§ 3. Животная клетка

Основная микроскопическая структурно-функциональная единица строения и жизнедеятельности организма животных.

• 1. Оболочка — снаружи покрыта только тонкой эластичной клеточной мембраной без жёсткой целлюлозной клеточной стенки.
• 2. Компоненты — включает вязкую цитоплазму, ядро с хромосомами и комплекс мембранных и немембранных органелл.
• 3. Особенности — способна к фагоцитозу и изменению формы.

Тонкая биологическая мембрана, отграничивающая внутреннее содержимое клетки от окружающей микросреды.

• 1. Свойства — эластична, находится в непрерывном волнообразном движении, образует выросты и выпячивания.
• 2. Проницаемость — содержит микроскопические поры и обладает избирательной полупроницаемостью для воды, ионов и метаболитов.
• 3. Фагоцитарная функция — участвует в захвате плотных пищевых микрочастиц (эндоцитоз) и выделении веществ.

Вязкая, зернистая коллоидная внутренняя среда клетки, находящаяся в непрерывном круговом движении.

• 1. Состав — вода, растворённые белки, липиды, углеводы, ферменты и неорганические ионы.
• 2. Функция — объединяет все внутриклеточные структуры в единую систему, обеспечивает циклоз (внутренний транспорт) и метаболические реакции.

Постоянные, жизненно важные специализированные клеточные структуры, имеющие строго определённое строение и выполняющие конкретные функции.

• 1. Специализация — разделяют биохимические процессы клетки на изолированные функциональные компартменты.
• 2. Классификация — подразделяются на мембранные (митохондрии, аппарат Гольджи, ЭПС, лизосомы, вакуоли) и немембранные (рибосомы, клеточный центр).

Центральный регуляторный центр эукариотической животной клетки, отделённый от цитоплазмы двойной ядерной оболочкой с порами.

• 1. Ядерные поры — осуществляют непрерывный избирательный транспорт макромолекул (РНК и белков) между ядром и цитоплазмой.
• 2. Функции — управление биосинтезом веществ, контроль за метаболизмом клетки, хранение и воспроизведение генетической информации.

Плотные нуклеопротеидные комплексы нитей ДНК и белков-гистонов, локализованные в кариоплазме ядра.

• 1. Генетическая функция — несут закодированные наследственные гены организма.
• 2. Репликация и сегрегация — регулируют биосинтез ферментов, удваиваются перед делением и обеспечивают равномерную передачу признаков дочерним клеткам.

Немембранная органелла животной клетки, обычно состоящая из пары центриолей, расположенная вблизи ядра.

• 1. Роль в делении — организует микротрубочки цитоскелета и формирует ахроматиновое веретено деления клетки.
• 2. Значение — обеспечивает строго равноценное расхождение сестринских хроматид к полюсам делящейся клетки.

Мембранная органелла, состоящая из стопки уплощённых дисковидных цистерн и отшнуровывающихся пузырьков.

• 1. Хранение и модификация — накапливает, упаковывает и химически модифицирует белки и липиды, синтезированные в клетке.
• 2. Синтетическая роль — участвует в синтезе сложных углеводов, липидов и полисахаридов.
• 3. Секреция — формирует секреторные пузырьки и первичные лизосомы.

Мелкие мембранные пузырьки диаметром до 1 мкм, заполненные комплексом кислых гидролитических расщепляющих ферментов.

• 1. Этимология — от греческих корней «лизис» (растворение) и «сома» (тело).
• 2. Функции — внутриклеточный лизис органических биополимеров, переваривание чужеродных фагоцитированных частиц, а также аутофагия (разрушение повреждённых органелл).

Мельчайшие немембранные рибонуклеопротеидные органеллы, построенные из большой и малой субъединиц.

• 1. Функция — трансляция матричной РНК и сборка полипептидных белковых цепей из свободных аминокислот.
• 2. Распределение — свободно взвешены в цитоплазме одиночно или полисомами, а также прикреплены к мембранам шероховатой ЭПС.

Двумембранные энергообразующие органеллы продолговатой, сферической или палочковидной формы («энергетические станции» клетки).

• 1. Строение — наружная гладкая мембрана и внутренняя складчатая мембрана с многочисленными кристами, погружёнными в матрикс.
• 2. Функция — осуществление реакций кислородного клеточного дыхания, окисление питательных субстратов и запасание освобождающейся энергии в связях молекул АТФ.

Глубоко разветвлённая система замкнутых мембранных канальцев, резервуаров и трубочек, пронизывающая всю цитоплазму.

• 1. Транспорт — связывает внутренние структуры клетки и направляет транспорт органических веществ к органеллам и аппарату Гольджи.
• 2. Разновидности — шероховатая (гранулярная, усеяна рибосомами, осуществляет синтез белков) и гладкая (агранулярная, синтезирует липиды и стероиды).

Микроскопические мембранные пузырьки в цитоплазме животной клетки, заполненные жидкостью и растворами соединений.

• 1. Пищеварительные вакуоли — образуются при эндоцитозе, сливаются с лизосомами и осуществляют полостное переваривание пищи у простейших и фагоцитов.
• 2. Сократительные (пульсирующие) вакуоли — периодически накапливают избыток воды с растворёнными жидкими шлаками метаболизма и выталкивают их наружу, выполняя функцию осморегуляции и выделения.

Нидерландский естествоиспытатель, конструктор микроскопов и один из основоположников научной микроскопии, впервые открывший одноклеточные живые организмы и микроструктуры тканей животных и человека. Исследовал под самодельными линзами каплю воды, описал эритроциты крови, мышечные волокна и половые клетки, заложив основы цитологии и микроскопической анатомии.

• В 1676 году при исследовании капли воды с помощью сконструированного им линзового микроскопа впервые в истории науки наблюдал одноклеточные живые существа, назвав их «анималькулями» («ничтожными зверьками»).
• С поразительной точностью зафиксировал динамику микроорганизмов, отметив их вращение наподобие волчка, и впервые описал клетки мышечных волокон, эритроциты крови и мужские половые клетки животных.
• Его пионерские микроскопические наблюдения заложили фундамент цитологии и микробиологии, доказав существование неизвестного ранее клеточного микромира и дав мощный импульс развитию медицины и физиологии.

Впервые одноклеточные животные микроорганизмы в капле воды увидел в 1676 году выдающийся голландский натуралист и изобретатель микроскопов Антони ван Левенгук. Наблюдая в самодельные линзы за каплей дождевой воды, он обнаружил крошечные микроорганизмы, которые назвал «анималькулями» («ничтожными зверьками»). Левенгук также впервые исследовал и описал эритроциты (красные клетки крови), мышечные волокна и половые клетки (сперматозоиды) животных.

Животная клетка имеет эукариотическое строение и состоит из трёх неразрывно связанных базовых компонентов:

• Поверхностный комплекс: представлен тонкой эластичной клеточной мембраной (без целлюлозной оболочки), способной к движению и образованию фагоцитарных выростов.
• Цитоплазма: подвижная коллоидная матрица, в которой расположены постоянные органеллы: митохондрии (энергостанции), клеточный центр с центриолями (деление клетки), эндоплазматическая сеть (синтез и транспорт веществ), комплекс Гольджи (накопление и секреция веществ), рибосомы (биосинтез белка), лизосомы (пищеварение и расщепление веществ), а также пищеварительные и сократительные вакуоли и клеточные включения (гранулы гликогена, капли жира).
• Клеточное ядро: отделено пористой двухслойной оболочкой, содержит ядрышко, кариоплазму и хромосомы, несущие наследственный код клетки и управляющие всеми её физиологическими функциями.

План рассказа о процессах жизнедеятельности в животной клетке:

• Рецепция и поглощение веществ: колебательные движения мембраны, избирательное просачивание ионов и образование выростов для фагоцитоза твердых частиц.
• Внутриклеточное пищеварение: образование пищеварительных вакуолей, их слияние с лизосомами и расщепление органических макромолекул гидролитическими ферментами.
• Энергетический метаболизм: окислительные процессы клеточного дыхания на кристах митохондрий с аккумуляцией энергии в молекулах АТФ.
• Пластический обмен (биосинтез): трансляция и сборка белковых цепей на рибосомах шероховатой ЭПС, синтез липидов на гладкой ЭПС.
• Транспорт и сортировка веществ: перемещение потоков молекул цитоплазмой по сети ЭПС, концентрирование и созревание секрета в комплексе Гольджи.
• Выделительные процессы: выведение непереваренных остатков и удаление избытка воды пульсирующими вакуолями.
• Регуляция жизнедеятельности и репродукция: контроль обмена веществ через ядерные поры и организация деления веретеном клеточного центра с равным распределением хромосом.

Открытие клеток колониальных животных (например, колониальных жгутиконосцев типа вольвокса или воротничковых хоанофлагеллят) стало фундаментальным открытием эволюционной биологии.

После первоначальных наблюдений Антони ван Левенгука в XVII веке, исследователи XVIII–XIX веков обратили внимание, что в капле пресной воды микроскопические клетки могут существовать не изолированно, а собираться в стабильные сферические или древовидные объединения. У таких организмов, как вольвокс, клетки соединены цитоплазматическими мостиками и уже имеют начальное разделение труда: наружные соматические клетки обеспечивают движение колонии согласованным биением жгутиков, а более крупные генеративные клетки отвечают за размножение.

Это открытие послужило неопровержимым доказательством клеточной теории Шлейдена — Шванна и стало ключевым звеном в обосновании эволюционного перехода от примитивных одноклеточных эукариот к настоящим дифференцированным многоклеточным животным.