Цитология
Цитология (гр. kytos — клетка, logos — учение) — наука о строении, функции и развитии клетки.
Клетка — элементарная живая система, состоящая из двух основных частей — ядерного аппарата и цитоплазмы и обладающая способностью к обмену веществ с внешней средой. Она лежит в основе строения, развития и жизнедеятельности живых и растительных организмов. Ей присуши рост, развитие, размножение, регенерация, адаптация к внешней среде, раздражимость и движение.
В 1838—1839 гг. Т. Шванн разработал общую теорию клеточного строения и развития животных и растений, доказав тем самым единство происхождения органического мира. При этом он широко использовал работы М. Шлейдена, которого по праву считают соавтором теории. В современном виде клеточная теория сводится к следующему:
1. Клетка — это универсальная единица живого.
2. Клетки всех организмов имеют принципиальное сходство строения.
3. Клетки размножаются только путем деления исходной клетки (клетка от клетки).
4. Многоклеточные организмы — это целостные клеточные системы.
Выделено два основных типа клеток: эукариотические (клетки растений, животных, простейших, грибов, водорослей и лишайников) и прокариотические (сине-зеленые водоросли, актиномицеты, бактерии, микоплазмы, риккетсии и хламидии).
В химическом составе клеток обнаружено более 70 химических элементов. Неорганический компонент клетки включает воду, играющую роль универсального растворителя, а также кислород, углерод, водород, азот, серу, фосфор, калий, кальций, натрий, железо и хлор, образующие минеральные соли.
Органические соединения включают белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты и аденозинтрифосфорную кислоту. В составе белков всегда присутствует азот, а их свойства зависят от последовательности расположения входящих в них аминокислот. Углеводы входят в состав нуклеиновых кислот и биологических мембран. Жиры — энергоемкие соединения глицерина и жирных кислот — входят в состав мембран. Нуклеиновые кислоты являются носителями наследственной информации, аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — энергетическим запасом клетки.
Морфологически каждая эукариотическая клетка отделена от внешней среды плазматической мембраной (клеточной оболочкой — плазмолеммой) и состоит из ядра и цитоплазмы, в которой располагаются органеллы и включения.
Плазматическая мембрана выполняет защитную, разграничительную, рецепторную (восприятие сигналов внешней среды) и транспортную функции. Снаружи она покрыта гликокалексом — комплексом гликопротеидов и гликолипидов, который обеспечивает поверхностные свойства клетки. Плазматическая мембрана участвует в образовании межклеточных соединений, микроворсинок, ресничек и отростков. Через нее осуществляется обмен веществ между клеткой и окружающей средой, а также взаимодействие между соседними клетками.
Ядро — основная клеточная структура, которая имеется во всех клетках млекопитающих, кроме эритроцитов и тромбоцитов крови. Оно состоит из ядерной оболочки (кариолеммы), хроматина (формы существования генетического материала), ядрышка (места образования и созревания рибонуклеиновых кислот — РНК) и кариоплазмы (ее основу составляют белки, которые обеспечивают функционирование генетического материала).
Кариолемма состоит из двух мембран, пронизана порами и обеспечивает регуляцию взаимодействий ядра и цитоплазмы.
В цитоплазме различают гиалоплазму, включения и органеллы.
Гиалоплазма является внутренней средой клетки, в которой осуществляются процессы обмена и поддерживается клеточный гомеостаз — динамическое постоянство внутренней среды.
Включения — непостоянные компоненты цитоплазмы, которые являются запасными питательными веществами (жир, гликоген) или продуктами жизнедеятельности клетки (секрет, пигменты и т.д.).
Органеллы — постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие определенные функции. Они бывают общего (имеются во всех клетках) и специального (имеются только в определенных видах клеток) назначения.
Для эукариотических клеток характерно наличие большого числа внутриклеточных мембран, которые способствуют разобщению различных биохимических процессов, одновременно протекающих в клетке, и обеспечивают возможность внутриклеточного транспортирования веществ, которое может быть пассивным (без затрат энергии) и активным (с затратами энергии). К пассивному относят диффузию и осмос, к активному — экзо- и эндоцитоз.
К органеллам относятся: эндоплазматический ретикулум, пластинчатый комплекс, митохондрии, лизосомы, рибосомы, клеточный центр и др.
Эндоплазматический ретикулум — полость, ограниченная мембраной, которая образует множество складок. Выделяют гранулярный (синтезирует и транспортирует белки) и агранулярный (синтез и обмен углеводов и липидов) ретикулумы.
Пластинчатый комплекс (комплекс Гольджи) — совокупность диктиосом (дискообразных цистерн), в которых накапливаются различные параплазматические образования (гранулы секрета, желтка, липидов, акросомы спермиев и др.), а также синтезируются полисахариды и гликопротеиды. .
Митохондрии — двухмембранные структуры клетки, в которых происходит ферментативное извлечение (окисление) и накопление энергии.
Лизосомы — органеллы, в которых осуществляется переваривание веществ, поступающих извне (фаголизосомы), или собственных структур клетки (аутолизосомы).
Рибосомы — округлые рибонуклеопротеиновые частицы, состоящие из двух субъединиц и способные объединяться в полисомы — место активного синтеза клеточного белка.
Синтез белка(трансляция) связан с процессом транскрипции — переписывания информации, хранящейся в дезоксирибонуклеиновых кислотах (ДНК). В этом процессе принимают участие транспортные и информационные РНК. Транспортные РНК выполняют двойную функцию: присоединяют молекулу аминокислоты, транспортируют ее в рибосому и узнают триплет (три нуклеотида), соответствующий этой аминокислоте в молекуле РНК.
Клеточный центр образован двумя центриолями (диплосомами), имеет вид полого цилиндра. Центриоли образуют нити митотического веретена, поляризуют процесс деления клетки, обеспечивая расхождение сестринских хромосом.
К органеллам относятся также некоторые структуры, лишенные мембран: микротрубочки и микрофиламенты, которые образуют цитоскелет клетки и центриоли.
Каждая живая клетка обладает тремя важнейшими свойствами:
раздражимость — свойство клетки реагировать на раздражение изменением обмена веществ;
возбудимость — способность отвечать на действие раздражителя возбуждением;
лабильность — скорость, с которой возникает и успевает закончиться импульс возбуждения.
Эти свойства являются универсальными и проявляются на всех уровнях организации: от клетки до организма.
Клеточный цикл — это периоды существования клетки от момента ее образования из материнской клетки до собственного деления или смерти. В клеточный цикл обязательно входят митотический цикл (пролиферативный), период выполнения специфических функций и период покоя. Митотический цикл включает репродуктивную (интерфаза) и разделительную (митоз) фазы.