Толковый словарь Ефремовой:
клетка
I ж.
1. Помещение для птиц и животных со стенками из железных или деревянных прутьев.
2. перен. разг. Маленькая комната, тесное помещение.
II ж. разг.
Подъёмное устройство в шахте; клеть III
III ж.
Способ укладки каких-либо материалов (бревен, дров, досок, кирпича и т.п.) в виде четырёхугольника параллельными пересекающимися рядами.
IV ж.
1. Четырехугольник, изображенный на поверхности чего-либо.
2. Участок поля четырёхугольной формы.
V ж.
Элементарная единица строения живого организма, основа жизнедеятельности всех животных и растительных организмов, состоящая из протоплазмы, ядра и оболочки (способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию).
Толковый словарь Ушакова:
КЛЕ́ТКА, клетки, ·жен.
1. Помещение для птиц и мелких животных в форме коробки из металлических или деревянных прутьев. Канарейка в клетке.
| Огороженное решеткой место, закрытое со всех сторон, для животных. Тигр беспокойно бегал по клетке.
2. Способ складывать дрова или другие материалы — друг на друга рядами, расположенными крест-накрест. Сложить бревна в клетку. Кирпичи для просушки были сложены клетками.
3. Каждый из квадратиков на пространстве, разграфленном двумя рядами параллельных линий, пересекающимися под прямым углом. На шахматной доске чередуются черные и белые клетки.
4. Простейший организм или основная часть живого организма, состоящая из протоплазмы, ядра, оболочки (биол.). Нервная клетка.
• В клетку или клетками — о рисунки или графлении клетками (см. выше, 3 ·знач. ). Тетрадь в клетку. Материя в клетку или клетками. Грудная клетка (анат.) — часть туловища, ограниченная ребрами и заключающая в себе легкие и сердце.
Архитектурный словарь:
Городня (1, 2, 3).
(Термины российского архитектурного наследия. Плужников В.И., 1995)
Биологическая энциклопедия:
Начиная знакомство с животным миром, необходимо сначала в самых общих чертах остановиться на строении и отправлениях клетки.
Клетка представляет собой структурную и функциональную единицу, лежащую в основе строения и развития организмов. В многоклеточном организме форма строения клеток в соответствии с выполняемыми ими функциями очень различна. Однако основные черты их организации свойственны как простейшим, так и многоклеточным животным и растениям. Каждая клетка состоит из цитоплазмы и ядра. Оба эти компонента представляют собой единую и неделимую структурную и функциональную систему, части которой не могут существовать раздельно.
Цитоплазму часто обозначают другим термином —протоплазмой. Однако многие ученые в слово «протоплазма» вкладывают иное содержание, обозначая им все живые части клетки, в том числе и ядро. Ввиду некоторой неопределенности термина «протоплазма» в дальнейшем изложении кы не будем им пользоваться.
Наука, изучающая строение и отправление клеток, называется цитологией. За последнее десятилетие она достигла больших успехов, что в значительной мере связано с разработкой новых методов исследования клетки.
Основным «орудием» цитологии служит микроскоп, позволяющий изучать строение клетки при увеличении в 2400—2500 раз. Клетки изучают в живом виде, а также после специальной обработки. Последняя сводится к двум основным этапам. Сначала клетки фиксируют, т. е. убивают их быстродействующими ядовитыми для клеток веществами, не разрушающими их структуры. Вторым этапом является окраска препарата. Она основана на том, что разные части клетки с разной степенью интенсивности воспринимают некоторые красители. Благодаря этому удается отчетливо выявить различные структурные компоненты клетки, которые без окраски благодаря сходному коэффициенту преломления не видны. Очень часто применяют метод изготовления срезов. Для этого ткани или отдельные клетки после специальной обработки заключают в твердую среду (парафин, целлоидин), после чего при помощи особого прибора — микротома, снабженного острой бритвой, раскладывают на тонкие срезы толщиной от 3 микрон (микрон = 0, 001 мм). Фиксированные и окрашенные препараты перед изучением заключают в среду с высоким коэффициентом преломления (глицерин, канадский бальзам и др.). Благодаря этому они становятся прозрачными, что облегчает исследование препарата.
В современной цитологии разработан ряд новых методов и приемов, применение которых чрезвычайно углубило знания о строении и физиологии клетки.
Очень большое значение для изучения клетки имеет применение биохимических и цитохимических методов. В настоящее время мы можем не только изучать строение клетки, но и определять ее химический состав и изменения его в процессе жизнедеятельности клетки. Многие из этих методов основаны на применении цветных реакций, позволяющих различать определенные химические вещества или группы веществ. Изучение распределения разных по своему химическому составу веществ в клетке путем цветных реакций представляет собой цитохимический метод. Он имеет большое значение для исследования обмена веществ и других сторон физиологии клетки.
В современной цитологии широко применяют ультрафиолетовую микроскопию. Ультрафиолетовые лучи невидимы для человеческого глаза, но воспринимаются фотографической пластинкой. Некоторые играющие особо важную роль в жизни клетки органические вещества (нуклеиновые кислоты) избирательно поглощают ультрафиолетовые лучи. Поэтому по снимкам, изготовленным в ультрафиолетовых лучах, можно судить о распределении нуклеиновых веществ в клетке.
Разработан ряд тонких методов, позволяющих изучать проникновение разных веществ в клетку из окружающей среды. Для этого, в частности, применяют прижизненные (витальные) красители. Это такие красящие вещества (например, нейтральный красный), которые проникают в клетку, не убивая ее. Наблюдая за живой витально окрашенной клеткой, можно судить о путях проникновения и накопления веществ в клетке.
Особенно большую роль в развитии цитологии, а также в изучении тонкого строения простейших сыграла электронная микроскопия.
Электронный микроскоп основан на ином принципе, чем световой оптический микроскоп. Объект изучают в пучке быстро летящих электронов. Длина волны электронных лучей во много тысяч раз меньше длины волны световых лучей. Это позволяет получить значительно большую разрешающую способность, т. е. гораздо большее увеличение, чем в световом микроскопе. Пучок электронов проходит сквозь изучаемый объект и затем падает на флуоресцирующий экран, на котором и проецируется изображение объекта. Чтобы объект был проницаемым для электронного пучка, он должен быть очень тонким. Обычные микротомные срезы толщиной в 3—5 мк для этого совершенно непригодны. Они полностью поглотят пучок электронов. Были созданы особые приборы — ультрамикротомы, которые позволяют получать срезы ничтожной толщины, порядка 100—300 ангстрем (ангстрем — единица длины, равная одной десятитысячной микрона). Различия в поглощении электронов разными частями клетки настолько малы, что без специальной обработки на экране электронного микроскопа они не могут быть обнаружены. Поэтому изучаемые объекты предварительно обрабатываются веществами, непроницаемыми или труднопроницаемыми для электронов. Таким веществом является четырехокись осмия (OsOJ. Она в различной степени поглощается разными частями клетки, которые благодаря этому по-разному задерживают электроны. Применяя электронный микроскоп, можно получить увеличения порядка 100 000.
Электронная микроскопия открывает новые перспективы в изучении организации клетки. ,
На рис. 15 и рис. 16 сопоставлена схема строения клетки, как она представлялась в двадцатых годах этого столетия и как она представляется в настоящее время.
Снаружи клетка отграничена от окружающей среды тонкой клеточной мембраной, которая играет важную роль в регуляции поступления веществ в цитоплазму. Основное вещество цитоплазмы имеет сложный химический состав. Основу его составляют белки, которые находятся в состоянии коллоидного раствора. Белки — это сложные органические вещества, обладающие крупными молекулами (молекулярный вес их очень высок, измеряется десятками тысяч по отношению к атому водорода) и большой химической подвижностью. Кроме белков, в цитоплазме присутствуют и многие другие органические соединения (углеводы, жиры), среди которых особенно большое значение в жизни клетки играют сложные органические вещества — нуклеиновые кислоты. Из неорганических составных частей цитоплазмы следует прежде всего назвать воду, которая по весу составляет значительно больше половины всех веществ, входящих в состав клетки. Вода важна как растворитель, так как реакции обмена веществ протекают в жидкой среде. Кроме того, в клетке присутствуют ионы солей (Са2+, К+, Na+, Fe2+, Fe3+ и др.).
В основном веществе цитоплазмы располагаются органоиды — постоянно присутствующие структуры, выполняющие определенные функции в жизни клетки. Среди них важную роль в обмене веществ играют митохондрии. В световом микроскопе они видны в форме небольших палочек, нитей, иногда гранул. Электронный микроскоп показал, что структура митохондрий очень сложна. Каждая митохондрия имеет оболочку, состоящую из трех слоев, и внутреннюю полость. От оболочки в эту полость, заполненную жидким содержимым, вдаются многочисленные перегородки, не доходящие до противоположной стенки, называемые кристами. Цитофизиологические исследования показали, что митохондрии являются органоидами, с которыми связаны дыхательные процессы клетки (окислительные). Во внутренней полости, на оболочке и кристах локализуются дыхательные ферменты (органические катализаторы), обеспечивающие сложные химические превращения, из которых слагается процесс дыхания.
В цитоплазме, кроме митохондрий, имеется сложная система мембран, образующая в совокупности эндоплазматическую сеть (рис. 16). Как показали электронно-микроскопические исследования, мембраны эндоплазматической сети двойные. Со стороны, обращенной к основному веществу цитоплазмы, на каждой мембране расположены многочисленные гранулы (называемые «тельцами Паллада» по имени открывшего их ученого). В состав этих гранул входят нуклеиновые кислоты (а именно рибонуклеиновая кислота), благодаря чему их называют также рибосомами. На эндоплазматической сети при участии рибосом осуществляется один из основных процессов жизнедеятельности клетки — синтез белков.
Часть цитоплазматических мембран лишена рибосом и образует особую систему, называемую аппаратом Гольджи. Это образование обнаружено в клетках уже довольно давно, ибо его удается выявить особыми методами при исследовании в световом микроскопе. Однако тонкая структура аппарата Гольджи стала известна лишь в результате электронно-микроскопических исследований. Функциональное значение этого органоида сводится к тому, что в области аппарата концентрируются различные синтезируемые в клетке вещества, например зерна секрета в железистых клетках и т. п. Мембраны аппарата Гольджи находятся в связи с эндоплазматической сетью. Возможно, что на мембранах аппарата Гольджи протекает ряд синтетических процессов.
Эндоплазматическая сеть связана с наружной оболочкой ядра. Эта связь играет, по-видимому, существенную роль во взаимодействии ядра и цитоплазмы. Эндоплазматическая сеть имеет также связь с наружной мембраной клетки и местами непосредственно переходит в нее.
При помощи электронного микроскопа в клетках был обнаружен еще один тип органоидов — лизосомы (рис. 16). По размерам и форме они напоминают митохондрии, но легко отличаются от них по отсутствию тонкой внутренней структуры, столь характерной и типичной для митохондрий. По представлениям большинства современных цитологов, в лизосомах содержатся переваривающие ферменты, связанные с расщеплением крупных молекул органических веществ, поступающих в клетку. Это как бы резервуары ферментов, постепенно используемых в процессе жизнедеятельности клетки.
В цитоплазме животных клеток обычно по соседству с ядром располагается центросома. Этот органоид имеет постоянную структуру. Он слагается из девяти ультрамикроскопических палочковидных образований, заключенных в особо дифференцированную уплотненную цитоплазму. Центросома — органоид, связанный с делением клетки.
Кроме перечисленных цитоплазматических органоидов клетки, в ней могут присутствовать различные специальные структуры и включения, связанные с обменом веществ и выполнением различных специальных, свойственных данной клетке функций. В животных клетках обычно присутствует гликоген, или животный крахмал. Это резервное вещество, потребляемое в процессе обмена веществ как основной материал для окислительных процессов. Часто имеются жировые включения в форме мелких капель. В специализированных клетках, таких, как мышечные клетки, имеются особые сократимые волоконца, связанные с сократительной функцией этих клеток. Ряд специальных органоидов и включений имеется в растительных клетках. В зеленых частях растений всегда присутствуют хлоропласты — белковые тела, содержащие зеленый пигмент хлорофилл, при участии которого осуществляется фотосинтез — процесс воздушного питания растения. В качестве резервного вещества здесь обычно находятся крахмальные зерна, отсутствующие у животных. В отличие от животных, растительные клетки обладают, кроме наружной мембраны, прочными ободочками из клетчатки, что обусловливает особую прочность растительных тканей.
Клеточное ядро — второй основной компонент клетки, образующий вместе с цитоплазмой единую структурную и функциональную систему. Ядро отграничено от цитоплазмы оболочкой. Оболочка состоит из двух мембран, из которых наружная связана с эндоплазматической сетью цитоплазмы. Электронно-микроскопические исследования показали, что ядерная оболочка пронизана многочисленными мельчайшими порами диаметром около 600—700 ангстрем. Эти поры играют, вероятно, важную роль в обмене веществ между цитоплазмой и ядром. Внутри ядра имеется жидкий ядерный сок — кариолимфа, в которой расположены структурные компоненты ядра. Количество кариолимфы в разных ядрах различно. Иногда ее может быть очень много, и ядро приобретает пузырьковидное строение. В других случаях кариолимфы мало (пример — макронуклеусы инфузорий), и ядро становится массивным и плотным. В кариолимфе растворены различные органические, в том числе белковые, вещества. Основной структурный компонент ядра — хроматин (хромосом ы), который представлен обычно беспорядочно расположенными нитями и тяжами, нередко образующими скопления в виде гранул. С биохимической стороны хроматин состоит из особого содержащего фосфор вещества — нуклеопротеидов дезоксирибонуклеиновой кислоты (сокращенно ДНК). Нуклеопротеид ы—это белки (протеиды), химически связанные с нуклеиновой кислотой ДНК. Роль хромосом в жизни клетки чрезвычайно велика. Об этом будет сказано ниже. Наконец, в ядре всегда присутствует одно или несколько ядрышек (руклеол), которые тоже в основном состоят из нуклеопротеидов, но уже другой, а именно рибонуклеиновой кислоты (РНК).
В настоящее время доказано, что ДНК обладает замечательной способностью к самовоспроизведению (ауторепредукции, репликации). Строение молекулы ДНК очень сложно. Она слагается из двух закрученных спирально одна вокруг другой нитей, в свою очередь состоящих из повторяющихся по продольной оси групп молекул (нуклеотидов, рис. 17). Каждый нуклеотид включает в свой состав органическое основание (из групп пуриновых и пиримидиновых оснований). Связь между двумя цепочками в молекуле ДНК осуществляется при помощи этих оснований, которые обращены друг к другу. Обе нити (цепи нуклеотид) относительно слабо связаны между собой. Эти связи могут нарушаться, в результате чего нити раскручиваются своими внутренними сторонами наружу. Из окружающей кариолимфы к ним на освободившиеся химические связи органических оснований присоединяются нуклеотиды, точно такие же, какие входили в состав второй цепи. В результате этого замечательного процесса из одной молекулы получается две, точно такие же.
Одиночная нить ДНК является как бы «матрицей» (формой), воспроизводящей вторую нить. Этот процесс является молекулярной основой размножения клетки, который мы рассмотрим ниже.
Молекулы ДНК способны не только воспроизводить себе подобные, но и участвовать через посредство РНК (в рибосомах) в синтезе белков. За последние годы этот сложный процесс в основных своих чертах изучен. Сущность его сводится к следующему.
На «матрице» ДНК из нуклеотидов кариолимфы синтезируются молекулы РНК, отличающиеся от ДНК по химическому составу некоторых нуклеотидов, а именно органических оснований.
Синтезированная в ядре РНК выходит в цитоплазму и локализуется на рибосомах. Эта РНК в свою очередь служит «матрицей» для синтеза белков. Как известно, в основе строения молекулы белка лежат аминокислоты — органические соединения, обладающие одновременно кислотными и щелочными свойствами. Основу белковой молекулы составляют цепочки аминокислот, соединенные в строго определенном порядке. Число входящих в состав белков аминокислот невелико, оно равняется всего 20. Количество же различных белков поистине колоссально, ибо не только в каждом организме имеется много разных белков, но и разные виды организмов обладают различными белками. Каждому виду животных и растений свойственны свои специфические для данного вида белки. В этом заключается одно из замечательных биологических свойств организмов. Все это разнообразие белков определяется последовательностью аминокислот в цепочке белковой молекулы. Достаточно изменить эту последовательность или на место одной аминокислоты поставить другую, как свойства белков меняются.
Вернемся к вопросу о синтезе белка на «матрицах» РНК — на рибосомах. Аминокислоты, находящиеся в цитоплазме, переносятся на цепочки РНК, где и располагаются в строго определенном порядке. Этот порядок определяется последовательностью нуклеотидов, вернее, органических оснований (известных в органической химии под именем пуриновых и пиримидиновых оснований). Каждая аминокислота связывается тремя основаниями. Таким образом создается «триплетный» (состоящий из трех расположенных рядом оснований) код для каждой аминокислоты. Последовательно «триплеты» цепочки РНК определяют последовательность аминокислот, а следовательно, и первичную структуру синтезирующих белков (последовательность аминокислот). Поскольку структура РНК, в которой «закодирована» структура белка, в свою очередь определяется химической структурой ДНК хромосом ядра, то очевидно, что именно в хромосомах «закодированы» все свойства белков организма.
Разгадка механизма синтеза белка в клетке представляет собой величайшее открытие биологии за последнее десятилетие. Удалось поднять завесу над одной из основных проблем науки о жизни — проблемой образования белка. Ее решение осуществлено на основе тесного сотрудничества двух биологических наук — цитологии и биохимии.
Наряду с проблемой синтеза белка основным вопросом физиологии клетки является вопрос об источниках энергии. Все те синтетические процессы, которые мы только что рассмотрели, протекают с затратой энергии. Энергия необходима и для ряда других жизненных процессов, в частности движения. В отношении клетки справедливо будет утверждение, что самосохранение ее сложной структуры и основные жизненные функции осуществляются лишь благодаря непрерывному потреблению энергии. Где же источники этой энергии? В каких формах происходит превращение энергии в клетке? Основным источником энергии в клетке являются процессы, связанные в конечном счете с окислением углеводов и других органических веществ вплоть до образования углекислого газа и воды. Наряду с окислением источником энергии могут являться и расщепительные анаэробные процессы, ведущие к образованию из более сложных органических соединений (например, глюкозы) менее сложных (например, молочной кислоты). Материальным субстратом, на котором протекают окислительные процессы, служат митохондрии. Однако нужно подчеркнуть, что окислительные процессы в клетке с химической стороны протекают совсем не так, как горение органических тел на воздухе, хотя и в том и в другом случае конечные продукты одинаковы — углекислый газ и вода. Окисление в клетке протекает при температурах относительно низких, при которых вне организма органические вещества не окисляются. Процессы, протекающие в живой клетке, обусловлены наличием сложной системы ферментов (органических катализаторов), каждый из которых обусловливает строго определенную реакцию. Процесс этот очень сложен и состоит из ряда этапов. Во время первого этапа углевод (глюкоза), обладающий шестью атомами углерода, дает начало двум трехуглеродным молекулам молочной кислоты. На втором этапе, слагающемся из множества промежуточных звеньев, рассматривать которые мы не имеем здесь возможности (эта серия последовательных превращений известна под названием цикла Кребса), часть вещества дает начало углекислому газу и воде. Все эти превращения связаны с освобождением энергии. Одной из самых замечательных сторон этого процесса является связь окисления с фосфорилированием. Под фосфорилированием понимают процесс образования молекул особого органического вещества — аденозинтрифосфата (сокращенно — АТФ), в состав молекулы которого входят три фосфатные группы (фосфатная группа — это атом фосфора, соединенный с атомами кислорода и гидроксильной группой). Две фосфатные группы АТФ соединены с остальной частью молекулы особой химической связью, носящей название макроэргической, что означает «богатая энергией». Один из фосфатных остатков может легко отделяться от АТФ, и, высвобождая энергию, АТФ при этом переходит в аденозиндифосфат (АДФ), который гораздо беднее химической энергией, чем АТФ. За счет энергии, освобождаемой при окислении, АДФ вновь может подвергаться фосфорилированию, в результате чего происходит присоединение фосфатной группы и восстанавливается макроэргическая связь. АТФ, таким образом, можно рассматривать как богатую энергией «заряженную» форму, тогда как АДФ — как «разряженную», относительно более бедную энергией форму аденозинфосфата. АТФ в клетке является своеобразным химическим аккумулятором энергии, за счет которого выполняется самая различная работа: механическая, химическая (в том числе синтез белков), осмотическая, электрическая.
Мы видим, таким образом, что в животных клетках в ходе сложной цепи превращений, из которых слагается дыхание, энергия, заключенная в питательных веществах, в результате окисления расходуется на построение АТФ из АДФ. Если этим процессам дать количественное выражение, то оказывается, что немного более половины высвобождаемой при окислении энергии идет на фосфорилирование, на «зарядку» аденозинфосфатов — этих замечательных органических аккумуляторов энергии.
Хорошо известно, что животный организм не способен создавать органические вещества из неорганических. В качестве пищи животное получает органические вещества, о судьбе которых в клетке мы только что говорили. Лишь зеленое растение при помощи хлорофилла создает органические вещества из неорганических в результате как воздушного, так и минерального питания из почвы. Эти процессы требуют затраты энергии. Источник ее — солнечный луч. Энергия солнца переходит в потенциальное состояние в форме органических соединений, создаваемых растением. Эта энергия с пищей передается животному, где она претерпевает ряд превращений, в которых особо важная роль принадлежит АТФ — органическому аккумулятору энергии в клетке.
Одним из основных биологических процессов, обеспечивающих преемственность форм жизни и лежащих в основе всех форм размножения, является процесс деления клетки. Этот процесс, известный под названием кариокинеза, или митоза, с удивительным постоянством, лишь с некоторыми вариациями в деталях, осуществляется в клетках всех растений и животных, в том числе и простейших. При митозе происходит равномерное распределение хромосом, претерпевающих удвоение между дочерними клетками. От любого участка каждой хромосомы дочерние клетки получают половину. Не вдаваясь в детальное описание митоза, отметим лишь его основные моменты (рис. 18).
В первой стадии митоза, называемой профазой, в ядре становятся отчетливо видимыми хромосомы в форме нитей разной длины. В неделящемся ядре, как мы видели, хромосомы имеют вид тонких, неправильно расположенных нитей, переплетающихся друг с другом. В профазе происходит их укорачивание и утолщение. Вместе с тем каждая хромосома оказывается двойной. По длине ее проходит щель, разделяющая хромосому на две рядом лежащие и совершенно подобные друг другу половины.
На следующей стадии митоза — метафазе — оболочка ядра разрушается, ядрышки растворяются и хромосомы оказываются лежащими в цитоплазме. Все хромосомы располагаются при этом в один ряд, образуя так называемую экваториальную пластинку. Существенные изменения претерпевает центросома. Она делится на две части, которые расходятся, и между ними образуются нити, формирующие ахроматиновое веретено. Экваториальная пластинка хромосом располагается по экватору этого веретена.
На стадии анафазы происходит процесс расхождения к противоположным полюсам дочерних хромосом, образовавшихся, как мы видели, в результате продольного расщепления материнских хромосом. Расходящиеся в анафазе хромосомы скользят по нитям ахроматинового веретена и в конце концов собираются двумя группами в области центросом.
Во время последней стадии митоза — телофазы — происходит восстановление структуры неделящегося ядра. Вокруг каждой группы хромосом образуется ядерная оболочка. Хромосомы вытягиваются и утончаются, превращаясь в длинные, беспорядочно расположенные тонкие нити. Выделяется ядерный сок, в котором появляется ядрышко.
Одновременно со стадиями анафазы и телофазы происходит разделение на две половины цитоплазмы клетки, которое осуществляется обычно путем простой перетяжки.
Как видно из нашего краткого описания, процесс митоза сводится в первую очередь к правильному распределению хромосом между дочерними ядрами. Хромосомы состоят из пучков нитевидных молекул ДНК, расположенных по продольной оси хромосомы. Видимому началу митоза предшествует, как это теперь установлено точными количественными измерениями, удвоение ДНК, молекулярный механизм которого мы уже рассмотрели выше.
Таким образом, митоз и расщепление хромосом во время него является лишь видимым выражением процессов удвоения (ауторепродукции) молекул ДНК, осуществляемого на уровне молекул. ДНК определяет через посредство РНК белковый синтез. Качественные особенности белков «закодированы» в структуре ДНК. Поэтому очевидно, что точное разделение хромосом в митозе, базирующееся на редупликации (ауторепродукции) молекул ДНК, лежит в основе «наследственной информации» в ряде следующих друг за другом поколений клеток и организмов.
Число хромосом, так же как их форма, размеры и т. п., является характерным признаком каждого вида организмов. У человека, например, имеется 46 хромосом, у окуня — 28, у мягких пшениц — 42 и т. п.
Биология современная энцикопедия:
клетка
Основная структурная и функциональная единица всех живых организмов. Клетки существуют в природе как самостоятельные одноклеточные организмы (бактерии, простейшие и др.) или образуют ткани и органы многоклеточных растений, грибов и животных организмов. По наиболее важным отличительным особенностям строения все клетки делят на две группы: прокариотические клетки, свойственные только бактериям – прокариотам, и эукариотические клетки, свойственные всем остальным организмам, как одноклеточным, так и многоклеточным, – эукариотам. Прокариотические клетки организованы более примитивно, чем эукариотиче-ские. Они меньше по размерам, у них нет оформленного клеточного ядра, отсутствуют мембранные структуры и элементы внутриклеточного скелета. Считается, что прокариоты первыми появились на Земле 3,8—3,5 млрд. лет назад, позднее от них произошли эукариоты. Полагают, что о единстве их происхождения, несмотря на существенные различия, свидетельствуют общие фундаментальные свойства прокариотических и эукариотических клеток – способность к росту и размножению, наследственность и изменчивость, во многом сходные пути обмена веществ и энергии и др.
Клетки очень разнообразны по форме – шаровые, звёзд-чатые, прямоугольные, веретенообразные и т.п. Их размеры колеблются от 0,1—0,2 мкм (некоторые бактерии) до 15,5 см (яйцо страуса). Нервные клетки имеют отростки длиной до 1 м, а клетки, образующие сосуды у растений, могут достигать длины в несколько метров. Диаметр большинства эукариотических клеток ограничен 1—100 мкм. Внутреннее строение, набор внутриклеточных структур и химических компонентов также весьма разнообразны и зависят от принадлежности клеток к той или иной группе организмов, от условий их существования, специализации. Исключительную роль в жизнедеятельности любой клетки играют биологические мембраны, объединяющие многочисленные процессы, которые одновременно протекают в этой уникальной биохимической «машине». Снаружи клетку покрывает клеточная мембрана (цитоплазматическая мембрана, плазмолемма). Она обладает избирательной проницаемостью и регулирует поступление в клетку одних веществ и выход из неё во внешнюю среду других. Плазмолемма обеспечивает межклеточные контакты в тканях многоклеточных организмов. Благодаря её подвижности клетка осуществляет захват (эндоцитоз) твёрдых частиц (фагоцитоз) и жидкости (пиноцитоз) и выведение наружу (экзоцитоз) остатков внутриклеточного пищеварения. Клетки растений поверх плазмолеммы покрыты твёрдой клеточной оболочкой. Содержимое эукариотической клетки (протоплазма) чётко разделяется на ядро и цитоплазму. В ядре заключён генетический материал клетки (хромосомы), несущий информацию о том, какие вещества (РНК, ферменты и другие белки) и в какой момент должна вырабатывать данная клетка. В цитоплазме находятся специализированные структуры – органоиды (органеллы), которые, подобно органам многоклеточного организма, выполняют определённые функции. Это митохондрии, рибосомы, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли. В растительных клетках присутствуют пластиды, к которым относятся и осуществляющие фотосинтез хлоропласты. Другая отличительная черта растительных клеток – наличие больших вакуолей. Одна центральная вакуоль может занимать почти весь объём клетки, вытесняя к её краям цитоплазму и другие органоиды.
Все названные органоиды, кроме рибосом, имеют мембранное происхождение, причём ядро, митохондрии и пластиды ограничены двойной мембраной. Мембранные структуры сообщаются между собой. Они организуют внутреннее пространство клетки, выделяя в нём отдельные отсеки, или компартменты, в которых идут определённые биохимические реакции. Ферменты, осуществляющие различные реакции, не перемешаны беспорядочно в цитоплазме, а закреплены на мембранах или внутри их, т.е. распределены упорядоченно. Благодаря такому пространственному разобщению разнородных биохимиче-ских процессов (их размещению по принципу системы конвейеров) достигаются большая скорость, эффективность и регулируемость потоков веществ и энергии в клетке. Избирательная проницаемость мембран и пронизывающие клетку каналы и пузырьки эндоплазматической сети также повышают уровень эффективности и организованности перемещения веществ в клетке и их секреции в межклеточное пространство.
Структурированность внутриклеточного пространства, помимо органоидов, обеспечивают также построенные из белковых молекул микротрубочки и микрофиламенты. Их переплетения образуют каркас клетки – её цитоскелет, благодаря которому клетка и при отсутствии жёсткой клеточной оболочки сохраняет форму. Микротрубочки входят в состав центриолей, нитей веретена деления клетки, ресничек, жгутиков, хвоста у сперматозоидов и т.п. Микрофиламенты обусловливают вязкую консистенцию цитоплазмы. Их волокна способны сокращаться и служат «мышцами» клетки, создающими т.н. течение цитоплазмы – её перемещение, лежащее в основе амёбоидного движения клетки. Микротрубочки и микрофиламенты могут претерпевать распад и самосборку. Напр., когда клетка вступает в митоз, цито-скелет распадается и начинается сборка веретена деления; по завершении митоза цитоскелет вновь собирается. Пространство между трубчатыми и волокнистыми элементами цитоскелета заполнено матриксом, состоящим из воды и растворённых в ней органических и неорганических веществ. В матриксе происходит диффузия промежуточных продуктов обмена веществ, протекают многие биохимические реакции. Цитоплазма растительных и животных клеток может содержать включения – гранулы запасных питательных веществ, продукты выделения, пигменты и т.п. Так, клетки печени содержат гликоген, клетки жировой ткани – жировые капли, клетки многих растений – крахмальные зёрна и т.п.
Клетки многоклеточного организма ведут начало от оплодотворённой яйцеклетки. Все они – результат многочисленных последовательных клеточных делений – митозов (половые клетки – гаметы – образуются в ходе мейоза). Все клетки тела (соматические клетки) несут один и тот же набор хромосом, генетически равноценны и, по существу, являются клоном. При развитии многоклеточного организма они приобретают различия – происходит их дифференцировка, т.е. приобретение «специальности» для выполнения какой-либо определённой функции – сократительной, опорной, чувствительной и т.д. Одинаково специализированные клетки входят в состав одной ткани – нервной, мышечной и т.д.
Организм позвоночных животных состоит из клеток примерно 200 «специальностей», причём каждый тип клеток объединяет ещё большее число разновидностей. Несмотря на специализацию, дифференцированные соматические клетки сохраняют изначальную способность к развитию в любом направлении – т.н. тотипотентность. Об этом говорят опыты по пересадке ядер специализированных клеток в лишённые ядра яйцеклетки и выращиванию из них целого организма (см. Клеточная инженерия, Клонирование).
Продолжительность жизни клеток различна. Время от образования клетки в результате деления родительской клетки до следующего деления или смерти составляет клеточный цикл. Некоторые специализированные клетки, напр. мышечные и нервные, не делятся и живут столько, сколько живёт организм. Другие, напр. клетки эпителия кишечника, живут всего несколько суток. Они должны постоянно обновляться. Из примерно 1013 (десять триллионов) клеток, составляющих организм человека, еже-дневно гибнет, как полагают, около 1—2% клеток: ок. 70 млрд. в пищеварительном тракте, ок. 2 млрд. эритроцитов и т.д. Восполнение клеток при их естественной гибели, а также при регенерации органов и тканей в случае ран, травм и т.п. происходит за счёт недифференцированных, сохраняющих способность к делению стволовых клеток у животных и клеток меристем у растений. Деление и дифференцировка клеток находятся под контролем регуляторных механизмов. При их нарушении начинается неконтролируемое деление клеток, характерное для роста злокачественных опухолей.
Клетка – самостоятельная живая система. Даже извлечённая из какой-либо ткани животного или растения соматическая клетка при определённых условиях может жить и делиться вне организма (см. культура клеток и тканей). Её жизнеспособность обеспечивает чрезвычайно эффективная и экономичная организация всех внутриклеточных компонентов и процессов, между которыми существуют многообразные взаимные связи. Эти компоненты (органоиды, макромолекулы и др. химические вещества) могут превращаться друг в друга (мембраны, пластиды), распадаться и вновь собираться (цитоскелет, веретено деления), изменять свою упаковку (хромосомы). Одни и те же «строительные блоки» (аминокислоты, нуклеотиды) используются клеткой для создания различных макромолекул, выполняющих различные функции. Вместе с тем эукариотическая клетка обладает наследственной информацией, которая в многоклеточном организме может реализовываться различными путями, определяя ту или иную специализацию клетки, её индивидуальность. Однако в любом качестве, взаимодействуя с другими клетками, каждая клетка всегда существует и работает как часть единого целого – организма.
В 19 в. клеточная теория признала клеточное строение всех организмов универсальным биологическим принципом (вирусы – неклеточные формы, некоторые свойства живых существ проявляются у них только как у внутриклеточных паразитов). Наука о клетке – цитология.
Большая советская энциклопедия:
Клетка
Элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию; основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений. К. существуют и как самостоятельные организмы (см. Простейшие), и в составе многоклеточных организмов (тканевые К.). Термин «К.» предложен английским микроскопистом Р. Гуком (1665). К. — предмет изучения особого раздела биологии — цитологии (См. Цитология). Систематическое изучение К. началось лишь в 19 в. Одним из крупнейших научных обобщений того времени была Клеточная теория, утверждавшая единство строения всей живой природы. Изучение жизни на клеточном уровне лежит в основе современных биологических исследований.
В строении и функциях каждой К. обнаруживаются признаки, общие для всех К., что отражает единство их происхождения из первичных органических комплексов. Частные особенности различных К. — результат их специализации в процессе эволюции. Так, все К. сходно регулируют обмен веществ, удваивают и используют свой наследственный материал, получают и утилизируют энергию. В то же время разные одноклеточные организмы (амёбы, инфузории и т.д.) сильно различаются размерами, формой, поведением. Не менее резко различаются К. многоклеточных организмов. Так, у человека имеются лимфоидные К. — небольшие (диаметром около 10 мкм) округлые К., участвующие в иммунологических реакциях, и нервные К., часть которых имеет отростки длиной более метра; эти К. осуществляют основные регуляторные функции в организме.
Методы исследования. Первым цитологическим методом была микроскопия живых К. Современные варианты прижизненной (витальной) световой микроскопии — фазово-контрастная, люминесцентная, интерференционная и др. (см. Микроскоп) — позволяют изучать форму К. и общее строение некоторых её структур, движение К. и их деление. Детали строения К. обнаруживаются лишь после специального контрастирования, что достигается окраской убитой К. Новый этап изучения структуры К. — электронная микроскопия, дающая значительно большее разрешение структур К. по сравнению со световой микроскопией (см. Разрешающая способность оптических приборов). Химический состав К. изучается цито- и гистохимическими методами, позволяющими выяснить локализацию и концентрацию веществ в клеточных структурах, интенсивность синтеза веществ и их перемещение в К. (см. Гистохимия). Цитофизиологические методы позволяют изучать функции К., например возбуждение, секрецию. См. также Авторадиография, Микроскопическая техника, Цитофотометрия.
Общие свойства клеток. В каждой К. различают две основные части — Ядро и цитоплазму (См. Цитоплазма), в которых, в свою очередь, можно выделить структуры, различающиеся по форме, размерам, внутреннему строению, химическим свойствам и функциям. Одни из них — так называемые органоиды — жизненно необходимы К. и обнаруживаются во всех К. Другие — продукты активности К., представляющие временные образования. В специализированных структурах осуществляется разделение различных биохимических функций, что способствует осуществлению в одной и той же К. разнородных процессов, включающих синтез и распад многих веществ.
В ядерных органоидах — хромосомах (См. Хромосомы), в их основном компоненте — ДНК, хранится генетическая информация о строении белков, свойственных организму определённого вида (см. Ген, Генетический код). Другое важнейшее свойство ДНК — способность к самовоспроизведению, что обеспечивает как стабильность наследственной информации, так и её непрерывность — передачу следующим поколениям. На ограниченных участках ДНК, охватывающих несколько генов, как на матрицах, синтезируются рибонуклеиновые кислоты — непосредственные участники синтеза белка. Перенос (Транскрипция) кода ДНК происходит при синтезе информационных РНК (и-РНК). Синтез белка представляется как считывание информации с матрицы РНК. В этом процессе, называемом трансляцией (См. Трансляция), принимают участие транспортные РНК (т-РНК) и специальные органоиды — Рибосомы, образующиеся в ядрышке (См. Ядрышко). Размеры ядрышка определяются главным образом потребностью К. в рибосомах; поэтому особенно велико оно в К., интенсивно синтезирующих белок. Синтез белка — конечный итог реализации функций хромосом — осуществляется главным образом в цитоплазме. Белки — ферменты, детали структур и регуляторы разных процессов, включая и транскрипцию — определяют в конечном счёте все стороны жизни К., позволяя К. сохранять свою индивидуальность, несмотря на постоянно меняющееся окружение. Если в бактериальной К. синтезируется около 1000 разных белков, то почти в каждой из К. человека — свыше 10000. Таким образом, разнообразие внутриклеточных процессов в ходе эволюции организмов существенно возрастает. Оболочка ядра, отделяющая его содержимое от цитоплазмы, состоит из двух мембран, пронизанных порами — специализированных участков для транспорта некоторых соединений из ядра в цитоплазму и обратно. Другие вещества проходят через мембраны путём диффузии или активного транспорта, требующего затрат энергии. Многие процессы происходят в цитоплазме К. при участии мембран эндоплазматической сети (См. Эндоплазматическая сеть) — основной синтезирующей системы К., а также Гольджи комплекса и митохондрий (См. Митохондрии). Отличия мембран разных органоидов определяются свойствами образующих их белков и липидов. К некоторым мембранам эндоплазматической сети прикреплены рибосомы; здесь происходит интенсивный синтез белка. Такая гранулярная эндоплазматическая сеть особенно развита в К., секретирующих или интенсивно обновляющих белок, например у человека в К. печени, поджелудочной железы, нервных К. В состав других биологических мембран (См. Биологические мембраны), лишённых рибосом (гладкоконтурная сеть), входят ферменты, участвующие в синтезе углеводно-белковых и липидных комплексов. В каналах эндоплазматической сети могут временно накапливаться продукты деятельности К.; в некоторых К. по каналам происходит направленный транспорт веществ. Перед выведением из К. вещества концентрируются в пластинчатом комплексе (комплексе Гольджи). Здесь обособляются различные включения К., например секреторные или пигментные гранулы, образуются Лизосомы — пузырьки, содержащие гидролитические ферменты и участвующие во внутриклеточном переваривании многих веществ. Система окруженных мембранами каналов, вакуолей и пузырьков представляет одно целое. Так, эндоплазматическая сеть может без перерыва переходить в мембраны, окружающие ядро, соединяться с цитоплазматической мембраной, формировать комплекс Гольджи. Однако связи эти нестабильны. Нередко, а во многих К. обычно разные мембранные структуры разобщены и обмениваются веществами через гиалоплазму (См. Гиалоплазма). Энергетика К. во многом зависит от работы митохондрий. Число их колеблется в К. разного типа от десятков до тысяч. Например, в печёночной К. человека около 2 тыс. митохондрий; их общий объём не менее 1/5 объёма К. Внешняя мембрана митохондрии отграничивает её от цитоплазмы, на внутренней — происходят основные энергетические превращения веществ, в результате которых образуется соединение, богатое энергией, — аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный переносчик энергии в К. Митохондрии содержат ДНК и способны к самовоспроизведению; однако автономность митохондрий относительна, их репродукция и деятельность зависят от ядра. За счет энергии АТФ в К. осуществляются различные синтезы, транспорт и выделение веществ, механическая работа, регуляция процессов и т.д. В делении К. и иногда в их движении участвуют структуры, имеющие вид трубочек субмикроскопических размеров. «Сборка» таких структур и их функционирование зависят от центриолей (См. Центриоли), при участии которых организуется Веретено деления клетки, с чем связано перемещение хромосом и ориентация оси деления К. Базальные тельца — производные центриолей — необходимы для построения и нормальной работы жгутиков и ресничек — локомоторных и чувствительных образований К., строение которых у простейших и в различных К. многоклеточных однотипно.
От внеклеточной среды К. отделена плазматической мембраной, через которую происходит поступление ионов и молекул в К. и выделение их из К. Отношение поверхности К. к ее объему уменьшается с увеличением объема, и чем крупнее К., тем более затруднены ее связи с внешней средой. Величина К. не может быть особенно большой. Для живых К. характерен Активный транспорт ионов, требующий затраты энергии, специальных ферментов и, возможно, переносчиков. Благодаря активному и избирательному переносу в К. одних ионов и непрерывному удалению из нее других создается разность концентраций ионов в К. и окружающей среде. Этот эффект может быть обусловлен и связыванием ионов компонентами К. Многие ионы необходимы как активаторы внутриклеточных синтезов и как стабилизаторы структуры органоидов. Обратимые изменения соотношения ионов в К. и среде лежат в основе биоэлектрической активности К. — одного из важных факторов передачи сигналов от одной К. к другой (см. Биоэлектрические потенциалы). Образуя впячивания, которые затем замыкаются и отделяются в виде пузырьков внутрь К., плазматическая мембрана способна захватывать растворы крупных молекул (Пиноцитоз) или даже отдельные частицы величиной в несколько мкм (Фагоцитоз). Так осуществляется питание некоторых К., перенос веществ через К., захват бактерий фагоцитами. Со свойствами плазматической мембраны связаны и силы сцепления, удерживающие во многих случаях К. друг около друга, например в покровах тела или внутренних органах. Сцепление и связь К. обеспечиваются химическим взаимодействием мембран и специальными структурами мембраны — десмосомами (См. Десмосомы).
Рассмотренная в общей форме схема строения К. свойственна в основных чертах как животным, так и растительным К.. Но есть и существенные отличия в особенностях метаболизма и строения растительных К. от животных.
Клетки растений. Поверх плазматической мембраны растительные К. покрыты, как правило, твёрдой внешней оболочкой (она может отсутствовать лишь у половых К.), состоящей у большинства растений главным образом из полисахаридов: целлюлозы, пектиновых веществ и гемицеллюлоз, а у грибов и некоторых водорослей — из хитина. Оболочки снабжены порами, через которые с помощью выростов цитоплазмы соседние К. связаны друг с другом. Состав и строение оболочки меняются по мере роста и развития К. Часто у К., прекративших рост, оболочка пропитывается лигнином, кремнезёмом или др. веществом, которое делает её более прочной. Оболочки К. определяют механические свойства растения. К. некоторых растительных тканей отличаются особенно толстыми и прочными стенками (см. Древесина), сохраняющими свои скелетные функции после гибели К. Дифференцированные растительные К. имеют несколько вакуолей (См. Вакуоли) или одну центральную вакуоль, занимающую обычно большую часть объёма К. Содержимое вакуолей — раствор различных солей, углеводов, органических кислот, алкалоидов, аминокислот, белков, а также запас воды. В вакуолях могут откладываться питательные вещества. В цитоплазме растительной К. имеются специальные органоиды — Пластиды; лейкопласты (в них часто откладывается крахмал), хлоропласты (содержат преимущественно хлорофилл и осуществляют Фотосинтез) и хромопласты (содержат пигменты из группы каротиноидов). Пластиды, как и митохондрии, способны к самовоспроизведению. Комплекс Гольджи в растительной К. представлен рассеянными по цитоплазме диктиосомами (См. Диктиосомы).
Одноклеточные организмы. В строении и функциях одноклеточных, или простейших, черты, свойственные любой К., сочетаются с признаками самостоятельных организмов. Так, у простейших такой же набор органоидов, как и у К. многоклеточных; идентично и ультрастроение их органоидов; при делении простейших в них обнаруживаются типичные хромосомы. Однако приспособление простейших к разным средам обитания (водной или наземной, к свободному или паразитическому существованию) обусловило существенное разнообразие их строения и физиологии. Многие простейшие (жгутиковые, инфузории) обладают сложным двигательным аппаратом и имеют органеллы, связанные с захватом пищи и пищеварением. Изучение простейших представляет большой интерес для выяснения филогенетических возможностей К.: эволюционные изменения организма протекают у них на клеточном уровне. В отличие от простейших и К. многоклеточных организмов, бактерии, синезеленые водоросли, актиномицеты не имеют оформленного ядра и хромосом. Их генетический аппарат, называется нуклеоидом, представлен нитями ДНК и не окружен оболочкой. Еще более отличаются от К. многоклеточных организмов и от простейших Вирусы, у которых отсутствуют основные, необходимые для обмена веществ ферменты. Поэтому вирусы могут расти и размножаться, лишь проникая в К. и используя их ферментные системы.
Специальные функции клеток. В процессе эволюции многоклеточных возникло разделение функций между К., что привело к расширению возможностей приспособления животных и растений к меняющимся условиям среды. Закрепившиеся наследственно различия в форме К., их размерах и некоторых сторонах метаболизма реализуются в процессе индивидуального развития организма. Основное проявление развития — Дифференцировка К., их структурная и функциональная специализация. Дифференцированные К. имеют такой же набор хромосом, как и оплодотворенная яйцеклетка. Это доказывается пересадкой ядра дифференцированной К. в предварительно лишенную ядра яйцеклетку, после чего может развиваться полноценный организм. Таким образом, различия между дифференцированными К., по-видимому, обусловливаются разными соотношениями активных и неактивных генов, каждый из которых кодирует биосинтез определённого белка. Судя по составу белков, в дифференцированных К. активна (способна к транскрипции) лишь небольшая часть (порядка 10%) генов, свойственных К. данного вида организмов. Среди них лишь немногие ответственны за специальную функцию К., а остальные обеспечивают общеклеточные функции. Так, в мышечных К. активны гены, кодирующие структуру сократимых белков, в эритроидных К. — гены, кодирующие биосинтез гемоглобина, и т.д. Однако в каждой К. должны быть активны гены, определяющие биосинтез веществ и структур, необходимых для всех К., например ферментов, участвующих в энергетических превращениях веществ. В процессе специализации К. отдельные общеклеточные функции их могут развиваться особенно сильно. Так, в железистых К. более всего выражена синтетическая активность, мышечные — наиболее сократимы, нервные — наиболее возбудимы. В узкоспециализированных К. обнаруживаются структуры, характерные лишь для этих К. (например, у животных — миофибриллы мышц, тонофибриллы и реснички некоторых покровных К., нейрофибриллы нервных К., жгутики у простейших или у сперматозоидов многоклеточных организмов). Иногда специализация сопровождается утратой некоторых свойств (например, нервные К. утрачивают способность к размножению; ядра К. кишечного эпителия млекопитающих не могут в зрелом состоянии синтезировать РНК; зрелые эритроциты млекопитающих лишены ядра). Выполнение важных для организма функций включает иногда гибель К. Так, К. эпидермиса кожи постепенно ороговевают и гибнут, но остаются некоторое время в пласте, предохраняя подлежащие ткани от повреждения и инфекции. В сальных железах К. постепенно превращаются в капли жира, который используется организмом или выделяется. Для выполнения некоторых тканевых функций К. образуют неклеточные структуры. Основные пути их образования — секреция или превращения компонентов цитоплазмы. Так, значительная по объёму часть подкожной клетчатки, хряща и кости составляет межуточное вещество — производное К. соединительной ткани. К. крови обитают в жидкой среде (плазме крови), содержащей белки, сахара и др. вещества, вырабатываемые разными К. организма. К. эпителия, образующие пласт, окружены тонкой прослойкой диффузно распределённых веществ, главным образом гликопротеидов (так называемый цемент, или надмембранный компонент). Внешние покровы членистоногих и раковины моллюсков — также продукты выделения К. Взаимодействие специализированных К. — необходимое условие жизни организма и нередко самих этих К. (см. Гистология). Лишённые связей друг с другом, например в культуре, К. быстро утрачивают особенности присущих им специальных функций.
Деление клеток. В основе способности К. к самовоспроизведению лежат уникальное свойство ДНК самокопироваться и строго равноценное деление репродуцированных хромосом в процессе Митоза. В результате деления образуются две К., идентичные исходной по генетическим свойствам и с обновленным составом ядра и цитоплазмы. Процессы самовоспроизведения хромосом, их деления, образования двух ядер и деления цитоплазмы разделены во времени, составляя в совокупности Митотический цикл К. В случае, если после деления К. начинает готовиться к следующему делению, митотический цикл совпадает с жизненным циклом К. Однако во многих случаях после деления (а иногда перед ним) К. выходят из митотического цикла, дифференцируются и выполняют в организме ту или иную специальную функцию. Состав таких К. может обновляться за счёт делений малодифференцированных К. В некоторых тканях и дифференцированные К. способны повторно входить в митотический цикл. В нервной ткани дифференцированные К. не делятся; многие из них живут так же долго, как организм в целом, то есть у человека — несколько десятков лет. При этом ядра нервных К. не утрачивают способности к делению: будучи пересажены в цитоплазму раковых К., ядра нейронов синтезируют ДНК и делятся. Опыты с клетками-гибридами показывают влияние цитоплазмы на проявление ядерных функций. Неполноценная подготовка к делению предотвращает митоз или искажает его течение. Так, в некоторых случаях не происходит деления цитоплазмы и образуется двуядерная К. Многократное деление ядер в неделящейся К. приводит к появлению многоядерных К. или сложных надклеточных структур (симпластов), например в поперечнополосатых мышцах. Иногда репродукция К. ограничивается воспроизведением хромосом, и образуется полиплоидная К., имеющая удвоенный (сравнительно с исходной К.) набор хромосом. Полиплоидизация приводит к усилению синтетической активности, увеличению размеров и массы К.
Обновление клеток. Для длительной работы каждой К. необходимо восстановление изнашиваемых структур, как и ликвидация повреждений К., вызванных внешними воздействиями. Восстановительные процессы, характерные для всех К., связаны с изменениями проницаемости плазматической мембраны и сопровождаются усилением внутриклеточных синтезов, в первую очередь синтеза белка. Во многих тканях стимуляция восстановительных процессов приводит к репродукции генетического аппарата и делению К.; это свойственно, например покровам или кроветворной системе. Процессы внутриклеточного обновления в этих тканях выражены слабо, их К. живут сравнительно недолго (например, К. кишечного покрова млекопитающих — всего несколько суток). Максимальной выраженности внутриклеточные восстановительные процессы достигают в неделящихся или слабоделящихся клеточных популяциях, например в нервных К. Показателем совершенства процессов внутреннего обновления К. является длительность их жизни; для многих нервных К. она совпадает с продолжительностью жизни всего организма.
Мутации. Обычно процесс воспроизведения ДНК происходит без отклонений, и генетический код остаётся постоянным, что обеспечивает синтез одного и того же набора белков в огромном числе клеточных поколений. Однако в редких случаях может произойти мутация (См. Мутации) — частичное изменение структуры гена. Конечный её эффект — изменение свойств белков, кодируемых мутантными генами. Если при этом затрагиваются важные ферментные системы, свойства К., а иногда и всего организма существенно изменяются. Так, мутация одного из генов, контролирующих синтез гемоглобина, приводит к тяжелому заболеванию — анемии (См. Анемия). Естественный отбор полезных мутаций — важный механизм эволюции.
Регуляция функций клеток. Основной механизм регуляции внутриклеточных процессов связан с различными влияниями на ферменты — высоко специфичные катализаторы биохимических реакций. Регуляция может осуществляться на генетическом уровне, когда определяется состав ферментов или количество того или иного фермента в К. В последнем случае регуляция может происходить и на уровне трансляции. Другой тип регуляции — воздействие на сам фермент, в результате чего может происходить как торможение, так и стимуляция его активности. Структурный уровень регуляции — влияние на сборку клеточных структур: мембран, рибосом и т.д. Конкретными регуляторами внутриклеточных процессов могут быть нервные влияния, гормоны, специальные вещества, вырабатываемые внутри К. либо окружающими К. (особенно белки), или же сами продукты реакций. В последнем случае воздействие осуществляется по принципу обратной связи, когда продукт реакции влияет на активность фермента — катализатора этой реакции. Регуляция может осуществляться через транспорт предшественников и ионов, влияния на матричный синтез (РНК, полисомы, ферменты синтеза), изменение формы регулируемого фермента.
Организация и регуляция функций К. на молекулярном уровне определяют такие свойства живых систем, как пространственная компактность и энергетическая экономичность. Важное свойство многоклеточных организмов — надёжность — во многом зависит от множественности (взаимозаменяемости) К. каждого функционального типа, а также от возможности их замены в результате размножения К. и обновления компонентов каждой К.
В медицине используются воздействия на К. для лечения и предупреждения заболеваний. Многие лекарственные вещества изменяют активность определенных К. Так, наркотики, транквилизаторы и болеутоляющие вещества снижают интенсивность деятельности нервных К., а стимуляторы её усиливают. Некоторые вещества стимулируют сокращение мышечных К. сосудов, другие — матки или сердца. Специальные воздействия на делящиеся К. осуществляются при использовании радиации или цитостатических веществ, блокирующих деление К. Иммунизация стимулирует деятельность лимфоидных К., вырабатывающих антитела к чужеродным белкам, предупреждая тем самым многие заболевания.
Лит.: Кольцов Н. К., Организация клетки, М. — Л., 1936; Вильсон Э., Клетка и её роль в развитии и наследственности, пер. с англ., т. 1—2, М. — Л., 1936—1940; Насонов Д. Н. и Александров В. Я., Реакция живого вещества на внешние воздействия, М. — Л., 1940; Кедровский Б. В., Цитология белковых синтезов в животной клетке, М., 1959; Мэзия Д., Митоз и физиология клеточного деления, пер. с англ., М., 1963; Руководство по цитологии, т. 1—2, М. — Л., 1965—66; Бродский В. Я., Трофика клетки, М., 1966; Живая клетка, [Сб. ст.], пер. с англ., М., 1966; Де Робертис Э., Новинский В., Саэс Ф., Биология клетки, пер. с англ., М., 1967; Васильев Ю. М. и Маленков А. Г., Клеточная поверхность и реакции клеток, Л., 1968; Алов И. А., Брауде А. И., Аспиз М. Е., Основы функциональной морфологии клетки, 2 изд., М., 1969; Лёви А., Сикевиц Ф., Структура и функции клетки, пер. с англ., М., 1971; Handbook of molecular cytology, ed. A. Lima-de-Faria, Amst., 1969.
В. Я. Бродский.
Рис. 1. Общий вид эпителиальной клетки животного при различном увеличении: а — в оптический микроскоп; б — при малом увеличении электронного микроскопа; в — при большом увеличении. Структуры ядра: 1 — ядрышко; 2 — хроматин (участки хромосом); 3 — ядерная оболочка. Структуры цитоплазмы: 4 — рибосомы; 5 — гранулярная (покрытая рибосомами) эндоплазматическая сеть; 6 — гладкоконтурная сеть; 7 — комплекс Гольджи; 8 — митохондрии; 9 — мультивезикулярные (многопузырьковые) тела; 10 — секреторные гранулы; 11 — жировые включения; 12 — плазматическая мембрана; 13 — десмосома.
Рис. 2. Схема строения клетки образовательной ткани (меристемы) растения: 1 — клеточная стенка; 2 — плазмодесмы; 3 — плазматическая мембрана; 4 — эндоплазматическая сеть; 5 — вакуоли; 6 — рибосомы; 7 — митохондрии; 8 — пластида; 9 — комплекс Гольджи; 10 — оболочка ядра; 11 — поры в ядерной оболочке; 12 — хроматин; 13 — ядрышко.
Рис. 3. Разнообразие клеток высших растений: а, б — меристематические клетки; в — крахмалоносная клетка из запасающей паренхимы; г — клетка эпидермиса; д — двуядерная клетка секреторного слоя пыльцевого гнезда; е — клетка ассимиляционной ткани листа с хлоропластами; ж — членик ситовидной трубки с клеткой-спутницей; з — каменистая клетка; и — членик сосуда.
Клетки щитовидной железы крысы с включениями (увеличено в 18000 раз). Условные обозначения: 1 — ядро, 2 — ядерная оболочка, 3 — клеточная оболочка, 4 — эндоплазматическая сеть, 5 — митохондрии, 6 — комплекс Гольджи, 7 — плотные тела, 8 — рибосомы.
Специализированная форма мембран (пористые пластинки) в цитоплазме созревающей яйцеклетки севрюги (увеличено в 35000 раз). Условные обозначения: 5 — митохондрии, 9 — пористые пластинки.
Поперечный срез мышечных клеток саранчи (увеличено в 54000 раз). Условные обозначения: 5 — митохондрии, 10 — миофибриллы.
Участки двух клеток щитовидной железы крысы (увеличено в 30000 раз). Условные обозначения: 3 — клеточная оболочка, 4 — эндоплазматическая сеть, 5 — митохондрии, 6 — комплекс Гольджи.
Разнообразие животных и растительных клеток: 1 — клетка печени аксолотля, в цитоплазме — красные митохондрии и фиолетовые белковые включения, в ядре — красное ядрышко и синие глыбки хроматина; 2 — хроматофор аксолотля, заполненный гранулами пигмента; 3 — эритроциты лягушки; 4 — клетка Пуркине мозжечка крысы; 5 — клетка водоросли спирогиры.
Разнообразие животных и растительных клеток: 1 — клетки почки лягушки, видны митохондрии; 2 — чувствительная клетка спинномозгового ганглия человека, виден комплекс Гольджи; 3 — мегакариоцит из костного мозга человека; 4 — жировая клетка из подкожной клетчатки крысы; 5 — клетки поджелудочной железы человека, видны комплекс Гольджи и секреторные гранулы; 6 — нейтрофильный лейкоцит человека; 7 — гладкая мышечная клетка кишечника человека; 8 — тучные клетки в рыхлой соединительной ткани крысы; 9 — эритроциты человека; 10 — эритроциты верблюда; 11 — малая и большая пирамидальные клетки коры головного мозга человека; 12 — эритроциты курицы; 13 — клетка волоска тычиночной нити традесканции; 14 — клетки листа элодеи; 15 — клетка плода ландыша; 16 — эритроциты свиньи.
Толковый словарь Даля:
клетка
См. клеть
Толковый словарь Кузнецова:
1. КЛЕТКА, -и; мн. род. -ток, дат. -ткам; ж.
1. Помещение для птиц и животных со стенками из металлических или деревянных прутьев. Тигр в клетке. К. для канареек. Грудная к. (часть скелета, ограниченная рёбрами, грудиной и позвонками, заключающая в себе сердце, лёгкие, пищевод). Лестничная к. (помещение в доме для лестницы, а также в многоэтажных домах — о лестничной площадке, куда выходят двери квартир этажа).
2. Способ укладки некоторых материалов (брёвен, дров, кирпича и т.п.) в виде четырёхугольника параллельными рядами крест-накрест. Сложить в клетку дрова.
3. Четырёхугольник (обычно квадрат), изображённый на поверхности чего-л. Клетки шахматной доски. Клетки узора для выпиливания. Лист бумаги в клетку. Тетради в клетку. Юбка в клетку.
Клеточка, -и; мн. род. -чек, дат. -чкам; ж. Уменьш. (1, 3 зн.). Ткань в мелкую клеточку. Клеточный, -ая, -ое. К-ое звероводство. Клетчатый (см.).
2. КЛЕТКА, -и; мн. род. -ток, дат. -ткам; ж. Биол. Простейшая единица строения живого организма, состоящая из протоплазмы, ядра и оболочки. Нервная к. Животные клетки. Растительные клетки.
Клеточка, -и; мн. род. -чек, дат. -чкам; ж. Уменьш. Клеточный, -ая, -ое. К-ое ядро. Процесс клеточного деления. К-ое строение организмов.
Малый академический словарь:
клетка
1)
-и, род. мн. -ток, дат. -ткам, ж.
1.
Помещение для птиц и животных со стенками из металлических или деревянных прутьев.
Тигр в клетке.
На окне висела клетка со скворцом. Чехов, Степь.
2.
Способ укладки некоторых материалов (бревен, дров, кирпича и т. п.) в виде четырехугольника параллельными рядами крест-накрест.
У стены сарая были свалены березовые чурбаки. Он переколол их. Сложил в клетку. Воронин, В родных местах.
3.
Квадрат, а также всякий другой четырехугольник, изображенный на поверхности чего-л.
Клетки шахматной доски. Ткань в клетку.
[Ольга] считает про себя иглой клетки узора. И. Гончаров, Обломов.
Мальчишка вытащил из кармана листок бумаги в клетку, вырванный, очевидно, из тетради. Паустовский, Героический юго-восток.
грудная клетка
часть скелета, ограниченная ребрами, грудиной и позвонками, заключающая в себе сердце, легкие, пищевод.
лестничная клетка
помещение в доме для лестницы.
2)
-и, род. мн. -ток, дат. -ткам, ж. биол.
Простейшая единица строения живого организма, состоящая из протоплазмы, ядра и оболочки.
Нервная клетка. Животные клетки. Растительные клетки.
Микробиология. Словарь терминов:
Основная структурная и функциональная единица всех живых организмов. У одноклеточных, т. е. у большинства микроорганизмов, существует как отдельный организм.
Орфографический словарь Лопатина:
орф.
клетка, -и, р. мн. -ток
Толковый словарь Ожегова:
1.
КЛЕТКА1, и, ж.
1. Помещение со стенками из поставленных с промежутками прутьев. К. для птиц, для зверей.
2. Отдельный квадрат разграфлённого пространства. Клетки шахматной доски. Ткань в крупную клетку.
• Грудная клеткачасть туловища, ограниченная грудными позвонками, рёбрами и грудиной; костная основа этой части туловища.
Лестничная клеткапространство, в к-ром расположены лестничные марши.
| уменьш. клеточка, и, ж. Тетрадь в клеточку.
| прил. клеточный, ая, ое (к 1 знач.). Клеточные несушки. Клеточное звероводство.
2.
КЛЕТКА2, и, ж. Элементарная живая система, основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Нервная к. Мышечная к.
| уменьш. клеточка, и, ж.
| прил. клеточный, ая, ое. Клеточная оболочка. Клеточное строение ткани.
Грамматический словарь Зализняка:
Клетка, клетки, клетки, клеток, клетке, клеткам, клетку, клетки, клеткой, клеткою, клетками, клетке, клетках
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020