15.3. Клеточное строение

Единство живой природы проявляется в структурном сходстве всех земных организмов (за исключением вирусов) – их клеточном строении.

Наука о клетках – цитология. Впервые клетки во второй половине 17-го века наблюдали Р. Гук (англ.) и М. Мальпиги (итал.), одноклеточные организмы – А. ван Левенгук (голл.), но создателями учения о клетках считаются Т. Шванн и М. Шлейден (нем., 30-е годы 19-го века).

Форма и размеры клеток могут сильно отличаться. Клетки растений и, например, эпителиальные клетки или клетки крови у животных имеют компактную форму, мышечные клетки – удлиненные, веретенообразные, нервные клетки имеют звездчатую или грушевидную форму с длинными ветвящимися отростками – аксонами. Некоторые одноклеточные бактерии имеют размеры 0.1-0.25 мкм. Типичный размер клеток – несколько десятков микрометров, например, размер лимфоцитов человека примерно 10 мкм. Нервные клетки с аксонами вытягиваются до одного метра, а яйцо страуса (это – одна клетка) имеет размер ~15 см.

Клетка ограничена клеточной (плазматической) мембраной, у растений имеющей жесткий целлюлозный наружный слой. Мембрана имеет малую толщину, но сложное строение. Она селективно, то есть выборочно, пропускает внутрь клетки и наружу необходимые вещества. За счет проникновения сквозь мембрану заряженных ионов между ее наружной и внутренней поверхностями возникает разность потенциалов той или иной полярности. Наружная поверхность нервных клеток обычно заряжена положительно, но за счет втягивания внутрь клетки положительных ионов Na⁺ на отдельных участках внешняя поверхность заряжается отрицательно. Эта область может со скоростью до 100 м/с перемещаться вдоль аксонов нервных клеток и переходить с одной нервной клетки на другую. Такое перемещение заряженного участка вдоль нерва называют нервным импульсом. Передача и трансформация нервных импульсов - основа нервной деятельности живых организмов.

Внутри мембраны находится полужидкая цитоплазма, в состав которой входит ряд органоидов клетки. У эукариотов в цитоплазму погружено ядро.

К числу органоидов клетки относятся лизосомы (расщепляют сложные полимерные молекулы до простых, усваиваемых клетками), рибосомы (осуществляют синтез белков, необходимых организму), митохондрии (энергетические станции) и ряд других структур. В клетках растений имеются пластиды, в том числе – хлоропласты, где происходит фотосинтез.

В клеточных ядрах находятся длинные нитевидные хромосомы, содержащие молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) – хранители наследственной информации. Как правило, число хромосом – четное. Например, у человека 46 хромосом.

У одноклеточных организмов единственная клетка выполняет все жизненные функции, у многоклеточных организмов клетки специализированы, то есть выполняют различные функции.

Важнейший принцип цитологии: новые клетки возникают только в результате деления предшествующих. Сейчас большое внимание привлекают так называемые стволовые клетки, которые на ранней стадии своего существования не специализированы, но могут развиться в клетки требуемого типа.