Строение клетки

Все живые организмы на Земле имеют клеточное строение. Клетки различаются по форме, размерам, функциям.

Клетки бывают гигантские и мелкие. Самые маленькие клетки у бактерий. Некоторые кокки имеют размеры всего лишь 0,2 мкм. Клетки чешуи лука хорошо различаются через лупу, а клетки мякоти арбуза и цитрусовых растений видны невооруженным глазом.

Стебель водоросли ацетабулярии достигает в длину 6 см, его шляпка имеет диаметр 1 см. При этом ацетабулярия состоит из единственной клетки с одним клеточным ядром.

Лубяные волокна льна и хлопчатника имеют длину до 5 см, у китайской крапивы — 22 см. Длина отдельных отростков нервных клеток человека может достигать 1 м.

Клетки животных и растений различаются по форме.

Клетки эпителиальной ткани плоские, квадратные, кубические. Нервные клетки — это вытянутые в длину нити или имеют форму звезды. Встречаются шаровидные, дисковидные, веретенообразные клетки. Форма клеток в основном постоянна, но есть клетки и с непостоянной формой, как у амебы или лейкоцитов крови.

По признаку наличия ядра клетки делятся на две группы. Клетки, в которых нет ядра, являются самыми древними, и называются прокариотическими. К прокариотам относятся клетки бактерий и сине-зеленых водорослей. Клетки, имеющие ядро, называются эукариотические. У большинства живых организмов эукариотические клетки.

Эукариотическая клетка имеет два важных компонента: ядро и цитоплазму. В цитоплазме находятся органоиды и включения. Органоиды присутствуют в клетке постоянно, а включения являются временными образованиями.

Ядро является главной структурой клетки и играет важную роль в ее жизнедеятельности. Если из клетки удалить ядро, она прекращает выполнение всех функций и гибнет. В большинстве животных клеток одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки, например поперечно-полосатые мышцы человека, грибы, инфузории, зеленые водоросли.

Ядро окружено двойной мембраной, пронизанной порами. Через них происходит обмен веществ с цитоплазмой. Вся внутренняя часть ядра заполнена кариоплазмой.

Ядрышко — обособленная, наиболее плотная часть ядра. В состав ядрышка входят сложные белки, нуклеиновые кислоты и рибосомы. Ядрышко исчезает перед началом деления клетки и вновь формируется в последней фазе деления.

Ядро регулирует все жизненные процессы клетки, оно несет наследственную информацию. Наследственная информация сосредоточена в хромосомах.

Хромосомы имеют сложное строение. Каждая хромосома состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты и белка.

В молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты хранится информация, необходимая для построения клеточных структур организма. Молекулы ДНК закручены в спираль и упакованы в хромосомы. Каждая молекула ДНК образует одну хромосому.       В ядрах всех соматических клеток человека содержится 46 хромосом, а всего в теле человека около 100 000 генов. Ген — это небольшой участок молекулы ДНК. Он определяет строение и функции нашего тела.

Цитоплазма представляет собой вязкое гелеобразное вещество, которое на 85 % состоит из воды. В цитоплазме располагаются различные органоиды клетки, органические и неорганические вещества. В ней протекают все процессы обмена веществ.

Органоиды могут быть мембранные и немембранные. К мембранным органоидам относятся плазматическая мембрана, эндоплазматическая сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы и пластиды.

Клеточный центр, или центросома играет важную роль при делении клетки и состоит из двух центриолей. Она встречается у всех клеток животных и растений, кроме цветковых, низших грибов и некоторых, простейших.

Центриоли в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах.

Эндоплазматическая сеть в цитоплазме представляет собой мембраны, которые связывают органоиды между собой, по ней происходит транспорт питательных веществ. Эндоплазматическая сеть в клетке бывает гладкая и гранулярная. Гладкая эндоплазматическая сеть имеет вид трубочек, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. В ней осуществляется синтез липидов и углеводов. На мембранах гранулярной эндоплазматической сети в большом количестве располагаются  рибосомы.

Рибосомы — мелкие органоиды, которые состоят из рибонуклеиновой кислоты и полипептидов. Важнейшая функция рибосом — синтез белка. Их количество в клетке велико: тысячи в прокариотических и сотни тысяч в эукариотических клетках. Рибосомы либо связаны с эндоплазматической сетью, либо находится в свободном состоянии. В синтезе белка одновременно участвует множество рибосом, объединённых в цепи. Такие цепи называются полисомами.

В клетке находятся и митохондрии, которые иногда называют «клеточными электростанциями». Митохондрии могут изменять свою форму и перемещаться в те области клетки, где потребность в них высока. Каждая митохондрия окружена двумя мембранами. Внутренняя мембрана образует складки, которые называются кристами. Важнейшей функцией митохондрий является синтез аденозинтрифосфорной кислоты. Синтез происходит за счёт окисления органических веществ.

Универсальным органоидом эукариотических клеток являются лизосомы. Этот органоид был открыт в 1955 г. бельгийским биохимиком Кристианом де Дювом. За исследования структуры и функций лизосом он в 1974 г. был удостоен Нобелевской премии. В лизосомах находится около 40 видов ферментов, благодаря которым лизосомы способны расщеплять сложные органические вещества на более простые. Лизосомы также участвуют в разрушении некоторых запасных питательных веществ, а также макромолекул и утративших свою функцию органоидов.

Иногда лизосомы уничтожают целые комплексы клеток и органы. Например, когда головастик превращается в лягушку, лизосомы, которые находятся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела.

В клетках живых организмов есть еще один интересный органоид. Он назван в честь итальянского гистолога Камилло Гольджи, который 1873 г. открыл и описал этот органоид. Комплекс Гольджи расположен вокруг ядра и имеет форму сложной сети. В клетках растений и простейших комплекс Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. Строение этого органоида сходно в клетках растительных и животных организмов, несмотря на разнообразие его формы. В состав комплекса Гольджи входят цистерны, трубочки и мелкие пузырьки. Все эти элементы составляют единый комплекс.

Комплекс Гольджи выполняет много важных функций, но главные функции — накопление, сортировка и хранение органических веществ. Например, в клетках поджелудочной железы синтезируются пищеварительные ферменты, которые накапливаются в полостях органоида. Затем образуются пузырьки, наполненные ферментами. Они выводятся из клеток в проток поджелудочной железы, откуда перетекают в полость кишечника. Еще одна важная функция этого органоида — синтез на мембранах жиров и углеводов, которые используются в клетке и входят в состав мембран. Благодаря комплексу Гольджи происходят обновление и рост плазматической мембраны.

Плазматическая мембрана окружает цитоплазму живой клетки. Мембраны состоят из липидов и белков, а также углеводов, которые расположены на внешней поверхности мембраны. Набор белков и углеводов на поверхности мембраны каждой клетки специфичен и является своеобразным указателем типа клетки. Мембрана разделяет клетки между собой, обеспечивает обмен веществ между цитоплазмой и внешней средой. Для плазматической мембраны характерны процессы фагоцитоза и пиноцитоза. Фагоцитозом называют захват и поглощение клеткой крупных частиц. Явление впервые описал русский ученый И. Мечников. У человека и животных к фагоцитозу способны лейкоциты, они поглощают бактерии и другие твердые частицы. Пиноцитоз — это процесс захвата и поглощения капель жидкости с растворенными в ней веществами

Растительные клетки отличаются от животных наличием специфических органоидов.

Пластиды есть только в растительных клетках и встречаются у большинства зеленых растений. В пластидах синтезируются и накапливаются органические вещества. Пластиды делят на хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты — это пластиды, которые содержат зеленый пигмент хлорофилл и обеспечивают процесс фотосинтеза. В клетках водорослей хлоропласты крупные и немногочисленные. Они могут быть пластинчатыми, звездчатыми, ленточными, подковообразными. Такие хлоропласты называются хроматофорами.

Хромопласты — это пластиды, которые содержат пигменты, придающие растению желтую, оранжевую или красную окраску. Хромопласты имеют разнообразную форму и образуются в осенних листьях, корнеплодах моркови, зрелых плодах овощей и фруктов.

Лейкопласты — это мелкие бесцветные пластиды шаровидной, яйцевидной или веретеновидной формы. Они находятся в скрытых от солнечного света клетках органов: в корневищах, клубнях, корнях, семенах, сердцевине стеблей. Деятельность лейкопластов специализирована — они образуют крахмал, белок или масло.

В пластидах выявлена ДНК, которая контролирует размножение этих органоидов.

Для растительных клеток и клеток простейших организмов характерны вакуоли. Вакуоли представляют собой ограниченные мембраной полости. У растений вакуоли заполнены клеточным соком, который выполняет запасающую функцию. У простейших организмов вакуоли бывают пищеварительные, выделительные, сократительные.

У многих растительных и животных клеток имеются органоиды движения. Это могут быть реснички у инфузорий, жгутики у эвглены.

Включения клетки появляются в процессе ее жизнедеятельности. Чаще всего это запасные питательные вещества.

Кроме эукариотических клеток в природе существуют прокариотические. Главное их различие — в наличии или отсутствии оформленного ядра. Наследственная информация прокариотов заложена в одной молекуле ДНК, погруженной в цитоплазму. В цитоплазме таких клеток мало мембран. В клетке есть  рибосомы, они осуществляют синтез белков. Все ферменты такой клетки рассеяны по цитоплазме.

Прокариотические клетки характерны для бактерий. Их клетка представляет собой организм со всеми жизненными проявлениями.

Клетка является совершенной структурой и возникла в результате длительной биологической эволюции, в процессе которой ее функции постепенно усложнялись.