Клетка, — это базовая единица всего живого, кроме вирусов. Все остальные животные, растения, бактерии – всё состоит из клеток. Даже наши волосы и ногти построены из клеток, только отмерших.

Человеческий организм состоит, по самым скромным подсчётам, из 30 триллионов клеток. Для сравнения – на земле живёт всего 7 миллиардов людей. Вдумайтесь — каждый из нас состоит их грандиозного количества маленьких живых существ, которых в 4200 раз больше, чем людей на всей нашей планете!

При этом любая клетка, несмотря на крохотные размеры – штука вполне самостоятельная и ограничена от внешнего мира плотной, но эластичной стенкой-мембраной. Клетка рождается, живёт, питается, делится и умирает. Внутри её происходит собственный обмен веществ.

И, несмотря на крохотные размеры, клетка невероятно сложна. Клетка — если и не целый мир, то уж огромный биохимический завод – точно. Он состоит из отдельных «цехов» – органелл, обладающих определённой автономностью.

Строение клетки в разрезе

Даже одна из самых простых органелл – клеточная мембрана (по сути, обычная перегородка!) удивляет своей сложностью. И это позволяет ей выполнять десятки самых разных функций. А у митохондрий есть даже собственная ДНК! Это значит, что когда-то, в глубокой древности, они были самостоятельными организмами.

Клеточная мембрана — едва ли не простейший элемент клетки

Типы клеток и их внешний вид

Организм человека состоит из клеток самых разных типов. Они абсолютно разные. То есть, совершенно. Нервные клетки отличаются от клеток, скажем, кишечника, как небо и земля. Кстати, на самом деле нервных клеток тоже множество типов, и они мало похожи друг на друга.

Клетка Панета тонкой кишки. Обеспечивают антибактериальную защиту.

Нервная клетка типа Веретенообразный нейрон (иначе — нейроны фон Экономо). Служит для быстрой передачи информации.

Нервная клетка типа Клетка Пуркинье

Общее количество типов клеток в человеческом организме до сих пор точно не установлено, ведь учёные постоянно открывают всё новые и новые типы. Но только основных, базовых разновидностей клеток известно более 200, и это не считая подтипов.

Формы клеток совершенно различны – сферы, кубы, параллелепипеды, сложные многогранники нити, «кусты», … и вообще бесформенные клетки, форму которых тяжело определить одним словом.

В общем, фантастическое разнообразие типов, форм, цветов и функций.

Да, человек, устроен сложно.

Продолжительность жизни клеток организма.
Смертные и бессмертные клетки.

Большинство клеток в организме на протяжении всей жизни человека возникают и отмирают, а на их место приходят новые. Это, условно говоря, смертные клетки. Размножаются они обычным делением (митозом), а потому количество их не уменьшается, — на место отмерших приходят новые. Так, клетки кишечника живут в среднем до 5 дней, клетки крови тромбоциты до 10 дней, эритроциты — 120 дней, клетки кожи от 10-ти до 30-ти, а печени – около 480 дней. То есть, за 80-летнюю жизнь человек полностью «меняет» кишечник почти 6000 раз, а печень – всего 60 раз.

Но есть клетки, способные жить более 100 лет. Их мы условно назовём «бессмертными». Их в организме меньше, чем «смертных», но всё равно число внушительное. Так, нейронов – клеток нервной системы, — не менее 85 миллиардов. Кроме них к бессмертным относятся и половые клетки, а также некоторые клетки мышц.

Несмотря на условное бессмертие, эти клетки вполне себе успешно гибнут от, скажем так, несчастных случаев. Но на их место всё равно приходят новые. Так, нейроны появляются из стволовых клеток, которые, образно говоря, являются «болванками», «заготовками» для производства новых клеток практически любого типа. Они тоже бессмертны, поскольку могут делиться бесконечное количество раз. К условно-бессмертным относятся, увы, и раковые образования, также не имеющие предела деления. Обычные же, «смертные» клетки могут делиться около 52-х раз, чуть больше или чуть меньше (число их возможных делений называется «пределом Хейфлика»).

Такая «несправедливость» связана, по всей видимости, с естественным процессом сокращения концевых участков т.н. теломеров (от др.-греч. τέλος – конец и μέρος — часть) – концевых участков хромосом. При каждом делении обычной клетки (а этих делений может быть плюс-минус 52), теломеры сокращаются. Когда они исчезают совсем, организм просто убивает клетку, поскольку считает её старой и ни на что негодной. Процесс «планового убийства» клеток носит название апоптоз.

При этом, однако, организм исправно снабжает «бессмертные» клетки (и раковые в том числе!) специальным ферментом – теломеразой, — который удлиняет теломеры и, таким образом, отменяет необходимость апоптоза.

Поэтому, к слову, рак так трудно победить. Для этого нужно запретить организму снабжать раковые образования теломеразой. Но как это сделать, мы пока не знаем.

Но узнаем обязательно.

Химический состав клетки

Он, естественно, различен для клеток разных типов, но в целом можно говорить об определённой выдержанности состава (но не содержаний конкретных элементов, которые значительно отличаются).

В состав клетки входит практически вся таблица Менделеева (кроме самых тяжёлых элементов) и плюс большое количество органических соединений. То есть, можно говорить о том, что в клетке есть практически всё, что есть в природе. В настоящий момент считается, что в составе клетки насчитывается около 90 химических элементов. 25 из них важны для нормального функционирования организма, а 18 – жизненно необходимы.

Неорганические вещества принято разделять на 4 группы:

Биоэлементы (иначе – органогены)

Элемент	Содержание, %
Кислород	65-75
Углерод	15-18
Водород	8-10
Азот	2-3
Всего	ок. 98%

 

Макроэлементы (иначе – минералы)

Элемент	Содержание, %
Кальций	0,04-2,00
Фосфор	0,2-1,0
Калий	0,15-0,4
Сера	0,15-0,2
Хлор	0,05-0,1
Натрий	0,02-0,03
Магний	0,02-0,03
Железо	0,01-0,015
Всего	до 1.98%

 

Микроэлементы (иначе – минералы)

Элемент	Содержание, %
Цинк	до 0,001
Медь	до 0,001
Хром	до 0,001
Ванадий	до 0,001
Ванадий	до 0,001
Германий	до 0,001
Йод	до 0,001
Марганец	до 0,001
Кобальт	до 0,001
Никель	до 0,001
Селен	до 0,001
Фтор	до 0,001
Рутений	до 0,001
Молибден	до 0,001
Бор	до 0,001
Всего	до 0.02%

 

Ультрамикроэлементы

Элемент	Содержание, %
Золото	до 0,0000001
Серебро	до 0,0000001
Платина	до 0,0000001
Ртуть	до 0,0000001
Цезий	до 0,0000001
Бериллий	до 0,0000001
Радий	до 0,0000001
Уран	до 0,0000001
и около 50-ти других
Всего	менее 0.00001%

 

Органические вещества, состоящие, в свою очередь, из неорганических химических  элементов, в среднем составляют следующий проценты от общей массы клетки:

Вещество	Содержание, %
Белки и аминокислоты	10-20
Жиры (липиды)	1-5
Углеводы (моно-, ди- и полисахариды)	0,2-2,0
Нуклеиновые кислоты (биополимеры; в т.ч. ДНК и РНК)	1-2
Низкомолекулярные органические вещества, в т.ч. аденозинтрифосфат	0,1-0,5
Биологически активные вещества и ферменты	ок. 0,1

Все элементы и вещества, входящие в состав клетки, выполняют одну, а чаще множество функций. Впрочем, назначение некоторых ультрамикроэлементов пока не установлено.

Питание клетки

Питанием клетки называется процесса захвата (иначе — интернализации) из внешней среды необходимых веществ, иногда в виде отдельных молекул химических элементов, иногда целых их групп (пищевых частиц). Практически все химические элементы, из которых состоят клетки, не синтезируются организмом и должны поступать извне.

Чтобы клетка смогла захватить нужные вещества, они должны предварительно поступить в т.н. внеклеточный матрикс – субстанцию, заполняющую пространство между клетками. К матриксу причисляют также плазму крови и лимфатическую жидкость.

Молекулы гиалуроновой кислоты (красно-оранжевые) во внеклеточном матриксе

В состав матрикса входят коллаген, фибрин, эластин, гликопротеины, протеогликаны, гиалуроновая кислота, а также, в меньшем количество, фибронектины, ламинины и нидогены. Естественно, матрикс сам нуждается в «строительном материале» для своих компонентов, которые также должны привноситься извне.

Есть два принципиально разных способа использования клеткой полученного питания. Первый из них – ассимиляция — подразумевает, что молекулы питательных веществ захватываются и либо напрямую усваиваются клеткой, либо используются ей для построения других нужных её молекул. Второй – диссимиляция (или клеточное дыхание) – заключается в преобразовании полученных веществ в энергию, необходимую для выполнения различных функций.

Клетка не только питается, но и выводит остатки своей жизнедеятельности. И также через мембрану, откуда они выводятся дальше, через лимфатическую и другие системы организма. То есть, клетка, подобно человеку, имеет настоящую пищеварительную систему.

Естественно предположить, что нормальное «пищеварение» клеток — основа здоровья организма в целом. Поэтому, формируя рацион питания, мы должны думать не о том, как насытить свой желудок, а о том, как предоставить всем клеткам нужное им питание. А это, как мы уже установили, не более и не менее, как 90 химических элементов. И если с биоэлементами обычно никаких проблем нет, то на уровне макроэлементов уже начинаются трудности. Одних поступает больше, других меньше, третьи отсутствуют совсем. С микроэлементами дело обстоит ещё хуже. Человеческий организм имеет колоссальный ресурс для выживания даже при самом отвратительном питании (например, как у тибетских монахов), но речь идёт именно о выживании, а не полноценной жизни и, тем более, расширении его возможностей. Поэтому учёные поднимают вопрос полноценного питания клеток встаёт всё чаще. Он обязательно должен быть решён каждым из нас как можно раньше и полнее.

Клеточное питание – это как раз об этом.

Источник: kletochnoe-pitanie.com

Строение клеток

Все клеточные формы жизни на Земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток:

• прокариоты (доядерные) — более простые по строению и возникли в процессе эволюции раньше;
• эукариоты (ядерные) — более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, в основном, являются эукариотическими.

Несмотря на многообразие форм, организация клеток всех живых организмов подчинена единым структурным принципам.

Содержимое клетки отделено от окружающей среды плазматической мембраной, или плазмалеммой. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органоиды и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК. Каждый из органоидов клетки выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом.

Прокариоты (от лат. Pro — перед, до и греч. Κάρῠον — ядро, орех) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды. Основное содержимое клетки, заполняющее весь её объём, — вязкая зернистая цитоплазма.

Эукариоты (эвкариоты) (от греч. Ευ — хорошо, полностью и κάρῠον — ядро, орех) — организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты — митохондрии, а у водорослей и растений — также и пластиды.

Строение прокариотической клетки

Рисунок 1. Прокариотическая клетка бактерий

Клетки двух основных групп прокариот — бактерий и архей — похожи по структуре: характерными их признаками являются отсутствие ядра и мембранных органелл.

Основные компоненты прокариотической клетки

Основными компонентами прокариотической клетки являются:

• Клеточная стенка, которая окружает клетку извне, защищает её, придаёт устойчивую форму, предотвращающую от осмотического разрушения. У бактерий клеточная стенка состоит из муреина, построенного из длинных полисахаридных цепей, соединенных между собой короткими пептидными перемычками. Клеточная стенка архей не содержит муреина, а построена в основном из разнообразных белков и полисахаридов.
• Жгутики — органеллы движения некоторых бактерий. Бактериальный жгутик построен значительно проще эукариотического, и он в 10 раз тоньше, внешне не покрыт плазматической мембраной и состоит из одинаковых молекул белков, которые образуют цилиндр. В мембране жгутик закреплен при помощи базального тела.
• Плазматическая и внутренние мембраны. Общий принцип устройства клеточных мембран не отличается от эукариот, однако химическом составе мембраны есть немало различий, в частности, в мембранах прокариот отсутствуют молекулы холестерина и некоторых липидов, присущих мембранам эукариот. Большинство прокариотических клеток (в отличие от эукариотических) не имеют внутренних мембран, которые разделяют цитоплазму на отделы (компартменты). Только у некоторых фотосинтетических и аэробных бактерий плазмалемма образует вгибание внутрь клетки, что выполняет соответствующие метаболические функции.
• Нуклеоид — не ограниченный мембранами участок цитоплазмы, в котором расположена кольцевая молекула ДНК — «бактериальная хромосома», где хранится весь генетический материал клетки.
• Плазмиды — небольшие дополнительные кольцевые молекулы ДНК, несущие обычно всего несколько генов. Плазмиды, в отличие от бактериальной хромосомы, не являются обязательным компонентом клетки. Обычно они придают бактерии определенные полезные для неё свойства, такие как устойчивость к антибиотикам, способность усваивать из среды определенные энергетические субстраты, способность инициировать половой процесс и тд.
• Рибосомы прокариот, как и у всех других живых организмов, отвечают за осуществление процесса трансляции (одного из этапов биосинтеза белка). Однако бактериальные рибосомы несколько меньше, чем эукариотические и имеют другой состав белков и РНК. Из-за этого бактерии, в отличие от эукариот, чувствительны к таким антибиотикам, как эритромицин и тетрациклин, которые избирательно действуют на прокариотические рибосомы.
• Споры (эндоспоры) — окруженные плотной оболочкой структуры, содержащие ДНК бактерии и обеспечивающее выживание в неблагоприятных условиях. К образованию спор способны лишь некоторые виды прокариот, например в частности возбудитель столбняка, возбудитель ботулизма и возбудитель сибирской язвы. Для образования эндоспоры клетка реплицирует свою ДНК и окружает копию плотной оболочкой, из созданной структуры удаляется избыток воды, и в ней замедляется метаболизм. Споры бактерий могут выдерживать довольно жесткие условия среды, такие как длительное высушивание, кипячение, коротковолновое облучение.

Сравнительная характеристика клеток эукариот и прокариот

Вы можете увидеть сравнение по признакам прокариот и эукариот в таблице.

Признак	Прокариоты	Эукариоты
Размеры клеток	Средний диаметр 0,5 —10 мкм	Средний диаметр 10 — 100 мкм
Организация генетического материала
Форма, количество и расположение молекул ДНК	Обычно имеется одна кольцевая молекула ДНК, размещенная в цитоплазме	Обычно есть несколько линейных молекул ДНК — хромосом, локализованных в ядре. В интерфазном ядре (вне деления) хромосомы представляют собой хроматин: ДНК компактизируется в комплексе с белками
Деление
Тип деления	Простое бинарное деление. Веретено деления не образуется	Мейоз или митоз
Органеллы
Наличие мембранных органелл	Окруженные мембранами органеллы отсутствуют, иногда плазмалемма образует выпячивание внутрь клетки	Имеется большое количество одномембранных и двумембранных органелл

Строение эукариотической клетки

Строение эукариотической клетки смотрите на рисунке.

Рисунок 2. Строение эукариотической клетки

Поверхностный комплекс клетки

Плазматическая мембрана называется также плазмалеммой, наружной клеточной мембраной. Это биологическая мембрана, толщиной около 10 нанометров. Обеспечивает в первую очередь разграничительную функцию по отношению к внешней для клетки среде. Кроме этого она выполняет транспортную функцию.

Поверхностый аппарат животных клеток дополнительно включает гликокаликс. Гликокаликс представляет собой «заякоренные» в плазмалемме молекулы углеводов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции.

У большинства грибов и растений есть клеточная стенка — жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции.

Рисунок 3. Клеточная мембрана.

Мембрана клетки

1. Барьер толщиной около 8 нм, отделяет живую клетку от окружающей ее среды
2. Фосфолипиды и белки являются основными макромолекулами в мембранах
3. Составляющие являются амфипатическими молекулами
4. Имеются гидрофобные и гидрофильные области
5. Избирательно проницаема, что позволяет некоторым веществам проходить легче, чем другим.

Цитоплазма

Жидкую составляющую цитоплазмы также называют цитозолем. Под световым микроскопом казалось, что клетка заполнена чем-то вроде жидкой плазмы или золя, в котором «плавают» ядро и другие органоиды. На самом деле это не так. Внутреннее пространство эукариотической клетки строго упорядочено.

Передвижение органоидов координируется при помощи специализированных транспортных систем, так называемых микротрубочек, служащих внутриклеточными «дорогами», и специальных белков динеинов и кинезинов, играющих роль «двигателей». Отдельные белковые молекулы также не диффундируют свободно по всему внутриклеточному пространству, а направляются в необходимые компартменты при помощи специальных сигналов на их поверхности, узнаваемых транспортными системами клетки.

Эндоплазматический ретикулум

В эукариотической клетке существует система переходящих друг в друга мембранных отсеков (трубок и цистерн), которая называется эндоплазматическим ретикулумом (или эндоплазматическая сеть, ЭПР или ЭПС). Ту часть ЭПР, к мембранам которого прикреплены рибосомы, относят к шероховатому (гранулярному, грубому) эндоплазматическому ретикулуму, на его мембранах происходит синтез белков. Те компартменты, на стенках которых нет рибосом, относят к гладкому ЭПР, принимающему участие в синтезе липидов. Внутренние пространства гладкого и гранулярного ЭПР не изолированы, а переходят друг в друга и сообщаются с просветом ядерной оболочки.

Рисунок 4. Эндоплазмический ретикулум

Гранулярный ЭПР

•  Расположены в плоских мешках
•  Рибосомы на поверхности придают ей грубый вид
•  Некоторые полипептидные цепи входят в грубый ЭПР и модифицированы
•  Клетки, которые специализируются на секретировании белков, имеют много грубых ЭПР

Гладкий ЭПР

•  Серия взаимосвязанных трубочек
•  На поверхности нет рибосом
•  Липиды собраны внутри канальцев
•  Гладкая ЭПР печени инактивирует отходы, лекарства
•  Саркоплазматическая сеть мышц является специализированной формой, которая хранит кальций

Функции ЭПР

Гладкий ЭПР

1. Синтезирует липиды
2. Метаболизирует углеводы
3. Детоксифицирует лекарства и яды
4. Накапливает ионы кальция

Гранулированный ЭПР

1. Имеет связанные рибосомы
2. Распределяет транспортные пузырьки, белки, окруженные мембранами
3. Является мембранным заводом для клетки
4. Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи представляет собой стопку плоских мембранных цистерн, несколько расширенных ближе к краям. В цистернах аппарата Гольджи созревают некоторые белки, синтезированные на мембранах гранулярного ЭПР и предназначенные для секреции или образования лизосом. То есть это органоид, который упаковывает синтезированные в клетке вещества и побочные продукты для дальнейшей секреции или расщепления.

Рисунок 5. Аппарат Гольджи

Функции аппарата Гольджи

1. Модифицирует продукты клетки.
2. Производит определенные макромолекулы.
3. Сортирует и упаковывает материалы в транспортные пузырьки.

Пузырьки

Небольшие мембранно-замкнутые мешковидные пузырьки образуются в большом количестве во множестве типов, как сами по себе, так и в почках. Есть много типов, но два основных: лизосомы и пероксисомы.

Лизосомы

Лизосомы, которые исходят из органов Гольджи, принимают участие во внутриклеточном пищеварении. Они содержат мощные ферменты, которые могут расщеплять углеводы , белки, нуклеиновые кислоты и липиды. Везикулы внутри лейкоцитов или амеб доставляют лизосомы к поглощенным бактериям, клеточным частям и другому мусору. Ферменты работают лучше всего в кислой среде внутри лизосомы.

Лизосомы разрушают изношенные части клеток или молекулы, чтобы их можно было использовать для создания новых клеточных структур. Некоторые типы клеток могут поглощать другие клетки путем фагоцитоза; это формирует пищевую вакуоль. Лизосома сливается с пищей вакуолизирует и переваривает молекулы. Лизосомы также используют ферменты для рециркуляции собственных органелл и макромолекул клетки, процесс, называемый аутофагией.

Пероксисомы

У растений и животных пузырьки, называемые пероксисомами, образуют и делятся сами по себе, поэтому они не являются частью эндомембранной системы.

Пероксисомы содержат ферменты, которые переваривают жирные кислоты и аминокислоты. Они также расщепляют перекись водорода, токсичный побочный продукт метаболизма жирных кислот.

Ферменты пероксисом превращают перекись водорода в воду и кислород или используют ее в реакциях, которые расщепляют алкоголь и другие токсины.

Ядро

Клеточное ядро содержит молекулы ДНК, на которых записана генетическая информация организма. В ядре происходит репликация — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на матрице ДНК. В ядре же синтезированные молекулы РНК претерпевают некоторые модификации (например, в процессе сплайсинга из молекул матричной РНК исключаются незначащие, бессмысленные участки), после чего они выходят в цитоплазму.

Сборка рибосом также происходит в ядре, в специальных образованиях, называемых ядрышками. Оболочка ядра двумембранная, сливается с шероховатым ЭПР. В некоторых местах внутренняя и внешняя мембраны ядерной оболочки сливаются и образуют так называемые ядерные поры, через которые происходит материальный обмен между ядром и цитоплазмой.

Рисунок 6. Ядро клетки.

Вакуоль

Вакуоль — одномембранный органоид, содержащийся в некоторых эукариотических клетках и выполняющий различные функции (секреция, экскреция и хранение запасных веществ, аутофагия, автолиз и др.). Вакуоли развиваются из мембранных пузырьков — провакуолей. Провакуоли являются производными эндоплазматического ретикулума и комплекса Гольджи, они сливаются и образуют вакуоли.

Рисунок 7. Вакуоль.

Вакуоли и их содержимое рассматриваются как обособленный от цитоплазмы компартмент. Различают пищеварительные и сократительные (пульсирующие) вакуоли, регулирующие осмотическое давление и служащие для выведения из организма продуктов распада. Вакуоли особенно хорошо заметны в клетках растений: во многих зрелых клетках растений они составляют более половины объёма клетки, при этом они могут сливаться в одну гигантскую вакуоль. Одна из важных функций растительных вакуолей — накопление ионов и поддержание тургора (тургорного давления). Вакуоль — это место запаса воды.

Мембрана, в которую заключена вакуоль, называется тонопласт, а содержимое вакуоли — клеточный сок. Клеточный сок состоит из воды и растворенных в ней веществ.

Цитоскелет

К элементам цитоскелета относят белковые фибриллярные структуры, расположенные в цитоплазме клетки: микротрубочки, актиновые и промежуточные филаменты. Микротрубочки принимают участие в транспорте органелл, входят в состав жгутиков, из микротрубочек строится митотическое веретено деления. Актиновые филаменты необходимы для поддержания формы клетки, псевдоподиальных реакций. Роль промежуточных филаментов, по-видимому, также заключается в поддержании структуры клетки. Белки цитоскелета составляют несколько десятков процентов от массы клеточного белка.

Центриоли

Центриоли представляют собой цилиндрические белковые структуры, расположенные вблизи ядра клеток животных (у растений центриолей нет, за исключением низших водорослей). Центриоль представляет собой цилиндр, боковая поверхность которого образована микротрубочками.

Вокруг центриолей находится так называемый центр организации цитоскелета, район в котором группируются минус концы микротрубочек клетки.

Рисунок 8. Центриоли.

Перед делением клетка содержит две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу. В ходе митоза они расходятся к разным концам клетки, формируя полюса веретена деления. После цитокинеза каждая дочерняя клетка получает по одной центриоли, которая удваивается к следующему делению. Удвоение центриолей происходит не делением, а путём синтеза новой структуры, перпендикулярной существующей.

Митохондрии

Митохондрии — особые органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ — универсального носителя энергии. Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) происходит также за счёт энзиматических систем митохондрий.

Внутренний просвет митохондрий, называемый матриксом, отграничен от цитоплазмы двумя мембранами, наружной и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые кристы. В матриксе содержатся различные ферменты, принимающие участие в дыхании и синтезе АТФ. Центральное значение для синтеза АТФ имеет водородный потенциал внутренней мембраны митохондрии.

Рисунок 9. Митохондрии.

Митохондрии имеют свой собственный ДНК-геном и прокариотические рибосомы, что, безусловно, указывает на симбиотическое происхождение этих органелл. В ДНК митохондрий закодированы совсем не все митохондриальные белки, большая часть генов митохондриальных белков находятся в ядерном геноме, а соответствующие им продукты синтезируются в цитоплазме, а затем транспортируются в митохондрии. Геномы митохондрий отличаются по размерам: например геном человеческих митохондрий содержит всего 13 генов.

Пластиды

Пластиды (от др.-греч. Πλαστόс — вылепленный) — полуавтономные органеллы высших растений, водорослей и некоторых фотосинтезирующих простейших. Пластиды имеют от двух до четырёх мембран, собственный геном и белоксинтезирующий аппарат.

Согласно симбиогенетической теории пластиды, как и митохондрии, произошли в результате «захвата» древней цианобактерии предшественником эукариотической «хозяйской» клетки. При этом внешняя мембрана пластид соответствует плазматической мембране хозяйской клетки, межмембранное пространство — внешней среде, внутренняя мембрана пластид — мембране цианобактерии, а строма пластид — цитоплазме цианобактерии. Наличие трёх (эвгленовые и динофлагелляты) или четырёх (золотистые, бурые, жёлто-зелёные, диатомовые водоросли) мембран считается результатом двух- и трёхкратного эндосимбиоза соответственно.

Хлоропласты (от греч. Χλωρός — «зелёный») — зелёные пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот. С их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат хлорофилл.

В одной клетке листа может находиться 15—20 и более хлоропластов, а у некоторых водорослей — лишь 1 -2 гигантских хлоропласта (хроматофора) различной формы.

Хлоропласты ограничены двумя мембранами — наружной и внутренней. Наружная мембрана отграничивает жидкую внутреннюю гомогенную среду хлоропласта — строму (матрикс) В строме содержатся белки, липиды, ДНК (кольцевая молекула) , РНК, рибосомы и запасные вещества (липиды, крахмальные и белковые зерна), а также ферменты, участвующие в фиксации углекислого газа.

Внутренняя мембрана хлоропласта образует впячивания внутрь стромы — тилакоиды, которые имеют форму уплощенных мешочков (цистерн) . Несколько таких тилакоидов, лежащих друг над другом, образуют грану, и в этом случае они называются тилакоидами граны. Именно в мембранах тилакоидов локализованы светочувствительные пигменты, а также переносчики электронов и протонов, которые участвуют в поглощении и преобразовании энергии света.

Рисунок 10. Хлоропласты.

Межклеточные контакты

У высших животных и растений клетки объединены в ткани и органы, в составе которых они взаимодействуют между собой, в частности, благодаря прямым физическим контактам. В растительных тканях отдельные клетки соединяются между собой с помощью плазмодесм, а животные образуют различные типы клеточных контактов, в основном десмосомы.

Плазмодесмы растений — это тонкие цитоплазматические каналы, которые проходят через клеточные стенки соседних клеток, соединяя их между собой. Полость плазмодесм устлана плазмалеммой. Совокупность всех клеток, объединенных плазмодесмами, называется симпластом, между ними возможен регулируемый транспорт веществ.

Осмотическое давление в клетке

Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

Тургор тканей — напряжённое состояние оболочек живых клеток. Тургорное давление — внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.

Тургор обуславливается тремя факторами: внутренним осмотическим давлением клетки, которое вызывает напряжение клеточной оболочки, внешним осмотическим давлением, а также упругостью клеточной оболочки.

Рисунок 11. Взаимодействие эритроцитов и растительной клетки с растворами.

Дифференцировка клеток многоклеточного организма

Многоклеточные организмы состоят из клеток, которые в той или иной степени отличаются по строению и функциям, например, у взрослого человека около 230 различных типов клеток. Все они являются потомками одной клетки — зиготы (в случае полового размножения) — и приобретают различия в результате процесса дифференцировки.

Дифференцировка в подавляющем большинстве случаев не сопровождается изменением наследственной информации клетки, а обеспечивается лишь путем регуляции активности генов, специфический характер экспрессии генов наследуется во время деления материнской клетки обычно благодаря эпигенетическим механизмам. Однако есть исключения: например, при образовании клеток специфической иммунной системы позвоночных происходит перестройка некоторых генов, эритроциты млекопитающих полностью теряют всю наследственную информацию, а половые клетки — её половину.

Различия между клетками на первых этапах эмбрионального развития появляются, во-первых, вследствие неоднородности цитоплазмы оплодотворенной яйцеклетки, из-за чего во время процесса дробления образуются клетки, различающиеся по содержанию определенных белков и РНК; во-вторых, важную роль играет микроокружение клетки — её контакты с другими клетками и средой.

Возникновение клеток

Доподлинно неизвестно, когда на Земле появилась первая клетка и каким путем она возникла. Наиболее ранние вероятные ископаемые остатки клеток, приблизительный возраст которых оценен в 3,49 млрд лет, найдены на востоке Пилбары (Австралия), хотя биогенность их происхождения была поставлена под сомнение. О существовании жизни в раннем архее свидетельствуют также строматолиты того же периода.

Возникновению первых клеток должно было предшествовать накопление органических веществ в среде и появление определенной формы пребиотического метаболизма. Протоклетки содержали как минимум два обязательных элемента: наследственную информацию в виде молекул, способных к саморепликации, и определенного рода оболочки, которая ограждала внутреннее содержимое первых клеток от окружающей среды.

Наиболее вероятным кандидатом на роль саморепликативных молекул является РНК, поскольку она может одновременно выступать и носителем наследственной информации, и катализатором; кроме того, РНК, в отличие от ДНК, самодостаточна для осуществления биосинтеза белков.

Подробнее о клетке вы можете узнать из видео:

Без клетки нет жизни, клетка — это наша жизнь. Поэтому если узнавать больше о клетке, то можно объяснить, например, действие многих компонентов на нашу жизнь и самочувствие. Изучайте строение клетки и особенно важно изучать клетку будущим врачам.

Источник: novstudent.ru

Введение

Размеры клеток и клеточных структур

В обычной жизни мы не привыкли рассматривать объекты малых размеров, и представить и сопоставить относительные размеры клеток и субклеточных структур бывает довольно сложно. В таблице ниже представлены размеры различных клеток, органел, вирусов и биохимических молекул. В правом столбце таблицы представлены размеры, для того чтобы было удобно сравнивать между собой различные структуры в привычном нам масштабе. В таком увеличении 1 мкм будет равен 10 см, и довольно крупная эукариотическая клетка будет размером с ваш письменный стол, а все органеллы и молекулы можно легко сравнивать, если мысленно расположить их на этом столе.

структура	размеры	визуализация
дрожжевая клетка	5 мкм	50 см
ооцит сельдевой акулы	22 см (самая большая клетка)
ооцит морского ежа	100 мкм	10 м
ооцит мыши	50 мкм	5 м
эукариотич. клетка	15-20 мкм	1.5×2 м
ПМ	5-7 нм	0,5-0,7 нм
ПМ с белками	12,5-18,5 нм	1,5 мм
актиновая нить	5-9 нм	0,5-0,9 мм
микротрубочка	25 нм	2,5 мм
промежуточный филамент	10 нм	1 мм
ядро	10 мкм	1м
ядерная пора	15 нм (30 нм по снимку)	1,5-3 мм
раст. м-у м-нами в ядре	9 нм (60 нм по снимку)	0,9-3 мм
яд. ламина (~ пром. фил.)	30 нм	3 мм
хлоропласт	5-10×2-4 мкм	20-40 см
жгутик d	250 нм	2,5 см
рибосомы	20-(200?) нм	2 мм
митохондрия	1,6×0,8 мкм	1,6×0,8 мкм
лизосомы	0,2-2 мкм	2-20 см
пероксисомы	0,4-0,5 мкм	4-5 см
центриоль	500×200 нм	5×2 см
ШЭР d	20-50 нм	2-5 мм
ГЭР цистерны	50-100 нм	5-10 мм
диски АГ (всего 3-12 шт) d	0,2-0,5 мкм	2-5 см
капли триглицеридов	0,2-5 мкм	2-50 см
гранулы гликогена	10-40 нм	1-4 мм
ДНК d	2 нм	0,2 мм
ДНК в нуклеосоме	11 нм, 30 нм	1,1-3 мм
интерфазная хромосома	Занимает все ядро
митотическая хромосома	2×5 мкм	20×50см
полная длина ДНК (чел)	1.088.000 мкм (1 м)	108800 м
длина в нуклеосоме	11нм, 30нм; x6, x40;	18000, 2720 м
длина в 22 хромосоме		1632 м
длина в 22 х. в нуклеосоме		40, 8 м
коллаген фибрилла	50 нм	5 мм
коллаген-1 тройная спираль	1,5 нм	0,15 мм
белки	2-10 нм (средн ~5 нм)	0,2-1 мм
E.coli	1×3 мкм	10×30 см
клеточн стенка E.coli	18-19 нм	1,8-1,9 мм
Mycoplasma (самая мал кл)	0.33 мкм	33 мм
флагеллин – жгутик бакт.	10-20 нм	1-2 мм
poliovirus	45 нм	4,5 мм
SV40	70 нм	7 мм
ВТМ	20×200 нм	2×20 мм
сахара, акты, нуклеотиды	0,5-1 нм	0,1 мм

Ограничение размеров клетки

1. Необходимое для жизнедеятельности количество макромолекул
2. С увеличением объемов клетки скорости химических реакций ограничиваются скоростью диффузии молекул.
3. Оптимальное соотношение S/V. При увеличении размеров клеток объем возрастает гораздо быстрее, чем площадь поверхности, что приводит к резкому уменьшению числа молекул питательных веществ на единицу объема, проникших в клетку за единицу времени. Существование диффузионных ограничений объясняет, почему эукариотические клетки крупнее, чем прокариотические: цитоплазма эукариотических клеток разделена мембранами на компартменты в значительной мере для того, чтобы облегчить возможность быстрых взаимодействий между молекулами.
Растительные клетки крупнее животных, во-первых, из-за присутствия крупной центральной вакуоли, которая сама является довольно химически инертным компартментом, тогда как объем цитоплазмы растительной клетки относительно невелик, и, во-вторых, из-за осуществления циклоза — активного движения цитоплазмы, снижающего диффузионные ограничения.
Особые случаи большого размера клеток наблюдаются когда клетка не осуществляет активные химические превращения, а служит просто как резервуар для запасания и хранения веществ – яйцеклетки, клетки мякоти плодов.
Увеличение размеров клеток благодаря многократному повторению внутренних элементов клеточной структуры. Например, многоядерность увеличивает концентрацию молекул информационных РНК в цитоплазме и позволяет многоядерным клеткам быть крупнее одноядерных, поскольку снижает ограничения, связанные с диффузией РНК из ядра.
Повторения внутренних структурных элементов часто приводят к увеличению длины клеток при сохранении их микроскопического диаметра (например, у животных мышечные клетки длиной до нескольких см, нервные клетки с отростками длиной до 1 м, а у растений клетки флоэмы длиной до 5 мм).

Соотношение объемов клеточных структур (гепатоцит)

Структура	% объёма	число
цитозоль митохондрии цистерны ШЭР цистерны ГЭР ядро пероксисомы лизосомы	54 22 9 6 6 1 1	1 1700 много много 1 400 300

Отличие прокариот и эукариот

	ПРОКАРИОТЫ	ЭУКАРИОТЫ
размеры клеток	мелкие клетки	крупные клетки
форма	одноклеточные или нитчатые	одноклеточные, нитчатые или многоклеточные
ядро	нет ядра, нет ядрышка	имеется ядро и ядрышки
генетич материал	кольцевая ДНК, нет хромосом, нет гистонов	ДНК линейная, есть хромосомы, есть гистоны
синтез белка	70S рибосомы	80S рибосомы
органеллы	нет органелл с двойной м-ной	имеются хлоропласты, митохондрии, ядро
	внутренние м-ны встречаются редко	АГ, лизосомы, вакуоли, микротельца, ЭПР
клеточная стенка	жесткая клеточная стенка из полисахаридов и акт основной компонент – муреин	у растений кл. стенка – целлюлоза у грибов кл. стенка — хитин
жгутики	жгутики простые из флагеллина, не окружены м-ной	сложные жгутики типа 9+2 окружены м-ной
дыхание	дыхание происходит в мезосомах	аэробное дыхание происходит в митохондриях
фотосинтез	хлоропластов нет, происходит в м-нах не имеющих специальной упаковки	в хлоропластах, содержащих специальные м-ны уложенные в ламеллы и граны
фиксация азота	некоторые обладают такой способностью	ни один организм не способен

к прокариотам относятся цианеи, актиномицеты, все бактерии, микоплазмы,
риккетсии и вирусы

Отличие животных, растений и грибов

РАСТЕНИЯ	ЖИВОТНЫЕ	ГРИБЫ
автотрофное питание	гетеротрофное питание
неподвижные	подвижные
раздражимость гормонами и нервной системой	регуляция только гормонами
рост в определенных участках — меристемах	рост всего тела
высокое отношение V/S	низкое отношение V/S
есть клеточная стенка	нет клеточной стенки
нет центриолей	есть центриоли
образ клеточная пластинка	образуется перетяжка
постоянно существующие крупные вакуоли	мелкие непостоянные вакуоли
имеются хлоропласты, содержащие хлорофилл	хлоропласты отсутствуют
запасной полисахарид — крахмалл	запасной полисахарид – гликоген

Источник: cellbiol.ru