Клеточный центр

Ядро

Органеллы (мини-органы)

Цитозоль (гиалоплазма)

Основное вещество цитоплазмы (матрикс, внутренняя среда) называют цитозолем или гиалоплазмой. Гиалоплазма имеет вид однородного стекловидного вещества, содержащего воду, белки, липиды, нуклеиновые кислоты, продукты их обмена, много ферментов (энзимов) - катализаторов в неорганической химии, неорганические вещества.

Органеллы - субклеточные единицы, которые ограничены мембранами и отделяются при центрифугировании на высокой скорости. Это постоянные компоненты цитоплазмы, необходимые для обеспечения жизнедеятельности клетки. Большинство органелл клеток можно рассмотреть только при помощи электронной микроскопии. В современной литературе к органеллам относят ядро, клеточный центр, митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическую сеть (ретику-лум), лизосомы, пероксисомы (рис. 2.4).

Ядро является важнейшим компонентом клетки, содержащим ее генетический аппарат (гены, ДНК, хромосомы). Ядро регулирует жизнедеятельность и репродукцию клетки.

Функции ядра:

1) хранение генетической информации (в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах);

2) реализация генетической информации (контроль разнообразных процессов в клетке);

3) воспроизведение и передача генетической информации (при делении клетки).

Обычно в клетке имеется только одно ядро, но встречаются двух- и многоядерные клетки, которые образуются вследствие деления клеток, не сопровождающегося делением цитоплазмы (цитотомией),или слияния нескольких одноядерных клеток. Располагается ядро ближе к центру клетки или на одном из полюсов (эксцентрически). Ядро в большинстве клеток округлое, иногда эллипсовидное; оно может быть оттеснено к периферии и иметь форму линзы (секретирующие клетки, где цитоплазма заполнена секретом). В некоторых клетках оно неправильной многолопастной формы (моноциты, нейтрофильные лейкоциты).

Размеры ядра зависят от типа клетки. В клетках млекопитающих размер большинства ядер равен 4-6 мкм. Соотношения объемов ядра и цитоплазмы - относительно постоянная величина для каждого типа клеток.

В ядре различают: двойную ядерную мембрану, хроматин, кариосо-

мы(хромоцентры) - частицы, аналогичные хроматину, но более мелкие и расположенные между его нитями, ядерный сок(кариоплазму, нуклеоплазму) и ядрышки.

Ядерная оболочка(кариолемма) на светооптическом уровне не всегда хорошо видна; под электронным микроскопом обнаруживается, что она состоит из двух мембран - наружной и внутренней. Наружная мембрана составляет единое целое с мембранами гранулярной эндоп-лазматической сети - на ее поверхности имеются рибосомы. Ядерная оболочка в клетках животных содержит множество пор, через которые в ядро из цитоплазмы поступают синтезированные белки, в обратном направлении переносятся молекулы РНК.

Хроматин(от греч. chroma - цвет) - особым образом расположенная нить из комплекса ДНК и белка, пребывающая в таком состоянии в период между делениями клетки.

Нуклеиновые кислоты.Молекулы ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК(рибонуклеиновая кислота) - самые крупные из природных полимеров. Молекулы нуклеиновых кислот состоят из двух неветвящихся длинных цепей, скрученных в спираль (рис. 2.5). Каждая цепь представляет собой повторяющиеся единицы остатков сахаров (в ДНК - это 2-дезокси-D-рибоза, в РНК - D-рибоза) и фосфорной кислоты, от которых в виде ступенек винтовой лестницы, выступают азотистые основания. Азотистых оснований в молекуле нуклеиновой кислоты всего четыре (в ДНК - аденин, тимин, цито-зин, гуанин, в РНК - вместо тимина - урацил), причем они соеди-

няются в цепи таким образом, что аденин одной цепи всегда соединяется с тимином (в ДНК) или урацилом (в РНК) другой, а цитозин одной цепи - с гуанином другой. Таким образом, цепи удерживаются относительно друг друга за счет связей между комплементарными азотистыми основаниями аденин-тимини гуанин-цитозин, т.е. цепи не идентичны, а комплементарны друг другу. В свою очередь спирали ДНК закручены в крошечные «комочки», расположенные в ядре определенным образом. Если всю ДНК одной клетки человека вытянуть в линию, она расположится на расстоянии около 1,74 м; если расправить нити ДНК, содержащиеся почти в каждой клетке и представляющие собой «микрофильмы», обладающие генетической информацией о каждом индивидууме, и соединить их концы, то получится расстояние от Земли до Солнца (т.е. 150 млн. км). Эти «комочки» имеют участки, которые способны «работать», т.е. с них может считываться информация о последовательности расположения аминокислот в будущих белках. Для каждой из примерно 20 аминокислот, из которых должны строиться белки, существуют трехбуквенные кодовые «слова» (триплеты) из четырех азотистых оснований (аденин-тимин, цитозин-гуанин). В нити ДНК в каждой клетке есть другие участки, в которых ДНК «скомкана, скручена» и информация с этих участков считываться не может.

Участки ДНК, несущие определенную информацию о том, какой белок необходимо строить, называютгенами,каждый из которых имеет данные об определенном белке и, таким образом, о том или ином признаке - от строения тех или иных клеток, до внешних признаков тела (цвет кожи, глаз, волос, форма носа, тембр голоса и пр.). За редким исключением, каждая клетка организма человека содержит абсолютно одинаковый набор генов (около 30 000). Большое разнообразие клеток связано с тем, что в различных их типах имеется различная комбинация экспрессируемых (проявляющих свои свойства) генов. Хроматин в результате конденсации и сжатия во время клеточного деления превращается в тельца, которые мы называем хромосомы, представляющие собой несколько удлиненных молекул ДНК. Вдоль каждой хромосомы располагаются тысячи генов, ответственных за наследственность, передачу генных признаков от родителей к детям. Число, размер и форма хромосом характерны для каждого вида. Изучение хромосом позволило установить, что:

1) во всех соматических клетках любого организма число хромосом одинаково;

2) половые клетки всегда содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические клетки данного вида организма.

В каждой соматической клетке нашего тела имеется 23 пары хромосом.

Хромосомы содержат разнообразные белки, связанные с определенными последовательностями ДНК.Гистоны- это белки небольшого размера, прочно связанные с ДНК. Негистоновые белки- это разные типы регуляторных белков, а также ферменты, участвующие в биосинтезе.

Первичная структура РНК - это порядок чередования нуклео-тидов (рибоз). Различают тРНК (транспортную), мРНК (матричную) и рРНК (рибосомную); все типы РНК имеют одну полипептидную цепь. Отдельные участки цепи РНК образуют спирализованные петли - «шпильки» между комплементарными азотистыми основаниями аденин-урацил, гуанин-цитозин.

Различают два вида хроматина - эухроматини гетерохроматин(от греч. эу - хороший и гетеро - другой).

Эухроматин соответствует сегментам хромосом, которые открыты для считывания. Эти сегменты не окрашиваются и не видны в световой микроскоп. Гетерохроматин соответствует плотно скрученным сегментам хромосом (недоступным для считывания) и интенсивно окрашивается основными красителями. Хроматин или, точнее, содержащаяся в нем ДНК, окрашивается также весьма характерным образом при использовании реакции Фельгена.

Ядерный сок- жидкий компонент ядра, в котором располагаются хроматин и ядрышко.

Ядрышко- составная часть ядра клетки, представляющая собой оптически плотное, сильно преломляющее свет тельце. Это зона синтеза и накопления рибосомных РНК, которые затем транспортируются в цитоплазму. Ядрышко никогда не имеет мембраны, оно окружено слоем конденсированного хроматина (гетерохроматина). Тип ядрышка зависит от типа клетки и ее метаболического состояния: более крупные и плотные ядрышки характерны для клеток, отличающихся высокой активностью, а именно для интенсивно делящихся эмбриональных клеток и для клеток, осуществляющих синтез белка. В клетках реактивно измененных тканей значительно увеличиваются количество и размер ядрышек.

Форма, размеры ядра, характер распределения хроматина в нем имеют большое значение при определении на основании микроскопического

исследования (цитологического и гистологического) принадлежности клетки к тому или иному виду или к той или иной стадии развития, при диагностике различных реактивных состояний. Структура хроматина - очень важный показатель нормального или патологического состояния клетки. Особенно сильно меняется характер ядра при предопухолевых состояниях и злокачественных новообразованиях.

Клеточный центр играет важную роль в делении клеток. Он образован двумя центриолями (хромофильными тельцами), расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях. Каждая центриоль состоит из 9 триплетов микротрубочек, расположенных в строгом геометрическом порядке. От центриолей начинает образовываться веретено деления, благодаря которому хромосомы в четком порядке расходятся по полюсам делящейся клетки (см. раздел «Деление клетки» рис. 2.12).