с чего состоит клетка человека

Научная электронная библиотека

§ 3.1.4. Строение клетки

Размеры клетки широко варьируют от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса). У всех клеток, независимо от их формы, размеров, функциональной нагрузки обнаруживается сходное строение (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Схема строения живой клетки: 1 – оболочка; 2 – мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – ядро; 4а – ядрышко; 5 – рибосомы; 6 – эндоплазматическая сеть (ЭПС); 7 – митохондрии; 8 – комплекс гольджи; 9 – лизосомы; 10 – пластиды; 11 – клеточные включения

Снаружи клетка одета мембраной. Внутренняя часть клетки содержит многочисленные органоиды – структурные образования клетки, выполняющие определенные функции жизнедеятельности клетки.

1. Оболочка. Присутствует только у растительных клеток. Состоит из волокон целлюлозы. Функции оболочки: защита клетки от внешних повреждений, придает стабильную форму клетки, эластичность растительным тканям.

Повреждение наружной оболочки приводит к гибели клетки (цитолиз).

2. Мембрана. Тончайшая структура (75 Ǻ), состоит из двойного слоя молекул липидов и одного слоя белков. Такая структура обеспечивает уникальную эластичность и прочность мембране

участие в обмене веществ. Эта функция связана с избирательной проницаемостью в клетку определенных веществ и выведение из нее продуктов обмена. В процессе питания в клетку могут проникать определенные растворы веществ (пиноцитоз) и твердые частицы (фагоцитоз).

Явление фагоцитоза – поглощение клеткой твердых частиц – впервые было описано русским врачом Мечниковым. Фагоцитарная особенность лежит в основе процесса иммунитета. Особенно развита у лейкоцитов, клеток костного мозга, лимфатических узлов, селезенки, надпочечников и гипофиза.

Пиноцитоз – поглощение клеткой растворов – состоит в том, что мельчайшие пузырьки жидкости втягиваются через образующуюся воронку, проникают через мембрану и усваиваются клеткой.

3. Цитоплазма – внутренняя среда клетки. Представляет собой гелеобразную жидкость (коллоидная система), состоит на 80 % из воды, в которой растворены белки, липиды, углеводы, неорганические вещества. Цитоплазма живой клетки находится в постоянном движении (циклоз).

транспортировка питательных веществ и утилизация продуктов обмена клетки;

буферность цитоплазмы (постоянство физико-химических свойств) обеспечивает гомеостаз клетки, поддерживает постоянные нужные параметры жизнедеятельности;

поддержание тургора (упругость) клетки;

все биохимические реакции происходят только в водных растворах, что обеспечивается в среде цитоплазмы.

4. Ядро – обязательный органоид эукариотических клеток. Впервые было исследовано и описано Р. Броуном в 1831 г. В молодых клетках расположено в центре клетки, в старых – смещается в сторону. Снаружи ядро окружено мембраной с крупными порами, способными пропускать крупные макромолекулы. Внутри ядро заполнено клеточным соком – кариоплазмой, основная часть ядра заполнена хроматином – ядерным веществом, содержащим ДНК и белок. Перед делением хроматин образует палочковидные хромосомы. Причём, хромосомы одинакового строения (но содержащие разные ДНК!) образуют пары, зрительно воспринимаемые как одно целое (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Хромосомный набор человеческой клетки перед началом деления

Структурирование всех хромосом в пары свидетельствует о том, что число хромосом – чётное. Поэтому, его часто обозначают 2n, где n – количество хромосомных пар, а соответствующий набор хромосом называют диплоидным. Например, у голубей n = 40 (80 хромосом), у мухи n = 6 (12 хромосом), у собаки n = 39 (78 хромосом), у аскариды n = 1 (2 хромосомы). У человека n = 23 (46 хромосом). Однако, в половых клетках число хромосом в два раза меньше. Поэтому набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным. Клетки, не являющиеся половыми называются соматическими. Иногда клетки с гаплоидным набором хромосом называют гаплоидными клетками, а с диплоидным набором хромосом – диплоидными клетками.

При слиянии двух родительских гаплоидных половых клеток образуется диплоидная клетка, дающая начало новому организму с набором генов отца и матери

Совокупность всех хромосом ядра (а значит и генов) клетки называется генотип. Именно генотип определяет все внешние и внутренние признаки конкретного организма.

В соматических клетках 44 Х-образные хромосомы (22 пары) у женщин и мужчин идентичны (сходны по строению), их называют аутосомами. А 23-я пара имеет конфигурацию ХХ – у женщин и ХY – у мужчин. Эти пары хромосом именуются половыми хромосомами.

В половых клетках 22 хромосомы также одинаковые у яйцеклеток и у сперматозоидов, а 23-я хромосома конфигурации Х – у яйцеклетки и Х или Y – у сперматозоидов. Поэтому при слиянии половых клеток и образовании пар хромосом, 23-я пара будет ( <ХY>или <ХХ>) определять пол будущего ребенка.

Необходимо помнить, что хотя в соматических клетках набор хромосом диплоидный (2n), однако, перед началом деления клеток происходит репликация ДНК, то есть, удвоение их количества, а, значит, и удвоение
количества хромосом. Поэтому перед началом деления соматической клетки в ней насчитывается 4n хромосом (рис. 16). Она становится тетраплоидной.

– хранение генетической информации;

– контроль за всеми процессами, происходящими в клетке: делением, дыханием, питанием и др.

4а. Ядрышко – структура, содержащаяся в ядре. Ядро может содержат 1, 2 или более ядрышек. Функция ядрышка – формирование рибосом.

Следует отметить, что не все клетки имеют оформленное ядро. Клетки, имеющие ядро называются эукариотическими или эукариотами. Клетки, не имеющие ядра, называются прокариотическими или прокариотами. Функции ядра у прокариот несёт одна нить ДНК (именуется хромосома), в которой хранится вся генетическая информация. К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Как правило, у прокариотов отсутствуют и некоторые другие органоиды. Размеры прокариотических клеток меньше, чем размеры эукариот.

5. Рибосомы – самые мелкие органоиды клетки. Были обнаружены в 1954 г. Французским ученым Паладом. Рибосомы были обнаружены в цитоплазме, а также на гранулярной ЭПС и в ядре.

Функция рибосом: обеспечение биосинтеза белка.

6. Эндоплазматическая сеть. Представляет собой каналы и полости, ограниченные мембраной. Различают две разновидности ЭПС: гранулярная ЭПС и агранулярная ЭПС. Гранулярная ЭПС морфологически отличается от агранулярной наличием на ее поверхности многочисленных рибосом (на агранулярной ЭПС рибосомы отсутствуют).

Функции эндоплазматической сети:

– участие в синтезе органических веществ: на гранулярной ЭПС синтезируются белки, на агранулярной – липиды и углеводы;

– транспортировка продуктов синтеза ко всем частям клетки.

Несложно уяснить, что гранулярная ЭПС характерна для клеток, синтезирующих белки (например клетки желез внутренней секреции), агранулярная ЭПС характерна для клеток-производителей углеводов и липидов (например клетки жировой ткани).

7. Митохондрии – крупные органоиды, состоящие из двойного слоя мембран: наружная – гладкая, внутренняя образует многочисленные гребнеобразные складки – кристы. Внутри митохондрии заполнены жидкостью (матрикс).

Функции митохондрий: основная функция митохондрий – обеспечение клетки энергией. Этот процесс происходит за счет синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) (рис. 3.15), в которой фрагмент

Рис. 3.15. Структурная формула аденозинфосфорных кислот. Для аденозинтрифосфорной кислоты n = 3, для аденозиндифосфорной кислоты n = 2, для аденозинмонофосфорной кислоты n = 1

При взаимодействии молекулы аденозинтрифосфорной кислоты с водой отщепляется один остаток фосфорной кислоты, в результате чего образуется аденозиндифосфорная кислота – АДФ и выделяется огромное количество энергии:

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 10 000 калорий.

Впоследствии от АДФ может отщепляться еще один остаток фосфорной кислоты, образуя АМФ – аденозинмонофосфорную кислоту.

АДФ + Н2О = АМФ + Н3РО4 + 10 000 калорий[37].

Освободившаяся энергия используется для жизнедеятельности клетки (КПД процесса превышает 80 %!).

Наряду с распадом АТФ и выделением энергии в клетке постоянно происходит синтез АТФ и накопление энергии (обратные реакции).

Количество митохондрий в клетке зависит от потребности последней в энергии. Так, в клетках кожи человека находится в среднем 5–6 митохондрий, в клетках мышц – до 1000, в клетках печени – до 2500!

8. Комплекс Гольджи. Итальянский ученый Гольджи обнаружил и описал структуру клетки, напоминающую стопки мембран, цистерны, пузырьки и трубочки. Расположена эта система чаще всего возле ядра.

Функции комплекса Гольджи: в полостях комплекса накапливаются всевозможные продукты обмена клетки, которые по каким-либо причинам не вывелись наружу. В последствии эти продукты могут быть использованы клеткой для процессов жизнедеятельности. Из пузырьков и цистерночек комплекса Гольджи в растительных клетках образуются вакуоли, заполненные клеточным соком.

9. Лизосомы – мелкие органоиды. Представляют собой пузырьки, окруженные мембраной. Внутри лизосомы заполнены пищеварительными ферментами (обнаружено 12 ферментов), которые расщепляют и переваривают крупные макромолекулы (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).

Функции лизосом: растворение и переваривание макромолекул. Лизосомы участвуют в фагоцитозе. Понятно, что основная функция по перевариванию поступающих в клетку частиц принадлежит лизосомам.

10. Пластиды. Эти органоиды характерны только для растительных клеток. Форма напоминает двояковыпуклую линзу. Структура пластид напоминает таковую у митохондрий: двойной слой мембраны. Наружная – гладкая, внутренняя образует складки, называемые тилакоидами. На тилакоидах происходит основной жизненно важный для всех зеленых растений процесс – фотосинтез:

Пластиды бывают трех типов:

1) Хлоропласты – зеленые пластиды. Их цвет обусловлен наличием хлорофилла. Хлорофилл – основное вещество хлоропластов (имеет зеленый цвет). Только благодаря хлорофиллу возможен процесс фотосинтеза (см. раздел 4.2). Хлоропласты придают зеленый цвет растительным организмам.

2) Хромопласты – пластиды, имеющие различные окраски: от ярко-желтого до пурпурно-багряного. Наличие различных пигментов окрашивают плоды, цветки и осенние листья растений в соответствующие цвета. Этот факт особенно важен для привлечения насекомых к цветкам, как природный индикатор созревания плодов и др.

3) Лейкопласты – бесцветные пластиды, в которых происходит накопление запасных питательных веществ (например, крахмала).

Некоторые виды пластид могут переходить друг в друга: например, переход хлоропластов в хромопласты: созревание томатов, яблок, вишни, и т. д.; изменение окраски листьев в осенний период времени. Лейкопласты могут переходить в хлоропласты: позеленение картофеля на свету. Это доказывает общность происхождения пластид.

11. Клеточные включения. Вакуоли. Это непостоянные и необязательные составляющие клетки. Они могут появляться и исчезать в течение всей жизни клетки. К ним относятся капли жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллы щавелево-кислого кальция и др. Жидкие продукты обмена называются клеточным соком и накапливаются они в вакуолях. В клеточном соке растворены сахара, минеральные соли, пигменты и т. д. Чем старше клетка, тем больше клеточного сока накапливает клетка. Молодые клетки практически не содержат вакуолей.

Помимо перечисленного некоторые специализированные клетки обладают специальными органоидами. К ним относятся:

– реснички и жгутики, представляющие собой выросты мембраны клетки, осуществляющие движения клетки. Они имеются у одноклеточных организмов и многоклеточных (кишечный эпителий, сперматозоиды, эпителий дыхательных путей);

– миофибриллы – тонкие нити мышечных клеток, участвующие в сокращении мышц;

– нейрофибриллы – органоиды, характерные для нервных клеток и участвующие в проведении нервных импульсов. Кроме того, в состав клеток входят центриоли – две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром около 0,1 мкм и длиной 0,3 мкм. Место расположения центриолей в период между делениями клетки считается серединой клеточного центра. При делении клетки центриоли расходятся в противоположные стороны – к полюсам, определяя ориентацию веретена деления (рис. 16).

Следует иметь в виду, что, хотя животные и растительные клетки имеют много общего, но между ними существуют и серьёзные различия (табл. 3.1).

Более общая классификация клеток представлена на рис. 3.16.

Одно из основных отличий бактерий от архей, состоит в химическом составе мембраны. Бактерии отделены от внешней среды двойным слоем липидов (жиров и жироподобных веществ). Мембраны архей состоят из терпеновых спиртов.

Источник

Клетка человека: общие сведения

Клетка, — это базовая единица всего живого, кроме вирусов. Все остальные животные, растения, бактерии – всё состоит из клеток. Даже наши волосы и ногти построены из клеток, только отмерших.

Человеческий организм состоит, по самым скромным подсчётам, из 30 триллионов клеток. Для сравнения – на земле живёт всего 7 миллиардов людей. Вдумайтесь — каждый из нас состоит их грандиозного количества маленьких живых существ, которых в 4200 раз больше, чем людей на всей нашей планете!

При этом любая клетка, несмотря на крохотные размеры – штука вполне самостоятельная и ограничена от внешнего мира плотной, но эластичной стенкой-мембраной. Клетка рождается, живёт, питается, делится и умирает. Внутри её происходит собственный обмен веществ.

И, несмотря на крохотные размеры, клетка невероятно сложна. Клетка — если и не целый мир, то уж огромный биохимический завод – точно. Он состоит из отдельных «цехов» – органелл, обладающих определённой автономностью.

Строение клетки в разрезе

Даже одна из самых простых органелл – клеточная мембрана (по сути, обычная перегородка!) удивляет своей сложностью. И это позволяет ей выполнять десятки самых разных функций. А у митохондрий есть даже собственная ДНК! Это значит, что когда-то, в глубокой древности, они были самостоятельными организмами.

Клеточная мембрана — едва ли не простейший элемент клетки

Типы клеток и их внешний вид

Организм человека состоит из клеток самых разных типов. Они абсолютно разные. То есть, совершенно. Нервные клетки отличаются от клеток, скажем, кишечника, как небо и земля. Кстати, на самом деле нервных клеток тоже множество типов, и они мало похожи друг на друга.

Клетка Панета тонкой кишки. Обеспечивают антибактериальную защиту.

Нервная клетка типа Веретенообразный нейрон (иначе — нейроны фон Экономо). Служит для быстрой передачи информации.

Нервная клетка типа Клетка Пуркинье

Общее количество типов клеток в человеческом организме до сих пор точно не установлено, ведь учёные постоянно открывают всё новые и новые типы. Но только основных, базовых разновидностей клеток известно более 200, и это не считая подтипов.

Формы клеток совершенно различны – сферы, кубы, параллелепипеды, сложные многогранники нити, «кусты», … и вообще бесформенные клетки, форму которых тяжело определить одним словом.

В общем, фантастическое разнообразие типов, форм, цветов и функций.

Да, человек, устроен сложно.

Продолжительность жизни клеток организма.
Смертные и бессмертные клетки.

Большинство клеток в организме на протяжении всей жизни человека возникают и отмирают, а на их место приходят новые. Это, условно говоря, смертные клетки. Размножаются они обычным делением (митозом), а потому количество их не уменьшается, — на место отмерших приходят новые. Так, клетки кишечника живут в среднем до 5 дней, клетки крови тромбоциты до 10 дней, эритроциты — 120 дней, клетки кожи от 10-ти до 30-ти, а печени – около 480 дней. То есть, за 80-летнюю жизнь человек полностью «меняет» кишечник почти 6000 раз, а печень – всего 60 раз.

Но есть клетки, способные жить более 100 лет. Их мы условно назовём «бессмертными». Их в организме меньше, чем «смертных», но всё равно число внушительное. Так, нейронов – клеток нервной системы, — не менее 85 миллиардов. Кроме них к бессмертным относятся и половые клетки, а также некоторые клетки мышц.

Несмотря на условное бессмертие, эти клетки вполне себе успешно гибнут от, скажем так, несчастных случаев. Но на их место всё равно приходят новые. Так, нейроны появляются из стволовых клеток, которые, образно говоря, являются «болванками», «заготовками» для производства новых клеток практически любого типа. Они тоже бессмертны, поскольку могут делиться бесконечное количество раз. К условно-бессмертным относятся, увы, и раковые образования, также не имеющие предела деления. Обычные же, «смертные» клетки могут делиться около 52-х раз, чуть больше или чуть меньше (число их возможных делений называется «пределом Хейфлика»).

Такая «несправедливость» связана, по всей видимости, с естественным процессом сокращения концевых участков т.н. теломеров (от др.-греч. τέλος – конец и μέρος — часть) – концевых участков хромосом. При каждом делении обычной клетки (а этих делений может быть плюс-минус 52), теломеры сокращаются. Когда они исчезают совсем, организм просто убивает клетку, поскольку считает её старой и ни на что негодной. Процесс «планового убийства» клеток носит название апоптоз.

При этом, однако, организм исправно снабжает «бессмертные» клетки (и раковые в том числе!) специальным ферментом – теломеразой, — который удлиняет теломеры и, таким образом, отменяет необходимость апоптоза.

Поэтому, к слову, рак так трудно победить. Для этого нужно запретить организму снабжать раковые образования теломеразой. Но как это сделать, мы пока не знаем.

Но узнаем обязательно.

Химический состав клетки

Он, естественно, различен для клеток разных типов, но в целом можно говорить об определённой выдержанности состава (но не содержаний конкретных элементов, которые значительно отличаются).

В состав клетки входит практически вся таблица Менделеева (кроме самых тяжёлых элементов) и плюс большое количество органических соединений. То есть, можно говорить о том, что в клетке есть практически всё, что есть в природе. В настоящий момент считается, что в составе клетки насчитывается около 90 химических элементов. 25 из них важны для нормального функционирования организма, а 18 – жизненно необходимы.

Неорганические вещества принято разделять на 4 группы:

Биоэлементы (иначе – органогены)

Макроэлементы (иначе – минералы)

Микроэлементы (иначе – минералы)

Ультрамикроэлементы

Органические вещества, состоящие, в свою очередь, из неорганических химических элементов, в среднем составляют следующий проценты от общей массы клетки:

Все элементы и вещества, входящие в состав клетки, выполняют одну, а чаще множество функций. Впрочем, назначение некоторых ультрамикроэлементов пока не установлено.

Питание клетки

Питанием клетки называется процесса захвата (иначе — интернализации) из внешней среды необходимых веществ, иногда в виде отдельных молекул химических элементов, иногда целых их групп (пищевых частиц). Практически все химические элементы, из которых состоят клетки, не синтезируются организмом и должны поступать извне.

Чтобы клетка смогла захватить нужные вещества, они должны предварительно поступить в т.н. внеклеточный матрикс – субстанцию, заполняющую пространство между клетками. К матриксу причисляют также плазму крови и лимфатическую жидкость.

Молекулы гиалуроновой кислоты (красно-оранжевые) во внеклеточном матриксе

В состав матрикса входят коллаген, фибрин, эластин, гликопротеины, протеогликаны, гиалуроновая кислота, а также, в меньшем количество, фибронектины, ламинины и нидогены. Естественно, матрикс сам нуждается в «строительном материале» для своих компонентов, которые также должны привноситься извне.

Есть два принципиально разных способа использования клеткой полученного питания. Первый из них – ассимиляция — подразумевает, что молекулы питательных веществ захватываются и либо напрямую усваиваются клеткой, либо используются ей для построения других нужных её молекул. Второй – диссимиляция (или клеточное дыхание) – заключается в преобразовании полученных веществ в энергию, необходимую для выполнения различных функций.

Клетка не только питается, но и выводит остатки своей жизнедеятельности. И также через мембрану, откуда они выводятся дальше, через лимфатическую и другие системы организма. То есть, клетка, подобно человеку, имеет настоящую пищеварительную систему.

Естественно предположить, что нормальное «пищеварение» клеток — основа здоровья организма в целом. Поэтому, формируя рацион питания, мы должны думать не о том, как насытить свой желудок, а о том, как предоставить всем клеткам нужное им питание. А это, как мы уже установили, не более и не менее, как 90 химических элементов. И если с биоэлементами обычно никаких проблем нет, то на уровне макроэлементов уже начинаются трудности. Одних поступает больше, других меньше, третьи отсутствуют совсем. С микроэлементами дело обстоит ещё хуже. Человеческий организм имеет колоссальный ресурс для выживания даже при самом отвратительном питании (например, как у тибетских монахов), но речь идёт именно о выживании, а не полноценной жизни и, тем более, расширении его возможностей. Поэтому учёные поднимают вопрос полноценного питания клеток встаёт всё чаще. Он обязательно должен быть решён каждым из нас как можно раньше и полнее.

Источник