Клетка (биология)

Эта статья посвящена основной единице форм жизни. Для отрасли биологии, которая изучает их, см. Клеточную биологию .

Клетка
Клетки корня лука ( Allium cepa ) в разных фазах клеточного цикла (нарисованный E. B. Wilson , 1900)
Эукариотическая ) клетка (слева) и прокариотическая клетка (справа
Идентификаторы
Сетка	D002477
Тур	H100.01.0001
FMA	686465
Анатомическая терминология

Клетка является основной структурной и функциональной единицей всех форм жизни . Каждая клетка состоит из цитоплазмы , заключенной в мембрану ; Многие клетки содержат органелл , каждая с определенной функцией. Термин исходит от латинского слова Cellula, означающего «маленькую комнату». Большинство клеток видны только под микроскопом . Клетки появились на Земле около 4 миллиардов лет назад. Все клетки способны к репликации , синтезу белка и подвижности .

Клетки широко классифицируются на два типа: эукариотические клетки , которые обладают ядром и прокариотическими клетками , в которых отсутствует ядро, но имеет нуклеоидную область. Прокариоты представляют собой одноклеточные организмы, такие как бактерии , тогда как эукариоты могут быть либо одноклельными, такими как амебы , либо многоклеточные , такие как некоторые водоросши , растения , животные и грибы . Эукариотические клетки содержат органеллы, включая митохондрии , которые обеспечивают энергию для клеточных функций; хлоропласты , которые создают сахар по фотосинтезу , в растениях; и рибосомы , которые синтезируют белки.

Клетки были обнаружены Робертом Гуком в 1665 году, который назвал их после их сходства с клетками, населенными христианскими монахами в монастыре. Теория клеток , разработанная в 1839 году Матиасом Якобом Шлейденом и Теодором Шванном , утверждает, что все организмы состоят из одной или нескольких клеток, что клетки являются фундаментальной единицей структуры и функционирования во всех живых организмах, и что все клетки поступают ячейки

Типы клеток

Основная статья: тип ячейки

Клетки широко классифицируются на два типа: эукариотические клетки , которые обладают ядром и прокариотическими клетками , в которых отсутствует ядро, но имеет нуклеоидную область. Прокариоты являются одноклеточными организмами , тогда как эукариоты могут быть либо одноклельными, либо многоклеточными .

Прокариотические клетки

Основная статья: Прокариот

Структура типичной прокариотической клетки

Прокариоты включают бактерии и археи , две из трех доменов жизни . Прокариотические клетки были первой формой жизни на Земле, характеризованной жизненно важными биологическими процессами, включая передачу сигналов клеток . Они проще и меньше, чем эукариотические клетки, не имеют ядра , а также другие мембрановые органеллы . ДНК , прокариотической клетки состоит из одной круглой хромосомы которая находится в прямом контакте с цитоплазмой . Ядерная область в цитоплазме называется нуклеоидом . Большинство прокариот являются самыми маленькими из всех организмов, диаметром от 0,5 до 2,0 мкм.

Прокариотическая клетка имеет три региона:

• Клетка - это конверт клеток , обычно состоящая из плазматической мембраны, покрытой клеточной стенкой , которая для некоторых бактерий может быть дополнительно покрыта третьим слоем, называемым капсулой . Хотя большинство прокариот имеют как клеточную мембрану, так и клеточную стенку, существуют исключения, такие как микоплазма (бактерии) и термоплазма (археа), которые обладают только клеточным мембранным слоем. Оболочка придает жесткость к ячейке и отделяет внутреннюю часть клетки от окружающей среды, служа защитным фильтром. Клеточная стенка состоит из пептидогликана в бактериях и действует как дополнительный барьер против внешних сил. Это также предотвращает расширение и разрыв клеток ( цитолиза ) от осмотического давления из -за гипотонической среды. Некоторые эукариотические клетки ( растительные клетки и грибковые клетки) также имеют клеточную стенку.
• Внутри клетки находится цитоплазматическая область , которая содержит геном (ДНК), рибосомы и различные виды включений. Генетический материал свободно обнаружен в цитоплазме. Прокариоты могут нести экстрахромосомные ДНК -элементы, называемые плазмидами , которые обычно являются круглыми. Линейные бактериальные плазмиды были идентифицированы у нескольких видов спирохитных бактерий, включая членов рода Borrelia, в частности, Borrelia Burgdorferi , что вызывает болезнь Лайма. Хотя не образуя ядро, ДНК конденсируется в нуклеоиде . Плазмиды кодируют дополнительные гены, такие как устойчивости к антибиотикам . гены
• Снаружи некоторые прокариоты имеют жгутики и пили , которые проецируют с поверхности ячейки. Это структуры, изготовленные из белков, которые облегчают движение и связь между клетками.

Эукариотические клетки

Основная статья: Eukaryote

Структура типичной животной клетки

Структура типичной растительной клетки

Растения , животные , грибы , слизи , простейшие и водоросли - все это эукариотические . Эти клетки примерно в пятнадцать раз шире типичного прокариота и могут быть в тысячу раз больше по объему. Основной отличительной особенностью эукариот по сравнению с прокариотами является компартментализация : наличие мембранных органеллов (компартментов), в которых происходят конкретные действия. Наиболее важным среди них является ядро ​​клетки , клетки Орделл, в которой находится ДНК . Это ядро ​​дает эукариоту свое название, что означает «истинное ядро ​​(ядро)». Некоторые другие различия:

• Плазматическая мембрана напоминает прокариоты в функции, с незначительными различиями в настройке. Клетовые стенки могут присутствовать или не присутствовать.
• Эукариотическая ДНК организована в одной или нескольких линейных молекулах, называемых хромосом , которые связаны с гистоновыми белками. Вся хромосомная ДНК хранится в клеточном ядре , отделяется от цитоплазмы мембраной. Некоторые эукариотические органеллы, такие как митохондрии, также содержат некоторую ДНК.
• Многие эукариотические клетки ресничны ресничками первичными . Первичная ресничка играет важную роль в хемосенсации, механической среде и термосенсации . Таким образом, каждая ресничка может быть «рассматривается как сенсорные клеточные антенны , которые координируют большое количество клеточных сигнальных путей, иногда связывая передачу сигналов с подвижностью ресничной системы или альтернативно делению клеток и дифференцировке».
• Мотильные эукариоты могут перемещаться с помощью подвижных ресничек или жгутиков . Модильные клетки отсутствуют в хвойных и цветущих растениях . Эукариотические жгутики более сложны, чем у прокариот.

Сравнение особенностей прокариотических и эукариотических клеток

	Прокариоты	Эукариоты
Типичные организмы	Бактерии , архея	Протисты , водоросли , грибы , растения , животные
Типичный размер	~ 1–5 мкм	~ 10–100 мкм
Тип ядра	нуклеоидная область ; Нет истинного ядра	Истинное ядро ​​с двойной мембраной
ДНК	круговой (обычно)	линейные молекулы ( хромосомы ) с гистоновыми белками
РНК / белка Синтез	в сочетании с цитоплазмой	Синтез РНК в ядре синтез белка в цитоплазме
Рибосомы	50 -е и 30 -е годы	60 и 40 -е годы
Цитоплазматическая структура	очень мало структур	Высоко структурированный энтемембранами и цитоскелетом
Движение клеток	жгутич ​ ​	жгутиковые и реснички, содержащие микротрубочки ; Ламеллиподия и филоподия, содержащая актин
Митохондрия	никто	от одного до нескольких тысяч
Хлоропласты	никто	в водорослях и растениях
Организация	Обычно отдельные клетки	отдельные клетки, колонии, более высокие многоклеточные организмы со специализированными клетками
Клеточная деление	бинарное деление (простое разделение)	митоз (деление или почтение) мейоз
Хромосомы	одиночная хромосома	более одной хромосомы
Мембраны	клеточная мембрана	Клеточная мембрана и мембрановые органеллы

Многие группы эукариот являются одноклельными. Среди многоклеточных групп-животные и растения. Количество клеток в этих группах варьируется в зависимости от видов; Было подсчитано, что человеческое тело содержит около 37 триллионов (3,72 × 10 ¹³ ) клетки, И более поздние исследования поставили это число около 30 триллионов (~ 36 триллиона клеток у мужчин, ~ 28 триллионов у самки).

Субклеточные компоненты

Все клетки, будь то прокариотические или эукариотические , имеют мембрану , которая охватывает клетку, регулирует то, что движется и выходит (избирательно проницаемое), и поддерживает электрический потенциал клетки . Внутри мембраны цитоплазма занимает большую часть объема клеток. За исключением эритроцитов , в которых отсутствует ядро ​​клеток и большинство органеллов для размещения максимального пространства для гемоглобина , все клетки обладают ДНК , наследственным материалом генов и РНК , содержащей информацию, необходимую для построения различных белков, таких как ферменты , первичная механизм клетки Полем Есть также другие виды биомолекул в клетках. В этой статье перечислены эти первичные сотовые компоненты , а затем кратко описывает их функцию.

Клеточная мембрана

Основная статья: клеточная мембрана

Подробная диаграмма липидного бислоя клеточной мембраны

Клеточная мембрана , или плазматическая мембрана, является избирательно проницаемой Биологическая мембрана , которая окружает цитоплазму клетки. У животных плазматическая мембрана является внешней границей клетки, в то время как у растений и прокариот она обычно покрыта клеточной стенкой . Эта мембрана служит для отделения и защиты клетки от окружающей среды и изготовлена ​​в основном из двойного слоя фосфолипидов , которые являются амфифильными (частично гидрофобными и частично гидрофильными ). Следовательно, слой называется фосфолипидным бислоем , или иногда жидкой мозаичной мембраной. В этой мембране вкладывается макромолекулярная структура, называемая поросомой универсальным секреторным порталом в клетках, и различные молекулы белка , которые действуют как каналы и насосы, которые перемещают различные молекулы в клетку и за его пределами. Мембрана полупроницаемая и избирательно проницаемо, поскольку она может либо позволить веществу ( молекуле или иону ) свободно проходить через ограниченную степень или вообще не. Мембраны клеточной поверхности также содержат рецепторные белки, которые позволяют клеткам обнаруживать внешние сигнальные молекулы, такие как гормоны .

Цитоскелет

Основная статья: Cytoskeleton

Дополнительная информация: морфогенез

Флуоресцентное изображение эндотелиальной клетки. Ядра окрашены синим, митохондрии окрашены красным, а микрофиламенты окрашены в зеленый цвет.

Цитоскелет действует для организации и поддержания формы клетки; Якоря органелл на месте; Помогает во время эндоцитоза , поглощение внешних материалов клеткой и цитокинез , разделение дочерних клеток после деления клеток ; и перемещает части клетки в процессах роста и подвижности. Эукариотический цитоскелет состоит из микротрубочек , промежуточных филаментов и микрофиламентов . В цитоскелете нейрона промежуточные филаменты известны как нейрофиламенты . С ними связано множество белков, каждый из которых контролирует структуру клетки, направляя, связывание и выравнивающие нити. Прокариотический цитоскелет менее хорошо изучен, но участвует в поддержании формы клеток, полярности и цитокинеза. Белок субъединицы микрофиламентов представляет собой небольшой мономерный белок, называемый актин . Субъединица микротрубочек представляет собой димерную молекулу, называемую тубулин . Промежуточные филаменты - это гетерополимеры, субъединицы которых различаются между типами клеток в разных тканях. Некоторые из субъединичных белков промежуточных филаментов включают виментин , десмина , ламин (ламины A, B и C), кератин (множественные кислые и основные кератины) и белки нейрофиламента ( NF -L , NF -M ).

Генетический материал

Основные статьи: ДНК и РНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Существуют два разных вида генетического материала: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Клетки используют ДНК для их долгосрочного хранения информации. Биологическая информация, содержащаяся в организме, кодируется в его последовательности ДНК. РНК используется для транспортировки информации (например, мРНК ) и ферментативных функций (например, рибосомная РНК). Молекулы переноса РНК (тРНК) используются для добавления аминокислот во время трансляции белка .

Прокариотический генетический материал организован в простой круглой бактериальной хромосоме в нуклеоидной области цитоплазмы. Эукариотический генетический материал разделен на разные, Линейные молекулы, называемые хромосом, внутри дискретного ядра, обычно с дополнительным генетическим материалом в некоторых органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты (см. Теорию эндосимбиотики ).

Клетка человека имеет генетический материал, содержащийся в клеточном ядре ( ядерный геном ) и в митохондриях ( митохондриальный геном ). У людей ядерный геном делится на 46 линейных молекул ДНК, называемых хромосомами , в том числе 22 гомологичных хромосомных пар и пару половых хромосом . Митохондриальный геном представляет собой круговую молекулу ДНК, отличную от ядерной ДНК. Хотя митохондриальная ДНК очень мала по сравнению с ядерными хромосомами, Он кодирует 13 белков, участвующих в производстве энергии митохондрий и специфических тРНК.

Иностранный генетический материал (чаще всего ДНК) также может быть искусственно введен в клетку с помощью процесса, называемого трансфекцией . клетки Это может быть временным, если ДНК не вставлена ​​в геном или стабильный, если она есть. Некоторые вирусы также вставляют свой генетический материал в геном.

Органеллы

Основная статья: органель

Орделл являются частями клетки, которые адаптированы и/или специализированы для выполнения одной или нескольких жизненно важных функций, аналогичных органов человеческого тела (например, сердце, легкие и почка, причем каждый орган выполняет различную функцию). Как эукариотические, так и прокариотические клетки имеют органеллы, но прокариотические органелл, как правило, проще и не связаны с мембраной.

В ячейке есть несколько типов органелла. Некоторые (такие как ядро ​​и аппарат Гольджи ), как правило, одиночные, в то время как другие (такие как митохондрии , хлоропласты , пероксисомы и лизосомы ) могут быть многочисленными (сотни до тысяч). Цитозоль - это желатиновая жидкость , которая заполняет клетку и окружает органеллы.

Эукариотический

Раковые клетки человека, в частности , клетки HeLa , с окрашенной ДНК синим. Центральная и правая клетка находится в интерфазной , поэтому их ДНК диффузно, а все ядра помечены. Клетка слева проходит через митоз , и ее хромосомы конденсировались.

• Клеточное ядро : информационный центр клеток, ядро ​​клеток является наиболее заметной органеллой, обнаруженной в эукариотической клетке. клеток В нем расположены хромосомы и это место, где происходит почти вся репликация ДНК и синтез РНК ( транскрипция ). Ядро сферическое и отделено от цитоплазмы двойной мембраной, называемой ядерной оболочкой , пространство между этими двумя мембраной называется перинуклеарным пространством. Ядерная оболочка изолирует и защищает ДНК клетки от различных молекул, которые могут случайно повредить ее структуру или мешать ее обработке. Во время обработки ДНК транскрибируется или копируется в специальную РНК , называемую РНК мессенджера (мРНК). Эта мРНК затем транспортируется из ядра, где она транслируется в специфическую молекулу белка. Nucleolus является специализированной областью в ядре , где собираются субъединицы рибосом. В прокариотах обработка ДНК происходит в цитоплазме .
• Митохондрии и хлоропласты : генерируйте энергию для клетки. Митохондрии представляют собой самореплицирующие двойные мембраны органеллы, которые встречаются в различных количествах, формах и размерах в цитоплазме всех эукариотических клеток. Дыхание происходит в клеточных митохондриях, которые генерируют энергию клетки путем окислительного фосфорилирования , используя кислород для высвобождения энергии, хранящейся в клеточных питательных веществах (обычно относящихся к глюкозе ) для генерации АТФ ( аэробное дыхание ). Митохондрии умножаются на бинарное деление , как прокариоты. Хлоропласты можно найти только в растениях и водорослях, и они захватывают энергию солнца, чтобы сделать углеводы с помощью фотосинтеза .

Диаграмма энтомембранной системы

• Эндоплазматический ретикулум : эндоплазматический ретикулум (ER) представляет собой транспортную сеть для молекул, нацеленных на определенные модификации и специфические направления, по сравнению с молекулами, которые свободно плавают в цитоплазме. ER имеет две формы: грубая ER, которая имеет рибосомы на своей поверхности, которые выделяют белки в ER, и гладкий ER, в котором отсутствуют рибосомы. Гладкий ER играет роль в секвестрации и высвобождении кальция, а также помогает в синтезе липидов .
• Аппарат Гольджи : Первичная функция аппарата Гольджи заключается в обработке и упаковке макромолекул, таких как белки и липиды , которые синтезируются клеткой.
• Лизосомы и пероксисом : лизосомы содержат пищеварительные ферменты (кислотные гидролазы ). Они переваривают избыток или изношенные органеллы , частицы пищи и охватываемые вирусы или бактерии . Пероксисомы имеют ферменты, которые избавляют клетку токсичных пероксидов , лизосомы оптимально активны в кислой среде. Клетка не могла разместить эти разрушительные ферменты, если они не содержались в мембрановой системе.
• Центросома : Организатор цитоскелета: центросома продуцирует микротрубочки клетки - ключевой компонент цитоскелета . Он направляет транспорт через ER и аппарат Гольджи . Центросомы состоят из двух центриолов , которые лежат перпендикулярно друг другу, в которой у каждого есть организация, такая как колесо , которая разделяется во время деления клеток и помогает в формировании митотического веретена . Одна центросома присутствует в клетках животных. Они также встречаются в некоторых грибах и клетках водорослей.
• Вакуоли : вакуоли секвестерские отходы и в растительных клетках хранят воду. Они часто описываются как жидкие помещения и окружены мембраной. Некоторые клетки, особенно амеба , имеют сократительные вакуоли, которые могут выкачивать воду из клетки, если воды слишком много. Вакуоли растительных клеток и грибковых клеток обычно больше, чем клетки животных. Вакуоли растительных клеток окружены мембраной, которая транспортирует ионы против градиентов концентрации.

Эукариотические и прокариотические

• Рибосомы : рибосома представляет собой большой комплекс молекул РНК и белка . Каждый из них состоят из двух субъединиц и действует как сборка, где РНК из ядра используется для синтеза белков из аминокислот. Рибосомы могут быть найдены либо плавающими свободно, либо связаны с мембраной (грубая эндоплазматическая ретикулума у ​​эукариот или клеточную мембрану у прокариот).
• Пластиды : Пластид -это мембрановая органелла, обычно встречающаяся в растительных клетках и эвглоидах , и содержат специфические пигменты , что влияет на цвет растения и организма. И эти пигменты также помогают в хранении продуктов питания и постукивание световой энергии. Существует три типа пластидов на основе конкретных пигментов. Хлоропласты содержат хлорофилл и некоторые каротиноидные пигменты, которые помогают в постукивание световой энергии во время фотосинтеза. Хромопласты содержат жирорастворимые каротиноидные пигменты, такие как оранжевый каротин и желтые ксантофиллы, которые помогают в синтезе и хранении. Лейкопласты являются непигментированными пластидами и помогают в хранении питательных веществ.

Структуры вне клеточной мембраны

Многие ячейки также имеют структуры, которые существуют полностью или частично вне клеточной мембраны. Эти структуры известны, потому что они не защищены от внешней среды клеточной мембраной. Чтобы собрать эти структуры, их компоненты должны переносить через клеточную мембрану с помощью процессов экспорта.

Клеточная стенка

Дополнительная информация: клеточная стенка

Многие типы прокариотических и эукариотических клеток имеют клеточную стенку . Клеточная стенка действует для защиты ячейки механически и химически от окружающей среды, и является дополнительным слоем защиты к клеточной мембране. Различные типы клеток имеют клеточные стенки, состоящие из разных материалов; Растительные клеточные стенки в основном состоят из целлюлозы , клеточные стенки грибов состоит из хитиновых , а клеточные стенки бактерий состоит из пептидогликана .

Прокариотический

Капсула

Желатиновая капсула присутствует в некоторых бактериях за пределами клеточной мембраны и клеточной стенки. Капсула может быть полисахаридом, как у пневмококков , менингококков или полипептида в качестве бациллуса антрациса или гиалуроновой кислоты , как у стрептококков . Капсулы не отмечены нормальными протоколами окрашивания и могут быть обнаружены индийскими чернилами или метиловым синим , что обеспечивает более высокий контраст между клетками для наблюдения.

Флагулла

Жгности - органеллы для сотовой мобильности. Бактериальный жгутичок простирается от цитоплазмы через клеточную мембрану (ы) и экструдирует через клеточную стенку. Это длинные и толстые нитоподобные придатки, белок в природе. Другой тип жениха встречается в археи, а у эукариот есть другой тип.

Fimbriae

Fimbria (множественная численность Fimbriae , также известная как Pilus , множественная пили), представляет собой короткую, тонкую, похожие на волос на поверхности бактерий. Fimbriae образуются из белка, называемого Pilin ( антигенная ) и ответственны за прикрепление бактерий к специфическим рецепторам к клеткам человека ( клеточная адгезия ). Существуют особые типы пили, участвующих в бактериальном конъюгации .

Клеточные процессы

Прокариоты делятся на бинарное деление , в то время как эукариоты делятся на митоз или мейоз .

Репликация

Основная статья: Разделение клеток

Клеточное деление включает в себя единую клеточную (называемую материнскую клетку ), разделяющую на две дочерние клетки. Это приводит к росту в многоклеточных организмах (рост ткани ) и к деторождению ( вегетативному размножению ) в одноклеточных организмах . Прокариотические клетки делятся на бинарное деление , в то время как эукариотические клетки обычно подвергаются процессу ядерного деления, называемого митозом , за которым следует деление клетки, называемое цитокинезом . клетка Диплоидная может также подвергаться мейозу , чтобы продуцировать гаплоидные клетки, обычно четыре. Гаплоидные клетки служат гаметами в многоклеточных организмах, слияние с образованием новых диплоидных клеток.

Репликация ДНК или процесс дублирования генома клеток, Всегда происходит, когда клетка делится через митоз или бинарное деление. Это происходит во время S фазы клеточного цикла .

В мейозе ДНК воспроизводится только один раз, а клетка делится дважды. Репликация ДНК происходит только до мейоза i . Репликация ДНК не происходит, когда клетки делятся во второй раз, в мейозе II . Репликация, как и все клеточные действия, требует специализированных белков для выполнения работы.

Репарация ДНК

Основная статья: Репарация ДНК

Клетки всех организмов содержат ферментные системы, которые сканируют свою ДНК на предмет повреждения и выполняют процессы восстановления при ее обнаружении. Разнообразные процессы восстановления развивались в организмах, от бактерий до людей. Широко распространенная распространенность этих процессов восстановления указывает на важность поддержания клеточной ДНК в неповрежденном состоянии, чтобы избежать гибели клеток или ошибок репликации из -за повреждения, которые могут привести к мутации . Бактерии E. coli являются хорошо изученным примером клеточного организма с разнообразными четко определенными процессами восстановления ДНК . К ним относятся: репарация нуклеотидного удаления , восстановление несоответствия ДНК , не-гомологичное соединение двойных разрывов, рекомбинационное восстановление и светозависимое восстановление ( фотореактивация ).

Рост и метаболизм

Основные статьи: рост клеток , метаболизм и фотосинтез

Между последовательными клеточными делениями клетки растут благодаря функционированию клеточного метаболизма. Клеточный метаболизм - это процесс, с помощью которого отдельные клетки обрабатывают молекулы питательных веществ. Метаболизм имеет два различных подразделения: катаболизм , в котором клетка разбивает сложные молекулы для получения энергии и снижения мощности , и анаболизм , в котором клетка использует энергию и снижение мощности для создания сложных молекул и выполнения других биологических функций.

Сложные сахара можно разбить на более простые молекулы сахара, называемые моносахаридами , такими как глюкоза . Оказавшись внутри клетки, глюкоза разбивается, чтобы сделать аденозин трифосфат ( АТФ ), Молекула, которая обладает легко доступной энергией, через два разных пути. В растительных клетках хлоропласты создают сахар с помощью фотосинтеза , используя энергию света для соединения молекул воды и углекислого газа .

Синтез белка

Основная статья: биосинтез белка

Клетки способны синтезировать новые белки, которые необходимы для модуляции и поддержания клеточной активности. Этот процесс включает в себя образование новых молекул белка из аминокислотных строительных блоков на основе информации, кодируемой в ДНК/РНК. Синтез белка обычно состоит из двух основных шагов: транскрипция и трансляция .

Транскрипция - это процесс, в котором генетическая информация в ДНК используется для получения комплементарной РНК -цепи. Затем эта цепь РНК обрабатывается, чтобы получить РНКсенджера (мРНК), которая может свободно мигрировать через клетку. Молекулы мРНК связываются с белковыми РНК-комплексами, называемыми рибосомами , расположенными в цитозоле , где они транслируются в полипептидные последовательности. Рибосома опосредует образование полипептидной последовательности на основе последовательности мРНК. Последовательность мРНК напрямую относится к полипептидной последовательности путем связывания с передачей молекул адаптера РНК (тРНК) в связывающих карманах в рибосоме. Новый полипептид затем складывается в функциональную трехмерную молекулу белка.

Подвижность

Основная статья: подвижность

Одноклеточные организмы могут двигаться, чтобы найти пищу или покинуть хищников. Общие механизмы движения включают жгутики и реснички .

В многоклеточных организмах клетки могут двигаться во время таких процессов, как заживление ран, иммунный ответ и метастазирование рака . Например, при заживлении ран у животных лейкоциты перемещаются в место раны, чтобы убить микроорганизмы, которые вызывают инфекцию. Клеточная подвижность включает в себя многие рецепторы, сшивание, объединение, связывание, адгезию, моторные и другие белки. Процесс делится на три этапа: выпячивание переднего края клетки, адгезия переднего края и де-адгезия в корпусе и задней части клетки, а также сокращение цитоскелета для вытягивания ячейки вперед. Каждый шаг управляется физическими силами, генерируемыми уникальными сегментами цитоскелета.

Навигация, контроль и связь

См. Также: Cybernetics § в биологии

В августе 2020 года ученые описали одну сторону клетки, которые клетки-в определенных клетках клетки слизи и клеток, полученных из рака поджелудочной железы, способны эффективно перемещаться по организму и идентифицировать лучшие маршруты через сложные лабиринты: генерирование градиентов после разбиваемого хемоаттракта диффузных Позвольте им почувствовать предстоящие перекрестки лабиринта, прежде чем достичь их, в том числе вокруг углов.

Многоклеточность

Основная статья: многоклеточный организм

Клеточная специализация/дифференциация

Основная статья: клеточная дифференциация

Окрашивание Caenorhabditis elegans выделяет ядра его клеток.

Многоклеточные организмы-это организмы , которые состоят из более чем одной клетки, в отличие от одноклеточных организмов .

В сложных многоклеточных организмах клетки специализируются на различных типах клеток , которые адаптированы к конкретным функциям. У млекопитающих основные типы клеток включают клетки кожи , мышечные клетки , нейроны , клетки крови , фибробласты , стволовые клетки и другие. Типы клеток различаются как по внешнему виду, так и по функции, но являются генетически идентичными. Клетки способны быть одним и тем же генотипом , но различным типом клеток из -за дифференциальной экспрессии генов , которые они содержат.

Большинство различных типов клеток возникают из одной тотапотентной ячейки, называемой зиготой , которая отличается от сотен различных типов клеток в течение развития . Дифференцировка клеток обусловлена ​​различными сигналами окружающей среды (такими как взаимодействие клеток и клетки) и внутренними различиями (например, вызванные неравномерным распределением молекул во время деления ).

Происхождение многоклеточности

Многоклеточность развивалась независимо как минимум 25 раз, в том числе в некоторых прокариотах, таких как цианобактерии , миксобактерии , актиномицеты или метаносацина . Тем не менее, сложные многоклеточные организмы развивались только в шести эукариотических группах: животных, грибов, коричневых водорослей, красных водорослей, зеленых водорослей и растений. Он неоднократно развивался для растений ( хлоропластида ), один или два раза для животных , один раз для коричневых водорослей и, возможно, несколько раз для грибов , слизистых плесени и красных водорослей . Многоклеточность могла развиваться из колоний взаимозависимых организмов, из клеточной , или от организмов в симбиотических отношениях .

Первое свидетельство многоклеточности принадлежит цианобактерий , подобным организмам, которые жили от 3 до 3,5 миллиардов лет назад. Другие ранние окаменелости многоклеточных организмов включают оспариваемую грипанию спиралис и ископаемые черных сланцев палеопротерозойской Франсвиллианской группы ископаемых B в Габоне .

Эволюция многоклеточности от одноклеточных предков была воспроизведена в лаборатории, в экспериментах эволюции с использованием хищничества в качестве селективного давления .

Происхождение

Основная статья: эволюционная история жизни

Происхождение клеток связано с происхождением жизни , которое начало историю жизни на Земле.

Происхождение жизни

Дополнительная информация: абиогенез и эволюция клеток

Строматолиты оставлены цианобактериями , также называемыми сине-зелеными водорослями. Они являются одними из старейших окаменелостей жизни на земле. Это ископаемое на миллиард лет из национального парка Глейшер в Соединенных Штатах.

Маленькие молекулы, необходимые для жизни, могли быть перенесены на Землю на метеоритах, созданные в глубоководных вентиляционных отверстиях или синтезированы молнией в уменьшающейся атмосфере . Существует мало экспериментальных данных, определяющих, какими были первые самореплицирующиеся формы. РНК , возможно, была самой ранней самореплицирующейся молекулой , так как она могла хранить генетическую информацию и катализировать химические реакции.

Клетки появились около 4 миллиардов лет назад. Первые клетки были, скорее всего, гетеротрофы . Ранние клеточные мембраны были, вероятно, проще и проницаемы, чем современные, с одной цепью жирной кислоты на липид. Липиды спонтанно образуют двойные везикулы в воде и могли предшествовать РНК.

Первые эукариотические клетки

Основная статья: эукариогенез

В теории симбиогенеза слияние архейского и аэробного бактерии создало эукариоты с аэробными митохондриями , около 2,2 миллиарда лет назад. Второе слияние, 1,6 миллиарда лет назад, добавило хлоропласты , создавая зеленые растения.

Эукариотические клетки были созданы около 2,2 миллиарда лет назад в процессе, называемом эукариогенезом . Это широко согласилось, что это было связано с симбиогенезом , в котором архей и бактерии собрались вместе, чтобы создать первого общего предка эукариотического общего. Эта ячейка имела новый уровень сложности и возможностей, с ядром и факультативно аэробные митохондрии . Он превратился в 2 миллиарда лет назад в популяцию одноклеточных организмов, которые включали последнего эукариотического общего предка, получая возможности на этом пути, хотя последовательность задействованных этапов оспаривалась и, возможно, не началась с симбиогенеза. В нем были по крайней мере одна центриоль и ресничка , пол ( мейоз и сингамия ), пероксисомы и спящая киста с клеточной стенкой хитина и/или целлюлозы . В свою очередь, последний эукариотический общий предок породил группу короны эукариот , содержащую предков животных , грибов , растений и разнообразных одноклеточных организмов. Растения были созданы около 1,6 миллиарда лет назад со вторым эпизодом симбиогенеза, который добавил хлоропласты , полученные из цианобактерий .

История исследований

Основная статья: теория клеток

Рисунок Роберта Гука камеры в Корке , 1665

В 1665 году Роберт Хук исследовал тонкий ломтик пробки под микроскопом и увидел структуру небольших ограждений. Он писал: «Я мог бы превышать ясно, что это все перфорированное и пористое, очень похожее на медовую комбинезон , но его поры не были регулярными». Чтобы еще больше поддержать свою теорию, Матиас Шлейден и Теодор Шванн оба также изучали клетки как животных, так и растений. То, что они обнаружили, было значимыми различиями между двумя типами клеток. Это выдвинуло идею о том, что клетки были не только фундаментальными для растений, но и животных.

• 1632–1723 гг.: Антони Ван Леувенхук научила себя делать линзы , построила основные оптические микроскопы и нарисовал простейшие, такие как Vorticella из дождевой воды и бактерии из его собственного рта.
• 1665: Роберт Хук обнаружил клетки в пробке , затем в живой растительной ткани, используя ранний составной микроскоп. Он придумал терминную ячейку (из латинской кублуки , что означает «маленькая комната» ) в своей книге Micrographia (1665).
• 1839: Теодор Шванн и Матиас Якоб Шлейден выяснил принцип, согласно которому растения и животные изготовлены из клеток, делая вывод, что клетки являются общей единицей структуры и развития и, таким образом, основаны теорию клеток.
• 1855: Рудольф Вирчоу заявил, что новые клетки поступают из ранее существовавших клеток с помощью клеточной деления ( Omnis Cellula Ex Cellula ).
• 1931: Эрнст Руска построил первый трансмиссионный электронный микроскоп (ПЭМ) в Берлинском университете . К 1935 году он построил их с вдвое больше разрешения светового микроскопа, обнаруживая ранее неразрешимые органеллы.
• 1981: Линн Маргулис опубликовала симбиоз в эволюции клеток, подробно описывая, как эукариотические клетки были созданы с помощью симбиогенеза .

Смотрите также

• Клеточная кора
• Клеточная культура
• Клеточная модель
• Китемем
• Цитокриз
• Цитотоксичность
• Липидный плот
• Список отдельных типов клеток в теле человека человека
• Схема клеточной биологии
• Parakaryon myojinensis
• Плазмолиз
• Синцитик
• Туннельный нанотруб
• Хранилище (органель)

Дальнейшее чтение

• Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Морган, Дэвид; Рафф, Мартин; Робертс, Кит; Уолтер, Питер (2015). Молекулярная биология клетки (6 -е изд.). Гарлендская наука. п. 2. ISBN  978-0815344322 .
• Alberts, B.; и др. (2014). Молекулярная биология клетки (6 -е изд.). Гирлянда. ISBN  978-0815344322 Полем Архивировано из оригинала 2014-07-14 . Получено 2016-07-06 . ; Четвертое издание свободно доступно за архив 2009-10-11 в The Wayback Machine от Национального центра биотехнологической информации .
• Lodish, Харви; и др. (2004). Молекулярная клеточная биология (5 -е изд.). Нью -Йорк: WH Freeman. ISBN  978-0716743668 .
• Купер, GM (2000). Клетка: молекулярный подход (2 -е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN  978-0878931026 Полем Архивировано с оригинала на 2009-06-30 . Получено 2017-08-30 .

Внешние ссылки

• Mbinfo - описания клеточных функций и процессов
• Внутри клеточного архивирования 2017-07-20 на The Wayback Machine -буклет научного образования от Национальных институтов здравоохранения , в PDF и EPUB .
• Клеточная биология в «Биологическом проекте» Университета Аризоны .
• Центр ячейки онлайн
• Библиотека изображений и видео Американского общества сотовой биологии архивировала 2011-06-10 в The Wayback Machine , коллекция рецензируемых рецензируемых неподвижных изображений, видеоклипов и цифровых книг, которые иллюстрируют структуру, функцию и биологию ячейки.
• WormWeb.org: интерактивная визуализация C. elegans линии клеток - визуализируйте все дерево линии клеток нематоды C. elegans