что такое клеточный в биологии

Клеточная биология

Цитоло́гия (греч. κύτος — пузырьковидное образование и λόγος — слово, наука) — раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

Также используются термины клеточная биология, биология клетки (англ. Cell Biology ).

Возникновение и развитие цитологии

Термин клетка впервые употребил Роберт Гук в 1665 году при описании своих «исследований строения пробки с помощью увеличительных линз». В 1674 году Антони ван Левенгук установил, что вещество, находящееся внутри клетки, определенным образом организовано. Он первым обнаружил клеточные ядра. На этом уровне представление о клетке просуществовало еще более 100 лет.

Изучение клетки ускорилось в 1830-х годах, когда появились усовершенствованные микроскопы. В 1838—1839 ботаник Маттиас Шлейден и анатом Теодор Шванн практически одновременно выдвинули идею клеточного строения организма. Т. Шванн предложил термин «клеточная теория» и представил эту теорию научному сообществу. Возникновение цитологии тесно связано с созданием клеточной теории — самого широкого и фундаментального из всех биологических обобщений. Согласно клеточной теории, все растения и животные состоят из сходных единиц — клеток, каждая из которых обладает всеми свойствами живого.

Важнейшим дополнение клеточной теории явилось утверждение знаменитого немецкого натуралиста Рудольфа Вирхова, что каждая клетка образуется в результате деления другой клетки.

Источник

Краткое введение в Клеточную биологию

Последние пару лет я занимаюсь исследованиями в области биологии растительной клетки, в частности, я занимаюсь вопросом сигналинга и регуляции клеточных процессов. В свободное время балуюсь биоинформатикой, классическими ML задачами, и спортивной биомеханикой. Этой весной я, по счастливой случайности выплыл в реальный мир и пообщался с реальными людьми, что позволило мне понять, как мало обычный человек знает о том, как устроен его организм и мир вокруг. Это и натолкнуло меня на мысль написать цикл статей о том как устроен наш организм, как работают клетки и как наконец хранится информация в ДНК (подробные описания встречаются, увы, крайне редко, а ведь для понимания работы ДНК не хватает знания о 4 нуклеотидах). Но начну я пожалуй с самого простого, с состава клеток (для начала в очень упрощенной форме).

Ни для кого не секрет, что почти все живое в этом мире состоит из клеток, будь то мы с вами, любимый кот, водоросли, или бактерии помогающие переваривать все то, чем современный человек загружает свой желудок. Однако большинство людей почти ничего не знает о том, как устроены клетки и как они работают. Многие из вас могут возразить, что их работа не связанна с биологией и эти знания им не нужны, и это ваше право. Однако в большинстве насущных проблем биологическое знание может нам помочь (например понять абсурдность рекламы большинства омолаживающих кремов, важности антибиотиков и их правильного приема, всю абсурдность споров на тему ГМО и т.д.).

Для начала, в каких пределах варьируют размеры клеток? Одной из самых маленьких клеток является Mycoplasma genitalium. По сути это мелкий паразит, живущий на слизистой приматов (половые + дыхательные путей). И она по-настоящему маленькая, примерно 300 нанометров в диаметре (кто забыл, нанометр это 0.000000001 метра). Самой большой клеткой является страусовое яйцо. Да! Это всего одна клетка, просто непривычно большая. Средняя же клетка нашего тела примерно 5-20 мкм в диаметре. Что бы было понятней, сравним с простым листом A4.

Собственно клеток в нашем организме довольно много, и по разным оценкам много это от 1 до 100 триллионов. Последнее время я сталкивался с цифрой в 37 триллионов, остановимся на ней. Клетка состоит из мембраны, различных «органов», называемых органоидами. Все остальное пространство в ней заполнено цитоплазмой.

Клеточное ядро

Мы привыкли, что в одной клетке одно ядро, максимум 2. На самом деле существуют заметные выбросы из этих данных. Так у инфузории туфельки 2 ядра, а в некрофагах их может быть до сотни. Ядро относится к двумембранным органоидам, то есть окружена двумя мембранами, контролирующими транспорт веществ в него и наружу. Именно в нем хранится почти 99,9% всей ДНК клетки и именно оно содержит всю необходимую клетке наследственную информацию. Хранение ДНК не единственная задача ядра, в нем так же осуществляется синтез рибосом, о которых я расскажу чуть позже.

Митохондрия

В клетках эукариот именно они отвечают за производство энергии (помимо еще парочки путей производства энергии о которых мы пока говорить не будем). Обычно в клетке несколько митохондрий и их совокупность называется митохондрионом. Как и ядро, митохондрия так же является двумембранным органоидом. Однако структура мембран отличается от ядерной, но не будем усложнять. Митохондрии часто называют полуавтономными органоидами. Почему? Потому что внутри митохондрии содержится собственная ДНК, кодирующая часть собственных ферментов и участвующая в регуляции работы органоида. Также у них имеется собственная система синтеза белка. По своим размерам митохондрии напоминают бактерии. И стоит отметить, что существует теория их бактериального происхождения. Предполагается, что древние предки современных эукариотических клеток вступили в симбиоз с древними бактериями, «переехавшими» жить внутрь клеток. Клетки обеспечивали им постоянную среду и приток всех необходимых элементов, в связи с чем бактериальные клетки, в процессе эволюции, утратили уже ненужные гены для выживания в суровых условиях окружающей среды. В свою очередь они стали своего рода фабриками по трансформации соединений вроде глюкозы в АТФ (форму энергии, в основном используемую клеткой).

Лизосомы

В отличие от ранее описанных органоидов лизосомы имеют лишь одну мембрану, да и как можно заметить они намного меньше чем ядро, или митохондрии. Под липидной оболочкой лизосомы содержится пуль гидролитических ферментов. Не смотря на свой размер она участвует в целом ряде процессов. Так она переваривает крупные полимеры белков и углеводов, попавших в клетку; может также переваривать старые (сломавшиеся) клеточные органеллы; участвует в иммунных ответах (с их помощью макрофаги переваривают вредные бактерии); регулирует процессы роста и наконец участвует в ряде сигнальных путей. Но мы пока запомним, что они участвуют в переваривании различных веществ, попавших в клетку, для дальнейшего их использования при биосинтезе клеточных структур, или выработке энергии митохондриями.

Рибосомы

На них я сегодня планирую закончить свой рассказ. Данные органеллы являются безмембранными. Да и сами по себе они самые маленькие (если не считать отдельных элементов клеточного скелета и одиночных ферментов). Созданные в ядре и питаемые АТФ произведенной митохондриями они усиленно синтезируют клеточные белки (начиная от мелких сигнальных белков, заканчивая ферментами и крупными клеточными структурами типа ионных каналов и т.д.). В клетке их огромное множество, по разным оценкам от 1 до 5 миллионов. Так же стоит отметить, что существует два типа рибосом, первый, более крупный располагается в цитоплазме клеток, второй же характерен для внутреннего содержимого митохондрий.

Я все еще не рассказал о таких важных компонентах, как комплекс Гольджи и эндоплазматический ретикулум. Но об этом потом.

Давайте подытожим и сформируем логическую цепочку происходящего.

Ядро содержит информацию, регулирующую работу всей клетки. Поступающие извне вещества, при необходимости, перевариваются в лизосомах, а продукты распада используются для синтеза компонентов клетки и производства энергии, за которое отвечают митохондрии. Потраченная энергия используется для синтеза белков рибосомами, находящимися как внутри митохондрий, так и в клеточной цитоплазме.

Источник

Клетки живых организмов

Введение

Что же такое клетка?

Определение понятия

Клетка — это структурная, функциональная и генетическая единица всего живого, содержащая наследственную информацию, состоящая из мембранной оболочки и цитоплазмы с органоидами, способная к поддержанию гомеостаза, обмену, размножению и развитию. © 2015-2020 Сазонов В.Ф. © 2016-2020 kineziolog.su

Более краткое, но неполное определение: Клетка — это элементарная (наименьшая и простейшая) единица жизни.

Более полное определение клетки:

Клетка — это ограниченная активной мембраной упорядоченная, структурированная система биополимеров, образующих цитоплазму, ядро и органоиды. Эта биополимерная система участвует в единой совокупности метаболических, энергетических и информационных процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Ткань — это совокупность клеток, сходных по строению, функциям и происхождению, совместно выполняющих общие функции. У человека в составе четырех основных групп тканей (эпителиальной, соединительной, мышечной и нервной) имеется около 200 различных видов специализированных клеток [Фалер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки: Руководство для врачей. / Пер. с англ. — М.: БИНОМ–Пресс, 2004. — 272 с.].

Живой организм начинается от клетки. Вне клетки жизни нет, вне клетки возможно только временное существование молекул жизни, например, в виде вирусов. Но для активного существования и размножения даже вирусам нужны клетки, пусть даже и чужие.

Строение клетки

На рисунке, представленном ниже, даны схемы строения 6 биологических объектов. Проанилизируйте, какие из них можно считать клетками, а какие нельзя, согласно двум вариантам определения понятия «клетка». Оформите свой ответ в виде таблички:

Видео: Строение клетки кратко

Строение клетки под электронным микроскопом

Мембрана

Важнейшей универсальное структурой клетки является клеточная мембрана (синоним: плазмолемма), покрывающая клетку в виде тонкой плёнки. Мембрана регулирует отношения между клеткой и окружающей её средой, а именно: 1) она частично отделяет содержимое клетки от внешней среды, 2) связывает содержимое клетки с внешней средой.

Клеточная оболочка (=клеточная стенка, =целлюлозная оболочка)

Не следует путать тонкую клеточную мамбрану плазмолемму с толстой целлюлозной клеточной оболочкой, которая есть у растительных клеток. Мембрану не видно в световой микроскоп, она видна только под электронным микроскопом. А клеточную стенку видно уже под небольшим увеличением даже в школьные световые микроскопы (например, на препарате кожицы лука). И даже первооткрыватель клеток и создатель этого термина Роберт Гук смог увидеть её в свой ещё несовершенный световой микроскоп.

Второй по значению и универсальности клеточной структурой является ядро. Оно есть не во всех клетках, в отличие от клеточной мембраы, поэтому мы и ставим его на второе место. В ядре находятся хромосомы, содержащие двойные нити ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Участки ДНК являются матрицами для построения информационных РНК, которые в свою очередь служат матрицами для построения в цитоплазме всех белков клетки. Таким образом, в ядре содержатся как бы «чертежи» строения всех белков клетки.

Цитоплазма

Это полужидкая внутренняя среда клетки, разделённая внутриклеточными мембранами на отсеки. Она обычно имеет цитоскелет для поддержания определённой формы и находится в постоянном движении. В цитоплазме находятся органоиды и включения.

Органоиды

На третье место можно поставить все остальные клеточные структуры, которые могут иметь собственную мембрану и называются органоидами.

Органоиды – это постоянные, обязательно присутствующие структуры клетки, выполняющие специфические функции и имеющие определенное строение. По строению органоиды можно разделить на две группы: мембранные, в состав которых обязательно входят мембраны, и немембранные. В свою очередь, мембранные органоиды могут быть одномембранными – если образованы одной мембраной и двумембранными – если оболочка органоидов двойная и состоит из двух мембран.

Включения

Клеточные структуры, включая органоиды (подробнее)

Видеолекция. В.Ф. Сазонов: Функционирование клетки. Общие представления о жизнедеятельности клетки живого организма

1. Видео по теме лекции: Одноклеточность

2. Видеолекция: Клеточное строение организма

3. Видео: Строение клетки (на английском языке с русскими субтитрами). Рекомендуется для продвинутого уровня.

Видео: Клетки тела

Видео: Знакомство с клетками тела

4. Видео: Исторический подход к понятию «клетка» (для самостоятельного просмотра)

Видео: Органоиды клетки

Видеолекция: Строение клетки, органоиды

5. Видео: Обзор строения клетки: Разнообразие клеток человека (рекомендуется к просмотру в конце курса Цитологии для закрепления и расширения полученных ранее знаний)

Лектор: Егоров Егор Евгеньевич, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН

Дополнительные материалы

Видеолекция: Биология клетки. д.б.н. Е. Шеваль

Содержание видео: 0:10 Наука о клетке 10:40 Плазматическая мембрана 25:10 Клеточные органеллы 34:15 Компактизованный геном 46:25 Живая клетка 55:10 Размножение клеток 1:08:00 Общение клеток 1:17:15 Гибель клеток 1:31:15 Межклеточное вещество 1:44:48 Ткани животных

Источник

Клетка (в биологии)

Содержание

Введение

На фотографиях зелёный флуоресцентный белок показывает расположение различных частей клетки

Клетка — слово прибывает от латинского cellula, значения, маленькой комнаты. Описательный срок для наименьшей живущей биологической структуры был выдуман Робертом Хуком в книге, которую он издал в 1665, когда он сравнил клетки пробки, которые он видел через его микроскоп как маленькие комнаты, в которых живут монахи. [6] [7]

Строение клеток

Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток — прокариоты (доядерные) 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.

Прокариотическая клетка

Эукариотическая клетка

Строение эукариотической клетки

Схематическое изображение животной клетки

Поверхностный комплекс животной клетки

Структура цитоплазмы

Эндоплазматический ретикулум

Аппарат Гольджи

Лизосомы

Лизосома — небольшое тельце, ограниченное от цитоплазмы одинарной мембраной. В ней находятся литические ферменты, способные расщепить все биополимеры. Основная функция — автолиз — то есть расщепление отдельных органоидов, участков цитоплазмы клетки.

Цитоскелет

Центриоли

Вокруг центриолей находится так называемый центр организации цитоскелета, район в котором группируются минус концы микротрубочек клетки.

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 счёт 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.

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.

Именно наличие специфическим образом устроенного цитоскелета позволяет эукариотам создать систему подвижных внутренних мембранных органоидов. Кроме того, цитоскелет позволяет осуществлять эндо- и экзоцитоз (как предполагается, именно благодаря эндоцитозу в эукариотных клетках появились внутриклеточные симбионты, в том числе митохондрии и пластиды). Другая важнейшая функция цитоскелета эукариот — обеспечение деления ядра (митоз и мейоз) и тела ( цитотомия ) эукариотной клетки (деление прокариотических клеткок организовано проще). Различия в строении цитоскелета объясняют и другие отличия про- и эукариот — например, постоянство и простоту форм прокариотических клеток и значительное разнообразие формы и способность к её изменению у эукариотических, а также относительно большие размеры последних. Так, размеры прокариотических клеток составляют в среднем 0,5—5 мкм, размеры эукариотических — в среднем от 10 до 50 мкм. Кроме того, только среди эукариот попадаются поистине гигантские клетки, такие как массивные яйцеклетки акул или страусов (в птичьем яйце весь желток — это одна огромная яйцеклетка), нейроны крупных млекопитающих, отростки которых, укрепленные цитоскелетом, могут достигать десятков сантиметров в длину.

Анаплазия

История открытия клеток

Химический состав клетки

1 группа (до 98 %) ( макроэлементы )

3 группа (>0,01 %) ( микроэлементы )

4 группа (>0,00001 %) (ультра микроэлементы)

Источник

Органоиды клетки

Клеточная мембрана (оболочка)

Запомните, что в отличие от клеточной стенки, которая есть только у растительных клеток и у клеток грибов (она придает им плотную, жесткую форму) клеточная мембрана есть у всех клеток без исключения! Этот важный момент объясню еще раз 🙂 У клеток животных имеется только клеточная мембрана, а у клеток растений и грибов есть и клеточная стенка, и клеточная мембрана.

Интегральные (пронизывающие) белки образуют каналы, по которым молекулы различных веществ могут поступать в клетку или удаляться из нее. «Заякоренные» молекулы олигосахаридов на поверхности клетки образуют гликокаликс, который выполняет рецепторную функцию, участвует в избирательном транспорте веществ через мембрану.

Вирусы и бактерии не являются исключением: они взаимодействуют только с теми клетками, на которых есть подходящие к ним рецепторы. Так, вирус гриппа поражает преимущественно клетки слизистой верхних дыхательных путей. Однако, если рецепторов нет, то вирус не может проникнуть в клетку, и организм приобретает невосприимчивость к инфекции. Вспомните врожденный иммунитет: именно по причине отсутствия рецепторов человек не восприимчив ко многим болезням животных.

Итак, вернемся к клеточной мембране. Ее можно сравнить со стенами помещения, в котором, вероятно, вы находитесь. Стены дома защищают его от ветра, дождя, снега и прочих факторов внешней среды. Рискну предположить, что в вашем доме есть окна и двери, которые по мере необходимости открываются и закрываются 🙂 Так и клеточная мембрана может сообщать внутреннюю среду клетки с внешней средой: через мембрану вещества поступают в клетку и удаляются из нее.

Внутрь клетки с помощью осмоса поступает вода. Путем простой диффузии в клетку попадают O₂, H₂O, CO₂, мочевина. Облегченная диффузия характерна для транспорта глюкозы, аминокислот.

Активный транспорт чаще происходит против градиента концентрации, в ходе него используются белки-переносчики и энергия АТФ. Ярким примером является натрий-калиевый насос, который накачивает ионы калия внутрь клетки, а ионы натрия выводит наружу. Это происходит против градиента концентрации, поэтому без затрат энергии (АТФ) не обойтись.

Фагоцитоз был открыт И.И. Мечниковым, который создал фагоцитарную теорию иммунитета. Это теория гласит, что в основе иммунной системы нашего организма лежит явление фагоцитоза: попавшие в организм бактерии уничтожаются фагоцитами (T-лимфоцитами), которые переваривают их.

В ходе эндоцитоза мембрана сильно прогибается внутрь клетки, ее края смыкаются, захватывая бактерию, пищевые частицы или жидкость внутрь клетки. Образуется везикула (пузырек), который движется к пищеварительной вакуоли или лизосоме, где происходит внутриклеточное пищеварение.

Клеточная стенка

Цитоплазма

Постоянное движение цитоплазмы поддерживает связь между органоидами клетки и обеспечивает ее целостность.

Прокариоты и эукариоты

Немембранные органоиды

Очень мелкая органелла (около 20 нм), которая была открыта после появления электронного микроскопа. Состоит из двух субъединиц: большой и малой, в состав которых входят белки и рРНК (рибосомальная РНК), синтезируемая в ядрышке.

Это органоиды движения, которые выступают над поверхностью клетки и имеют в основе пучок микротрубочек. Реснички встречаются только в клетках животных, жгутики можно обнаружить у животных, растений и бактерий.

Одномембранные органоиды

ЭПС представляет собой систему мембран, пронизывающих всю клетку и разделяющих ее на отдельные изолированные части (компартменты). Это крайне важно, так как в разных частях клетки идут реакции, которые могут помешать друг другу, что нарушит процессы жизнедеятельности.

Выделяют гладкую ЭПС и шероховатую ЭПС. Обе они выполняют функцию внутриклеточного транспорта веществ, однако между ними имеются различия. На мембранах гладкой ЭПС происходит синтез липидов, обезвреживаются вредные вещества. Шероховатая ЭПС синтезирует белок, так как имеет на мембранах многочисленные рибосомы (потому и называется шероховатой).

Модифицированные вещества упаковываются в пузырьки и могут перемещаться к мембране клетки, соединяясь с ней, они изливают свое содержимое во внешнюю среду. Можно догадаться, что комплекс Гольджи хорошо развит в клетках эндокринных желез, которые в большом количестве синтезируют и выделяют в кровь гормоны.

В комплексе Гольджи появляются первичные лизосомы, которые содержат ферменты в неактивном состоянии.

В ходе апоптоза ферменты лизосомы изливаются внутрь клетки, ее содержимое переваривается. Предполагают, что нарушение апоптоза в раковых клетках ведет к бесконтрольному росту опухоли.

Пероксисомы (микротельца) содержат окислительно-восстановительные ферменты, которые разлагают H₂O₂ (пероксид водорода) на воду и кислород. Если бы пероксид водорода оставался неразрушенными, это приводило бы к серьезным повреждениям клетки.

Трудно переоценить значение вакуолей в жизнедеятельности растительной клетки. Вакуоли создают осмотическое давление, придают клетке форму.

Примечательно, что по размеру вакуолей можно судить о возрасте клетки: молодые клетки имеют вакуоли небольшого размера, а в старых клетках вакуоли могут настолько увеличиваться, что оттесняют ядро и остальные органоиды на периферию.

Двумембранные органоиды

Оболочка ядра состоит из двух мембран и пронизана большим количеством ядерных пор, через которые происходит сообщение между кариоплазмой и цитоплазмой. Главными функциями ядра является хранение, защита и передача наследственного материала дочерним клеткам.

Замечу, что хромосомы видны только в момент деления клетки. Хромосомы представляют собой сильно спирализованные молекулы ДНК, связанные с белками.

Хромосомы отличаются друг от друга по строению, форме, размерам. Совокупность всех признаков (форма, число, размер) хромосом называется кариотип. Кариотип может быть представлен по-разному: существует кариотип вида, особи, клетки.

В связи с этим, митохондрия считается полуавтономным органоидом. Вероятнее всего, изначально митохондрии были самостоятельными организмами, однако со временем вступили в симбиоз с эукариотами и стали частью клетки.

Так же, как и митохондрии, пластиды относятся к полуавтономным органоидам: в них имеется кольцевидная ДНК (находится в нуклеоиде), рибосомы.

Пластиды, которые содержат пигменты каратиноиды в различных сочетаниях. Сочетание пигментов обуславливает красную, оранжевую или желтую окраску. Находятся в плодах, листьях, лепестках цветков.

Хромопласты могут развиваться из хлоропластов: во время созревания плодов хлоропласты теряют хлорофилл и крахмал, в них активируется биосинтез каротиноидов.

Не содержат пигментов, образуются в запасающих частях растения (клубни, корневища). В лейкопластах накапливается крахмал, липиды (жиры), пептиды (белки). На свету лейкопласты могут превращаться в хлоропласты и запускать процесс фотосинтеза.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник