Основными единицами жизни являются клетки – своего рода блоки, из которых построены все живые организмы. В большинстве своем клетки очень малы: их размеры не превышают тысячных долей миллиметра. В человеческом организме, например, насчитывается около 1014 клеток, и все они гармонично связаны в единое целое. Но независимо от того, живут ли клетки сами по себе, как бактерии или простейшие (одноклеточные организмы), или входят в состав сложного многоклеточного организма (такого, как лошадь или человек), все они наделены своими главными качествами: способностью к обмену веществ и размножению.
Клетка изнутри
Форма клеток очень разнообразна. Клетки животных, например, могут быть округлыми – таковы клетки печени, шиповатыми – клетки кости, плоскими— клетки поверхностных слоев кожи или сильно вытянутыми, подобно нервным клеткам, длинные отростки которых проникают из одной части тела в другую. Но, несмотря на эти морфологические различия, отражающие различия функциональные, в организации всех клеток животных много общего, поскольку они обладают свойствами и потребностями, характерными для всех живых организмов.
Упрощенно клетку можно представить в виде сферы с тонкой наружной оболочкой (плазматической мембраной), в которой заключена меньшая по размеру, но более плотная внутренняя сфера – ядро, взвешенное в студенистом веществе (цитоплазме).
При более тщательном изучении плазматическая мембрана клетки оказалась похожей на бутерброд, в котором «хлеб» представлен белковым слоем, а «масло» – молекулами жира. Эта мембрана – не просто пограничный слой, она активно участвует во многих клеточных процессах. Так, в клетку все время поступает и из нее выводится различный материал, и происходит это, по-видимому, через специальные участки мембраны, которые действуют как каналы избирательного транспорта: пропускают только необходимые клетке вещества.
Плазматическая мембрана является зоной контакта между внутренним содержимым клетки и окружающей ее средой. В этом ее коммуникативные функции. Соседние клетки обычно тесно связаны между собой крошечными нитевидными отростками (десмосомами), контактирующими друг с другом. На поверхности мембраны располагаются специальные рецепторы, взаимодействующие с особыми химическими агентами, например гормонами.
Информация и энергия
Внутри большинства клеток находится самое главное образование – ядро; при его удалении клетка погибает. В нем хранится генетическая информация (закодированная в генах), которая локализована в особых структурах, называемых хромосомами, в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Именно молекулы ДНК обладают замечательной способностью к репликации. Внутри ядра находится также ядрышко, участвующее во внутриклеточном синтезе белка.
Из ядра в протоплазму поступает непрерывный поток инструкций, касающихся создания специфических белков. Реализация инструкций, т.е. синтез белка, происходит в округлых тельцах, называемых рибосомами. Белки, предназначенные к «экспорту» из клетки, вырабатываются в рибосомах, расположенных на шероховатой эндоплазматической сети. Она обеспечивает быстрый отток синтезированных белков наружу через плазматическую мембрану. Белки, рассчитанные на внутреннее употребление, создаются в рибосомах, свободно плавающих в цитоплазме.
Белки играют чрезвычайно важную роль в деятельности клетки. В качестве ферментов они выполняют функции катализаторов, способствуя осуществлению множества реакций, протекающих в каждой живой клетке. Белки могут действовать и как гормоны, но в этом случае они должны быть видоизменены, прежде чем будут выведены из клетки. Преобразования белков и их транспорт, как полагают, осуществляются с помощью другой мембранной структуры-комплекса Гольджи.
По всей цитоплазме рассеяны похожие на колбаски образования – митохондрии. Они заполнены ферментными системами, предназначенными для расщепления жирных кислот и других молекул-поставщиков энергии. Поскольку именно митохондрии производят всю внутриклеточную энергию, их иногда называют «электростанциями» клетки. Другими носителями ферментных систем являются также широко рассеянные внутри клетки лизосомы. Содержащиеся в них ферменты ответственны за расщепление различных проникающих в клетку веществ, в том числе и вредных.
Клетки растений
Клетки растений во многом отличаются от клеток животных. Так, например, их тонкую плазматическую мембрану окружает снаружи толстый слой целлюлозы. В некоторых местах целлюлозная оболочка проницаема там и осуществляется межклеточный обмен. Наиболее характерная особенность растительных клеток их зеленая окраска, обусловленная присутствием хлорофилла, собранного в специальных органеллах-хлоропластах. Именно хлоропласты ответственны за использование солнечной энергии и производство углеводов в ходе фотосинтеза.
Многие растительные клетки содержат один или несколько пузырьков – вакуоли. Они заполнены клеточным соком, а иногда, как у водоросли Spirogyra, в центре одной из вакуолей находится ядро, подвешенное на тяжах цитоплазмы.