Клетка – основная структурная единица. Строение и функции клетки. Жизненный цикл клетки. Виды деления клеток.

Основой строения и развития человека является клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица живого вещества (рис. 1). В теле человека огромное количество клеток (примерно 10¹⁴), при этом величина их колеблется от 5-7 до 80-120 мкм. Наиболее крупными являются женские половые клетки и нервные клетки, а самыми мелкими – клетки крови – лимфоциты.

Форма клеток, как и их величина, очень разнообразна. Клетки бывают плоскими, кубическими, округлыми, звездчатыми, шаровидными, веретеновидными, что обусловлено выполняемой ими функцией и условиями их жизнедеятельности. Несмотря на различия в величине, форме и функциональной специализации, для всех клеток характерен общий принцип строения: основными частями клетки являются цитолемма, цитоплазма и ядро.

Строение цитолеммы (клеточной оболочки, плазмалеммы или плазматической мембраны).Цитолемма имеет толщину 9-10 нм и состоит из двух слоев молекул фосфолипидов, лежажих перпендикулярно к поверхности мембраны, в которые погружены молекулы белка (рис. 2). Некоторые белковые и липидные молекулы связаны с углеводами, последние всегда лежат на наружной поверхности мембраны. Оболочка клетки является универсальной биологической мембраной, обеспечивающей постоянство внутренней среды клетки путем регуляции обмена веществ между клеткой и внешней средой, - это транспортная и барьерно-рецепторная система клетки. При помощи цитолеммы образуются также специальные структуры поверхности клеток в виде микроворсинок, десмосом.

Строение цитоплазмы. Цитоплазма состоит из гиалоплазмы (основной плазмы), цитоплазматических органелл и включений. В состав цитоплазмы входят белки, жиры, углеводы, неорганические вещества, ферменты. Основная роль гиалоплазмы заключается в том, что эта полужидкая среда объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие их друг с другом.

Цитоплазматические органеллы, которые имеются во всех клетках, относятся к органеллам общего назначения – это эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, рибосомы, митохондрии, лизосомы, клеточный центр (см. табл. 1).

Таблица 1

Органеллы, присущие только специализированными клетками, являются органеллами специального назначения. К ним относятся миофибриллы, нейрофибриллы, тонофибриллы, жгутики, реснички, ворсинки, определяющие специфическую функцию клетки. Так, миофибриллы располагаются в клетках гладкой мышечной ткани и поперечнополосатых мышечных волокнах и обеспечивают сокращение мышц. Нейрофибриллы в клетках нервной системы проводят нервный импульс, тонофибриллы в эпителиальных клетках выполняют опорную функцию. Жгутики и реснички предназначены для перемещения специализированных клеток (сперматозоиды) или обусловливают движение жидкости около клеток (эпителиальные клетки трахеи, бронхов).

Цитоплазматические включения – это непостоянные структуры цитоплазмы, являющиеся продуктами клеточного метаболизма. Они накапливаются в виде вакуолей, гранул, капель, кристаллов. К ним относятся трофические включения (белковые, жировые, углеводные), экскреты (продукты обмена веществ), секреты (продукты вырабатываемые клеткой), пигменты.

Строение ядра. Ядро имеет ядерную оболочку – нуклеолемму, хроматин, ядрышко и ядерный сок – нуклеоплазму (рис. 3). Нуклеолемма состоит из двух мембран, пронизанная порами. В ядре сосредоточена основная масса ДНК, являющейся носителем генной информации. Оно является центром управления клетки и регулятором ее жизненных отправлений. В ядрышке образуются рибосомы.

Основные функции клетки: обмен веществ, раздражимость, рост, развитие, размножение.

Обмен веществ, или метаболизм, - это совокупность химических реакций, составляющих основу жизнедеятельности клетки. Он включает ассимиляцию, или анаболизм, - усвоение клеткой поступающих в нее веществ, и диссимиляцию – разложение веществ, которое сопровождается выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки.

Под раздражимостью понимают способность клеток реагировать на изменение факторов окружающей среды.

Под ростом клетки понимают процесс увеличения размеров клеточных структур, за счет чего происходит увеличение объема клетки, а под развитием – приобретение клеткой специфических функций.

Размножение – это способность клеток к самовоспроизведению. Различают две основные формы клеточного деления: митоз, или непрямое деление, и мейоз, или редукционное деление, наблюдающееся в процессе развития только половых клеток. Митоз обеспечивает равномерное распределение наследственного материала между вновь возникающими дочерними клетками. При митотическом делении клетка проходит через фазы: профазу, метафазу, анафазу, телофазу. Период между двумя делениями называется интерфазой.

П р о ф а з а характеризуется усилением энергетических процессов в клетке, увеличением ядра, конденсацией хроматина. Ядро теряет оболочку, формируется митотическое веретено деления.

В период м е т а ф а з ы все хромосомы занимают экваториальное положение. В конце данного периода происходит расщепление каждой хромосомы на две хроматиды, или дочерние хромосомы.

В а н а ф а з е хромосомы расходятся к полюсам клетки вследствие укорочения нитей веретена деления.

В период т е л о ф а з ы происходит реконструкция ядра. Митотическое веретено разрушается, хроматиды достигают полюсов, деспирализуются и принимают вид глыбок хроматина, формирующих ядро. Вокруг ядра образуется ядерная мембрана, а тело клетки путем перетяжки разделяется на две дочерние клетки, каждая из которых окружена собственной цитолеммой. Органеллы и включения равномерно распределяются между клетками.

Образовавшиеся клетки вступают в и н т е р ф а з у, во время которой происходит рост ядра и цитоплазмы, удвоение количества ДНК, синтез белков, накопление энергии для последующего деления.

Другая форма клеточного деления – амитоз, или прямое деление, осуществляется простым разделением ядра и цитоплазмы на две части. Такое деление клеток может наблюдаться в поперечнополосатых мышцах, печени.

В организме человека кроме клеток имеются и неклеточные структуры. Они являются производными клеток и обладают характерным для всего живого признаком – обменом веществ. К неклеточным структурам относят межклеточное вещество. Межклеточное вещество располагается между клетками, оно может иметь жидкую, желеобразную и твердую консистенцию, содержит различные биополимеры и выполняет важную функцию в процессе взаимоотношений между клетками.