Клетка как основа единства живых организмов

По современным оценкам на Земле существует до 2 миллионов видов животных, около 500 тысяч растений, несколько сот тысяч грибов, около трех тысяч бактерий. Количество неописанных видов оценивается по меньшей мере в один миллион. Все это многообразие состоит из клеток. Открытие клеточного строения живого связано с именами ботаника М. Шлейдена и исследователя животной ткани Т. Шванна.

Клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов. Клетки отличаются размером, формой и функциями. Соматические животные клетки имеют размеры 10-20 мкм, растительные – 30-50 мкм.

Клетки существуют как самостоятельные организмы (бактерии, простейшие) или входят в состав многоклеточных организмов.

Принято выделять половые и соматические клетки. Половые клетки служат для размножения, соматические клетки являются структурными единицами нервной, мышечной, костной и др. ткани. Ткани образуются соматическими клетками одного типа.

Химический состав клетки весьма сложен. В ней содержатся белки, нуклеиновые кислоты, ионы минеральных солей, жироподобные вещества и т.д. До 70% химических веществ клетки составляет вода. Вода является основой внутренней среды клетки, являясь растворителем, реагентом и продуктом биохимических реакций. Уникальные свойства воды связаны с малым размером ее молекул, их полярностью, большим поверхностным натяжением, высокой теплопроводностью, достаточно высокими температурами кипения и замерзания, большой теплоемкостью.

Каждая клетка в организме выполняет определенную функцию, однако разнообразие выполняемых функций не связано с разнообразием строения клеток. Общий план строения клеток очень похож, специализация достигается за счет усиления определенных свойств, присущих в той или иной мере всем клеткам.

Клетки состоят из оболочки, ядра и цитоплазмы. Студентам предлагается вспомнить курс общей биологии, в котором описываются компоненты клетки (мембрана, ядро, митохондрии, рибосомы, органоиды движения и др.) и их основные функции. Мы остановимся только на некоторых аспектах клеточного строения, важных для понимания дальнейшего материала.

Клеточные мембраны представляют собой тонкую пленку двумерно ориентированного раствора белковых молекул и белковых кластеров в вязкой среде. Вязкость мембранной фазы на три порядка больше, чем у воды. Мембрана выполняет барьерные функции, через мембрану осуществляется обмен с внешней средой – питание и выделение отходов. Клеточная мембрана обеспечивает стабильность химического состава клетки.

В центральной части клетки расположено ядро, которое окружено ядерной мембраной и содержит ДНК. В растительных и животных клетках ДНК присутствует в виде нескольких сложных структур – хромосом, число которых для каждого вида остается постоянным. Все сказанное не относится к протокариотам (бактериям и сине-зеленым водорослям). Их клетки не имеют оформленного ядра, а ДНК находится прямо в цитоплазме и не окружена мембраной. Ядро клеток эукариотов способно хранить и воспроизводить генетическую информацию. Кроме того, ядро регулирует процессы метаболизма в самой клетке.

Биологические системы содержат миллиарды клеток, работающих в согласованном режиме благодаря специальной сигнальной системе. У большинства высших организмов существует два способа коммуникации: при помощи гормонов и через нервные клетки – нейроны. Нейронная и гормональная системы связи между клетками действуют через специализированные молекулы. Большая часть адресованных клетке молекул внутрь клетки не попадает. Молекулы рецепторов на наружной поверхности клетки играют роль антенн, которые распознают приходящие сигналы и приводят в действие внутриклеточные каналы передачи информации. Таким образом, плазматическая мембрана клетки является еще и барьером для потока информации.