Особенности и строение животных клеток

Царства живой природы

Так или иначе, будем считать, у нас появились первые биологические клетки. Как же получилось такое разнообразие организмов в живой природе. Что в первую очередь нужно организму для существования и жизнедеятельности? Конечно энергия, а ее нужно как-то заполучить. Вспомним, сколько есть царств в биологической систематике. Их пять: растения, животные, бактерии, грибы и вирусы. Каждое из них добывает энергию своим способом, и все его особенности адаптированы к этому способу питания. А выбор этой стратегии происходил на примитивном клеточном уровне. Мы можем видеть этому красивое подтверждение на некоторых одноклеточных организмах. Они не вошли в узкую специализацию по какой-то одной стратегии и пользуются двумя. Например, эвглена зеленая, может и фотосинтезировать, как растение и поглощать частицы пищи из внешней среды, как животные. Но дальше развиваться они не могут, так как для крупного и сложного организма требуется эффективный способ получения энергия, чего нельзя добиться без узкой специализации

Итак, растения выбрали стратегию фотосинтеза. Они научились использовать энергию солнца и строить себе питательные вещества самостоятельно. Как и везде, здесь есть плюсы и минусы. С одной стороны солнце светит регулярно и его не нужно ловить, с другой стороны энергии от него не так мало. Как же адаптироваться к этому? Надо сделать огромные солнечные пластины, очень хитро распложенные, чтобы они имели большую площадь, занимали относительно небольшое пространство и не бросали тень друг на друга. Существуют очень сложные математические аппараты, описывающие расположение листьев на деревьях. Что же касается движения и интеллекта - на них ни в коем случае нельзя тратить драгоценную энергию, нужно застыть и улавливать свет, запасая ее во что-нибудь сладкое и вкусное.

Животные сделали другой выбор, они решили получать энергию, накопленную другими организмами, либо трудягами растениями, либо такими же животными. Хорошо, что энергии сразу много, но плохо, что пока ты ее найдешь и поймаешь, можешь потратить еще больше. Тут нужны другие приспособления - движения, скорость, быстрая реакция, способность обучаться и запоминать.

Грибы тоже решили получать энергию из других, но паразитируя или разлагая останки. Для этого не нужно быстро бегать, нужны лишь легкие споры, которые будут болтаться в воздухе и легко цепляться за что-то подходящее. А потом спору нужно прорастить в длинные вьющиеся нити, которые умеет вплетаться и проникать даже в самые твердые ткани.

Вирусы. Как мы уже говорили, им не нужна энергия, они используют энергию клетки, которую заражают. Это внутриклеточный паразитизм, который имеет совсем другое происхождение, так как вирусы это неклеточные организмы.

Ну и бактерии, самая разнообразная и сложная группа, которая предпочла остаться на одноклеточном уровне и использовать все блага окружающей их природы. Бактерии умеют получать энергию всеми вышеперечисленными способами. Помимо этого в этой группе очень распространен хемосинтез. Бактерии находят себе какое-нибудь экзотическое место (дно океана возле серных курильщиков или прямую кишку млекопитающих) и начинают использовать окружающие вещества, запуская их в химические реакции, приносящие энергию. Благодаря этому бактерии заняли такие ниши, которые остальным группам даже и не снились. Ну разве что, может быть только вирусам бактериофагам, которые просто живут в этих бактериях.

Особенности и строение животных клеток

Глядя на животную клетку в световой микроскоп, скорее всего, вы увидите темное круглое пятно посередине - это ядро. Это библиотека клетки, окруженная защитной мембраной - ядерной оболочкой. В ней записаны тысячи рецепторов по приготовлению клеточных трудяг и рабочих - белков. Белки делают в клетке все, они как жители в городе: сами его строят, укрепляют, чистят, готовят пищу и питаются. Рецепты эти записаны особенным языком из четырех букв А, Т, Г и Ц. Это аденин, тимин, гуанин и цитозин, из которых состоит ДНК. Дальше ядро окружает большая хитросплетенная сеть мембран - эндоплазматическая сеть или ретикулум (ЭПС или ЭПР). Если приглядеться, то ЭПС состоит из двух частей - одна, ближняя к ядру, покрыта маленькими шариками, поэтому она называется шероховатой ЭПС. Далее шарики пропадают - это гладкая ЭПС. ЭПС - это большая кухня, а эти шарики - рибосомы - повара. Рибосомы получают копии рецептов из библиотеки в виде РНК, и по ним стряпают белки. В библиотеке - ядре - решается сколько каких белков-рабочих нужно для нужд клетки. Сколько нужно, столько рецептов скопируют на РНК и отправят на кухню. После того, как рибосомы состряпают белки, новоиспеченные рабочие двигаются по гладкому ЭПС, чтобы обзавестись оборудованием. Там им выдают все необходимое для работы - молотки, кувалды и так далее. На самом деле, в гладком ЭПС на белки навешиваются какие-то дополнительные химические группы, необходимые для их функции. Там проходят химические реакции, которые не могут провести рибосомы.

Рис. 3 Эндоплазматическая сеть, окружающая ядро

Далее белки в специальных пузырьках везикулах отправляются в отдел кадров - аппарат Гольджи, который распределяет их по клетке или может даже отправить их наружу, если это нужно. Все эти перемещения везикул по клетке возможны благодаря цитоскелету - специальных тросов, натянутых в пространстве всей клетки. Везикулы с помощью опять-таки специальных рабочих белков ездят по этим тросам, как по рельсам.

Рис. 4 Фотографии клеток с окрашенными ядрами (синий), цитоскелетами (зеленый) и мембранами (красный)

Рис. 5 Рабочий белок тянет везикулу по нити цитоскелета, как по рельсе.

Пусть белки распределились по своим местам, но каждому для своей работы нужна энергия. Если бы все получаемые питательные вещества сразу шли на питание белкам, было бы очень неудобно. Во-первых, каждая клетка использует большое количество веществ в качестве питания, каждое из них надо по-своему усваивать. А во-вторых одна белковая молекула не может выполнять столько функций сразу - и свою работу, и расщепление питательного вещества для получения энергии, причем разных питательных веществ. Нужен какой-то универсальный переносчик энергии, который легко будут воспринимать все белки. И такой универсальный переносчик энергии есть - это АТФ (аденозин-три-фосфат). Это вещество очень похоже на батарейку с тремя палочками. Оно состоит из аденозина и трех фосфатов, как можно видеть из названия. Когда эта батарейка заряжается, энергия запасается в связях между фосфатами. Молекула из аденозин-моно-фосфата АМФ сперва становится аденозин-ди-фосфатом АДФ и самым заряженным аденозин-три-фосфатом АТФ. При разрядке идет обратный процесс. Батарейки заряжаются, разносят энергию рабочим белкам и возвращаются разряженными за новой порцией энергии. Таких батареек в клетке огромное количество. Где же они заряжаются? Оказалось, на это потребовался целый органоид - митохондрия. В клетке митохондрий много, причем чем больше клетка потребляет энергии, тем больше в ней митохондрий. В организме животных митохондрий больше всего в мышечных клетках. Там непрерывно крутится замкнутая цепь реакций - цикл Кребса. В цикл Кребса поступают питательные вещества в разном виде и форме, и сжигаются с выбросом энергии. Эта энергия сразу же усваивается подходящими в митохондрии разряженными батарейками АМФ.

Рис. 6 Изображение митохондрий

Еще в животной клетке можно встретить центриоль - это еще один органоид. Центриоль не что иное, как запас тяжей цитоскелета, который расходуется либо для растяжения клетки во время деления, либо для построения жгутика.