Раздел 1. ЛЕКЦИЯ 1. Общая цитология

Раздел 1

ЛЕКЦИЯ 1

Общая цитология

1. Клеточное строение животного организма

2. Химический состав клетки и ее жизненные свойства

Внешне люди сильно отличаются друг от друга. Большие и маленькие, высокие и низкие, светлокожие и темнокожие... Присмотритесь к себе и своим друзьям и вы убедитесь, что каждый человек индивидуален. И все же в главном мы похожи: наши тела построены и функционируют по общим законам.

Наше тело, как и тело всех многоклеточных организмов, состоит из клеток. Клеток в организме человека многие миллиарды — это его главный структурный и функциональный элемент.

Кости, мышцы, кожа — все они построены из клеток. Клетки активно реагируют на раздражение, участвуют в обмене веществ, растут, размножаются, обладают способностью к регенерации и передаче наследственной информации.

Клетки нашего организма очень разнообразны. Они могут быть плоскими, круглыми, веретенообразными, иметь отростки. Форма зависит от положения клеток в организме и выполняемых функций. Размеры клеток тоже различны: от нескольких микрометров (малый лейкоцит) до 200 микрометров (яйцеклетка). При этом, несмотря на такое многообразие, большинство клеток имеют единый план строения: состоят из ядра и цитоплазмы, которые снаружи покрыты клеточной мембраной {оболочкой).

Ядро есть в каждой клетке, кроме эритроцитов. Оно несет наследственную информацию и регулирует образование белков. Наследственная информация обо всех признаках организма хранится в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

ДНК является основным компонентом хромосом. У человека в каждой неполовой (соматической) клетке их 46, а в половой клетке 23 хромосомы. Хромосомы хорошо видны только в период деления клетки. При делении клетки наследственная информация в равных количествах передается дочерним клеткам.

Снаружи ядро окружает ядерная оболочка, а внутри него находится одно или несколько ядрышек, в которых образуются рибосомы — органоиды, обеспечивающие сборку белков клетки.

Ядро погружено в цитоплазму, состоящую из гиалоплазмы (от греч. «гиалинос» — прозрачный) и находящихся в ней органоидов и включений. Гиалоплазма образует внутреннюю среду клетки, она объединяет все части клетки между собой, обеспечивает их взаимодействие.

Органоиды клетки — это постоянные клеточные структуры, выполняющие определенные функции. Познакомимся с некоторыми из них.

Эндоплазматическая сеть напоминает сложный лабиринт, образованный множеством мельчайших канальцев, пузырьков, мешочков (цистерн). В некоторых участках на ее мембранах расположены рибосомы, такую сеть называют гранулярной (зернистой). Эндоплазматическая сеть участвует в транспорте веществ в клетке. В гранулярной эндоплазматической сети образуются белки, а в гладкой (без рибосом)— животный крахмал (гликоген) и жиры.

Комплекс Гольджи представляет собой систему плоских мешочков (цистерн) и многочисленных пузырьков. Он принимает участие в накоплении и транспортировке веществ, которые образовались в других органоидах. Здесь также синтезируются сложные углеводы.

Митохондрии — органоиды, основной функцией которых является окисление органических соединений, сопровождающееся высвобождением энергии. Эта энергия идет на синтез молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая служит как бы универсальным клеточным аккумулятором. Энергию, заключенную в ЛТФ, клетки затем используют на различные процессы своей жизнедеятельности: выработку тепла, передачу нервных импульсов, мышечные сокращения и многое другое.

Лизосомы, небольшие шарообразные структуры, содержат вещества, которые разрушают ненужные, утратившие свое значение или поврежденные части клетки, а также участвуют во внутриклеточном пищеварении.

Снаружи клетка покрыта тонкой (около 0,002 мкм) клеточной мембраной, которая отграничивает содержимое клетки от окружающей среды. Основная функция мембраны — защитная, но она воспринимает также и воздействия внешней для клетки среды. Мембрана не сплошная, она полупроницаема, через нее свободно проходят некоторые вещества, г. е. она выполняет и транспортную функцию. Через мембрану осуществляется и связь с соседними клетками.

Вы видите, что функции органоидов сложны и многообразны. Они играют для клетки ту же роль, что и органы для целостного организма.

Продолжительность жизни клеток нашего организма различна. Так, некоторые клетки кожи живут 7 дней, эритроциты — до 4 месяцев, а вот костные клетки — от 10 до 30 лет

Химический состав клетки. В состав клетки входят органические и неорганические соединения. Основу неорганических соединений клетки составляют вода (ее больше всего в клетке) и растворенные в ней минеральные вещества (рис. 6).

Рис. 6. Химический состав клеток организма человека.

Вода необходима для всех жизненных процессов, в водном растворе происходят химические взаимодействия веществ в клетке. С водой из клетки удаляются образующиеся в результате химических реакций вещества.

Минеральные вещества содержатся в цитоплазме и ядре клеток в малых количествах, но их роль в жизни клеток велика: они входят в состав биологически активных веществ. Наиболее важны для процессов жизнедеятельности клетки соли калия, натрия, кальция, магния и др.

Осуществление всех основных функций клетки связано с содержащимися в ней органическими веществами. Для клеток жизненно важными являются высокомолекулярные, имеющие очень сложное строение, органические соединения: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Белки – основные и наиболее сложно построенные вещества любой живой клетки. По размерам белковые молекулы в сотни и тысячи раз больше молекул неорганических соединений. Белки — строительный материал клеток, они осуществляют защитную функцию, ускоряют химические реакции, выполняя роль биологических катализаторов (ферменты) и др. Без белков нет жизни.

Жиры и углеводы имеют менее сложное строение по-сравнению с белками. Они также входят в состав клеточных структур и служат источником энергии для процессов жизнедеятельности организма.

Нуклеиновые кислоты (рис. 7) образуются в клеточном ядре. Отсюда и произошло их название (от лат. нуклеус – ядро). Нуклеиновые кислоты входят в состав хроматина и участвуют в хранении и передаче наследственных свойств и функций организма.

Жизненные свойства клетки. Одно из основных свойств клетки – обмен веществ. Из межклеточного вещества в клетки постоянно поступают питательные вещества и кислород. Вещества, поступившие в клетку, участвуют в процессах биосинтеза. Биосинтез – это образование белков, жиров, углеводов из более простых веществ. Причем в процессе биосинтеза образуются вещества, характерные для определенных клеток организма. Например, синтезирующиеся в клетках мышц особые белки актин и миозин, обеспечивают их сокращение.

Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате распада образуются более простые вещества. Большая часть реакций распада идет с участием кислорода и освобождением энергии, которая расходуется на жизненные процессы, протекающие в клетке. Биосинтез и распад соединений составляют процесс обмена веществ, который сопровождается превращением энергии.

Клетки тела человека растут и размножаются делением пополам. Каждая из образовавшихся дочерних клеток, достигнув размеров материнской, тоже делится и выполняет ее функцию.

Продолжительность жизни клеток различна: от нескольких часов до десятков лет.

Живые клетки способны реагировать на физические и химические изменения окружающей их среды. Это свойство клеток называют возбудимостью. При этом из состояния покоя клетки переходят в состояние возбуждения.

В возбужденном состоянии клетки организма выполняют свойственные им функции: железистые клетки образуют и выделяют биологически активные вещества, мышечные – сокращаются и расслабляются, в нервных клетках возникает нервный импульс — слабый электрический сигнал, который может распространяться по нерву. При возбуждении в клетках изменяются скорость биосинтеза и распада веществ, потребление кислорода, температура.
Все жизненные свойства клеток: обмен веществ, рост, размножение, возбудимость и др. поддерживаются и обеспечиваются относительным постоянством состава внутренней среды организма. Ее составляют три типа жидкости:1) межклеточная (тканевая жидкость), с которой непосредственно соприкасаются клетки, 2) кровь и 3) лимфа (рис. 8). Внутренняя среда обеспечивает клетки веществами, необходимыми для их жизнедеятельности, через нее удаляются продукты распада. Внутренняя среда организма имеет относительно постоянные состав и физико-химические свойства. Только при этих условиях происходит обмен веществ между клетками и внутренней средой, и клетки могут нормально функционировать.