Клетки очень разнообразны. В человеческом организме встречается примерно 200 видов клеток. Они имеют разные размеры, разную форму и им присущи разные функции, то есть каждый тип клеток выполняет в организме определенную работу. Клетки желёз вырабатывают разные жидкости: пищеварительные соки, пот, кожное сало, слюну, слезы.
Мышечные клетки, обладающие способностью менять свою длину, обеспечивают движения. Нервные клетки передают в мозг информацию о том, что происходит в организме и в окружающей его среде, а нервные клетки головного мозга обрабатывают (обдумывают) эту информацию, формируют команды для органов и клеток организма и пересылают их по назначению опять же через нервные клетки.
Клетка анфас и в профиль
Несмотря на значительные различия в размере, форме и функции, все клетки растений и животных построены по единому плану. Каждая из них имеет оболочку, или мембрану, являющуюся границей клеточного государства. Внутри мембраны находится прозрачная вязкая жидкость, имеющая у некоторых клеток желто — зеленый или красноватый цвет. Эта жидкость называется цитоплазмой («цитос» по — гречески сосуд, но в биологии это слово используется в значении «клетка»).
Третьим обязательным компонентом клетки является наследственная информация — описание строения всех белковых молекул организма. Фактически она является полным описанием устройства всего организма и особенностей протекания всех предусмотренных в нем процессов. В клетках тела человека, животных, растений и грибов наследственная информация хранится в клеточном ядре, шаровидном или овальном теле, чаще всего находящемся в ее центре. Только у бактерий оформленного ядра нет, но наследственной информацией обладают и их клетки.
Из этой триады важнейших клеточных органов только цитоплазма является абсолютно обязательным элементом клетки. В отношении двух других ее компонентов допускаются исключения. Так, клетки слизевиков не имеют мембраны, но ничего, не растекаются, видимо, за счет того, что их густая цитоплазма не растворяется в воде. Эритроциты у человека в процессе созревания теряют ядра, а значит, и наследственную информацию. Зато в клетках поперечнополосатых мшшц человека и животных, в клетках некоторых грибов, водорослей и некоторых культурных растений находится по нескольку ядер. Это значит, что наследственная информация в таких клетках хранится в виде множества копий.
Если рассматривать клетку в световой микроскоп, то в ее цитоплазме можно увидеть и другие компоненты: крохотные зернышки и волоконца, образованные из более плотного материала, а также пузырьки какой — то жидкости и капельки жира. Более мрщный электронный микроскоп позволяет увидеть: митохондрии, лизосомы, центриоли и другие клеточные органеллы — «органы» клетки.
Заводоуправление
Ядро — одна из самых крупных органелл клетки, отделенная от цитоплазмы двойной оболочкой. В этой оболочке существуют поры, через которые в ядро или из ядра проходят достаточно крупные молекулы разных веществ. В одних клетках ядро всегда занимает строго определенное место, как, например, у человека голова. В других клетках ядро способно перемещаться и может оказаться в любом месте.
Ядро — важнейшая органелла клетки, ее командный пункт. Оно запускает, регулирует и прекращает все протекающие в клетке процессы. Но этим роль ядра не исчерпывается. В полужидком веществе ядра находятся хромосомы — очень важные элементы клетки, состоящие из ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты, — и белков. Фрагменты этих длинных молекул являются генами, носителями наследственных признаков организма. Подробнее о ДНК вы можете прочитать в главе «Наследники и наследственность» (см. с. 213).
У большинства клеток ядро содержит удвоенный набор хромосом, то есть по два экземпляра каждой хромосомы. По длине, толщине и другим особенностям строения хромосомы каждой пары отличаются от хромосом других пар. Различия легко заметить даже в обычный световой микроскоп.
Когда клетка делится надвое, хромосомы каждой пары расходятся по разным дочерним клеткам. Таким образом, они строго поровну распределяются во вновь образующихся клетках.
Для каждого организма характерно определенное число хромосом. У паразитического круглого червя аскариды их 2, у комара — 6, у комнатной мухи — 12, у крота — 34, у человека — 46, у воробья — 76, у карпа — 104, у невской миноги — 174.
Насколько важно ядро для клетки, видно из следующего опыта. Если у одноклеточной амебы удалить ядро, она немножко поболеет, а потом будет вести себя нормально, ползать, охотиться и переваривать съеденную добычу, но через несколько дней погибнет. Если же вынутое из амебы ядро тут же вернуть обратно, то это одноклеточное существо, поболев, вернется к нормальной жизни и будет расти и размножаться.
Кухня
Электронный микроскоп выявил в клетках животных множество разных органелл. Как вы понимаете, увидеть их было трудно, но понять, зачем они, какую функцию выполняют, оказалось еще труднее.
Если клетку рассматривать как некий «завод», разделенный на множество цехов, то совершенно ясно, что «рабочих» этих цехов нужно где — то и чем — то кормить. Значит, в клетке должна быть «столовая». И такая «столовая» нашлась, да не одна, а множество. Их назвали лизосомами, что в переводе означает «растворяющие тельца». Ими снабжены клетки животных и грибов.
Лизосомы — это мембранные мешочки разной формы, в которых хранится раствор пищеварительных ферментов — своего рода клеточный пищеварительный сок. В лизосомах перевариваются пищевые частицы, превращаясь в те вещества, которые клетка может использовать для построения новых органелл или для получения энергии.
Лизосомы надежно изолированы от цитоплазмы плазматической мембраной, ведь иначе ферменты, заключенные в них, просто — напросто переварили бы саму клетку.
Но как же доставлять ферменты в лизосомы? Ведь синтезируются они не в них, а в специальной органелле, называемой аппаратом Гольджи. (Подробнее о его строении и работе см. на с. 67.)
В клетке вырабатываются ферменты для переваривания разных веществ, в том числе белков. Для активирования этих ферментов в лизосомах поддерживается кислая среда. А ферменты, которые вырабатываются и хранятся в аппарату Гольджи и в эндоплазматической сети (ЭПС), находятся в нейтральной среде. В ней они не активированы, а потому не представляют опасности для клеточных структур и не в состоянии затеять процесс самопереваривания.
Итак, пищеварительные ферменты в самих лизосомах не вырабатываются; как и многие другие необходимые клетке вещества, они синтезируются и накапливаются в аппарате Гольджи. Когда ферментов накопится много, от аппарата отделяется мембранный пузырек, наполненный ими, — вот и готова лизосома. Клетки животных содержат десятки лизосом, некоторые из них находятся в неактивном состоянии, являясь клеточным резервом.
Клетки животных могут захватывать пищевые частицы с помощью мембраны и «проглатывать» их, окружая комочек пищи выростами мембраны. (Вы, может быть, уже знаете, что так питаются одноклеточные амёбы, но клетки многоклеточных организмов тоже способны к «заглатыванию» пищи — этот процесс ученые называют фагоцитозом).
Пузырек с проглоченной частицей Нищи становится пищеварительной вакуолью. С ней сливаются несколько лизосом, в результате чего в мешочке оказываются и питательные вещества, и активированные пищеварительные ферменты, начинается переваривание. По мере переваривания питательные вещества через мембрану лизосомы переходят в цитоплазму клетки и по ней транспортируются ко всем другим органе л лам.
Когда поступление пищевых веществ сокращается и клетка начинает голодать, лизосомы переваривают некоторые органеллы, не убивая всю клетку, но позволяя ей продержаться до восстановления нормального снабжения.
Если продолжить сравнение лизосомы с кухней, то придется признать, что находящиеся там «плиты» более универсальны, чем газовые и электрические плиты, используемые в быту, и позволяют не только готовить «обед», но и сжигать всякий хлам, ненужные или даже вредные клетке вещества. Эта функция лизосом важна при ремонтных работах в данной клетке или в самом организме.
Если у нервной клетки по какой — либо причине окажется оторван один или несколько отростков, клетка не погибнет, а оторванный отросток переварят лизосомы. Но если клетка больна или серьезно повреждена, она может быть переварена собственными лизосомами.
А знаете ли вы, куда девается хвост головастика, когда он превращается в лягушонка? Клетки хвоста постепенно уничтожаются собственными лизосомами! Вот какие важные функции выполняют эти клеточные органы.
Далеко не всё, что попадает в клетку, может быть в ней переварено. Непереваренные вещества накапливаются в лизосомах, а потом выбрасываются из клетки. Нередко от непереваренных веществ клетка перестает освобождаться, и они в ней накапливаются и хранятся. Это свидетельствует о старении клетки.
Фермерское хозяйство
Откуда клетки черпают пищевые вещества, строительные материалы и энергоносители? Клетки человека и животных извлекают их из крови, ведь в их организме есть пищеварительные органы, в которых переваривается пища и готовятся нужные клеткам питательные вещества.