Клетката е структурна и функционална единица на всички живи организми и понякога е наричана "най-малката единица на живот".Тя може да се самообновява, саморегулира и самовъзпроизвежда. Някои организми, като бактериите, са едноклетъчни (съставени само от една клетка). Други организми, като човека, са многоклетъчни. (Човекът има приблизително 100 трилиона или 1014 клетки, като нормалната големина на една клетка е 10 µm, а масата ѝ е около 1 нанограм). Най-голямата клетка е тази на щраусовото яйце.
Думата клетка (англ. cell) произлиза от латинската дума cellula, която означава малка стая/място. През 1688 г. Робърт Хук пръв използва понятието клетка, докато наблюдава коркови клетки.
За пръв път Клетъчна теория е изказана през 1839 год. от Матиас Якоб Шлаиден и Теодор Шван. Тя твърди, че всички организми се състоят от една или повече клетки. Всички клетки идват от предшестващи ги клетки. Жизнените функции на организма се съгласуват с клетките и всички клетки притежават наследствена информация, нужна за регулация на клетъчните функции и за предаване на тази информация на следващите поколения клетки.
Клетката е изградена основно от белтъци, липиди и въглехидрати. Основни части на клетката са ядрото, клетъчната обвивка, цитоплазмата, вакуолите, пластидите и др. Всички клетки се хранят, дишат и отделят непотребни вещества. Клетките могат да бъдат прокариотни и еукариотни. Прокариотите нямат клетъчно ядро и се наричат още предядрени. Еукариотите имат ядро.
Анатомия на клетката
Има два типа клетки: еукариотни и прокариотни. Прокариотите обикновено са единични клетки и по-рядко свързани в колонии, докато еукариотните клетки се откриват в многоклетъчни организми с висока степен на организация.Прокариотна клетка
Строеж на прокариотна клетка:
Прокариотните клетки не притежават обособено ядро, което да е отделено от цитоплазмата със самостоятелна мембрана, и това ги отличава от еукариотите. Също така прокариотите не притежават повечето от цитоплазмените органели, характерни за еукариотите (с изключение на рибозоми, които се откриват и в двата типа клетки). Повечето от функциите на органели като митохондриите, апарата на Голджи и др. се изпълняват от прокариотната плазмена мембрана.
Прокариотите имат три обособени участъка: израстъци, наречени флагелуми пили - това са белтъчни израстъци, прикрепващи клетката към повърхността; клетката се огражда от клетъчна капсула, клетъчна стена и клетъчна мембрана, и цитоплазмен участък, съдържащ клетъчния геном (ДНК), рибозоми и разнообразни включения.
Други разлики включват:
- Плазмената мембрана (фосфолипидния бислой) разграничава прокариотната вътрешност от външната среда и служи като филтър и сигнализационен пункт.
- Повечето прокариоти притежават клетъчна стена (някои изключения са микоплазми (род бактерии) и термоплазми (род археобактерии). Тя съдържа пептогликан в бактерията и играе ролята на допълнителна защита срещу външни неблагоприятни въздействия. Също така не позволява на клетката да "експлоадира" (цитолизис) при повишено осмотично налягане в хипотонична среда.
Клетъчна стена се среща и в някои еукариоти, като растенията (с голямо съдържание на целулоза), и при някои гъби, но има различен химичен състав.
- Прокариотната хромозома е от пръстеновиден тип и не е обособена от мембрана, но въпреки това генетичният материал е съхранен като при ядрото. Прокариотите могат да имат екзоядрена ДНК, локализирана в т. нар. плазмиди, които обикновено са пръстеновидни. Плазмидите могат да поемат допълнителни функции, като например резистентност към антибиотици.
Еукариотна клетка
Еукариотните клетки са 10 пъти по-големи от прокариотните и могат да са до 1000 пъти по-обемни. Основната разлика между двата типа клетки е тази, че еукариотите притежават мембранно ограничени цитоплазмени компартменти, които участват по специфичен начин в метаболизма на клетката. Най-важният от тях е ядрото, мембранно ограден органел, съдържащ клетъчната ДНК. Точно то дава името на еукариотите,а именно същинскоядрени. Еукариотните клетки притежават високо специализирана едномембранна система характеризираща се с регулирано движение и транспорт на везикули.
Еукариотните клетки (същинскоядрени) са клетки, при които наследственото вещество е отделено от цитоплазмата чрез обвивка (клетки, които имат ядро) , а основната разлика между прокариотните клетки и еукариотните клетки е, че еукариотните имат ядро, а прокариотните нямат . Други разлики са:
- Плазмената мембрана наподобява прокариотната по функция, но има малки различия в устройството. Клетъчна стена е в наличие само при растенията.
- Еукариотната ДНК е организирана като една или повече линейни ДНК молекули, наречени хромозоми, които са в комплект с хистонови белтъци. Цялата хромозомна ДНК е локализирана в ядрото, което от своя страна е разграничено от цитоплазмата посредством ядрена обвивка. Някои еукариотни органели (митохондрии, хлоропласти) също съдържат наследствена информация.
- Еукариотите могат да се предвижват посредством флагелуми (камшичета), които са по-сложни от тези на прокариотите.
| Прокариоти | Еукариоти | |
|---|---|---|
| Типични организми, в които се срещат | бактерия, археобактерии | протисти, гъби, растения, животни |
| Размери | ~ 1-10 µm | ~ 10-100 µm (сперматозоидни клетки, без опашката са малки) |
| Тип на ядрото | ядрена област; няма същинско ядро | същинско ядро с двойна мембрана |
| ДНК | пръстеновидна (обикновено) | линейни молекули (хромозома) с хистонови белтъци |
| РНК-/синтез на белтъци | свързана в цитоплазма | РНК - синтез в ядрото белтъци - синтез в цитоплазмата |
| рибозоми | Големина 50S+30S | Големина 60S+40S |
| Структура на цитоплазмата | малък брой структури | виско структурирана от едномембранни органели и цитоскелет |
| Клетъчно придвижване | Флагелум състоящ се от флагелин | флагелум и микровили от белтъка тубулин |
| Митохондрия | няма | от 1 до няколко дузина |
| Хлоропласт | няма | във водорасли и растения |
| Организация | обикновено единични клетки | единични клетки, колонии, високо организирани организми с клетки с разнообразни функции |
| Клетъчно делене | бинарно делене (просто делене) | Митоза (делене с делителен апарат) Мейоза |
Субклетъчни компоненти
Всяка клетка, било то прокариотна или еукариотна притежава мембрана разграничаваща я от околната среда и регулираща транспорта на вещества постъпващи в клетката и на такива излизащи от нея (избирателна пропускливост). Вътре в клетката цитоплазмата заема повечето от клетъчното съдържимо. Всички клетки притжават ДНК, наследствена информация от гени, и РНК, необходима да се синтезират белтъци, като ензимите, основната организация на клетката. Има и други видове биомолекули в клетката
Друга част на клетката е цитоплазмата. Тя е полутечно вещество със сложен химически състав и зърнест строеж и свързва отделните части на клетката. В нея се извършва образуването на вещества и тяхното разграждане с освобождаване на енергия. Тази част на цитоплазмата, която се намира около ядрото или вакуолите, се нарича цитоплазмена мембрана. Тя е силно оводнена (процесите се провеждат във водна среда). Колкото клетката е по-млада, толкова тя е по-оводнена.
Клетъчна мембрана: Границата определяща клетката
- Клетъчната обвивка е изградена от двоен фосфолипиден слой, прорязан на места от белтъци. Такъв модел на строеж се нарича течностно-мозаичен. Белтъците в мембраната изграждат канали или участват като белтъци-преносители, като съответно внасят или изнасят молекули от клетката. Мембраната пропуска свободно малко молекули и йони, но с определена големина и концентрация. По нея има множество рецептори разпознаващи различни молекули като хормоните например. В заключение мембрана служи за защита и за отграничаване на клетката от външната среда.
При растенията най-външната част е целулоза. Обвивката е еластична. Има множество пори или отворчета, чрез които се осъществява обмяната на веществата.
Цитоскелет: Клетъчния скелет
- Цитоскелета е отговорен за организирането и регулирането на клетъчната форма; помага при ендоцитозата (поемането на материал от външната среда) и в цитокенезата (разделянето на двете дъщерни клетки след клетъчното делене); както и предвижването на органелите в цитоплазмата в процеса на израстването им. Еукариотния цитоскелет е представен от Микрогиламенти, Интермедиерни филаменти и Микротубули. Освен тях има огромно количество белтъци, които действат заедно с цитоскелетните елменти, като ги ръководят, смрежават ги и ги удължат. Прокариотния цитоскелет е много по-слабо изучен, но се знае че отговаря за подържането на кл. форма, полярността и цитокенезата
Генетична информация
Съществуват два различни вида генетичен материал: дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК) и рибонуклеинови киселини (РНК). Повечето организми използват ДНК за складиране на наследствената си информация, но някои вируси (като ретровирусите), имат РНК за генетична информация. Биологичнат информация съдържаща се в един организъм е кодирана в ДНК и РНК последователности. РНК може да се използва и за транспорт на информация (иРНК) и като ензими (нар. рибозими), при организмите използващи ДНК за съхранение на информацията.
Прокариотния генетичен материал е структуриран като еденична, кръгова ДНК молекула (бактериината хромозома) в ядрената област на цитоплазмата. Еукариотния генетичен материал е разделен в линейни молекули наречени хромозоми, поместващи се в обособено ядро, като обикновено има допълнителна генетична информация в митохондриите и хлоропластите (виж ендосимбионтна теория). Митохондриалната генетична информация е много малка количествено и може да кодира само няколко белтъка.
Човешкия геном се състои от 46 линейни ДНК молекули.
Клетъчни органели
Човешкото тяло съдържа много различни органи, като сърце, бял дроб, бъбрек и всеки от тези органи изпълнява различна функция. Клетките също имат набор от "малки органи" наречени органели, които са приспособени и/или специализирани да изпълняват една или повече жизнени функции. Мембранно ограничени органели са открити само в еукариотната клетка.
Клетъчно ядро
- Клетъчното ядро е най-забележителния органел открит в еукариотната клетка. В него са поместени клетъчните хромозоми, освен това е мястото където се реплицира ДНК и се синтензира РНК. Ядрото е сферично на форма и е ограничено от цитоплазмата с двойна ядрена обвивка. Тя изолира и предпазва клетъчната ДНК от различни молекули, които биха могли случайно да повредят структурата ѝ, или да я преработят. По време на процесинга, ДНК е транскрибирана, или копирана върху специално РНК, наречено иРНК. След това, иРНК-то се изнася от ядрото и по-късно се превежда в сецифична последователност от аминокиселини изграждащи дадения белтък. Този процес се извършва в цитоплазмата.
Митохондрии и хлоропласти (енергиините централи на клетката)
- Митохондриите са самовъзпроизвеждащи се органели, които се намират в различен брой, форми и рамзери в цитоплазмата на еукариотните клетки. Тези органели притежават собствен геном, различен от този в ядрото.Митхондриите са органели с много важна роля, а именно генериране на енергия в еукариотната клетка при процеса дишане, прибавяйки кислород към храната (разграждане на глюкозата и превръщането и в енергия на макроергичните връзки на АТФ). Това става в Цикъла на Кребс.
Пластидите са органели, които съдържат различни видове багрила. Едни от най-широко разпространените пластиди са хлоропластите, в които се съдържа зеленото багрил хлорофил. Хлоропластите са характерни само за растителните клетки и в тях се осъществява фотосинтезата. Пластидите подобно на митохондриите съдържат собствен генетичен материал
Апарат на Голджи и Ендоплазматичен ретикулум (разпределители на макромолекулите)
- Ендоплазменият ретикулум (ЕР) е транспортна мрежа за молекули разпределени за определена модификация със специфично предназначение, които плават свободно из цитоплазмата. Този органел има два участъка: Зърнест ендоплазмен ретикулум (наречен така поради наличието на рибозоми по повърхността му) и Гладък ендоплазмен ретикулум. В цистерните на Апарата на Голджи се извършват определени модификация (гликолизиране, ацетилиране и др.) на различни молекули.
Рибозоми (центрове за продукция на белтъци)
- В рибозомите се извършва разчитането на генетичния код и синтезирането на нови белтъчни молекули необходими на клетката. В прокариотите рибозомите се срещат свободно в цитоплазмата, докато в еукариотите освен свободни, могат да са и по повърхността на някои от едномембранните органели или локализирани във вътрешността на двумембранните органели.
Лизозоми и Пероксизоми (само в еукариотни клетки)
- Клетката не би могла да съдържа толкова разрушителни ензими, ако не бяха ограничени с мембрани. Тези ензими са поместени в лизозомите (съдържат ензимите хидролази) и пероксизомите (съдържат предимно оксидази). Понякога тези два органела са наричани "сомоубийствени сакове" тъй като могат да се "детонират" и да разрушат клетката (автолизис).
Центрозома (цитоскелетния организатор)
- Центрозомата продуцира микротубулите в клетката, които са ключов компонент на цитоскелета. Те ръководят транспорта на везикули от Ендоплазмения ретикулум и Апарата на Голджи. Центрозомата организира и двете центриоли, които помагат при клетъчното делене, и помагат при формирането на делителното вретено. Центрозомата се среща в животинските клетки и в някои гъби и водорасли.
Везикули
- Везикулите пренасят хранителни вещества и непотребни отпадъци, предназначени за изхвърляне от клетката. Описвани са като мехурчета изпълнени с течност и заградени от мембрана. Някои организми като Амебата, притежават свивателни вакуоли, които могат да изхвърлят вода от клетката, ако е в прекомерно съдържание.
Клетъчни Функции
Клетъчен растеж и метаболизъм
Между последователните клетъчни деления, клетките нарастват с функционирането на клетъчния метаболизъм. Клетъчния метабоизъм е процес, при който индивидуалните клетките обработват хранителни молекули. Метаболизма има два ралични пътя: катаболизъм, през който клетките разрушават комплекси от молекули за да извличат енергия, и анаболизъм, през който клетките използват енергия за да построяват комплекси от молекули или да изпълняват други финкции. Комплексите от захари приети от организма могат да се разградят до по-малка комплексна молекула наречена глюкоза. От там в клетката, глюкозата се разгражда за производството на АТФ (по-точно производство на неговите макроергични връзки складиращи голямо количество енергия) по два различни начина.
Първият път е гликолизата, неизискваща кислород, отнасяща се към анаеробен анаболизъм. В прокариотите гликолизата е единствения път за производство на енергия.
Втория път се нарича цикъл на Кребс или цикъл на лимонената киселина извършващ се в митохондриите. В този цикъл се генерира енергия, която е достатъчна за изпълнение на клетъчните функции.
Производство на нови клетки
Клетъчното делене включва една клетка (наречена майчина клетка), която се дели на две нови клетки (наречени дъщерни). Това води до нарастване на многоклетъчния организъм (нарастване на тъканта) и до увеличаване на броя на индивидите при едноклетъчните.
Прокариотите се делят чрез бинарно делене. Еукариотите обикновено претърпяват процес на ядрено делене, наречен митоза, последвано от делене на цитоплазмата, наречено цитокенеза. Диплойдната клетка може да претърпи мейоза за да редуцира набора си до хаплойден. В резултат на това делене се получават четири дъщерни клетки. Хаплойдните клетки служат като гамети в многоклетъчните организми и при сливането си образуват диплойдни клетки.
ДНК репликацията или процеса на копиране на клетъчния геном, е необходима всеки път когато клетката стъпва в делене. Репликацията както всички останали клетъчни дейности изисква специални белтъци, който да помогнат за извършването ѝ.
Синтез на белтъци
Клетките могат да синтензират нови белтъци, които са важни за подържането на клетъчната активност. Процесът включва, образуването на нови белтъчни молекули от аминокиселини, подредени по информацията кодирана в ДНК/РНК. Синтеза на белтъци се основава на две основни стъпки: транскрипция и транслация.
Транскрипцията е процесът, в който информация от ДНК е използвана за производството на комплементарна ѝ РНК нишка. Тази РНК е информационното РНК (иРНК), което може свободно да мигрира в клетката. иРНК се свързва в РНК-белтъчни комплекси наречени рибозоми, локализирани в цитозола, където се превежда в полипептидна последователност.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder