Русский изменить

Ошибка: нет перевода

×

☵ Общее строение клетки

Main page / Живомордность / ☵ Общее строение клетки

Содержание

    Сразу же после образования первой клетки эволюция начала вносить свои коррективы, приспосабливая возникающие клетки для выживания в окружающей среде. Чисто технически происходило это с помощью так называемых мутаций. Дело в том, что клеточный аппарат, позволяющий создавать копии существующих клеток, к нашему счастью не совсем идеален. Удивительно, но именно способность к ошибкам сделала жизнь возможной. В результате таких ошибок довольно часто появлялись неидеально точные копии родительской клетки. Кто-то из них в результате оказался совершенно непригодным для жизни и умирал — таких, видимо, было подавляющее большинство. Другие мало чем отличались и кое-как выживали. Но иногда в результате мутации появлялась клетка, которая получала совершенно новые способности, очень полезные для выживания. В итоге и она сама чувствовала себя прекрасно, и ее потомство сразу же получало по наследству эти преимущества и быстро вытесняло конкурентов. Такой механизм естественного отбора действует на все живые существа, от вирусов до животных. Он поразительно прост, и в этом его красота.

    Мы вполне можем предположить, что в процессе появления первых клеток были и такие, чей аппарат воспроизводства работал безупречно точно. У этих видов не было ни малейших шансов закрепиться в этом мире, ведь другие клетки, плодящиеся с ошибками, рано или поздно порождали поколения, которые были устроены все более и более эффективно. «Ошибаюсь — значит существую!» — такой лозунг на самом деле гораздо более подходит для живых существ, чем аналогичный, упоминающий способность мыслить. Говоря более строго, мутации возникают также и в связи с жесткими воздействиями окружающей среды, будь то или радиация или прочие влияния, затрагивающие деятельность аппарата по воспроизводству.

    Бесчисленные смены все более и более совершенствующихся в результате мутаций поколений приводили к тому, что изменения накапливались, и одноклеточные живые существа все меньше походили друг на друга. Менялись их формы, размеры, все более разным становилось внутреннее строение. Каждый новый вид находил свою нишу. Кто-то более эффективно мог искать еду, а кто-то быстрее за ней бегать. Кто-то научился переваривать то, что недоступно другим, а кто-то был более защищен от пагубных воздействий окружающей среды. Кто-то был менее заметен для хищников, а кто-то формировал более эффективные защитные механизмы.  И так далее и тому подобное.

    Tibetan Mastiff

    У появившихся позже многоклеточных существ различия между клетками становились еще более значимыми, потому что разные их виды брали на себя разные функции организма, и каждая клетка, совершенствуясь в выполнении своей функции, все меньше и меньше походила на исходную и на своих клеток-партнеров. Тем не менее все они оставались именно клетками, не превращаясь во что-то иное. Точно так же собаки, произошедшие от одомашненных несколько тысяч лет назад волков, остаются именно собаками несмотря на то, что иногда кажется невероятным объединение в один биологический вид настолько разных существ, как тибетский мастиф и такса.

    таксы

    Как животное или растение состоит из отличающихся друг от друга видом и функцией органов, так и клетка состоит из органелл. Одни и те же органы у разных существ могут выглядеть очень по-разному, но сходство между лапкой стрекозы и лапой страуса очевидно. Это одна и та же часть тела, с одним и тем же предназначением, и имея знание о конечностях у одного живого существа, можно с известной осторожностью перенести его на другое. Про клеточные органеллы можно сказать то же самое: знания общей структуры одного из видов клеток достаточно, чтоб иметь общее представление о любой клетке.

    Важно помнить, что сейчас это будет именно общим представлением, неким остовом, на который очень постепенно будут нарастать все более подробные знания. Пока будет вполне достаточно, если после прочтения этой главы у тебя останется представление о клетке как о вместилище причудливых, непохожих друг на друга органелл. В последующих главах каждая из них будет разобрана от общего строения до мельчайших деталей, и именно через такое постепенное изучение все подробности будут запоминаться так же просто, как запоминаются имена и характеристики героев детектива.

    Итак — вот она, клетка. Точнее — очень и очень сильно упрощенная её схема.

    Animal Cell

    Пройдемся по каждому обозначенному тут объекту, не вдаваясь в детали, но указывая наиболее существенную информацию, отличающую его от других.

    ooo3

    1. Клеточная оболочка (или клеточная мембрана) ( cell membrane [sel ‘membreɪn] или plasma membrane [‘plæzmə ‘membreɪn] ) отделяет содержимое клетки от окружающей среды, защищает от его растекания в пространстве и повреждений органелл. Это необходимый компонент каждой клетки. Выглядеть она может очень по-разному: например, мембрана любой инфузории ( infusoria [ɪnfju’zɔːrɪə] ) покрыта мелкими выростами-ресничками (с помощью которых она за секунду проплывает растояние, десятикратно превышающее ее размер), а мембраны клеток лука кажутся ровными, сросшимися боками стенками.

    лук

     

    2. Рассматривая клетки лука в микроскоп с увеличением в несколько сотен раз, можно увидеть не только клеточные стенки, но и ядро клетки ( nucleus [‘njuːklɪəs] ) и содержащиеся в нем хромосомы ( chromosome [‘krəuməsəum] ). Хромосомы — это плотно упакованные молекулы нуклеиновой кислоты ДНК, несущей полную генетическую информацию о строении всего организма, а не только конкретной его клетки. На этой фотографии хромосомы выглядят клубками черного вещества или изогнутыми толстыми линиями, а ядро тут видно как темно-зеленое облачко, в котором находятся черные точки хромосом. В любой клетке любого существа содержится нуклеиновая кислота.

    ядро

    Чем сложнее организм, тем большая длина нуклеиновой кислоты потребуется для записи полной информации о нем. С какого-то момента развития упаковка длинных молекул в клеточное ядро стала важным преимуществом, позволившим развиться гораздо более сложным существам. Ядро предохраняет нуклеиновые кислоты от перемешивания с веществом клетки и от повреждений, позволяя им достигать длины, невозможной для безъядерных клеток. При этом существа без клеточного ядра не вымерли, а продолжают занимать заметное место в биосфере.

    На этой картинке видно, что ядро клетки само по себе является сложным объектом, и основные его элементы — это ядрышкоnucleolus [njuːklɪ’ɔləs] ) и хроматинchromatin [‘krəʊmətɪn] ), заключенные в ядерную оболочку ( nuclear envelope [‘njuːklɪə ‘envələup] ). Хроматин — это и есть вещество хромосом, состоящее из ДНК и белков, которые обслуживают работу центра всей генетической информации. Именно здесь информация, заключенная в ДНК, хранится и подвергается считыванию для того, чтобы жизнь продолжалась.

    mitochondria
    3. Митохондрия — энергетическая станция клетки, извлекающая энергию из питательных веществ и запасающая ее в виде специальных молекул. Мы можем восхищаться невероятной сложностью и гармонией жизни в целом и клетки в частности, и при этом можно отдавать себе отчет, что ничто из этого не могло бы существовать и функционировать, если бы не подпитывалось энергией. И вот эту роль всеобщего энергетического поставщика и взяла на себя митохондрия.

    Когда я говорю «взяла на себя роль», это не просто фигура речи. Это отражение того удивительного факта, что когда-то давно, на заре развития жизни, когда одноклеточные еще царили в живой природе, первобытная митохондрия как-то раз столкнулась нос к носу с первобытной прокариотой. В отличие от предыдущих их встреч, закончившихся менее благоприятно, на этот раз всё произошло иначе. То ли митохондрия была несколько отличной от других в результае мутаций, то ли прокариота, то ли обе, но так илои иначе случилось странное: прокариота поглотила митохондрию и… и возникла пауза. Вместо того, чтобы переварить митохондрию и поползти дальше, прокариота так и оставила ее в себе в непереваренном, живом виде (может у нее было несварение желудка). И оказалось, что вдвоем им очень даже неплохо. Вдвоем, в симбиотической связи, они смогли открыть совершенно новые горизонты существования. Прокариоты не могли использовать кислород для производства энергии, а митохондрии это умели делать отлично. И этот союз оказался настолько прочным, что в дальнейшем произошла специализация, что еще более повысило эффективность их сотрудничества — митохондрии передали часть своих генов прокариоте, чтобы не тратить время и усилия на посторонние дела, и сосредоточились на получении энергии. В свою очередь, прокариота могла больше не мучаться от недостатка энергии и прекратить пытаться ее добывать своими несовершенными средствами, и теперь можно было сосредоточиться на том, чтобы эту энергию активно и созидательно тратить. Со временем этот процесс зашел так далеко, что митохондрии полностью потеряли способность к самостоятельному существованию, как и клетки теперь не смогут выжить без митохондрий.

    mitochondrion

    В сложном многоклеточном организме чем больше потребность каких-то клеток в энергии, тем больше там митохондрий, причем это положение дел может быстро меняться — начни качать свои мышцы, и количество митохондрий в твоих мышечных клетках быстро и бурно начнет расти. В каждой нашей клетке находится от нескольких сот до нескольких тысяч митохондрий, и они занимают 10-20% всего объема клетки! Ничего удивительного, ведь без энергии всё встанет.

    Кроме этого, митохондрии способны перемещаться по клетке в ту ее часть, где именно сейчас требуется повышенное содержание энергии, но перемещение само по себе требует энергии, поэтому некоторые митохондрии стали длинными, даже очень длинными и очень разветвленными — так проще обслуживать энергией удаленные участки клетки. А другие митохондрии научились создавать целые объединенные комплексы, так же как мы делаем атомные электростанции, состоящие из множества отдельных блоков. Такое объединение имеет название «митохондрион» ( mitochondrial complex [maɪtəˈkɔndriəl ‘kɔmpleks] ). К примеру, таких митохондрионов особенно много в нашем сердце, которое постоянно требует много энергии.

    На этом предельно упрощенном рисунке видно, что энергетическая станция клетки устроена очень сложно, и в  будущем мы займемся её более внимательным рассмотрением.

    filaments

    4. Что такое цитоскелет ( cytoskeleton [‘sʌɪtə’skelɪtən] ), в целом ясно из его названия. Это совокупность прочных белковых нитей, из которых состоит клеточный каркас. В отличие от скелета животных, цитоскелет очень подвижен и способен моментально собираться и разбираться в нужном месте, например, чтобы изменить форму клетки и обеспечить её движение, или чтобы создать «трубопровод» для пересылки нужных веществ из одного места клетки в другое. Деление клетки также происходит благодаря активной работе цитоскелета.

    Существует три вида белковых нитей цитоскелета: а) микрофиламенты ( microfilaments [maikro’filəmənts] ),

    б) промежуточные филаменты ( intermediate filament [ˌɪntə’miːdɪət ‘fɪləmənt] ),

    в) микротрубочкиmicrotubule [maikro’tjuːbjul] ).

    Они состоят из разных белков и выполняют разные функции. Пока можно просто принять это к сведению и пойти дальше.

    ribosome

    5. Рибосома ( ribosome [‘rʌɪbəsəʊm] ) — это органеллы, которые согласно чертежам, записанным в ДНК, строят белки. В основном они сидят на мембранах эндоплазматической сети, но бывает, что и просто свободно плавают в цитоплазме клетки. Устройство рибосомы и сам процесс синтеза белков настолько сложны, что я даже и не буду пытаться сейчас хоть как-нибудь примерно их описывать. Взглянув на эту модель рибосомы, можно убедиться в том, что осуществляемый ею процесс синтеза белков вряд ли обещает быть очень простым:) Тем не менее, здесь тоже всё зависит от уровня детализации. Пока что просто можно запомнить, что рибосомы — это фабрики по производству белков.

    Производство самих рибосом осуществляется в вышеупомянутом ядрышке, а состоит эта белковая фабрика наполовину из белков, а наполовину из РНК.

    Magnesium

    Поскольку рибосома так сложна, получается, что в этом кратчайшем обзоре клеточных органелл о ней почти что нечего и сказать без того, чтобы не увязнуть в тонких материях. Но есть кое что простое, что можно упомянуть для того, чтобы придать ей дополнительный привкус индивидуальности, чтобы она лучше уложилась в памяти. Молекулы РНК, входящие в состав рибосомы, содержат в себе металл магнийmagnesium [mæg’niːzɪəm] ). И не просто так, для украшения, а в качестве очень важного элемента. Стоит удалить атомы магния, и вся рибосома рассыпется. Таким образом, рибосома является киборгом, в котором органическая ткань сращена с металлом.

    Вообще магний, который конечно же не входит ни в список четырех главных химических элементов органики (кислород, водород, азот, углерод), ни даже в список шести главных элементов (+ фосфор + сера), тем не менее в живых тканях не редкость, и объясняется это тем, что на заре зарождения жизни в море было очень много магния  (сейчас его заменил натрий), так что не удивительно, что его постепенно приспособили к выполнению важных жизненных функций.

    endoret

    6. Эндоплазматическая сеть или, иначе говоря, эндоплазматический ретикулум ( endoplasmic reticulum [endo’plazmik ri’tikyələm] ). Сокращенно — ЭПРER [i:a:r] ). Это совокупность полостей, пузырьков и канальцев, окруженных собственной мембраной.

    Он состоит из двух частей — гранулярный ЭПР ( rough ER [rʌf  i:a:r] ) — на картинке обозначен красным цветом, и гладкий ЭПР ( smooth ER [smuːð  i:a:r] ) — обозначен бежевым.

    Про гранулярный ЭПР мы уже говорили — тут на стенках тихо-мирно сидят рибосомы, обозначенные на картинке пупырышками, и производят белки. А в гладком ЭПР в основном производятся углеводы, липиды (т.е. жиры), и ещё разные гормоны — как для собственного потребления, так и для экспорта за пределы клетки. Например половые гормоны синтезируются именно тут, так что спасибо гладкому ЭПР за то, что у нас есть возможность получать соответствующие ощущения, наслаждения и впечатления. И можно только позавидовать некоторым инфузориям, у которых есть целых 7 полов! Любопытно представить, какая у нас была бы жизнь, если бы наш сексуальный мир был таким же разнообразным. Но может еще и будет, ведь эволюция человеческого вида по сути ещё только начинается.

    4634871

    7. Аппарат ГольджиGolgi apparatus [ golʤi æpə’reɪtəs] ) — это совокупность цистерн и мешочков. Его основная функция — транспортировка веществ, синтезированных в ЭПР, плюс их модификация, доведение до окончательной формы. Многие виды белков, синтезированных «начерно» в ЭПР, проходят здесь чистовую обработку и приобретают свою окончательную форму. Соответственно в цистернах аппарата Гольджи полно специальных белков-ферментов, которые и трудятся над поступающими из ЭПР полуфабрикатами.

    А фотка, кажется, не та… ладно, вот эта — точно та.

    Golgi Apparatus. TEM

    Интересно, что по мере того, как белки-полуфабрикаты проходят по конвейеру, перемещаясь из цистерны в цистерну, они маркируются специальными метками, указывающими на то — в какой стадии готовности находится тот или иной белок, что позволяет наладить бесперебойный и безошибочный процесс их свовременного перемещения всё дальше и дальше. Перед тем, как выпустить продукцию, специальные выпускающие белки упаковывают её в пузырьки и направляют по определенному адресу внутри клетки.

     

    lysosome

    8. Лизосома ( lysosome [‘lʌɪsəsəʊm] ) — это великий перевариватель. Всё, что клетке не нужно, лизосомы старательно переваривают, расщепляют на составные части, которые в дальнейшем послупают снова на клеточные конвейеры для производства чего-то полезного. Изображение лизосомы — самое простое из всех, которые тут раньше были — шарик или эллипсоид, напичканный специальными белками-ферментами, которые как пираньи разгрызают все, что к ним попадает. Впрочем, более уместна аналогия с рабочими-монтажниками, которые аккуратно разбирают попавшие к ним объекты на составные части, чтобы они тут же могли быть использованы для производства других молекулярных комплексов.

    Некоторым растительным и грибным клеткам достаточно лишь одной крупной лизосомы. Животные клетки насчитывают их сотни и даже тысячи.

    Если клетка захватила снаружи какие-то посторонние вещества или частицы или бактерии, то она их использует по-деловому: направляет в лизосомы для дезинтеграции.

    a7c7d9be

    Иногда лизосомы используются для решения совсем необычных задач. Например, каждому головастику когда-то приходит время превратиться в лягушку, и хвост ему для этого не нужен. Можно просто отбросить его, но с другой стороны хвост — это же не просто пол-грамма высококачественного белка, это еще немало и других питательных и важных веществ, которые на дороге не валяются. Жизнь приучила головастика относиться к накопленному биоматериалу с рачительностью, поэтому лизосомы, находящиеся в хвосте, попросту переваривают его, и полученные питательные вещества используются для того, чтобы он как можно скорее превратился в настоящую, полную изящества принцессу-лягушку.

    Tetrahymena

    И на этом хватит. Конечно, ещё можно было бы упомянуть о том, что внутреннее пространство клетки заполнено цитозолью ( cytosol [‘sʌɪtəsɒl] ) — жидкостью, состоящей почти полностью из воды с растворенными в ней разными полезными минералами, в которую и погружены все органеллы. Можно было бы описать устройство того изящного хвостика, который виден на схеме клетки… но всё это уже не так существенно, и в любом случае будет потом подробно рассмотрено в тематических «боковых ответвлениях» от главной, генетической нити этой книжки. И в конце я не упущу возможности представить обладателя приза «самое необычное существо этой главы». Любуйся — та самая инфузория, которая наслаждается всеми прелестями жизни среди своих сородичей аж семи разных полов.

     

    (Автор статьи: Бодх)