Клетка (биология)


Клетка (от латинского слова «cellula» — «маленькая комната» [ 1] ) — основная структурная и функциональная единица жизни . Каждая клетка состоит из цитоплазмы , заключенной в мембрану , которая содержит множество биомолекул , таких как белки и нуклеиновые кислоты . [2]

Большинство растительных и животных клеток видны только под световым микроскопом и имеют размеры от 1 до 100  микрометров . [3] Электронная микроскопия дает гораздо более высокое разрешение, демонстрируя очень подробную структуру клетки. Организмы могут быть классифицированы как одноклеточные (состоящие из одной клетки, такие как бактерии ) или многоклеточные (включая растения и животных). [4] Большинство одноклеточных организмов классифицируются как микроорганизмы . Количество клеток у растений и животных варьируется от вида к виду; было приблизительно установлено, что человеческое тело содержит примерно 40 триллионов (4 × 10 13) клетки. [a] [5] Мозг насчитывает около 80 миллиардов таких клеток. [6]

Клеточная биология — это изучение клеток, открытых Робертом Гуком в 1665 году, который назвал их по сходству с клетками , обитаемыми христианскими монахами в монастыре. [7] [8] Клеточная теория , 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 функции во всех живых организмах, и что все клетки происходят из ранее существовавших клеток. [9] Клетки появились на Земле около 4 миллиардов лет назад. [10] [11] [12] [13]

Клетки бывают двух типов: эукариотические , которые содержат ядро , и прокариотические клетки , не имеющие ядра, но все же присутствует нуклеоидный участок. Прокариоты — одноклеточные организмы , а эукариоты могут быть как одноклеточными, так и многоклеточными . [14]

Прокариоты включают бактерии и археи , два из трех доменов жизни . Прокариотические клетки были первой формой жизни на Земле, для которой характерны жизненно важные биологические процессы, включая передачу клеточных сигналов . Они проще и меньше, чем эукариотические клетки, и лишены ядра и других связанных с мембраной органелл . ДНК прокариотической клетки состоит из одной кольцевой хромосомы , непосредственно контактирующей с цитоплазмой . Ядерный участок в цитоплазме называется нуклеоидом .. Большинство прокариот являются самыми маленькими из всех организмов диаметром от 0,5 до 2,0 мкм. [15]

Растения , животные , грибы , слизевики , простейшие и водоросли -- все это эукариоты . Эти клетки примерно в пятнадцать раз шире, чем у типичного прокариота, и могут быть в тысячу раз больше по объему. Основной отличительной чертой эукариот по сравнению с прокариотами является компартментализация : наличие мембраносвязанных органелл (компартментов), в которых происходят специфические активности. Наиболее важным из них является клеточное ядро , [4] органелла, в которой находится клеточная ДНК .. Это ядро ​​дало название эукариоту, что означает «истинное ядро ​​(ядро)». Некоторые другие отличия:


Структура типичной прокариотической клетки
Структура типичной животной клетки
Структура типичной растительной клетки
Подробная схема клеточной мембраны липидного бислоя
Флуоресцентное изображение эндотелиальной клетки. Ядра окрашены в синий цвет, митохондрии — в красный, микрофиламенты — в зеленый.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
Раковые клетки человека, особенно клетки HeLa , с ДНК, окрашенной в синий цвет. Центральная и крайняя правая клетка находятся в интерфазе , поэтому их ДНК диффузна и помечены все ядра. Клетка слева проходит митоз , и ее хромосомы сконденсировались.
Схема эндомембранной системы
Прокариоты делятся бинарным делением , а эукариоты - митозом или мейозом .
Схема катаболизма белков , углеводов и жиров .
Обзор синтеза белка.
Внутри ядра клетки ( светло-голубой ) гены (ДНК, темно-синий ) транскрибируются в РНК . Затем эта РНК подвергается посттранскрипционной модификации и контролю, в результате чего образуется зрелая мРНК ( красная ), которая затем транспортируется из ядра в цитоплазму ( персиковая ), где она транслируется в белок. мРНК транслируется рибосомами ( фиолетовые ), которые соответствуют кодонам из трех оснований .мРНК к трехосновным антикодонам соответствующей тРНК . Вновь синтезированные белки ( черные ) часто дополнительно модифицируют, например, путем связывания с эффекторной молекулой ( оранжевые ), чтобы они стали полностью активными.
При окрашивании Caenorhabditis elegans выделяются ядра его клеток.
Строматолиты оставляют после себя цианобактерии , также называемые сине-зелеными водорослями. Это древнейшие известные окаменелости жизни на Земле. Это окаменелость возрастом один миллиард лет находится в Национальном парке Глейшер в США.
Рисунок клеток пробки , сделанный Робертом Гуком , 1665 г.