Клетка, ткани и виды тканей

Лабораторная  работа № 1.

Клетка

     Цель  работы: изучить строение и функции животной клетки.

     Ход работы:

     Клетка – это структурная универсальная и функциональная единица живого организма (рис.1). 

Рис.1. Строение животной клетки.

     Клеточная мембрана – это оболочка клетки, выполняющая следующие функции:

1. Отделяет клетку от внешней среды.
2. Выполняет защитные функции.
3. Воспринимает воздействия внешней для клетки среды.
4. Осуществляет транспортную функцию.
5. Обладает проницаемостью по отношению к различным химическим веществам.
6. Образует межклеточные контакты с соседними клетками.

     Мембрана  состоит из липидов, белков и мукополисахаридов (рис.2). Каждая молекула липидов имеет полярную фосфолипиндную головку и два гидрофобных «хвоста».Головки молекул направлены к водной среде (к внеклеточной и внутриклеточной жидкостям), «хвосты» отталкиваются от воды, но притягиваются друг к другу, формируя основу мембраны.

     В билипидный слой встроены мозаично расположенные  глобулярные белки. Одни из них пронизывают  насквозь липидный слой и образуют ионные каналы и насосы. Через каналы по градиенту концентраций пассивно (без затраты энергии) транспортируются из внеклеточной среды в клетку и из клетки во внеклеточную среду различные молекулы и ионы, а с помощью ионных насосов осуществляется их активный транспорт против градиента концентраций (с затратой энергии).

     Другие  белки лишь частично погружены в  билипидный слой с наружной и внутренней стороны на различную глубину. Состав этих белков в различных типах  клеток специфичен и зависит от функций клеток. Одна белки выполняют транспортную функцию, являясь переносчиками молекул и ионов, другие белки выполняют функцию рецепторов клетки (имея активный центр, они обладают избирательным сродством к определенным биологически активным веществам, гормонам, медиаторам), третьи белки являются ферментами.

     Снаружи мембрана покрыта слоем мукополисахаридов (углеводов), которые имеют вид  длинных ветвящихся цепочек полисахаридов. Они связаны с наружными участками  молекул белков и липидов, осуществляют межклеточные взаимодействия и рецепторные функции (преобразование раздражений, воспринимаемых из внешней или внутренней среды организма, в нервное возбуждение, которое передается в центральную нервную систему).

     Мембрана  клеток постоянно обновляется.

Рис.2. Строение мембраны клетки.

     Цитоплазма  - внутренняя среда живой или умершей клетки, кроме ядра и вакуоль, ограниченная плазматической мембраной.

     Цитоплазма  неоднородна по своему составу, представляет собой водянистое вещество –  цитозоль (90 % воды), в котором располагаются различные органеллы, а также питательные вещества.

     Различают органеллы:

• Универсальные – характерные для любой клетки, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы, митохондрии (обеспечивающие синтез белков, жиров, жироподобных веществ, углеводов и АТФ), микротрубочки (выполняющие опорную функцию), лизосомы (выполняющие пищеварительную функцию), клеточный центр (участвующий в делении клеток).
• Специальные – миофибриллы мышечных волокон (обеспечивают сократимость мышечной ткани), нейрофибриллы нервных клеток (формируют опорную и транспортную систему), реснички (обеспечивают двигательную функцию мерцательного эпителия).

     Эндоплазматическая  сеть является системой синтеза и транспорта органических веществ в цитоплазме клетки, представляющая собой ажурную конструкцию из соединенных полостей, канальцев и трубочек (рис.3). Они ограничены мембраной, сходной по строению с плазматической.

1 - свободные рибосомы; 2 - полости;

3 - рибосомы, прикрепленные  к мембранам;

4 - ядерная оболочка.

Рис. 3. Эндоплазматическая сеть.

     К мембранам эндоплазматической сети прикреплено большое число рибосом - мельчайших органоидов клетки, имеющих вид сферы с диаметром 20 нм и состоящих из рРНК и белка. На рибосомах и происходит синтез белков. Затем вновь синтезированные белки поступают в систему полостей и канальцев, по которым перемещаются внутри клетки. 

     В цитоплазме клетки есть и свободные, не прикрепленные к мембранам  эндоплазматической сети рибосомы. Как правило, они располагаются группами, на них тоже синтезируются белки, используемые самой клеткой.

     Поступающие в просветы полостей и канальцев эндоплазматической сети продукты биосинтеза концентрируются и транспортируются в специальный аппарат - комплекс Гольджи (рис.4).

     Это органоид, имеющий размер 5-10 мкм, состоит  из 3-8 сложенных стопкой, уплощенных, слегка изогнутых, дискообразных полостей. Он выполняет в клетке разнообразные  функции: участвует в транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в выведении их из клетки, в формировании лизосом и т. д.

Рис.4. Схема строения комплекса  Гольджи.

     В цитоплазме клеток животных и растений расположены так называемые энергетические органоиды - митохондрии (рис.5).

     Форма митохондрий различна, они могут  быть овальными, палочковидными, нитевидными  со средним диаметром 1 мкм и длиной 7 мкм. Число митохондрий зависит  от функциональной активности клетки и может достигать десятка  тысяч в летательных мышцах насекомых.

     Митохондрии снаружи ограничены внешней мембраной, которая в основном имеет то же строение, что и плазматическая мембрана. Под наружной мембраной располагается внутренняя мембрана, образующая многочисленные складки - кристы. Внутри митохондрии находятся РНК, ДНК и рибосомы, отличающиеся от цитоплазматических. В ее мембраны встроены специфические ферменты, с помощью которых в митохондрии происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Рис.5. Схема строения митохондрии.

     Микротрубочки и микрофиламенты – нитевидные структуры, состоящие из различных сократительных белков и обуславливающие двигательные функции клетки. Микротрубочки имеют вид полых цилиндров, стенки которых состоят из белков – тубулинов. Микрофиламенты представляют собой очень тонкие, длинные, нитевидные структуры, состоящие из актина и миозина. Микротрубочки и микрофиламенты пронизывают всю цитоплазму клетки, формируя её цитоскелет, обуславливают циклоз, внутриклеточные перемещения органелл, расхождение хромосом при делении ядерного материала и т.д.

     Лизосомы - микроскопические одномембранные органеллы округлой формы. Их число зависит от жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния (рис.6). В лизосомах находятся лизирующие (растворяющие) ферменты, синтезированные на рибосомах. Выполняют функции переваривания пищи, попавшей в животную клетку при фагоцитозе и пиноцитозе. Защитную функцию.

     Они возникают в расширениях эндоплазматической сети и в комплексе Гольджи, здесь заполняются гидролитическими ферментами, а затем обособляются и поступают в цитоплазму. В обычных" условиях лизосомы переваривают частицы, попадающие в клетку путем фагоцитоза, и органоиды отмирающих клеток. Продукты лизиса выводятся через мембрану лизосомы в цитоплазму, где они включаются в состав новых молекул. При разрыве лизосомной мембраны ферменты поступают в цитоплазму и переваривают ее содержимое, вызывая гибель клетки.

Рис.6. Лизосомы.

     В клетках животных вблизи ядра находится  органоид, который называют клеточным центром. Основную часть клеточного центра составляют два маленьких тельца - центриоли, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. Каждая центриоль имеет форму цилиндра длиной до 1 мкм. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления.

     Миофибриллы — органеллы клеток поперечнополосатых мышц, обеспечивающие их сокращение. Служат для сокращений мышечных волокон (рис.7).У человека толщина миофибрилл составляет 1-2 мкм, а их длина может достигать длины всей клетки (до нескольких сантиметров). Одна клетка содержит обычно несколько десятков миофибрилл.

Рис.7. Строение миофибриллы.

Ядро клетки - главный центр с генетической информацией, так как в нем находятся хромосомы, содержащие наследственные признаки, закодированные в форме ДНК. Другие носители информации имеют меньшее значение.

     Ядро  клетки играет основную роль в её жизнедеятельности, с его удалением клетка прекращает свои функции и гибнет. В большинстве клеток человека одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (печень и мышцы). Эритроциты человека развиваются из клеток предшественников, содержащих ядро, но зрелые эритроциты утрачивают его и живут недолго.

     В ядре неделящейся клетки различают (рис.8):

1. Ядерную оболочку;
2. Ядерный сок;
3. Ядрышко;
4. Хроматин.

Рис.8. Строение ядра. 
 

     Ядро  окружено двойной мембраной, пронизанной  порами, посредством которых оно тесно связано с каналами эндоплазматической сети и цитоплазмой. Внутри ядра находится хроматин — спирализованные участки хромосом. В период деления клетки они превращаются в палочковидные структуры, хорошо различимые в световой микроскоп. Хромосомы — это сложный комплекс белков с ДНК, называемый нуклеопротеидом.

     Функции ядра состоят в регуляции всех жизненных отправлений клетки, которую оно осуществляет при помощи ДНК и РНК-материальных носителей наследственной информации. В ходе подготовки к делению клетки ДНК удваивается, в процессе митоза хромосомы расходятся и передаются дочерним клеткам, обеспечивая преемственность наследственной информации у каждого вида организмов.

Ядерный сок (кариоплазма) — жидкая фаза ядра, в которой в растворенном виде

находятся продукты жизнедеятельности ядерных структур.

         Ядрышко — обособленная, наиболее плотная часть ядра.

       В состав ядрышка входят сложные белки  и РНК, свободные или связанные  фосфаты калия, магния, кальция, железа, цинка, а также рибосомы. Ядрышко исчезает перед началом деления клетки и вновь формируется в последней фазе деления. Таким образом, клетка обладает тонкой и весьма сложной организацией. Обширная сеть цитоплазматических мембран и мембранный принцип строения органоидов позволяют разграничить множество одновременно протекающих в клетке химических реакций. Каждое из внутриклеточных образований имеет свою структуру и специфическую функцию, но только при их взаимодействии возможна гармоничная жизнедеятельность клетки. На основе такого взаимодействия вещества из окружающей среды поступают в клетку, а отработанные продукты выводятся из нее во внешнюю среду — так совершается обмен веществ. Совершенство структурной организации клетки могло возникнуть только в результате длительной биологической эволюции, в процессе которой выполняемые ею функции постепенно усложнялись. Простейшие одноклеточные формы представляют собой и клетку, и организм со всеми его жизненными проявлениями. В многоклеточных организмах клетки образуют однородные группы — ткани. В свою очередь ткани формируют органы, системы, и их функции определяются общей жизнедеятельностью целостного организма.