Цитология

Цитология наука о клетке. Наука о клетке называется цитологией (греч.
<цитос>-клетка, <логос>-наука) . Предмет цитологии —
клетки многоклеточных животных и растений, а также одноклеточных
организмов, к числу которых относятся бактерии, простейшие и
одноклеточные водоросли. Цитология изучает строение и химический состав
клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме
животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления
клеток к условиям окружающей среды. Современная цитология — наука
комплексная. Она имеет самые тесные связи с другими биологическими
науками, например с ботаникой, зоологией, физиологией, учением об
эволюции органического мира, а также с молекулярной биологией, химией,
физикой, математикой. Цитология — одна из относительно молодых
биологических наук, ее возраст около 100 лет. Возраст же термина
клетка насчитывает свыше 300 лет. Впервые название <клетка>
в середине XVII в. применил Р. Гук. Рассматривая тонкий срез пробки с
помощью микроскопа, Гук увидел, что пробка состоит из ячеек —
клеток.
Клеточная теория. В середине XIX столетия на основе уже многочисленных
знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838) . Он
обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет
основную единицу строения всех живых организмов, что клетки животных и
растений сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими
доказательствами единства происхождения всех живых организмов, единство
всего органического мира. Т. Шван внес в науку правильное понимание
клетки как самостоятельной единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне
клетки нет жизни.
Изучение химической организации клетки привело к выводу, что именно
химические процессы лежат в основе ее жизни, что клетки всех организмов
сходны по химическому составу, у них однотипно протекают основные
процессы обмена веществ. Данные о сходстве химического состава клеток
еще раз подтвердили единство всего органического мира.
Современная клеточная — теория включает следующие положения:
клетка основная единица строения и развития всех живых организмов,
наименьшая единица живого; клетки всех одноклеточных и многоклеточных
организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу,
основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ; размножение
клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в
результате деления исходной (материнской) клетки; в сложных
многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими
функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно
связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам
регуляции.
Исследования клетки имеют большое значение для разгадки заболеваний.
Именно в клетках начинают развиваться патологические изменения,
приводящие к возникновению заболеваний. Чтобы понять роль клеток в
развитии заболеваний, приведем несколько примеров. Одно из серьезных
заболеваний человека — сахарный диабет. Причина этого заболевания
— недостаточная деятельность группы клеток поджелудочной железы,
вырабатывающих гормон инсулин, который участвует в регуляции сахарного
обмена организма. Злокачественные изменения, приводящие к развитию
раковых опухолей, возникают также на уровне клеток. Возбудители
кокцидиоза — опасного заболевания кроликов, кур, гусей и уток
— паразитические простейшие — кокцидии проникают в клетки
кишечного эпителия и печени, растут и размножаются в них, полностью
нарушают обмен веществ, а затем разрушают эти клетки. У больных
кокцидиозом животных сильно нарушается деятельность пищеварительной
системы, и при отсутствии лечения животные погибают. Вот почему изучение
строения, химического состава, обмена веществ и всех проявлений
жизнедеятельности клеток необходимо не только в биологии, но также в
медицине и ветеринарии.
Изучение клеток разнообразных одноклеточных и многоклеточных организмов
с помощью светооптического и электронного микроскопов показало, что по
своему строению они разделяются на две группы. Одну группу составляют
бактерии и сине-зеленые водоросли. Эти организмы имеют наиболее простое
строение клеток. Их называют доеденными (прокариотами) , так как у них
нет оформленного ядра (греч. <картон>-ядро) и нет многих структур,
которые называют органоидами. Другую группу составляют все остальные
организмы: от одноклеточных зеленых водорослей и простейших до высших
цветковых растений, млекопитающих, в том числе и человека. Они имеют
сложно устроенные клетки, которые называют ядерными (эукариотическими) .
Эти клетки имеют ядро и органоиды, выполняющие специфические функции.
Особую, неклеточную форму жизни составляют вирусы, изучением которых
занимается вирусология.
Строение и функции оболочки клетки Клетка любого организма, представляет
собой целостную живую систему. Она состоит из трех неразрывно связанных
между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетка
осуществляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и
взаимодействие с соседними клетками (в многоклеточных организмах) .
Оболочка клеток. Оболочка клеток имеет сложное строение. Она состоит из
наружного слоя и расположенной под ним плазматической мембраны. Клетки
животных и растений различаются по строению их наружного слоя. У
растений, а также у бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов на
поверхности клеток расположена плотная оболочка, или клеточная стенка. У
большинства растений она состоит из клетчатки. Клеточная стенка играет
исключительно важную роль: она представляет собой внешний каркас,
защитную оболочку, обеспечивает тургор растительных клеток: через
клеточную стенку проходит вода, соли, молекулы многих органических
веществ.
Наружный слой поверхности клеток животных в отличие от клеточных стенок
растений очень тонкий, эластичный. Он не виден в световой микроскоп и
состоит из разнообразных полисахаридов и белков. Поверхностный слой
животных клеток получил название гликокаликс.
Гликокаликс выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток
животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами. Имея
незначительную толщину (меньше 1 мкм) , наружный слой клетки животных не
выполняет опорной роли, какая свойственна клеточным стенкам растений.
Образование гликокаликса, так же как и клеточных стенок растений,
происходит благодаря жизнедеятельности самих клеток.
Плазматическая мембрана. Под гликокаликсом и клеточной стенкой растений
расположена плазматическая мембрана (лат. мембрана>-кожица,
пленка) , граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина
плазматической мембраны около 10 нм, изучение ее строения и функций
возможно только с помощью электронного микроскопа.
В состав плазматической мембраны входят белки и липиды. Они упорядочено
расположены и соединены друг с другом химическими взаимодействиями. По
современным представлениям молекулы липидов в плазматической мембране
расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Молекулы белков не
образуют сплошного слоя, они располагаются в слое липидов, погружаясь в
него на разную глубину.
Молекулы белка и липидов подвижны, что обеспечивает динамичность
плазматической мембраны.
Плазматическая мембрана выполняет много важных функций, от которых
завидят жизнедеятельность клеток. Одна из таких функций заключается в
том, что она образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое
клетки от внешней среды. Но между клетками и внешней средой постоянно
происходит обмен веществ. Из внешней среды в клетку поступает вода,
разнообразные соли в форме отдельных ионов, неорганические и
органические молекулы. Они проникают в клетку через очень тонкие каналы
плазматической мембраны. Во внешнюю среду выводятся продукты,
образованные в клетке. Транспорт веществ — одна из главных функций
плазматической мембраны. Через плазматическую мембрану из клети
выводятся продукты обмена, а также вещества, синтезированные в клетке. К
числу их относятся разнообразные белки, углеводы, гормоны, которые
вырабатываются в клетках различных желез и выводятся во внеклеточную
среду в форме мелких капель.
Клетки, образующие у многоклеточных животных разнообразные ткани
(эпителиальную, мышечную и др.) , соединяются друг с другом
плазматической мембраной. В местах соединения двух клеток мембрана
каждой из них может образовывать складки или выросты, которые придают
соединениям особую прочность.
Соединение клеток растений обеспечивается путем образования тонких
каналов, которые заполнены цитоплазмой и ограничены плазматической
мембраной. По таким каналам, проходящим через клеточные оболочки, из
одной клетки в другую поступают питательные вещества, ионы, углеводы и
другие соединения.