МЕМБРАННАЯ СИСТЕМА КЛЕТКИ

ВВЕДЕНИЕ

Цитология – это биологическая наука, которая изучает строение, функции, индивидуальное развитие и эволюцию клеток. Термин “цитология” образован из двух греческих слов: китос – сосуд и логос – наука. Как самостоятельная наука цитология сформировалась к концу XIX в. В 1884 г. вышла книга французского ученого Жана Батиста Карнуа “Биология клетки”, в которой был обобщен накопленный к этому времени материал и дано обоснование трех основных задач микроскопического исследования живых организмов - общей, сравнительной и специальной биологии клетки или цитологии. Эту дату и можно считать началом самостоятельного развития цитологии.

Как каждая самостоятельная наука, цитология имеет собственный предмет, методы и теоретическую основу. Предметом цитологии является клетка, основным методом исследований – микроскопия, а теоретической основой – клеточная теория. Поэтому на формирование цитологии наибольшее влияние оказали такие события, как изобретение микроскопа, открытие клетки и создание клеточной теории.

Первый микроскоп был сконструирован итальянским физиком Г. Галилеем в 1609 г. как модификация созданного им ранее телескопа. Он представлял собой длинную трубу с выпуклым объективом и вогнутым окуляром и дальнейшего распространения не получил. С помощью этого микроскопа Ф. Стеллучи в 1625 г. обнаружил фасеточное строение глаза пчелы, а Ф. Чези в 1628 г. изучал споры папоротника. Последующие модели микроскопов, которые изготавливали по схеме И. Кеплера, представляли собой настольные приборы с выпуклым объективом и окуляром. Одновременно с конца XVI в. стали широко использоваться так называемые “простые микроскопы”, состоявшие из одной двояковыпуклой линзы небольшого диаметра. Именно таким прибором пользовался открывший простейших голландец А. Левенгук (1632-1723).

Клетки растений были впервые описаны английским физиком Р. Гуком в книге “Микрография”, опубликованной в 1665 г. Изучая срезы пробки, сердцевины бузины и мякоти других растений, Р. Гук обнаружил, что все они состоят из однотипных структур – замкнутых пузырьков, которым он дал название cellula (ячейка). Он также вычислил, что в одном кубическом дюйме растительной ткани (1 дюйм=25,4 мм) содержится около 125 млн. клеток. Открытие клетки Р. Гуком стимулировало микроскопические исследования живых организмов. В 1671 г. вышли в свет работы итальянца М. Мальпиги “Анатомия растений” и англичанина Н. Грю “Начала анатомии растений”, которые были посвящены изучению микроскопического строения растений. Полагая, что органы растений состоят в основном из переплетенных волокон, Н. Грю ввел в цитологию понятие “ткань”.

Клеточная теория была изложена немецким ученым Т. Шванном в монографии “Микроскопические исследования”, которая была опубликована в 1839 г. В ней Т. Шванн обосновал принципы, заложившие теоретические основы цитологии:

· Как растения, так и животные состоят из универсальных микроскопических структур – клеток.

· Сходство растительной и животной клеток вытекает из общих принципов их строения и размножения.

· Каждая клетка самостоятельна в своей жизнедеятельности.

· Организм представляет собой совокупность большого числа клеток.

Понимание универсальности клеточного строения живых организмов явилось одним из главных факторов развития цитологии и

других биологических наук.

МЕМБРАННАЯ СИСТЕМА КЛЕТКИ

Новые мембраны в клетке образуются только на основе существующих уже мембран. Поэтому все мембраны цитоплазмы связаны между собой в единую систему. В нее входят плазмолемма, плазматическая сеть, пластинчатый комплекс, эндосомы, лизосомы, пероксисомы и другие мембранные органоиды.

Плазмолемма

Плазмолемма (цитолемма, плазматическая мембрана) создает селективный барьер между клеткой и внешней средой. Уже в начале XIX в. было обнаружено набухание и сжатие клеток, погруженных в растворы различной ионной силы, что свидетельствовало о наличии на поверхности клетки полупроницаемой мембраны. В 30-е гг. XX в. было доказано, что она состоит из липидов и белков, причем липиды образуют в ней бимолекулярный слой. Плазмолемма непроницаема для макромолекул, поэтому белки цитоплазмы создают в клетке осмотическое давление, под действием которого вода непрерывно поступала бы в клетку, если бы вне клетки не поддерживалась уравновешивающая концентрация других веществ. Это равновесие создается, прежде всего, молекулярным насосом, который выкачивает из клетки ионы натрия и закачивает в клетку ионы калия. З счет разности концентраций ионов внутри и вне клетки плазмолемма приобретает потенциал до +85 мВ.

В электронном микроскопе плазмолемма выглядит как типичная биологическая мембрана, состоящая из двух электронноплотных слоев, между которыми находится электроннопрозрачный слой. Общая толщина всех трех слоев в плазмолемме составляет 12-14 нм. Однако надо отметить, что эта трехслойная структура является лишь основой плазмолеммы, поскольку к ней снаружи и изнутри примыкают слабоконтрастируемые молекулярные комплексы.

Плазмолемма обладает асимметрией, которая выражается в различиях состава липидов и белков наружной и внутренней частей. Асимметрия плазмолеммы проявляется у животных клеток, в частности, в том, что они имеют на своей внешней поверхности особый углеводный слой – гликокаликс. Он образован входящими в состав мембраны олигосахаридами и липидами в комплексе с белками. Гликокаликс присутствует у всех животных клеток, однако степень его развития может быть разной. В наибольшей степени он развит у всасывающих клеток кишечного эпителия. Гликокаликс этих клеток создает среду для пристеночного пищеварения, а также защищает плазмолемму от повреждений. Вирус гриппа содержит фермент нейраминидазу, который необходим для удаления одного из компонентов гликокаликса - сиаловой кислоты, препятствующей прикреплению вирусных частиц к плазмолемме эпителиальных клеток. Гликокаликс обладает выраженными антигенными свойствами, что облегчает опознание клеток при их взаимодействии между собой.

С внутренней стороны плазмолемма связана с такими компонентами цитоскелета, как микротрубочки и микрофиламенты. Это позволяет животной клетке не только поддерживать определенную форму, но и активно изменять ее. Взаимодействие плазмолеммы с цитоскелетом лежит в основе активного движения фибробластов и макрофагов, удлинения проходящих по капиллярам эритроцитов, изменения формы клетки при фагоцитозе и секреции.

Плазмолемма, отграничивая содержимое клетки от внешней среды, одновременно обеспечивает избирательный обмен веществ между клеткой и средой. Транспорт веществ через плазмолемму осуществляется при помощи различных механизмов.