§ 3. Животная клетка

ОТКРЫТИЕ ЖИВОТНОЙ КЛЕТКИ

• Антони ван Левенгук (1676 г.): Первооткрывателем микроскопического мира животных стал нидерландский натуралист Антони ван Левенгук. Сконструировав совершенные для своего времени самодельные микроскопы с сильными стеклянными линзами, он исследовал каплю дождевой воды и впервые в истории науки увидел одноклеточных живых существ.

• «Ничтожные зверьки» (анималькули): Учёный с восхищением наблюдал, как микроскопические организмы стремительно перемещаются, вращаются наподобие волчка или замирают на месте. Поскольку их размеры уступали мельчайшей песчинке, Левенгук дал им название «анималькули» (в переводе — «ничтожные зверьки»).

• Исследование тканей и клеток животных: Неутомимый исследователь не остановился на изучении микробов и простейших. В последующие годы он впервые подробно зарисовал и описал эритроциты (красные клетки крови), полосатые волокна скелетных мышц и подвижные мужские половые клетки животных (сперматозоиды), заложив фундамент микроскопической анатомии.

СТРОЕНИЕ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ И ЕЁ СВОЙСТВА

• Отсутствие твёрдой клеточной оболочки: Фундаментальное цитологическое отличие клетки животных от клеток растений, грибов и большинства бактерий заключается в полном отсутствии жёсткой наружной клеточной стенки из целлюлозы или хитина. Снаружи животная клетка отграничена от внешней среды исключительно тонкой и эластичной клеточной мембраной (плазмалеммой, от лат. membrana — кожица).

• Постоянное движение и пластичность: Поверхность мембраны не является застывшим каркасом. Она находится в состоянии непрерывных волнообразных колебаний: на ней постоянно возникают микроскопические выпячивания, складки и подвижные выросты. Такая пластичность позволяет животной клетке легко сжиматься, растягиваться и кардинально менять свою геометрическую форму.

• Полупроницаемость и транспорт веществ: Клеточная мембрана пронизана мельчайшими порами и обладает избирательной проницаемостью: она свободно пропускает внутрь молекулы воды, газов и необходимых ионов, одновременно препятствуя проникновению чужеродных или токсичных веществ. Это обеспечивает строго контролируемый обмен веществ между цитоплазмой и окружающей межклеточной средой.

• Фагоцитоз и локомоция: Благодаря эластичности мембраны некоторые клетки животных (например, одноклеточные амёбы или защитные белые клетки крови — фагоциты) способны вытягивать цитоплазматические выросты — ложноножки. С их помощью клетки активно ползают по субстрату, обтекают плотные микрочастицы пищи и погружают их внутрь для последующего переваривания.

ЦИТОПЛАЗМА И ОРГАНЕЛЛЫ КЛЕТКИ

• Цитоплазма как основа жизни: Внутреннее пространство клетки заполнено коллоидной цитоплазмой (от греч. kytos — клетка и plasma — вылепленное, образование). Это полужидкая, вязкая и оптически зернистая субстанция, которая непрерывно движется круговыми токами (циклоз). Токи цитоплазмы связывают все структуры клетки воедино и обеспечивают перемещение питательных веществ, кислорода и продуктов метаболизма.

• Органеллы (органоиды): В толще цитоплазмы располагаются постоянные, жизненно важные микроструктуры — органеллы (от греч. organon — орган и eidos — вид). Каждая группа органелл имеет строго определенное анатомическое строение и выполняет специализированные биохимические функции.

• Эндоплазматическая сеть (ЭПС): Сложная система мембранных канальцев, резервуаров и уплощенных цистерн, густо пронизывающая всю цитоплазму клетки. Она функционирует как внутриклеточная транспортная сеть, перемещая вновь образованные органические соединения к местам их использования или накопления.

• Рибосомы: Мельчайшие плотные немембранные частицы, свободно взвешенные в цитоплазме или прикрепленные к мембранам ЭПС. Рибосомы работают главными «биохимическими фабриками» клетки — на них непрерывно идет сборка молекул белка из отдельных аминокислот.

• Аппарат (комплекс) Гольджи: Расположенная вблизи клеточного ядра стопка мембранных цистерн. В нем концентрируются, обезвоживаются и химически дозревают белки и углеводы, синтезируются липиды (жиры), а также формируются секреторные гранулы и гидролитические пузырьки — лизосомы.

• Лизосомы: Микроскопические мембранные пузырьки (от греч. lysis — растворение и soma — тело), заполненные комплексом активных расщепляющих ферментов. Лизосомы переваривают поступившие путем фагоцитоза пищевые частицы, а также растворяют поврежденные или состарившиеся клеточные органоиды.

• Митохондрии («силовые станции» клетки): Продолговатые палочковидные или округлые гранулы с двойной мембранной стенкой. С помощью поглощенного кислорода они окисляют питательные органические вещества и аккумулируют высвобождающуюся энергию в универсальных химических аккумуляторах — молекулах АТФ, снабжая энергией все жизненные процессы клетки.

• Вакуоли и клеточные включения: Мелкие мембранные резервуары, заполненные водными растворами веществ. У животных различают пищеварительные вакуоли (в которых переваривается пища) и сократительные вакуоли (периодически выбрасывающие наружу избыток воды и жидкие метаболические шлаки). В цитоплазме также присутствуют непостоянные клеточные включения — запасные капельки нейтрального жира, белковые гранулы, зерна гликогена и кристаллы солей.

ЯДРО И КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР: УПРАВЛЕНИЕ И ДЕЛЕНИЕ

• Ядро — командный пункт клетки: Занимает центральное положение в цитоплазме большинства животных клеток. Ядро покрыто прочной двойной мембранной оболочкой, пронизанной многочисленными микропорами, через которые происходит непрерывный сигнальный и вещественный обмен между нуклеоплазмой и цитоплазмой.

• Хромосомы и наследственная память: Внутри ядра находятся хромосомы — сложные нуклеопротеидные структуры из нитей ДНК и регуляторных белков. Хромосомы направляют и регулируют все биохимические процессы клетки, хранят зашифрованную генетическую программу организма и обеспечивают точную передачу признаков дочерним клеткам при размножении.

• Клеточный центр (центросома): Расположен в цитоплазме в непосредственной близости от ядра. Он играет первостепенную роль при клеточном делении: организует белковые нити веретена деления, которые обеспечивают строго равное и безошибочное распределение наследственного материала материнской клетки между образующимися молодыми клетками.