Полная версия

Главная arrow Медицина arrow Валеология

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

КЛЕТКА, ЕЕ СТРУКТУРА И ПРОТЕКАЮЩИЕ В НЕЙ ПРОЦЕССЫ

Клетка — это наименьшая структурная единица организма. Изучение строения и функций клеток, их взаимодействие между собой — основа к пониманию такого сложного организма, как человек. Клетка активно реагирует на раздражения, выполняет функции роста и размножения; способна к самовоспроизведению и передаче генетической информации потомкам; к регенерации и приспособлению к окружающей среде.

В организме взрослого человека различают около 200 типов клеток, которые отличаются формой, строением, химическим составом и характером обмена веществ. Несмотря на большое разнообразие, каждая клетка любого органа представляет собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных между собой частей: цитоплазмы, ядра и цитолеммы.

Цитоплазма состоит из полупрозрачной гиалоплазмы (от лат. ИуаНпоз — прозрачный) — основного вещества цитоплазмы и находящихся в ней органелл и включений.

Гиалоплазма представляет собой сложную коллоидную систему, которая заполняет пространственную среду между клеточными ор-ганеллами. В гиалоплазме содержатся: вода (90%), белки, аминокислоты, полисахариды, нуклеотиды, соли, ферменты и другие соединения. Гиалоплазма объединяет различные структуры клетки и обеспечивает их взаимодействие.

Органеллы — это структуры клетки, выполняющие определенные жизненно важные функции. Различают органеллы общего значения и специальные, мембранные и немембранные. Органеллы общего значения присутствуют во всех клетках, а органеллы специального значения встречаются в специализированных клетках.

Мембранные органеллы — это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участники цитоплазмы, отделенные от гиалоплазмы мембранами. К мембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пероксисомы.

Эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы и пероксисомы образуют единую, ограниченную мембранами вакуолярную систему клетки, участвующую в синтезе и транспорте различных важных для жизнедеятельности клетки веществ.

Эндоплазматическая сеть образована группами вакуолей или трубочек, совокупность которых напоминает сеть. Она неоднородна по строению. Известны два типа эндоплазматической сети — зернистая и незернистая. У зернистой сети на мембранах трубочек располагается множество мелких округлых телец — рибосом. Мембраны незернистой эндоплазматической сети не имеют рибосом на своей поверхности. Основная функция зернистой эндоплазматической сети — участие в синтезе белка. На мембранах незернистой эндоплазматической сети происходит синтез липидов и полисахаридов.

Комплекс Гольджи (внутренний сетчатный аппарат) обычно расположен около клеточного ядра, состоит из уплощенных цистерн, окруженных мембраной. Рядом с группами цистерн находится множество мелких пузырьков. Комплекс Гольджи участвует в накоплении продуктов, синтезированных в эндоплазматической сети и выведении образовавшихся веществ за пределы клетки. Кроме этого комплекс Гольджи обеспечивает формирование лизосом и пероксисом.

Лизосомы представляют собой мембранные мешочки, наполненные активными химическими веществами (ферментами), расщепляющими белки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты.

Пероксисомы — это небольшие овальной формы тельца, содержащие ферменты, разрушающие пероксид водорода (Н20-,), который токсичен для клеток.

Митохондрии (от греч. тИоз — нить, сНоп(1поп — зерно, гранула) называют «энергетическими станциями клетки». Это палочковидные, нитевидные или шаровидные органеллы диаметром около 0,5 мкм, длиной от 1 до 10 мкм. В отличие от других органелл митохондрии ограничены не одной, а двумя мембранами. Наружная мембрана имеет ровные контуры и отделяет митохондрию от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана ограничивает содержимое митохондрий и образует многочисленные складки, выпячивания — гребни (крипты). Основная функция митохондрий — образование АТФ (аденозинтрифосфоррной кислоты) — важного для функций клеток энергетического материала. Окисление органических веществ и образование небольших количеств АТФ происходит в отсутствии кислорода (анаэробное окисление, гликолиз). На этом этапе подготавливается «топливо» для митохондрий. Синтез основной массы АТФ осуществляется с потреблением кислорода и происходит на мембранах митохондрий.

К немембранным органеллам относят опорный аппарат клетки, клеточный центр, микрофиламенты, микротрубочки, рибосомы.

Опорный аппарат, или цитоскелет, обеспечивает клетке способность сохранять определенную форму, а также осуществлять направленное движение. Цитоскелет представлен белковыми нитями (активными филаментами), которые пронизывают всю цитоплазму клетки, заполняя пространство между ядром и цитолеммой. Активные филаменты, располагаясь в мышечных волокнах и клетках, обеспечивают их сокращение.

Микрофиламенты лежат непосредственно под цитолеммой и участвуют в движении клетки.

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры, состоящие из белка тубулина. Они являются основными структурами ресничек и жгутиков, обеспечивают их подвижность.

Клеточный центр (цитоцентр) состоит из центриолей и окружающего их плотного вещества — центросферы. Располагается клеточный центр возле ядра клетки. Центриоли — это полые цилиндры, стенки которых состоят из 9 триплетов — тройных микротрубочек. Обычно в неделящейся клетке присутствуют две центриоли: материнская и дочерняя, которые располагаются под углом друг к другу. При подготовке клетки к делению происходит удвоение центриолей, так что в клетке перед делением образуется четыре центра. Центросфера — это особая зона вокруг центриолей, состоящая из микротрубочек, радиально отходящих от центросферы. Центриоли и центросфера участвуют в формировании в делящихся клетках веретена деления и располагаются на его полюсах.

Рибосомы представляют собой гранулы 15—35 нм в диаметре. В их состав входят белки и молекулы РНК. Располагаются рибосомы в цитоплазме свободно или фиксированы на мембранах зернистой эндоплазматической сети. Рибосомы участвуют в сборе молекул белка, объединении аминокислот в цепи в строгом соответствии с генетической информацией, заключенной в ДНК.

Включения цитоплазмы являются необязательными компонентами клетки. Они возникают и исчезают в зависимости от функционального состояния клетки. Основное место локализации включений — цитоплазма. В ней они накапливаются в виде капель, гранул, кристаллов. Различают включения трофические (питательные), секреторные и пигментные. К трофическим включениям относят гранулы гликогена в клетках печени, белковые гранулы в яйцеклетках, капли жира в жировых клетках и т.д. Секреторные включения образуются в клетках железистого эпителия в виде секреторных гранул. Примером пигментных включений служит гемоглобин в эритроцитах крови и меланин — в клетках радужки глаза.

Строение и функции биологических мембран. Цитолемма, как и все биологические мембраны, включая и внутренние клеточные мембраны, состоит из липидных и белковых молекул, образующих несколько слоев. Основной структурой любой биологической мембраны является непрерывный двойной слой липидных молекул — липидный бислой. Он обеспечивает непроницаемость мембран для

большинства водорастворимых молекул. Липиды составляют около 50% массы плазматической мембраны. Их молекулы имеют гидрофильную (любящую воду) головку и гидрофобные (боящиеся воды) концы. Липидные молекулы располагаются в мембране таким образом, что гидрофобные концы находятся между двумя слоями, образованными гидрофильными головками.

Молекулы белка погружены в билипидный слой на разную глубину. В плазматической мембране количество белка составляет половину ее массы.

Углеводы на поверхности мембраны представлены полисахаридными цепочками, которые прикрепляются к мембранным белкам и липидам. Масса углеводов в плазматической мембране колеблется от 2 до 10%. Углеводы, располагаясь на внешней поверхности клеточной мембраны, образуют надмембранный слой — гликока-ликс, принимающий участие в процессах межклеточного узнавания.

Одна из основных жизненно важных функций плазматической мембраны — транспортная функция. Она обеспечивает поступление в клетку питательных энергетических веществ, выведение продуктов обмена и биологически активных веществ (секретов), регулирует прохождение в клетку и из клетки различных ионов. Существуют несколько механизмов для поступления веществ в клетку и выхода их из клетки: диффузия, активный транспорт, экзо- или эндоцитоз.

Диффузия — это движение молекул или ионов из области с высокой их концентрацией в область с более низкой концентрацией. За счет диффузии осуществляется транспорт через мембраны молекул кислорода и углекислого газа. Ионы и молекулы глюкозы, аминокислот, жирных кислот диффундируют через мембраны медленно. Направление диффузии ионов определяется двумя факторами: один из этих факторов — их концентрация, другой — электрический заряд. Ионы обычно перемещаются в область с противоположным зарядом, отталкиваясь из области с одноименным зарядом, диффундируют из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Активный транспорт — это перенос молекул или ионов через мембраны с потреблением энергии против градиента концентрации. Энергия (расщепление АТФ) необходима потому, что вещества должны двигаться вопреки их естественному стремлению диффундировать в противоположном направлении. Примером активного транспорта ионов является натрий-калиевый насос (№+, К+-насос). С внутренней стороны мембраны к ней поступают ионы №+ , АТФ, а с наружной — ионы К+. На каждые два полученных клеткой иона К+ из клетки выводятся три иона №+. Вследствие этого содержимое клетки становится отрицательно заряженным по отношению к внешней среде, а между двумя поверхностями мембран возникает разность потенциалов.

Перенос через мембрану крупных молекул нуклеотидов, аминокислот и т.д. осуществляют мембранные транспортные белки, белки-переносчики и каналообразующие белки. Белки-переносчики, связываясь с молекулой вещества, переносят его через мембрану. Этот процесс может быть как пассивным, так и активным. Каналообразующие белки формируют заполненные тканевой жидкостью поры, которые пронизывают липидный бислой. Эти каналы имеют ворота, открывающиеся на короткое время в ответ на специфические процессы, происходящие в мембране.

Эндоцитоз и экзоцитоз — это два процесса, посредством которых осуществляется перенос макромолекул и крупных частиц через мембрану в клетку (эндоцитоз), либо из клетки (экзоцитоз). При эндо-цитозе плазматическая мембрана образует выпячивания и выросты, которые, отшнуровываясь, превращаются в пузырьки. Оказавшись в пузырьках, частицы или жидкость переносятся внутрь клетки.

Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу, при котором содержимое транспортных или секреторных пузырьков выделяется во внеклеточное пространство. При этом пузырьки проходят через мембрану и раскрываются на ее поверхности.

Клеточная мембрана обладает также большим количеством чувствительных образований — рецепторов, способных воспринимать воздействия различных химических и физических раздражителей.

Межклеточные соединения (соединения мембран) обеспечивают передачу химических и электрических сигналов, участвуют во взаимоотношениях клеток друг с другом. Существуют простые, плотные, щелевидные, синаптические межклеточные соединения. В простых соединениях цитолеммы двух клеток соприкасаются.

В местах плотных межклеточных соединений цитолеммы двух клеток максимально сближены, местами склеиваются, образуя как бы одну мембрану. При щелевидных соединениях между двумя цитолеммами имеется очень узкая щель (2—3 нм). Синаптические соединения (синапсы) характерны для контактов друг с другом нервных клеток. В них сигнал (нервный импульс) способен передаваться только в одном направлении.

С помощью контактов клетки соединяются с соседними клетками или внеклеточными структурами. Плотные контакты делают невозможным прохождение через них даже небольших молекул.

Щелевидные контакты и синапсы в наибольшей степени обеспечивают передачу химических и электрических сигналов, поэтому их называют коммуникативными контактами клеток.

Ядро клетки. Ядро — обязательный компонент клетки. Оно содержит генетическую информацию и регулирует белковый синтез. Ядро имеет чаще всего шаровидную или яйцевидную форму. Возможны и другие формы ядра: бобовидная, палочковидная, сегментированная. Ядро неделящейся клетки состоит из ядерной оболочки, нуклеоплазмы, хроматина и ядрышка.

Ядерная оболочка (нуклеолемма) отделяет содержимое ядра от цитоплазмы и регулирует транспорт веществ между ядром и цитоплазмой. Оболочка состоит из наружной и внутренней мембран, разделенных перинуаклеарным пространством. Наружная ядерная мембрана непосредственно соприкасается с цитоплазмой клетки, с эндоплазматической сетью. На поверхности мембраны, обращенной к цитоплазме, находятся многочисленные рибосомы. Ядерная оболочка имеет закрытые диафрагмой ядерные поры, через которые осуществляется обмен между ядром и цитоплазмой. Из ядра выходят молекулы РНК, а поступают в ядро белки и нуклеотиды.

Нуклеоплазма содержит белки, нуклеотиды, различные РНК и ферменты. В ней расположен хроматин и одно или несколько ядрышек.

Хроматин — это участки плотного вещества в ядре, содержащие ДНК. Благодаря способности хорошо окрашиваться различными красителями, этот компонент ядра и получил название «хроматин» (от греч. chroma — цвет, краска). Хроматин в период между делением ядра представляет разрыхленную субстанцию. В этот период он находится в активном состоянии, обеспечивая синтез РНК. Во время деления клетки происходит уплотнение хроматина, образуются нитевидные структуры — хромосомы. В этот период хромосомы являются распределителями и передатчиками генетического материала во вновь образующиеся дочерние клетки. В хромосомах ДНК представляет собой линейные молекулы, содержащие множество генов (геномов). Ген — это ряд последовательно расположенных в ДНК нуклеотидов.

Для каждого вида животных характерно определенное число хромосом. У человека в клетках 46 хромосом, т.е. 23 пары хромосом (диплоидный, двойной набор). Каждая пара различается по форме и величине. Хромосомы 23-й пары называются половыми. В клетках женского организма содержится симметричная пара половых хромосом, так называемая А'-хромосома. В клетках мужского организма пара половых хромосом несимметрична, одна хромосома — А'-хро-мосома — такая же, как и в клетках женского организма, вторая отличается от нее по форме и называется У-хромосомой. Таким образом, у женщин 23-я пара хромосом — это ХХ-хромосомы, а у мужчин ХУ-хромосомы. Каждая половая клетка содержит 23 хромосомы (гаплоидный, одинарный набор). Во всех яйцеклетках 23-я хромосома только Х-хромосома, а в сперматозоидах либо Х-хромо-сома, либо У-хромосома.

Ядрышко — самая плотная структура ядра. Это несамостоятельная структура ядра, производное хромосом, место образования рибосомных РНК, участвует в синтезе белка. Состоит ядрышко из фибриллярных структур (тонких волоконец), расположенных в центре ядра, и гранулярного компонента по его периферии.

Химический состав клетки. Все клетки животных и растений сходны не только по строению, но и по химическому составу. Они содержат как неорганические, так и органические вещества.

В состав клетки входит более 100 химических элементов. При этом на долю шести из них: углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы приходится около 99% общей массы клеток. Химические элементы находятся в клетках либо в виде ионов, либо в виде соединений.

Первое место среди веществ клетки занимает вода, которая составляет около 70% массы клетки. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водной среде. Вода обладает теплоемкостью и теплопроводностью. Благодаря этим свойствам в клетке поддерживается тепловое равновесие. Вода является основным средством передвижения веществ в клетке и организме; многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе, и в водном же растворе выводятся из клетки отработанные продукты. Вода определяет физические свойства клетки — ее объем, упругость, при потере большого количества воды организмы погибают.

К неорганическим веществам клетки, кроме воды, относятся соли. Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы К+, №+, Са2+, 1У^2+, а также анионы Н2Р04-, С1~, НС03-. Концентрация катионов и анионов во внутриклеточной и внеклеточной средах различна. Так, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень низкая — ионов натрия. Напротив, в окружающей клетку среде — в тканевой жидкости меньше ионов калия и больше ионов натрия. Пока клетка жива, эти различия в концентрациях ионов калия и натрия между клеточной и межклеточной средами сохраняются постоянно. После гибели клетки содержание ионов в клетке и окружающей среде быстро выравнивается.

Органические вещества клетки (табл. 1) относятся почти все к соединениям углерода. Благодаря небольшому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электронов атом углерода может образовывать четыре прочные ковалентные связи с другими атомами, создавая большие и сложные молекулы. Углеродосодержащие вещества характерны только для живых клеток и организмов. Большинство органических соединений, входящих в состав клетки, характеризуются большим размером молекул, поэтому их называют макромолекулами (от греч. macros — большой). Такие молекулы состоят из повторяющихся сходных по структуре и связанных между собой соединений — мономеров (от греч. monos — один). Образованную мономерами макромолекулу называют полимером (от греч. poly — много).

Таблица 1

Основные сложные органические химические вещества, присутствующие в клетках человека, их состав и функции

Органические вещества (биомолекулы)

Строительные блоки

Главные функции

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Нуклеотиды (азотистое основание + углерод + фосфорная кислота)

Генетический материал

РНК (рибонуклеиновая кислота)

Нуклеотиды

Матрица для синтеза белка

Белки

Аминокислоты

Строительная, ферментативная, двигательная, транспортная, защитная, энергетическая

Полисахариды

Глюкоза

Запас энергии на короткое время

Липиды

Жирные кислоты

Компоненты мембран, запас энергии на длительное время

Белки составляют основную массу цитоплазмы и ядра клетки. В состав всех белков входят атомы серы, фосфора. Каждая молекула белка состоит из тысячи атомов, например молекула белка гемоглобина (С3832 Н46|6 0 872780 Б8 Ре4). Существует огромное количество белков. Все они построены из аминокислот. Каждая аминокислота содержит карбоксильную группу (СООН), имеющую кислотные свойства, и аминогруппу (МН2), имеющую основные свойства. Участки молекул, лежащие вне амино- и карбоксильных групп, которыми отличаются аминокислоты, называются радикалами (И.).

К числу важнейших аминокислот относят аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, пролин, лейцин, цистеин. Соединение аминокислот друг с другом называют пептидами. Пептид из двух аминокислот называют дипептидом, из трех аминокислот — трипептидом, из многих аминокислот — полипептидом. Следовательно, белки являются полимерами, мономерами которых служат аминокислоты. В состав большинства белков входят 300—500 аминокислот, но есть и более крупные белки, состоящие из 1500 и более аминокислот.

Белки отличаются составом, числом и порядком чередования аминокислотных звеньев в полипептидной цепи. Установлено, что именно последовательность чередования аминокислот имеет первостепенное значение в существующем разнообразии белков. Многие молекулы белков имеют большую длину и молекулярную массу. Так, молекулярная масса инсулина 5700, гемоглобина — 65 000, а воды всего — 18.

Полипептидные цепи белков не всегда вытянуты в длину. Они могут скручиваться, изгибаться или свертываться самым различным образом.

Разнообразие физических и химических свойств белков обеспечивает им выполнение множества функций: строительную, ферментативную, двигательную, транспортную, защитную, энергетическую.

Углеводы — это сложные органические вещества, в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров. Из двух мономеров образуется дисахарид, из трех — трисахарид, из многих — полисахарид. Все моносахариды — бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Самые распространенные моносахариды в животной клетке — глюкоза, рибоза, дезоксирибоза.

Глюкоза — первичный источник энергии для клетки. Подвергаясь расщеплению, она превращается в оксид углерода и воду (С02 + Н20). В ходе этой реакции освобождается энергия (при расщеплении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и аденозинтрифосфатной кислоты.

Липиды образованы теми же химическими элементами, что и углеводы, т.е. углеродом, водородом и кислородом. Они представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде. Самые распространенные липиды — жиры. Жир — основной источник энергии. При его расщеплении выделяется в два раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Липиды гидрофобны, они входят в состав клеточных мембран.

Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК. Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус», т.е. ядро, где они были впервые обнаружены. Нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, т.е. представляют собой последовательно соединенные друг с другом нуклеотиды. Нуклеотиды — это химические соединения, состоящие из одной молекулы фосфорной кислоты, одной молекулы моносахарида и одной молекулы органического основания. Органические основания при взаимодей-ствии с кислотами могут образовывать соли.

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) представляет собой две цепи, спирально закрученные одна вокруг другой. Каждая цепь — полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, в состав которых входят азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), углерод (дезоксирибоза) и фосфорная кислота. При образовании двойной спирали комплементарные азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи. В полинуклеоитидных цепях ДНК каждые три следующие друг за другом нуклеотида составляют триплет (совокупность из трех компонентов). Наибольшее число возможных триплетов 64, т.е. 43.

ДНК имеет уникальное свойство — способность к удвоению, которым не обладает ни одна из других известных молекул. В определенные моменты ДНК может существовать в виде одноцепочной молекулы. При достаточном наборе нуклеоитидов и в присутствии специальных ферментов происходит воссоздание (образование) недостающей половины на основе принципа комплементарности (дополнения к имеющейся).

Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) также полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, в состав которой входят азотистые основания (аденин, урацин, гуанин, цитозин), углерод (рибоза) и фосфорная кислота. РНК представляет собой одноцепочную молекулу. В РНК, так же как и в ДНК, комбинации из трех нуклеотидов образуют триплеты, или информационные единицы. Каждый триплет управляет включением в белок совершенно определенной аминокислоты. Наибольшее число возможных триплетов, так же как и в ДНК, — 64.

По выполняемым функциям выделяют несколько видов РНК: транспортная РНК (тРНК) в основном содержится в цитоплазме клетки; рибосомная РНК (рРНК) составляет существенную часть структуры рибосом; информационная РНК (иРНК) или матричная РНК (мРНК) содержится в ядре и цитоплазме клетки, и переносит информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит своего рода матрицей.

Ферменты. Реакции органических соединений в клетках и тканях протекают с очень низкой скоростью. В то же время живая клетка имеет особые вещества для ускорения реакций, которые называются ферментами. Ферменты, расщепляющие углеводы, называют саха-разами, расщепляющие жиры — липазами, отщепляющими водород — дегидрогеназами.

Функции клетки. Клетка, являясь структурной и функциональной единицей живых организмов, обладает всеми признаками живого. Это обмен веществ, способность реагировать на внешние воздействия (раздражимость), возбудимость, рост, размножение (способность к воспроизведению и передаче генетической информации), регенерация (восстановление), приспособление (адаптация).

Живая клетка постоянно поглощает вещества из окружающей среды и выделяет в окружающую среду продукты жизнедеятельности. Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность анаболических и катаболических реакций, протекающих в клетке.

Анаболитические реакции (ассимиляция) — это синтез крупных молекул из более мелких и простых. Для этих процессов необходима затрата энергии. Из веществ, поступающих в клетку (глюкозы, аминокислот, органических кислот и нуклеотидов), синтезируются белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты, т.е. происходит биосинтез веществ, в процессе которого образуются компоненты, свойственные определенным клеткам. Из них формируется тело клетки, ее мембраны и органоиды. Например, в клетках мышц синтезируются белки, обеспечивающие их сокращение. Реакции синтеза особенно интенсивно идут в молодых клетках.

Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате образуются вещества более простого строения (вода, углекислый газ, мочевина и т.д.). Большая часть реакций распада идет с участием кислорода и освобождением энергии. Процессы расщепления крупных молекул органических соединений называют катаболизмом (диссимиляцией). Важно отметить, что не во всякой катаболической реакции высвобождается энергия. Некоторые из них, связанные с освобождением клетки от токсических веществ, идут с затратой энергии.

Поступившие в клетку органические вещества служат строительным материалом для клеточных компонентов. Значительную часть образующейся энергии клетка использует для поддержания жизненных процессов: биосинтеза, клеточного дыхания, активного транспорта и т.д. Наиболее пригодна для использования в клетке химическая энергия, так как она может быстро распространяться из одной части клетки в другую, а также из клетки в клетку и расходоваться экономно.

Источником обеспечения любой клеточной функции является АТФ. Она содержится во всех животных клетках. При расщеплении молекулы АТФ освобождается энергия, порядка 40 кДж/моль. Запас АТФ в клетке не велик, поэтому наряду с распадом в клетке происходит непрерывный синтез АТФ. Совокупность реакций, обеспечивающих клетки энергией, называют энергетическим обменом. АТФ образуется при окислении органических соединений — углеводов, жиров и белков. Большинство клеток для окисления используют в первую очередь углеводы. Жиры составляют «первый резерв», когда запас углеводов исчерпан. Белки используются после того, как будет израсходован весь запас углеводов и жиров, например при длительном голодании.

Раздражимость — это способность клетки активно отвечать на внешние и внутренние воздействия определенной формой деятельности: изменением обмена веществ, движением, образованием нервных импульсов и т.д. Факторы, вызывающие изменения функций клетки, называются раздражителями. Одна из форм клеточной реакции в ответ на действие раздражителей — возбуждение. Это сложная биологическая реакция, обязательным признаком которой является уменьшение электрического заряда на внутренней и внешней поверхностях цитолеммы. Внутренняя поверхность плазматической мембраны заряжена отрицательно по отношению к внешней. Разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны клетки, находящейся в покое, называют мембранным потенциалом или потенциалом покоя.

В зависимости от типа клеток величина мембранного потенциала варьирует от 50 до 90 мВ. При наличии потенциала покоя (мембранного) электрический ток через мембрану не проходит. Действующий раздражитель нарушает равновесие мембранного потенциала, вызывает его уменьшение (деполяризацию). Слабые раздражители вызывают небольшую деполяризацию, а сильные приводят к перезарядке мембраны — изменению знака заряда. При этом возникает потенциал действия, или нервный импульс. При возбуждении в клетках меняются скорость анаболических и катаболических реакций. Железистые клетки образуют и выделяют секреты, мышечные — сокращаются, нервные клетки образуют нервные импульсы.

Рост и размножение клеток. Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки на две дочерние. Существует два основных типа деления клеток — митоз и мейоз.

Митоз (от трем. тіш — нить) — это такое деление клеток, при котором образуется два дочерних ядра с набором хромосом, идентичных наборам родительской клетки. Вслед за ядерным делением цитоплазма делится на две равные части. Образуются две равноценные дочерние клетки. Митотическое деление приводит к увеличению числа клеток, обеспечивающих процессы роста организма. У высших животных и человека таким способом восполняются потери клеток в результате их износа или гибели.

Мейоз является разновидностью митоза. Это деление созревающих половых клеток. При мейозе в два раза уменьшается число хромосом, поэтому мейоз называют также редукционным делением (от лат. гесіисіїо — уменьшение). В человеческой половой клетке, в результате мейоза, вместо двойного (диплоидного) числа хромосом (46) остается одинарный (гаплоидный) набор хромосом (23). Значение мейоза состоит в том, что он обеспечивает сохранение в ряде поколений постоянного числа хромосом.

Клетки человеческого организма, число которых огромно, делятся с разной скоростью. Нервные клетки не делятся совсем, клетки печени делятся один раз в течение двух лет, а некоторые эпителиальные клетки кишечника делятся чаще, чем два раза в сутки.

Клеточное деление у многоклеточных организмов зависит от сложных регуляторных механизмов нервной системы и эндокринного аппарата.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>