СТРОЕНИЕ ЖИВОТНОЙ КЛЕТКИ. ОСНОВНЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ И ИХ ФУНКЦИИ

 

Все живые организмы в зависимости от типа составляющих их клеток разделяют на эукариоты (клетки, имеющиеядро) и прока­риоты (клетки, у которых оформленное ядро отсутствует). Из эукариотических клеток состоят самые разнообразные организмы: высшие растения, грибы, одноклеточные амебы и многоклеточные животные. Отдельные клетки из разных частей какого-либо выс­шего организма могут существенно различаться по форме, разме­рам и функциям. Однако, несмотря на различия, клетки как многоклеточных, так и одноклеточных организмов в принципе сход­ны по своему строению, а различия в деталях строения обусловле­ны их функциональной специализацией. Основными элементами всех клеток являются цитоплазма и ядро.

Любая клетка (рис. 1.1) содержит множество структурных еди­ниц меньшего размера, называемых органеллами. Органеллы вы­полняют специфические функции, например, вырабатывают энер­гию или участвуют в делении клетки. Органеллы окружены со всех сторон жидкой цитоплазмой, а сама клетка отграничена от окружающей среды липидно-белковой оболочкой, называемой клеточной мембраной. Через клеточную мембрану осуществляется активныйи пассивный перенос различных веществ внутрь и на­ружу.

Цитоплазма животной клетки — сложно организованная систе­ма, представляющая собой основную массу клетки. Она состоит из коллоидного раствора белков и других органических веществ: 85 % этого раствора — вода, 10 % — белки и 5 % — другие соединения. По своей структуре цитоплазма неоднородна. В ней расположены пластинчатые структуры, или мембраны, которые образуют слож­ную систему разветвленных каналов. Это так называемая эндоплазматическая сеть, или ретикулум. Различают гладкий эндоплазматический ретикулум (ГЭР) и шероховатый эндоплазматический ретикулум (ШЭР). ГЭР представляет собой систему гладких внут­риклеточных мембран: в этой органелле находятся ферменты, обез­вреживающие ядовитые вещества (в частности, оксидазы). На мем­бранах ГЭР происходят синтез липидов и гидролитическое рас­щепление гликогена. ШЭР представляет собой систему внутрикле­точных мембран с прикрепленными к ним многочисленными ри­босомами, которые и придают вид шероховатости. Часть ШЭР на холится в прямом контакте с ядерной мембраной. На мембранах ШЭР синтезируются различные виды белков.

Дисковидные мембраны и связанные с ними многочисленные пузырьки представляют собой так называемый комплекс Гольджи. Внем происходит концентрация веществ, которые затем либо ис­пользуются в клетке, либо секретируются во внеклеточную среду.

В рибосоме, представляющей собой сложную органеллу, осуще­ствляется синтез белка. Рибосомы, расположенные на мембранах эндоплазматической сети (ШЭР) или свободно в цитоплазме. В их состав входят белки и рибонуклеиновые кислоты (РНК) примерно в раннем количестве.

 

Рис. 1.1, Строение животной клетки

 

Палочковидные органеллы диаметром около 1 мкм и длиной около 7 мкм, носящие название митохондрии, имеют двойную мембрану. Пространство, ограниченное внутренней мембраной, называют митохондриальным матриксом. Он содержит рибосомы и митохондриальную кольцевую ДНК, специфические РНК, соли кальция и магния. В митохондриях за счет окислительно-восстано­вительных процессов вырабатывается энергия, которая накапли­вается в виде молекул аденозинтрифосфата (АТФ). Количество митохондрий в одной клетке может достигать нескольких тысяч. Митохондрии способны к самовоспроизведению.

Органеллы в виде пузырьков, покрытые мембраной, лизосомы, содержат ферменты, расщепляющие белки, нуклеиновые кисло­ты, полисахариды. Лизосомы являются «пищеварительной систе­мой» клетки. В случае разрушения мембраны лизосомы могут пере­варивать и содержимое цитоплазмы клетки, происходит автоли­зис (самопереваривание).

Овальные тельца, ограниченные мембраной, пероксисомы, со­держат ферменты окисления аминокислот и фермент каталазу, разрушающий перекись водорода (Н₂О₂). При метаболизме амино­кислот образуется Н₂О₂, которая является высокотоксичным со­единением. Каталаза, таким образом, выполняет защитную функ­цию.

В центре клетки или рядом с ядром обычно располагается «кле­точный центр» — центросома. Центросома состоит из двух центриолей и центросферы — особым образом организованного участка цитоплазмы. Центросома участвует в процессе деления клетки, со­здавая веретено деления.

Ядро клетки является носителем генетического материала и местом, где осуществляется его воспроизведение и функциониро­вание. Оно имеет сложное строение, изменяющееся в процессе клеточного деления. Ядро состоит из кариоплазмы, нескольких ядрышек и ядерной оболочки. В кариоплазме содержатся обязатель­ные элементы ядра — хромосомы. ДНК хромосом в ядре обычно находятся в комплексе с белками. Такие ДНК-белковые комплек­сы называются хроматином (от греч. clmimatos — цвет, краска) по их способности хорошо окрашиваться красителями. В интерфазных клетках хроматин распределен по всему ядру или располагается в виде отдельных глыбок. Это обусловлено тем, что во время интер­фазы хромосомы деконденсированы (раскручены) и представле­ны очень длинными нитями, которые служат матрицами для пос­ледующего синтеза белков. Они и составляют нити хроматина, мак­симальная конденсация которых происходит во время митотического деления клеток с образованием хромосом.

Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой. Ядерная оболочка состоит из двух слоев, разделенных перинуклеарным пространством. По всей поверхности ядерной оболочки равномер­но распределены ядерные поры, через которые происходит пере­нос веществ, как из ядра, так и в обратном направлении.

Ядрышко представляет собой область внутри ядра, являющую­ся производной некоторых хромосом. В ней локализованы гены, кодирующие молекулы рибосомных РНК. Плотная центральная зона ядрышка содержит ДНК-белковые комплексы, и здесь происхо­дит транскрипции генов рибосомных РНК. Ядро может содержать от одного до нескольких ядрышек.

Рассмотренные органеллы являются обязательными элемента­ми клетки. В некоторых случаях в цитоплазме клетки выявляются различные включения. Они не являются обязательным компонен­том, поскольку представляют различные продукты метаболизма (белки, жиры, пигментные зерна, кристаллы солей мочевой кис­лоты и т.п.). В случае необходимости эти вещества могут быть ис­пользованы самой клеткой или организмом либо выведены из орга­низма.

 

ЯЙЦЕКЛЕТКА И СПЕРМАТОЗОИД

 

Яйцеклетка и сперматозоид являются высоко специализирован­ными клетками организма, обеспечивающими передачу свойств и характеристик родительских организмов своему потомству. Таким образом, все, что человек наследует от своих родителей, заключено в яйцеклетке и сперматозоиде. Яйцеклетки и сперматозоиды разви­ваются из первичных подовых клеток герминативной ткани, которая обособляется па самых ранних этапах эмбриогенеза. Процесс обра­зования яйцеклеток (женских гамет) и сперматозоидов (мужских гамет) носит общее название — гмеетогенез. В мужском организме сперматогенез происходит в мужских половых железах — семенни­ках, или яичках (testis); в женском организме яйцеклетки образу­ются (овогенез) в женских половых железах — яичниках (ovarium).

Яйцеклетка. Яйцеклетки человека представляют собой сфери­ческие клетки размером около 130— 140 микрон. Яйцеклетки раз­виваются в двух яичниках — специализированных железах женско­го организма, расположенных в складках брюшины. В яичниках к моменту рождения содержится примерно 10⁶ незрелых яйцеклеток. Однако до наступления менопаузы (окончание репродуктивного периода) только 350 — 400 из них созревают и выходят из яични­ков (овуляция). Каждая яйцеклетка окружена клетками фоллику­лярного эпителия, которые по мере созревания яйцеклетки раз­множаются и выделяют фолликулярную жидкость, накапливающу­юся в полости первичных, или примордиальных, фолликулов (рис. 1.2).

 

Рис. 1.2. Схематическое изображение различныхстадий развития фоллику­ла в яичнике

 

Функции клеток фолликулярного эпителия состоят главным обра­зом в обеспечении притока в яйцеклетку питательных веществ — белков, жиров, аминокислот ипродукции женских половых гармонов. Зрелый фолликул, называемый граафовым пузырьком, до­стигает в диаметре 2 см и выступает под поверхностью яичника в виде бугорка (рис. 1.3). В момент овуляции стенка граафова пузырь­ка разрывается, яйцеклетка, способная к оплодотворению, выхо­дит в брюшную полость и попадает в фаллопиеву трубу, по кото­рой движется в полость матки. Обычно каждый месяц освобожда­ется только одна яйцеклетка в одном из яичников. Таким образом, образование половых клеток в женском организме является циклическим процессом, повторяющимся примерно каждые 28 дней. Он связан с изменениями в функционировании и строении всей репродуктивной системы женского организма.

 

 

Рис. 1.3. Стадии развития овоцита у человека

 

Сперматозоид. Сперматозоиды, или спермин, — это мелкие подвижные клетки, которые образуются в извитых канальцах муж­ских гонад (семенниках) после достижения полового созревания. Их количество исчисляется миллионами. Стенки канальцев состоят из ряда соединительно-тканных клеток и фолликулярных кле­ток (клетки Сертолли), образующих углубления. В этих углубле­ниях располагаются мужские половые клетки на различных ста­диях сперматогенеза. Зрелый сперматозоид состоит из четырех глав­ных частей — головки, шейки, средней части и хвоста, илижгу­тика (рис. 1.4). В головке сперматозоида находится ядро, которое окружено тонким слоем цитоплазмы. Над ядром расположена осо­бая структура — акросома, содержащая гидролитические фермен­ты, способствующие проникновению сперматозоида в яйцеклетку. В шейке расположены две центриоли: более близко расположен­ная к ядру центриоль участвует в образовании веретена деления, другая — в образовании осевой нити хвоста. Средняя часть сперматозоида занята митохондриями, собранными в спираль вокруг жгу­тика. Они обеспечивают энергией двигательную активность спер­матозоидов. Хвост (жгутик) служит органом движения.

Рис. 1.4. Схематическое изображение сперматозоида человека

ГАМЕТОГЕНЕЗ

 

В зависимости от того, какие развиваются гаметы, различают сперматогенез (формирование мужских гамет — сперматозоидов) или овогенез (формирование женских гамет — яйцеклеток). Ос­новные этапы гаметогенеза у человека представлены на рис. 1.5.

Сперматогенез складывается из четырех последовательных пе­риодов: размножения, роста, созревания и преобразования, кото­рые происходят в соответствующих зонах семенников (рис. 1.6).

 

Рис. 1.5. Схема основныхэтапов сперматогенеза и овогенеза

 

По периферии семенного канальца расположена зона размножения, где исходные диплоидные клетки (2п2с), сперматогонии, интен­сивно размножаются путем митоза. Таким образом, период раз­множения соответствует ряду следующих друг за другом митозов.

 

Рис. 1.6. Схема сперматогенеза.

На рисунке изображены семенная железа (тестис), придаток семенной железы и семявыносящий проток: 1 — основная мембрана; 2 — клетки Сертоли; 3 — спер­матогонии; 4 — сперматоцит первого порядка (46, XY); 5 — сперматоцит второго порядка (23, X или 23, Y); 6 — сперматиды; 7 — сперматозоиды; 8 — просвет семявыносящего канала

 

 

Некоторые сперматогонии, перемешаясь ближе к просвету ка­нальца, попадают в зону роста. Сперматогонии растут и превращаются в сперматоциты первого порядка. В период роста, который соответствует интерфазе клеточного цикла, происходит удвоение количества ДНК (2п4с).

Еще ближе к просвету канальца лежит зона созревания. Имен­но здесь происходит мейоз. После первого мейотического деления образуются две гаплоидные клетки — сперматоциты второго по­рядка (1п2с); второе мейотическое деление заканчивается образованиемчетырех гаплоидных сперматид (Inlc).

Период формирования отмечается только при сперматогенезе и отсутствует в овогенезе. Количество клеток и число хромосом в сперматидах не меняется. Из четырех сперматид уже без каких-либо делений образуются четыре зрелых сперматозоида. Сперматиды пре­терпевают лишь морфологическую реорганизацию (формируется хвост, происходит элиминация цитоплазмы, других органелл и т.д.).

Продолжительность цикла сперматогенеза, т.е. времени от де­ления сперматогония до формирования зрелого сперматозоида, способного к оплодотворению, у человека составляет 2 — 3 месяца. В сутки у взрослого здорового мужчины в семенниках образуется примерно 2 * 10⁸, а за время половой жизни несколько сотен миллиардовсперматозоидов.

В овогенезе различают три периода: размножение, рост и созре­вание. Путь развития женских половых клеток сходен с циклом раз­вития сперматозоидов, однако имеются существенные различия.

В яичниках исходными диплоидными клетками являются овогонии (2п2с), которые интенсивно митотически размножаются в эмбриональном периоде развития женского организма. К моменту рождения деления овогоний прекращаются.

Овогонии, вступившие в период роста, превращаются в овоциты первого порядка. Период роста овоцитов первого порядка су­щественно более продолжителен, чем у сперматоцитов первого порядка. Овоцит, окруженный фолликулярными клетками (фол­ликулами), накапливает белки, жиры, углеводы, другие вещества, происходит удвоение количества ДНК (2п4с). Овоцит постепенно растет, превращаясь впервичный, вторичный и, наконец, зрелый фолликул, или граафов пузырек. Накопление питательных веществ необходимо яйцеклетке для осуществления первых этапов разви­тия организма. После периода роста овоцит первого порядка всту­пает в период созревания.

Так же как и в периоде созревания сперматозоидов, овоцит первого порядка проходит первое мейотическое деление, в резуль­тате которого образуется овоцит второго порядка (1п2с) и одно полярное тельце (1п2с). При этом цитоплазма распределяется между дочерними клетками неравномерно. В результате образуется круп­ный овоцит второго порядка и маленькое, бедное цитоплазмой первое полярное тельце, которое впоследствии также делится. При втором мейотическом делении, эквационном, из овоцита второго порядка образуется созревшая яйцеклетка (lnlc), сохранившая в своей цитоплазме все накопленные вещества и второе полярное тельце (lnlc). В это же время первое полярное тельце также эквационно делится на два вторых полярных тельца. В результате овоге­неза овоцит первого порядка дает полноценную гаплоидную яй­цеклетку со всеми необходимыми цитоплазматическими запасами и три полярных тельца, которые редуцируются.

Таким образом, при образовании мужских и женских половых клеток из каждой исходной диплоидной клетки в результате двух мейотических делений образуются четыре гаплоидные клетки. В муж­ском организме это четыре способные к нормальному функциони­рованию клетки — зрелые сперматозоиды. В женском организме также образуются четыре клетки, из которых только одна становится со­зревшей яйцеклеткой; остальные три (полярные тельца) погибают.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. AT : химич. Природа, строение, свойства, механизм специфического взаимодействия с АГ
2. Hfr-клетки. Использование их в картировании бактериальных генов.
3. I. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
4. I.2. Основные интерпретации катарсиса.
5. II. Основные принципы и правила служебного поведения государственных служащих
6. II. ЦЕЛИ, ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЗАДАЧИ ПРОФСОЮЗА
7. III. Полномочия и функции Комиссии
8. IV. Основные способы и средства защиты населения в чрезвычайных ситуациях.
9. IV.2. ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
10. V. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА.
11. V1: 2. Основные этапы становления и развития финансовой системы России
12. XI. Основные виды и жанры аниме