Клетка как живая система

Клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица в составе организма растений, животных и человека. Будучи элементарной, по отношению к сложному многоклеточному организму, в тоже время она обладает сложной структурой, функциональной организацией и высокой степенью органической целостности и индивидуальности. Клетка способна не только к самовоспроизведению, но потенциально может дать начало и новому целому многоклеточному организму (Б. П. Токин, 1934, 1935).

Клетка – ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров, образующих ядро и цитоплазму, участвующих в единой совокупности метаболических и энергических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Клетка – это структурная элементарная и функциональная единица живого, состоящая из цитоплазмы, ядра и ограниченная элементарной биологической мембранной (рис. 1).

Рис. 1. Схематическое изображение эукариотической клетки.

Для клетки свойственны все признаки живого: репродукция, использование и трансформация энергии, метаболизм, чувствительность, адаптация, изменчивость.

Клетка – это: 1) саморегулирующаяся система; она работает в ускоренном ритме за счёт ферментов, способных разложить до 5 млн. молекул субстрата при температуре 0° в 1 мин.; 2) самовоспроизводящаяся система; она повторяет себя бесконечно в виде дочерних форм; 3) самовосстанавливающаяся система – способна исправлять различные повреждения на генетическом уровне; 4) клетка способна к самоопределению, то есть в ходе развития каждая клетка, дифференцируясь, идёт своим путём; 5) клетка – энергетически открытая система, она обладает универсальным механизмом белкового синтеза, обеспечивая преобразования поступающих в неё веществ и энергии в пригодную для организма форму.

Все эукариотические клетки ограничены мембраной (плазмолеммой) и состоят из двух основных компонентов: цитоплазмы и ядра.

Плазмолемма

Плазмолемма, или клеточная оболочка, является одной из разновидностей биологических мембран. Она отграничивает содержимое клетки от окружающей её среды и одновременно осуществляет взаимодействие с нею. Плазмолемма состоит из собственно мембраны, надмембранного и субмембранного комплексов.

Собственно мембрана образована билипидным слоем со встроенными в него белковыми молекулами. В совокупности они представляют тонкие пласты липопротеидной природы (6-10 нм), в которых липиды составляют около 40%, а белки – около 60%. Имеются и углеводы - до 5-10%.

Молекулы липидов (фосфолипиды, сфингомиелин, холестерин) в мембранах разделены на 2-е функционально различные части: головки и “хвосты”. Головки – полярные (заряженные), являются гидрофильными, а хвосты – неполярные (не заряженные), являются гидрофобными. В совокупности они образуют билипидные (двухслойные) мембраны (рис. 2).

Среди мембранных белков различают поверхностные, полуинтегральные и интегральные. Белки мембран тоже поляризованы. Полярная часть белков взаимодействует с головками липидов и обращена в сторону водной фазы (интегральные белки). Неполярные участки белков как бы погружены в «жирную» гидрофобную часть мембраны. По биологической роли белки подразделяются на белки-ферменты, белки рецепторные и белки структурные.

Рис. 2. Схема строения биологической мембраны.

1 – заряженные головки; 2 – незаряженные хвосты; 3 – интегральные молекулы белка.

Углеводы мембран всегда связаны с белками и липидами, образуя комплексные соединения: гликопротеиды и гликолипиды.

Надмембранный комплекс находится на внешней поверхности мембраны в виде тонкого слоя гликокаликса, в котором располагаются мембранные рецепторы.

Субмембранный комплекс локализуется под мембраной, он состоит из фибриллярных белков, образующих цитоскелет.

Все биологические мембраны (плазмолемма, мембраны органелл) построены аналогично и участвуют в регуляции обмена веществ, с одной стороны, между цитоплазмой и окружающей клетку средой, а с другой, - между матриксом и содержимым мембранных органелл.

Функции мембран: разграничительная, формообразующая, защитная (барьерная), рецепторная, транспортная (эндоцитоз, экзоцитоз).