Уровни организации живого организма

В современной морфологии различают пять уровней организации тела человека (рис. 1).
1. Субклеточный. На биохимическом уровне ткани состоят из молекул, которые объединяются в микро- и макромолекулы.
2. Клеточный. Клетка является элементарной частицей живого, способной передавать генетическую информацию путем самовоспроизведения, которая представляет собой сложную систему биополимеров, образующих внутриклеточные структуры – органеллы.
3. Тканевый. Ткань – это эволюционно сложившаяся совокупность клеток и межклеточного вещества, имеющих общее происхождение, строение и функцию.
4. Органный. Органы – сложные структуры, состоящие из различных тканей и имеющие определенную пространственную форму, специализированные на выполнение определенной функции.
5. Системный. Различные по строению органы, связанные выполнением одноименной функции, объединяются в системы или аппараты органов.

Организмусвойственна совокупность всех вышеперечисленных уровней структурной организации. Целостность его обеспечивается благодаря тесным функциональным и межтканевым взаимоотношениям, а также нервной и гуморальной регуляции.

Строение клетки. 

Клетка– элементарная универсальная структурная, функциональная и генетическая единица в составе всех растительных и животных организмов. Тело взрослого человека состоит примерно из 1013 клеток. Размеры клеток варьируют от 10–15 до 140–150 микрометров (1 мкм = =10–6 м). В организме человека встречаются клетки различной формы, строения и функции (рис. 2).

К основным компонентам клетки относится цитолемма, цитоплазма и ядро(рис. 3).

Цитолемма. Цитолемма (плазмолемма, или клеточная мембрана) покрывает клетку снаружи, отграничивая ее от внешней среды. Она обеспечивает транспорт различных веществ как внутрь клетки, так и из нее, функции рецепции и образования межклеточных контактов. Цитолемма представляет собой полу- проницаемую биологическую мембрану, состоящую из липидного бислоя (наружного и внутреннего), в который погружены и с которым связаны молекулы белка. На поверхности цитолеммы расположены мембранные рецепторы, являющиеся преимущественно гликопротеинами. Они регулируют проницаемость цитолеммы и поступление некоторых молекул в клетку, действуют как датчики, превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные, связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом.

Перенос веществ в клетку называется эндоцитозом. Он осуществляется путем фагоцитоза (захвата и поглощения клеткой плотных частиц) или пиноцитоза (захвата и поглощения клеткой жидкости и растворимых веществ). Выведение веществ из клетки осуществляется при помощи пузырьков и вакуолей (экзоцитоз).

Цитоплазма. Цитоплазма неоднородна по своему строению и химическому составу и содержит гиалоплазму (клеточный матрикс), органеллы и включения.
Гиалоплазма– внутренняя среда клетки, на которую приходится до 55% ее общего объема. Онапредставляет собой гомогенную массу со взвешенными органеллами и включениями. Органеллы– постоянно присутствующие в цитоплазме структуры, специализированные на выполнении определенных функций в клетке. Они подразделяются на органеллы общего значения и специальные.

Органеллы общего значения находятся во всех клетках и необходимы для их жизнедеятельности. К органеллам общего значения относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, рибосомы, эндосомы и лизосомы, пероксисомы, митохондрии, клеточный центр, компоненты цитоскелета.

Специальные органеллы имеются только в некоторых клетках и обеспечивают выполнение их специализированных функций. К ним относятся реснички, жгутики, микроворсинки, миофибриллы и др. В состав многих органелл входит элементарная биологическая мембрана, поэтому все органеллы также подразделяются на мембранные и немембранные. К мембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, эндосомы и лизосомы, пероксисомы, а к немембранным – рибосомы, клеточный центр, реснички, жгутики, микроворсинки, компоненты цитоскелета.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – мембранная органелла, обеспечивающая синтез углеводов, липидов и белков, а также начальные пострансляционные изменения последних. ЭПСподразделяется на две разновидности: шероховатую и гладкую(рис. 4).

Обе они образованы цистернами и канальцами, ограниченными мембраной. На мембранах шероховатой сети располагаются многочисленные рибосомы. Гладкая эндоплазматическая сеть лишена рибосом. На рибосомах шероховатой эндоплазматической сети про- исходит синтез белков, а на мембранах гладкой – синтез гликогена и липидов, детоксикация эндо- и экзогенных веществ, накопление ионов кальция и др.

Комплекс Гольджипредставлен мембранными структурами в виде плотно лежащих плоских цистерн и расположенных по их периферии многочисленных мелких пузырьков (везикул) (рис. 5). Комплекс Гольджи обычно располагается вблизи клеточного ядра. Основная его функция – накопление и химическая «упаковка» продуктов, которые синтезирует эндоплазматическая сеть.

Также в цистернах комплекса Гольджи синтезируются полисахариды и гликопротеины. Кроме того, структуры комплекса Гольджи участвуют в процессах выведения готовых секретов, метаболитов и электролитов, осуществляя регуляцию водно-солевого обмена клетки.

Рибосомы– мелкие плотные немембранные органеллы, обеспечивающие синтез бел- ка путем соединения аминокислот в полипептидные цепочки. Рибосомы могут встречаться в цитоплазме поодиночке (в этом случае они функционально неактивны) или образовывать скопления в виде полисом.

Эндосомы– мембранные пузырьки с кислым содержимым, обеспечивающие перенос макромолекул с поверхности клеток в лизосомы.

Лизосомы – мембранные органеллы, участвующие в процессах внутриклеточного переваривания.

Пероксисомы – мембранные пузырьки, по своему строению напоминающие лизосомы. Пероксисомы являются главным центром утилизации кислорода в клетке. Они защищают клетку от повреждающего действия перекиси водорода.

Митохондрии–органеллы, имеющие гладкую внешнюю мембрану и складчатую внутреннюю, выросты которой называются кристами (рис. 6). Внешнюю мембрану отделяет от внутренней узкое межмембранное пространство.

Основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией, получаемой благодаря процессам окисления органических соединений. Митохондрии могут располагаться диффузно, но чаще они сосредоточены в участках максимального потребления энергии (например, вблизи ионных насосов, сократимых элементов, органелл движения).

Клеточный центр образован двумя центриолями, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях вблизи ядра клетки и участвующими в делении клетки.

Цитоскелет представляет собой систему не мембранных органелл: микротрубочек, микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрабекул. Цитоскелет поддерживает и изменяет форму клетки, обеспечивает транспорт веществ в нее и обратно, обеспечивает подвижность клетки, участвует в клеточных соединениях.

Включения–временные компоненты цитоплазмы, обусловленные накоплением продуктов метаболизма клеток. Включения делятся на:
– трофические (запасы углеводов, белков, жиров);
– секреторные (продукты, секретируемые клеткой и необходимые для жизнедеятельности организма);
– экскреторные (продукты, подлежащие удалению из организма);
– пигментные (скопление пигмента, на- пример, гемоглобина в цитоплазме эритроцитов) или меланина в меланоците кожи (рис. 7).

Ядро. Основными компонентами ядра являются кариолемма (ядерная оболочка), хроматин, ядрышко и кариоплазма (ядерный сок).

Ядерная оболочка состоит из двух мембран. Наружная мембрана переходит в эндоплазматическую сеть. Ядерная оболочка пронизана ядерными порами. Через них происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой.

Хроматин состоит из комплекса ДНК и белка и соответствует хромосомам, которые во время деления клетки представлены туго скрученными нитями. Функции хромо- сом – хранение, воспроизведение и распределение наследственной информации. В ядренаходятся хромосомы, содержащие генетическую информацию. В результате процессов транскрипции генетическая информация постоянно избирательно считывается и передается в цитоплазму, где и осуществляются многообразные проявления жизнедеятельности клетки.

Ядрышко образовано специализированными участками хромосом, где располагаются многочисленные копии генов, кодирующие рибосомальные РНК (рРНК). Функции ядрышка заключаются в синтезе рРНК и сборке в предшественники рибосомальных субъединиц.

Кариоплазма – жидкая часть ядра. Здесь располагаются хроматин и ядрышко.

Деление клеток. Митоз, или непрямое деление клеток, включает четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 8).

Профаза начинается с конденсации хромосом. Ядрышко распадается, центриоли расходятся к полюсам клеток. Метафаза соответствует максимальному уровню конденсации хромосом. Ядерная оболочка разрушается, хромосомные нити направляются к полюсам клеток.

В анафазехромосомы происходит расщепление всех хромосом, которые расходятся к полюсам клеток. Образовывается клеточная перетяжка. Телофаза – конечная стадия митоза, в течение которой реконструируются ядра дочерних клеток и завершается их разделение. Восстанавливается кариолемма, вновь появляются ядрышки из участков соответствующих хромосом. Формируются мембранные структуры будущих дочерних клеток. Происходит углубление клеточной перетяжки, которая разделяет материнскую клетку на две дочерних. В телофазе происходит разделение органелл между дочерними клетками.

Старение и гибель клеток. После функционирования в течение определенного времени клетка гибнет, ее гибели предшествует период старения. Морфологические признаки старения клетки включают уменьшение, редукцию большинства органелл, накопление пигментных и жировых включений и др. Гибель клеток может происходить путем некроза и апоптоза. Некроз возникает под действием резко выраженных повреждающих факторов и представляет собой смерть в результате несчастного случая. Морфологические признаки некроза включают разрыв ядерной оболочки и мембран органелл, разрушение и растворение ядра, исчезновение клеточных границ и распад клетки. Апоптоз представляет собой запрограммированную гибель клеток. Это один из универсальных биологических механизмов тканевого гомеостаза. Морфологическим проявлением апоптоза служит конденсация цитоплазмы, которая сморщивается и уменьшается в размерах и раскалывание ядра на фрагменты.