Клетка. Её строение, состав и жизнедеятельность

Все живые организмы состоят из клеток. Некоторые – всего лишь из одной клетки, например бактерии и протисты.

Другие организмы (растения, животные, грибы и человек) являются многоклеточными.

Клетка – элементарная структурная и функциональная единица живого организма. Клетки обладают всеми признаками живого. Они способны размножаться, расти, обмениваться веществами и энергией с окружающей средой, реагировать на изменения, происходящие в этой среде.

Изучением строения клетки и принципов её жизнедеятельности занимается наука цитология.

Тело человека состоит из огромного количества клеток. Они подразделяются на соматические (нервные, костные, мышечные клетки) и половые клетки, служащие для размножения.

В многоклеточном организме клетки взаимодействуют между собой.

Сходные клетки объединяются в ткани, это позволяет организму успешно работать в тех ситуациях, в которых одиночные клетки обречены на гибель.

Заслуга открытия клетки принадлежит выдающемуся английскому учёному Роберту Гуку. Гук переконструировал первый микроскоп Галилея, усовершенствовал его и применил к изучению различных мелких предметов, в том числе и частей растений.

Большинство клеток имеют очень маленькие размеры, поэтому их нельзя рассмотреть невооружённым глазом.

Если поместить под микроскоп тонкие срезы органов человеческого тела (сердца, кожи, печени, крови или мышц), то мы увидим множество разнообразных по форме и размерам клеток, из которых состоят органы. Клетки могут быть плоскими, веретенообразными, шаровидными, иметь отростки. Как правило, их форма зависит от выполняемой функции и положения в организме.

Несмотря на внешнее многообразие, все клетки организма человека имеют единый принцип организации.

Снаружи клетка покрыта цитоплазматической мембраной, под которой находится цитоплазма, ядро и органоиды.

Органоиды – постоянные структуры цитоплазмы, имеющие разное строение и выполняющие различные функции.

К ним относятся комплекс Гольджи, митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть, клеточный центр и лизосомы.

Цитоплазматическая мембрана, или плазмалемма, состоит из белков, липидов и углеводов. Она ограничивает цитоплазму и защищает её от внешних воздействий, а также обеспечивает восприятие и передачу информационных сигналов внутрь клетки, осуществляет перенос одних веществ в клетку, других – из неё.

Цитоплазматическая мембрана обладает свойством избирательной проницаемости: одни вещества она пропускает внутрь клетки, а другие – нет, обеспечивая обмен веществ.

Пройдя через плазматическую мембрану, вещества оказываются в цитоплазме.

Цитоплазма – полужидкая внутренняя среда клетки. Она заполняет всю клетку. В цитоплазме размещаются органоиды и протекают все жизненные процессы клетки и обмен веществ. Она находится в постоянном движении.

Центральное место в цитоплазме занимает плотное округлое тельце — ядро.  Ядро – это важнейшая клеточная структура, оно управляет всеми процессами жизнедеятельности клетки. Ядро регулирует процессы, протекающие при размножении, обеспечивает передачу наследственных признаков дочерним клеткам, образующимся при делении.

В ядре находятся хромосомы – носители наследственных признаков и свойств человека.

Все клетки человеческого тела имеют по 46 хромосом. Половые клетки – сперматозоиды и яйцеклетки – содержат по 23 хромосомы.

Внутри ядра выявляется ядрышко – плотное тельце, которое участвует в образовании рибосом.

Эндоплазматическая сеть состоит из канальцев и полостей. Она делит клеточное содержимое на отдельные отсеки, что позволяет разделить различные химические процессы, которые одновременно протекают в цитоплазме. На эндоплазматической сети происходит синтез и последующий транспорт белков, углеводов и липидов.

Комплекс Гольджи представляет собой единый комплекс густо сплетённых трубочек. Сюда по каналам эндоплазматической сети поступают органические вещества. Здесь они накапливаются, упаковываются в пузырьки и в таком виде покидают клетку.

В клетках всех живых организмов содержится множество округлых телец — рибосом. Это мелкие сферические частицы, состоящие из РНК (рибонуклеиновая кислота) и белков. Рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме или быть прикреплены к эндоплазматической сети. В них происходит образование белков, и по каналам эндоплазматической сети они транспортируются в разные части клетки.

Митохондрии ─ вытянутые, овальные тельца с многочисленными внутренними перегородками. Они обеспечивают клетку энергией.

Их основной функцией является синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) – универсального аккумулятора и переносчика энергии, которая используется на жизненные процессы клетки. Митохондрии называют «энергетическими станциями» клетки.

Лизосомы — это небольшие округлые тельца, которые содержат пищеварительные ферменты, расщепляющие белки, жиры и углеводы. Лизосомы принимают участие в расщеплении органоидов.

Клеточный центр расположен вблизи ядра и образован двумя полыми цилиндрами – центриолями. Они располагаются перпендикулярно друг к другу. Центриоли участвуют в делении клетки.

Клетки всех живых организмов состоят из одних и тех же химических элементов. В живых организмах обнаружено более 70 химических элементов. Все элементы классифицируют на макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %; к ним относят углерод, водород, кислород, хлор, азот, калий, кальций, натрий) и микроэлементы (содержание менее 0,001 %; к ним относят, например, железо, медь, цинк, йод, бром, никель). Основу клетки составляют углерод, водород, кислород и азот – это органогенные элементы. Они занимают примерно 98% клетки. 

Большинство элементов в клетке находится в виде соединений – веществ. Различают органические и неорганические вещества. К неорганическим веществам относят воду и минеральные соли. Вода – самое распространённое неорганическое вещество в организме. Её содержание в разных клетках колеблется от 10% в эмали зуба до 85% в нервных клетках. В клетках молодого организма воды содержится значительно больше, чем в клетках стареющего организма. Вода определяет объём и упругость клетки. В водных растворах происходит взаимодействие веществ и их транспорт.

Минеральные соли присутствуют в клетке в малых количествах, но они необходимы для нормальной её жизнедеятельности. Например, азот и сера входят в состав молекул белков, фосфор – в ДНК, РНК и АТФ, железо – в гемоглобин, йод – в гормоны щитовидной железы.

К органическим веществам относятся белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.  Белки, жиры и углеводы – основной строительный материал цитоплазмы, ядра и органоидов.

Белки занимают в клетке первое место среди органических веществ. Это очень сложные соединения. Например, к белкам относится гемоглобин, он переносит по нашей крови кислород и придаёт ей красный цвет.

Важную роль в организме играют и углеводы. Это хорошо известные всем глюкоза, сахароза и крахмал. Основная функция углеводов – энергетическая. При распаде глюкозы внутри нашего организма образуется энергия, которая необходима нам для жизни.

Жиры выполняют в нашем организме различные функции:

o        дают нам энергию;

o         накапливаются и защищают от потери тепла;

o         при распаде жиров образуется большое количество воды.

Нуклеиновые кислоты образуются в ядре. Нуклеиновые кислоты бывают двух видов: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Они входят в состав хромосом и участвуют в хранении и передаче наследственных свойств и функций организма.

Клетка – это сложнейшая химическая лаборатория. В ней происходит много превращений, которые осуществляют белки-катализаторы, или ферменты.

Катализатор – вещество, которое во много раз ускоряет скорость протекания реакции, но само в ней не расходуется. Каждый фермент способен ускорять лишь определённые превращения. Например, в клетках ротовой полости есть фермент каталаза. Он разлагает пероксид водорода на воду и кислород. В клетке находится множество самых разных ферментов.

Одним из обязательных свойств живого является размножение.

Размножение клеток – это увеличение их количества. Клетки размножаются делением надвое. В настоящее время доказано, что ни одна клетка не может возникнуть заново из неживых составляющих. Все новые клетки образуются из уже существующих. Внутри ядра располагаются тонкие нитевидные хромосомы.

1. Перед делением клетки в ядре происходит удвоение числа хромосом. При этом образуются два набора хромосом, несущие одинаковую информацию о жизненных процессах.

2. Происходит удвоение центриолей и их расхождение к разным полюсам клетки. От каждой из них отходят нити веретена деления.

3. Затем все хромосомы укорачиваются, уплотняются. Они превращаются в похожие на палочки структуры. В этот момент хромосомы становятся видны в световой микроскоп.

4. Ядерная мембрана растворяется, и хромосомы оказываются в цитоплазме клетки. Они располагаются в центре клетки.

5. А все другие органоиды отодвигаются к цитоплазматической мембране.

6.Затем хромосомы разделяются на две группы. К парным хромосомам подходят нити веретена деления, соединяя каждую хромосому пары со своей центриолью.

7. Каждая из двух групп хромосом перемещается от центра клетки к одному из её полюсов.

8. После этого начинается разделение клетки надвое. Вокруг каждой группы находящихся у полюсов хромосом формируется новая ядерная мембрана.

9. Затем хромосомы превращаются из палочковидных в нитевидные.

10. Одновременно с образованием ядерной мембраны начинается построение перегородки от середины центральной части клетки. Она растёт во все стороны, пока не достигнет наружной цитоплазматической мембраны.

11. В этот момент из одной клетки образуются две дочерние.

На этом процесс деления клетки заканчивается. В результате деления из одной материнской образуются две дочерние клетки, являющиеся копиями друг друга и исходной материнской клетки. Дочерние клетки начинают собственную жизнь.