Клетка — это строительный блок нашего организма. Ее можно сравнить с кирпичиками из которых строится большое здание. Но клетка еще и самая маленькая функциональная часть нашего организма, в которой протекают все основные биохимические процессы. Поэтому все болезни и проблемы начинают свое развитие именно в клетке. Все ткани и органы состоят из миллиардов различных клеток. И несмотря на то что тип клеток и их функции могут различаться все они схожи в своем строении.
Как устроена клетка
Все клетки нашего организма, независимо от типа и функций которые они выполняют, используют кислород для получения энергии, имеют одинаковый механизм превращения питательных веществ в энергию, выделяют ненужные им вещества в межклеточное пространство.
Для обеспечения всех этих процессов, которые являются жизнедеятельностью клетки, необходимы специальные механизмы и структуры. Все эти структуры одинаковы во всех клетках и работают по единому принципу.
Важными элементами каждой клетки являются ее внешняя мембрана, ядро, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум и митохондрии. Давайте разберемся какие функции они выполняют и почему так важны для каждой клетки и для нашего организма в целом.
Мембрана клетки
Клеточная или плазматическая мембрана это тонкий слой отделяющий внутренности клетки (органеллы и ядро) от внешней среды (межклеточного пространства). Мембрана является своего рода крепостной стеной клетки и выполняет важную защитную функцию. Она полупроницаема, это означает что только определенные вещества могут попадать внутрь и выходить из клетки.
- - защитная
- - регуляция обмена веществ между клеткой и внешней средой
- - поддержание формы клеток
Рис.1 3D модель клеточной мебраны
Чтобы клеточная мембрана правильно выполняла свою работу, она должна регулировать то, что может входит и выходит из клетки. Такая избирательная проницаемость обеспечивается за счет ее структуры. Плазматическая мембрана представляет собой бислой (двойной слой) фосфолипидов, особых жиров (они составляют бОльшую часть клеточной мембраны).
Подробнее о фосфолипидах вы можете прочитать в моей статье Что такое жиры и зачем они нужны?
Фосфолипиды создают барьер для водной среды, заряженных ионов и молекул растворенных в воде, они могут проникнуть в клетку только через особые белковые каналы в мембране. А вот жирорастворимые вещества, а также кислород, углекислый газ и алкоголь могут легко проникают через мембрану самостоятельно.
Попило фосфолипидов клеточная мембрана содержит белки и холестерин. Важная роль белков, встроенных в клеточную мембрану, это передача сигналов. Особые белки-рецепторы передают сигналы внутрь клетки, запускают определенные ее функции, а также посылают сигналы во внешнюю среду, межклеточное пространство или к соседним клеткам. А холестерин входящий в состав мембраны регулирует ее вязкость и проницаемость для водорастворимых веществ. Углеводы не встречаются в мембране в свободном состоянии, но они входят в состав сложных белков и липидов — гликолипидов и гликопротеинов.
Текучесть мембраны зависит от ее липидного состава и температуры окружающей среды. С увеличением содержания ненасыщенных жирных кислот текучесть возрастает и мембрана может стать более проницаемой. А вот преобладание в ней насыщенных жиров будет делать ее жесткой и менее проницаемой. И тот и другой вариант плохо влияет на жизнедеятельность клетки. Поэтому нам так важен баланс насыщенных и ненасыщенных жиров в питании.
Рис.2 Строение клеточной мембраны
Ядро клетки
Почему мы все такие разные если состоим из одинаковых клеток? И почему клетки печени отличаются от клеток кишечника и кожи? Все дело в информации хранящейся в ядрах наших клеток. Именно там содержится план по которому будет создаваться и развиваться не только отдельная клетка, но и весь организм в целом.
Ядро считается одной из наиболее важных структур клеток, поскольку оно хранит генетическую информацию в виде молекулы ДНК. Большинство клеток имеет одно ядро, но в клетках печени и сердца их может быть два, клетки скелетных мышц могут содержать несколько ядер, а нейроны до пятнадцати.
Рис.3 Строение ядра клетки
Размеры и форма клеточных ядер могут отличаться, но несмотря на эти различия все ядра имеют одинаковое строение. Как и большинство других клеточных органелл, ядро окружено мембраной, называемой ядерной оболочкой. Это мембранное покрытие состоит из двух липидных бислоев с тонким пространством между ними заполненном жидкостью. Эти два бислоя имеют ядерные поры. Ядерная пора — это крошечные проходы, благодаря которым происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой (из ядра в цитоплазму выходят молекулы РНК, из цитоплазмы в ядро поступают АТФ, нуклеотиды, различные ионы, белки и другие вещества).
Внутри ядерной оболочки находится гелеобразная нуклеоплазма с растворенными веществами — хроматин. Также внутри ядра содержится одно или несколько ядрышек. Ядрышко — это область ядра, которая отвечает за производство РНК и построения рибосом. После синтеза новообразованные рибосомы выходят из ядра через ядерные поры.
- - контроль всех процессов жизнедеятельности клетки, в том числе синтеза белков
- - синтез некоторых белков, рибосом, нуклеиновых кислот
- - хранение генетического материала
- - передача ДНК следующим поколениям при делении
Чтобы организм мог расти, развиваться и поддерживать свое здоровье, клетки должны воспроизводить себя путем деления с образованием двух новых дочерних клеток, каждая из которых имеет полный набор ДНК. Ежедневно у взрослого человека производятся миллиарды новых клеток.
Без ядра клетка погибает. Но в нашем организме существуют клетки не имеющие ядро — это клетки крови тромбоциты и эритроциты. Поскольку в них отсутствует ядро они не способны к размножению и после выполнения своей функции погибают (срок жизни тромбоцитов 9-12 дней, срок жизни эритроцитов 100-120 дней).
Аппарат Гольджи и эндоплазматический ретикулум
Комплекс (или аппарат) Гольджи состоит из стопки мембранных дисков (с полостями внутри). Каждый такой диск называют цистерной. Цистерны соединяются между собой с помощью системы трубочек и пузырьков. Аппарат Гольджи делится на три отдела, в каждом отделе находятся определенные ферменты и происходят свои химические реакции. Вещество, проходя по цистернам как по конвейеру, постепенно обретает необходимое химическое строение и функции.
Рис.4 Строение аппарата Гольджи, цис-отдел (ближний к ядру), транс-отдел (отдалённый от ядра), эндоплазматический ретикулум (ЭПР)
Эндоплазматическая сеть или эндоплазматический ретикулум (ЭПР) — это замкнутая система состоящая из соединенных между собой цистерн и каналов. Цистерны и каналы ЭПР окружают ядро переходя в его наружную мембрану. ЭПР выполняет важную функцию в синтезе белков и липидов, а также является хранилищем внутриклеточных запасов кальция.
Рис.5 Строение эндоплазматического ретикулума (ЭПР)
Синтезируемые в ЭПР заготовки белков, жиров и углеводов попадают в комплекс Гольджи с помощью визикул (пузырьков). В комплексе Гольджи происходит заключительный этап формирования белковых молекул и синтеза секретов (например ферментов, гормонов, слизи), которые транспортируются за пределы клетки.
Также аппарат Гольджи производит гликолипиды и гликопротеиды которые входят в состав клеточных мембран (процесс обновления мембраны). Третья важная функция – производство лизосом и пероксисом.
Лизосомы — пузырьки содержащие множество различных ферментов. Их можно назвать желудком клетки так как они расщепляют (переваривают) различные вещества попавшие в клетку или отмершие органеллы.
Прероксисомы — пузырьки содержащие ферменты участвующие в окислительных процессах. Пероксисомы участвуют в около 50 биохимических реакциях внутри клетки (разрушают аминокислоты, мочевую кислоту, жирные кислоты). В клетках печени пероксисомы участвуют в детоксикации алкоголя и других ксенобиотиков.
Функции всех этих огранелл очень важны для нормальной жизнедеятельности самой клетки и всего организма. При нарушении их работы (чаще всего из-за генетических дефектов) происходит повреждение клеток и нарушение работы различных органов.
Митохондрии
Митохондрии обычно называют электростанциями клеток, но они играют важную роль не только в синтезе молекул АТФ (главных энергетических веществ нашего организма). Митохондрии также вовлечены в ряд других видов деятельности, которые позволяют клеткам эффективно функционировать и помогают поддерживать здоровье организма.
Митохондрия представляет собой двухмембранную органеллу, она имеет внешнюю и внутреннюю оболочки (мембрану). Внутреннее пространство — матрикс содержит гелеобразный вещество. Эта вязкая жидкость в которой содержатся ферменты, белки, рибосомы, неорганические ионы, митохондриальная ДНК, кофакторы нуклеотидов и органические молекулы. Ферменты, присутствующие в матриксе играют важную роль в синтезе молекул АТФ.
Рис.6 Строение митохондрии
Наружная и внутренняя мембраны состоят из слоя фосфолипидов разделенных межмембранным пространством. Наружная мембрана покрывает поверхность митохондрии и содержит большое количество особых белков — поринов. Внутренняя мембрана митохондрий имеет довольно сложное строение, у нее много специальных глубоких складок. Эти складки (кристы) помогают увеличить площадь поверхности внутри митохондрии. Кристы и белки внутренней мембраны участвуют в производстве молекул АТФ.
- - регулируют метаболическую активность клетки
- - участвуют в детоксикации аммиака (в клетках печени)
- - запускают процессы апоптоза (запрограммированной гибели клеток)
- - помогают поддерживать адекватную концентрацию ионов кальция внутри клетки
- - участвуют в различных процессах жизни клетки (рост клетки, клеточная дифференцировка, передача сигналов, клеточное старение)
Любые нарушения в функционировании митохондрий могут напрямую влиять на здоровье человека, но часто их трудно выявить, поскольку симптомы могут быть различными. Проблемы с работой митохондрий могут быть весьма серьезными и в некоторых случаях даже вызывают отказ органа.
Для понимания процессов протекающих в нашем организме очень важно знать о строении клетки и функциях ее основных структур. В следующей статье мы с вами поговорим о том как клетки реагируют на различные стрессовые факторы. Какие изменения происходят в клетке под воздействием стресса и как это отражается на состоянии различных органов и всего организма.
Если вам понравилась статья нажмите пожалуйста на значок , нам очень важно ваше мнение!
