Клетка – это целый мир. Её устройство достаточно сложно. Кроме того, говоря о клетках, мы можем иметь в виду клетки разных организмов, тканей органов. Таким образом, каждая разновидность клетки имеет свои неповторимые особенности. Давайте постараемся выбрать из этого разнообразия те черты и особенности, которые объединяют клетки разных типов. Идеальная клетка состоит из трех частей: ядра, цитоплазмы, клеточной мембраны.
Начнем разговор о строении клетки с клеточной мембраны. Строение мембраны во многом остается загадочным. Известно, что главное её свойство – это избирательная проницаемость. Но чем она обеспечивается?
Еще в 30-х годах ХХ века была выдвинута гипотеза, названная по имени её авторов моделью Давсона – Данеэли. По этой модели в основе мембраны лежит двойной гидрофобный слой жиров. Этот слой окружен двумя слоями белков.
Однако к началу 70-х годов накопились данные, противоречащие этой гипотезе. В результате была выдвинута модель, получившая название модели Сингера – Николсона. Это модель динамической мембраны. В основе этой модели все тот же двойной слой жиров, но белки, согласно этой модели подвижные острова в море жиров. Белки образуют гидрофильные каналы или поры, через которые могут проникать в клетки вещества. Этим и объясняется полупроницаемость мембраны
Способов проникновения в клетку веществ через мембрану несколько. Прежде всего, это пассивная диффузия. Диффузия – это движение веществ в сторону их меньшей концентрации. Диффузия воды через полупроницаемую мембрану называется осмосом. При этом на мембрану раствор большей концентрации оказывает давление, называемой осмотическим давлением. Если внешнее осмотическое давление слишком велико, клетка как бы сморщивается, а если, напротив, слишком мало, то она как бы разрывается изнутри. Например, эритроциты – красные клетки крови – можно сохранить только в физиологическом растворе, концентрация которого составляет 0,9 % хлорида натрия, причем, и не больше и не меньше.
Еще одним способом проникновения веществ через клеточную мембрану является активный транспорт. Этот способ сопряжен с затратами энергии. Яркий пример действия активного транспорта – это, так называемый, натриево-калиевый насос. Благодаря этому механизму, в клетку свободно проникают ионы калия, а ионы натрия остаются на поверхности клетки. Это механизм важен для проведения нервного импульса. Не вдаваясь в детали, отметим, что из-за разницы в способности этих ионов проникать в клетку возникает, так называемый, потенциал покоя, который во время проведения нервного импульса превращается в потенциал действия, а иными словами, электрический ток.
Клеточная мембрана – это ворота клетки, а за этими воротами начинаются цитоплазма и ядро.
Ядро. Отличия ядерных и безъядерных организмов.
Ядро – генеральный штаб клетки. Здесь сосредоточена большая часть наследственной информации. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной мембраной, которая также обладает избирательной проницаемостью. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находится хроматин. Хроматин – это комплекс нуклеиновых кислот и белков. Белкам в этом комплексе отводится, на первый взгляд, второстепенная роль, так как наследственная информация сосредоточена, главным образом, в ДНК клеток. Однако, по-видимому, белки играют роль регуляторов активности генов в клетках. Во время деления клетки ДНК упаковывается с помощью белков в хромосомы. В таком виде она передается от материнской клетки к дочерним клеткам. Число хромосом строго видоспецифично, например, у человека их 46, а у плодовой мушки – 8.
В клетках, где активно синтезируются белки, наблюдается еще одно образование – ядрышко. Это образование место активного синтеза РНК.
Цитоплазма.
Цитоплазма – это часть клетки, лежащая между клеточной и ядерной мембранами. Она состоит из основного вещества, называемого цитозолем илиматриксом и органоидов или органелл.
Цитозоль – это активное вещество цитоплазмы, где хранятся многие вещества и протекают многие процессы обмена веществ, в частности, гликолиз.
Среди органоидов следует отметить эндоплазматическую сеть, комплексГольджи, митохондрии, лизосомы, рибосомы. Каждый органоид выполняет определенные функции в клетке.
Эндоплазматическая сеть пронизывает всю клетку. Она представляет собой систему мембран и расширений, называемых цистернами. Эта сеть бывает двух типов гладкая и шероховатая. Гладкая эндоплазматическая сеть – это место синтеза жиров и углеводов, а также путь, по которому они транспортируются в разные части клетки. Шероховатая сеть – это место синтеза и транспорта белков. Здесь расположены важные органоиды клетки – рибосомы.
Рибосомы – это органоиды, которые служат местом синтеза белков. Фактически, они представляют собой сложнейший ферментный комплекс. Опыты показали, что рибосома состоит из двух неравных частей, называемых субъединицами – большой и малой. Каждая из этих частей в свою очередь состоит из десятков белков и рибосомной РНК. Именно на рибосомах происходит процесс трансляции.
Органоид, называемый комплекс Гольджи, различим во многих клетках даже в световой микроскоп. Он был открыт в конце 19 века. Долгое время его назначение было загадкой. Но теперь известно, что это центр выделения клетки. В частности здесь образуется важнейший компонент слизи – муцин.
Еще одна органелла – лизосома – весьма важна для нормального функционирования клетки. Лизосомы – это мембранные мешочки, которые содержат ферменты, расщепляющие сложные органические вещества. Внутриклеточное пищеварение – вот смысл существования лизосом.
Наконец, следует отметить митохондрии, которые имеются, практически, во всех клетках ядерных организмов, дышащих кислородом. Митохондрии – это центр окислительно-восстановительных клеточных реакций, идущих с участием кислорода. Митохондрии содержат ферменты, обеспечивающие протекание реакций цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи. Чем активнее клетка нуждается в энергии, тем больше митохондрий она содержит. В мышечных волокнах этих органоидов может быть более тысячи штук. Результатом работы митохондрий является накопление энергии в виде молекул АТФ. Митохондрии имеются как в животных, так и в растительных клетках, так как растения тоже дышат. Нет их только в клетках бактерий, но там процессы дыхания протекают непосредственно в матриксе цитоплазмы.
Существует гипотеза, согласно которой митохондрии когда-то были самостоятельными организмами, а затем образовали симбиоз с некоторыми клетками, имеющими ядро. Эта гипотеза подтверждается некоторыми особенностями строения митохондрий. Во-первых, митохондрии имеют собственную кольцевую ДНК, которая по строению напоминает ДНК бактерий. Во-вторых, митохондрии имеют собственные рибосомы, имеющие меньшие размеры, чем рибосомы эндоплазматической сети. В-третьих, показано, что в ДНК митохондрий имеются некоторые отклонения от обычного генетического кода. В-четвертых, митохондрии на 70% обеспечивают себя собственными белками.
В матриксе цитоплазмы содержатся также сократительные элементы, которые обеспечивают движение клеток. Особенно ярко они выражены в клетках мышц.
Все вышеперечисленные детали строения клетки относятся, прежде всего, к клеткам животных. Клетки представителей других царств имеют много общего с той идеализированной моделью клетки, о которой шла речь выше. Однако есть и глубокие различия.