Цитология - наука о развитии, строении и жизнедеятельности клеток. Клетки являются основным структурным и функциональным элементом организма. Их форма, размеры и специфичность дифференцировки разнообразны, характерны для различных тканей и в значительной мере отражают своеобразие их организации в связи со специфичностью их функций. Так, клетки крови, взвешенные в ее плазме, округлые. Клетки, выстилающие поверхность, плотно прилежат друг к другу и имеют плоскую, кубическую или призматическую форму. Клетки гладкой мышечной ткани вытянутые, веретенообразные. У нервных клеток длинные отростки, что позволяет им проводить свои импульсы на большие расстояния (рис. 4).
Вещество клетки - протоплазма - в процессе жизнедеятельности непрерывно взаимодействует с окружающей средой. Химический состав ее определяется специфичностью обмена веществ организма. Известно, что 96% массы животного составляют 4 элемента: углерод, кислород, водород и азот. В значительных количествах (в сумме до 3%) в тканях содержатся калий, кальций, натрий, фосфор, сера, магний, железо, хлор. Все остальные химические элементы, входящие в состав тканей организма, - микроэлементы (медь, марганец, кобальт, цинк и др.) - содержатся в сотых и тысячных долях процента, участвуют в важных физиологических процессах, имеют существенное значение в жизнедеятельности организма.
Химические элементы входят в состав протоплазмы в виде сложных органических соединений - белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и др.
Рис. 4. Форма и общий принцип строения фиксированных клеток (схема):
1 - цилиндрические клетки эпителия кишечника; 2 - кубические клетки мочевых канальцев почки; 3 - плоские клетки мезотелия брюшины; 4 - округлые клетки крови (а - с дольчатым ядром - нейтрофильный лейкоцит, б - с округлым ядром - лимфоциты); 5 - веретеновидная клетка с палочковидным ядром (гладкая мышечная клетка); 6 - отростчатая (нервная) клетка; 7 - бокаловидная клетка эпителия кишечника; 8 - клетка с ресничками (из многорядного мерцательного эпителия дыхательных путей); 9 - крылатая (сухожильная) клетка; 10 - жгутиковая клетка (спермий); и - многоядерная клетка (остеокласт); 12 - безъядерные клетки (эритроциты).
По определению В. Я. Александрова, клетка представляет собой живую систему, состоящую из двух важнейших, неразрывно связанных между собой частей - цитоплазмы и ядра.
Наиболее распространенный компонент структурной организации клетки - биологические мембраны. В их составе локализованы различные субстанции и энзимы, катализирующие многочисленные специфические, характерные для клеток химические реакции, протекающие на границе двух фаз: между структурами цитоплазмы - органеллами и цитоплазматическим матриксом, между клетками и окружающей средой. Мембраны регламентируют взаимодействие ферментов и субстратов во времени.
При значительном разнообразии строения клеточных мембран все они представлены пластами липопротеидной природы (липиды - 40%, белки - 60%). Молекулы липидов биологических мембран характеризуются наличием несущих заряд полярных головок - гидрофильного полюса молекулы и неполярных хвостов (их гидрофобного полюса), образованных жирными кислотами. Взаимодействие последних формирует жидкостно-бимолекулярный слой липидов биологических мембран. Белки в составе мембраны связываются с липидами как с помощью ионных, так и на основе гидрофобных связей, погружаясь в липидный слой мембраны (рис. 5).
Рис. 5. Взаимодействие белков с липидными слоями:
А - белковая молекула, связанная ионными взаимодействиями; Б, В - гидрофильные (б1, в1) и гидрофобные (б2, B2) взаимодействия белков с липидами (фл) (по Покровскому и Тутельману).
Мембранные белки представлены тремя разновидностями: периферическими, интегральными и полу интегральными.
Периферические белки располагаются на поверхности мембраны. Их молекулы связаны с полярными головками молекул лппи-дов электростатическим взаимодействием. Интегральные и полуинтегральные белки погружены в липидный слой. Молекулы интегральных белков проходят весь липидный слой мембраны. Их гидрофобная часть находится в средине молекулы и соответственно локализуется в гидрофобной зоне липидной фазы мембраны. В молекулах полуинтегральных белков гидрофобные аминокислоты сосредоточены на одном полюсе, в соответствии с этим они погружаются в липидный слои мембраны лишь наполовину - полюсом, взаимодействующим с гидрофобной частью липидных молекул.
Белки мембран, взаимодействуя с молекулами липидов, не закреплены жестко и способны менять степень погружения в липидный слой и перемещаться в плоскости мембраны.
На мембранах фиксируются ансамбли различных ферментов. Они участвуют в реакциях, протекающих на границе между органеллами и цитоплазматическим матриксом и между клеткой и окружающей ее средой. Мембраны регулируют время реакции, скорость активного транспорта субстратов и энзимов, обеспечивают высокую степень химической неоднородности, характерную для цитоплазмы клеток.
