В биологии, клетка — это базовая структурная и функциональная единица всех живых организмов. Клетка является минимальной единицей жизни, способной выполнять все необходимые жизненные процессы, включая обмен веществ, рост, размножение и реагирование на окружающую среду.
Клетки имеют разнообразные формы и размеры, в зависимости от типа организма и его функций. Все клетки обладают некоторыми общими структурными компонентами и имеют клеточную мембрану, цитоплазму и генетический материал.
Клеточная мембрана окружает клетку, служа защитным барьером и регулируя поток веществ между внутренней и внешней средой. Внутри клетки находится цитоплазма, где расположены различные органеллы — специализированные структуры, выполняющие различные функции, такие как синтез белков, обработка пищи, энергетический обмен и хранение веществ.
Генетический материал в клетках обычно представлен в форме ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), которая содержит генетическую информацию, необходимую для развития и функционирования клетки. Генетическая информация определяет характеристики и функции клетки, а также передается от одного поколения к другому при размножении.
Существует два основных типа клеток: прокариотические и эукариотические. Прокариотические клетки присутствуют у бактерий и архей, они не имеют ядра и других мембранных органелл. Эукариотические клетки, с другой стороны, присутствуют у всех других организмов, включая растения, животных и грибы. Они обладают ядром, мембранными органеллами и более сложной организацией.
Клетки объединяются в ткани, тканевые системы и органы, образуя более сложные организмы. Изучение клеток и их функций является основой для понимания жизни, биологических процессов и различных заболеваний, а также для развития медицины, биотехнологии и других областей биологических наук.
Пересмотренная современная клеточная теория
Клеточная теория — это фундаментальная концепция биологии, описывающая структуру и функции клеток как основных строительных блоков жизни. Первоначально он был предложен Матиасом Шлейденом и Теодором Шванном в конце 1830-х годов, а затем расширен Рудольфом Вирховым в 1858 году.
Основные принципы клеточной теории заключаются в следующем:
- Клетки являются мельчайшими единицами жизни, и все живые организмы состоят из одной или нескольких клеток.
- Клетки представляют собой сложные системы, состоящие из различных элементов, которые связаны между собой и образуют единое целое.
- Химический состав, строение и функции клеток сходны у всех живых организмов.
- Новые клетки образуются только путем деления существующих клеток.
- В многоклеточных организмах клетки образуют ткани и органы, и общая жизнь организма зависит от взаимодействия между входящими в его состав клетками.
- Каждая клетка многоклеточного организма содержит полный набор генетической информации, но клетки дифференцируются на основе экспрессии разных наборов генов.
История клеточной теории была сформирована несколькими ключевыми открытиями, в том числе:
- Открытие клеток Робертом Гуком в 1665 г.
- Антони ван Левенгук открыл прокариотические клетки в 1676 году.
- Открытие Карлом Эрнстом фон Бэром яйцеклетки у млекопитающих в 1827 году.
- Открытие Робертом Брауном клеточного ядра в 1831 году.
- Формулировка клеточной теории Матиасом Шлейденом и Теодором Шванном в 1838-1839 гг.
- Добавление Рудольфа Вирхова к клеточной теории в 1858 году с концепцией «клетка из клетки».
- Изучение клеток и клеточная теория продолжает развиваться и развиваться по сей день.
Клеточное строение организмов
Живые организмы, в том числе растения, животные, грибы и бактерии, характеризуются своей клеточной структурой. Клетка считается фундаментальной единицей жизни и присутствует во всех формах жизни. Она служит хранилищем наследственной информации и играет решающую роль в обработке и реализации этой информации.
Эволюция органического мира привела к возникновению клетки как единицы жизни. Деление клеток отвечает за рост многоклеточного организма, и в случае повреждения клетки могут воспроизводиться для восстановления целостности организма. Без клеток невозможно хранить и передавать наследственную информацию или преобразовывать энергию в работу. Разделение функций между клетками в многоклеточных организмах обеспечивает необходимую приспособленность и сложность организации организма.
Клеточная теория выявила, что клетки являются мельчайшими единицами жизни и обладают всеми свойствами живых существ. Это понимание стало решающим в формировании взглядов на наследственность и изменчивость, на универсальность строения живых организмов. Открытие единства химического состава и плана строения клеток также способствовало продвижению представлений о происхождении и эволюции жизни.
Более того, представление о том, что многоклеточный организм возникает из одной клетки в процессе эмбрионального развития, утвердилось в качестве основного принципа современной эмбриологии.
Всестороннее понимание клеток имеет решающее значение для развития многочисленных биологических наук и области медицины.
В результате сходство клеточной структуры всех живых организмов поддерживает теорию общего происхождения всей жизни на планете.
Многообразие клеток
Замечательно разнообразие форм и размеров клеток как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Например, человеческое тело состоит примерно из 200 различных типов клеток, каждая из которых имеет свою уникальную функцию и внешний вид.
Большинство эукариотических клеток имеют размер от нескольких до 100 микрон, а прокариотические клетки имеют размер от 0,5 до 10 микрон.
Прокариотические и эукариотические клетки
Клетка состоит из цитоплазмы, находящегося в ней наследственного материала и окружающей ее плазматической мембраны или плазмалеммы, не препятствующей метаболическим и энергетическим процессам. Кроме плазматической мембраны клетка может иметь и клеточную стенку, которая состоит из различных веществ и выполняет функции защитного экрана и внешнего скелета.
Цитоплазма — это весь материал внутри клетки, заполняющий пространство между плазматической мембраной и наследственной структурой. Он состоит из основного вещества, называемого гиалоплазмой, и различных органоидов и включений, взвешенных внутри него.
Органеллы являются неотъемлемыми частями клетки, которые выполняют определенные задачи, тогда как включения являются временными компонентами внутри клетки, которые в основном служат для целей хранения или удаления.
Существуют две основные формы клеточной организации: прокариотическая и эукариотическая.
Прокариотическая клетка
Прокариотическая клетка не имеет ядра, ее наследственная информация не отделена от цитоплазмы мембранами. Область цитоплазмы, в которой хранится наследственная информация в прокариотической клетке, называют нуклеотидом. В цитоплазме прокариотических клеток встречается один вид органоидов — рибосомы, а окруженные мембранами органоиды отсутствуют. Прокариотами являются бактерии и археи.
Эукариотическая клетка
Эукариотическая клетка хотя бы на одной из стадий развития имеет ядро, в котором находится ДНК. Эукариотические клетки характеризуются наличием мембранных органоидов. К эукариотическим организмам относят растения, животные и грибы.
Большинство прокариот является одноклеточными организмами, а эукариот — многоклеточными.
Сравнительная характеристика строения клеток растений, животных, бактерий и грибов
Клетки растений, животных, грибов и бактерий обладают рядом особенностей. По способу питания растения и часть бактерий относятся к автотрофам, а животные, грибы и остальные бактерии являются гетеротрофами. Только клетки растений содержат специфические двумембранные органоиды — пластиды, в том числе хлоропласты, которые обусловливают способность к фотосинтезу. В растительных клетках содержатся крупны центральные вакуоли, наполненные клеточным соком. В клетках животных вакуоли пищеварительные и сократительные, у грибов и бактерий встречаются редко. Основным запасным веществом у растений является крахмал, у животных и грибов гликоген, а у бактерий — волютин.
Отличительный признак разных групп организмов — организация поверхностного аппарата. У клеток животных клеточная стенка отсутствует, а плазматическая мембрана покрыта тонким гликокаликсом. У остальных групп есть клеточная стенка. Химическая природа основного вещества клеточной стенки у различных групп живых организмов неодинакова: у растений это целлюлоза, у грибов — хитин, а у бактерий — муреин.
Как долго человечество шло к открытию клетки.
Есть распространенная точка зрения, что митохондрии, которые в клетке органеллы, раньше были бактериями, т.е. самостоятельными клетками. И порядка 2 млрд лет назад как-то вжились в клетки, своеобразный симбиоз. Митохондрии получили защиту, а клетки энергию. И сейчас, больше всего митохондрий у спортсменов. Митохондрии и называют фабриками энергии.
Митохондрии единственные, кроме ядра, органеллы клетки ,хранящие наследственную информацию. В ядре это ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, в митохондриях – РНК, рибонуклеиновая кислота, имеющая в отличие от ДНК одну спираль нуклеотидов. Именно в митохондриях проходит выработка энергии с помощью кислорода, поэтому биологи образно говорят, что на самом деле мы дышим митохондриями.
Митохондриальная РНК передается по материнской линии, ДНК в ядре – наполовину от обоих родителей.
Биологическая клетка является основной единицей жизни во всех живых организмах. Клетки являются мельчайшими структурными и функциональными единицами жизни, и они необходимы для правильного функционирования организма.
Клетки состоят из множества биомолекул, включая белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты. Эти биомолекулы организованы в различные структуры внутри клетки, включая клеточную мембрану, цитоплазму и органеллы.
Клеточная мембрана представляет собой тонкий гибкий барьер, окружающий клетку и отделяющий ее от внешней среды. Он состоит из липидов и белков и помогает защитить клетку и сохранить ее форму.
Цитоплазма представляет собой гелеобразное вещество, которое заполняет клетку и окружает органеллы. Он состоит из воды, солей и органических молекул и служит средой для химических реакций и движения веществ внутри клетки.
Органеллы – это специализированные структуры внутри клетки, выполняющие определенные функции. Некоторые примеры органелл включают митохондрии, которые производят энергию для клетки, и рибосомы, которые синтезируют белки.
Различают два основных типа клеток: прокариотические и эукариотические.
Прокариотические клетки меньше по размеру и проще по строению, они встречаются у бактерий и других микроорганизмов. Эукариотические клетки крупнее и сложнее, и они встречаются у животных, растений и других организмов.