Большинство клеток имеет схожее строение. Вдоль поверхности каждой клетки существует некая пограничная стена, или клеточная оболочка , заключающая в себе желеобразное вещество - цитоплазму . Внутри нее находится ядро клетки , содержащее генетический материал (хромосомы), ядрышко , где образуются рибосомы и структуры, которые управляют ростом и делением клетки. Ядро управляет синтезом белка . Цитоплазма клетки хотя и содержит от 70 до 80 процентов воды, играет далеко не пассивную роль. Между веществами, растворенными в воде, происходят различные химические реакции; кроме того, в цитоплазме содержится множество мельчайших структур, называемых органеллами , за счет которых реализуются функции клетки, в том числе потребление и выработка энергии. К леточная оболочка также имеет определенную структуру: она пористая и несколько походит на сэндвич из белка и жира, где жир как бы является начинкой. В процессе прохождения различных веществ через клетку одни из них растворяются в жире, другие выходят из клетки через пористую, полупроницаемую оболочку.

На оболочке клетки расположены рецепторы, позволяющие клеткам «узнавать» друг друга, и специальные каналы. Рецепторы клетки реагируют также на вырабатываемые в организме вещества и на принимаемые человеком лекарства, а каналы выборочно позволяют этим веществам и лекарствам поступать в клетку или выводиться из нее. Реакции, запускаемые при взаимодействии веществ с рецепторами, управляют функциями клеток.

Некоторые клетки имеют на своих оболочках волосовидные отростки, называемые ресничками . В носу, например, реснички захватывают частички пыли. Эти реснички могут двигаться волнообразно в одном направлении, направляя какое-либо вещество.

Цитоплазма всех клеток содержит микроскопические, в виде колбасок, органы, называемые митохондриями , которые превращают кислород и питательные вещества в энергию, необходимую для всех действий клеток.

Эти «энергетические домики» работают при помощи энзимов - сложных белков, которые ускоряют химические реакции в клетках и являются самыми многочисленными элементами в мышечных клетках.

Лизосомы - другой тип микроскопических органов в цитоплазме - представляют собой мельчайшие мешочки, заполненные энзимами, которые дают клетке возможность переработать питательные вещества. Больше всего лизосом в клетках печени. В лизосомах содержатся также ферменты, способные разрушать крупные частицы, попавшие в клетку. Например, эти ферменты разрушают бактерии, захваченные лейкоцитами.

Производимые клеткой вещества, необходимые для других частей тела, такие как, например, гормоны, сначала скапливаются, а затем хранятся в других мельчайших органах, называемых аппаратом Гольджи (внутриклеточный сетчатый аппарат).

Многие клетки имеют целую систему мелких трубок, которые рассматриваются как некий внутренний «скелет» клетки, но все клетки содержат систему каналов - эндоплазматическое сетчатое образование . Эндоплазматический ретикулум - это структура, обеспечивающая синтез различных веществ внутри клетки.

Вдоль всего сетчатого образования расположены мельчайшие сферические структуры, называемые рибосомами . В рибосомах происходит синтез белков, которые либо остаются в клетке, либо «упаковываются» в аппарате Гольджи (пластинчатом комплексе) и выделяются из нее.

Белки требуются для восстановления структур и (в форме энзимов) для химических процессов в клетке и производства сложных молекул, таких как гормоны .

Центриоли необходимы для деления клетки.

Все живые существа и организмы на состоят из клеток: растения, грибы, бактерии, животные, люди. Несмотря на минимальный размер, все функции целого организма выполняет клетка. Внутри нее протекают сложные процессы, от которых зависит жизнеспособность тела и работа его органов.

Вконтакте

Структурные особенности

Учёные занимаются изучением особенности строения клетки и принципов ее работы. Детально рассмотреть особенности структуры клетки можно только при помощи мощного микроскопа.

Все наши ткани — кожные покровы, кости, внутренние органы состоят из клеток, которые являются строительным материалом , бывают разных форм и размеров, каждая разновидность выполняет определённую функцию, но основные особенности их строения сходны.

Сначала выясним, что лежит в основе структурной организации клеток . В ходе проведенных исследований ученые установили, что клеточным фундаментом является мембранный принцип. Получается, что все клетки образованы из мембран, которые состоят из двойного слоя фосфолипидов, куда с наружной и внутренней стороны погружены молекулы белков.

Какое свойство характерно для всех типов клеток: одинаковое строение, а также функционал — регулирование процесса обмена веществ, использование собственного генетического материала (наличие и РНК ), получение и расход энергии.

В основе структурной организации клетки выделяются следующие элементы, выполняющие определенную функцию:

• мембрана — клеточная оболочка, состоит из жиров и протеинов. Ее основная задача – отделять вещества, находящиеся внутри, от внешней среды. Структуру имеет полупроницаемую: способна пропускать и оксид углерода;
• ядро – центральная область и главный компонент, отделяется от других элементов мембраной. Именно внутри ядра находится информация о росте и развитии, генетический материал, представленный в виде молекул ДНК, входящих в состав ;
• цитоплазма — это жидкая субстанция, образующая внутреннюю среду, где происходят разнообразные жизненно важные процессы, содержит в себе очень много важных компонентов.

Из чего состоит клеточное содержимое, каковы функции цитоплазмы и ее основных компонентов:

1. Рибосома — важнейший органоид, который необходим для процессов биосинтеза белков из аминокислот, белки выполняют огромное количество жизненно важных задач.
2. Митохондрии – ещё один компонент, находящийся внутри цитоплазмы. Его можно описать одним словосочетанием – энергетический источник. Их функция заключается в обеспечении компонентов питанием для дальнейшего производства энергии.
3. Аппарат Гольджи состоит из 5 – 8 мешочков, которые соединены между собой. Основная задача этого аппарата – передача протеинов в другие части клетки для обеспечения энергетического потенциала.
4. Очистку от повреждённых элементов производят лизосомы .
5. Транспортировкой занимается эндоплазматическая сеть, по которой белки перемещают молекулы полезных веществ.
6. Центриоли отвечают за воспроизводство.

Ядро

Поскольку — клеточный центр, поэтому следует уделить его строению и функциям особое внимание. Данный компонент является важнейшим элементом для всех клеток: содержит наследственные признаки. Без ядра стали бы невозможными процессы размножения и передачи генетической информации . Посмотрите на рисунок, изображающий строение ядра.

• Ядерная оболочка, которая выделена сиреневым цветом, пропускает внутрь нужные веществам и выпускает обратно через поры — маленькие отверстия.
• Плазма представляет собой вязкую субстанцию, в ней находятся все остальные ядерные компоненты.
• ядро размещается в самом центре, имеет форму сферы. Его главная функция – образование новых рибосом.
• Если рассмотреть центральную часть клетки в разрезе, то можно увидеть малозаметные синие переплетения — хроматин, главное вещество, который состоит из комплекса белков и длинных нитей ДНК, несущих в себе необходимую информацию.

Клеточная мембрана

Давайте подробнее рассмотрим работу, строение и функции этого компонента. Ниже представлена таблица, наглядно показывающая важность внешней оболочки.

Хлоропласты

Это ещё один наиважнейший компонент. Но почему о хлоропластах не было упомянуто раньше, спросите вы. Да потому, что этот компонент содержится только в клетках растений. Главное различие между животными и растениями заключается в способе питания: у животных оно гетеротрофное, а у растений автотрофное. Это означает, что животные не способны создавать, то есть синтезировать органические вещества из неорганических – они питаются готовыми органическими веществами. Растения же, напротив, способны осуществлять процесс фотосинтеза и содержат особые компоненты — хлоропласты. Это пластиды зеленого оттенка, содержащие вещество хлорофилл. С его участием энергия света преобразуется в энергию химических связей органических веществ.

Интересно! Хлоропласты в большом объеме сосредоточены главным образом в надземной части растений — зелёных плодах и листьях.

Если вам зададут вопрос: назовите важную особенность строения органических соединений клетки, то ответ можно дать следующий.

• многие из них содержат атомы углерода, которые обладают различными химическими и физическими свойствами, а также способны соединяться друг с другом;
• являются носителями, активными участниками разнообразных процессов, протекающих в организмах, либо являются их продуктами. Имеются ввиду гормоны, разные ферменты, витамины;
• могут образовывать цепи и кольца, что обеспечивает многообразие соединений;
• разрушаются при нагревании и взаимодействии с кислородом;
• атомы в составе молекул объединяются друг с другом с помощью ковалентных связей, не разлагаются на ионы и потому медленно взаимодействуют, реакции между веществами протекают очень долго — по нескольку часов и даже дней.

Строение хлоропласт

Ткани

Клетки могут существовать по одной, как в одноклеточных организмах, но чаще всего они объединяются в группы себе подобных и образуют различные тканевые структуры, из которых и состоит организм. В теле человека существует несколько видов тканей:

• эпителиальная – сосредоточена на поверхности кожных покровов, органов, элементов пищеварительного тракта и дыхательной системы;
• мышечная — мы двигаемся благодаря сокращению мышц нашего тела, осуществляем разнообразные движения: от простейшего шевеления мизинцем, до скоростного бега. Кстати, биение сердца тоже происходит за счёт сокращения мышечной ткани;
• соединительная ткань составляет до 80 процентов массы всех органов и играет защитную и опорную роль;
• нервная — образует нервные волокна. Благодаря ей по организму проходят различные импульсы.

Процесс воспроизводства

На протяжении всей жизни организма происходит митоз – так называют процесс деления, состоящий из четырёх стадий:

1. Профаза . Две центриоли клетки делятся и направляются в противоположные стороны. Одновременно с этим хромосомы образуют пары, а оболочка ядра начинает разрушаться.
2. Вторая стадия получила название метафазы . Хромосомы располагаются между центриолями, постепенно внешняя оболочка ядра полностью исчезает.
3. Анафаза является третьей стадией, на протяжении которой продолжается движение центриолей в противоположном друг от друга направлении, а отдельные хромосомы также следуют за центриолями и отодвигаются друг от друга. Начинает сжиматься цитоплазма и вся клетка.
4. Телофаза – окончательная стадия. Цитоплазма сжимается до тех пор, пока не появятся две одинаковые новые клетки. Формируется новая мембрана вокруг хромосом и появляется одна пара центриолей у каждой новой клетки.

Вывод

Вы узнали каково строение клетки — самой важной составляющей организма. Миллиарды клеток составляют удивительно мудро организованную систему, которая обеспечивает работоспособность и жизнедеятельность всех представителей животного и растительного мира.

Сколько клеток в нашем организме? Вы знаете ответ? Ученые до сих пор выясняют точное число. Но исследования не заканчивают.

Если ответить коротко, тело среднестатистического человека состоит из 30-40 триллионов клеток. Если углубиться, ученые пока не знают точного числа. К тому же, стоит ли учитывать бактерии, которые присутствуют в теле и на нем, вот еще вопрос.

Фактически, большую часть клеток в теле составляют эритроциты. Несмотря на то, что они составляют более 80 процентов нашего тела, они представляют всего около 4 процентов от его общей массы. Это объясняется тем, что диаметр эритроцитов - в среднем 8 микрометров, что в 10 раз меньше диаметра среднего человеческого волоса.

Напротив, средний размер жировой клетки составляет 100 микрометров. составляют почти 19 процентов массы тела, но вносят менее 0,2 процента в общее количество клеток.

Почему же так сложно определить точное количество клеток в организме?

Отсутствие скоординированных усилий

В 2013 году команда исследователей из Греции, Италии и Испании опубликовала оценку количества клеток в организме. Они использовали данные других исследований об отдельных органах и некоторые математические модели, чтобы получить свои результаты.

По их мнению, количество клеток составляло 37,2 трлн, плюс или минус около 0,81 трлн.

Старший автор Пьерлуиджи Стрипполи , адъюнкт-профессор прикладной биологии в университете Болоньи в Италии, сообщил, что «трудно получить точные данные для диффузных систем», таких как кровеносные сосуды и нервы. На самом деле, команда не смогла исследовать все органы и типы клеток в организме, поэтому это число является «первоначальным усилием».

Клетки человека и бактерии

Фактически, они выполнили два разных расчета. Первый оценивает количество клеток мужчины весом 100 килограммов, используя средний объем клетки от 1000 до 10000 кубических микрометров. Это дало им «точку отсчета» в диапазоне от 30 до 40 триллионов клеток.

Затем они вычислили фактическое число пяти наиболее распространенных типов клеток у среднего взрослого мужчины, на долю которых приходится 97 процентов клеток в организме. Таким образом, было установлено, что 84% из 30 триллионов клеток составляют эритроциты.

Однако, человеческие клетки не являются единственными клетками в нашем теле. Хотя в предыдущих исследованиях было установлено, что , профессор Мило и его коллеги пересмотрели это число. Оно составляет примерно 38 трлн.

Интересно, что, несмотря на такое большое количество, бактерии намного меньше, чем человеческие клетки, и составляют всего 200 граммов общей массы тела, по словам профессора Мило.

Учитывая, почти равное количество клеток и бактерий в нашем организме можно утверждать, что мы являемся людьми настолько, насколько же и бактериями , с общим числом клеток в 70 триллионов.

СКОЛЬКО ВАМ ЛЕТ?

Не торопитесь отвечать на этот простой, как кажется, вопрос, потому что за вас на него ответил шведский невролог Йонас Фрисен: каждому взрослому человеку в среднем пятнадцать с половиной лет. Если по паспорту вам, например, шестьдесят, то хрусталики ваших глаз в среднем на 22 недели старше (!), мозг примерно ваш ровесник, а вот вашей коже всего две недели от роду. Мышечные клетки межреберных мышц у людей 37-40 лет, как оказалось, в среднем имеют возраст 15,1 года, а клетки кишечника (кроме эпителия) – 15,9 года.

Из одной научно-популярной книги в другую кочует утверждение: наше тело почти полностью обновляется за семь лет. Старые клетки постепенно отмирают, их места занимают новые.

Клетки действительно обновляются, но откуда взялась мифическая цифра «семь», никто толком не знает. Для некоторых клеток срок обновления установлен более или менее точно, а именно: 150 дней для клеток крови, за постепенным замещением которых можно проследить после переливания крови, и две недели для клеток кожи, которые появляются в ее глубинных слоях, постепенно мигрируют на поверхность, отмирают и отшелушиваются.

Обновление нашего организма происходит постоянно. За один день в нем появляются миллионы новых клеток, а миллионы старых отмирают. Быстрее всех обновляются клетки, которые контактируют с внешней средой. К примеру, клетки кожи обновляются в среднем за три недели, а клетки внутренних стенок кишечника (из которых состоят мельчайшие ворсинки, всасывающие питательные вещества из пищевых масс) – за 3-5 дней.

Клетки рецепторов на поверхности языка, которые помогают различать вкусы пищи, обновляются каждые 10 дней. Кровяные клетки – эритроциты - обновляются в среднем за 120 дней, поэтому, чтобы видеть картину изменений в нашем организме, рекомендуют делать раз в полгода общий анализ крови.

Клетки печени обновляются за 300-500 дней. Если отказаться от алкоголя, не есть жирного и острого, не принимать лекарства, печень может полностью очиститься за 8 недель. Кстати, печень – единственный орган в нашем теле, который способен полностью восстанавливаться при потере 75% своей ткани.

Альвеолы (воздушные мешочки, находящиеся на концах бронхов) возобновляются в течение одного года, а клетки на поверхности легких – каждые 2-3 недели.

Костная ткань обновляется постоянно – сращение костей после переломов происходит именно за счет ее регенерации. Но для того, чтобы полностью обновился наш скелет, необходимо от 7 до 10 лет.

Ногти на руках отрастают на 3-4 мм в месяц, а волосы в среднем - на один сантиметр. Полностью смениться волосы могут за несколько лет, в зависимости от их длины. Считается, что у мужчин смена волос происходит за три года, а у женщин это цикл может достигать семи и более лет.

Чем сложнее строение ткани и ее функция, тем длительнее процесс ее регенерации. В нашем теле наиболее сложной по строению считается нервная ткань. И хотя раньше ученые были уверены, что она не восстанавливается, в настоящее время выявлено, что и в ней возможны регенеративные процессы. Головной мозг, хрусталики глаз и сердце, также хранят множество нераскрытых загадок для ученых, так как эти органы до конца еще не изучены. На данный момент ученые считают, что их процесс регенерации очень сложен и практически невозможен.

Фрисена как невролога больше всего, разумеется, интересует головной мозг. Из исследований, проведенных на животных, а также на одном пациенте, умиравшем от рака и согласившемся на введение ему в мозг слабо радиоактивного изотопа, известно, что после рождения новые нейроны возникают только в двух областях – в гиппокампе и вокруг желудочков мозга.
Пока новым методом измерен возраст лишь немногих участков головного мозга. По данным Фрисена, клетки мозжечка моложе самого человека в среднем на 2,9 года. Мозжечок, как известно, отвечает за координацию движений, а она постепенно улучшается с возрастом у ребенка, поэтому можно предположить, что примерно к трем годам мозжечок формируется окончательно. Кора головного мозга имеет тот же возраст, что сам человек, то есть на протяжении жизни в ней не появляются новые нейроны. Остальные отделы мозга еще только изучаются.

Измерение возраста отдельных тканей и органов проводится не из любопытства. Зная скорость оборота клеток, мы, возможно, научимся лечить катаракту, ожирение и некоторые нервные болезни. В 2004 году исследователи из Колумбийского университета (США) обнаружили, что при депрессии в гиппокампе возникает слишком мало новых нейронов, а некоторые лекарства от депрессии стимулируют этот процесс. Болезнь Альцгеймера также связывают с недостаточным нейрогенезом в гиппокампе. При болезни Паркинсона, насколько известно, отмирание старых клеток не уравновешивается появлением новых.

Знание о том, как часто у людей возникают новые жировые клетки, поможет лечить ожирение. Пока никто не знает, связана ли эта болезнь с увеличением числа или размеров жировых клеток. Знание частоты появления новых клеток печени и поджелудочной железы позволит создать новые методы диагностики и лечения рака печени и диабета.

Весьма актуален вопрос о возрасте мышечных клеток сердца. Специалисты считают, что отмирающие клетки заменяются фиброзной соединительной тканью, поэтому сердечная мышца со временем слабеет. Но точных данных нет. Фрисен и его группа сейчас работают над определением возраста сердца.

Американцы научились измерять возраст хрусталика глаза. Его центральная часть формируется из прозрачных клеток на шестой неделе жизни эмбриона и остается на всю жизнь. Но по периферии хрусталика постоянно добавляются новые клетки, делая хрусталик более толстым и менее гибким, что сказывается на его способности фокусировать изображение. Изучив этот процесс, мы, возможно, найдем способы оттянуть начало катаракты на пять лет – считает Брюс Буххольц из Ливерморской национальной лаборатории (США), где проводятся масс-спектрометрические измерения образцов, поставляемых из Калифорнийского университета и лаборатории Фрисена.

Но если многие «детали» нашего организма постоянно обновляются и в результате оказываются значительно моложе самого их обладателя, то возникают некоторые вопросы. Например, если верхнему слою кожи всего две недели, почему она не остается всю жизнь гладкой и розовой, как у двухнедельного младенца? Если мышцам примерно 15 лет, почему 60-летняя женщина менее ловка и подвижна, чем 15-летняя девочка? Причина – в митохондриальной ДНК. Она накапливает повреждения быстрее, чем ДНК клеточного ядра. Именно поэтому кожа со временем стареет: мутации в митохондриях приводят к ухудшению качества ее важного составного материала, коллагена.

По материалам журнала «New Scientist»

Кажется, ответ на вопрос: «Сколько живут клетки?» — очевиден: ровно столько, сколько длится жизнь человека. Но верно это лишь отчасти, потому что далеко не все клетки нашего тела способны существовать сто с лишним лет. А именно такой максимальный срок отведён человеку природой. Как и любая живая материя, клетки стареют, изнашиваются, а затем гибнут. Одни раньше, другие позже.

В начале внутриутробного развития все клетки зародыша одинаковы. Затем, благодаря заложенной в них генетической программе, они приобретают разные свойства. В результате распределения ролей какие-то клетки получают способность выполнять только одну задачу, а какие-то — множество.

«Узкие специалисты» сосредоточивают силы на чём-то одном; если они будут разбрасываться, для главного не останется времени. Что произойдёт, если, например, нейроны кроме образования и передачи нервного импульса начнут делиться? Прекратится жизнь всего организма. Именно поэтому жизнь нейронов так длинна. Другие долгожители — мышечные клетки. Срок их службы рассчитан более чем на сто лет, но за эту долговечность иногда приходится очень дорого расплачиваться. Так, гибель даже небольшого участка сердечной мышцы может привести к трагическим последствиям. Никакие иные клетки не смогут выполнять их работу, значит, важные функции организма навсегда будут утрачены.

У большинства многофункциональных клеток тоже есть свои самые главные задачи. Почему же они не живут так долго? Здесь природа всё рассчитала точно: чем короче век тех или иных клеток, тем быстрее они обновляются. Кожный эпидермис, например, обновляется через 1—2 недели. Это происходит за счёт специальных ростковых клеток, лежащих в нижнем клеточном слое. Молодые клетки постепенно поднимаются на поверхность, а через определённое время гибнут. Интересно, что, прекратив активное существование, клетки наружного слоя эпидермиса продолжают служить человеку. Они образуют роговые чешуйки, которые защищают кожу от повреждений.

Меньше всех в организме живут клетки кишечного эпителия — всего 1—2 дня. Но кишечник никогда не останется без эпителиального покрова. За день в нём замешается около 70 млрд клеток! Если подсчитать, то получится, что каждые 3— 4 дня у нас в животе образуется совершенно новый кишечник.

Довольно долго — больше года — живут клетки печени. За это время они совершают очень много полезного. Гораздо короче век эритроцитов — основных клеток крови. С момента их образования в красном костном мозге до момента гибели в селезёнке (её называют кладбищем эритроцитов) проходит примерно 3 месяца. Некоторые клетки крови живут ещё меньше. Тромбоциты, например, существуют не более 8—10 дней.

Хотя живучесть разных клеток неодинакова, все они в равной мере важны для организма. И нейроны, способные трудиться целый век, и клетки эпителия, которые служат всего несколько дней.