Цитология — жасуша туралы ғылым. Жасушаны зерттейтін ғылымды цитология деп атайды (грекше «citos» — жасуша, «logos» — ілім). Цитология ғылымы бір жасушалы, көпжасушалы ағзалар жасушасының құрылысын, құрамын және қызметін зерттейді. Ал жасуша бүкіл тірі денелердің ең қарапайым құрылысын, қызметін және дамуын сипаттайды. Сондықтан да цитологияның зерттейтін құбылыстары мен зандылықтары цитология, тәнтану, эмбриология, физиология, генетика, биохимия, молекулалық биология және т. б. ғылым негіздерінің қалануына жол ашты.
Цитология бөлімі — цитохимия пәні жасушаның химиялық құрамының құрылысын, олардың түзілуін, жасушадағы таралуы мен белсенділігін және оның қызметінің өзгеруіне байланысты химиялық қосылыстардың өзгеріп отыруын зерттейді. Цитохимияның негізгі жетістіктерінің бірі — нуклеин қышқылдарыньың ақуыз молекуласын синтездеудегі генетикалық ролін анықтау. Жасушаның белсенді қызметіне байланысты ақуыздың өзгеріске ұшырау себептерін және олардың зат айналымындағы рөлін зерттеу де цитохимияның үлесіне тиеді.
Бұдан біз цитология ғылымының көп саланы камтитынын байқаймыз. Өзінің даму бағытында цитология тек биологиямен ғана емес, сонымен қатар медицина, ауылшаруашылық, химия, физика, математика және т.б. ғылымдармен де тығыз байланысты. Бұл ғылымдардың жетістіктері цитологиялық зерттеулерде кең көлемде қолданылады. Сондай-ақ цитологияның жетістіктері көптеген ғылымның негізін салуда маңызды рөл атқарады.
Ч. Дарвиннің эволюциялық теориясының жасалуының алдында ағзаның жасушалы кұрылысты екендігі туралы өте маңызды жаңалық ашылған болатын. Осы ашылған жаңалық органикалық дүние бірлігінің өте нанымды дәлелінің бірі болды. Осындай дәлелді өсімдіктер мен жануарлардың жасуша құрылымының ұқсастықтарынан да көруге болады.
Табиғатта кездесетін 105 химиялық элементтің 80-ге жуығы тірі ағза жасушаларының құрамында болады. Олар жасушадағы мөлшеріне қарай үш топқа бөлінеді: 1. Органикалық қосылыстардың құрамына кіретін негізгі элементтер. Олардың жасуша құрамындағы үлесі 99%; 2. Йон түрінде кездесетін элементтер. Олардың жасушадағы жалпы мөлшері 1% шамасында; 3. Жасушада өте аз мөлшерде кездесетін (0,01% дан кем) микроэлементтер.
Жасушаның молекулалық құрылымы күрделі және әрқилы болады. Кейбір қосылыстар, мысалы, су және минералды тұздар өлі табиғатта да кездеседі, ал органикалық қосылыстар: көмірсу, липид, ақуыз (протеин) және нуклеин қышқылдары, т. б. тек тірі жасушаларға ғана тән.
Жасуша негізінен үш бөлімнен тұрады: I. Жарғақшасы жасушаны қаптап сыртқы ортадан бөліп тұрады. 2. Судан, әр түрлі тұздар және органикалық қосылыстар мен органоидтардан тұратын цитоплазма. 3. Жасуша ядросы (бактерияларда нуклеаралық аймақ немесе нуклеотид). Онда жасушаның генетикалық ақпараты — ДНҚ және онымен байланысқан заттар болады.
Жасуша қабықшасының құрылысы. Электрондық микроскоп арқылы жасуша қабықшасын қарап тексергенде: а) сыртқы қабаттан және оның астыңғы жағында орналасқан; ә) плазма жарғақшасынан тұратындығы анықталды. Өсімдіктер мен жануарлар жасушалары құрылысы жөнінен ұқсас болғанымен, айтарлықтай айырмашылықтары да бар. Ол айырмашылықты сыртқы қабықшасының құрылысынан байқауға болады. Өсімдіктер жасушаларының қабықшасы таза жасунықтан (клетчаткадан) тұрады. Оның қабықшасын қаншалықты бүктесе де, біраздан сон бұрынғы қалпына қайта келеді, мұны серпімділік қасиеті дейді.
Жануарлар жасушасын жарықтың көмегімен көрсететін микроскоппен көре алмаймыз. Электрондық микроскоптың шығуына байланысты жануарлар жасушасы қабықшасының құрылысы толық зерттелді. Осы зерттеулердің нәтижелерінде жасуша жарғақшасының үш қабаттан тұратындығы анықталды. Ішкі және сыртқы қабаттары ақуыз молекулаларынан, ал ортаңғы қабаты екі қатар фосфолипид молекулаларынан тұрады.
Жануарлар жасушаларының сыртқы қабаты өте жұмсақ созылғыш келеді, осы қабатты гликокаликс деп атайды.
Плазмалық жарғақша. Цитоплазмамен жанасып жататын жасушаның астыңғы қабатын плазмалық жарғақша (латынша «мембрана»— өте жұқа қабықша) дейді. Плазмалық жарғақша — ақуыз бен липидтерден тұратын қалыңдығы 10 нм жұқа қабықша липидтер молекуласы екі қабатқа орналасқан, ал ақуыз молекулалары бейберекет әр қабатта қалқып жүреді. Ақуыз бен липид молекулаларының жылжымамылығын плазма жарғақшасы үнемі қозғалысқа келтіріп отырады.
1 сурет. Плазма жарғақшасының құрылысы (электронды микроскоп арқылы түсірілген фотосуреті
Плазмалық жарғақша жасушаның тіршілігі үшін көптеген маңызды қызмет атқарады: 1. Жасушадағы заттарды сыртқы ортадан бөліп тұратын тоскауыл және жарғақшаның шала өткізгіштік қасиеті болады; 2. Жасуша жарғақшасының шұрықтары (поралары) арқылы өтетін ортамен үздіксіз зат алмасады. Жарғақша арқылы жасушаға су молекулалары, суда еріген заттар, мысалы, оттегі (О2), азот (N2), көмірқышқыл газы (СО2), т.б. өтеді. 3. Ыдырау өнімінің зиянды қалдықтары жарғақша арқылы сыртқы ортаға шығарылады. 4. Плазмалық жарғақшаның негізгі қызметінің бірі — заттарды тасымалдау. Екі жасушаның жарғақшасы қатпарлары немесе өсінділері арқылы берік байланысады. Яғни, жасушаның жарғақшасы тегіс болмайды, бірінің ойығына екіншісінің өсіндісі кіріп жатады және екі жасушаның жарғақшалары өзекшелер арқылы байланысқан. Осы өзекшелердің бойымен бір жасушадан екінші жасушаға коректі затгар, иондар, көмірсулар және басқа қосылыстар жеткізіледі.
2 сурет. Көршілес екі жасуша жарғақшасының электронды микроскоп арқылы түсірген фотосуреті
Жасушалардың байланысу беріктігін арттыратын сыртқы мембрананың қатпарлары мен өсінділері көрініп тұр, 30000 есе үлкейтілген.
3 сурет. Пиноцитоздың сызбанұсқасы. Амебадағы фагоцитоз.
Фагоцитоз. Жасуша жарғақшасы шала өткізгіштік қасиетке ие. Кейбір заттар жасуша ішіне тез өтеді де, ал екінші біреулері өте алмайды. Мысалы, ақуыз бен полисахаридтердің ірі молекулалары, тағамның ірілеу түйіршіктерінің бактериялары жасушаға фагоцитоз жолымен өтеді (грекше «фагео» - жебір). Фагоцитоз әрекетіне плазмалық жарғақша тікелей қатысады.
Ірірек келген түйіршіктер мен молекулалар жасушаның жарғақшасымен жанасқан бетінде жарғақша майысып, шұңқырланады да, бөлшекті қоршап алып, сіңіреді. Түйіршіктердің сіңірілуі әр түрлі фагоцитоз жолымен коректенеді. Лейкоциттер де фагоцитозға қабілетті.
Пиноцитоз. Плазма жарғақшасы арқылы жасушаға әр түрлі заттардың ерітіндісі бар сұйықтық тамшылары өтеді.
Ұсақ тамшы түріндегі сұйықтардың сіңірілуі су ішуді еске түсіреді. Бұл құбылыс пиноцитоз деп аталады (грекше «пино»— ішемін). Сұйықтықты сіңіру әрекеті фагоцитозға ұқсайды. Сұйықтық тамшысы цитоплазмаға батып кетеді де, ондағы ферменттердің әсерінен қорытылады. Фагоцитоз және пиноцитоз әрекетінің жасуша тіршілігіндегі маңызы өте зор. Себебі жасушадағы зат айналымының тұрақтылығы үшін қажетті кейбір иондар мен молекулалар осы фаго және пиноцитоз жолымен өтеді. Иондар мен молекулалардың тасымалдануына жасушада түзілетін энергия пайдаланылады. Жасушаның негізгі бөлігі цитоплазма мен маңызды органоидтардан тұрады.
Цитоплазманың құрылысы. Цитоплазма — плазмалық жасуша арқылы бөлінген жасушаның қоймалжың ішкі ортасы болып табылады. Ол ағза тіршілігіне қажетті органоидтар гиалоплазма және қалып (матрица) деп аталатын массадан тұрады.
Гиалоплазма (грекше – hyalos - әйнек немесе плазма) цитоплазманың негізгі түссіз күрделі қоймалжың (коллоидты) жүйесі, яғни цитоплазманың түпнегізі (матрикс).
Гиалоплазманың құрамына еріген ақуыз (гликолиздің ферменттері көптеген АТФ — ағзалар және т. б.), еріген РНК полисахаридтер, липидтер кіреді. Гиалоплазма арқылы аминқышқылдары, май қышқылдары, АТФ тасымалдаушылар, нуклеотидтер, қанттар және бейорганиқалық иондар тасымалданады. Гиалоплазманың құрамы жасушаның буферлік ерітіндісінің қышқылдылығын бірқалыпты ұстайды және осмостық (біржақты диффузия) қасиетін анықтайды.
Эндоплазмалық тордың құрылысы. Бұл — органоид питоплазманың ішінде бір-бірімен тығыз байланысқан түтікшелердің (каналшалар), вакуольдердің, цистерналардың жиынтығынан тұратын күрделі жарғақшалар жүйесі. Эндоплазмалық тордың: а) түйіршікті; а) тегіс бетті екі түрі болады.
Рибосоманың құрылысы. Рибосома — жасушаның ақуыз биосинтезін іске асыратын органоид. Ол екі бөліктен тұрады — кіші және үлкен, оның орташа диаметрі 20 нм. Рибосоманың екі түрі болады: эукариоттық, оның жалпы өлшемі — 80 5, кіші бөлігінің жалпы өлшемі — 40 5, үлкені — 60 5 және прокариоттық түрі оның өлшемі 70 5 — 30 5. Одан басқа өлшемдері 55 5 — 70 5 арасындағы митохондрияның және хлоропласттың рибосомалары болады. Олар қабықша синтезін автономды (өз бетінше ештеңеге бағынышты емес) түрде жүргізеді.
Рибосомалардың саны жасушаның түріне қарай өзгеріп отырады. Мәселен, бактерия жасушаларындағы рибосомалардың орташа саны 104 — 105-ке жетеді. Электрондық микроскоппен 180000 есе үлкейтіп көрсетудің нәтижесін дерибосоманың жұмыртқа пішінді болып келетіндігі дәлелденді. Ақуыз молекуласының синтезіне бірнеше рибосомалар қатысады, оны полисома деп атайды. Сызбанұсқада полисома мен рибосоманың пішіндері берілген.
Рибосомалар химиялық құрамы жөнінен нуклеин ақуызына жатады, яғни рибосоманың құрамы рибонуклеин қышқылы мен ақуыздан тұрады деген сөз. Оның құрамында р-РНҚ-ның мөлшері 50 — 63%-ға дейін болады. Рибосоманың негізгі затының бірі ақуыз, ендеше әрбір прокариоттық рибосомадағы оның орташа мөлшері 55, ал эукариоттық рибосомада 100 түрлі ақуыз болады. Рибосомадағы көптеген ақуыз р-РНҚ-ның белгілі бөлігімен байланысты және оның құрамына тек ақуыз синтезі кезінде ғана кіреді. Трансляция (көшіріп аудару т-ақуыз синтезі бөлімін қара) басталған уақытта и-РНҚ мен т-РНҚ-лар синтездің басталар алдында рибосоманың кіші бөлігіне бекітіледі, одан кейін бұл жиынтық рибосоманың үлкен бөлігімен байланысады. Бұл байланыс берік болады да, ақуыз синтезі аяқталғаннан кейін ол ыдырап кетеді. Ақуыз молекуласының синтезделуі кезінде рибосома негізгі рөлді атқаратындығын төмендегі деректерден аңғаруға болады.
Полипептид тізбегінің синтезделуі кезінде рибосома и-РНҚ молекуласының бойымен қозғалады и-РНҚ-ның бір молекуласын бірнеше рибосома қатар тұрып синтезделіп, полирибосома (полисома) жиынтығын құрайды. Жасушадағы полирибосоманың саны ақуыз синтезінің жиілігін көрсетеді.
4 сурет. Полисоманың электрондық микроскоп арқылы түсірілген фотосуреттері және полисомалар мен рибосомалардың сызбанұсқасы
Көптеген эукариот жасушаларында рибосоманың үлкен бөлігінің ақуызы эндоплазмалық тордың өзекшелері мен шұрықтарына жиналады да, одан кейін түрлі бөлшектері мен органоидтарына жеткізіледі. Эукариоттарда рибосомалар ядрошықта (жасуша ядросы бөлімін қара) құрастырылады. Ядрошықтағы ДНҚ-да р-РНҚ синтезделеді (ІІ-бөлімінде ақуыз синтезін қара) де қажетті мөлшерге дейін бөлініп, рибосоманың кіші және үлкен бөлім айналғаннан кейін, цитоплазмаға шығады. Ядрода толық қалыптасқан рибосома болмайды.
Жасуша рибосомалары эндоплазмалық тордың жарғақшасында және цитоплазмада бос күйінде кездеседі.
Митохондрияның құрылысы. Митохондрияның (грекше «mitos» - жіп, chondrion-түйіршік) жасушадағы саны бірден 100 мыңға дейін ауытқып отырады. Митохондрияның пішіндері, негізінен таяқша және дән тәрізді болып келеді. Олар кейбір жасушаларда пішінін өзгертіп үнемі қозғалып жүреді. Орташа ұзындығын 10 мкм, ал диаметрі 0,2-1,0 мкм.
5 сурет. Электрондық микроскоп арқылы жасалған митохондрия құрылысының сызбанұсқасы
Жасушаның белсенділігіне байланысты митохондрияның саны өзгеріп отырады. Митохондрия 1) жарғақшамен қапталған түпнегізден, 2) жарғақша аралық кеңістіктен (ішкі жарғақшасы қыртысы болып келеді, 3) сыртқы жарғақшадан тұрады. Түпнегізінде сақина митохондрияның ДНҚ-лы мен РНҚ-лы және рибосомалар болады. Онда қальций және магний тұздары да кездеседі. Сол сияқты түпнегізде митохондрия жарғақшасының ішкі қабатын құрайтын ақуыздың синтезі және май қышқылы тотығып, синтезделеді. Ішкі жарғақша негізінен 70% ақуыздан, 20% фосфолипидтен және т.б. тұрады. Сонымен катар ішкі жарғақша белсенді тасымалдау жүйесін қамтамасыз ететін түтікшелер мен тарамдардан тұрады.
Сыртқы жарғақша жұмсақ қалыңдығы 6—7 нм, оның құрамында 15 % ақуыз, ал 85% фосфолипидтер болады.
Пластидтер. Пластидтер— жасыл өсімдіктер жасушаларының тұрақты органоиды. Пластидтер саңырауқұлақтарда, көк-жасыл балдырларда және бактерия жасушаларында болмайды. Пластидтердің үш типі бар: жасыл — хлоропласттар, қызыл, қызғылт-сары, сары — хромопласттар, түссіз — лейкопласттар. Пластидтердің бұл аталған типтері генетикалық жағынан бір-бірімен тығыз байланысты.
Гольджи жиынтығы. 1898 жылы итальян ғалымы Гольджи жануарлар жасушаларынан тапқандықтан бұл органоид осы ғалымның есімімен аталды.
Гольджи жиынтығы — жануарлар жасушасымен қоса өсімдіктер жасушаларында көздесетін негізгі органоид. Өсімдіктер мен қарапайымдылар жасушаларындағы Гольджи жиынтығының пішіні әр түрлі болады. Көп жағдайда орақ немесе таяқша пішінді жеке денешіктер түрінде кездеседі.
Құрылысы. Ол бір-бірімен тығыз байланысқан үш бөліктен тұрады: 1) жарғақшамен шектесіп, 5—10-нан топтаса орналасқан қуыстар: 2) қуыстармен байланыса орналасқан ірі түтікшелер: 3) майда көпіршіктер.
Лизосоманың құрылысы. Лизосома негізінен, эукариотты жасушаларда, соның ішінде фагоцитозға қабілетті жануарлар жасушаларында көп кездеседі.
Лизосомалар (грекше «лизео» — ерітемін. «сома»—дене) —электрондық микроскоп арқылы зерттелген кішкене денешіктер. Олардың пішіні домалақ, ал диаметрі 0,2-0,5 мкм. Лизосомалардың ішінде гидролиздеуші ферменттердің жиынтығы болады. Лизосомалардағы нуклеин, липаза, фосфатаза, ДНК-аза және РНК-аза берік бір қабатты жарғақшамен қоршалған. Мұның ферменттеріне рН-тың төменгі мәндері тән болғандықтан, лизосомада қышқылдық орта сақталады. Сондықтан да ферменттер жасушалардың органоидтары мен құрылымдарынан алшақ тұру керек, әйтпесе жасушаны бұзады. Лизосоманың ферменттері ақуыз сияқты цитоплазманың рибосомаларында синтезделеді. Синтезделген ферменттер эндоплазмалық тордың өзекшелері арқылы Гольджи мүшесіне барып, оның қуысында лизосома қалыптасады да, одан цитоплазмаға өтеді.
