Клетка

Клетка — структурно-функциональная единица организма

Источник раздела: Большая российская энциклопедия

КЛЕ́ТКА (лат. cellula, греч. ϰύτος) – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов. Представляет собой сложноорганизованную систему, состоящую из биополимеров (в том числе нуклеиновых кислот, белков) и других соединений, способную к самоподдержанию и самовоспроизведению. Клетка может существовать как самостоятельный одноклеточный организм (бактерии, археи, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей и органов различных многоклеточных организмов.

Наука о клетке — клеточная биология. Для изучения клеткок используют различные виды микроскопии, культивирование клеток (см. Культура клеток и тканей), различные методы клеточной инженерии, а также многочисленные методы биохимии, биофизики, молекулярной биологии.

Историческая справка

Термин «клетка» был предложен Р. Гуком (1665) для обозначения ячеек, которые он наблюдал с помощью увеличительных линз в срезах мёртвой пробковой ткани, представлявших собой лишь внешние оболочки растительных клеток. Позднее аналогичные «клетки» Гука были обнаружены в составе разных частей растений и в тканях животных. Только в начале 19 века в связи с развитием микроскопии изменились общие представления о клетке: главным в их организации стали считать не внешние оболочки («ячейки»), а содержимое – протоплазму (Я. Пуркине). В 1831 Р. Броун обнаружил и описал в протоплазме растительных клеток постоянную структуру – ядро. На основании этих и многих др. наблюдений Т. Шванн сформулировал основные положения клеточной теории (1839), одно из которых постулировало сходство строения клеток растений и животных. Дальнейшее развитие клеточной теории связано с работами Р. Вирхова, доказавшего, что количество клеток в организме увеличивается в результате клеточного деления (это правило было сформулировано им в его афористической формуле – «Всякая клетка от клетки»). Создание клеточной теории явилось важнейшим событием в естествознании, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Основные её положения сохранили своё значение и в наше время. Современная клеточная теория рассматривает клетку как элементарную единицу живого; вне её нет жизни; увеличение числа клеток происходит только путём деления исходных клеток; многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединённых в системе тканей и органов, и связаны межклеточными взаимодействиями; клетки способны к метаболизму, использованию и трансформации энергии, чувствительности, изменчивости. Совокупность всех этих признаков можно обнаружить только на клеточном уровне.

Типы организации клеток

Среди живых организмов встречаются два типа строения клеток — прокариотный и эукариотный.

Прокариотные клетки

Прокариотные клетки характерны для всех бактерий и архей; их размеры невелики (0,1–10 мкм); обычно это единичные, свободноживущие организмы, но некоторые из них могут образовывать колонии из одинаковых клеток. Они не имеют морфологически выраженного ядра – их геном (нуклеоид) в виде компактно упакованной кольцевой молекулы ДНК (так называемой бактериальной хромосомы) не отделён от цитоплазмы и структурно связан с плазматической мембраной, отграничивающей клетку; снаружи прокариотная клетка окружена клеточной стенкой (у архей так называемыми S-слоями либо оболочкой, сходной с клеточной стенкой грамположительных бактерий); у некоторых прокариот клеточная стенка отсутствует. В цитоплазме (протоплазме) клетки имеются вакуоли, многочисленные ферменты, обеспечивающие метаболизм, рибосомы, элементы цитоскелета; в клетке могут находиться также и внехромосомные генетические элементы – ДНК плазмид. Деление прокариотной клетки — бинарное (путём образования перегородки), происходит после репликации ДНК.

Эукариотные клетки

Эукариотные клетки свойственны всем остальным организмам. Они в 10–100 раз крупнее прокариотных; содержат морфологически выраженное ядро, отграниченное от цитоплазмы мембранной ядерной оболочкой и представляющее собой сложную систему, обеспечивающую хранение, воспроизведение и реализацию генетической информации, содержащейся в линейных молекулах ДНК, заключённых в хромосомах. В цитоплазме, ограниченной плазматической мембраной, выделяют жидкую плазму (гиалоплазма, или цитозоль), участвующую в промежуточном метаболизме клетки, а также множество специальных обязательных (наряду с ядром) структурных образований (органелл), каждая из которых выполняет определённые специфические функции (сходные у различных эукариотных клеток). Рибосомы осуществляют синтез белка, митохондрии обеспечивают клетку энергией, пластиды растительных клеток (в том числе хлоропласты) участвуют в синтезе АТФ и фотосинтезе. Митохондрии и хлоропласты содержат собственный генетический аппарат, что послужило основанием для возникновения гипотезы симбионтного происхождения эукариотных клеток (см. Симбиогенез). Часть органелл, окружённых мембраной [эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум), аппарат Гольджи, эндо- и экзоцитозные вакуоли, лизосомы, пероксисомы], образуют вакуолярную систему. Кроме того, для клеток эукариот характерно наличие сети белковых нитей, пронизывающих цитоплазму, — цитоскелет (опорно-двигательная система клеток). У клеток растений и грибов снаружи плазматической мембраны расположена клеточная стенка, отсутствующая в клетках животных. Обязательным компонентом цитоплазмы клеток животных является клеточный центр, в состав которого входит центриоль. Соматические клетки эукариот делятся путём митоза, сопровождающегося образованием специального аппарата деления – клеточного веретена, с помощью которого происходит равномерное распределение хромосом (после их удвоения) строго по двум дочерним клеткам, в которых сохраняется исходный диплоидный набор хромосом. Продолжительность жизни клеток от деления до деления составляет клеточный цикл. Половые клетки (гаметы) у растений и животных формируются в ходе мейоза (в каждой клетке оказывается гаплоидный набор хромосом).