматичних мембран, ферменти), інші видаляються з неї (наприклад, білки, що входять до складу секрету в залізистих клітинах).
мембрани гладкою ендоплазматичної мережі не мають рибосом. Вона бере участь в обміні вуглеводів, жирів і інших речовин небілкової природи, наприклад деяких гормонів. За канальцям і цистерн ендоплазматичної мережі речовини переміщаються від місця синтезу в клітині в зону їх дозрівання і упаковки - апарат Гольджі. У секреторних клітинах формуються гранули секрету. В добре розвиненою гладкою ендоплазматичної мережі клітин печінки руйнуються і знешкоджуються шкідливі та отруйні речовини, а також деякі ліки. В гладкої ендоплазматичної мережі поперечно-смугастих м'язових волокон накопичуються іони кальцію, які відіграють важливу роль в процесі скорочення м'язів.
Апарат Гольджі - це система численних мембранних канальців і бульбашок. У ньому виникають секреторні пухирці, або вакуолі, вміст яких складають білки та інші сполуки, що підлягають виведенню з клітини. В апараті Гольджі ускладнюється структура білкових молекул, утворюються комплекси білків з полісахаридами (глікопротеїни) і ліпідами (ліпопротеїни), а також сполуки вуглеводів з ліпідами (гліколіпіди). Ці речовини виявляються в складі клітинних мембран, в тому числі зовнішньої плазматичної мембрани.
В апараті Гольджі також відбувається утворення лізо- сом (Від грец. lysis - розкладання, розпад), функція яких полягає у внутрішньоклітинному перетравленні різних з'єднань і структур. Лізосоми являють собою оточені мембраною бульбашки, що містять набір ферментів, які каталізують розщеплення білків, жирів, полісахаридів і нуклеїнових кислот.
мітохондрії - це цитоплазматичні структури округлої або паличкоподібні форми. У більшості клітин їх кількість коливається від 150 до 1500, проте в жіночих статевих клітинах (яйцеклітинах) їх число досягає декількох сотень тисяч, в чоловічих же (сперматозоїдах) присутня лише одна гігантська, спірально закручена навколо осьової частини джгутика мітохондрія. Оболонка мітохондрії складається з двох мембран, що розрізняються за хімічним складом, набору ферментів і функцій. Зовнішня мембрана гладка, а внутрішня - утворює листоподібні або трубчасті випинання - Крісті. В основній речовині, що заповнює митохондрию {Матриксе), накопичуються іони кальцію і магнію, а також глікоген. Тут же розміщується власний апарат біосинтезу білка, представлений 2-6 копіями кільцевої молекули ДНК, рибосомами і РНК.
Головні функції мітохондрій - ферментативне окислення хімічних речовин (глюкози), а також синтез і накопичення багатих енергією молекул ЛТФ. В енергетичній функції мітохондрій активно задіяні як компоненти матриксу, так і внутрішня мембрана. Мітохондрії беруть участь також в синтезі деяких амінокислот та стероїдних гормонів.
рибосоми - це структури клітини, утворені рібосо- мальной РНК - рРНК, і білком. Одна молекула мРНК зазвичай об'єднує кілька рибосом на зразок нитки бус. Таку структуру називають полисомой (Від грец. poly - численний). Рибосоми або вільно розташовуються в основній речовині цитоплазми, або пов'язані з гранулярних ендоплазматичної мережею. На рибосомах відбувається синтез білка. На полісомах гіалоплазми утворюються білки для власних потреб клітини, тоді як на полісомах гранулярной мережі синтезуються білки, що виводяться з клітки і використовуються для потреб організму (травні ферменти, білки грудного молока і ін.).
До органоидам загального призначення крім названих утворень відносять деякі постійні структури цитоплазми, позбавлені мембран, - мікротрубочки, клітинний центр та мікрофіламенти. микротрубочки - трубчасті утворення різної довжини. Вони або вільно розташовуються в цитоплазмі, або представлені у вигляді структурних елементів: джгутиків, війок і мітотичного веретена. Микротрубочки входять також до складу центріолей. Микротрубочки, що знаходяться у вільному стані, виконують опорну функцію, визначаючи форму клітини, а також направляють переміщення внутрішньоклітинних компонентів.
клітинний центр утворений двома центриолями (Від лат. centmm - центр). Під електронним мікроскопом центриоль має вигляд порожнього циліндра, стінка якого утворена мікротрубочками. Центриоли утворюють базальні тільця в підставі джгутиків і війок. Центриоли формують нитки мітотичного веретена, розташовуючись біля полюсів клітини при се розподілі, і забезпечують розбіжність хромосом.
микрофиламентами (Від лат.filamentum - нитка) називають довгі тонкі структури в цитоплазмі, іноді утворюють пучки. Існує кілька різних типів мікрофіла- ментів. Актіповие мікрофіламенти, завдяки присутності в них скорочувального білка актину, беруть участь в русі клітин, а також органел і компонентів гіалоплазми всередині клітини. В епітеліальних, нервових, м'язових, сполучнотканинних клітинах є інші види філамен- тов, побудованих з різних білків і виконують каркасну функцію.
спеціальні органели пов'язані з певною функцією, виконуваної клітиною. До них відносяться, наприклад, микроворсинки всмоктуючої поверхні епітеліальних клітин кишечника, вії епітелію трахеї і бронхів, синаптичні бульбашки нервових клітин, міофібрили м'язових клітин і ін.
Клітинні мембрани - мембрани клітини і внутрішньоклітинних органоїдів - відіграють важливу роль у структурній і функціональній організації клітини. Мембрани виконують ряд функцій: захисну, бар'єрну - забезпечують виборчу проникність для речовин або перешкоджають їх вільному проходженню, беруть участь в перерозподілі речовин, завдяки чому встановлюється і підтримується склад внутрішньоклітинної середовища, найбільш сприятливий для протікання реакцій обміну речовин.
Будова всіх мембран має схожі риси. В даний час загальноприйнятою є рідинно-мозаїчна модель мембрани. Відповідно до неї мембрана утворена двома шарами ліпідів, в які на різну глибину з зовнішньої і внутрішньої сторони занурені молекули білків (рис. 1.6).
ліпідний компонент мембрани робить її проникною для жиророзчинних речовин. Молекули холестерину «розчинені» всередині ліпідного бішару. Холестерин обмежує плинність мембран, пов'язуючи «хвости» фосфолі-
Мал. 1.6. Будова плазматичноїмембрани
пидов двох шарів між собою. білки мембрани виконують різні функції. Білки-переносники утворюють тимчасовий комплекс з транспортується через мембрану молекулою і змінюють свою конфігурацію таким чином, що молекула опиняється по інший бік мембрани. Потім комплекс розпадається, і молекула звільняється. Таке переміщення речовин характеризується високою швидкістю і може відбуватися навіть проти градієнта концентрації. Мембранні білки можуть виконувати також функції ферментів. З їх участю в клітці відбувається обмін речовин.
Білкові молекули мембран утворюють іонні канали. На відміну від білків-переносників, такі каналообразующие білки формують в мембранах спеціальні пори. Майже всі канали служать для перенесення іонів, головним чином іонів Na+, До+, Са2+ або СГ, тому вони називаються іонними. Іонні канали мають високу виборчої здатністю, т. Е. Пропускають тільки певні іони. Неоднакове розподіл неорганічних і органічних речовин зовні і всередині клітини створює слабкий електричний заряд на мембрані - мембранний потенціал. Зазвичай в спокої будь-яка клітина має на поверхні позитивний (+) заряд, а всередині - негативний (-). При порушенні клітини заряд її мембрани змінюється на протилежний.
Клітинна мембрана зовні покрита шаром глікокалік- са (Від грец. glykos - солодкий і лат. callum - товста шкіра) (див. рис. 1.6), основу якого складають комплекси полісахаридів з білками (глікопротеїни) і жирами (гліколіпіди). Основна функція глікокаліксу - забезпечення взаємодії клітини з позаклітинної середовищем і сусідніми клітинами. Деякі входять до складу глікокаліксу глікопротеїни здатні створювати негативний заряд на поверхні деяких клітин, наприклад на еритроцитах, що запобігає їх склеювання.
Зсередини до мембрани примикає шар цитоплазми, в якому невідомі рибосоми і вакуолі, але досить багато микротрубочек і мікрофіламентів, що містять скоротні білки. Вони утворюють остов клітини - цитоскелет, визначають її форму і заходять глибоко в цитоплазму. У пластах сусідні клітини утримуються завдяки наявності різного виду міжклітинних контактів - ділянок мембрани, що мають складну будову.
Жива клітина здатна реагувати на фізичні і хімічні зміни її середовища. Ця здатність живої клітини називається збудливістю. Перехід зі стану фізіологічного спокою в робочий стан називається збудженням. Збуджена клітина виконує властиву їй функцію: залозиста клітина виділяє секрет, м'язова клітина скорочується, в нервовій клітині виникає, поширюється по відростках і передається на інші клітини слабкий електричний сигнал - нервовий імпульс. При порушенні клітини відбувається цілий комплекс процесів: змінюються мембранний потенціал, споживання кисню, посилюються біосинтез і розпад речовин - це так звані неспецифічні ознаки збудження, характерні для будь-якої клітини. У той же час скорочення м'язової клітини, проведення нервового імпульсу, виділення секрету залозистої кліткою - це специфічні ознаки прояви процесу збудження в певних клітинах.
При порушенні клітини відкриваються Na+- і К+-канали, і по градієнту концентрації іони натрію надходять всередину клітини. Це веде до зменшення мембранного потенціалу до нуля і подальшого збільшення різниці потенціалів зовні і всередині клітини до +50 мВ зі зміною знака на протилежний. Внаслідок цього Na'-канали закриваються. Потім мембранний потенціал відновлюється. Схема, що ілюструє механізм збудження і гальмування клітини, наведена на рис. 1.9.
Відомо, що поляризація клітинних мембран, характерна для дорослого організму, встановлюється не відразу. У новонароджених діапазон коливань мембранного потенціалу спокою дуже великий. З віком він стає більш постійним.