Клетка — структурная и функциональная единица живого организма, способная к самовоспроизведению. Различают два класса: про- кариотические — клетки бактерий и сине-зеленых водорослей и эукариотические — клетки некоторых одноклеточных организмов, а также растений, животных и человека. Независимо от типа, клетка окружена плазматической мембраной, характеризующейся избирательной проницаемостью, благодаря которой обеспечивается защита от чужеродных веществ и в то же время осуществляется обмен с внешней средой.
Внутреннее пространство клетки — цитоплазма. В ней располагаются органеллы клетки и протекают биохимические процессы, составляющие основу ее метаболизма. Водная часть цитоплазмы — цитозоль. В структуре прокариотических клеток (рис. 1.1) имеются: одна хромосома — двуцепочечная молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), плазмиды — внехромосомные ДНК-содержащие элементы, несущие лишь по нескольку генов. Некоторые из них кодируют ферменты, благодаря которым клетка становится устойчивой к антибиотикам [1]. Рибосомы — сложные органеллы, состоящие из двух субчастиц, в составе которых имеются рибонуклеиновые кислоты (РНК), обеспечивающие синтез белков, и сами белковые молекулы, главным образом, ферменты. Скопления рибосом получили название полисом. В цитоплазме бактерий имеются также гранулы, представляющие депо питательных веществ. В цитозоле находятся неорганические ионы, растворимые макромолекулы и их синтетические предшественники — Шинокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, моносахариды. Отличительной чертой прокариотических клеток, кроме отсутствия Йра и митохондрий, является наличие плотной клеточной стенки, находящейся снаружи от плазматической мембраны и выполняющей функции защитного барьера. У бактерий клеточная стенка образовала жесткой сетью из липидов, полисахаридов и белков (рис. 1.2), которая предотвращает лизис клетки из-за осмотического шока. В структурном отношении стенка бывает двух типов, в соответствии с чем бактерии разделяют награмположительные и грамотрицательные. Первые обладают однослойной клеточной стенкой, толщина которой составляет 20—80 нм при толщине плазматической мембраны 7.5 нм. У грамотрицательных бактерий стенка двуслойная. Первый слой (1 нм) — нелипидная мембрана — окружен вторым — липидной мембраной (7.5 нм). При обработке грамположительных бактерий гидролитическим ферментом — лизоцимом — стенка «растворяется» и остаются клетки, имеющие только плазматическую мембрану. Они получили название протопластов. Протопласты чувствительны к осмотическому шоку. У грамотрицательных бактерий наружная мембрана в присутствии лизоцима сохраняется, а образующиеся клетки — сферопласты — несколько менее чувствительны к осмотическому шоку. Материал клеточных стенок, который утрачивается в обоих случаях, известен как пептидогликан (гликопептид или мукопептид) [1, 2]. Плазматическая мембрана состоит из липидов, белков и углеводов и выступает в качестве элемента, транспортирующего полезные вещества внутрь клетки, а ненужные и вредные — наружу. Кроме того, в ней происходит синтез и накопление аденозинтрифосфата (АТФ) — основного энергетического вещества. Биосинтез клеточных компонентов происходит в цитоплазме.
Процесс репродукции и передачи генетической информации у бактерий чрезвычайно прост. Их клетки растут, пока не увеличатся по размерам вдвое. Затем происходит деление на две одинаковые дочерние клетки, каждая из которых содержит точную копию родительской ДНК. Устройство эукариотических клеток намного сложнее (рис. 1.3). Из клеток такого типа состоят одноклеточные простейшие, грибы, высшие растения и многоклеточные животные. Следует подчеркнуть, что клетки из различных органов высших организмов могут существенно отличаться по морфологии и функциям. Достаточно упомянуть о лейкоцитах, эритроцитах, нервных клетках, клетках мышц, почечных канальцев или островковых клетках поджелудочной железы человека, чтобы обнаружить колоссальное разнообразие. По этой причине на рис. 1.3 отражены лишь главные черты большинства эукариотических клеток. Для них характерно наличие окруженного оболочкой ядра со сложной внутренней структурой. Ядерная оболочка состоит из двух близко расположенных мембран, разделенных перинуклеарным пространством. По всей поверхности мембраны равномерно распределены ядерные поры, образованные белковыми гранулами. Через поры осуществляется обмен веществами между ядром и цитоплазмой. Внутри ядра расположено ядрышко. В нем содержатся РНК, ДНК-белковые комплексы и осуществляется первый этап синтеза рибосом. В ядре распределен хроматин, состоящий из ДНК, РНК и специфических белков. Перед делением (митозом) хроматин собирается в определенное число гранул — хромосом. У человека в диплоидных клетках число хромосом равно 46. После копирования (репликации) родительской ДНК и митоза хроматин вновь распределяется по всему ядру. «Энергетическими установками» клетки являются митохондрии. Они образованы двумя мембранными системами — внешней (гладкой) и внутренней (складчатой). Такие складки получили название крист. Внутреннее пространство составляет гелеобразный матрикс, содержащий рибосомы и митохондриальную ДНК. В митоходриях реализуется ферментативное окисление питательных веществ до углекислого газа и воды. Выделившаяся в результате окислительных (катаболических) процессов энергия расходуется на синтез АТФ, диффундирующего во все части клетки для выполнения необходимой работы. Цитоплазма эукариотических клеток располагает сложной системой каналов, образованных мембранами и получивших название эндоплазматического ретикулума (ЭР). Внутреннее пространство каналов — цистерны. Они служат как для транспортировки веществ из клетки во внешнюю среду, так и хранилищами питательных веществ. Существует две разновидности ЭР — гладкая и шероховатая. В шероховатом ЭР располагаются рибосомы и осуществляется синтез белков. Их молекулы поступают внутрь цистерн и выходят во внеклеточное пространство. На мембранах гладкого ЭР протекает синтез липидов, а также гидролитическое расщепление гликогена (гликогенолиз). Клеточные продукты из ЭР поступают в комплекс Гольджи, представляющий собой скопление пузырьков, окруженных мембранами. Здесь происходит модификация белков (например, гликозилирование), предназначенных для секреции из клетки. «Секреторные пузырьки», разрываясь, выбрасывают содержимое во внеклеточную среду. Этот процесс носит название экзоцитоза. Другой тип пузырьков — лизосомы. Они содержат гидролитические ферменты, основная функция которых — гидролиз ненужных клетке белков, полисахаридов, липидов. Таким образом, процессы синтеза и деградации соединений в клетке пространственно разделены. Еще один тип «реакторов» представляют собой пе- роксисомы. В них осуществляются ферментативные процессы, связанные с образованием и распадом Н2Ог При этом остальная часть клетки защищена от повреждающего воздействия перекисных радикалов. Своего рода «арматурой», поддерживающей определенное внутреннее сопротивление в клетке и обеспечивающей ее целостность при перемещении внутриклеточных структур и сокращении мышц, служат нити из белковых молекул актина и миозина, получившие название микрофиламентов. Молекулы белков а- и (3-тубулинов объединены в центриоли в виде девяти триплетов микротрубочек и располагаются вблизи ядра. Они выполняют транспортные функции и участвуют в процессах, происходящих при делении клетки. В цитоплазме располагаются образования, не имеющие мембран. Это рибосомы, осуществляющие синтез белка, и гранулы гликогена — запасные источники энергии, образованные молекулами глюкозы. Здесь же содержатся белки и аминокислоты, нуклеотиды, неорганические ионы, сахара. Некоторые органеллы, такие как комплекс Гольджи, напрямую связаны с поверхностью цитоплазматической мембраны; другие (гладкий и шероховатый ЭР) непосредственно с ней не контактируют. С внешней стороны цитоплазматической мембраны иногда имеется еще и внешняя оболочка, через которую осуществляются межклеточные контакты. Она способна принимать и распознавать определенные сигналы, поступающие как от родственных клеток при образовании тканевой структуры, так и от биологических посредников — гормонов, нейромедиаторов. В состав такой оболочки входят белки, полисахариды, липиды. Распознающие участки — это, как правило, белковые образования или полисахариды [2—4].
Добавить комментарий