Размеры клеток.

Большинство клеток имеют микроскопические размеры. Типичный диаметр животных и растительных клеток составляет 10-30 микрон, многое бактерии имеют длину от 1 до 2 микрон. Что ограничивает размеры клеток? Нижний предел связан с минимальным числом каждого типа биологических молекул, требуемых клетке. Самые мельчайшие клетки бактерий имеют диаметр 300 нм, их объем составляет 10"¹⁴ мл. Одиночная рибосома имеет размер по вытянутой оси около 20 нм, поэтому несколько рибосом составляют существенную долю объема этой клетки. В клетке этого размера один микромоль раствора содержит всего лишь 6000 молекул. Верхний предел размера клетки связан со скоростью диффузии растворенных молекул в водных системах. Доступность энергообеспечивающих и питательных веществ из окружающей среды также ограничивается скоростью их диффузии во всей области клетки. Бактериальные клетки, которые производят энергию за счет окислительных реакций (аэробные клетки) должны получать молекулярный кислород (0г) из окружающей среды посредством диффузии через плазматические мембраны. Клетка столь мала, а отношение площади ее поверхности к объему молекулы столь велико, что каждая часть цитоплазмы легко доступна молекулам 0г, диффундирующим в клетку. Когда размер клетки увеличивается, отношение поверхность/объем уменьшается до тех пор, пока кислород начнет потребляться быстрее, чем идет снабжение им в результате диффузии. Таким образом аэробный метаболизм становится невозможным, когда клетка достигает определенной величины.

Есть интересные исключения из обобщения, что клетки должны быть малы. Клетки гигантской морской водоросли Nitella имеют несколько сантиметров в длину. Активное течение цитоплазмы в клетке гарантирует доставку во все ее части питательных веществ, метаболитов и генетической информации (РНК). Форма клетки также может скомпенсировать ее большой относительно номинального размер. Многие крупные клетки грубо являясь сферическими, имеют сильно развитую извилистую поверхность. Другие большие клетки (например, нейроны) имеют большое отношение поверхность/объем, поскольку они очень длинные, тонкие, имеют звездообразную форму и сильно разветвлены.

Клетки в биохимических исследованиях.

Многие знания в области биохимии почерпнуты путем изучения клеток, тканей и организмов, таких доступных как бактерия Ешерихия коли, дрожжи сахаромицеты, фотосинтезирующие водоросли, листья шпината, печень крысы и скелетные мышцы позвоночных животных. Физико-химическое изучение биологических молекул требует как минимум миллиграммовых количеств очищенных веществ, отсюда необходимы гомогенные источники каждого фермента или нуклеиновой кислоты, в которых все клетки генетически и биохимически идентичны. Некоторые животные и растительные клетки пролиферируют (размножаются) в форме культуры клеток, производя популяции идентичных клеток (клонирование) в количествах, достаточных для биохимического анализа.

Генетические мутанты, в которых дефект в одиночном гене производит специфический функциональный дефект в клетке или организме, чрезвычайно полезны в фиксации компонента клетки, который существенен для проявления особой клеточной функции. Так как технически много проще производить и детектировать мутанты в бактериях и грибах, именно эти организмы (Е, коли, сахаромицеты и другие) стали фаворитами для биохимиков и генетиков.

Некоторые высокоспециализированные ткани многоклеточных организмов заметно обогащены некоторыми специфическими компонентами, связанными с их функциями. Скелетные мышцы позвоночных животных являются богатым источником актина и миозина, секреторные клетки поджелудочной железы содержат в высокой концентрации грубый эндоплазматический ретикулум, клетки спермы богаты ДНК и жгутиковыми белками, в печени наблюдается высокая концентрация многих ферментов, листья шпината содержат большее число хлоропластов.