Физиология клетки

Физиология
клетки

Клетка, как и любая
живая система, обладает рядом функций, а именно: обменом веществ, проницаемостью,
репродукцией, ростом, раздражимостью и др.

 

Обмен веществ
— метаболизм

Различают две фазы
обмена: 1) анаболизм — ассимиляцию, накопление простых веществ с превращением
их в сложные и 2) катаболизм — диссимиляцию, распад сложных и выделение простых
веществ.

 

Проницаемость клетки

Процесс распределения
тех или иных веществ между клеткой и средой совершается через цитолемму, которая
избирательно проницаема для молекул и ионов. Поступление веществ в клетку и неравномерное
распределение их между средой и клеткой связаны с растворимостью веществ в ней и
с абсорбционным связыванием веществ ее коллоидами.

 

Раздражимость клетки

Под влиянием разнообразных
физических и химических агентов – раздражителей (лучистая энергия, электрический
ток, удар, толчок, изменение состава воздуха и пр.) клетка отвечает той или иной
реакцией. Эта способность клетки называется раздражимостью, а сама реакция
клетки — эффектом раздражимости. Мышечные клетки отвечают на раздражение
сокращением, нервные — проведением импульсов, железистые клетки эпителия — секрецией
и т.п. Высшей формой раздражимости является возбудимость. Она присуща нервной, мышечной
и железистой тканям.

 

Движение клетки

Одной из функций
клетки, основанной на обмене веществ, является движение. Различают следующие формы
движения клетки: амебовидное, мерцательное или жгутиковое и сократительное (мышечное).

Амебовидное движение свойственно амебе, а также лейкоцитам крови и некоторым
другим тканевым клеткам. Эта форма движения выражается в образовании цитоплазмой
подвижной клетки так называемых псевдоподий (ложноножек) в сторону того или иного
раздражителя (например, пищи) и в противоположном направлении.

Мерцательное движение, присущее инфузориям и клеткам эпителия многоклеточных
животных, связано с наличием у них специальных локомоторных приспособлений — ресничек.Мерцательное движение в эпителии содействует перемещению различных частиц (например,
пыли, а также слизи) и направлено в сторону выходных отверстий той или иной системы
организма, что для него имеет защитное значение.

Жгутиковое движение.Им обладают подвижные клетки (жгутиконосцы, спермин),
которые имеют жгутик, расположенный со стороны заднего полюса клетки.

Сократительное
движение связано с наличием в цитоплазме подвижных
клеток специальной органеллы — миофибрилл, укорочение и удлинение которых способствует
сокращению и расслаблению подвижной клетки (миоцит неисчерченной мышечной ткани,
исчерченное мышечное волокно).

 

Деление ядер и
клеток

Одна из основных
функций, характерных для живого вообще и для клетки в частности — размножение. Эта
функция связана с синтезом веществ в процессе метаболизма и осуществляется путем
деления. Различают три формы деления ядер и клеток:

 

Амитоз,
т. е. прямое деление, не сопровождаемое образованием нитей; митоз — непрямое
деление с возникновением нитей, конкретно хромосом, иначе называемое кариокинезом
или делением, которое сопровождается движением ядра. Чаще употребляется первое название
— митоз. Третья форма деления — мейоз. В отличие от двух первых она свойственна
только половым клеткам.

 

Митоз (кариокинез).

Состояние клетки
между делениями получило название интерфазы. На долю интерфазы приходится
90 % времени всего цикла, а на митоз только 10 %.

Во время интерфазы
происходят процессы накопления предшественников ДНК и белкового компонента хромосом,
митотического веретена и цитоцентра, удвоение хромосом, накопление энергетических
ресурсов для обеспечения прохождения митоза.

Митоз совершается
в четыре фазы: профаза (подготовительная фаза), метафаза (следующая
фаза), анафаза (возвратная фаза) и телофаза (конечная фаза). Образующиесядве дочерние клетки переходят в интерфазу. В интерфазе ядро имеет мелкие
гранулы хроматина и ядрышко (ядрышки). Все органеллы клетки обычной структуры.
Перед делением клетка округляется и временно утрачивает дифференцировку
(кутикула, реснички и пр.) и функцию.

В профазе ядрышко
растворяется, а вместо гранул хроматина появляется клубок хромосом. Одновременно
цитоцентр образует полярную лучистость; центриоли расходятся по полюсам клетки,
а между ними возникает митотическое, слабо окрашиваемое веретено. Кариотека растворяется.

В метафазе хромосомы,
укороченные к тому времени в 10-20 раз, приобретают типичную форму. Каждая хромосома
состоит из двух ножек и центромера. Хромосомы расщепляются надвое, т. е.
на хроматиды, и располагаются по экватору клетки. В результате возникает фигура
материнской звезды —монастер. В составе митотического аппарата веретена появляются
хромосомные нити, которые прикрепляются к центромеру каждой хромосомы.

В анафазе половинки
хромосом (хроматиды) вследствие сокращения хромосомных нитей расходятся к полюсам
и образуют фигуру дочерних звезд — диастер.

В телофазе хромосомы
на полюсах сближаются и приобретают форму клубка. Так возникает фигура двойного
клубка. Вслед за этим образуется кариотека обоих ядер. Хромосомы становятся невидимыми,
появляются ядрышки, т. е. ядра переходят в состояние интерфазы.

Генетическую сущность
митоза составляет сохранение постоянства набора хромосом, диплоидного (двойного)
для большинства клеток. Совокупность количественных и качественных признаков набора
хромосом называют кариотипом. Он типичен для определенного вида организма,
у человека 46 (23 пары) хромосом.

 

Рост клетки

После деления,
в интерфазе, клетка начинает усиленно синтезировать белки и расти. В ходе этого
процесса увеличивается объем ядра и цитоплазмы, восстанавливается характерное для
каждой клетки ядерно-цитоплазматическое отношение, совершается ее дифференцировка,
позволяющая клетке проявлять свойственные ей функции.

 

Дифференцировка
клетки

Дифференцировка
— процесс, приводящий к неоднородности клеточного состава организма и тем обеспечивающий
разнообразие наблюдаемых в нем функций. В ходе индивидуального развития этот процесс
регулируется наследственностью (взаимоотношениями ядра и цитоплазмы) и индуцирующими
внешними факторами.

 

Превращения в ядре
клетки при овогенезе и сперматогенезе

Установлено, что
в ядре любой соматической (телесной) и незрелой половой клетки (периоды размножения
и роста) существует диплоидный (двойной) набор хромосом — отцовских и материнских.
Каждое из двух мейотических делений созревания, как и при митозе, состоит из четырех
фаз. В профазе сложного процесса мейоза I гомологичные (парные) тонкие и длинные
хромосомы конъюгируют (временно сливаются), скручиваются, утолщаются, укорачиваются,
продольно расщепляются и образуют так называемые тетрады (четверки), состоящие из
четырех хроматид, которые образуют перекрест и обмениваются блоками генов. В результате
хромосомы обновляются и отталкиваются к кариолемме (ядро в виде пузырька). В анафазе
— телофазе мейоза I предварительно расщепленные и обновленные материнская и отцовская
хромосомы каждой тетрады расходятся и обособляются в разных клетках. Происходит
редукция, или уменьшение вдвое, диплоидного набора хромосом, т. е. превращение его
в гаплоидный (одинарный) с качественно новыми хромосомами мейоза. При мейозе
II, как и при митозе, в созревающие половые клетки расходятся половинки таких хромосом.

Таким образом,
первое деление созревания половых клеток (мейоз I) сопровождается редукцией хромосом
и изменением их качества, а второе деление созревания (мейоз II) неравноценно митозу,
так как расходящиеся в анафазе хромосомы между собой различны из-за перекреста в
мейозе I. Следовательно, только после второго мейотического деления реализуется
все разнообразие генетического материала созревших гамет, имеющих гаплоидный набор
хромосом. Восстановление диплоидного набора происходит при оплодотворении.

 

Оплодотворение

Возникновение нового
организма осуществляется в результате слияния двух половых клеток — спермия и яйцеклетки.

Процесс оплодотворения
— взаимная ассимиляция двух гамет (мужской и женской), которая сопровождается удвоением
гаплоидного набора хромосом с переходом в диплоидный. Продукт слияния — зигота.

 

Периоды развития зародыша, или эмбриональный период
развития

Оплодотворенная
яйцеклетка способна к развитию, при этом она проходит стадии зиготы, дробления,
гаструляции с возникновением осевого комплекса зачатков или обособлением основных
зачатков органов и тканей и, наконец, органогенеза.

Первый период развития
— стадия зиготы, или одноклеточного зародыша.

После стадии зиготы
начинается полное неравномерное дробление, при котором размеры зародыша не
увеличиваются. Одноклеточный зародыш расчленяется на — бластомеры. В результате
возникает форма, подобная моруле («гроздь винограда»), которая в маточной трубе
наполняется белковой жидкостью и превращается в бластоцисту.Последняя на
4-й день развития состоит из трофобласта снаружи и эмбриобласта (зародышевого узелка),
примыкающего к трофобласту изнутри.

Имплантация в матку
начинается на 7-й день и завершается через 40 часов.

К этому времени
дробление заканчивается и начинается первая фаза гаструляции, когда от зародышевого
узелка отделяется энтодерма (на 7-й день).

Оставшаяся часть
зародышевого узелка превращается в амниотический пузырек (вглубь от полоски матки),
а энтодерма разрастается и образует желточный пузырек.

С 9-го до
13-14-го дня трофобласт плодного пузыря (бластоцисты) превращается в хорион.

Приблизительно
к 13-14-му дню амниотический и желточный пузырьки смыкаются и в месте соприкосновения
образуют зародышевый щиток (мезодерма), при этом амниотический пузырек образует
зародышевую эктодерму, а желточный — зародышевую энтодерму.

На 15-17-й день
внутриутробного развития наступает вторая фаза гаструляции (рот-трубка).

В периоде органогенеза
выделяют пресомитную и сомитную стадии. Пресомитная стадия длится от 17-го
до 20-го дня. Она характерна тем, что в дорсальной части мезодермы еще отсутствуют
сегменты. Зародыш имеет грушевидную форму. В возрасте 18 дней в области туловищной
складки хорошо заметны кожная эктодерма, кишечная энтодерма и зародышевая
мезодерма.

В наружном слое
головного отдела находится кожная эктодерма, а в средней части — зачаток нервной
пластинки. Внутренний слой образован кишечной энтодермой и в средней части — зачатком
прехордальной пластинки.

Сомитная стадия начинается с 20-го дня и продолжается до 35-го дня. Продолжается
образование мезодермы, которая сегментируется и дифференцируется. Ее дорсальные
(тыльные) части — сомиты — образуют мезенхиму и скелетную мускулатуру. Количество
сомитов достигает 43-44 пар (4 затылочных, 8 шейных, 12 грудных, 5 поясничных,
5 крестцовых и 8-10 копчиковых). На 40-й день происходит значительная дифференцировка
головного отдела. Образуются зачатки верхних и нижних конечностей. К двум месяцам
зародыш приобретает черты человека и достигает значительных размеров. К этому времени
происходит формирование головы, туловища и конечностей.