yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share

Возрастная физиология и анатомия

Ядро

Большинство клеток имеет округлое или овальное ядро размером 3-25 мкм. Наиболее крупное ядро у яйцеклетки. Ядро покрыто сверху оболочкой, или кариолеммой. Она образуется из цистерн эндоплазма- тической сети и состоит из наружной и внутренней мембран. Про­странство между ними называется перинуклеарным пространством. Оно имеет ширину 25-50 нм и сохраняет сообщение с полостями эн- доплазматической сети. На наружной стороне ядерной оболочки рас­полагаются рибосомы. Местами внутренняя и внешняя мембрана сливаются, и в этом месте образуется пора. Поры могут занимать до 25 % поверхности ядра. Через них осуществляется избирательный транспорт молекул и частиц из ядра в цитоплазму и обратно. Под ядерной оболочкой располагается нуклеоплазма в форме геля. По ней транспортируются различные молекулы, и в ней располагается хро­матин, являющийся основой ДНК. Хроматин в виде тонких нитей или глыбок располагается по периферии ядра. Это разрыхленные, де- конденсированные хромосомы. В такой форме хромосомы активны и находятся в рабочем состоянии, участвуя в транскрипции и репли­кации ДНК. В конденсированном состоянии хромосомы неактивны и участвуют в переносе генетической информации при делении клет­ки. В начале митоза хроматин переходит из деконденсированного со­стояния в конденсированное, при этом образуются видимые хромо­сомы. Они представляют собой палочковидные структуры, имеющие два плеча, разделенные центромерой. В зависимости от ее расположе­ния и длины плеч различают три вида хромосом: метацентрические с одинаковыми плечами, акроцентрические с одним очень коротким и одним длинным плечом, субметацентрические с одним длинным и одним коротким плечом. Хромосомы представляют собой двойные цепи ДНК, окруженные сложной системой белков. Длина одной хро­мосомы человека в растянутом виде около 5 см, длина всех хромосом около 170 см. Хромосомы состоят из генов. Ген — это участок молекулы ДНК, на котором синтезируется активная молекула РНК. Хромосомы являются хранителем наследственных свойств организма. Последо­вательность нуклеотидов в цепях ДНК определяет генетический код. Совокупность всей генетической информации, хранящейся в хромо­сомах, называется геномом. При подготовке к делению геном удваи­вается, а при самом делении равномерно распределяется между до­черними клетками.

В нуклеоплазме располагаются ядрышки, плотные образования размером 1—5 мкм, состоящие из нуклеопротеидов. В ядрышке син­тезируется входящая в состав рибосомы рРНК, которая транспорти­руется в цитоплазму через ядерные поры.

Деление клетки

Клетки образуются только при делении других клеток. После деле­ния должно пройти некоторое время, чтобы сформировались орга- неллы и были синтезированы все необходимые ферменты. Этот отрезок времени называется созреванием. Зрелая клетка может функциониро­вать различное время. Некоторые клетки сохраняются в течение всей жизни человека (нейроны), но их немного, большинство же клеток гибнет и замещается новыми. Клетка может погибнуть в результате внешних случайных причин — это называется некрозом. Большинство клеток гибнет тогда, когда проявляются естественные генетические механизмы. Генетически запрограммированная клеточная гибель на­зывается апоптозом. Механизм возникновения апоптоза следующий. Каждая клетка имеет гены, которые обеспечивают синтез ферментов, как стимулирующих деление клетки, так и препятствующих этому процессу. Пока клетка функционирует, эти синтезы уравновешены. Для поддержания этого равновесия клетка должна получать сигналы от других клеток с помощью молекул цитокинов. Наступает момент, когда функциональные возможности клеток исчерпываются. В это время нарушается чувствительность их к цитокинам, блокируются гены, обеспечивающие размножение, и стимулируются гены, обеспе­чивающие синтез литических ферментов. Хромосомы распадаются, ядро гибнет, разрушается цитоплазма, остатки уничтожаются макро­фагами.

Численность клеток восстанавливается за счет новых клеточных делений. Клеточный цикл представляет собой совокупность процес­сов, происходящих в клетке при подготовке ее к делению (интерфаза) и во время собственно деления, когда материнская клетка делится на две дочерние (митоз).

Интерфаза, или автосинтетическая фаза, делится на пресинтети- ческую (У 1), синтетическую (8) и постсинтетическую (У 2) фазы. Пре- синтетическая фаза сопровождается усилением биосинтетических процессов, подготовкой к удвоению ДНК, удвоением массы всех ор- ганелл и длится от нескольких часов до суток. В синтетической фазе осуществляется матричный синтез ДНК и удвоение хромосом (реп­ликация). Репликация — это процесс передачи генетической инфор­мации, хранящейся в родительской ДНК, путем точного ее воспроиз­ведения в дочерней клетке. В цитоплазме удваиваются не только цепи ДНК, но и каждая из центриолей клеточного центра. 8-фаза длится 8—12 ч. В течение постсинтетической фазы усиливается формирование

лизосом, делятся митохондрии и синтезируются новые белки, необхо­димые для осуществления митоза. Продолжается она 6 ч.

После окончания подготовки к делению начинается непосредст­венно митоз, осуществляющийся в 4 фазы: профаза, метафаза, анафа­за и телофаза (рис. 2).

Рис.2. Схема митоза:

а, б, в — профаза; г, д — метафаза; е — анафаза; ж,з — телофаза

 

Основные изменения в течение профазы касаются ядра. Происхо­дит спирализация хромосом, в результате чего они становятся видны. Ядрышко распадается. Центриоли попарно расходятся к полюсам клетки. В метафазе начинаются изменения в цитоплазме. Лизосомы растворяют ядерную оболочку. Комплекс Гольджи и эндоплазматиче- ская сеть распадаются на отдельные пузырьки и вместе с митохонд­риями распределяются в две половины клетки. Хромосомы переме­щаются и располагаются в одной плоскости перпендикулярно к оси между полюсами. Образуется материнская звезда. При этом все хромо­сомы располагаются так, что их центромеры находятся в экватори­альной плоскости. После упорядочивания хромосом система микро­трубочек образует веретено деления. Хроматиды прочно присоединя­ются к веретену. Анафаза начинается внезапно с резкого разделения хромосом. Микротрубочки начинают укорачиваться, в результате чего хроматиды подтягиваются к центриолям. Этот процесс осуществля­ется со скоростью 0,5—1 мкм/мин. Далее хроматиды направляются к полюсам клетки, куда двигаются и центриоли. В результате образу­ются две дочерние звезды. В конце анафазы на плазматической мем­бране появляется перетяжка. Телофаза завершает деление. Разделив­шиеся группы хромосом подходят к полюсам, деконденсируются, пе­реходят в хроматин. Одновременно происходит транскрипция РНК. Восстанавливаются ядерная оболочка и ядрышко, формируются струк­туры дочерних клеток. Перетяжка становится все более глубокой, и в ре­зультате одна клетка разделяется на две (цитокинез). Обе дочерние клетки диплоидны. После митоза в течение нескольких часов дочер­ние клетки связаны между собой небольшим остаточным тельцем.

Мейоз. В организмах, размножающихся половым путем, имеются диплоидные и гаплоидные клетки. К первым относятся соматиче­ские, ко вторым — половые (гаметы) клетки. Соматические клетки делятся с помощью митоза, описанного выше, а половые — с помо­щью мейоза, в результате которого количество хромосом уменьшает­ся в два раза. Мейоз включает в себя два последовательных деления. После слияния гамет возникает новый диплоидный организм (зиго­та). Перед началом мейоза в интерфазе клетка проходит обычные фазы У1, 8 и У 2 и становится тетраплоидной. То есть происходит реп­ликация ДНК, а сестринские хроматиды остаются связанными свои­ми центромерами, так что в ядре имеется по четыре набора каждой хромосомы. Каждое из двух делений мейоза имеет свои отличитель­ные черты.

Особенность первого деления состоит в сложном прохождении профазы I. Она подразделяется на пролептонему, лептонему, зигоне- му, пахинему, диплонему и диакинез. Во время пролептонемы проис­ходит значительная спирализация хромосом. Ядерная оболочка со­храняется, ядрышко не распадается. Происходят синтезы белков, и половая женская клетка накапливает запасы веществ, необходимые для ранних стадий развития зародыша. В лептонеме хромосомы спи- рализуются полностью. Во время зигонемы диплоидные хромосомы выстраиваются рядом, обвивают друг друга, укорачиваются и сцепля­ются между собой (конъюгация). Образуются тетраплоидные бива­ленты, состоящие из четырех хроматид. Пахинвма продолжается не менее суток. Хромосомы укорачиваются и утолщаются. Между от­цовскими и материнскими хроматидами в нескольких местах возни­кают соединения — хиазмы — белковые комплексы размером 90 нм. В области каждой хиазмы происходит обмен гомологичными участ­ками материнских и отцовских хроматид. Этот процесс называется кроссинговером. По окончании кроссинговера хроматиды разъеди­няются, но остаются связанными в области хиазм. Наступает фаза ди- плонемы, в которой хромосомы еще больше раздвигаются, но связь между ними сохраняется. В диакинезе хроматиды еще связаны, но раз­рушаются ядерная оболочка и ядрышко. Центриоли направляются к полюсам и образуется веретено деления. В результате профазы I об­разуются гаметоциты первого порядка. Метафаза I напоминает ана­логичную стадию митоза. Хромосомы устанавливаются в экватори­альной плоскости. В анафазе I хромосомы отделяются друг от друга и расходятся к полюсам. В телофазеI формируется ядерная оболочка и ядрышко, углубляется борозда деления, происходит кариокинез. Образовавшиеся клетки называют гаметоцитами второго порядка.

Второе деление протекает следующим образом. Интерфаза II очень короткая. Ее особенностью является отсутствие 8-фазы, т.е. не про­исходит редупликации ДНК. Профаза II непродолжительная, и конъ­югации хромосом в ней не происходит. В метафазу //хромосомы вы­страиваются в плоскости экватора. В анафазеII хроматиды расходятся к полюсам. В телофазе II образуются две дочерние клетки и в ре­зультате двух последовательных делений мейоза четыре гаплоидные клетки. Восстановление диплоидности произойдет лишь при опло­дотворении.

Химическая организация клетки

В организме человека обнаружено 86 постоянно присутствующих химических элементов. Из них 25 необходимы для жизнедеятельно­сти: 18 необходимы абсолютно, а 7 желательны. По относительному содержанию в клетке химические элементы делятся на три группы: основные, макроэлементы и микроэлементы. На долю основных эле­ментов приходится 98 % массы клетки. Это кислород (65—75 %), угле­род (15-18 %), водород (8-10 %) и азот (1,5—3,0 %). К макроэлемен­там (1,9 % массы клетки) относятся сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций и ванадий, к микроэлементам (0,1 % массы клет­ки) — железо, цинк, медь, йод, фтор, марганец, селен, кобальт, мо­либден, стронций, никель, хром и др.

Клетка состоит из неорганических и органических веществ. Неор­ганические вещества (соли, кислоты, основания) составляют от 1,0 до 1,5 % ее массы. В организме человека они выполняют следующие функции: обеспечивают осмотическое давление в клетке, участвуют в образовании мембранных потенциалов клеток, активируют фер­менты, поддерживают кислотно-щелочное равновесие.

Клетка на 80 % состоит из воды. Вода в организме является уни­версальным растворителем, обеспечивает поступление питательных веществ и кислорода, удаляет продукты обмена, участвует в терморе­гуляции, является реагентом многих химических реакций. Вещества, растворяющиеся в воде (соли, основания, кислоты, белки, углеводы, спирты и др.), называются гидрофильными, не растворяющиеся в во­де — гидрофобными (жиры и жироподобные вещества). Есть органи­ческие вещества, у которых один конец гидрофилен, а другой гидро- фобен. Они получили название амфипатических веществ.

Среди органических веществ преобладают белки (10-20 %), липи- ды (1-5 %), углеводы (0,2-2 %), нуклеиновые кислоты (1-2 %). Низ­комолекулярные вещества в клетке не превышают 0,5 %.

Белки входят в состав всех структур клетки и выполняют в организ­ме многочисленные функции: строительную (входят в состав мем­бран, ядра, цитоплазмы и органоидов); транспортную (ряд белков способны присоединять и переносить различные вещества); защитную (обеспечивают иммунитет организма, участвуют в свертывании крови, препятствуют развитию свободнорадикальных процессов); регулятор- ную (являются гормонами); рецепторную (белки мембраны образуют рецепторы); сократительную (мышечные белки актин и миозин).

Углеводы в зависимости от состава подразделяются на три группы: простые сахара, или моносахариды (глюкоза, фруктоза); олигосаха- риды, состоящие из 2-10 молекул простых Сахаров (сахароза, мальтоза); полисахариды, состоящие более чем из 10 молекул Сахаров (крахмал, целлюлоза). Среди моносахаридов в клетке наиболее важны глюкоза и пентоза. Последняя входит в состав нуклеиновых кислот. Моносаха­риды хорошо растворяются в воде, полисахариды — плохо. В живот­ных клетках полисахариды представлены гликогеном, в раститель­ных — крахмалом, целлюлозой, пектином и др. Углеводы выполняют энергетическую (при расщеплении глюкозы организм получает ос­новную часть энергии), запасающую (крахмал и гликоген) и опор­но-строительную (входят в состав всех частей клетки) функции.

К липидам относятся жиры и жироподобные вещества. Молекулы жиров построены из глицерина и жирных кислот. К жироподобным веществам относятся холестерин, лецитин, некоторые гормоны. Липи- ды выполняют в организме следующие функции: строительную (вме­сте с белками входят в состав мембран); гормональную (многие гор­моны являются производными холестерина); энергетическую (при расщеплении образуется в два раза больше энергии, чем при расщеп­лении углеводов и белков); запасающую (составляют основную часть энергетических запасов организма); защитную (подкожная клетчат­ка); метаболическую (играют основную роль в обмене веществ).

Нуклеиновые кислоты являются полимерными молекулами, обра­зованными мономерами — нуклеотидами. Каждый нуклеотид состоит из пуринового или пиримидинового основания, сахара, пентозы и ос­татка фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты располагаются в ядре клетки и бывают двух видов: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибо­нуклеиновая (РНК). Они отличаются друг от друга по составу основа­ний и Сахаров. Молекула РНК образована одной полинуклеотидной цепью, молекула ДНК состоит из двух разнонаправленных полинуклео- тидных цепей, закрученных одна вокруг другой в виде двойной спирали. Дезоксирибонуклеиновая кислота отвечает за наследственность, ри­бонуклеиновая кислота участвует в воспроизведении клеток.

 

10