Клетка — структурная и функциональная единица жизни

Определение. Клетка

Клетка — наименьшая структурная и функциональная единица живого организма, способная к самостоятельному обмену веществ, росту и размножению.

Все живые организмы состоят из клеток: от одноклеточных бактерий до многоклеточных организмов, насчитывающих триллионы клеток. Клетки человека — эукариотические: они содержат оформленное ядро, отделённое мембраной от цитоплазмы.

При увеличении ×400 видна клеточная мембрана — тонкая граница клетки. Внутри — полупрозрачная зернистая цитоплазма с органоидами. Ядро выглядит как тёмное округлое тело в центре или сбоку. Митохондрии различимы как вытянутые тельца при окраске специальными красителями. Рибосомы слишком малы — видны только в электронный микроскоп.

Строение клетки

Клетка человека имеет три основные части: клеточную мембрану, цитоплазму и ядро.

Название|Клеточная мембрана Класс|Структура клетки Среда|Граница клетки Факты|Двойной слой фосфолипидов с белками; избирательная проницаемость — пропускает нужные вещества и задерживает вредные; толщина ~8–10 нм

Название|Ядро Класс|Органоид клетки Среда|Цитоплазма Факты|Содержит ДНК — носитель наследственной информации; окружено ядерной оболочкой с порами; в ядре есть ядрышко — место синтеза рибосом

Органоиды клетки и их функции

Органоид	Строение	Функция
Митохондрия	Двойная мембрана, кристы	Клеточное дыхание, синтез АТФ — энергетическая валюта клетки
Рибосома	Два субъединицы, рРНК + белок	Синтез белков (трансляция)
Эндоплазматическая сеть	Сеть мембранных канальцев	Синтез и транспорт белков (шероховатая) и липидов (гладкая)
Аппарат Гольджи	Стопка уплощённых пузырьков	Сортировка, модификация и упаковка белков, секреция
Лизосома	Пузырёк с ферментами	Внутриклеточное переваривание (автолиз, фагоцитоз)
Цитоскелет	Микротрубочки, микрофиламенты	Форма клетки, движение органоидов, деление
Центриоли	Два цилиндра из микротрубочек	Формирование веретена деления

📌 Ключевое правило: митохондрии — «энергетические станции», рибосомы — «заводы белков», лизосомы — «мусоропроводы» клетки.

Название|АТФ-синтез в митохондриях Шаг 1|Глюкоза расщепляется в цитоплазме до пирувата (гликолиз) — образуется 2 АТФ Шаг 2|Пируват поступает в матрикс митохондрии и окисляется в цикле Кребса Шаг 3|Электроны переносятся по дыхательной цепи на внутренней мембране Шаг 4|АТФ-синтаза использует перепад протонов и синтезирует ~36 АТФ на молекулу глюкозы Итог|Суммарно: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ~38 АТФ

Важно! Различие прокариот и эукариот

⚠️ Не путать: прокариоты (бактерии) не имеют оформленного ядра — ДНК лежит прямо в цитоплазме. Клетки человека — эукариоты — ДНК упакована в ядре и хромосомах.

Домен|Живые организмы Прокариоты|Без ядра; бактерии, археи; ДНК — кольцевая, в цитоплазме Эукариоты|С ядром; растения, животные, грибы, протисты; ДНК в хромосомах Клетки человека|Эукариоты; 46 хромосом; ~37 триллионов клеток в теле

Деление клетки: митоз

Митоз — непрямое деление соматических клеток, при котором из одной материнской клетки образуются две дочерние с одинаковым набором хромосом (2n).

Название|Митоз Шаг 1|Профаза — хромосомы спирализуются и становятся видимыми; ядрышко исчезает; формируется веретено деления Шаг 2|Метафаза — хромосомы выстраиваются по экватору клетки; каждая прикреплена к нитям веретена Шаг 3|Анафаза — хроматиды расходятся к полюсам клетки; клетка вытягивается Шаг 4|Телофаза — формируются два ядра; цитоплазма делится (цитокинез) Итог|Две дочерние клетки с диплоидным набором 2n = 46

💡 Мнемоника: Профаза — Метафаза — Анафаза — Телофаза → «Про Мета Ана Тело».

Клеточный цикл

Клеточный цикл включает интерфазу (подготовку к делению) и митоз.

Период	Название	Что происходит
G1	Пресинтетический	Рост клетки, синтез белков
S	Синтетический	Репликация (удвоение) ДНК
G2	Постсинтетический	Подготовка к делению, синтез тубулина
М	Митоз	Деление ядра и цитоплазмы

Интерфаза занимает ~90% времени цикла. Именно в S-периоде ДНК копируется, чтобы каждая дочерняя клетка получила полный геном.

Пример. Регенерация тканей

Когда вы порезали палец, клетки кожи рядом с раной начинают активно делиться митозом. За несколько дней дефект закрывается. Если бы клетки не делились или делились неправильно — рана не заживала бы. Именно нарушение контроля клеточного цикла лежит в основе онкологических заболеваний.

⚠️ Важно: при мейозе (делении половых клеток) число хромосом уменьшается вдвое — 2n → n. Митоз число хромосом не меняет.

Предел Хейфлика и клеточное старение

Соматические клетки не могут делиться бесконечно. Предел Хейфлика — максимальное число делений нормальной клетки (около 50 для фибробластов человека). Причина: при каждом делении теломеры — концевые участки хромосом — укорачиваются. Когда теломеры достигают критической длины, клетка прекращает деление — наступает клеточное старение (сенесценция).

Раковые клетки обходят предел Хейфлика: фермент теломераза восстанавливает теломеры, позволяя клеткам делиться неограниченно. Именно это делает опухоли «бессмертными» — и именно теломераза является мишенью для противораковых препаратов нового поколения.

Термин|Теломер Что это|Концевой участок хромосомы, состоящий из повторяющихся некодирующих последовательностей ДНК Функция|«Защитный колпачок» хромосомы: предохраняет от слипания хромосом и потери информации Связь со старением|Укорочение теломер при каждом делении — один из молекулярных механизмов старения клетки

Специализация клеток

В теле человека ~200 типов клеток. Хотя все содержат одинаковую ДНК, в каждом типе «включены» разные гены.

Нейрон: длинные отростки (аксон и дендриты) — специализирован для передачи сигналов. Эритроцит: безъядерный двояковогнутый диск — максимум места для гемоглобина. Мышечная клетка: вытянутая, с саркомерами — для сокращения. Железистая клетка: богата ЭПС и аппаратом Гольджи — синтезирует и секретирует.