Животинска клетка – устройство и детерминация

Животинска клетка – представлява основна структурна и функционална единица на животинските организми, която може да съществува самостоятелно. Подобно на останалите еукариотни клетки, всички животински клетки притежават типичните еукариотни клетъчни органели. От друга страна, в зависимост от конкретната функция, в която са специализирани клетките, в тях се откриват и специфични структури.

Клетка

Клетката представлява най-малката цялостна жива система, която може да функционира самостоятелно. Науката, която се занимава с изследването на клетките се нарича цитология (цитос – клетка, логос – наука).

Първите клетки са открити от Робърт Хук – създателят на сложния микроскоп. През 1665 година той за първи път наблюдава структури в коркова тъкан (клетъчни стени), които много напомнят на килийки или клетки. Поради тази причина в труда си „Микрография„, той въвежда терминът клетка.

Антони ван Льовенхук е първият натуралист, който наблюдава и описва живи клетки през 1674-та. Той използва конструиран от него прост микроскоп и изследва капка от улука си. В нея нидерландецът открива анимакули (миниатюрни животинки). През 1683 година наблюдава микроскопски и бактериални клетки.

На базата на два века изследвания, през 1838 -39 год. немските учени Теодор Шван и Матиас Шлайден формулират основите на клетъчната теория. Тя има следните основни положения:

1. Клетката представлява най-малката цялостна жива система, която може да функционира самостоятелно и е основната структурна и функционална единица на живата материя.
2. Всички живи организми са изградени от клетки.
3. Принципите на устройство и функциониране на растителна клетка, животинска клетка и прокариотна клетка са много сходни.
4. Всяка клетка произлиза от друга клетка, т.е. клетките се размножават само чрез клетъчно делене. (Това положение се въвежда от Рудолф Вирхов.
5. Клетъчният строеж на организмите е доказателство за факта, че съществува единен произход на живота.(Съвременно положение);

Устройство на животинска клетка

Всяка животинска клетки има клетъчна мембрана (плазмена мембрана), която я отделя от околните клетки и извънклетъчното пространство. Мембраната представлява двоен слой от липиди, протеини и по-малко въглехидрати, който проявява избирателна пропускливост на вещества от и към клетката.

Благодарение на плазмената мембрана клетките имат определена форма. С нейна помощ те поемат течни и твърди частици от заобикалящата ги среда и секретират вещества в извънклетъчното пространство. Процесът се нарича цитоза. Клетъчната мембрана е важен участник в предаването на сигнали от и към клетката, които са отговорни за осъществяването на редица жизненоважни процеси.

Всички вътреклетъчни органели на животинската клетка са разположени в полутечно вещество наречено цитозол. Той и органелите са съставните части на цитоплазмата, която de facto изпълва клетката. Цитозолът е съставен предимно от вода и разтворени йони, протеини и нискомолекулни вещества. В него протичат множество реакции и метаболитни процеси, като гликолизата например, поради което той съдържа много ензими и субстрати, необходими за тези процеси. Цялата тази клетъчна структура се поддържа от система от микротубули и микрофиламенти, която носи названието цитоскелет.

Клетъчни органели и устройство на животинска клетка

Центрозомите са немембранни структури, отговорни за правилното протичане на клетъчното делене. Състоят се от две перпендикулярни една на друга центриоли, изградени от девет тройки микротубули. По време на клетъчното делене всяка от двете центриоли се насочва към един от клетъчните полюси, а делителното вретено се формира помежду им.

ЕПР и рибозоми

Рибозомите са немебранни органели, изградени от голяма (седиментационен коефициент 60S) и малка (40S) субединици. Химичният им състав включва рибозомна РНК, протеини и голямо количество магнезиеви йони и полиамини. Различават се свободни и свързани с мембраната на ендоплазмения ретикулум рибозоми, а основната им функция е синтез на протеини чрез процеса транслация.

Ендоплазменият ретикулум, наричан още ендоплазмена мрежа, е едномембранен органел, който бива два вида: грануларен и гладък. Въпреки различията в структурата и функциите им, двата вида ЕПР са взаимосвързани части на един органел.

Зърнистият ЕПР представлява мрежа от разклонени тръбички и плоски цистерни с множество рибозоми по външната повърхност, откъдето идва и наименованието „грануларен”. В грануларния ЕПР протича котранслационното модифициране и сортирането на много протеини, затова и този вид ЕПР е добре развит в клетки, секретиращи протеини.

Характерно за устройството на гладкия ЕПР е наличието на повече тубуларни структури, както и отсъствието на рибозоми по мембраната. Той участва в липидния метаболизъм на клетката, в обезвреждането на токсични вещества, в синтеза на стероидни хормони и в складирането на калциеви йони при мускулните клетки.

Апарат на Голджи и везикули

Апарат на Голджи е едномембранен комплекс от 4-6 сплеснати цистерни, разположени една над друга, а в близост до тях се намират различен брой везикули. Описаната структура се нарича диктиозома и представлява основна единица на апарата на Голджи, а броят и разположението на диктиозомите в една клетка варират в зависимост от видовите специфики. Всяка диктиозома има изпъкнал цис- и вдлъбнат транс-участък, което обуславя полярността на комплекса.

Основните функции на апарата на Голджи са свързани с модифициране на протеини от ЕПР и сортирането им за транспортиране до определени части на всяка животинска клетка. Апаратът на Голджи участва и в синтеза на гликолипиди и сфингомиелин, както и на лизозомните ензими.

Лизозоми – те са сферични едномембранни органели, богати на хидролитични ензими и с кисела вътрешна среда (стойности на pH 4,5 – 5). Тези характеристики на лизозомите са свързани с функцията им да разграждат различни биомолекули, ненужни или опасни за клетката.

Пероксизомите са овални структури, морфологично силно наподобяващи лизозомите, но ензимите, които те съдържат, участват в процеси на клетъчния метаболизъм (например разграждане на дълги вериги на мастни киселини). В тях  протичат и началните рекции за синтез на плазмалоген – фосфолипид в състава на миелина. От особена важност е ензимът каталаза, който обезврежда опасния за клетката водороден пероксид (H₂O₂), като го разгражда до безвредни продукти.

Ядро

Клетъчно ядро – това е органелът, който съхранява генетичната информация на всяка една животинска клетка. Ядрото заема най-голяма част от общия обем на клетката. На него се падат около 10% и то е отделено от цитозола чрез двойна мембрана, която се разпада през прометафазата на клетъчното делене. Двете мембрани на ядрената обвивка се свързват в местата на множеството ядрени пори (с диаметър до 50 нм). Външната ядрена обвивка е свързана с мембраната на грануларния ендоплазмен ретикулум.

Механичната устойчивост на ядрото се дължи на ядрената ламина – мрежа от междинни филаменти и мембранни протеини. Течната среда във вътрешността на ядрото се нарича кариоплазма или нуклеоплазма. В тази среда е потопен генетичният материал на клетката. По време на интерфазата от клетъчния цикъл ДНК съществува под формата на еухроматин и хетерохроматин.

Еухроматинът съдържа гените, които се експресират в клетката, и под микроскоп е по-светлата част от хроматина. Хетерохроматинът представлява частта от гените, които остават неактивни, и се наблюдава като по-компактни и тъмни участъци в хроматина.

По време на митозата хроматинът се компактизира в ясно различимите под микроскоп хромозоми, чийто брой е специфичен за всеки вид организъм. Както в хроматина, така и в хромозомите, ДНК съществува под формата на комплекс със специфични (хистонови и др.) протеини. Ядърцето е суборганел от плътна маса в клетъчното ядро, чиято основна функция е свързана със синтеза на рибозомна РНК.

Дихателен комплекс

Митохондриите са двумембранни органели с удължена елипсовидна форма и вариращи размери в зависимост от състоянието на клетката. Между външната и вътрешната мембрана на митохондриите се обуславя пространство, със специфичен протеинов състав. Там се намира цитохром C, който е важен компонент от електронтранспортните вериги.

Вътрешната митохондриална мембрана има огромна площ благодарение на множеството нагъвания (т. нар. кристи). Тя съдържа специфични ензими, които изпълняват важни функции (синтез на АТФ, окислително фосфорилиране).

Пространството, което загражда вътрешната мембрана, се нарича матрикс. Освен голям брой ензими, то съдържа митохондриалните рибозоми и няколко копия митохондриална ДНК.

Тези особености в устройството на митохондриите са дали основание за хипотези, че са възникнали при сливане на еукариотни и прокариотни организми (ендосимбионтна теория). Те често са наричани енергийната централа на клетката. Причината е ролята им в синтеза на макроергичното съединение АТФ, при протичането на цикъла на Кребс (осъществява се т. нар. клетъчно дишане). Освен това митохондриите участват в програмираната клетъчна смърт (апоптоза), калциевия и хормоналния клетъчен сигналинг и други.

Детерминация и диференциация на клетките

За да се създаде нов функционален организъм, след оплождане на яйцеклетката, от получената зигота трябва да произлязат различните видове клетки. Клетъчната детерминация представлява определяне на специфичния път на развитие на дадена неспециализирана клетка. При някои животински клетки детерминацията се основава на пренесеното количество информационна РНК от цитозола на майчината клетка при деленето на зиготата. Така клетките, в които е попаднало по-голямо количество иРНК, се детерминират за участие в последващата гаструлация.

При бозайниците детерминацията е зависима от сложни междуклетъчни сигнали, които регулират коя клетка каква роля да поеме по-нататък. Детерминираните клетки започват да изпълняват своята програма, която се предава и на дъщерните клетки при делене. Например ембрионалните стволови клетки са неспециализирани и способни да се превърнат във всеки вид клетки на дадения организъм. Веднъж детерминирани обаче, те започват развитие по посока на определен тип клетки и стават все по-специализирани с всяко следващо делене.

Крайната специализация на детерминираните клетки се нарича клетъчна диференциация. Диференцираните клетки имат характерно устройство. Те изпълняват специфични функции, по които се различават силно от друг вид клетки, дори да имат общ произход. Например остеобластите на костната тъкан и мастните клетки (адипоцити) произлизат от мезенхимни стволови клетки. Но на практика изграждат различни органи и изпълняват коренно различни функции.