Функции и виды тканей биология

Функции и виды тканей (биология)

Тело многих живых организмов состоит из тканей. Исключениями являются все одноклеточные, а также некоторые многоклеточные, к примеру, низшие растения, к которым относятся водоросли, а также лишайники. В этой статье мы рассмотрим виды тканей. Биология изучает данную тему, а именно ее раздел — гистология. Название этой отрасли происходит от греческих слов «ткань» и «знание». Существуют очень многие виды тканей. Биология изучает и растительные, и животные. Они имеют существенные различия. Ткани, виды тканей биология изучает довольно давно. Впервые они описывались даже такими древними учеными, как Аристотель и Авиценна. Ткани, виды тканей биология продолжает изучать и дальше — в ХІХ веке их исследовали такие известные ученые, как Мольденгауэр, Мирбель, Гартиг и другие. С их участием были открыты новые типы совокупностей клеток, изучены их функции.

Виды тканей — биология

Прежде всего следует отметить, что ткани, которые свойственны растениям, не характерны для животных. Поэтому виды тканей биология может разделить на две большие группы: растительные и животные. Обе объединяют большое количество разновидностей. Их мы далее и рассмотрим.

Виды животных тканей

Начнем с того, что нам ближе. Так как мы относимся к царству Животные, наш организм состоит именно из тканей, разновидности которых сейчас будут описаны. Виды животных тканей можно объединить в четыре большие группы: эпителиальная, мышечная, соединительная и нервная. Первые три подразделяются на множество разновидностей. Только последняя группа представлена лишь одним типом. Далее рассмотрим все виды тканей, строение и функции, которые им характерны, по порядку.

Нервная ткань

Так как она бывает только одной разновидности, начнем с нее. Клетки данной ткани называются нейронами. Каждый из них состоит из тела, аксона и дендритов. Последние — это отростки, по которым электрический импульс передается от клетки к клетке. Аксон у нейрона один — это длинный отросток, дендритов несколько, они более мелкие, чем первый. В теле клетки находится ядро. Кроме того, в цитоплазме расположены так называемые тельца Ниссля — аналог эндоплазматического ретикуллума, митохондрии, которые вырабатывают энергию, а также нейротрубочки, которые участвуют в проведении импульса от одной клетки к другой.

В зависимости от своих функций нейроны разделяются на несколько типов. Первый вид — сенсорные, или афферентные. Они проводят импульс от органов чувств к головному мозгу. Второй тип нейронов — ассоциативные, или переключающие. Они анализируют информацию, которая поступила от органов чувств, и вырабатывают ответный импульс. Такого виды нейроны находятся в головном и спинном мозге. Последняя разновидность — двигательные, или эфферентные. Они проводят импульс от ассоциативных нейронов к органам. Также в нервной ткани есть межклеточное вещество. Оно выполняет очень важные функции, а именно обеспечивает фиксированное расположение нейронов в пространстве, участвует в выведении из клетки ненужных веществ.

Эпителиальная

Это такие виды тканей, клетки которых плотно прилегают друг к другу. Они могут иметь разнообразную форму, но всегда расположены близко. Все различные виды тканей данной группы имеют сходство и в том, что межклеточного вещества в них мало. Оно в основном представлено в виде жидкости, в некоторых случаях его может и не быть. Это виды тканей организма, которые обеспечивают его защиту, а также выполняют секреторную функцию.

Данная группа объединяет несколько разновидностей. Это плоский, цилиндрический, кубический, сенсорный, реснитчатый и железистый эпителий. Из названия каждого можно понять, из клеток какой формы они состоят. Разного типы эпителиальные ткани отличаются и своим расположением в организме. Так, плоский выстилает полости верхних органов пищеварительного тракта — ротовой полости и пищевода. Цилиндрический эпителий находится в желудке и кишечнике. Кубический можно найти в почечных канальцах. Сенсорный выстилает полость носа, на нем находятся специальные ворсинки, обеспечивающие восприятие запахов. Клетки реснитчатого эпителия, как понятно из его названия, обладают цитоплазматическими ресничками. Данная разновидность ткани выстилает дыхательные пути, которые находятся ниже носовой полости. Реснички, которые имеет каждая клетка, выполняют очистительную функцию — они в некоторой степени фильтруют воздух, который проходит по органам, укрытым этим видом эпителия. И последняя разновидность данной группы тканей — железистый эпителий. Его клетки выполняют секреторную функцию. Они находятся в железах, а также в полости некоторых органов, таких как желудок. Клетки данного вида эпителия вырабатывают гормоны, ушную серу, желудочный сок, молоко, кожное сало и многие другие вещества.

Мышечные ткани

Данная группа подразделяется на три вида. Мышца бывает гладкая, поперечно-полосатая и сердечная. Все мышечные ткани похожи тем, что состоят из длинных клеток — волокон, в них содержится очень большое количество митохондрий, так как им необходимо много энергии для осуществления движений. Гладкая мышечная ткань выстилает полости внутренних органов. Сокращение таких мышц мы не можем контролировать сами, так как они иннервируются автономной нервной системой.

Клетки поперечно-полосатой мышечной ткани отличаются тем, что в них содержится больше митохондрий, чем в первой. Это объясняется тем, что им требуется больше энергии. Поперечно-полосатая мускулатура способна сокращаться значительно быстрее, чем гладкая. Из нее состоят скелетные мышцы. Они иннервируются соматической нервной системой, поэтому мы можем сознательно их контролировать. Мышечная сердечная ткань совмещает в себе некоторые характеристики первых двух. Она способна так же активно и быстро сокращаться, как поперечно-полосатая, но иннервируется автономной нервной системой, так же, как и гладкая.

Соединительные виды тканей и их функции

Все ткани этой группы характеризуются большим количеством межклеточного вещества. В некоторых случаях оно выступает в жидком агрегатном состоянии, в некоторых — в жидком, иногда — в виде аморфной массы. К этой группе принадлежат семь типов. Это плотная и рыхлая волокнистые, костная, хрящевая, ретикулярная, жировая, кровь. В первой разновидности преобладают волокна. Она расположена вокруг внутренних органов. Ее функции заключаются в придании им эластичности и их защите. В рыхлой волокнистой ткани аморфная масса преобладает над самими волокнами. Она полностью заполняет промежутки между внутренними органами, в то время как плотная волокнистая формирует только своеобразные оболочки вокруг последних. Она также играет защитную роль.

Костная и хрящевая ткани формируют скелет. Он выполняет в организме опорную функцию и отчасти защитную. В клетках и межклеточном веществе костной ткани преобладают неорганические вещества, в основном это фосфаты и соединения кальция. Обмен данных веществ между скелетом и кровью регулируют такие гормоны, как кальцитонин и паратиреотропин. Первый поддерживает нормальное состояние костей, участвуя в превращении ионов фосфора и кальция в органические соединения, запасаемые в скелете. А второй, наоборот, при недостатке этих ионов в крови провоцирует получение их из тканей скелета.

Кровь содержит много жидкого межклеточного вещества, оно называется плазмой. Ее клетки довольно своебразны. Они подразделяются на три типа: тромбоциты, эритроциты и лейкоциты. Первые отвечают за свертывание крови. Во время данного процесса формируется небольшой тромб, который предотвращает дальнейшую кровопотерю. Эритроциты отвечают за транспорт кислорода по организму и обеспечение им всех тканей и органов. На них могут находиться аглютиногены, которые существуют двух видов — А и В. В плазме крови возможно содержание аглютининов альфа или бета. Они являются антителами к аглютиногенам. По этим веществам и определяется группа крови. У первой группы на эритроцитах не наблюдается аглютиногенов, а в плазме находятся аглютинины двух видов сразу. Вторая группа обладает аглютиногеном А и аглютинином бета. Третья — В и альфа. В плазме четвертой нет аглютининов, но на эритроцитах находятся аглютиногены и А, и В. Если А встречается с альфа или В с бета, происходит так называемая реакция аглютинации, вследствие чего эритроциты погибают и образовываются тромбы. Такое может произойти, если перелить кровь несоответствующей группы. Учитывая, что при переливании используются только эритроциты (плазма отсеивается на одном из этапов обработки донорской крови), то человеку с первой группой можно переливать только кровь его же группы, со второй — кровь первой и второй группы, с третьей — первой и третьей группы, с четвертой — любой группы.

Также на эритроцитах могут находиться антигены D, что определяет резус-фактор, если они присутствуют, последний положительный, если отсутствуют — отрицательный. Лимфоциты отвечают за иммунитет. Они делятся на две основные группы: В-лимфоциты и Т-лимфоциты. Первые вырабатываются в костном мозге, вторые — в тимусе (железе, расположенной за грудиной). Т-лимфоциты подразделяются на Т-индукторы, Т-хелперы и Т-супрессоры. Ретикулярная соединительная ткань состоит из большого количества межклеточного вещества и стволовых клеток. Из них образуются клетки крови. Эта ткань составляет основу костного мозга и других органов кроветворения. Также существует жировая ткань, клетки которой содержат в себе липиды. Она выполняет запасную, теплоизоляционную и иногда защитную функцию.

Как устроены растения?

Данные организмы, как и животные, состоят из совокупностей клеток и межклеточного вещества. Виды тканей растений мы и опишем дальше. Все они делятся на несколько больших групп. Это образовательные, покровные, проводящие, механические и основные. Виды тканей растений многочисленны, так как к каждой группе принадлежит несколько.

К ним относятся верхушечные, боковые, вставочные и раневые. Основная их функция — обеспечение роста растения. Они состоят из небольших клеток, которые активно делятся, а затем дифференцируются, образуя любой другой вид тканей. Верхушечные находятся на кончиках стеблей и корней, боковые — внутри стебля, под покровными, вставочные — в основаниях междоузлий, раневые — на месте повреждения.

Покровные

Они характеризуются толстыми клеточными стенками, состоящими из целлюлозы. Они играют защитную роль. Бывают трех видов: эпидерма, корка, пробка. Первая покрывает все части растения. Она может иметь защитный восковый налет, также на ней находятся волоски, устьица, кутикула, поры. Корка отличается тем, что не имеет пор, по всем остальным характеристикам она сходна с эпидермой. Пробка — это мертвые покровные ткани, которые формируют кору деревьев.

Читайте:  Тараканы виды образ жизни среда обитания

Проводящие

Эти ткани бывают двух разновидностей: ксилема и флоэма. Их функции — транспорт растворенных в воде веществ от корня к другим органам и наоборот. Ксилема сформирована из сосудов, образованных мертвыми клетками с твердыми оболочками, поперечных перепонок нет. Они транспортируют жидкость вверх.

Флоэма — ситовидные трубки — живые клетки, в которых нет ядер. Поперечные перепонки имеют крупные поры. С помощью данной разновидности растительных тканей вещества, растворенные в воде, транспортируются вниз.

Механические

Они также бывают двух типов: это колленхима и склеренхима. Главная их задача — обеспечение прочности всех органов. Колленхима представлена живыми клетками с одеревеневшими оболочками, которые плотно прилегают друг к другу. Склеренхима состоит из вытянутых мертвых клеток с твердыми оболочками.

Основные

Как понятно из их названия, они составляют основу всех органов растения. Они бывают ассимиляционные и запасные. Первые находятся в листьях и зеленой части стебля. В их клетках находятся хлоропласты, которые отвечают за фотосинтез. В запасающей ткани накапливаются органические вещества, в большинстве случаев это крахмал.

Источник



Ткани в биологии

Ткань в биологии — это комплекс клеток с общим происхождением, имеющих одинаковое строение и отвечающих за выполнение схожих функций.

Совокупности тканей, отличающихся по типу, но взаимодействующих друг с другом, образуют органы.

Помимо клеток тканевый материал содержит внеклеточный матрикс — вещество, не входящее в состав клеток, обеспечивающее их механическую поддержку и отвечающее за транспорт химических веществ.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

В зависимости от типа, ткани могут иметь разное значение для организма, выполнять несколько функций:

  • механическую, двигательную;
  • соединительную;
  • защитную, регенерирующую;
  • кроветворную;
  • обменную;
  • проводящую.

Для растений характерно наличие фотосинтезирующих систем, состоящих из клеток с хлоропластом, реализующих образование органических веществ.

Признаки строения, классификация

Клетки каждой ткани имеют уникальное строение.

  1. Плоский эпителий состоит из плотно примыкающих друг к другу клеток с гладкой поверхностью.
  2. Мерцательный эпителий образует клетки с многочисленными ресничками.
  3. Рыхлая волокнистая соединительная ткань построена из переплетающихся между собой волокнистых клеток.
  4. Поперечнополосатая мышечная ткань построена из цилиндрических клеток с хорошо заметными поперечными полосами.

Ткани растений функционально и химически отличаются от тканей животных и человека. Кроме того, у растений нет аналога нервной ткани. Поэтому в биологии их рассматривают отдельно.

Виды тканей у высших растений

У высших растений выделяют 6 основных видов тканей:

  1. Образовательную или первичную, служащую материалом для образования всех остальных видов.
  2. Покровную, обеспечивающую защиту растения от температурных колебаний, механических повреждений, излишних испарений, грибов, микробов.
  3. Механическую, придающую прочность, повышающую способность сохранять целостность под тяжестью плодов, сильными ливнями, ветрами.
  4. Проводящую, транспортирующую водно-минеральный состав от корней к листьям, от листьев к другим частям растения.
  5. Основную, также известную как паренхима, способствующую проведению воздуха и фотосинтезу, накапливающую воду и необходимые для развития органические вещества.
  6. Выделительную, отвечающую за продуцирование аромата, снабжение растения маслами и соками.

Если ткань растения состоит из одинаковых клеток, то ее называют простой. Если же ее структура образована клетками разных типов, то такая совокупность называется сложной.

Виды животных тканей

Современной науке известно 4 вида:

  1. Эпителиальные, имеющие самые близкорасположенные клетки, призванные обеспечивать защиту организма, выполнять секреторную функцию.
  2. Мышечные, делящиеся на гладкие — выстилающие полости внутренних органов, сердечные — приводящие в движение сердечную мышцу, поперечнополосатые — составляющие все скелетные мышцы организма.
  3. Соединительные, представленные 7 разновидностями: плотной волокнистой, рыхлой волокнистой, костной, хрящевой, жировой, ретикулярной, кровяной. В организме выполняют механическую, формообразующую, защитную, регенерирующую функции.
  4. Нервные, состоящие из особых клеток — сенсорных и ассоциативных нейронов, межклеточного вещества, фиксирующего положение нейронов и выводящего из них отработанное содержимое.

В состав одного органа может входит несколько разных тканей. При этом одна и та же ткань может образовывать различные органы.

По объему и структуре ткани ученые могут определять возраст человека и животного, так как в течение жизни эти параметры постоянно меняются.

Источник

Ткань (биология)

Ткань — система клеток и межклеточного вещества, объединенных общим происхождением, строением и выполняемыми функциями. Строение тканей живых организмов изучает наука гистология. Совокупность различных и взаимодействующих тканей образуют органы.

Содержание

Виды тканей животных

В организмах животных выделяют следующие виды тканей [1] :

    покрывает организм снаружи, выстилает поверхность внутренних органов и полости, входит в состав желез внутренней и внешней секреции
  • сердечная

Эпителиальная ткань

Признаки эпителиальной ткани:

  1. Она всегда занимает пограничное положение в организме
  2. В ней больше клеток, чем межклеточного вещества
  3. Нижний слой клеток всегда лежит на общей базальной пластинке
  4. Клетки этой ткани полярны (строго ориентированы в пространстве и имеют базальную и апикальную части)
  5. Не имеет собственной кровеносной системы
  6. Обладает высокой способностью к регенерации

Функции эпителиальной ткани:

  1. Участие в обмене веществ
  2. Защитная (барьерная)
  3. Рецепторная

Классификация по строению (морфологическая классификация):

  1. Многослойный эпителий:
    1. Плоский ороговевающий
    2. Плоский неороговевающий
    3. Переходный

    Под однослойностью понимают такое расположение клеток. при котором все клетки касаются базальной мембраны. В однорядном эпителии все клетки имеют одинаковый размер. Соответственно в многорядном клетки различны по размеру. Переходный эпителий встречается у органов, которые меняют форму.

    Источник

    Типы животных и растительных тканей

    Клетки существуют не изолированно. Они соединены между собой пластинами, состоящими в основном из протопектина. Эти пластинки вместе с клеточными оболочками составляют растительную ткань.

    Различают следующие виды тканей:

    Покровные тканизащищают плоды и овощи от неблагоприятных внешних воздействий; механических повреждений, патогенных микроорганизмов, сельскохозяйственных вредителей, метеорологических факторов.

    Различают два вида покровных тканей: эпидермис (кожица) и перидермис (пробка).

    Эпидермис — однорядная покровная ткань из вытянутых клеток.

    Характерной особенностью эпидермиса является наличие кутикулы, образуемой жироподобным веществом кутином и восками.

    Кутикула усиливает защитные свойства эпидермиса, поэтому удаление воскового налета, повреждение кутикулы вызывает быструю порчу плодов и овощей.

    Кутикула отличается у разных видов плодов и овощей по структуре, толщине и составу. Эти факторы влияют на сохраняемость плодов и овощей. Чем она толще и более плотно покрывает эпидермиапьные клетки, тем меньше возможность проникновения микроорганизмов внутрь и смачивания водой.

    Клетки эпидермиса также содержат вакуоль, ядра, а некоторые и хлоропласты, что придает окраску плодам и овощам.

    Иногда клетки эпидермиса разрастаются с образованием волосков, покрытых кутикулой. Тогда плоды и овощи имеют опушение (персики, крыжовник, абрикосы и др.).

    На поверхности эпидермиса расположены устьица — мельчайшие отверстия, через которое осуществляется газообмен между внутренними тканями и внешней средой.

    Эпидермис покрывает в основном наземные плоды и некоторые овощи — лук, чеснок, томаты, перец и др.

    Перидерма — это вторичная покровная ткань, состоящая из нескольких рядов плотно сомкнутых клеток. Клетки перидермы пропитаны суберином, что обеспечивает хорошие защитные свойства.

    Перидермой покрыты клубни и корнеплоды. Так как они произрастают в почве, то нуждаются в эффективной защите от механического давления, оказываемого почвой, камнями, от микроорганизмов и вредителей, населяющих почву.

    Паренхимные ткани — это основные ткани, которые образуют мякоть плодов и овощей.

    Механические ткани — ткани, придающие плотность органам растений.

    Клетки этих тканей толстостенные, имеют несколько удлиненную форму, содержат пектиновые вещества, хлорофилл, крахмал, полифенолы.

    Механические ткани можно наблюдать в виде жилок на листьях, придающих им прочность, у одревесневших корнеплодов (свеклы), в виде каменистых клеток в мякоти плодов (груш, айвы) и овощей (хрена).

    Повышенное содержание механических тканей, например, каменистых клеток — нежелательно, так как ухудшает консистенцию мякоти.

    Проводящие ткани осуществляют связь между разными органами и тканями. Без этого невозможен обмен веществ.

    Они состоят из прозенхимных клеток значительной длины и представлены тремя типами: трахеи, трахеиды — проводят растворы минеральных веществ, и ситовидные трубки — проводят растворы органических веществ.

    Совокупность трахей, трахеидов, механических тканей образует древесину, и называется ксилемой, а ситовидные трубки с паренхимными и механическими тканями образуют флоэму.

    Наиболее выражена ксилема и флоэма у корнеплодов типа моркови.

    Проводящие ткани оказывают существенное влияние на потребительские свойства, сохраняемость плодов.

    Сильно развитая проводящая ткань с большим количеством механических тканей придает мякоти грубую, хрящевидную или деревянистую (переросшие корнеплоды, черешни бигаро) консистенцию. Образовательные ткани служат для образования постоянных тканей.

    В организмах животных выделяют следующие виды тканей:

    1.эпителиальная покрывает организм снаружи, выстилает поверхность внутренних органов и полости, входит в состав желез внутренней и внешней секреции. Признаки эпителиальной ткани:

    ·Покровный эпителий (ороговевающий).

    ·Эпителий слизистых оболочек.

    ·Эпителий серозных оболочек (выстилающий брюшную, плевральную и перикардиальную полости).

    Белки. Структура, функции. Биосинтез белка

    Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из остатков α-L-аминокислот (которые являются мономерами), также в состав белков могут входить модифицированные аминокислотные остатки и компоненты не аминокислотной природы. Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Хотя на первый взгляд может показаться, что использование в большинстве белков «всего» 20 видов аминокислот ограничивает разнообразие белковых структур, на самом деле количество вариантов трудно переоценить: для цепочки из 5 аминокислотных остатков оно составляет уже более 3 миллионов, а цепочка из 100 аминокислотных остатков (небольшой белок) может быть представлена более чем в 10 130 вариантах. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками, хотя это деление весьма условно.

    При образовании белка в результате взаимодействия α-карбоксильной группы (-COOH) одной аминокислоты с α-аминогруппой (-NH2) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют N- и C-концом, в зависимости от того, какая из групп концевого аминокислотного остатка свободна: -NH2 или -COOH, соответственно. При синтезе белка на рибосоме первым (N-концевым) аминокислотным остатком обычно является остаток метионина, а последующие остатки присоединяются к C-концу предыдущего.

    Уровни организации

    Уровни структурной организации белков: 1 — первичная, 2 — вторичная, 3 — третичная, 4 — четвертичная

    К. Линдстрём-Ланг предложил выделять 4 уровня структурной организации белков: первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Хотя такое деление несколько устарело, им продолжают пользоваться [4] . Первичная структура (последовательность аминокислотных остатков) полипептида определяется структурой его гена и генетическим кодом, а структуры более высоких порядков формируются в процессе сворачивания белка [19] . Хотя пространственная структура белка в целом определяется его аминокислотной последовательностью, она является довольно лабильной и может зависеть от внешних условий, поэтому более правильно говорить о предпочтительной или наиболее энергетически выгодной конформации белка [4] .

    Первичная структура

    Пример выравнивания аминокислотных последовательностей белков (гемоглобинов) из разных организмов

    Первичная структура — последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Первичную структуру белка, как правило, описывают, используя однобуквенные или трёхбуквенные обозначения для аминокислотных остатков.

    Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы — устойчивые сочетания аминокислотных остатков, выполняющие определённую функцию и встречающиеся во многих белках. Консервативные мотивы сохраняются в процессеэволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка [20] . По степени гомологии (сходства) аминокислотных последовательностей белков разных организмов можно оценивать эволюционное расстояние между таксонами, к которым принадлежат эти организмы.

    Первичную структуру белка можно определить методами секвенирования белков или по первичной структуре его мРНК, используя таблицу генетического кода.

    Вторичная структура

    Вторичная структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями. Ниже приведены самые распространённые типы вторичной структуры белков ] :

    Третичная структура

    Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи. Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий, в которых гидрофобные взаимодействия играют важнейшую роль

    Четвертичная структура

    Четвертичная структура (или субъединичная, доменная) — взаимное расположение нескольких полипептидных цепей в составе единого белкового комплекса. Белковые молекулы, входящие в состав белка с четвертичной структурой, образуются на рибосомах по отдельности и лишь после окончания синтеза образуют общую надмолекулярную структуру. В состав белка с четвертичной структурой могут входить как идентичные, так и различающиеся полипептидные цепочки. В стабилизации четвертичной структуры принимают участие те же типы взаимодействий, что и в стабилизации третичной. Надмолекулярные белковые комплексы могут состоять из десятков молекул.

    Функции белков в организме

    Каталитическая функция

    Наиболее хорошо известная роль белков в организме — катализ различных химических реакций. Ферменты — группа белков, обладающая специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций. Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), а также репликации и репарации ДНК и матричного синтеза РНК. Известно несколько тысяч ферментов; среди них такие как, например, пепсин расщепляют белки в процессе пищеварения. В процесс посттрансляционной модификации некоторые ферменты добавляют или удаляют химические группы на других белках. Известно около 4000 реакций, катализируемых белками [56] . Ускорение реакции в результате ферментативного катализа иногда огромно: например, реакция, катализируемая ферментом оротат-карбоксилазой, протекает в 10 17 раз быстрее некатализируемой (78 миллионов лет без фермента, 18 миллисекунд с участием фермента) [57] . Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называютсясубстратами.

    Хотя ферменты обычно состоят из сотен аминокислот, только небольшая часть из них взаимодействует с субстратом, и ещё меньшее количество — в среднем 3—4 аминокислоты, часто расположенные далеко друг от друга в первичной аминокислотной последовательности — напрямую участвуют в катализе [58] . Часть фермента, которая присоединяет субстрат и содержит каталитические аминокислоты, называетсяактивным центром фермента.

    Структурная функция

    Структурные белки цитоскелета, как своего рода арматура, придают форму клеткам и многим органоидам и участвуют в изменении формы клеток. Большинство структурных белков являются филаментозными: например, мономеры актина и тубулина — это глобулярные, растворимые белки, но после полимеризации они формируют длинные нити, из которых состоит цитоскелет, позволяющий клетке поддерживать форму [59] . Коллаген и эластин — основные компоненты межклеточного вещества соединительной ткани (например, хряща), а из другого структурного белка кератина состоят волосы, ногти, перья птиц и некоторые раковины.

    Защитная функция

    Существуют несколько видов защитных функций белков:

    1. Физическая защита. В ней принимает участие коллаген — белок, образующий основу межклеточного вещества соединительных тканей (в том числе костей, хряща, сухожилий и глубоких слоёв кожи (дермы)); кератин, составляющий основу роговых щитков, волос, перьев, рогов и др. производныхэпидермиса. Обычно такие белки рассматривают как белки со структурной функцией. Примерами этой группы белков служат фибриногены итромбины [60] , участвующие в свёртывании крови.

    2. Химическая защита. Связывание токсинов белковыми молекулами может обеспечивать их детоксикацию. Особенно важную роль в детоксикации у человека играют ферменты печени, расщепляющие яды или переводящие их в растворимую форму, что способствует их быстрому выведению из организма [61] .

    3. Иммунная защита. Белки, входящие в состав крови и других биологических жидкостей, участвуют в защитном ответе организма как на повреждение, так и на атаку патогенов. Белки системы комплемента и антитела (иммуноглобулины) относятся к белкам второй группы; они нейтрализуют бактерии, вирусы или чужеродные белки. Антитела, входящие в состав адаптативной иммунной системы, присоединяются к чужеродным для данного организма веществам, антигенам, и тем самым нейтрализуют их, направляя к местам уничтожения. Антитела могутсекретироваться в межклеточное пространство или закрепляться в мембранах специализированных В-лимфоцитов, которые называютсяплазмоцитами [62] . В то время как ферменты имеют ограниченное сродство к субстрату, поскольку слишком сильное присоединение к субстрату может мешать протеканию катализируемой реакции, стойкость присоединения антител к антигену ничем не ограничена [63] .

    Регуляторная функция

    Многие процессы внутри клеток регулируются белковыми молекулами, которые не служат ни источником энергии, ни строительным материалом для клетки. Эти белки регулируют транскрипцию, трансляцию, сплайсинг, а также активность других белков и др. Регуляторную функцию белки осуществляют либо за счёт ферментативной активности (например,протеинкиназы), либо за счёт специфического связывания с другими молекулами, как правило, влияющего на взаимодействие с этими молекулами ферментов.

    Так, транскрипция генов определяется присоединением факторов транскрипции — белков-активаторов и белков-репрессоров — к регуляторным последовательностям генов. На уровне трансляции считывание многих мРНК также регулируется присоединением белковых факторов [64] , а деградация РНК и белков также проводится специализированными белковыми комплексами [65] . Важнейшую роль в регуляции внутриклеточных процессов играют протеинкиназы — ферменты, которые активируют или подавляют активность других белков путём присоединения к ним фосфатных групп.

    Сигнальная функция

    Сигнальная функция белков — способность белков служить сигнальными веществами, передавая сигналы между клетками, тканями, о́рганами и разными организмами. Часто сигнальную функцию объединяют с регуляторной, так как многие внутриклеточные регуляторные белки тоже осуществляют передачу сигналов.

    Сигнальную функцию выполняют белки-гормоны, цитокины, факторы роста и др.

    Гормоны переносятся кровью. Большинство гормонов животных — это белки или пептиды. Связывание гормона с рецептором является сигналом, запускающим в клетке ответную реакцию. Гормоны регулируют концентрации веществ в крови и клетках, рост, размножение и другие процессы. Примером таких белков служит инсулин, который регулирует концентрацию глюкозы в крови.

    Клетки взаимодействуют друг с другом с помощью сигнальных белков, передаваемых через межклеточное вещество. К таким белкам относятся, например, цитокины и факторы роста.

    Цитокины — небольшие пептидные информационные молекулы. Они регулируют взаимодействия между клетками, определяют их выживаемость, стимулируют или подавляют рост, дифференцировку, функциональную активность и апоптоз, обеспечивают согласованность действий иммунной, эндокринной и нервной систем. Примером цитокинов может служить фактор некроза опухоли, который передаёт сигналы воспаления между клетками организма [66] .

    Транспортная функция

    Растворимые белки, участвующие в транспорте малых молекул, должны иметь высокое сродство (аффинность) к субстрату, когда он присутствует в высокой концентрации, и легко его высвобождать в местах низкой концентрации субстрата. Примером транспортных белков можно назвать гемоглобин, который переносит кислород из лёгких к остальным тканям и углекислый газ от тканей к лёгким, а также гомологичные ему белки, найденные во всех царствах живых организмов [67] .

    Некоторые мембранные белки участвуют в транспорте малых молекул через мембрану клетки, изменяя её проницаемость. Липидный компонент мембраны водонепроницаем (гидрофобен), что предотвращает диффузию полярных или заряженных (ионы) молекул. Мембранные транспортные белки принято подразделять на белки-каналы и белки-переносчики. Белки-каналы содержат внутренние заполненные водой поры, которые позволяют ионам (через ионные каналы) или молекулам воды (через белки-аквапорины) перемещаться через мембрану. Многие ионные каналыспециализируются на транспорте только одного иона; так, калиевые и натриевые каналы часто различают эти сходные ионы и пропускают только один из них [68] . Белки-переносчики связывают, подобно ферментам, каждую переносимую молекулу или ион и, в отличие от каналов, могут осуществлять активный транспорт с использованием энергии АТФ. «Электростанция клетки» — АТФ-синтаза, которая осуществляет синтез АТФ за счёт протонного градиента, также может быть отнесена к мембранным транспортным белкам [69] .

    Источник

    Ткани животных и растений

    Для клеток многоклеточных организмов характерна специализация и объединение, в результате которых они образуют структуры, получившие название тканей, из которых формируются органы. Впервые термин «ткань» был использован англичанином Н. Грю еще в 1671 г. С тех пор эти системы стали предметом изучения ученых — гистологов многих поколений. В наше время под тканью понимают систему объединенных клеток и их производных, выполняющих сходные специализированные функции. К этому следует добавить, что ткани являются результатом развития живых форм в ходе филогенеза и онтогенеза.

    Клетки объединяются в составе тканей с помощью разных механизмов — «прикрепительных» и «коммуникационных». «Прикрепительный» механизм заключается в том, что клетки с помощью рецепторов адгезии (адгезинов) могут присоединяться к так называемому внеклеточному матриксу, представляющему собой сеть органических молекул (фибриллярных белков) и лигандов, погруженных в полисахаридный гель. Основным белком во внеклеточном матриксе является коллаген, полимерные формы которого сосредоточены в коже, сухожилиях, хрящах, кровеносных сосудах, внутренних органах и т. д. Важнейшей особенностью молекул коллагена является то, что им присуща трехцепочечная спиральная структура. Они могут связываться между собой межклеточными соединениями в виде адгезионного соединения или разных клеточных контактов (десмосом) или контактов между межклеточным матриксом и клетками (полудесмосом).

    Помимо «прикрепительных» соединений для клеток в тканях характерны «коммуникационные» соединения, наиболее распространенные из которых получили название щелевых контактов. Различают несколько видов таких контактов. Они могут быть представлены щелями между плазматическими мембранами соседних клеток, заполненными рыхлой сетью органических молекул (внеклеточным матриксом), что обеспечивает щелевой контакт клеток. Далее, щелевые контакты могут иметь вид выпячиваний (выроста) плазматической мембраны одной клетки в плазматическую мембрану другой клетки и слипанием этих выпячиваний. Щелевые контакты позволяют малым молекулам переходить из одних клеток в другие. В случае нервных клеток имеют место синапсы, позволяющие передачу электрических и химических сигналов от одной клетки к другой. Важно подчеркнуть, что любой из названных межклеточных контактов основан на межмембранных связях.

    Механизм объединения клеток растений является другим. Поскольку у них нет плазматической мембраны, но есть клеточная стенка, которая содержит каналы, то соединение соседних клеток обеспечивается соединением их цитоплазматическими мостиками (плазмодесмами), представляющими собой цитоплазму, проникающую через каналы.

    Организация тканей связана с наличием у клеток обмена информацией, который достигается выделением клетками химических веществ, выполняющих функцию сигналов для других клеток, наличием на поверхностной мембране клеток сигнальных молекул, влияющих на другие клетки при их контакте, и щелевых контактов, позволяющих обмен малыми молекулами.

    Химическая сигнализация осуществляется с помощью сигнальных молекул, в частности, гормонов, выделяемых эндокринными клетками и воздействующих через кровь на клетки-мишени, а также с помощью локальных химических медиаторов, действующих только на ближайшие (соседние) клетки. В случае нервной системы клетки секретируют нейромедиаторы. Примерами белковых гормонов являются инсулин, соматотропин, адренокортикотропный гормон, тогда как стероидными гормонами являются эстрадиол, тестостерон, кортизол и другие. Сигнальными молекулами являются также некоторые олигопептиды (соматостатин, вазопрессин и др.), адреналин и нейромедиаторы (глицин, ацетилхолин и др.). Примером локальных сигнальных молекул является гистамин, выделяемый клетками соединительной ткани (тучными клетками). Сигнальные молекулы еще называют лигандами. Они связываются со специфическими белковыми рецепторами на поверхности клеток-мишеней, в результате чего акт связывания генерирует сигнал, влияющий на поведение клеток, в частности на их кооперацию, ведущую к образованию тканей. Сигнальными молекулами, синтезируемыми на мембранной поверхности клеток, являются простагландины. Они очень быстро синтезируются и очень быстро разрушаются.

    Образование тканей (гистогенез) у животных происходит из эктодермы, энтодермы, мезодермы и мезенхимы в период эмбриогенеза, а основными элементами тканей, как отмечено выше, являются клетки и их производные в виде неклеточных структур. Таким образом, ткань можно определить в виде сообщества клеток и их производных со специализированными функциями.

    В рамках классификации тканей, основанной на морфофунк-циональном принципе, у животных и человека различают 5 типов тканей, а именно: эпителиальную, соединительную, мышечную и нервную ткани, а также кровь и лимфу.

    Эпителиальная тканъ, или эпителий, состоит из клеток, покрывающих поверхность тела, внутренние поверхности внутренних органов (желудок, мочевой пузырь и др.), поверхности серозных оболочек (брюшина, плевра, перикард), а также из клеток, образующих некоторые железы (слюнные железы, поджелудочная железа и др.). Поэтому различают покровный и железистый (секреторный) эпителий. Из эктодермы развивается эпителий кожи, из энтодермы — эпителий желудка, кишечника, легких и др., а из мезодермы — эпителий почек, серозных оболочек и других структур.

    Среди покровных эпителиальных тканей различают плоский, кубический, призматический и ресничный эпителий (рис. 60).

    Плоский эпителий представлен уплощенными клетками, которые образуют поверхностный слой кожи и выстилают ротовую полость, пищевод и влагалище. Как правило, плоский эпителий является многослойным, образует слизистые оболочки пищевода, влагалища, эпидермис кожи и др.

    Кубический эпителий представлен кубовидными клетками, которые выстилают почечные канальцы, наружную поверхность яичника и другие органы.

    Призматический эпителий представлен клетками цилиндрической формы, им выстлан желудок, кишечник, матка и другие органы.

    Ресничный эпителий представлен клетками, на поверхности которых имеются реснички. Биение этих ресничек обусловливает перемещение слизи и других веществ по эпителиальному слою.

    Железистый эпителий представлен клетками призматической или кубической формы, которые продуцируют секрет. Они функционируют либо как одноклеточные железы, секретируя разные секреты, либо формируют многоклеточные железы, получившие название эндокринных желез, т. к. они выделяют продукты своей деятельности (гормоны) в кровь и лимфу.

    Соединительные ткани представлены собственно соединительной, костной и хрящевой тканями, развивающимися из мезенхимы. Они состоят из клеток и межклеточного вещества. Исходя из структуры и свойств межклеточного вещества, различают несколько типов этой ткани.

    Волокнистая соединительная ткань представляет собой волокна (коллаген) и межклеточное вещество (протеогликаны и гликопротеиды), окружающие соединительнотканные клетки (фибробласты, макрофаги, тучные клетки) и являющиеся продуктом этих клеток. Эта ткань образует строму многих внутренних органов, основу слизистых оболочек, соединяет кожу с мышцами, участвует в формировании надкостницы.

    Костная ткань формирует скелет организма. Она состоит из костных клеток (остеоцитов, остеобластов и остеокластов) и выделяемого ими основного вещества кости, содержащего белки, из которых преобладающим является коллаген, и соли кальция (рис. 61).

    Хрящи также формируют скелет (в эмбриональном состоянии). У взрослых хрящевой скелет имеется лишь у акул и скатов. Хрящевая ткань состоит из клеток (хондриоцитов, прехондроблас-тов и хондробластов) и межклеточного вещества (в основном коллагена).

    Соединительные ткани выполняют опорную, трофическую, защитную и другие функции.

    Кровь и лимфа являются тканями, которые начинают развиваться уже в эмбриональном периоде жизни организмов из мезенхимы, а затем из так называемых полипотентных стволовых клеток крови (СКК). У человека развитие первых клеток крови идет синхронно с сосудами, развивающимися вначале

    в стенке желчного мешка, а затем в печени, красном костном мозге, тимусе, селезенке, лимфатических узлах эмбриона. Образование крови и лимфы происходит и на протяжении всего постэмбрионального периода. Важнейшими функциями крови являются трофическая, дыхательная и транспортная.

    Кровь является очень сложным образованием, составляющим у человека примерно 5-9% массы тела. В ее составе различают плазму и форменные элементы — эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (кровяные пластинки).

    Плазма крови состоит на 90—93% из воды, в которой содержатся белки, углеводы, жиры и минеральные вещества.

    Эритроциты, или красные кровяные тельца (шарики), представляют собой безъядерные овальные клетки, диаметр которых составляет 7,1-7,9 мкм (рис. 62). 1 мл крови мужчины содержит 3,9— 5,5 х 109 эритроцитов, а 1 мл крови женщины — 3,7—4,9 х 109. Основной функцией эритроцитов является транспортировка кислорода и углекислоты.

    Лейкоциты (белые кровяные клетки) подразделяют на гранулоциты и агранулоциты. В составе гранулоцитов на основе отношения их к красителям различают нейтрофилы, эозинофилы и базофилы. В составе агранулоцитов различают лимфоциты и моноциты. Лимфоцитов в крови довольно много (20—35%). Они очень полиморфны. Их размеры составляют 4,5—10 мкм. Поскольку для них характерно разное происхождение, то различают Т-лимфоци-ты, образование которых происходит в тимусе, и В-лимфоциты, образующиеся в красном костном мозге. Эти лимфоциты различаются и по функциям (см. § 96).

    Моноциты являются клетками размером 18-22 мкм. Их доля среди лейкоцитов составляет 6—7%. Эти клетки постоянно мигрируют в соединительную ткань, где они дают начало макрофагам.

    Лейкоциты выполняют защитную функцию (участвуют в формировании иммунитета).

    Тромбоциты (красные кровяные пластинки) — это безъядерные тельца размером 2—3 мкм, содержание которых в 1 мл крови человека равно 3 х Ю8. Являясь составной частью тромбоксилазы, они принимают участие в свертывании крови.

    Лимфа, подобно крови, также состоит из жидкой части и форменных элементов. Жидкой частью является лимфоплазма, а форменные элементы представлены в основном лимфоцитами. В лимфе встречаются также моноциты, но в небольшом количестве. Основная функция лимфы заключается в регулировании циркуляции лимфоцитов, а также оттока различных жидкостей и находящихся в ней метаболитов от органов.

    Мышечная ткань образована мышечными клетками (миоцита-ми), являющимися структурно-функциональными единицами многоядерных мышечных волокон — миофибрилл. Эти волокна образуются в результате слияния миоцитов. Установлено, что слияние обеспечивается несколькими белками (кадгеринами, интегринами, меятринами). Различают гладкую и поперечно-полосатую мышечную ткань (рис. 63), которые различаются между собой по строению миофибрилл. Гладкие мышцы построены из вытянутых сигароподобных клеток (миоцитов). Они формируют мышечные слои стенок сосудов, бронхов, желудка, кишечника и т. д. Поперечно-полосатая мышечная ткань представлена скелетной мышечной тканью. Скелетные мышцы прикрепляются к костям. Сердечная мышечная ткань представлена сократительными кардиомиоцитами. Сократительная способность мышц обеспечивается по той причине, что сократительные структуры (миофибриллы) содержат миозин и актин.

    Источник