Доказательство что клетка живая система
Элементарная живая система: почему клетка — основа жизни
Что отделяет жизнь от нежизни, как образуются новые клетки и почему опухоль — это бунт против многоклеточности
Самоорганизация — процесс упорядочения элементов одного уровня в системе за счет внутренних факторов, без внешнего специфического воздействия. Гипотеза об упорядочении в системе за счет ее внутренней динамики высказывалась философом Р. Декартом в пятой части «Рассуждения о методе».
Метилирование ДНК заключается в присоединении метильной группы к цитозину в составе CpG-динуклеотида в позиции С5 цитозинового кольца. Метилирование в промоторной зоне гена, как правило, приводит к его супрессии.
Активный транспорт — перенос вещества через клеточную мембрану или через слой клеток, протекающий из области низкой концентрации в область высокой, то есть с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии для осуществления активного транспорта служит энергия макроэргических связей АТФ.
Николай Константинович Кольцов (1872–1940) — русский биолог, основатель русской советской школы экспериментальной биологии, автор основополагающей идеи матричного синтеза хромосом
Большинство генов эукариот имеет прерывистое строение, они содержат кодирующие последовательности — экзоны и некодирующие последовательности — интроны. В зрелой молекуле мРНК присутствуют только экзоны, а интроны вырезаются из первичного транскрипта в процессе сплайсинга.
Эндоплазматический ретикулум — внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев
Лактозный оперон — полицистронный оперон бактерий, кодирующий гены метаболизма лактозы. Регуляция экспрессии генов метаболизма лактозы у кишечной палочки была впервые описана в 1961 году учеными Франсуа Жакобом и Жаком Моно. Бактериальная клетка синтезирует ферменты, принимающие участие в метаболизме лактозы, лишь в том случае, когда лактоза присутствует в окружающей среде и клетка испытывает недостаток глюкозы.
Клетка как структурная и функциональная единица живого: особенности строения и значения клеток
Клетка как структурная и функциональная единица живого
Элементарная живая система
Организмы с клеточным строением — это основные прогрессивные формы жизни на нашей планете.
Клетка как живая система (элементарная) лежит в основе строения и развития всех растительных и животных организмов. Клетка — элементарная единица живого и самая мелкая единица организма, способная к жизни и обладающая основными признаками целого организма.
Все живые существа характеризуются клеточным типом организации. Исключение — вирусы, которые являются эволюционно неклеточными организмами и могут размножаться только, находясь в клетках других организмов.
Клетка — это элементарная структурная единица живого организма, представляющая собой дифференцированный и окруженный клеточной мембраной участок цитоплазмы.
Исходя из функций, можно утверждать, что клетка — главный структурный, функциональный и воспроизводительный элемент живой материи.
При этом, клетки способны существовать как самостоятельные организмы и входя в состав многоклеточных организмов.
Из одной клетки состоит организм бактерий, отдельных водорослей (хлореллы, хламидомонады), низших грибов (дрожжи, мукор), простейших животных (инфузория, эвглена, амёба и др). На этой клетке лежат все функции многоклеточного организма: дыхание, размножение, питание, движение и др. Практически все тела животных и растений сформированы при помощи огромного числа клеток, каждая из которых выполняет в организме определенные функции. Эти группы клеток стоят у начала формирования различных тканей.
Особенности строения и значение клеток
Клетки тканей имеют ряд общих морфологических особенностей и схожих функциональных свойств несмотря на различия в строении и разные функции. К таким морфологическим особенностям относятся, например, сформированное ядро и похожий набор органоидов. Среди общих функциональных свойств выделяются биосинтез белков, процессы, связанные с размножением, использование и превращение энергии.
Все это говорит о том, что у всех живых организмов на планете общее происхождение, а также о том, что органический мир характеризуется единообразием.
У клетки есть типичные структурные элементы:
Если говорить о клетках растений, то для них характерно наличие вакуоли, хорошо оформленной целлюлозной оболочки, пластид.
Чем же клетки между собой различаются?
Есть несколько моментов, которые указывают на различия между клетками:
Для некоторых клеток вообще не свойственно постоянство формы. Речь идет об амебоидных клетках (лейкоцитах).
Стандартные размеры большинства клеток многоклеточных организмов — 10-100 мкм. Размеры мельчайших клеток — 2-4 мкм.
Отдельные растительные клетки, у которых большие вакуоли в цитоплазме, характеризуются большими размерами. К примеру, это клетки арбузного мякиша, лимона, которые можно увидеть без каких-либо специальных устройств. Яйцеклетки птиц и некоторых рыб обладают очень большими размерами — их диаметр достигает нескольких сантиметров. Отростки нервных клеток могут достигать одного метра и больше.
Размер тела животного не определяет размер его клеток.
Структурно-функциональная единица печени мыши или лошади одинаковая по своим размерам.
В любом организме достаточно много клеток. Небольшое количество клеток характерно для отдельных многоклеточных организмов.
К примеру, организм коловратки (а это относительно большое животное) содержит всего 400 клеток. Самые многоклеточные структуры в организме людей и позвоночных животных — клетки крови и головного мозга.
У многоклеточных животных небольшие по размерам клетки и большое их количество формируют огромную поверхность. Благодаря этому обеспечивается быстрый обмен веществ.
Клетка как элементарная живая система
Химический состав клетки. Вода и минеральные соли как неорганические вещества в составе клетки. Состав белков, углеводов, нуклеиновых кислот, жиров и липоидов в клетке. Развитие и формулировка основных положений клеточной теории строения организмов.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.06.2016 |
| Размер файла | 22,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Химический состав клетки
2. Неорганические вещества в составе клетки
3. Органические вещества в составе клетки
4. Клеточная теория строения организмов
В дальнейшем клеточное строение многих частей растений видели и описали М. Мальпиги и Н. Грю, а также А Левенгук.
Клетка является сложной саморегулирующейся системой, в которой одновременно и в определённой последовательности происходят сотни химических реакций, направленных на поддержание её жизнедеятельности, рост и развитие.
1. Химический состав клетки
В клетках обнаружено около 60 элементов периодической системы Менделеева, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. В живых организмах наиболее распространены водород, кислород, углерод и азот, которые составляют около 98% массы клеток. Такое обусловлено особенностями химических свойств водорода, кислорода, углерода и азота, вследствие чего они оказались наиболее подходящими для образования молекул, выполняющих биологические функции. Эти четыре элемента способны образовывать очень прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, принадлежащих двум атомам. Ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества различных органических молекул. Поскольку атомы углерода легко образуют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а также с серой, органические молекулы достигают исключительной сложности и разнообразия строения.
Кроме четырех основных элементов в клетке в заметных количествах (10 ые и 100 ые доли процента) содержатся железо, калий, натрий, кальций, магний, хлор, фосфор и сера. Все остальные элементы (цинк, медь, йод, фтор, кобальт, марганец и др.) находятся в клетке в очень малых количествах и поэтому называются микроэлементами.
состав клетка вещество теория
2. Неорганические вещества в составе клетки
3. Органические вещества в составе клетки
Цепь аминокислотных звеньев, соединенных ковалентное пептидными связями в определенной последовательности, называется первичной структурой белка. В клетках белки имеют вид спирально закрученных волокон или шариков (глобул). Это объясняется тем, что в природном белке полипептидная цепочка уложена строго определенным образом в зависимости от химического строения входящих в ее состав аминокислот.
Вначале полипептидная цепь сворачивается в спираль. Между атомами соседних витков возникает притяжение и образуются водородные связи, в частности, между NH- и СО- группами, расположенными на соседних витках. Цепочка аминокислот, закрученная в виде спирали, образует вторичную структуру белка. В результате дальнейшей укладки спирали возникает специфичная для каждого белка конфигурация, называемая третичной структурой. Третичная структура обусловлена действием сил сцепления между гидрофобными радикалами, имеющимися у некоторых аминокислот, и ковалентными связями между SH- группами аминокислоты цистеина (S-S- связи). Количество аминокислот гидрофобными радикалами и цистеина, а также порядок их расположения в полипептидной цепочке специфичны для каждого белка. Следовательно, особенности третичной структуры белка определяются его первичной структурой. Биологическую активность белок проявляет только в виде третичной структуры. Поэтому замена даже одной аминокислоты в полипептидной цепочке может привести к изменению конфигурации белка и к снижению или утрате его биологической активности. Эти белки участвуют во всех видах движений, к которым способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у животных, движение листьев у растений и др. Транспортная функция белков заключается в присоединении химических элементов (например, гемоглобин присоединяет О) или биологически активных веществ (гормонов) и переносе их к тканям и органам тела. Защитная функция выражается в форме выработки особых белков, называемых антителами, в ответ на проникновение в организм чужеродных белков или клеток. Антитела связывают и обезвреживают чужеродные вещества. Белки играют немаловажную роль как источники энергии. При полном расщеплении 1г. белков выделяется 17,6 кДж (
В живой клетке углеводы находятся в количествах, не превышающих 1-2, иногда 5% (в печени, в мышцах). Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание достигает в некоторых случаях 90% от массы сухого вещества (семена, клубни картофеля и т.д.).
Углеводы выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Целлюлоза образует стенки растительных клеток. Сложный полисахарид хитин служит главным структурным компонентом наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1г. углеводов освобождается 17,6 кДж (
4,2 ккал). Крахмал у растений и гликоген у животных откладываются в клетках и служат энергетическим резервом.
Из схемы видно, что нуклеотиды соединены друг с другом не случайно, а избирательно. Способность к избирательному взаимодействию аденина с тимином и гуанина с цитозином называется комплементарностью. Комплементарное взаимодействие определенных нуклеотидов объясняется особенностями пространственного расположения атомов в их молекулах, которые позволяют им сближаться и образовывать Н-связи. В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой через сахар (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты.
9,3 ккал). Содержание жира в клетке колеблется в пределах 5-15% от массы сухого вещества. В клетках живой ткани количество жира возрастает до 90%. Накапливаясь в клетках жировой ткани животных, в семенах и плодах растений, жир служит запасным источником энергии.
Жиры и липоиды выполняют и строительную функцию6 они входят в состав клеточных мембран. Благодаря плохой теплопроводности жир способен к защитной функции. У некоторых животных (тюлени, киты) он откладывается в подкожной жировой ткани, образуя слой толщиной до 1м. Образование некоторых липоидов предшествует синтезу ряда гормонов. Следовательно, этим веществам присуща и функция регуляции обменных процессов.
4. Клеточная теория строения организмов
Такое представление о клетке установилось в науке не сразу. Сама клетка (точнее, клеточная оболочка) была открыта в XVII в. Английским физиком Р. Гуком. Рассматривая под микроскопом срез пробки, Гук обнаружил, что она состоит из ячеек, разделенных перегородками. Эти ячейки он назвал клетками. Долгое время главной частью клетки считали ее оболочку. Лишь в XIX в. Ученые обратили внимание на полужидкое студенистое содержимое, заполняющее клетку. В 1831 г. английский ботаник Б. Броун обнаружил в клетках ядро. Это открытие послужило важной предпосылкой для установления сходства между клетками растений и животных. Ботаник М. Шлейден доказал, что ядро есть в любой растительной клетке.
Клеточная теория строения была сформулирована и опубликована Т. Шванном в 1839г. Она сыграла огромную роль в развитии биологии. Исчезла казавшаяся непроходимой пропасть между царством растений и царством животных. Провозглашая единство живого мира, клеточная теория послужила одной из предпосылок возникновения теории эволюции Ч. Дарвина.
В настоящее время основные положения клеточной теории формулируются следующим образом:
1) Клетка является структурно-функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов;
2) Клеткам присуще мембранное строение;
4) Клетки размножаются только делением;
1. Биология. Пособие для поступающих в вузы. (1984г.) «Высшая школа» Э.В. Семенов, С.Г. Мамонтов, В.Л. Коган.
2. Биология. Введение в общую биологию и экологию. 9 класс. (2008г.). «Дрофа» А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. пасечник.
3. Мегаэнциклопедия, http://mega.km.ru
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Клетка–элементарная единица жизни на Земле. Химический состав клетки. Неорганические и органические вещества: вода, минеральные соли, белки, углеводы, кислоты. Клеточная теория строения организмов. Обмен веществ и преобразование энергии в клетке.
реферат [36,2 K], добавлен 13.12.2007
Общая характеристика клетки: форма, химический состав, отличия эукариот от прокариот. Особенности строения клеток различных организмов. Внутриклеточное движение цитоплазмы клетки, метаболизм. Функции липидов, углеводов, белков и нуклеиновых кислот.
лекция [44,4 K], добавлен 27.07.2013
Изучение клеточной теории строения организмов, основного способа деления клеток, обмена веществ и преобразования энергии. Анализ признаков живых организмов, автотрофного и гетеротрофного питания. Исследование неорганических и органических веществ клетки.
реферат [39,6 K], добавлен 14.05.2011
Содержание клеточной теории. Общий план строения клетки. Биологически активные вещества. Структурная и функциональная единица живых организмов. Освещение истории зарождения понятий о клетке в трудах А. Левенгука, Р. Гука, Р. Броуна, П.Ф. Горянинова.
презентация [2,0 M], добавлен 25.11.2015
Общая характеристика живой и неживой природы. Неорганические и органические вещества в клетке: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы, соли, вода, нуклеиновые кислоты, углеводы, белки, липиды. Понятие биогенных элементов. Свойства воды.
презентация [3,7 M], добавлен 26.04.2012
Клетка как элементарная целостная живая система, основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений, общая характеристика химического состава. Знакомство с особенностями строения ядра. Рассмотрение основных функций эндоплазматической сети.
презентация [2,1 M], добавлен 10.12.2013
Основные виды нуклеиновых кислот. Строение и особенности их строения. Значение нуклеиновых кислот для всех живых организмов. Синтез белков в клетке. Хранение, перенос и передача по наследству информации о структуре белковых молекул. Строение ДНК.
презентация [628,3 K], добавлен 19.12.2014
Тест ЕГЭ Биология 11 класс Бесплатно Клеточная теория. Макро и микроэлементы клетки
Современная клеточная теория
Всем живым организмам: растениям, животным, бактериям- присуще клеточное строение.
Клетка— элементарная живая система, основная структурная и функциональная единица растительных и животных организмов, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
Растительная клетка была открыта английским ученым Робертом Гуком в 1665 году, им же был предложен этот термин.
Антоний Левенгук впервые рассмотрел под микроскопом и зарисовал сперматозоиды (1677), бактерии (1683), клетки крови- эритроциты, а также простейших, таких как инфузория-туфелька.
Луи Пастер— один из основоположников микробиологии и иммунологии; создал вакцину против сибирской язвы и прививки против бешенства, поставил точку в споре о самозарождении некоторых живых существ в 1862 году и доказал невозможность этого.
Цитология- наука изучающая строение клетки, ее жизнедеятельность и взаимодействие с окружающей средой
Клеточная теория— одно из величайших научных обобщений 19 века.
Создали эту теорию в 1838–1839 годах немецкий ученый Т. Шванн, который опирался на работы М. Шлейдена и Л.Окена, а 1858г. она была дополнена Р. Вирховым.
Р. Вирхов доказал, что все клетки возникают из других клеток, а не из межклеточного вещества, как считали раньше.
Клеточная теория является обобщенным представлением о строении и функциях клеток как единиц живого, об их размножении и роли в формировании многоклеточных организмов.
Основные положения клеточной теории:
1. Клетка- единица строения, жизнедеятельности, роста и развития живых организмов; вне клетки жизни нет.
2. Клетка- единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование.
3. Клетки всех организмов сходны по своему химическому составу, строению и функциям, что свидетельствует о единстве живой природы.
4. Новые клетки образуются только в результате деления материнских клеток («клетка от клетки»).
5. Клетки многоклеточных организмов образуют ткани, из тканей состоят органы. Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.
6. Клетки многоклеточных организмов имеют полный набор генов, но отличаются друг от друга тем, что у них работают различные группы генов, следствием чего является морфологическое и функциональное разнообразие клеток- дифференцировка.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Развитие знаний о клетке
Клеточная теория способствовала пониманию того, что клетка является самой мельчайшей единицей жизни, которой присущи все признаки живого (размножение, обмен веществ, дыхание и др.).
До изобретения микроскопа люди не знали о существовании клеток.
Прибор для изучения микромира,микроскоп. был изобретен приблизительно в 1590 году голландскими механиками Гансом и Захарием Янсенами.
На основе это этого микроскопа был создан сложный микроскоп Корнелиусом Дреббелем (1572–1634).
В 1665 году английский ученый-физик Роберт Гук (1635–1703) усовершенствовал микроскоп и технологию изготовления линз. Желая убедиться в улучшении качества изображения, он рассматривал под ним срезы пробкового дерева, древесного угля и срезы живых растений.
На срезах растений он обнаружил мельчайшие поры, которые были похожи на пчелиные соты, и назвал их клетками.
Во второй половине XVII века появились работы виднейших микроскопистов Марчелло Мальпиги (1628–1694) и Неемии Грю (1641–1712), также обнаруживших ячеистое (клеточное) строение многих растений.
Антони ван Левенгук самостоятельно разработал конструкцию микроскопа, принципиально отличавшуюся от уже существующей, и усовершенствовал технологию изготовления линз, которые достигали большего увеличения, что позволило открыть одноклеточных животных (инфузорий), а также бактерии и дрожжи.
В клетках растений обнаружил ядра, хлоропласты, утолщения клеточных стенок.
Описал и зарисовал почкование гидр.
Гуго фон Моль различил в клетках растений живое вещество и водянистую жидкость (клеточный сок), обнаружил поры.
Английский ботаник Роберт Броун (1773–1858) в 1831 году открыл ядро в клетках орхидей, затем оно было обнаружено во всех растительных клетках.
Матиас Шлейден (1804–1881) изучал развитие и дифференциацию разнообразных клеточных структур высших растений, рассмотрел в ядрах клеток чешуи лука округлые тельца-ядрышки (1842).
В 1827 году русский ученый-эмбриолог Карл Бэр обнаружил яйцеклетки человека и других млекопитающих и доказал формирование многоклеточного животного организма из единственной клетки- оплодотворенной яйцеклетки, а также сходство стадий зародышевого развития многоклеточных животных, которое наводило на мысль о единстве их происхождения.
Все научные открытия, которые были накоплены к середине XIX века, требовали обобщения, в результате и появилась клеточная теория.
В 1880 г. Уолтер Флемминг описал хромосомы и процессы, происходящие при митозе.
С 1903 г. стала развиваться генетика.
Начиная с 1930 г. стала бурно развиваться электронная микроскопия, что позволило ученым изучать тончайшее строение клеточных структур.
XX век стал веком расцвета биологии и таких наук, как цитология, генетика, эмбриология, биохимия, биофизика.
Без создания клеточной теории это развитие было бы невозможным.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Живая клетка
Содержание
Строение клеток
Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток — прокариоты (предъядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариотические клетки — более простые по строению, по-видимому, они возникли в процессе эволюции раньше. Эукариотические клетки — более сложные, возникли позже. Клетки, составляющие тело человека, являются эукариотическими.
Несмотря на многообразие форм организация клеток всех живых организмов подчинена единым структурным принципам.
Живое содержимое клетки — протопласт — 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.
Прокариотическая клетка
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.
Эукариотическая клетка
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 двухцепочечных 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 (кроме динофлагеллят) 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 эукариотической клетки
Поверхностный комплекс животной клетки
Состоит из гликокаликса, плазмалеммы и расположенного под ней кортикального слоя цитоплазмы. 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. На сохранение целостности своей мембраны клетка не тратит энергии: молекулы удерживаются по тому же принципу, по которому удерживаются вместе молекулы жира — гидрофобным частям молекул термодинамически выгоднее располагаться в непосредственной близости друг к другу. Гликокаликс представляет из себя «заякоренные» в плазмалемме молекулы олигосахаридов, полисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов. Гликокаликс выполняет рецепторную и маркерную функции. Плазматическая мембрана животных клеток в основном состоит из фосфолипидов и липопротеидов со вкрапленными в нее молекулами белков, в частности, поверхностных антигенов и рецепторов. В кортикальном (прилегающем к плазматической мембране) слое цитоплазмы находятся специфические элементы цитоскелета — упорядоченные определённым образом актиновые микрофиламенты. Основной и самой важной функцией кортикального слоя (кортекса) являются псевдоподиальные реакции: выбрасывание, прикрепление и сокращение псевдоподий. При этом микрофиламенты перестраиваются, удлиняются или укорачиваются. От структуры цитоскелета кортикального слоя зависит также форма клетки (например, наличие микроворсинок).
Структура цитоплазмы
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 гранулярному (или шероховатому) эндоплазматическому ретикулуму, на его мембранах происходит синтез белков. Те компартменты, на стенках которых нет рибосом, относят к гладкому (или агранулярному) 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.
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. Аппарат Гольджи асимметричен — цистерны располагающиеся ближе к ядру клетки (цис-Гольджи) содержат наименее зрелые белки, к этим цистернам непрерывно присоединяются мембранные пузырьки — везикулы, отпочковывающиеся от эндоплазматического ретикулума. По-видимому, при помощи таких же пузырьков происходит дальнейшее перемещение созревающих белков от одной цистерны к другой. В конце концов от противоположного конца органеллы (транс-Гольджи) отпочковываются пузырьки, содержащие полностью зрелые белки.
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 выходят в цитоплазму. Сборка рибосом также происходит в ядре, в специальных образованиях, называемых ядрышками. Компартмент для ядра — кариотека — образован за счет расширения и слияния друг с другом цистерн эндоплазматической сети таким образом, что у ядра образовались двойные стенки за счет окружающих его узких компартментов ядерной оболочки. Полость ядерной оболочки называется люменом или перинуклеарным пространством. Внутренняя поверхность ядерной оболочки подстилается ядерной ламиной, жесткой белковой структурой, образованной белками-ламинами, к которой прикреплены нити хромосомной ДНК. 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.
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). Центриоль представляет собой цилиндр, боковая поверхность которого образована девятью наборами микротрубочек. Количество микротрубочек в наборе может колебаться для разных организмов от 1 до 3.
Вокруг центриолей находится так называемый центр организации цитоскелета, район в котором группируются минус концы микротрубочек клетки.
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 путем синтеза новой структуры, перпендикулярной существующей.
Центриоли, по-видимому, гомологичны базальным телам жгутиков и ресничек.
Митохондрии
Митохондрии — особые органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ — универсального носителя энергии. Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) происходит также за счет 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.
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 соответсвующие им продукты синтезируются в цитоплазме, а затем транспортируются в митохондрии. Геномы митохондрий отличаются по размерам: например геном человеческих митохондрий содержит всего 13 генов. Самое большое число митохондриальных генов (97) из изученных организмов имеет простейшее Reclinomonas americana.
Сопоставление про- и эукариотической клеток
Наиболее важным отличием эукариот от прокариот долгое время считалось наличие оформленного ядра и мембранных органоидов. Однако к 1970—1980-м гг. стало ясно, что это лишь следствие более глубинных различий в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг. белки, гомологичные основным белкам цитоскелета эукариот, были обнаружены и у бактерий.
Анаплазия
Разрушение клеточной структуры (например, при злокачественных опухолях) носит название анаплазии.
История открытия клеток
Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный нам благодаря закону Гука). В 1663 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук (Anton van Leeuwenhoek, 1632—1723) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» — движущиеся живые организмы. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. Однако клеточная теория строения организмов сформировалась лишь к середине XIX века, после того как появились более мощные микроскопы и были разработаны методы фиксации и окраски клеток. Одним из её основоположников был Рудольф Вирхов, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.