Каково строение клетки человека и что нам о нем известно? Ученые сумели рассмотреть эту крохотную деталь нашего организма во всех подробностях и хорошо представляют, как она работает и что умеет. Познакомимся с удивительной жизнью клеток, триллионы которых образуют организм человека.

Строение клетки человека

Клетка человека представляет собой элементарную живую систему, основную структурную и функциональную единицу организма, которая может самообновляться, саморегулироваться и самовоспроизводиться.

Организм человека содержит десятки триллионов клеток, которые вместе образуют ткани и органы. Известны разные виды клеток человека: мозг, сердце и печень, например, состоят из специфических клеток.

Но все же общее строение клеток очень похоже, и именно на нем остановимся подробнее. Из чего состоит клетка? Структура клетки человека представлена компонентами.

Цитоплазматическая мембрана

Рассматривать строение клетки начинают с мембраны, так как она ее основа. Об этом компоненте клеток известно следующее:

1. Это своеобразный конструктор, который, во-первых, ограждает всю клетку, а во-вторых, заключает в себе ядро и все мембранные органоиды (маленькие органы клетки).


2. Мембраны образуют двойной липидный (жировой) слой. На их внешней стороне находятся особенные молекулы белка — рецепторы, которые взаимодействуют с другими клетками и веществами.


3. Все мембраны обладают избирательной проницаемостью, то есть одни вещества они могут пропускать внутрь, а другие — нет.

Мембрана выполняет защитную функцию, регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, а также поддерживает ее форму.

Цитоплазма клетки человека

Это жидкая среда клетки, в которой находятся все органоиды и разнообразные включения. Основной ее компонент — вода. Это среда для протекания всех химических процессов. Также цитоплазма объединяет всю клетку в единое целое и служит полем для взаимосвязи всех компонентов.

Органоиды

Каждая из этих мельчайших деталей наделена важной функцией и бесперебойно ее выполняет.

Органоиды клетки человека: Freepick

Главный органоид — это ядро. Оно состоит из:

ядерной мембраны;
ядрышка;
кариоплазмы;
хромосом.

С помощью мембраны ядро отделено от цитоплазмы. Внутри оно наполнено ядерным соком (кариоплазмой). Ядрышко необходимо для процесса синтеза белка. Самая сокровенная часть ядра — это хромосомы, ДНК с записью всей наследственной информации.

Стоит отметить, что количество хромосом разное у каждого вида и никак не связано со сложностью его организации. Так, человеческая клетка содержит 46 хромосом, клетка шимпанзе — 48, собаки — 78.

Клеточное ядро сохраняет наследственную информацию о клетке, передает ее дочерним клеткам во время деления, реализовывает наследственную информацию путем синтеза белков, которые характерны для данной клетки.

Кроме ядра, клетка организма содержит:

1. Эндоплазматическую сеть (ЭПС). Эта система каналов пронизывает цитоплазму и нужна для обмена белков и жиров.


2. Аппарат Гольджи, который располагается вокруг ядра в виде плоских цистерн. Этот органоид передает, сортирует и накапливает белки, липиды и полисахариды, а также образует лизосомы.


3. Лизосомы — маленькие пузырьки, наполненные пищеварительными ферментами, которые выполняют функции защиты и переваривания белков, жиров и углеводов.


4. Митохондрии занимаются синтезом АТФ — вещества, из которого организм получает энергию.


5. Рибосомы необходимы для синтеза белка.


6. Клеточный центр — густая цитоплазма с центриолями (комплексом микротрубочек), которая участвует в делении клеток.

В отдельных группах клеток присутствуют органоиды специального назначения. К ним относятся:

жгутики в мужских половых клетках, благодаря которым они двигаются;
миофибриллы в мышечных клетках, которые отвечают за процессы сокращения мышц;
нейрофибриллы в нервных клетках, которые передают нервные импульсы;
фоторецепторы в клетках глаз.

Также клетки могут постоянно или временно содержать ряд включений:

пигменты, окрашивающие клетки (коричневый пигмент меланин вырабатывается в коже на солнце, чтобы защитить ее, а мы видим этот процесс как образование загара);
трофические включения, в которых запасается энергия;
секреторные включения встречаются в клетках, которые выделяют гормоны;
экскреторные включения. К этой группе относится пот в потовых железах.

Все это умещается в 3–4 микрометре (мкм) — таков средний размер человеческой клетки!

Клетка человека: свойства

Прежде чем рассмотреть функции клетки и ее свойства, обратим внимание на состав клетки человека.

Состав клетки человека

Разобраться в свойствах клетки поможет знание ее состава:

1. В клетках находятся соединения кислорода (О), серы (S), фосфора (Р), углерода (С), калия (К), хлора (Сl), водорода (Н), железа (Fe), натрия (Na), азота (N), кальция (Са), магния (Mg).


2. Основной компонент — вода. В ней растворяются и переносятся питательные вещества, а также идут все реакции. Вода выводит из клеток вредные продукты обмена. Она регулирует температуру тела и составляет до 85% клеточного состава.


3. Углеводы поставляют энергию для всех внутриклеточных процессов.


4. Жиры нужны для образования мембран, а при нехватке углеводов становятся энергетическим ресурсом.


5. Из белков построены все органоиды клетки, а также часть мембраны.


6. Нуклеиновая кислота ДНК хранит и передает генетическую информацию, а РНК участвуют в синтезе белков.


7. АТФ служит источником энергии.

Свойства

Клетки человека наделены следующими свойствами:

1. Они способны самовоспроизводится путем деления.


2. Могут изменяться в процессе существования.


3. Клетки постоянно поддерживают обмен веществ с внешней средой и другими клетками организма.


4. Способны использовать энергию, аккумулированную в химических веществах (углеводах, жирах, АТФ).


5. Клетки реагируют на внешние и внутренние раздражители.


6. Адаптируются к условиям внешней среды.

Процесс деления клеток человека: Freepick

Размножение

Одно из важнейших и ключевых свойств всех клеток — их способность к делению, благодаря которой организм растет, а старые клетки заменяются новыми.

Размножаются клетки в организме человека непрямым делением. В результате у дочерней клетки сохраняется хромосомный набор, идентичный материнскому. Именно хромосомы содержат всю информацию о наследственных свойствах данного организма и передают ее.

Процесс размножения состоит из нескольких стадий:

1. На этапе подготовки к размножению происходит удвоение числа хромосом. Клетка активно запасается энергией и веществами, которые необходимы для деления.


2. В первой фазе начинается деление. Центриоли в клеточном центре расходятся в клетке в разные стороны. Происходит утолщение и укорачивание хромосом, растворение ядерной оболочки. Клеточный центр превращается в веретено деления.


3. На второй стадии удвоенные хромосомы располагаются в центре клетки. К каждой из них от центриолей протягиваются плотные нити.


4. Далее эти нити сжимаются, притягивая хромосомы к двум противоположным частям клетки. Они расходятся пополам.


5. В конце происходит деление всего содержимого клетки и цитоплазмы. Хромосомы вновь становятся длинными и неразличимыми, вокруг них образуется оболочка ядра. Тело клетки образует перетяжку, которая углубляясь, разделяет ее пополам, и две дочерние клетки продолжают отдельную жизнь.

Таково базовое строение клетки человека. Это совершенно крохотный и удивительный микромир, который богат органоидами и различными веществами. В нем происходят сложнейшие процессы, благодаря которым мы живем.

Узнавайте обо всем первыми

Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.

Клетка

На заре развития жизни на Земле все клеточные формы были представлены бактериями. Они всасывали органические вещества, растворённые в первичном океане, через поверхность тела.

Со временем некоторые бактерии приспособились производить органические вещества из неорганических. Для этого они использовали энергию солнечного света. Возникла первая экологическая система, в которой эти организмы были производителями. В результате этого в атмосфере Земли появился кислород, выделяемый этими организмами. С его помощью можно из той же самой пищи получить гораздо больше энергии, а добавочную энергию использовать на усложнение строения тела: разделение тела на части.

Одно из важных достижений жизни — разделение ядра и цитоплазмы. В ядре находится наследственная информация. Специальная мембрана вокруг ядра позволила защитить от случайных повреждений. По мере необходимости цитоплазма получает из ядра команды, направляющие жизнедеятельность и развитие клетки.

Организмы, у которых ядро отделено от цитоплазмы, образовали надцарство ядерных (к ним относятся — растения, грибы, животные).

Таким образом, клетка — основа организации растений и животных — возникла и развилась в ходе биологической эволюции.

Даже не вооружённым глазом, а ещё лучше под лупой можно видеть, что мякоть зрелого арбуза состоит из очень мелких крупинок, или зёрнышек. Это клетки — мельчайшие «кирпичики», из которых состоят тела всех живых организмов, в том числе и растительных.

Жизнь растения осуществляется соединённой деятельностью его клеток, создающих единое целое. При многоклеточности частей растения существует физиологическое разграничение их функций, специализация различных клеток в зависимости от местоположения их в теле растения.

Растительная клетка отличается от животной тем, что имеет плотную оболочку, покрывающую внутреннее содержимое со всех сторон. Клетка не является плоской (как её принято изображать), она скорей всего похожа на очень маленький пузырёк, наполненный слизистым содержимым.

Строение и функции растительной клетки

Рассмотрим клетку как структурно-функциональную единицу организма. Снаружи клетка покрыта плотной клеточной стенкой, в которой имеются более тонкие участки — поры. Под ней находится очень тонкая плёнка — мембрана, покрывающая содержимое клетки — цитоплазму. В цитоплазме есть полости — вакуоли, заполненные клеточным соком. В центре клетки или около клеточной стенки расположено плотное тельце — ядро с ядрышком. От цитоплазмы ядро отделено ядерной оболочкой. По всей цитоплазме распределены мелкие тельца — пластиды.

Строение растительной клетки

Строение и функции органоидов растительной клетки

Клеточная стенка или плазматическая мембрана

Бесцветная, прозрачная и очень прочная

Пропускает в клетку и выпускает из клетки вещества.

Клеточная мембрана полупроницаемая

Густое тягучее вещество

В ней располагаются все другие части клетки

Находится в постоянном движении

Ядро (важная часть клетки)

Округлое или овальное

Обеспечивает передачу наследственных свойств дочерним клеткам при делении

Центральная часть клетки

Сферической или неправильной формы

Принимает участие в синтезе белка

Резервуар, отделённый от цитоплазмы мембраной. Содержит клеточный сок

Накапливаются запасные питательные вещества и продукты жизнедеятельности ненужные клетке.

По мере роста клетки мелкие вакуоли сливаются в одну большую (центральную) вакуоль

Используют световую энергию солнца и создают органические из неорганических

Форма дисков, отграниченных от цитоплазмы двойной мембраной

Образуются в результате накопления каротиноидов

Жёлтые, оранжевые или бурые

Содержатся в корнях, клубнях, луковицах

Состоит из двух мембран (наружная и внутренняя) с порами

Отграничивает ядро от цитоплазмы

Даёт возможность осуществляться обмену между ядром и цитоплазмой

Живая часть клетки — это ограниченная мембраной, упорядоченная, структурированная система биополимеров и внутренних мембранных структур, участвующих в совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Важной особенностью является то, что в клетке нет открытых мембран со свободными концами. Клеточные мембраны всегда ограничивают полости или участки, закрывая их со всех сторон.

Современная обобщенная схема растительной клетки

Плазмалемма (наружная клеточная мембрана) — ультрамикроскопическая плёнка толщиной 7,5 нм., состоящая из белков, фосфолипидов и воды. Это очень эластичная плёнка, хорошо смачивающаяся водой и быстро восстанавливающая целостность после повреждения. Имеет универсальное строение, т.е.типичное для всех биологических мембран. У растительных клеток снаружи от клеточной мембраны находится прочная, создающая внешнюю опору и поддерживающая форму клетки клеточная стенка. Она состоит из клетчатки (целлюлозы) — нерастворимого в воде полисахарида.

Плазмодесмы растительной клетки, представляют собой субмикроскопические канальцы, пронизывающие оболочки и выстланные плазматической мембраной, которая таким образом переходит из одной клетки в другую, не прерываясь. С их помощью происходит межклеточная циркуляция растворов, содержащих органические питательные вещества. По ним же идёт передача биопотенциалов и другой информации.

Порами называют отверстия во вторичной оболочке, где клетки разделяют лишь первичная оболочка и срединная пластинка. Участки первичной оболочки и срединную пластинку, разделяющие соседствующие поры смежных клеток, называют поровой мембраной или замыкающей пленкой поры. Замыкающую пленку поры пронизывают плазмодесменные канальцы, но сквозного отверстия в порах обычно не образуется. Поры облегчают транспорт воды и растворенных веществ от клетки к клетке. В стенках соседних клеток, как правило, одна против другой, образуются поры.

Клеточная оболочка имеет хорошо выраженную, относительно толстую оболочку полисахаридной природы. Оболочка растительной клетки продукт деятельности цитоплазмы. В её образовании активное участие принимает аппарат Гольджи и эндоплазматическая сеть.

Строение клеточной мембраны

Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма, — сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур в единую систему и обеспечении взаимодействия между ними в процессах клеточного метаболизма.

Гиалоплазма (или матрикс цитоплазмы) составляет внутреннюю среду клетки. Состоит из воды и различных биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов), из которых основную часть составляют белки различной химической и функциональной специфичности. В гиалоплазме содержатся также аминокислоты, моносахара, нуклеотиды и другие низкомолекулярные вещества.

Биополимеры образуют с водой коллоидную среду, которая в зависимости от условий может быть плотной (в форме геля) или более жидкой (в форме золя), как во всей цитоплазме, так и в отдельных ее участках. В гиалоплазме локализуются и взаимодействуют между собой и средой гиалоплазмы различные органеллы и включения. При этом расположение их чаще всего специфично для определенных типов клеток. Через билипидную мембрану гиалоплазма взаимодействует с внеклеточной средой. Следовательно, гиалоплазма является динамической средой и играет важную роль в функционировании отдельных органелл и жизнедеятельности клеток в целом.

Цитоплазматические образования – органеллы

Органеллы (органоиды) — структурные компоненты цитоплазмы. Они имеют определённую форму и размеры, являются обязательными цитоплазматическими структурами клетки. При их отсутствии или повреждении клетка обычно теряет способность к дальнейшему существованию. Многие из органоидов способны к делению и самовоспроизведению. Размеры их настолько малы, что их можно видеть только в электронный микроскоп.

Ядро — самая заметная и обычно самая крупная органелла клетки. Оно впервые было подробно исследовано Робертом Броуном в 1831 году. Ядро обеспечивает важнейшие метаболические и генетические функции клетки. По форме оно достаточно изменчиво: может быть шаровидным, овальным, лопастным, линзовидным.

Ядро играет значительную роль в жизни клетки. Клетка, из которой удалили ядро, не выделяет более оболочку, перестаёт расти и синтезировать вещества. В ней усиливаются продукты распада и разрушения, вследствие этого она быстро погибает. Образование нового ядра из цитоплазмы не происходит. Новые ядра образуются только делением или дроблением старого.

Внутреннее содержимое ядра составляет кариолимфа (ядерный сок), заполняющая пространство между структурами ядра. В нём находится одно или несколько ядрышек, а также значительное количество молекул ДНК, соединённых со специфическими белками — гистонами.

Ядрышко

Ядрышко — как и цитоплазма, содержит преимущественно РНК и специфические белки. Важнейшая его функция заключается в том, что в нём происходит формирование рибосом, которые осуществляют синтез белков в клетке.

Аппарат Гольджи

Аппарат Гольджи — органоид, имеющий универсальное распространение во всех разновидностях эукариотических клеток. Представляет собой многоярусную систему плоских мембранных мешочков, которые по периферии утолщаются и образуют пузырчатые отростки. Он чаще всего расположен вблизи ядра.

В состав аппарата Гольджи обязательно входит система мелких пузырьков (везикул), которые отшнуровываются от утолщённых цистерн (диски) и располагаются по периферии этой структуры. Эти пузырьки играют роль внутриклеточной транспортной системы специфических секторных гранул, могут служить источником клеточных лизосом.

Функции аппарата Гольджи состоят также в накоплении, сепарации и выделении за пределы клетки с помощью пузырьков продуктов внутриклеточного синтеза, продуктов распада, токсических веществ. Продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из окружающей среды по каналам эндоплазматической сети, транспортируются к аппарату Гольджи, накапливаются в этом органоиде, а затем в виде капелек или зёрен поступают в цитоплазму и либо используются самой клеткой, либо выводятся наружу. В растительных клетках Аппарат Гольджи содержит ферменты синтеза полисахаридов и сам полисахаридный материал, который используется для построения клеточной оболочки. Предполагают, что он участвует в образовании вакуолей. Аппарат Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего его в 1897 году.

Лизосомы

Лизосомы представляют собой мелкие пузырьки, ограниченные мембраной основная функция которых — осуществление внутриклеточного пищеварения. Использование лизосомного аппарата происходит при прорастании семени растения (гидролиз запасных питательных веществ).

Микротрубочки

Микротрубочки — мембранные, надмолекулярные структуры, состоящие из белковых глобул, расположенных спиральными или прямолинейными рядами. Микротрубочки выполняют преимущественно механическую (двигательную) функцию, обеспечивая подвижность и сокращаемость органоидов клетки. Располагаясь в цитоплазме, они придают клетке определённую форму и обеспечивают стабильность пространственного расположения органоидов. Микротрубочки способствуют перемещению органоидов в места, которые определяются физиологическими потребностями клетки. Значительное количество этих структур расположено в плазмалемме, вблизи клеточной оболочки, где они участвуют в формировании и ориентации целлюлозных микрофибрилл оболочек растительных клеток.

Вакуоль

Вакуоль — важнейшая составная часть растительных клеток. Она представляет собой своеобразную полость (резервуар) в массе цитоплазмы, заполненную водным раствором минеральных солей, аминокислот, органических кислот, пигментов, углеводов и отделённую от цитоплазмы вакуолярной мембраной — тонопластом.

Цитоплазма заполняет всю внутреннюю полость только у самых молодых растительных клеток. С ростом клетки существенно изменяется пространственное расположение вначале сплошной массы цитоплазмы: у неё появляются заполненные клеточным соком небольшие вакуоли, и вся масса становится ноздреватой. При дальнейшем росте клетки отдельные вакуоли сливаются, оттесняя к периферии прослойки цитоплазмы, в результате чего в сформированной клетке находится обычно одна большая вакуоль, а цитоплазма со всеми органеллами располагаются около оболочки.

Водорастворимые органические и минеральные соединения вакуолей обусловливают соответствующие осмотические свойства живых клеток. Этот раствор определённой концентрации является своеобразным осмотическим насосом для регулируемого проникновения в клетку и выделения из неё воды, ионов и молекул метаболитов.

В комплексе со слоем цитоплазмы и её мембранами, характеризующимися свойствами полупроницаемости, вакуоль образует эффективную осмотическую систему. Осмотически обусловленными являются такие показатели живых растительных клеток, как осмотический потенциал, сосущая сила и тургорное давление.

Пластиды

Пластиды — самые крупные (после ядра) цитоплазматические органоиды, присущие только клеткам растительных организмов. Они не найдены только у грибов. Пластиды играют важную роль в обмене веществ. Они отделены от цитоплазмы двойной мембранной оболочкой, а некоторые их типы имеют хорошо развитую и упорядоченную систему внутренних мембран. Все пластиды едины по происхождению.

Хлоропласты — наиболее распространённые и наиболее функционально важные пластиды фотоавтотрофных организмов, которые осуществляют фотосинтетические процессы, приводящие в конечном итоге к образованию органических веществ и выделению свободного кислорода. Хлоропласты высших растений имеют сложное внутреннее строение.

Размеры хлоропластов у разных растений неодинаковы, но в среднем диаметр их составляет 4-6 мкм. Хлоропласты способны передвигаться под влиянием движения цитоплазмы. Кроме того, под воздействием освещения наблюдается активное передвижение хлоропластов амебовидного типа к источнику света.

Хлорофилл — основное вещество хлоропластов. Благодаря хлорофиллу зелёные растения способны использовать световую энергию.

Лейкопласты (бесцветные пластиды) представляют собой чётко обозначенные тельца цитоплазмы. Размеры их несколько меньше, чем размеры хлоропластов. Более и однообразна и их форма, приближающая к сферической.

Встречаются в клетках эпидермиса, клубнях, корневищах. При освещении очень быстро превращаются в хлоропласты с соответствующим изменением внутренней структуры. Лейкопласты содержат ферменты, с помощью которых из излишков глюкозы, образованной в процессе фотосинтеза, в них синтезируется крахмал, основная масса которого откладывается в запасающих тканях или органах (клубнях, корневищах, семенах) в виде крахмальных зёрен. У некоторых растений в лейкопластах откладываются жиры. Резервная функция лейкопластов изредка проявляется в образовании запасных белков в форме кристаллов или аморфных включений.

Читайте также:  Капли от глазного давления

Хромопласты в большинстве случаев являются производными хлоропластов, изредка — лейкопластов.

Созревание плодов шиповника, перца, помидоров сопровождается превращением хлоро- или лейкопластов клеток мякоти в каратиноидопласты. Последние содержат преимущественно жёлтые пластидные пигменты — каратиноиды, которые при созревании интенсивно синтезируются в них, образуя окрашенные липидные капли, твёрдые глобулы или кристаллы. Хлорофилл при этом разрушается.

Митохондрии

Митохондрии — органеллы, характерные для большинства клеток растений. Имеют изменчивую форму палочек, зёрнышек, нитей. Открыты в 1894 году Р. Альтманом с помощью светового микроскопа, а внутреннее строение было изучено позднее с помощью электронного.

Митохондрии имеют двухмембранное строение. Внешняя мембрана гладкая, внутренняя образует различной формы выросты — трубочки в растительных клетках. Пространство внутри митохондрии заполнено полужидким содержимым (матриксом), куда входят ферменты, белки, липиды, соли кальция и магния, витамины, а также РНК, ДНК и рибосомы. Ферментативный комплекс митохондрий ускоряет работу сложного и взаимосвязанного механизма биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ. В этих органеллах осуществляется обеспечение клеток энергией — преобразование энергии химических связей питательных веществ в макроэргиеские связи АТФ в процессе клеточного дыхания. Именно в митохондриях происходит ферментативное расщепление углеводов, жирных кислот, аминокислот с освобождением энергии и последующим превращением её в энергию АТФ. Накопленная энергия расходуется на ростовые процессы, на новые синтезы и т. д. Митохондрии размножаются делением и живут около 10 дней, после чего подвергаются разрушению.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — сеть каналов, трубочек, пузырьков, цистерн, расположенных внутри цитоплазмы. Открыта в 1945 году английским учёным К. Портером, представляет собой систему мембран, имеющих ультрамикроскопическое строение.

Строение эндоплазматической сети

Вся сеть объединена в единое целое с наружной клеточной мембраной ядерной оболочки. Различают ЭПС гладкую и шероховатую, несущую на себе рибосомы. На мембранах гладкой ЭПС находятся ферментные системы, участвующие в жировом и углеводном обмене. Этот тип мембран преобладает в клетках семян, богатых запасными веществами (белками, углеводами, маслами), рибосомы прикрепляются к мембране гранулярной ЭПС, и во время синтеза белковой молекулы полипептидная цепочка с рибосомами погружается в канал ЭПС. Функции эндоплазматической сети очень разнообразны: транспорт веществ как внутри клетки, так и между соседними клетками; разделение клетки на отдельные секции, в которых одновременно проходят различные физиологические процессы и химические реакции.

Рибосомы

Рибосомы — немембранные клеточные органоиды. Каждая рибосома состоит из двух не одинаковых по размеру частичек и может делиться на два фрагмента, которые продолжают сохранять способность синтезировать белок после объединения в целую рибосому.

Рибосомы синтезируются в ядре, затем покидают его, переходя в цитоплазму, где прикрепляются к наружной поверхности мембран эндоплазматической сети или располагаются свободно. В зависимости от типа синтезируемого белка рибосомы могут функционировать по одиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы.

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)

Элемент	Содержание, %
Кислород	65-75
Углерод	15-18
Водород	8-10
Азот	2-3
Всего	ок. 98%

Макроэлементы (иначе – минералы)

Элемент	Содержание, %
Кальций	0,04-2,00
Фосфор	0,2-1,0
Калий	0,15-0,4
Сера	0,15-0,2
Хлор	0,05-0,1
Натрий	0,02-0,03
Магний	0,02-0,03
Железо	0,01-0,015
Всего	до 1.98%

Микроэлементы (иначе – минералы)

Элемент	Содержание, %
Цинк	до 0,001
Медь	до 0,001
Хром	до 0,001
Ванадий	до 0,001
Ванадий	до 0,001
Германий	до 0,001
Йод	до 0,001
Марганец	до 0,001
Кобальт	до 0,001
Никель	до 0,001
Селен	до 0,001
Фтор	до 0,001
Рутений	до 0,001
Молибден	до 0,001
Бор	до 0,001
Всего	до 0.02%

Ультрамикроэлементы

Элемент	Содержание, %
Золото	до 0,0000001
Серебро	до 0,0000001
Платина	до 0,0000001
Ртуть	до 0,0000001
Цезий	до 0,0000001
Бериллий	до 0,0000001
Радий	до 0,0000001
Уран	до 0,0000001
и около 50-ти других
Всего	менее 0.00001%

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

Вещество	Содержание, %
Белки и аминокислоты	10-20
Жиры (липиды)	1-5
Углеводы (моно-, ди- и полисахариды)	0,2-2,0
Нуклеиновые кислоты (биополимеры; в т.ч. ДНК и РНК)	1-2
Низкомолекулярные органические вещества, в т.ч. аденозинтрифосфат	0,1-0,5
Биологически активные вещества и ферменты	ок. 0,1

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.

Какими невероятными возможностями обладают клетки человеческого организма

Казалось бы, ну что такого необычного представляет собой эта «структурно-функциональная элементарная единица строения организма»? Ядро, цитоплазма, мембрана и прочее внутреннее содержание как бы не предполагают наличия сообразительности. Тем не менее именно на клеточном уровне проявляется способность тела противостоять различного рода напастям. Как это работает?

pixabay.com

Солдаты и удача

Строение клетки — пожалуй, самая скучная тема школьного курса биологии. По виду клетка напоминает фасолину, в которой плавают разные странные вещи с интригующими названиями: вакуоли, центриоли, ризосомы и загадочный аппарат Гольджи. Но поскольку все это не имеет никакого отношения к инопланетянам или подводным погружениям, ребята (за исключением тех, кто планирует поступать на биофак) быстро теряют интерес к теме. Однако клеточный мир очень даже способен удивить. К тому же основные исследования в этой области относятся к самым перспективным современным научным направлениям.

Начнем с того, что клетки — это те кирпичики, из которых собраны все организмы. Единственные бесклеточные — вирусы. В свою очередь все клеточные формы жизни делятся на два надцарства. Это более простые по строению прокариоты (доядерные), возникшие на заре времен и отличающиеся поразительной живучестью. Они прекрасно себя чувствуют в экстремальных средах вроде кипятка и концентрированных кислот.

Второе надцарство — эукариоты (ядерные). Клетки, составляющие наше тело, как раз и являются эукариотическими. И хотя они не выживут в жерле вулкана, зато имеют другие уникальные свойства, над созданием которых природе и эволюции пришлось изрядно попотеть. И что самое главное — они содержат генетический материал в виде молекулы ДНК. То есть все признаки вплоть до цвета ваших глаз и волос зашифрованы в каждой из триллионов этих малюток. Не так уж и скучно, не так ли?

Обнуление цикла

Говорят, каждые семь лет человеческий организм обновляется — клетки заменяются новыми. Есть даже такая шутка: как можно отвечать за свои поступки, если я уже не тот, кто был? Факт обновления был обнаружен еще в начале 1950-х годов шведским молекулярным биологом Джонасом Фрисеном. Но если дела обстоят именно так, почему же мы стареем и в итоге умираем? Ответ содержится опять-таки в особенностях жизненного цикла клеток.

Каждая клетка определенного органа имеет свои, если так можно сказать, сроки годности. Например, некоторые группы лейкоцитов живут всего пару часов. Дольше всего обновляются жировые клетки (кто бы сомневался) — один раз в восемь лет. Что касается пресловутого семилетнего срока, то, учитывая разные скорости митоза (процесс обновления), он весьма относителен. То есть клетки печени у вас уже новые, а вот жирок пока прежний. Причем из-за разницы жизненного цикла клетки в этом плане одна за другой хронически не поспевают. Кстати, по последним данным, обновление происходит у каждого человека по-разному и может занимать до 10 лет.

Жизнеспособность клеток имеет и некую мрачную сторону. Например, после смерти тела многие живут еще довольно долго — от нескольких минут до часов и дней. Такая особенность важна, в частности, для криминалистики. На этом же факте основаны и версии о том, что человек некоторое время после смерти видит, слышит и чувствует. На самом деле, когда мозг перестает получать информацию от нервных окончаний и сенсоров, нам уже, грубо говоря, все равно.

Наморщить ум

На протяжении жизни мы бережемся от физических повреждений — не суем руки в огонь, осторожно обращаемся с острыми предметами и так далее. Короче, храним целостность нашего тела. Хотите верьте, хотите нет, но так же поступают и клетки. Поскольку каждая — своего рода сейф с важной информацией (мы же помним про ДНК), ее стратегическая задача состоит в том, чтобы выжить. Как минимум сохранить в целостности клеточную мембрану. Но это непросто, учитывая различные риски. Как биохимические (окислительные процессы, отсутствие кислорода и так далее), так и механические. Например, когда кто-то вас ударил, то, считай, загубил кучу ни в чем не повинных клеток. Тем не менее большинству удается сгруппироваться и выдержать удар, не разрушившись. Этот механизм открыт недавно и описан в научном журнале Nature Communications исследователями из испанского Национального сердечно-сосудистого центра. Суть в том, что клетки сжимаются, сморщивая мембрану и формируя «подушку бе­зопасности». Примерно так же, как вы зажмуриваетесь, пытаясь защититься от летящего в лицо снежка. И тут ученых озадачил один момент.

Если схема защиты существует, то она должна как-то включаться. А это означает, что у клетки есть датчики механического давления, командующие внутриклеточным белкам перестроиться в гармошку. В общем, «внутренний мир» только раскрывает перед нами свои секреты.

ПОЖИЛ — И ХВАТИТ

Так почему же мы все-таки умираем, несмотря на постоянный процесс обновления? Получается, предпосылки к вечной жизни имеются. Однако не все так просто. Во-первых, есть определенные и очень важные клетки, которые остаются неизменными с рождения до смерти, к ним, в частности, относятся некоторые нейроны мозга, клетки миокарда и сетчатки глаза. После определенного возраста новые клетки не создаются и в скелетных мышцах, поэтому у пожилых людей плохо заживают переломы. Но самый главный фактор называется апоптоз, или процесс запрограммированной клеточной смерти.

Согласно закону сохранения энергии, ничто не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда. Так же действует и обновление клеток: старая делится и образует дубликат. Но после многих циклов такого клонирования (хотя это не совсем корректное сравнение) неизбежно накапливаются ошибки и повреждения. Когда их процент достигает критического уровня, запускается цепная реакция: снижается способность к регенерации и так далее. К тому же стареющие клетки оказывают влияние на соседние, выделяя определенные сигнальные молекулы. Как будто говорят: «Коллеги, наше время истекает». Клетки, перешагнувшие так называемый предел Хейфлика (52 деления), совершают «самоубийство», активизируя особые ферменты-киллеры — каспазы, которые до этого момента бездельничают в цитоплазме. Единственная их задача — разрушить больную клетку. Затем ее остатки быстро (в среднем за 90 минут) уничтожаются иммунной системой. А конкретно — другими клетками, макрофагами. Это такие внутренние санитары, которые переваривают бактерии, остатки погибших клеток, чужеродные или токсичные для организма частицы. Поскольку организм человека состоит из триллионов клеток, которые имеют разный жизненный цикл и делятся не одновременно, угасание происходит постепенно. Как утверждает наука, в идеале тело человека предназначено для активной эксплуатации в течение не более 100 лет — так задумано природой. С другой стороны, может, этого и достаточно? Некоторые не знают, что и с более короткой жизнью делать.

Если расправить спирали ДНК, содержащиеся в каждой клетке и представляющие собой «микрофильмы» длиной около 1 метра, а затем соединить их, то можно протянуть (гипотетически, конечно) эту нить на 150 миллионов километров. То есть на расстояние от Земли до Солнца. Естественно, так «потрошить» человека никто не собирается. Но факт сам по себе интересный.

Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.