Клетка в биологии¶
Клетка — наименьшая структурная и функциональная единица живых организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самовоспроизведению и хранящая наследственную информацию в виде ДНК. Все живые существа — от бактерий до млекопитающих — состоят из клеток, что является одним из фундаментальных положений клеточной теории. Исключение составляют лишь вирусы, которые вне клетки-хозяина не проявляют признаков жизни.
¶Клеточная теория
Клеточная теория была сформирована в 1838—1839 годах немецкими учёными Маттиасом Шлейденом и Теодором Шванном. Шлейден показал, что все растительные ткани состоят из клеток, а Шванн распространил это положение на животных. В 1855 году Рудольф Вирхов сформулировал третий принцип: клетка возникает только из другой клетки («omnis cellula e cellula»).
Основные положения клеточной теории:
- Клетка — структурная единица всех живых организмов.
- Клетка — функциональная единица: именно в ней протекают обмен веществ и другие жизненные процессы.
- Клетка — единица происхождения: все новые клетки образуются путём деления предшествующих.
- Клетка хранит наследственную информацию и передаёт её при делении.
¶Классификация клеток
По строению ядра все клетки делятся на два типа:
- Прокариотические — без оформленного ядра, ДНК расположена в нуклеоиде. К ним относятся бактерии и археи.
- Эукариотические — с ядром, отделённым ядерной оболочкой. Так устроены клетки растений, животных, грибов и протистов.
По числу клеток организмы делятся на одноклеточные (амёба, бактерия, дрожжи) и многоклеточные (грибы, растения, животные). Существуют также колониальные формы, например вольвокс, где клетки объединены в сообщество, но сохраняют относительную самостоятельность.
¶Основные компоненты эукариотической клетки
| Структура | Функция |
|---|---|
| Ядро | Хранение ДНК, регуляция жизнедеятельности |
| Митохондрии | Клеточное дыхание, синтез АТФ |
| Рибосомы | Синтез белка |
| Эндоплазматическая сеть | Транспорт веществ, синтез липидов и белков |
| Аппарат Гольджи | Модификация и упаковка белков |
| Лизосомы | Переваривание веществ внутриклеточными ферментами |
| Клеточная мембрана | Транспорт веществ, взаимодействие с окружающей средой |
| Цитоплазма | Среда, в которой протекают реакции обмена |
У растительных клеток дополнительно присутствуют клеточная стенка из целлюлозы, пластиды (в том числе хлоропласты, где идёт фотосинтез) и крупная центральная вакуоль. У животных клеток клеточной стенки и пластид нет, зато имеются центриоли, участвующие в делении.
¶Клеточная мембрана
Клеточная (плазматическая) мембрана — тонкая оболочка толщиной около 7—10 нм, построенная по принципу жидкостно-мозаичной модели, предложенной Сингером и Николсоном в 1972 году. Она состоит из двойного слоя фосфолипидов, в который встроены белки: одни работают как каналы и переносчики, другие — как рецепторы. Мембрана обладает избирательной проницаемостью и регулирует поступление веществ в клетку и выведение продуктов обмена.
¶Обмен веществ и энергии
Клетка постоянно потребляет энергию. У гетеротрофных организмов (животных, грибов, большинства протистов) источником служат органические вещества, которые расщепляются в митохондриях с образованием АТФ. Автотрофные организмы (растения, цианобактерии) способны синтезировать органику из неорганических соединений: растения используют энергию света в хлоропластах, а некоторые бактерии — энергию окисления неорганических веществ.
¶Размножение и деление клеток
Основные способы деления:
- Митоз — деление с сохранением набора хромосом; обеспечивает рост организма и замену клеток.
- Мейоз — двухэтапное деление, в результате которого набор хромосом уменьшается вдвое; лежит в основе образования половых клеток.
- Амитоз — простое прямое деление ядра, встречается в специализированных тканях.
У прокариот наиболее распространён способ деления — бинарное деление, при котором одна клетка разделяется на две идентичные.
¶Рак клетки
Злокачественное перерождение клетки — одна из центральных проблем медицинской биологии. При мутациях в генах, контролирующих клеточный цикл, клетка начинает делиться неконтролируемо, теряет контакт с соседними тканями и может давать метастазы. Изучение клеточных механизмов роста и апоптоза (запрограммированной гибели клетки) лежит в основе современной онкологии.
¶Значение
Клеточная биология является фундаментом медицины, генетики, биотехнологии и сельского хозяйства. Культивирование клеток в лаборатории позволяет изучать действие лекарств, создавать вакцины и получать биологически активные вещества. Клонирование, генная инженерия и технология стволовых клеток также опираются на понимание клеточных процессов.
Источники:
- Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки.
- Львов Д.Н., Дубинская Е.Д. Ботаника. Клетка растений.
- Вирхов Р. Cellular-Pathologie (1858).
- Singer S.J., Nicolson G.L. The Fluid Mosaic Model of the Structure of Cell Membranes (1972).