Цитология — наука, изучающая строение и функции клеток.

Клеточное строение организмов открыл Роберт Гук в 1665 году. Это открытие случилось благодаря изобретению микроскопа в конце XVI века и неуемному любопытсву Гука — ученый из интереса рассматривал в микроскоп тонкие срезы разных растений. Он обнаружил, что эти срезы состоят из «пор и ячеек», и что эти ячейки «были не глубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из непрерывной поры особыми перегородками». Он же впервые использовал термин «клетка».

Но до 1825 года исследователи считали, что внутри клетки ничего нет, а вся жизнедеятельность проходит в ее стенках. И только в 1825 году физиолог Я. Пуркине обнаружил в составе куриной яйцеклетки ядро, и понял, что внутри клетка очень даже живая и там происходит много чего интересного.

А дальше понеслось: 

В 1831 году ботаник Р. Броун ввёл термин «ядро», и описал его как сферическое плотное внутриклеточное тельце.

Ботаник М. Шлейден в 1838 году доказал, что органы растений состоят из клеток и указал на то,что ядро крайне важно для жизни клетки. Однако эти ученые изучали только клетки растений, и считали, что строение растительных и животных клеток совсем разное.

И вот, наступил 1839 год. Зоолог Т. Шванн после долгих исследований животных клеток и изучения трудов Шлейдена публикует книгу «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». В этом труде он выразил основные на тот момент идеи клеточной теории. Да и вообще стал создателем этой самой теории.

Единственное, в чём ошибся зоолог, так это в происхождении клеток. Он считал, что клетки растений и животных возникают из бесструктурного неклеточного вещества, как бы сами по себе. Хотя именно благодаря этой ошибке он посчитал растительные и животные клетки родственными.

В 1855 году врач Р. Вирхов исправил ошибку Шванна, добавив к клеточной теории принцип «Каждая клетка — от клетки». Он обнаружил и доказал, что клетки возникают не сами по себе, а размножаются делением. Ещё он предположил, что болезни организмов происходят из-за нарушения структур и функций клеток.

Благодаря клеточной теории стало возможно развитии гистологии (науки о тканях), эмбриологии (науки о зародышевом развитии), генетики (науки о наследовании) и многих других.

А сама-то теория не очень и большая:

1. клетка — элементарная структурно-функциональная единица живых организмов, обладающая всеми признаками и свойствами живого;
2. клетки всех организмов сходны по химическому составу, строению и процессам жизнедеятельности;
3. все клетки образуются только в результате деления исходных (материнских) клеток;
4. клетки большинства многоклеточных организмов специализируются по функциям и образуют ткани. Из тканей состоят органы и системы органов;
5. сходство клеточного строения организмов свидетельствует о единстве их происхождения.

Клетки бывают двух видов — прокариотические и эукариотические.

У эукариотических клеток в составе есть четко оформленное ядро и мембранные органоиды, а у прокариотических клеток нет ни мембранных органоидов, ни четко оформленного ядра. Мы будем рассматривать строение клетки на примере эукариотической клетки (то есть клетки с ядром).

Клетка состоит из поверхностного аппарата, цитоплазмы и ядра. Внутри цитоплазмы находятся дополнительные образования, которые выполняют определенные функции. Они называются органеллы.

Каждая клетка организма покрыта цитоплазматической мембраной или плазмалеммой. Это такой барьер, который защищает «внутренности» клетки от внешней среды, контролирует проникновение в клетку и из клетки разных химических соединений, отвечает за то, чтобы клетки «узнавали» друг друга, создавали связи между собой, передавали друг другу разные вещества.

Плазмалемма представляет из себя бислой (то есть двойной слой) фосфолипидных молекул с вкраплениями разных белков. У этих молекул гидрофобные хвостики и гидрофильные головки. Молекулы подвижны, они могут перемещаться в бислое, из-за чего плазмалемма подвижна и текуча. Также плазмалемма из-за особенностей билипидного слоя обладает способностью к самозамыканию. То есть, если случается повреждение, разрыв мембраны, билипидный слой быстро замыкается, устраняет разрыв. Это происходит потому, что и внутри и снаружи клетки есть вода, а у фосфолипидных молекул, помнишь, гидрофобные хвостики. Поэтому слой быстро спонтанно замыкается, чтобы уберечь эти хвостики от воды.

Еще благодаря этим замечательным молекулам в клетку могут поступать не какие попало вещества, а определенные — бислой пропускает только гидрофобные вещества, он (бислой) как бы растворяет их в себе. А крупные полярные молекулы или заряженные ионы наоборот, никак не могут проникнуть через бислой.

А чтобы нужные вещества могли попадать внутрь клетки (и выходить наружу), в строении плазмолеммы есть белки и углеводы. Белки, которые пронизывают липидный слой насквозь называются интегральными. Они выполняют роль ворот — пропускают или задерживают вещества.

А углеводы находятся на наружной стороне плазмолеммы. Они отвечают за то, чтобы клетки «узнавали» друг друга и могли соединяться в ткани.

Благодаря белкам, углеводам и липидному бислою плазмолемма обладает избирательной проницаемостью

Избирательная проницаемость — способность цитоплазматической мембраны пропускать и задерживать определенные вещества.

После того, как белки «разрешат» веществам пройти через плазмолемму, эти вещества попадают внутрь клетки, в цитоплазму.

Цитоплазма — жидкое содержимое клетки с находящимися в ней органоидами. 

Цитоплазма — своеобразный «суп» внутри клетки. В ее состав входят органоиды и жидкость, которая называется цитозолем. Там же, в цитозоле, находятся нити белковых молекул, которые образуют фибриллярный цитоскелет.

Органеллы (органоиды) — постоянные компоненты клетки, которые выполняют конкретные функции и запускают процессы, обеспечивающие жизнедеятельность клетки.

Органеллы это «внутренние органы» клетки. Они занимаются перевариванием веществ, созданием белков, размножением клетки и много чем еще.

По своему строению органеллы бывают двумембранные, одномембранные и немембранные. К одномембранным относятся лизосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум. К немембранным относятся рибосомы и микротрубочки. К двумембранным — митохондрии и пластиды.

Не пугайся, сейчас мы обо всех них поговорим.

Рибосомы — мелкие тельца грибовидной формы, в которых идёт синтез белка.

Рибосома состоит из двух частей — большой и маленькой. В состав каждой части входят рибосомальная РНК и белок. Эти части находятся отдельно друг от друга, пока не приходит время синтезировать белок. 

Когда клетке нужен определённый белок, она отправляет к рибосоме информационную РНК. Маленькая и большая часть рибосомы и иРНК соединяются, как кубики Лего, и производят белок.

Дальше этот белок отправляется по эндоплазматическому ретикулуму туда, где нужен этот белок.

Эндоплазматический ретикулум или эндоплазматическая сеть (ЭПС) — одномембранная клеточная структура, которая представляет собой систему многочисленных замкнутых канальцев, цистерн, и осуществляет транспортировку веществ внутри клетки.

Ну то есть, ЭПС это такой высокоскоростной хайвей, по которому развозятся необходимые вещества. Есть хайвей, по которому передвигаются липиды и углеводы — гладкая ЭПС — а есть хайвей, по которому катается белок — гранулярная (шероховатая) ЭПС. Вот рибосомы находятся на поверхности шероховатого ретикулума.

Белки, которые нужны внутри клетки, доставляются в нужное место, а те, которые нужно «передать» за пределы клетки, направляются в аппарат Гольджи.

Аппарат Гольджи — одномембранная органелла, отвечающая за упаковку белков в пузырьки и играющая важную роль в секреции.

Если ЭПС это шоссе, то аппарат Гольджи это такой склад, куда по шоссе приходят вещества. Он выглядит как согнутая стопка плоских дисковидных цистерн с пузырьками. Выпуклой стороной аппарат Гольджи обращен в сторону ядра и ЭПС, от которой и принимает белки. А вогнутым полюсом он обращен в сторону плазмалеммы, а иногда даже врастает в нее.

От эндоплазматического ретикулума вещества в виде пузырьков попадают в аппарат Гольджи. Там эти пузырьки перемещаются по всем его изгибам. Во время этого путешествия вещества созревают, «дорабатываются» и упаковываются. И в конце всей этой транспортировки выводятся из клетки.

Но не все пузырьки с аппарата Гольджи перерабатываются и отправляются наружу. Некоторые из них становятся лизосомами.

Лизосома — это мембранные пузырьки, внутри которых содержаться ферменты, способные расщеплять различные органические соединения.

Если говорить грубо, лизосома — это «желудок» клетки. В состав лизосом входят особые ферменты, которые могут расщеплять сложные молекулы. А когда клетка становится слишком старой или дефектной, лизосомы расщепляют ее изнутри.

Заправляет всеми этими процессами ядро, которое находится в центре клетки.

Ядро — крупная структура клетки, центр регуляции жизнедеятельности клетки.

Ядро выполняет функцию мозга клетки, ее центрального процессора. С него все начинается — причём начинается буквально, так как ЭПС «растёт» из внешней ядерной оболочки.

Обрати внимание — на экзамене ядро не является органеллой.

Ядро отделено от цитоплазмы ядерной двухслойной оболочкой. Первый слой очень похож по составу на ЭПС, поэтому они могут срастаться. Для связи и обмена веществ с цитоплазмой в оболочке есть поры. Через них из ядра выходят рибосомы, а внутрь попадают необходимые белки.

Жидкость внутри ядра называется нуклеоплазмой или ядерным соком. В ее состав входят молекулы ДНК, которые несут наследственные характеристики всего организма.

Так же внутри ядра можно разглядеть одно или несколько уплотнений — ядрышки. В них происходит синтез рРНК и образуются рибосомы.

В целом, ядро отвечает за то, чтобы «помнить», что это за клетка какого организма и отдавать команды на синтез веществ, их поглощение и выделение продуктов обмена.

Митохондрии — полуавтономные двумембранные органоиды, характерные для клеток эукариот

Митохондрии это продолговатые двумембранные органоиды, которых довольно много в цитоплазме и они довольно крупные. У них две мембраны - наружная и внутренняя. Наружная гладкая, а у внутренней есть выросты и складки - кристы.

Митохондрии это энергетические станции клеток. Они отвечают за синтез АТФ, который происходит во время дыхания клетки. На внутренней мембране митохондрии находятся дыхательные ферменты, благодаря которым происходит окисление разных веществ и выделение из них энергии, которая запасается в молекулах АТФ.

А еще у митохондрий есть собственные молекулы ДНК и РНК, они могут выделять собственные рибосомы. Находится все это внутри митохондрии в матриксе, которым она заполнена.

Но несмотря на молекулы ДНК внутри митохондрий, они не могут “заменить” ядро и выполнять его функции, потому что в митохондриях хранится информация только о 30 видах белка.

Цитоскелет — белковая фибриллярная структура внутри клетки, обеспечивающая пространственную организацию цитоплазмы.

Цитоскелет — это комплекс белков, благодаря которым органоиды внутри клетки не свалены в одну кучу.

Основной компонент цитоскелета — белковые микротрубочки. Визуально они похожи на очень тугую пружину. Молекулы белка соединяются друг с другом и закручиваются в плотную спираль с пустотой внутри. И вот такими цилиндрами пронизана вся цитоплазма. Вдоль этих цилиндров перемещаются вещества и органоиды.

Помнишь, мы говорили о том, изначально ученые считали, что растительные клетки и животные клетки имеют разную природу? Это связано с тем, что у растительной клетки есть несколько отличий от животной.

В первую очередь это строение поверхностного комплекса. У растений помимо плазматической мембраны есть еще клеточная стенка. Это неживая клеточная структура, которая состоит из целлюлозы. В отличие от животных клеток (у которых текучая и подвижная) растительные клетки прочные и неподвижные. А для обмена веществ в клеточной стенке есть поры.

Внутри растительных клеток есть вакуоли — одномембранные мешки, заполненные клеточным соком. В вакуолях копятся питательные вещества и некоторые конечные продукты обмена веществ.

Еще в растительных клетках есть пластиды — двумембранные полуавтономные органоиды клетки. Они, как митохондрии, выполняют роль энергетической станции.

Самые распространенные пластиды это хлоропласты. Они крупные, зеленого цвета, их хорошо видно в микроскоп. Так же, как у митохондрий, у хлоропластов наружняя мембрана гладкая, а внутренняя образует выросты -  ламеллы и тилакоиды. Тилакоиды — это дисковидные мешочки, которые уложены в стопку (с виду это похоже на стопку монет). Такие стопки называются гранами. А ламеллы —это тонкие мембранные выросты, которыми граны соединяются между собой.

В многоклеточных организмах разные клетки выполняют разные функции. Но при этом все клетки обладают рядом общих функций.

К общим функция относятся:

1. выработка энергии. Из поступающих в клетку питательных веществ выделяется энергия, необходимая для жизни;
2. размножение клеток;
3. выделение продуктов метаболизма;
4. перенос веществ между клетками;

А в разных тканях организма клетки обладают специфическими функциями. Вот некоторые из них:

1. секреторная функция. Клетки с такой способностью вырабатывают гормоны и ферменты;
2. сократительная функция. Она относится к клеткам мышечной ткани;
3. защитная функция. Она характерна для клеток иммунной системы;
4. функция газообмена. Она есть только у эритроцитов, которые переносят по организму кислород и углекислый газ.

Что такое эукариотическая клетка?

-клетка, у которой ядерное вещество не ограничено ядерными стенками

-клетка, у которой есть четко оформленное ядро (правильно)

-клетка, у которой больше одного ядра

Как образуется лизосомы?

-они появляются внутри ядра и выходят из ядерных пор

-они растут на поверхности эндоплазматического ретикулума

-они образуются из пузырьков внутри аппарата Гольджи (правильно)

Каким образом происходит синтез белка внутри клетки?

-он образуется из пузырьков аппарата Гольджи

-малая и большая части рибосомы синтезируют разные части белка и потом эти части соединяются

-малая и большая части рибосомы объединяются, и с помощью иРНК синтезируют белок (правильно)