ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ

Клетка - структурно-функциональная единица органов и тканей организма, имеющая оболочку (клеточную мембрану), которая образует замкнутое пространство, содержащее протоплазму (цитоплазму и ядро). Цитоплазма состоит из основного вещества (цитозоль, гиалоплазма), включений и органелл. Гиалоплазма выглядит при электронной микроскопии относительно гомогенным веществом, является внутренней средой клетки. Большинство органелл, в том числе и ядро клетки, заключены в свои отсеки (компартменты), образуемые собственными (внутриклеточными) мембранами, обладающими избирательной проницаемостью к отдельным ионам и частицам, находящимся в гиало-плазме и органеллах. Это определяет отличия их состава друг от друга. Функции клеток весьма разнообразны, их взаимодействие между собой обеспечивает надежное функционирование организма в целом.

Функции клетки. Клеточные органеллы

У каждой клетки имеются общие (основные) функции, подобные функциям других клеток, и специфические функции, свойственные в основном данному виду клеток.

Общие функции клеток:

  • - выработка энергии в результате катаболизма - совокупности процессов распада клеточных и тканевых структур и сложных соединений, содержащих энергию. Энергия необходима для обеспечения жизнедеятельности каждой живой клетки и организма в целом;
  • - трансмембранный перенос веществ, обеспечивающий поступление в клетку необходимых веществ и выделение из клетки метаболитов и веществ, используемых другими клетками организма;
  • - синтез тканевых и клеточных структур, а также необходимых для жизнедеятельности соединений (анаболизм). При этом энергия не только расходуется, но и накапливается, поскольку клетка усваивает органические соединения, богатые энергией (белки, жиры и углеводы, поступающие в организм с пищей). В клетку питательные вещества поступают, как правило, в виде продуктов гидролиза белков, жиров, углеводов (мономеров) -это моносахара, аминокислоты, жирные кислоты и моноглицериды. Процесс синтеза обеспечивает восстановление структур, подвергающихся распаду;
  • - размножение клеток обеспечивает рост, развитие молодого организма, восстановление нарушенной части органа или ткани у зрелого организма (обычно полного восстановления не наблюдается). Наиболее активно размножаются эпителиальные клетки, клетки соединительной ткани. Клетки печени, легких, почек размножаются менее активно.

Специфические функции клеток выполняются благодаря тому, что общие функции обеспечивают жизнедеятельность самой клетки. Большая группа клеток выполняет секреторные функции: клетки эндокринных желез вырабатывают гормоны; клетки секреторного аппарата желудочно-кишечного тракта - ферменты. Биологически активные вещества синтезируются и другими клетками. Сократительная функция характерна для мышечных клеток. Поперечнополосатая (скелетная) мускулатура обеспечивает деятельность опорно-двигательного аппарата, сердечная мышца - движение крови по сосудам, гладкая мускулатура - деятельность внутренних органов, например желудочно-кишечного тракта. Главными функциями клеток нервной системы, центрального и периферического ее отделов являются восприятие, передача сигнала другим клеткам, переработка и хранение информации с помощью процессов возбуждения и структурных изменений в нервных клетках и синапсах. При этом любой сигнал внешней и внутренней среды организма вначале преобразуется в процесс возбуждения, который является наиболее характерным признаком активности любой нервной клетки. Нервные импульсы обеспечивают связь между всеми клетками организма. У клеток соединительной ткани - это скелет организма (костная ткань), связки, сухожилия, фасции, строма многих внутренних органов, стенки сосудов - главной функцией является опорная. Клетки иммунной системы выполняют защитную функцию, эритроциты - газообменную функцию. Жизнедеятельность самой клетки обеспечивается взаимодействием всех ее органелл и клеточной мембраны (совокупность структурных элементов, образующих оболочку клетки).

Клеточные органеллы (см. рис. 1) находятся в гиалоплазме, состоящей из воды и находящихся в ней различных ионов и органических веществ (глюкоза, аминокислоты, белки, фосфолипиды, холестерин). Гиалоплазма составляет внутреннюю среду клетки, обеспечивающую взаимодействие всех клеточных структур друг с другом посредством транспорта веществ, потребляемых и синтезируемых клеткой. Гиалоплазма выполняет также функцию депо гликогена, липидов, пигментов. Большинство внутриклеточных органелл - мембранные органеллы (ядро, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы) имеет собственные мембраны, построенные по тому же принципу, что и клеточные мембраны. Некоторые внутриклеточные органеллы не имеют собственных мембран -немембранные органеллы (рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты). Каждая органелла выполняет свои специфические функции.

Мембранные органеллы цитоплазмы.

Эндоплазматический ретикулум представляет собой систему канальцев, уплощенных цистерн и мелких пузырьков. Строение мембраны ретикулума подобно строению клеточной мембраны. Функции эндоплазматического ретикулума:

  • 1) является резервуаром для различных ионов, в том числе Са — одного из вторых посредников в реализации специфических реакций клеток, например, в электромеханическом сопряжении;
  • 2) обеспечивает синтез и транспорт различных веществ, в том числе молекул белков, липидов;
  • 3) обеспечивает детоксикацию (в клетках печени) ядовитых веществ, попадающих в организм с пищей или вдыхаемым воздухом, а также биологически активных метаболитов, например простагландинов, желчных кислот, стероидных гормонов, подлежащих удалению из организма. Эти вещества в результате превращений выводятся с мочой и желчью в виде глюкуроновых и сульфуроновых соединений.
Строение клетки и клеточные органеллы

Рис. 1. Строение клетки и клеточные органеллы

Аппарат Гольджи представляет собой систему упакованных уплощенных мешочков (цистерн), вакуолей и транспортных пузырьков. Его функции тесно связаны с функциями эндоплазматического ретикулума, от которого отделяются транспортные пузырьки и сливаются с аппаратом Гольджи. Он обеспечивает этап формирования и созревание всех секретируемых клеткой продуктов, в частности, ферментов лизосом, белков, гликопротеидов клеточной мембраны. Секреторные пузырьки постоянно отделяются от аппарата Гольджи, транспортируются к клеточной мембране и сливаются с ней, а содержащиеся в пузырьках вещества выводятся из клетки в процессе экзоцитоза.

Лизосомы - это отпочковавшиеся от аппарата Гольджи в виде мешочков участки, содержащие большое количество (более 50) различных кислых гидролаз. Основной функцией лизосом является переваривание поступающих в клетку продуктов гидролиза белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот, фагоцитированных бактерий и клеток, гранул гликогена - это своеобразная внутриклеточная пищеварительная система. Лизосомы содержат лизоцим, растворяющий мембрану фагоцитированных бактериальных клеток, лактоферрин, связывающий железо, необходимое для поддержания роста бактерий, и тем самым угнетающий их размножение. Кислая среда лизосом (pH около 5,0) тормозит обмен веществ бактерий и ускоряет их гибель.

Пероксисомы - разновидность лизосом, содержащих главным образом ферменты, катализирующие образование и разложение перекиси водорода - одного из важнейших окислителей в организме. Перекись водорода образуется под влиянием оксидаз, а расщепляется под влиянием пероксидаз или каталаз.

Митохондрии называют энергетическими станциями клеток, так как в них вырабатывается (освобождается) основное количество энергии из поступающих в организм питательных веществ. Они выполняют ряд других функций, например, участвуют в синтезе фосфолипидов, жирных кислот. Митохондрии представляют собой округлые, овальные или удлиненные образования с двойной мембраной - наружной и внутренней, каждая из которых состоит из бислоя липидно-белковых молекул. Внутренняя мембрана имеет выросты (кристы), обращенные внутрь митохондрии, содержимое последней называют матриксом. В кристах и внутренней мембране митохондрий содержатся дыхательные ферменты-переносчики электронов, в матриксе находятся ферменты цикла Кребса. В результате реакций обеих ферментативных систем питательные вещества окисляются до конечных продуктов - воды и углекислого газа - с освобождением аммиака и выделением энергии; энергия используется для синтеза АТФ. Молекулы АТФ диффундируют в гиалоплазму и используются клеткой для выполнения всех ее функций. Число митохондрий в клетке весьма вариабельно - от 20 до 5105, оно может изменяться в каждой клетке и определяется ее потребностями. Матрикс митохондрий содержит также ферменты, участвующие в синтезе жирных кислот, имеются соли кальция и магния. Окислительные процессы происходят и в наружной мембране, но главную роль в выделении энергии играют внутренняя мембрана и матрикс.

Немембранные органеллы цитоплазмы.

Рибосомы - плотные частицы, состоящие из рибосомных РНК (рРНК) и белка, причем рРНК составляет примерно 60% всей массы рибосомы, функцией которой является синтез белков. Рибосомы располагаются либо свободно в гиалоплазме, либо соединены с эн-доплазматическим ретикулумом. Отдельные рибосомы соединяются в более крупные агрегаты -полирибосомы, которые образуются с помощью информационной РНК (иРНК). Информацию о синтезе белка приносит от ядра иРНК, аминокислоты доставляются транспортной РНК (тРНК). Рибосомы, свободно лежащие в гиалоплазме, синтезируют белок для использования самой клеткой, а рибосомы, связанные с эндоплазматическим ретикулумом, синтезируют белок, который выводится из клетки, образуя межклеточное вещество, секреты. На рибосомах синтезируются различные по функции белки -ферменты, белкипереносчики, рецепторы, компоненты цитоскелета.

Ядро несет генетическую информацию и обеспечивает регуляцию синтеза белка в клетке. Это самая большая органелла клетки. Ядро состоит из ядерной оболочки (мембраны), хроматина, ядрышка и кариоплазмы. Оболочка ядра состоит из двух мембран, просвет между которыми сообщается с полостью эндоплазматического ретикулума. Оболочка имеет поры размером около 100 нм, что обеспечивает проход РНК, рибонуклеаз, обмен других веществ между ядром и цитоплазмой. На наружной ядерной мембране располагаются рибосомы, на которых синтезируется белок. Ядрышко - внутриядерное образование округлой формы, не имеет мембраны. В нем синтезируется рибосомная РНК (рРНК) и образуются рибосомы. В ядрышке имеются также белки и ДНК. Хроматин состоит из многих витков ДНК, связанных с белками, основными и кислыми. Хроматин содержит также РНК. Молекула ДНК имеет по всей длине отрицательный заряд, что обеспечивает присоединение к ней положительно заряженных молекул белков. Комплекс ДНК и белков - это главные компоненты хромосомы -генетического аппарата клетки. Он выполняет две главные функции: генетическую (хранение и передача в ряд поколений генетической информации) и метаболическую - управление синтезом белка.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >