Структура и функции клетки.

Клетки - это есть структурные и функциональные единицы всех живых организмов. Самые мельчайшие организмы представляют собой единичные клетки, они имеют микроскопические размеры, тогда как большие организмы являются многоклеточными. Человеческое тело содержит порядка 10¹⁴ клеток. Многоклеточные организмы имеют множество разнообразных клеток, которые варьируют по размеру, форме и специфическим функциям. Однако, несмотря на размер и сложность организма каждая из клеток сохраняет некоторую индивидуальность и независимость. Клетки всех видов имеют определенные структурные особенности. Так, плазматическая мембрана отделяет содержимое клетки от ее окружения. Она построена из молекул липидов и белков, связанных невалентными гидрофобными взаимодействиями в тонкий упругий легкодеформируемый двойной слой. Мембрана ставит барьер свободному проникновению внутрь клетки неорганических ионов и большинства других заряженных или полярных веществ. Транспортные белки, встроенные в мембрану, позволяют проникать в клетку строго определенным ионам и молекулам. Иные мембранные белки служат рецепторами, которые передают сигналы извне клетки вовнутрь, или являются ферментами, участвующими в циклах превращений на мембране.

Так как индивидуальные липидные и белковые субъединицы бислойной плазматической мембраны ковалентно не связаны, в целом структура мембраны является достаточно гибкой, позволяя клетке изменять свои размеры и форму. В процессе роста клетки в мембрану могут встраиваться новые молекулы липидов и белков. При делении клетки образуются две дочерние, каждая со своей собственной мембраной. Рост и деление клетки идут без потери целостности мембраны. В процессе размножения две разделенные мембраны могут сливаться также без потери целостности.

Внутренний объем клетки, ограниченный мембраной, называется цитоплазмой, состоящей из водного раствора - цитозоля и различных нерастворимых суспендированных частиц. Цитозоль - это не просто разбавленный водный раствор, он имеет сложный состав и гелеобразную консистенцию. В цитозоле растворены многие ферменты и молекулы РПК, которые кодируют их, мономерные субъединицы (аминокислоты и нуклеотиды), из которых эти биополимеры образуются, сотни малых органических молекул, называемых метаболитами, промежуточные продукты биосинтеза и биодеградации, коферменты, вещества небольшой молекулярной массы (от 200 до 1000 Дальтон), которые являются участниками многих фермент-катализируемых реакций, а также неорганические соли.

Среди частиц, суспендированных в цитозоле, есть надмолекулярные комплексы, а в высших организмах - органеллы, окантованные мембранами, которые являются специализированными машинами метаболизма. Так, рибосомы, представляют собой комплексы свыше 50 типов различных белков и рибонуклеиновых кислот, это малые частицы в диаметре от 18 до 22 нм. Рибосомы - это ферментативные машины, которые осуществляют синтез белков, они часто ассоциируются в кластеры, называемые полисомами, которые удерживаются совместно, благодаря нити информационной РНК. В цитоплазме многих клеток присутствуют также гранулы, содержащие питательные вещества, такие как крахмал и жир. Почти все живые клетки имеют или ядро или нуклеоид, в котором хранится и реплицируется геном (комплекс набора генов, составленных из ДНК).

Молекулы ДНК много длиннее, чем собственно клетки, поэтому они плотно уложены в ядре или нуклеоиде в виде надмолекулярных комплексов со специфическими белками. Бактериальные нуклеоиды не отделены от цитоплазмы мембраной, в высших же организмах материал ядра заключен посредством двойной мембраны в ядерную оболочку. Клетки с ядерными оболочками называются эукариотами, клетки без ядерной оболочек - прокариотами. Эукариоты имеют и другие окруженные мембранами органеллы в цитоплазме, такие как метахондрии, лизосомы, эндоплазматический ретикулум, комплексы Голджи, а в фотосинтезирующих клетках - хлоропласты.