Войти
| Клетка | |
|---|---|
 Лук (Allium cepa) клетки корня в разных фазах клеточного цикла (нарисовано EB Wilson, 1900) | |
 A эукариотическая клетка (слева) и прокариотическая ячейка (справа) | |
| Идентификаторы | |
| MeSH | D002477 |
| TH | H1.00.01.0.00001 |
| FMA | 686465 |
| Анатомическая терминология [редактировать в Викиданных ] | |
The клетка (от латинского cella, что означает «маленькая комната») - основная структурная, функциональная и биологическая единица всех известных организмов. Клетка - это мельчайшая единица жизни. Клетки часто называют «кирпичиками жизни». Изучение клеток называется клеточной биологией, клеточной биологией или цитологией.
Клетки состоят из цитоплазмы, заключенной в мембрану, которая содержит множество биомолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты. Большинство клеток растений и животных видны только под микроскопом с размерами от 1 до 100 микрометров. Организмы могут быть классифицированы как одноклеточные (состоящие из одной клетки, например бактерии ) или многоклеточные (включая растения и животных). Большинство одноклеточных организмов классифицируются как микроорганизмы.
. Количество клеток в растениях и животных варьируется от вида к виду; было подсчитано, что люди содержат около 40 триллионов (4 × 10) клеток. Человеческий мозг насчитывает около 80 миллиардов этих клеток.
Клетки были обнаружены Робертом Гуком в 1665 году, который назвал их из-за их сходства с клетками, населенными христианскими монахами в монастыре. Теория клеток, впервые разработанная в 1839 году Маттиасом Якобом Шлейденом и Теодором Шванном, утверждает, что все организмы состоят из одной или нескольких клеток, что клетки являются фундаментальной единицей структуры и функций всех живых организмов, и что все клетки происходят из уже существующих клеток. Клетки появились на Земле не менее 3,5 миллиардов лет назад.
Клетки бывают двух типов: эукариотические, которые h содержат ядро и прокариотическое ядро , которых нет. Прокариоты - это одноклеточные организмы, а эукариоты могут быть одноклеточными или многоклеточными.
Структура типичной прокариотической клетки Прокариоты включают бактерии и археи, два из трех доменов жизни. Прокариотические клетки были первой формой жизни на Земле, характеризующейся наличием жизненно важных биологических процессов, включая клеточную передачу сигналов. Они проще и меньше, чем эукариотические клетки, и лишены ядра и других мембраносвязанных органелл. ДНК прокариотической клетки состоит из одной кольцевой хромосомы, которая находится в прямом контакте с цитоплазмой. Ядерная область в цитоплазме называется нуклеоидом. Большинство прокариот являются самыми маленькими из всех организмов диаметром от 0,5 до 2,0 мкм.
Прокариотическая клетка имеет три области:
Структура типичной животной клетки 
Структура типичной растительной клетки Растения, животные, грибы, плесневые грибки, простейшие и водоросли - все это эукариотический. Эти клетки примерно в пятнадцать раз шире, чем у типичного прокариота, и могут быть в тысячу раз больше по объему. Основным отличительным признаком эукариот по сравнению с прокариотами является компартментализация : наличие мембраносвязанных органелл (компартментов), в которых происходит определенная активность. Наиболее важным среди них является ядро клетки, органелла, в которой находится ДНК клетки. Это ядро дает эукариоту свое имя, что означает «истинное ядро (ядро)». Другие отличия включают:
| Прокариот | Эукариот | |
|---|---|---|
| Типичные организмы | бактерии, археи | протисты, грибы, растения, животные |
| Типичный размер | ~ 1–5 μm | ~ 10–100 мкм |
| Тип ядра | области нуклеоида ; нет истинного ядра | истинного ядра с двойной мембраной |
| ДНК | кольцевых (обычно) | линейных молекул (хромосом ) с гистоном белки |
| РНК / белки синтез | связанные в цитоплазме | синтез РНК в ядре. синтез белка в цитоплазме |
| Рибосомы | 50S и 30S | 60S и 40S |
| Цитоплазматическая структура | очень мало структур | , сильно структурированных эндомембранами и цитоскелетом |
| Движение клеток | жгутиками, состоящими из флагеллина, | жгутиков и реснички, содержащие микротрубочки ; ламеллиподии и филоподии, содержащие актин |
| Митохондрии | нет | от одной до нескольких тысяч |
| Хлоропласты | нет | в водорослях и растениях |
| Организация | обычно отдельные клетки | отдельные клетки, колонии, высшие многоклеточные организмы со специализированными клетками |
| Деление клеток | бинарное деление (простое деление) | митоз (деление или почкование). мейоз |
| Хромосомы | одиночная хромосома | более одной хромосомы |
| Мембраны | клеточная мембрана | Клеточная мембрана и мембраносвязанные органеллы |
Все клетки, прокариотические или эукариотические, имеют мембрану, которая окружает клетку, регулирует то, что движется внутрь и наружу (избирательно проницаемая), и поддерживает электрический потенциал клетки. Внутри мембраны цитоплазма занимает большую часть объема клетки. Все клетки (кроме эритроцитов, у которых отсутствует ядро клетки и большинство органелл для размещения максимального пространства для гемоглобина ) имеют ДНК, наследственный материал гены и РНК, содержащие информацию, необходимую для построения различных белков, таких как ферменты, основного механизма клетки. Существуют также другие виды биомолекул в клетках. В этой статье перечислены эти основные клеточные компоненты, а затем кратко описаны их функции.
Подробная схема липидной двухслойной клеточной мембраны клеточная мембрана, или плазматическая мембрана, представляет собой биологическую мембрану, которая окружает цитоплазму ячейка. У животных плазматическая мембрана является внешней границей клетки, тогда как у растений и прокариот она обычно покрыта клеточной стенкой. Эта мембрана служит для отделения и защиты клетки от окружающей среды и состоит в основном из двойного слоя фосфолипидов, которые являются амфифильными (частично гидрофобными и частично гидрофильный ). Следовательно, этот слой называется бислоем фосфолипидов или иногда жидкой мозаичной мембраной. В эту мембрану встроена макромолекулярная структура, называемая поросомой универсальным секреторным порталом в клетках, и различные белковые молекулы, которые действуют как каналы и насосы, которые перемещают различные молекулы в и из ячейка. Мембрана является полупроницаемой и избирательно проницаемой в том смысле, что она может пропускать вещество (молекула или ион ) свободно, проходить через ограниченную степень или не проходить через совсем. Мембраны клеточной поверхности также содержат белки рецептора, которые позволяют клеткам обнаруживать внешние сигнальные молекулы, такие как гормоны.
Флуоресцентное изображение эндотелиальной клетки. Ядра окрашены в синий цвет, митохондрии окрашены в красный цвет, а микрофиламенты окрашены в зеленый цвет. Цитоскелет служит для организации и поддержания формы клетки; закрепляет органеллы на месте; помогает во время эндоцитоза, поглощения внешних материалов клеткой, и цитокинеза, отделения дочерних клеток после деления клетки ; и перемещает части клетки в процессе роста и подвижности. Цитоскелет эукариот состоит из микрофиламентов, промежуточных нитей и микротрубочек. С ними связано большое количество белков, каждый из которых контролирует структуру клетки, направляя, связывая и выравнивая филаменты. Прокариотический цитоскелет менее изучен, но он участвует в поддержании формы клеток, полярности и цитокинеза. Субъединичный белок микрофиламентов представляет собой небольшой мономерный белок, называемый актин. Субъединица микротрубочек представляет собой димерную молекулу, называемую тубулин. Промежуточные филаменты представляют собой гетерополимеры, субъединицы которых различаются для разных типов клеток в разных тканях. Но некоторые из субъединичных белков промежуточных филаментов включают виментин, десмин, ламин (ламины A, B и C), кератин ( множественные кислые и основные кератины), белки нейрофиламентов (NF – L, NF – M).
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) Существует два разных вида генетического материала: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Клетки используют ДНК для длительного хранения информации. Биологическая информация, содержащаяся в организме, закодирована в его последовательности ДНК. РНК используется для переноса информации (например, мРНК ) и ферментативных функций (например, рибосомальная РНК). Молекулы транспортной РНК (тРНК) используются для добавления аминокислот во время трансляции белка .
Прокариотический генетический материал организован в простую кольцевую бактериальную хромосому в нуклеоиде область цитоплазмы. Генетический материал эукариот разделен на различные линейные молекулы, называемые хромосомами внутри дискретного ядра, обычно с дополнительным генетическим материалом в некоторых органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты (см. эндосимбиотическая теория ).
A человеческая клетка имеет генетический материал, содержащийся в ядре клетки (ядерный геном ) и в митохондриях (митохондриальный геном ). У человека ядерный геном разделен на 46 линейных молекул ДНК, называемых хромосомами, включая 22 пары гомологичных хромосом и пару половых хромосом. Митохондриальный геном представляет собой кольцевую молекулу ДНК, отличную от ядерной ДНК. Хотя митохондриальная ДНК очень мала по сравнению с ядерными хромосомами, она кодирует 13 белков, участвующих в выработке митохондриальной энергии, и специфические тРНК.
Чужой генетический материал (чаще всего ДНК) также может быть искусственно введен в клетку с помощью процесса, называемого трансфекцией. Это может быть временным, если ДНК не вставлена в геном клетки, или стабильным, если это так. Некоторые вирусы также вставляют свой генетический материал в геном.
Органеллы - это части клетки, адаптированные и / или специализированные для выполнения одной или нескольких жизненно важных функций, аналогично органам человеческого тела ( таких как сердце, легкие и почки, причем каждый орган выполняет свою функцию). И эукариотические, и прокариотические клетки имеют органеллы, но прокариотические органеллы обычно проще и не связаны с мембраной.
В клетке есть несколько типов органелл. Некоторые (например, ядро и аппарат Гольджи ) обычно одиночные, в то время как другие (такие как митохондрии, хлоропласты, пероксисомы и лизосомы ) могут быть многочисленными (от сотен до тысяч). цитозоль представляет собой студенистую жидкость, которая заполняет клетку и окружает органеллы.
раковые клетки человека, в частности клетки HeLa, с ДНК, окрашенной в синий цвет. Центральная и самая правая клетки находятся в интерфазе, поэтому их ДНК диффузная, и все ядра помечены. Клетка слева проходит митоз, и ее хромосомы конденсируются. 
Трехмерное изображение эукариотической клетки 
Схема эндомембранной системы Многие клетки также имеют структуры, которые существуют полностью или частично вне клеточной мембраны. Эти структуры примечательны тем, что они не защищены от внешней среды полупроницаемой клеточной мембраной. Чтобы собрать эти структуры, их компоненты должны переноситься через клеточную мембрану с помощью процессов экспорта.
Многие типы прокариотических и эукариотических клеток имеют клеточную стенку. Клеточная стенка защищает клетку механически и химически от окружающей среды и является дополнительным слоем защиты клеточной мембраны. Различные типы клеток имеют клеточные стенки, состоящие из разных материалов; Стенки клеток растений в основном состоят из целлюлозы, стенки клеток грибов состоят из хитина, а клеточные стенки бактерий состоят из пептидогликана.
Желатиновая капсула присутствует у некоторых бактерий вне клеточной мембраны и клеточной стенки. Капсула может представлять собой полисахарид, как в пневмококки, менингококки или полипептид как Bacillus anthracis или гиалуроновую кислоту. кислота как в стрептококки. Капсулы не маркируются стандартными протоколами окрашивания и могут быть обнаружены тушью или метиловым синим ; что обеспечивает более высокий контраст между клетками для наблюдения.
Жгутики представляют собой органеллы для клеточной подвижности. Жгутик бактерий простирается из цитоплазмы через клеточную мембрану (мембраны) и выходит через клеточную стенку. Это длинные и толстые нитевидные придатки, белковые по своей природе. Другойтип жгутика встречается у архей, а другой тип - у эукариот.
A фимбрии (множественные фимбрии, также как известные пилус, множественные пили) меньшие, тонкие, похожие на волосы нити, обнаруживаемые на поверхности бактерий. Фимбрии образованы из белка, называемого пилин (антигенный ), и отвечает за прикрепление бактерий к специфическим рецепторам на клетках человека (клеточная адгезия ). Существуют особые типы пилей, участвующих в бактериальной конъюгации.
Прокариоты делятся на бинарное деление, а эукариоты делятся на митоз или мейоз.Деление клетки включает деление одной клетки (называемой материнской клеткой) на две дочерние клетки. Это приводит к росту многоклеточных организмов (рост ткани ) и к размножению (вегетативное размножение ) у одноклеточных организмов. Прокариотические клетки делятся посредством бинарного деления, в то время как эукариотические клетки обычно проходят через ядерное деление, называемого митозом, за которым следует деление клетка, называемая цитокинезом. диплоидная клетка также может претерпевать мейоз с образованием гаплоидных клеток, обычно четырех. Гаплоидные клетки, выращиваемые гаметами в многоклеточных организмах, сливаясь с образованием новых диплоидных клеток.
Репликация ДНК, или процесс дублирования генома клетки, всегда происходит, когда клетка делится посредством митоза или бинарного деления. Это происходит в S-фазе клеточного цикла.
В мейозе ДНК реплицируется только один раз, а клетка делится дважды. Репликация ДНК происходит только до мейоза I. Репликация ДНК не происходит, когда клетки делятся второй раз, в мейозе II. Репликация, как и любая клеточная деятельность, требует белков для выполнения этой работы.
Схема белка белков, углеводов и жиры В целом, клетки всех организмов содержат фермент системы, которые сканируют их ДНК на повреждения и процессы восстановления при обнаружении повреждений. У организмов, от бактерий до людей, развились разнообразные процессы восстановления. Широкое распространение этих процессов восстановления указывает на сохранение клеточной ДНК в неповрежденном состоянии, чтобы избежать гибели клеток или репликаций из-за повреждений, которые могут привести к мутации. Э. coli представляет собой хорошо изученный пример клеточного организма с разнообразными четко определенными процессами репарации ДНК. К ним относ: (1) эксцизионная репарация нуклеотидов, (2) репарация ошибочного спаривания ДНК, (3) негомологичное соединение концов двухцепочечных разрывов, (4) рекомбинационная репарация и (5) светозависимая репарация (фотореактивация ).
Обзор синтеза белка.. В ядре клетки (голубой), гены (ДНК, темно-синий) транскрибируются в РНК. Затем эта РНК подвергается посттранскрипционной модификации и контролю, в результате чего образуется зрелая мРНК (красный), которая затем транспортируется из ядра в цитоплазму (персик), где он подвергается трансляции в белок. мРНК транслируется рибосомами (фиолетовый), которые соответствуют трехосновным кодонам мРНК с трехосновными антикодонами тРНК. Недавно синтезированные белки (черный) синтезируются полностью активными. Между последовательными клеточными делениями клетки растут за счет функционирования клеточного метаболизма. Клеточный метаболизм - это процесс, с помощью которого отдельные клетки обрабатывают молекулы питательных веществ. Метаболизм имеет два различных подразделения: катаболизм, при котором клетка расщепляет сложные молекулы для производства энергии и восстанавливающая сила, и анаболизм, при котором клетка использует энергию. и снижение способности создавать сложные молекулы и выполнять другие биологические функции. Сложные сахара, потребляемые молекулы, могут быть расщеплены на более простые молекулы сахара, называемые моносахаридами, такими как глюкоза. Попав внутрь клетки, глюкоза расщепляется с образованием аденозинтрифосфата (АТФ ), молекулы, которая обладает легко доступной энергией двумя разными путями.
Клетки способны синтезировать новые белки, которые необходимы для модуляции и поддержания клеточной активности. Этот процесс включает образование новых белковых молекул из строительных блоков аминокислоты на основе информации, закодированной в ДНК / РНК. Синтез белка обычно состоит из двух основных этапов: транскрипция и трансляция.
>это процесс, при котором генетическая информация в ДНК используется для производства комплементарной цепи РНК. Затем эта цепь РНК обрабатывается с получением информационная РНК (мРНК), которая может свободно перемещаться через клетку. Молекулы мРНК связываются с комплексами белок-РНК, называемыми рибосомами, расположенными в цитозоле, где они транслируются в полипептидные последовательности. Рибосома опосредует образование полипептидной на основе исходной мРНК. Последовательность мРНК непосредственно связана последовательностью полипептида путем связывания с адапторными молекулами транспортной РНК (тРНК) в связывающих карманах внутри рибосомы. Затем новый полипептид сворачивается в функциональную трехмерную молекулу белка.
Одноклеточные организмы могут перемещаться в поисках пищи или спасаться от хищников. Общие механизмы движения включают жгутики и реснички.
. В многоклеточных организмах клетки могут перемещаться во время таких процессов, как заживление ран, иммунный ответ и метастазирование рака. Например, при заживлении ран у животных белые кровяные тельца перемещаются к участку раны, чтобы убить микроорганизмы, вызывающие инфекцию. Подвижность клеток включает множество рецепторов, сшивание, связывание, адгезию, моторные и другие белки. Процесс делится на три этапа: выступание переднего края клетки, адгезия переднего края и деадгезия на теле и задней части клетки, а также сокращение цитоскелета для вытягивания клетки вперед. Каждый шаг управляется физическими силами, генерируемыми уникальными сегментами цитоскелета.
В августе 2020 года ученые описали односторонние клетки - в частности, клетки слизистой плесени и мыши. клетки, используемые из определения поджелудочной железы - способны эффективно перемещаться по телу и определять лучшие методы через сложные лабиринты: генерировать градиенты после разрушения диффузных хемоаттрактантов, которые позволяют им ощущать приближающиеся соединения лабиринта до их достижений, в том числе за углами.
Окрашивание Caenorhabditis elegans, которое выделяет ядра его клеток. Многоклеточные организмы - это организмы, которые состоят из более чем одной клетки, в отличие от одноклеточных организмов.
В сложных многоклеточных организмах клетки разрабатываются на различных типах клеток, которые адаптирован к конкретным функциям. У млекопитающих основные клетки включают клетки кожи, мышечные клетки, нейроны, клетки крови, фибробласты, стволовые клетки и другие. Типы клеток различаются как по внешнему виду, так и по функциям, но при этом генетически идентичны. Клетки могут быть одного и того же генотипа, но другого типа клеток из-за дифференциальной экспрессии используютсяся в них генов.
Основные типы различных типов клеток из одной тотипотентной клетки, называемой <>зиготой, которая содержит на разных типах клеток в течение разработки. Дифференциация клеток управляет различными сигналами окружающей среды (такими как межклеточное взаимодействие) и внутренними различиями (например, вызванными неравномерным распределением молекул во время деления ).
Многоклеточность независимо развивалась как минимум 25 раз, в том числе у некоторых прокариот, таких как цианобактерии, миксобактерии, актиномицеты, Magnetoglobus multicellularis или Methanosarcina. Однако сложные многоклеточные организмы: животные, грибы, красные водоросли, зеленые водоросли и растения. Он неоднократно развивался для растений (Chloroplastida ), один или два раза для животных, один раз для бурых водорослей и, возможно, несколько раз для грибов, слизевики и красные водоросли. Многоклеточность могла развиться от колоний взаимозависимых организмов, от клеточности или от организмов, находящихся в симбиотических отношениях.
Первое свидетельство многоклеточности - от цианобактерий -подобные организмы которые, жили от 3 до 3,5 миллиардов лет назад. Другие ранние окаменелости многоклеточных организмов включают оспариваемую Grypania spiralis и окаменелости черных сланцев палеопротерозойских окаменелостей французской группы B формации в Габоне.
Эволюция многоклеточности от одноклеточных предков была воспроизведена в лаборатории в экспериментах по эволюции с использованием хищников в качестве давления отбора.
Происхождение клеток должно соответствовать сделать с происхождением жизни, с которого началась история жизни на Земле.
Строматолиты остались позади цианобактерии, также называемые сине-зелеными водорослями. Это самые старые известные окаменелости жизни на Земле. Это окаменелость возрастом один миллиард лет находится в Национальном парке Глейшер в Соединенных Штатах. Существует несколько теорий происхождения малых молекул, которые привели к возникновению жизни на ранней Земле. Они могли быть перенесены на Землю на метеоритах (см. метеорит Мерчисон ), образованы в глубоководных жерлах или синтезированы молниями в восстановительной атмосфере (см. Миллер-Юри эксперимент ). Мало экспериментальных данных, определяющих, какими были первые самовоспроизводящиеся формы. РНК считается самой ранней самовоспроизводящейся молекулой, так как она способна как хранить генетическую информацию, так и катализировать химические реакции (см. гипотезу мира РНК ), но некоторые другие сущности с потенциал к саморепликации мог предшествовать РНК, такой как глина или пептидная нуклеиновая кислота.
. Клетки возникли по меньшей мере 3,5 миллиарда лет назад. В настоящее время считается, что эти клетки были гетеротрофами. Ранние клеточные мембраны, вероятно, были более простыми и проницаемыми, чем современные, с одной цепью жирных кислот на липид. Известно, что липиды спонтанно образуют двухслойные везикулы в воде и могли предшествовать РНК, но первые клеточные мембраны также могли быть продуцированы каталитической РНК или даже требовали структурных белков, прежде чем они могли образоваться.
Эукариотическая клетка, по-видимому, произошла от симбиотического сообщества прокариотических клеток. Органеллы, несущие ДНК, такие как митохондрии и хлоропласты, произошли от древних симбиотических дышащих кислородом протеобактерий и цианобактерий соответственно, которые были эндосимбиоз предком архей прокариотом.
До сих пор ведутся серьезные споры о том, были ли органеллы, подобные гидрогеносоме, предшествовали возникновению митохондрий или наоборот: см. гипотезу водорода для происхождение эукариотических клеток.
Рисунок Гука клеток в пробке, 1665 
Биологический портал  | На Викискладе есть медиафайлы, связанные с клетками. |
 | В Wikiquote есть цитаты, относящиеся к: Клетка (биология) |
