Клетка как живая система

Клетка - элементарная структурная, функциональная и генетическая единица в составе организма растений, животного и человека. Будучи элементарной, по отношению к сложному многоклеточному организму, в том же 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, которые создают ядро и цитоплазму, участвуют в единой совокупности метаболических и энергитических процессов, осуществляющих поддержку и воспроизводство 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) система, способная к саморегулированию, - она работает в ускоренном ритме за счет ферментов, способных разложить до 5 млн. молекул субстрата при температуре 0° в 1 мин.; 2) само воспроизводимая система-она повторяет себя бесконечно раз в виде дочерних форм; 3) самообновляющаяся система - способна исправлять различные повреждения на генетическом уровне; 4) клетка способна к саязыказначению, то есть в ходе развития каждая дифференцированная клетка идет своим путем; 5) клетка - энергетически открытая система, она обладает универсальным механизмом белкового синтеза, обеспечивая преобразование поступающих в нее веществ и энергии в пригодную для организма форму.

Все эукариотические клетки ограничены мембраной (плазмолемой) 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 ее среды и одновременно осуществляет с ним взаимодействие. Плазмолема состоит из собственно мембраны, сверхмембранного и субмембранного комплексов.

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

Молекулы липиды (фосфолипиды, сфингомиелин, холестерин) в мембранах разделены на 2-и функционально разные части: головки и "хвосты". Головки полярны (заряжены), они гидрофильны, а хвосты неполярны (не заряжены), то есть гидрофобны. В совокупности они образуют билипидные (двухслойные) мембраны (рис. 2).

Рис. 2. Схема строения биологической мембраны.

1-заряженные головки липидных молекул; 2 – незаряженные хвосты липидных молекул; 3-интегральные белковые молекулы.

Среди мембранных белков различают поверхностные, полуинтегральные и интегральные. Мембранные белки 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.

Углеводы мембран всегда связаны с белками и липидами, образуя комплексные соединения: гликопротеины 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, создающих цитоскелет.

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

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