Клетка

Клетка является основной структурной единицей всего живого. Развитие организма человека начинается с одной клетки, путем деления количество клеток увеличивается до 1016 у взрослого. Среди всего многообразия существующих на Земле организмов не имеют клеточного строения только вирусы и фаги.

Клетки бывают 2 типов: прокариотические и эукариотические. Из сравнительно простых клеток прокариотического типа построены бактерии и некоторые другие простейшие организмы, из клеток эукариотического типа – все растения, грибы и животные.

Строение клетки

Типичная эукариотическая клетка состоит из 3 компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра. При этом клетки разнообразны по форме, строению, химическому составу и характеру обмена веществ.

Оболочка клетки
Снаружи каждая клетка покрыта оболочкой (плазматическая мембрана, цитолемма, плазмолемма) толщиной 9–10 нм, отделяющей клетку от внеклеточной среды. Клеточная оболочка поддерживает форму клетки, защищает клетку от механических воздействий и проникновения повреждающих биологических агентов, осуществляет узнавание многих молекулярных сигналов (например, гормонов), регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, участвует в обеспечении межклеточных контактов и формировании специфических выпячиваний цитоплазмы (микроворсинки, реснички, жгутики). Реснички и жгутики выполняют функцию движения.

Обмен веществ между клеткой и окружающей ее средой происходит постоянно, но имеет разный механизм – в зависимости от размера транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы переносятся непосредственно через плазматическую мембрану в форме пассивного и активного транспорта, т. е. без затрат энергии или с помощью специальных белков-переносчиков с затратами энергии. Перенос крупных молекул и частиц осуществляется посредством образования окруженных мембраной пузырьков, в которые и помещаются переносимые частицы. Поглощение клетками твердых частиц – это фагоцитоз, жидких веществ – пиноцитоз.

Цитоплазма клетки
Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки и состоит из основного вещества – гиалоплазмы – и разнообразных внутриклеточных структур – органелл (органоиды) и включений. Гиалоплазма – это водный раствор неорганических и органических веществ, находящийся в постоянном движении. Вода составляет 70–80% цитоплазмы, неорганические вещества – 1–1,5%, органические представлены белками (10–20%), жирами (1–5%), углеводами (0,2–2%) и нуклеиновыми кислотами (1–2%).

Гиалоплазма – это активная среда, в которой протекают химические и физиологические процессы и которая объединяет все компоненты клетки в единую систему. Среди клеточных структур выделяют органеллы общего назначения, имеющиеся во всех клетках, и органеллы специального назначения, которые есть лишь в определенных клетках и выполняют специальную функцию. Включения – это временные клеточные структуры (например, зерна крахмала как запас питательных веществ).

Для эукариотических клеток характерно наличие огромного количества внутриклеточных мембран, которые образуют мембранные органеллы, отличающиеся друг от друга строением и функцией. Эндоплазматическая сеть – это разветвленная система соединенных между собой полостей, трубочек и каналов. Она играет важную роль в синтезе белков и внутриклеточном транспорте веществ. Аппарат Гольджи представляет собой стопки уплощенных мешочков и цистерн, в которых накапливаются, сортируются и упаковываются синтезированные в клетке вещества. Помимо этого, аппарат Гольджи обеспечивает выведение синтезированных веществ. Он значительно развит в клетках различных желез. Лизосомы – пузырьки, содержащие около 50 видов ферментов, способных разрушать белки, жиры и углеводы. Лизосомы выполняют функцию внутриклеточного переваривания питательных веществ и чужеродных компонентов, поступающих в клетку. При участии лизосом происходит очищение клеток от вредных веществ и вирусов, а также поврежденных структур самой клетки.

Митохондрии – веретенообразные структуры, в которых синтезируется аденозинтрифосфорная кислота, используемая в качестве источника энергии при химических процессах внутри клетки. Поэтому митохондрии называют «энергетическими станциями клетки». Количество, размеры и расположение митохондрий зависят от функции клетки. Например, в одной клетке печени их насчитывается до 2,5 тысяч. Митохондрии (у растений – хлоропласты), в отличие от других органелл, способны к самовоспроизведению и обладают собственным аппаратом биосинтеза белка. По существующей гипотезе, они являются потомками древних симбиотических бактерий.

В клетках присутствуют также органеллы, не имеющие мембранного строения: рибосомы, микротрубочки, клеточный центр. Рибосомы – многочисленные мелкие образования округлой формы, расположенные в основном на эндоплазматической сети. Их функция – синтез белков и аминокислот. Микротрубочки образуют клеточный скелет и участвуют в транспорте веществ внутри клетки. Клеточный центр обычно находится вблизи ядра и играет важную роль при делении клетки.

Отдельные клетки в процессе эволюции приспособились к выполнению специфических функций, поэтому они содержат особые органеллы специального назначения, например миофибриллы мышечного волокна, обеспечивающие его сокращение, нейрофибриллы и синаптические пузырьки нервных клеток, участвующие в передаче нервного импульса.

Ядро клетки
Ядро – важная структура эукариотических клеток. Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки (мышечные волокна скелетных мышц). Некоторые специализированные клетки (например, эритроциты) утрачивают ядра. Самое крупное ядро – у яйцеклетки (женская половая клетка).

Ядро окружает оболочка, пронизанная многочисленными порами, через которые происходит обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Под ядерной оболочкой располагается нуклеоплазма – желеобразный раствор, содержащий белки, ионы, хроматин и ядрышко. В ядрышке образуются рибосомы. Из хроматина перед делением клетки формируются хромосомы.

Хромосомы являются носителями наследственной информации. Число хромосом в клетках каждого биологического вида постоянно. Обычно в клетках тела хромосомы представлены парами (диплоидный набор), а в половых клетках они непарны (гаплоидный набор). Набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, величиной и формой хромосом, называют кариотипом. Кариотип человека представлен 46 хромосомами (23 пары): 44 хромосомы одинаковы у особей мужского и женского пола, а 2 хромосомы являются половыми (у женщин имеются 2 одинаковые Х-хромосомы, у мужчин – Х- и Y-хромосомы).

Ядро клетки хранит и реализует генетическую информацию, управляет процессом биосинтеза белка, участвует в распределении наследственной информации между дочерними клетками и, следовательно, играет важную роль в регуляции развития организма и всех процессов его жизнедеятельности.

Клеточные ткани

В многоклеточных организмах клетки образуют ткани. Ткань – это совокупность клеток и внеклеточного вещества, обладающих общностью происхождения, строения и функции. В человеческом организме выделяют 4 основных типа тканей.

Эпителиальная ткань
Эпителиальная ткань покрывает поверхность тела, выстилает полости внутренних органов и тем самым выполняет защитную функцию. Она активно участвует в обмене веществ организма благодаря хорошо выраженной способности всасывать и выделять вещества. Часть эпителиальных клеток специализируется на выделении секрета и составляет так называемый железистый эпителий, образующий различные железы. В зависимости от структурных и функциональных свойств различают однослойный и многослойный эпителий.

Соединительная ткань
Соединительная ткань – это кровь и лимфа, хрящевая и костная ткани, жировая ткань, различные виды собственно соединительной ткани. Эта ткань выполняет преимущественно опорную и трофическую функции. Характерная особенность соединительной ткани – наличие межклеточного вещества, которое продуцируется клетками. Межклеточное вещество имеет различную консистенцию: твердую – у кости, жидкую – у крови и лимфы. В межклеточном веществе костной ткани откладываются соли кальция.

Мышечная ткань
Мышечная ткань выполняет в организме сократительную функцию. К этой группе относят гладкую мышечную ткань, обеспечивающую сокращение сосудов и перистальтику внутренних органов, поперечнополосатую мышечную ткань, из которой построены скелетные мышцы, и сердечную мышечную ткань. Мышечное сокращение осуществляется при посредстве специальных структур – миофибрилл, расположенных в мышечных клетках.

Нервная ткань
Нервная ткань образует всю нервную систему: головной и спинной мозг, нервы и нервные узлы. Основная функция нервной ткани связана с восприятием, проведением и передачей нервного возбуждения. Нервная ткань состоит из нейронов и нейроглии.  Нервные клетки образуют нервные центры, в которых происходит обработка нервного возбуждения, а также проводящие пути, связывающие между собой эти центры. Нейроглия выполняет вспомогательную роль, связанную с питанием нервных клеток и другими функциями.

Ткани образуют органы. Орган – это часть тела, имеющая определенную форму, строение, функции и положение в организме. Каждый орган образован из ткани преимущественно одного типа, например, кость – из костной ткани, мышца – из мышечной, мозг – из нервной ткани. Однако все органы снабжены нервами и сосудами.

Органы, сходные по своему строению, функции и развитию, объединяются в системы органов: костную, мышечную, пищеварительную, дыхательную, мочевую, половую, сердечно-сосудистую, нервную и др. С помощью регуляторных механизмов системы органов тесно связаны между собой и обеспечивают жизнедеятельность целостного человеческого организма.

Обновление клеток

Большая часть клеток человека постоянно обновляется. Так, продолжительность жизни эритроцитов составляет 120 дней, клеток печени – 480 дней, а клеток кишечного эпителия – всего 3–5 дней. Последние обновляются со скоростью 1 млн клеток в 1 минуту. Наружный слой эпидермиса кожи образован роговыми чешуйками, которые постепенно слущиваются. Этот слой у человека обновляется за 7–11 дней. Нервные клетки и мышечные волокна в течение жизни не обновляются.

Автор: Ольга Гурова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры анатомии человека РУДН