Строение и физиология клетки и тканей

Живая природа является целостной, но неоднородной системой, которой свойственна иерархическая организация. Главными биологическими категориями этой системы являются геном (генотип), клетка, организм, популяция, биогеоценоз, биосфера, имеющие различные иерархические уровни организации. К ним относятся молекулярно-генетический, клеточный, организменный, или онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический уровни. Каждый уровень имеет свою элементарную единицу, в которой заключены специфические для данного уровня процессы сохранения и развития жизни.

КЛЕТКА — клітина (укр.) (cellula) — живая элементарная система, основная структурно-функциональная единица всего живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению. Ей свойственны биосинтез, распад органических соединений, обмен веществ, питание, дыхание, выделение, размножение, рост, раздражимость. Благодаря деятельности клетки, поступающие извне вещества, превращаются в субстраты и энергию, которые используются в процессе биосинтеза белков и других соединений, необходимых организму. Из клеток построены организмы растений, животных и человека, в них различают три основные части: клеточную оболочку, цитоплазму с органоидами общего и специального назначения и ядро.

Клеточная оболочка (плазматическая мембрана — плазматична мембрана (укр.)) (рис.1) состоит из гликокаликса, образованного из коротких цепочек полисахаридов в комплексе с мембранными белками — гликопротеинами и жирами — гликолипидами, таким образом, образуется билипидный слой, окруженный белковыми слоями, где белки по-разному могут располагаются в структуре мембраны. Одни белки пронизывают мембрану от ее наружной до внутренней поверхности, другие же закреплены в каком-то одном слое, или внутреннем или наружном. Молекулы белка в плазматической мембране могут быть очень динамичными и изменчивыми структурами.

Рис.1. Схема молекулярной организации цитоплазматической мембраны.

1 — бимолекулярный слой липидов; 2 — мономолекулярные слои белка; 3 — пора.

К ним относятся:

w белки-каналы или транспортные белки;

w белки-насосы;

w структурные белки;

w ферменты и рецепторы.

Мембранная система представлена и во внутриклеточных образованиях (например, ретикулум, митохондрии). Общая поверхность мембран внутриклеточных образований примерно в 10 раз превышает поверхность клеточной мембраны.

Клеточная оболочка обеспечивает механическую прочность и опору клетки, обмен веществ между клетками и межклеточным веществом, играя большую роль в жизнедеятельности клетки, а также барьерную функцию, отделяя содержимое клетки от внешней среды; транспортную — обладая избирательной проницаемостью, т.е. одни вещества проходят сквозь нее легко, другие трудно, третьи вообще не проходят. Тем самым поддерживается внутренний баланс состава клетки.

Цитоплазма — вязкое полужидкое вещество(цитоплазматический матрикс), лежащее под клеточной оболочкой. Растворимая часть цитоплазмы называется цитозолем. Это внутриклеточное вещество типа геля, состоящего из 75- 85% воды и 10-20% белка. Цитозоль способен к гель-золь переходам. Гель — более твердое желеобразное состояние, а золь — более жидкое, близкое к глицерину. Цитозоль объединяет все содержимое клетки в единое целое. В цитоплазме располагаются органоиды клетки и ядро (рис.2). Цитоплазматический матрикс постоянно движется, создавая среду для органоидов, а также обеспечивает взаимосвязь всех частей клетки и транспорт питательных веществ.

К органоидам общего назначения относятся органоиды, характерные для любых клеток растительного или животного происхождения.

Рис. 2. Схема ультрамикроскопического строения клетки (по М. Р Сапину, Г. Л Билич, 1989):

1 — цитолемма (плазматическая мембрана), 2 —пиноцитозные пузырьки, 3 — клеточный центр, 4 — цитоплазма, 5 — эндоплазматическая сеть (а — мембраны эндоплазматической сети, б — рибосомы), 6 — ядро, 7 — связь перинуклеарного пространства с полосгями эндоплазматической сети, 8 — ядерные поры, 9 — ядрышко, 10 — аппарат Гольджи), 11 — секреторные вакуоли, 12 — митохондрии, 13 — лизосомы, 14 — три последовательные стадии фагоцитоза, 15 — связь клеточной оболочки (цитолеммы) с мембранами эндоплазматической сети.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — є ндоплазматична мережа (укр.) — система одно мембранных трубочек, канальцев, полостей, образующих единое целое с мембранами ядра и клетки. ЭПС синтезирует липоиды и углеводы, накапливает АТФ и транспортирует ее в любое место клетки. Выделяют гладкую ЭПС и гранулярную — с рибосомами.

Рибосомы — рібосоми (укр.) —плотные тельца, содержащие белок и РНК, в них происходит синтез белков. Они могут располагаться в цитоплазме свободно.

Аппарат Гольджи — апарат Гольджі (укр.) — система плоских цистерн, от которых постоянно отшнуровываются пузырьки. Аппарат Гольджи выполняет выделительную функцию и образует лизосомы.

Лизосомы — лізосоми (укр.) — округлые тельца, своеобразные пищеварительные «станции» клетки выделяют гидролитические ферменты, расщепляющие органические вещества.

Митохондрии — мітохондрії (укр.) — утолщенные тельца, полуавтономные органоиды, имеющие снаружи гладкую мембрану, а внутри выросты — кристы, на которых расположены ферменты, расщепляющие органические вещества — до неорганических. При этом выделяется энергия, которая запасается в митохондриях в виде АТФ. Это энергетическое депо клетки.

Клеточный центр — клітинний центр (укр.) — это участок более густой цитоплазмы с центриолями (цилиндрические тельца), который находится вблизи ядра, участвует в делении клетки.

Органоиды специального назначения — органоїди спеціального призначення (укр.) (жгутики, реснички, мио-, нейрофибриллы и др.) являются элементами цитодифференцировки, по которым отличаются клетки друг от друга.

Ядро (ядро(укр.)) состоит из ядерной оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Ядро является носителем наследственности и обеспечивает деление клетки. В человеческом организме размножение клеток происходит непрямым делением — митозом. В результате дочерние клетки получают такой же набор хромосом, как у материнских клеток. У человека в ядре содержится 23 пары хромосом, каждая из которых несет в себе тысячи генов ответственных за различные аспекты строения организма и разнообразные функции, передающиеся от родителей потомству. Это — размеры тела, цвет глаз, волос, кожи, выработка тех или иных ферментов, рост и развитие, продолжительность жизни и т.д. ДНК генов является носителем наследственности, содержит инструкцию в виде кода, которая передается РНК ядрышка, обеспечивая «работу» цитоплазмы, заставляя ее вырабатывать все необходимые белки в рибосомах в соответствии с генеральным планом ДНК.

Все органы человека построены из тканей, производных зародышевых листков — эктодермы, энтодермы и мезодермы, образующихся в ходе гаструляции. Строение тканей изучает наука гистология.

ТКАНЬ — тканина (укр.) (textus)— это совокупность клеток и межклеточного вещества, которые имеют общее происхождение, одинаковое строение и выполняющих одну и ту же функцию. Выделяют четыре основных типа тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную.

Эпителиальная ткань — епітеліальна тканина (укр.) (textus epithelialis)состоит из плотно прилегающих друг к другу клеток и слабо развитым межклеточным веществом. Эта пограничная ткань, выстилает все внутренние полости и снаружи кожи, в связи с этим выполняет защитную, выделительную, секреторную и обменные функции.

Различают: однослойные эпителии — кубический, призматический (почечный эпителий); цилиндрический с щеточной каемкой (кишечный эпителий); плоский — мезотелий, выстилающий целом; многорядный эпителий — реснитчатый эпителий, выстилающий слизистую дыхательных путей, и многослойные эпителии — многослойный плоский ороговевающий эпителий кожи, многослойный плоский неороговевающий эпителий, выстилающий слизистую оболочку рта, и переходный эпителий, выстилающий слизистую мочевого пузыря (рис.3).

5

2 3 4

Рис. 3. Схема строения различных видов эпителия.

1 — однослойный плоский эпителий; 2 — многослойный плоский эпителий (вид на разрезе); 3 — однослойный кубический эпителий (вид на разрезе); 4 — железистый эпителий; 5 — реснитчатый эпителий.

Железистый эпителий образует железы, среди которых различают одноклеточные и многоклеточные, альвеолярные и трубчатые. Многоклеточные железы могут быть простыми, разветвленными и сложными альвеолярно-трубчатыми. По способу выделения секрета различают:

w апокриновые железы — при выделении секрета разрушается только апикальная часть железистой клетки с быстрым ее восстановлением;

w мерокриновые железы — при секреции разрушается часть клетки, которая также восстанавливается;

w голокриновые железы — при выделении секрета клетки полностью разрушаются и не восстанавливаются.

Существует два типа желез:

w экзокринные (железы внешней секреции), имеющие протоки и секрет выделяется на поверхность кожи (сальные, потовые железы) или в полости внутренних органов (поджелудочная железа, печень, кишечные железы);

w эндокринные (железы внутренней секреции), не имеющие протоков и свои секреты (гормоны) выделяют непосредственно в кровь или лимфу. К ним относятся: гипофиз, эпифиз, надпочечники, щитовидная, паращитовидные, зобная (вилочковая) и половые железы.

Соединительная ткань — (сполучна тканина (укр.))(textus connectivus)объединяет значительное количество видов тканей.

К соединительным тканям, выполняющих трофическую и защитную функции, относятся:

w рыхлая волокнистая соединительная ткань, состоящая из клеточных элементов — фибробластов, макрофагов, плазматических, тучных клеток и волокнистых структур — коллагеновых, ретикулярных и эластических волокон (рис.4);

w кровь, лимфа и тканевая жидкость относятся к жидким соединительным тканям;

w жировая ткань образуется под кожей, не имеет собственного основного вещества. В каждой клетке располагается капелька жира, а ядро и цитоплазма располагаются по периферии (рис.5). Жировая ткань является основным энергетическим депо, защищает внутренние органы от ударов, сохраняет тепло в организме.

Рис.4. Рыхлая волокнистая соединительная ткань. Рис.5. Жировая ткань.

К соединительным тканям, выполняющим опорную функцию, относятся:

w плотная волокнистая оформленная ткань;

w плотная неоформленная соединительная ткань с преобладанием волокнистых структур. В оформленной плотной соединительной ткани пучки коллагеновых волокон расположены, упорядочено, из нее состоят связки, сухожилия, перепонки, фасции, а в неоформленной — неупорядочено — это дерма кожи.

Хрящевая ткань (хрящова тканина (укр.)) (рис.6), как разновидность соединительной ткани, отличается плотностью и эластичностью. Состоит из хрящевых клеток — хондриоцитов, расположенных группами, и основного вещества в виде геля, в котором лежат волокнистые структуры — коллагеновые, эластические и ретикулярные волокна.

Различают:

w гиалиновый хрящ (хрящи суставов, ребер, щитовидный, перстневидный, дыхательные хрящи);

w волокнистый хрящ (межпозвоночные диски, внутрисуставные диски, мениски, покрывают поверхности височно-нижнечелюстного и грудино-ключичного суставов);

w эластический хрящ (надгортанник, черпаловидные, рожковидные и клиновидные хрящи гортани, ушная раковина, слуховые проходы).

Рис.6. Хрящевая ткань.

Рис.7. Костная ткань.

Костная ткань (кісткова тканина (укр.))(рис.7)также является видом соединительной ткани, в которой основное вещество подвергается обызвествлению. У человека она представлена пластинчатой костной тканью, структурно-функциональной единицей, которой является остеон. Из костной и хрящевой тканей образован скелет человека.

Мышечная ткань — м'язова тканина (укр.) (textus muscularis)представлена поперечно-полосатой, гладкой и сердечной мышечными тканями (рис. 8).

Поперечнополосатая мышечная ткань или скелетная мускулатура (рис.8) произвольная и представлена мышечными волокнами, каждое из которых состоит, из объединенных в одну, нескольких клеток, с расположенными по периферии ядрами. Кроме органоидов общего назначения, в мышечных волокнах находятся сократительные органоиды — миофибриллы, состоящие из сократительных белков миозина (толстые нити) и актина (тонкие нити), расположенные упорядочено, образуя светлые и темные участки в миофибрилле, которые и формируют поперечную исчерченость.

Рис.8. Виды мышечных тканей.