Об устройстве биологической клетки и её функционировании, о клеточной биологии.
Наука, изучающая строение и функции клеток, называется цитология.
Клетка — элементарная структурная и функциональная единица живого.
Клетки, несмотря на свои малые размеры, устроены очень сложно. Внутреннее полужидкое содержимое клетки получило название цитоплазмы.
Цитоплазма является внутренней средой клетки, где проходят различные процессы и расположены компоненты клетки — органеллы (органоиды).
Клеточное ядро — это важнейшая часть клетки.
От цитоплазмы ядро отделено оболочкой, состоящей из двух мембран. В оболочке ядра имеются многочисленные поры для того, чтобы различные вещества могли попадать из цитоплазмы в ядро, и наоборот.
Внутреннее содержимое ядра получило название кариоплазмы или ядерного сока. В ядерном соке расположены хроматин и ядрышко.
Хроматин представляет собой нити ДНК. Если клетка начинает делиться, то нити хроматина плотно накручиваются спиралью на особые белки, как нитки на катушку. Такие плотные образования хорошо видны в микроскоп и называются хромосомами.
Ядро содержит генетическую информацию и управляет жизнедеятельностью клетки.
Ядрышко представляет собой плотное округлое тело внутри ядра. Обычно в ядре клетки бывает от одного до семи ядрышек. Они хорошо видны между делениями клетки, а во время деления — разрушаются.
Функция ядрышек — синтез РНК и белков, из которых формируются особые органоиды — рибосомы.
Рибосомы участвуют в биосинтезе белка. В цитоплазме рибосомы чаще всего расположены на шероховатой эндоплазматической сети. Реже они свободно взвешены в цитоплазме клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) участвует в синтезе белков клетки и транспортировке веществ внутри клетки.
Значительная часть синтезируемых клеткой веществ (белков, жиров, углеводов) не расходуется сразу, а по каналам ЭПС поступает для хранения в особые полости, уложенные своеобразными стопками, “цистернами”, и отграниченные от цитоплазмы мембраной. Эти полости получили название аппарат (комплекс) Гольджи. Чаще всего цистерны аппарата Гольджи расположены вблизи от ядра клетки.
Аппарат Гольджи принимает участие в преобразовании белков клетки и синтезирует лизосомы — пищеварительные органеллы клетки.
Лизосомы представляют собой пищеварительные ферменты, “упаковываются” в мембранные пузырьки, отпочковываются и разносятся по цитоплазме.
В комплексе Гольджи также накапливаются вещества, которые клетка синтезирует для нужд всего организма и которые выводятся из клетки наружу.
Митохондрии — энергетические органоиды клеток. Они преобразуют питательные вещества в энергию (АТФ), участвуют в дыхании клетки.
Митохондрии покрыты двумя мембранами: наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет многочисленные складки и выступы — кристы.
В мембрану крист встроены ферменты, синтезирующие за счет энергии питательных веществ, поглощенных клеткой, молекулы аденозинтрифосфата (АТФ).
Каждый день погибает один КИЛОГРАММ клеток.
Количество митохондрий в клетках различных живых существ и тканей неодинаково.
Например, в сперматозоидах может быть всего одна митохондрия. Зато в клетках тканей, где велики энергетические затраты (в клетках летательных мышц у птиц, в клетках печени), этих органоидов бывает до нескольких тысяч.
Митохондрии имеют собственную ДНК и могут самостоятельно размножаться (перед делением клетки число митохондрий в ней возрастает так, чтобы их хватило на две клетки).
Митохондрии содержатся во всех эукариотических клетках, а вот в прокариотических клетках их нет. Этот факт, а также наличие в митохондриях ДНК позволило ученым выдвинуть гипотезу о том, что предки митохондрий когда то были свободноживущими существами, напоминающими бактерии. Со временем они поселились в клетках других организмов, возможно, паразитируя в них. А затем за многие миллионы лет превратились в важнейшие органоиды, без которых ни одна эукариотическая клетка не может существовать.
Чтобы клетка представляла собой единую систему, необходимо, чтобы все ее части (цитоплазма, ядро, органоиды) удерживались вместе. Для этого в процессе эволюции развилась плазматическая мембрана, которая, окружая каждую клетку, отделяет ее от внешней среды. Наружная мембрана защищает внутреннее содержимое клетки — цитоплазму и ядро — от повреждений, поддерживает постоянную форму клетки, обеспечивает связь клеток между собой, избирательно пропускает внутрь клетки необходимые вещества и выводит из клетки продукты обмена.
Строение мембраны одинаково у всех клеток. Основу мембраны составляет двойной слой молекул липидов, в котором расположены многочисленные молекулы белков. Некоторые белки находятся на поверхности липидного слоя, другие — пронизывают оба слоя липидов насквозь.
Специальные белки образуют тончайшие каналы, по которым внутрь клетки или из нее могут проходить ионы калия, натрия, кальция и некоторые другие ионы, имеющие маленький диаметр. Однако более крупные частицы (молекулы пищевых веществ — белки, углеводы, липиды) через мембранные каналы пройти не могут и попадают в клетку при помощи фагоцитоза или пиноцитоза:
В том месте, где пищевая частица прикасается к наружной мембране клетки, образуется впячивание, и частица попадает внутрь клетки, окруженная мембраной. Этот процесс называется фагоцитозом (клетки растений поверх наружной клеточной мембраны покрыты плотным слоем клетчатки (клеточной оболочкой) и не могут захватывать вещества при помощи фагоцитоза).
Пиноцитоз отличается от фагоцитоза лишь тем, что в этом случае впячивание наружной мембраны захватывает не твердые частицы, а капельки жидкости с растворенными в ней веществами. Это один из основных механизмов проникновения веществ в клетку.
Когда в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза попадают различные питательные вещества, их необходимо переварить (т.е. белки должны разрушиться до отдельных аминокислот, полисахариды — до молекул глюкозы или фруктозы, липиды — до глицерина и жирных кислот). Чтобы внутриклеточное переваривание стало возможным, фагоцитарный или пиноцитарный пузырек должен слиться с лизосомой.
Старение — в биологии процесс постепенного нарушения и потери важных функций организма или его частей. Вследствие старения организм становится менее приспособ
В мире существуют как одноклеточные организмы, вроде некоторых бактерий, грибов и водорослей, так и многоклеточные (практически все остальные, включая людей, тигров, крокодила и тысячелетнюю секвойю). Однако в реальной жизни увидеть отдельную клетку глазами невозможно, для этого они слишком малы, и даже в лабораторных условиях это совсем не просто. И ещё более трудной задачей представляется увидеть то, что происходит внутри клетки, а ведь клетка, как вы, конечно, знаете, это именно то, что поддерживает нашу жизнь.
И даже такая формулировка не совсем верна: не столько клетки поддерживают нашу жизнь, сколько мы — и есть скопления клеток. В многоклеточных организмах разные органы и составляющие их клетки имеют специализации: кто-то отвечает за защиту организма инфекций, кто-то — за репродуктивные функции, кто-то — за когнитивные функции; есть клетки печени, почек, поджелудочной, мозга — и все они выполняют разные функции. Но до недавнего времени мы практически ничего не знали о том, что происходит внутри них.
И хотя непосредственное наблюдение внутриклеточной жизни всё ещё представляет собой проблему, учёные, на основе большого числа экспериментов, сумели установить примерно, что и в каких отделах клетки (а клетка — это не единое целое, она сама состоит из большого числа элементов) происходит. И теперь мы можем оценить, насколько сложные процессы протекают постоянно (да, и в тот момент, когда вы это читаете) в каждой из примерно 100 триллионов наших клеток.
Для этого мы предлагаем вам посмотреть анимационные ролики о том, как устроена внутренняя жизнь клетки. Эти ролики, основанные на многолетних исследованиях учёных по всему миру, были сделаны совместно с Гардвардским университетом. В них нет объяснений (да и чтобы рассказать в деталях то, что там показано, потребуется пара полноценных курсов молекулярной биологии), но в данном случае они и не нужны, потому что служат немного другой цели: показать, как восхитительно устроен мир, насколько он сложен и прекрасен, насколько сложны даже маленькие клетки, из которых состоит всё живое на Земле. Согласитесь, в повседневной жизни мы об этом явно не задумываемся.
Как белые кровяные тельца (лейкоциты), призванные защищать нас от инфекций, сканируют своё микроокружение и реагируют на его изменение в случае какой-либо внешней угрозы:
Второй ролик посвящён митохондриям — энергетическим станциям клетки, основная функция которых состоит в том, чтобы обеспечивать клетки энергией для существования, размножения и прочей их работы:
Ещ один ролик — об упаковке белков в клетке. В клетках постоянно синтезируются новые белки, которые необходимы для полноценной жизни и работы, но чтобы эти белки могли выполнять свои функции, они должны пройти сложную систему обработки:
Согласитесь, трудно представить, что всё это происходит в клетках нашего тела прямо сейчас?