Ткани, их строение и функции

Ткани, их строение и функции

Организм человека — сложная целостная саморегулирующаяся и самовозобновляющаяся система, состоящая из огромного количества клеток. На уровне клеток происходят все важнейшие процессы; обмен веществ, рост, развитие и размножение. Клетки и неклеточные структуры объединяются в ткани, органы, системы органов и целостный организм.

Ткани— это совокупность клеток и неклеточных структур (неклеточных веществ), сходных по происхождению, строению и выполняемым функциям. Выделяют четыре основные группы тканей: эпителиальные, мышечные, соединительные и нервную.

Эпителиальные ткани являются пограничными, так как покрывают организм снаружи и выстилают изнутри полые органы и стенки полостей тела. Особый вид эпителиальной ткани —железистый эпителий — образует большинство желез (щитовидную, потовые, печень и др.), клетки которых вырабатывают тот или иной секрет. Эпителиальные ткани имеют следующие особенности: их клетки тесно прилегают друг к другу, образуя пласт, межклеточного вещества очень мало; клетки обладают способностью к восстановлению (регенерации).

Эпителиальные клетки по форме могут быть плоскими, цилиндрическими, кубическими. По количеству пластов эпителии бывают однослойные и многослойные. Примеры эпителиев: однослойный плоский выстилает грудную и брюшную полости тела; многослойный плоский образует наружный слой кожи (эпидермис); однослойный цилиндрический выстилает большую часть кишечного тракта; многослойный цилиндрический — полость верхних дыхательных путей); однослойный кубический образует канальцы нефронов почек. Функции эпителиальных тканей; защитная, секреторная, всасывания.

Мышечные ткани обусловливают все виды двигательных процессов внутри организма, а также перемещение организма и его частей в пространстве. Это обеспечивается за счет особых свойств мышечных клеток — возбудимости и сократимости. Во всех клетках мышечных тканей содержатся тончайшие сократительные волоконца — миофибриллы, образованные линейными молекулами белков — актином и миозином. При скольжении их относительно друг друга происходит изменение длины мышечных клеток.

Различают три вида мышечной ткани: поперечнополосатую, гладкую и сердечную (рис. 12.1). Поперечнополосатая (скелетная)мышечная ткань построена из множества многоядерных волокноподобных клеток длиной 1—12 см. Наличие миофибрилл со светлыми и темными участками, по-разному преломляющих свет (при рассмотрении их под микроскопом), придает клетке характерную поперечную исчерченность, что и определило название этого вида ткани. Из нее построены все скелетные мышцы, мышцы языка, стенок ротовой полости, глотки, гортани, верхней части пищевода, мимические, диафрагма. Особенности поперечнополосатой мышечной ткани: быстрота и произвольность (т. е. зависимость сокращении от воли, желания человека), потребление большого количества энергии и кислорода, быстрая утомляемость.

Рис. 12.1. Виды мышечной ткани: а — поперечнополосатая; 6 — сердечная; в — гладкая.

Сердечная ткань состоит из поперечно исчерченных одноядерных мышечных клеток, но обладает иными свойствами. Клетки расположены не параллельным пучком, как скелетные, а ветвятся, образуя единую сеть. Благодаря множеству клеточных контактов поступающий нервный импульс передается от одной клетки к другой, обеспечивая одновременное сокращение, а затем расслабление сердечной мышцы, что позволяет ей выполнять насосную функцию.

Клетки гладкой мышечной ткани не имеют поперечной ис-черченности, они веретеновидные, одноядерные, их длина около 0,1 мм. Этот вид ткани участвует в образовании стенок трубко-образных внутренних органов и сосудов (пищеварительного тракта, матки, мочевого пузыря, кровеносных и лимфатических сосудов). Особенности гладкой мышечной ткани: непроизвольность и небольшая сила сокращений, способность к длительному тоническому сокращению, меньшая утомляемость, небольшая потребность в энергии и кислороде.

Соединительные ткани (ткани внутренней среды) объединяют группы тканей мезодермального происхождения, очень различных по строению и выполняемым функциям. Виды соединительной ткани: костная, хрящевая, подкожная жировая клетчатка, связки, сухожилия, кровь, лимфа и др. Общей характерной чертой строения этих тканей является рыхлое расположение клеток, отделенных друг от друга хорошо выраженным межклеточным веществом, которое образовано различными волокнами белковой природы (коллагеновыми, эластическими) и основным аморфным веществом.

У каждого вида соединительной ткани особое строение межклеточного вещества, а следовательно, и разные обусловленные им функции. Например, в межклеточном веществе костной ткани располагаются кристаллы солей (преимущественно соли кальция), которые и придают костной ткани особую прочность. Поэтому костная ткань выполняет защитную и опорную функции.

Кровь— разновидность соединительной ткани, у которой межклеточное вещество жидкое (плазма), благодаря чему одной из основных функций крови является транспортная (переносит газы, питательные вещества, гормоны, конечные продукты жизнедеятельности клеток и др.).

Межклеточное вещество рыхлой волокнистой соединительной ткани, находящейся в прослойках между органами, а также соединяющей кожу с мышцами, состоит из аморфного вещества и свободно расположенных в разных направлениях эластических волокон. Благодаря такому строению межклеточного вещества кожа подвижна. Эта ткань выполняет опорную, защитную и питательную функции.

Нервная ткань, из которой построены головной и спинной мозг, нервные узлы и сплетения, периферические нервы, выполняет функции восприятия, переработки, хранения и передачи ин-формации, поступающей как из окружающей среды, так и от органов самого организма. Деятельность нервной системы обеспечивает реакции организма на различные раздражители, регуляцию и координацию работы всех его органов.

Основными свойствами нервных клеток —нейронов, образующих нервную ткань, являются возбудимость и проводимость.Возбудимость — это способность нервной ткани в ответ на раздражение приходить в состояние возбуждения, а проводимость — способность передавать возбуждение в форме нервного импульса другой клетке (нервной, мышечной, железистой). Благодаря этим свойствам нервной ткани осуществляется восприятие, проведение и формирование ответной реакции организма на действие внешних и внутренних раздражителей.

Нервная клетка, или нейрон, состоит из тела и отростков двух видов (рис. 12.2). Тело нейрона представлено ядром и окружающей его областью цитоплазмы. Это метаболический центр нервной клетки; при его разрушении она погибает. Тела нейронов располагаются преимущественно в головном и спинном мозге, т. е. в центральной нервной системе (ЦНС), где их скопления образуют серое вещество мозга. Скопления тел нервных клеток за пределами ЦНС формируют нервные узлы, или ганглии.

Короткие, древовидно ветвящиеся отростки, отходящие от тела нейрона, называются дендритами. Они выполняют функции восприятия раздражения и передачи возбуждения в тело нейрона.

Рис. 12.2. Строение нейрона: 1 — дендриты; 2 — тело клетки; 3 — ядро; 4 — аксон; 5 — миелиновая оболочка; б — ветви аксона; 7 — перехват; 8 — неврилемма.

Самый мощный и длинный (до 1 м) неветвящийся отросток называется аксоном, или нервным волокном. Его функция состоит в проведении возбуждения от тела нервной клетки к концу аксона. Он покрыт особой белой липидной оболочкой (миелином), выполняющей роль защиты, питания и изоляции нервных волокон друг от друга. Скопления аксонов в ЦНС образуют белое вещество мозга. Сотни и тысячи нервных волокон, выходящих за пределы ЦНС, при помощи соединительной ткани объединяются в пучки — нервы, дающие многочисленные ответвления ко всем органам.

От концов аксонов отходят боковые ветви, заканчивающиеся расширениями — аксоппыми окончаниями, или терминалями. Это зона контакта с другими нервными, мышечными или железистыми метками. Она называется синапсом, функцией которого являетсяпередача возбуждения. Один нейрон через свои синапсы может соединяться с сотнями других клеток.

По выполняемым функциям различают нейроны трех видов. Чувствительные (центростремительные) нейроны воспринимают раздражение от рецепторов, возбуждающихся под действием раздражителей из внешней среды или из самого организма человека, и в форме нервного импульса передают возбуждение с периферии в ЦНС.Двигательные (центробежные) нейроны посылают нервный сигнал из ЦНС мышцам, железам, т. е. на периферию. Нервные клетки, воспринимающие возбуждение от других нейронов и передающие его также нервным клеткам, — это вставочные нейроны, или интернейроны. Они располагаются в ЦНС. Нервы, в состав которых входят как чувствительные, так и двигательные волокна, называются смешанными.

    Строение клетки.

       Клетки  находятся  в   межклеточном   веществе,   обеспечивающем   их механическую прочность, питание и дыхание. Основные  части  любой  клетки  – цитоплазма и ядро.

       Клетка  покрыта мембраной,  состоящей  из  нескольких  слоёв молекул, обеспечивающей   избирательную   проницаемость   веществ. В цитоплазме расположены  мельчайшие  структуры  –   органоиды. К  органоидам   клетки относятся:  эндоплазматическая  сеть,   рибосомы,   митохондрии,   лизосомы,

комплекс Гольджи, клеточный центр.

                                  Мембрана.

       Если  рассматривать  в  микроскоп  клетку   какого-нибудь   растения, например, корешка лука, то видно,  что  она  окружена  сравнительно  толстой оболочкой. Оболочка  совсем  другой  природы   хорошо  видна  у  гигантского аксона кальмара. Но не оболочка выбирает, какие вещества пускать и какие  не пускать в аксон. Оболочка клетки  служит  как  бы  дополнительным  «земляным валом», который окружает и защищает главную  крепостную  стену  –  клеточную мембрану   с   её   автоматическими   воротами,    насосами,    специальными «наблюдателями», ловушками и другими удивительными приспособлениями.

       «Мембрана  – крепостная стена клетки», но  только в том смысле, что она ограждает и  защищает  внутреннее  содержимое  клетки.  Растительную  клетку можно отделить от наружной оболочки. Можно разрушить  оболочку  у  бактерий. Тогда может показаться, что они вообще  ничем  не  отделены  от  окружающего

раствора – это просто кусочки студня с внутренними включениями.

       Новые  физические методы, прежде  всего  электронная  микроскопия,  не только  позволили  с  несомненностью  установить  наличие  мембраны,  но   и рассмотреть некоторые её детали.

       Внутреннее  содержимое клетки и её  мембрана  состоят  в  основном  из одних и тех же атомов. Эти  атомы  –  углерод,  кислород,  водород,  азот  – расположены в начале таблицы Менделеева. На электронной  фотографии  тонкого среза клетки  мембраны  видны  в  виде  двух  тёмных  линий.  Общая  толщина

мембраны может быть точно измерена с этих снимков. Она равно всего  70-80  А (1А = 10-8 см), т.е. в 10 тыс. раз меньше толщины человеческого волоса.

       Итак, клеточная  мембрана – очень  мелкое  молекулярное  сито.  Однако мембрана – весьма своеобразное  сито.  Её  поры  скорее  напоминают  длинные узкие проходы в крепостной стене  средневекового  города.  Высота  и  ширина

этих проходов в 10 раз меньше длины.  Кроме  того,  в  этом  сите  отверстия встречаются очень редко – поры  занимают  у  некоторых  клеток  только  одну миллионную часть площади мембраны. Это соответствует всего одному  отверстию на площади обычного волосяного сита для просеивания  муки,  т.е.  с  обычной точки зрения мембрана вовсе не сито.

                                    Ядро.

       Ядро  - самый заметный  и  самый  большой  органоид  клетки,  который первым привлёк внимание исследователей. Клеточное ядро (лат. nucleus,  греч. карион) открыто в 1831 году шотландским учёным Робертом Брауном.  Его  можно сравнить с кибернетической системой, где имеет место  хранение,  переработка и передача в цитоплазму  огромной  информации,  заключённой  в  очень  малом объёме. Ядро играет главную роль в наследственности.  Ядро  выполняет  также функцию восстановления целостности клеточного тела  (регенерация),  является регулятором  всех  жизненных  отправлений  клетки.  Форма  ядра  чаще  всего шарообразная  или  яйцевидная.  Важнейшей  составной  частью  ядра  является хроматин (от греч. хрома – цвет, окраска) – вещество, хорошо  окрашивающееся ядерными красками.

       Ядро   отделено   от   цитоплазмы    двойной    мембраной, которая непосредственно связана с эндоплазматической сетью и комплексом Гольджи.  На ядерной мембране обнаружены  поры,  через  которые  (как  и  через  наружную цитоплазматическую мембрану) одни вещества проходят легче, чем другие,  т.е. поры обеспечивают избирательную проницаемость мембраны.

       Внутреннее  содержимое  ядра  составляет  ядерный  сок,   заполняющий пространство между структурами ядра. В ядре  всегда  присутствует  одно  или несколько ядрышек. В ядрышке образуются рибосомы. Поэтому между  активностью клетки и размером ядрышек существует прямая связь:  чем  активнее  протекают процессы биосинтеза белка, тем крупнее ядрышки и, наоборот, в  клетках,  где синтез белка ограничен, ядрышки или очень невелики, или совсем отсутствуют.

       В ядре  расположены нитевидные образования  – хромосомы. В ядре  клетки тела человека (кроме половых) содержится по 46 хромосом. Хромосомы  являются носителями наследственных  задатков  организма,  передающихся  от  родителей потомству.

       Большинство  клеток содержит одно ядро, но  существуют  и  многоядерные клетки  (в  печени,  в  мышцах  и  др.).   Удаление   ядра   делает   клетку нежизнеспособной.

                                 Цитоплазма.

       Цитоплазма  – полужидкая слизистая бесцветная  масса, содержащая 75-85% воды, 10-12% белков и аминокислот, 4-6% углеводов, 2-3%жиров и  липидов,  1% неорганических  и  других  веществ.  Цитоплазматическое  содержимое   клетки способно двигаться, что  способствует  оптимальному  размещению  органоидов, лучшему протеканию биохимических реакций, выделению продуктов обмена и  т.д. Слой   цитоплазмы   формирует   разные   образования:   реснички,   жгутики,поверхностные выросты

       Цитоплазма  пронизана сложной сетчатой системой, связанной с  наружной плазматической мембраной и состоящей из сообщающихся между собой  канальцев, пузырьков, уплощённых мешочков. Такая сетчатая система  названа  вакуолярной системой.

                                 Органоиды.

       Цитоплазма  содержит ряд  мельчайших  структур  клетки  –  органоидов, которые    выполняют    различные    функции.     Органоиды     обеспечивают жизнедеятельность клетки.

                          Эндоплазматическая сеть.

       Название  этого  органоида  отражает   место   расположения   его   в центральной части цитоплазмы (греч.  «эндон»  -  внутри).  ЭПС  представляет собой очень разветвлённую систему канальцев,  трубочек,  пузырьков,  цистерн

разной величины и формы, отграниченных мембранами от цитоплазмы клетки.

       ЭПС бывает  двух видов: гранулярная, состоящая  из канальцев и цистерн, поверхность которых  усеяна  зёрнышками  (гранулами)  и  агранулярная,  т.е. гладкая (без гран).  Граны  в  эндоплазматической  сети  ни  что  иное,  как рибосомы.  Интересно,  что  в  клетках  зародышей  животных  наблюдается   в основном гранулярная ЭПС, а  у  взрослых  форм  –  агранулярная.  Зная,  что рибосомы в цитоплазме служат местом синтеза белка, можно  предположить,  что гранулярная  ЭПС  преобладает  в  клетках,  активно   синтезирующих   белок.

Считают, что  агранулярная  сеть  в  большей  степени  предоставлена  в  тех клетках, где идёт активный синтез липидов (жиров и жироподобных веществ).

       Оба вида  эндоплазматической  сети  не  только  участвуют  в  синтезе органических  веществ,  но  и  накапливают  и  транспортируют  их  к  местам назначения, регулируют обмен веществ между клеткой и окружающей её средой.

                                  Рибосомы.

       Рибосомы  –  не  мембранные   клеточные   органоиды,   состоящие   из рибонуклеиновой кислоты и  белка.  Их  внутреннее  строение  во  многом  ещё остаётся загадкой. В электронном  микроскопе  они  имеют  вид  округлых  или грибовидных гранул.

       Каждая  рибосомы разделена  желобком  на  большую  и  маленькую  части (субъединицы).  Часто  несколько  рибосом  объединяются  нитью   специальной рибонуклеиновой кислоты (РНК), называемой информационной  (и-РНК).  Рибосомы осуществляют уникальную функцию синтеза белковых молекул из аминокислот.

                              Комплекс Гольджи.

       Продукты  биосинтеза поступают в просветы  полостей  и  канальцев  ЭПС, где  они  концентрируются  в  специальный  аппарат   –   комплекс   Гольджи, расположенный  вблизи  ядра.  Комплекс  Гольджи   участвует   в   транспорте продуктов биосинтеза к поверхности клетки и в  выведении  их  из  клетки,  в формировании лизосом и т.д.

       Комплекс  Гольджи был открыт  итальянским  цитологом  Камилио  Гольджи (1844 – 1926) и в 1898 году был  назван  «комплексом  (аппаратом)  Гольджи». Белки, выработанные в рибосомах, поступают в комплекс Гольджи, а  когда  они требуются другому органоиду, то часть комплекса Гольджи отделяется, и  белок доставляется в требуемое место.

                                  Лизосомы.

       Лизосомы (от греч. «лизео»  –  растворяю  и  «сома»  -  тело)  -  это органоиды клетки овальной формы, окружённые  однослойной  мембраной.  В  них находится набор ферментов, которые  разрушают  белки,  углеводы,  липиды.  В случае  повреждения  лизосомной  мембраны  ферменты  начинают  расщеплять  и разрушать внутреннее содержимое клетки, и она погибает.

                              Клеточный центр.

       Клеточный  центр можно наблюдать в  клетках,  способных  делиться.  Он состоит из двух палочковидных телец –  центриолей.  Находясь  около  ядра  и комплекса Гольджи, клеточный центр участвует в процессе  деления  клетки,  в образовании веретена деления.

                          Энергетические органоиды.

       Митохондрии (греч. «митос» - нить,  «хондрион»  -  гранула)  называют энергетическими станциями клетки. Такое название  обуславливается  тем,  что именно  в  митохондриях  происходит  извлечение   энергии,   заключённой   в питательных веществах. Форма митохондрий изменчива, но чаще всего они  имеют

вид нитей или гранул. Размеры и число их  также  непостоянны  и  зависят  от функциональной активности клетки.

       На электронных  микрофотографиях видно,  что  митохондрии  состоят  из двух мембран: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана  образует  выросты, называемые  кристами,  которые  сплошь  устланы  ферментами.  Наличие  крист увеличивает  общую  поверхность  митохондрий,   что   важно   для   активной деятельности ферментов.

       В митохонлриях обнаружены свои специфические ДНК и рибосомы. В  связи с этим они самостоятельно размножаются при делении клетки.

       Хлоропласты  – по форме напоминают диск  или шар с двойной оболочкой  – наружной и внутренней. Внутри хлоропласта  также  имеются  ДНК,  рибосомы  и особые мембранные структуры – граны,  связанные  между  собой  и  внутренней мембраной хлоропласта. В мембранах гран  и  находится  хлорофилл.  Благодаря хлорофиллу в хлоропластах происходит превращение энергии солнечного света  в

химическую энергию  АТФ  (аденозинтрифосфат).  Энергия  АТФ  используется  в хлоропластах для синтеза углеводов из углекислого газа и воды.

                            Клеточные включения.

       К клеточным  включениям относятся углеводы, жиры и белки.

       Углеводы. Углеводы состоят  из  углерода,  водорода  и  кислорода.  К углеводам относятся глюкоза, гликоген (животный  крахмал).  Многие  углеводы хорошо растворимы в  воде  и  являются  основными  источниками  энергии  для осуществления всех жизненных процессов. При распаде одного грамма  углеводов

освобождается    17,2 кДж энергии.

       Жиры. Жиры  образованы теми же химическими  элементами, что и углеводы. Жиры нерастворимы в воде. Они входят в состав клеточных мембран. Жиры  также служат запасным источником  энергии  в  организме.  При  полном  расщеплении одного грамма жира освобождается 39, 1 кДж энергии.

       Белки. Белки  являются основными веществами  клетки. Белки  состоят  из углерода, водорода, кислорода, азота, серы.  Часто  в  состав  белка  входит фосфор. Белки  служат  главным  строительным  материалом.  Они  участвуют  в формировании мембран клетки,  ядра,  цитоплазмы,  органоидов.  Многие  белки

выполняют роль ферментов (ускорителей течения химических реакций).  В  одной клетке насчитывается до 1000 разных белков. При распаде белков  в  организме освобождается примерно такое же количество энергии, как  и  при  расщеплении углеводов.

       Все эти  вещества накапливаются в цитоплазме  клетки в  виде  капель  и зёрен различной величины и формы. Они периодически синтезируются в клетке  и

используются в процессе обмена веществ.

                               Функции клеток.

       Клетка  обладает различными функциями: деление клетки, обмен веществ  и раздражимость.

                               Деление клетки.

       Деление  – это вид размножения клеток. Во время деления клетки  хорошо заметны хромосомы. Набор хромосом в клетках тела,  характерный  для  данного вида растений и животных, называется кариотипом.

       В  любом  многоклеточном  организме  существует  два  вида  клеток  – соматические (клетки тела) и половые клетки или гаметы.  В  половых  клетках число хромосом в  два  раза  меньше,  чем  в  соматических.  В  соматических

клетках  все  хромосомы  представлены  парами  –  такой   набор   называется диплоидным и обозначается 2n.  Парные  хромосомы  (одинаковые  по  величине, форме, строению) называются гомологичными.

       В половых  клетках каждая из хромосом  в одинарном числе.  Такой  набор называется гаплоидным и обозначается n.

       Наиболее  распространённым  способом  деления   соматических   клеток является митоз. Во время митоза клетка проходит ряд последовательных  стадий или фаз, в результате которых  каждая  дочерняя  клетка  получает  такой  же набор хромосом, какой был у материнской клетки.

       Во время  подготовки клетки к делению  –  в  период  интерфазы  (период между  двумя  актами  деления)  число  хромосом  удваивается.  Вдоль  каждой исходной   хромосомы   из   имеющихся   в   клетке   химических   соединений синтезируется  её  точная  копия.  Удвоенная  хромосома  состоит   из   двух

половинок – хроматид. Каждая из  хроматид  содержит  одну  молекулу  ДНК.  В период интерфазы в клетке происходит процесс биосинтеза  белка,  удваиваются также все важнейшие структуры клетки. Продолжительность интерфазы в  среднем 10-20 часов. Затем наступает процесс деления клетки – митоз.

       Во время  митоза  клетка  проходит  следующие  четыре  фазы:  профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

       В профазе  хорошо видны центриоли – органоиды,  играющие  определённую роль в делении дочерних хромосом. Центриоли делятся и  расходятся  к  разным полюсам. От них протягиваются нити,  образующие  веретено  деления,  которое регулирует расхождение хромосом к полюсам делящейся клетки. В конце  профазы ядерная оболочка распадается, исчезает ядрышко,  хромосомы  спирализуются  и укорачиваются.

       Метафаза   характеризуется   наличием   хорошо   видимых    хромосом, располагающихся в экваториальной плоскости клетки. Каждая хромосома  состоит из двух хроматид и имеет перетяжку –  центромеру,  к  которой  прикрепляются нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида  становится