Клетка (биология) - Cell (biology) - Wikipedia

Не путать с Клеточная биология.

Клетка
Wilson1900Fig2.jpg
Лук (Allium cepa) корневые клетки в разных фазах клеточный цикл (нарисованный Э. Б. Уилсон, 1900)
Celltypes.svg
А эукариотический ячейка (слева) и прокариотический ячейка (правая)
Идентификаторы
MeSHD002477
THH1.00.01.0.00001
FMA686465
Анатомическая терминология

В клетка (из латинский целла, что означает "маленькая комната"[1]) является основной структурной, функциональной и биологической единицей всех известных организмов. Клетка - это мельчайшая единица жизни. Клетки часто называют «кирпичиками жизни». Исследование клеток называется клеточная биология, клеточная биология или цитология.

Ячейки состоят из цитоплазма заключен в мембрана, который содержит много биомолекулы Такие как белки и нуклеиновые кислоты.[2] Большинство клеток растений и животных видны только под оптический микроскоп, размером от 1 до 100микрометры.[3] Электронная микроскопия дает гораздо более высокое разрешение, показывая очень подробную структуру ячеек. Организмы можно классифицировать как одноклеточный (состоящий из одной ячейки, например бактерии ) или же многоклеточный (включая растения и животных).[4] Наиболее одноклеточные организмы классифицируются как микроорганизмы.

Количество клеток у растений и животных варьируется от вида к виду; было подсчитано, что в людях содержится около 40 триллионов (4 × 1013) клетки.[а][5] Человеческий мозг насчитывает около 80 миллиардов этих клеток.[6]

Клетки были обнаружены Роберт Гук в 1665 году, которые назвали их за их сходство с кельями, в которых жили Христианские монахи в монастыре.[7][8] Клеточная теория, впервые разработан в 1839 г. Маттиас Якоб Шлейден и Теодор Шванн, утверждает, что все организмы состоят из одной или нескольких клеток, что клетки являются фундаментальной единицей структуры и функций всех живых организмов, и что все клетки происходят из уже существующих клеток.[9] Клетки появились на Земле не менее 3,5 миллиардов лет назад.[10][11][12]

Типы клеток

Ячейки бывают двух типов: эукариотический, которые содержат ядро, и прокариотический, чего нет. Прокариоты одноклеточные организмы, в то время как эукариоты могут быть одноклеточными или многоклеточный.

Прокариотические клетки

Основная статья: Прокариот
Структура типового прокариотический клетка

Прокариоты включают бактерии и археи, два из три области жизни. Прокариотические клетки были первой формой жизнь на Земле, характеризующиеся жизненно важными биологические процессы включая клеточная сигнализация. Они проще и меньше эукариотических клеток, и в них отсутствует ядро, и другие мембраносвязанные органеллы. В ДНК прокариотической клетки состоит из одного круговая хромосома который находится в прямом контакте с цитоплазма. Ядерная область в цитоплазме называется нуклеоид. Большинство прокариот - самые маленькие из всех организмов диаметром от 0,5 до 2,0 мкм.[13]

Прокариотическая клетка имеет три области:

  • Закрытие ячейки - это клеточная оболочка - обычно состоящий из плазматическая мембрана покрыт клеточная стенка который для некоторых бактерий может быть дополнительно покрыт третьим слоем, называемым капсула. Хотя у большинства прокариот есть как клеточная мембрана, так и клеточная стенка, есть исключения, такие как Микоплазма (бактерии) и Термоплазма (археи), которые обладают только слоем клеточной мембраны. Оболочка придает ячейке жесткость и отделяет внутреннюю часть ячейки от окружающей среды, служа защитным фильтром. Стенка клетки состоит из пептидогликан у бактерий и действует как дополнительный барьер против внешних сил. Это также предотвращает расширение и разрыв клетки (цитолиз ) из осмотическое давление из-за гипотонический среда. Некоторые эукариотические клетки (клетки растений и грибковый клетки) также имеют клеточную стенку.
  • Внутри клетки находится цитоплазматическая область который содержит геном (ДНК), рибосомы и различные включения.[4] Генетический материал свободно находится в цитоплазме. Прокариоты могут нести внехромосомная ДНК элементы, названные плазмиды, которые обычно имеют круглую форму. Линейные бактериальные плазмиды были идентифицированы у нескольких видов спирохета бактерии, включая представителей рода Borrelia особенно Borrelia burgdorferi, вызывающая болезнь Лайма.[14] Хотя и не образует ядра, ДНК конденсируется в нуклеоид. Плазмиды кодируют дополнительные гены, такие как устойчивость к антибиотикам гены.
  • Снаружи, жгутики и пили выступать с поверхности клетки. Это структуры (присутствующие не у всех прокариот), состоящие из белков, которые облегчают движение и связь между клетками.
Структура типичной животной клетки
Структура типового растительная клетка

Эукариотические клетки

Основная статья: Эукариот

Растения, животные, грибы, слизевые формы, простейшие, и водоросли все эукариотический. Эти клетки примерно в пятнадцать раз шире, чем у типичного прокариота, и могут быть в тысячу раз больше по объему. Основное отличие эукариот от прокариот - это разделение: наличие мембраносвязанного органеллы (отсеки), в которых происходят определенные действия. Наиболее важным из них является ядро клетки,[4] органелла, в которой находится клетка ДНК. Это ядро ​​дало эукариоту свое название, что означает «истинное ядро ​​(ядро)». Другие отличия включают:

  • Плазматическая мембрана по функциям похожа на таковую прокариот с небольшими отличиями в устройстве. Клеточные стенки могут присутствовать, а могут и не присутствовать.
  • Эукариотическая ДНК состоит из одной или нескольких линейных молекул, называемых хромосомы, которые связаны с гистон белки. Вся хромосомная ДНК хранится в ядро клетки, отделенный от цитоплазмы мембраной.[4] Некоторые эукариотические органеллы, такие как митохондрии также содержат немного ДНК.
  • Многие эукариотические клетки реснитчатый с первичные реснички. Первичные реснички играют важную роль в химиочувствительности, механочувствительность, и термочувствительность. Таким образом, каждую ресничку можно «рассматривать как сенсорную клеточную усики который координирует большое количество клеточных сигнальных путей, иногда связывая передачу сигналов с подвижностью ресничек или, альтернативно, с делением и дифференцировкой клеток ».[15]
  • Подвижные эукариоты могут двигаться, используя подвижные реснички или же жгутики. Подвижные клетки отсутствуют в хвойные породы и цветущие растения.[16] Жгутики эукариот более сложные, чем у прокариот.[17]
Сравнение характеристик прокариотических и эукариотических клеток
ПрокариотыЭукариоты
Типичные организмыбактерии, археипротисты, грибы, растения, животные
Типичный размер~ 1–5 мкм[18]~ 10–100 мкм[18]
Тип ядрообласть нуклеоида; нет настоящего ядраистинное ядро ​​с двойной мембраной
ДНКкруговой (обычно)линейные молекулы (хромосомы ) с гистон белки
РНК /белок синтезв сочетании в цитоплазмаСинтез РНК в ядре
синтез белка в цитоплазме
Рибосомы50S и 30S60S и 40S
Цитоплазматическая структураочень мало структурсильно структурированный эндомембраны и цитоскелет
Движение клетокжгутики сделано из флагеллинжгутики и реснички содержащий микротрубочки; ламеллиподии и филоподии содержащий актин
Митохондрииниктоот одного до нескольких тысяч
Хлоропластыниктов водоросли и растения
Организацияобычно одиночные клеткиодиночные клетки, колонии, высшие многоклеточные организмы со специализированными клетками
Деление клетокдвойное деление (простое деление)митоз (деление или почкование)
мейоз
Хромосомыодна хромосомаболее одной хромосомы
Мембраныклеточная мембранаКлеточная мембрана и мембраносвязанные органеллы

Субклеточные компоненты

Все клетки, будь то прокариотический или же эукариотический, есть мембрана который окружает клетку, регулирует то, что движется внутрь и наружу (избирательно проницаемый), и поддерживает электрический потенциал клетки. Внутри мембраны цитоплазма занимает большую часть объема ячейки. Все ячейки (кроме красные кровяные тельца в которых отсутствует ядро ​​клетки и большинство органелл, чтобы разместить максимальное пространство для гемоглобин ) владеть ДНК, наследственный материал гены, и РНК, содержащий информацию, необходимую для строить разные белки Такие как ферменты, основной механизм клетки. Есть и другие виды биомолекулы в камерах. В этой статье перечислены эти основные клеточные компоненты, а затем кратко описывает их функции.

Мембрана

Основная статья: Клеточная мембрана
Подробная схема липидной двухслойной клеточной мембраны

В клеточная мембрана, или плазматическая мембрана, представляет собой биологическая мембрана что окружает цитоплазму клетки. У животных плазматическая мембрана является внешней границей клетки, а у растений и прокариот она обычно покрыта клеточная стенка. Эта мембрана служит для отделения и защиты клетки от окружающей среды и состоит в основном из двойной слой фосфолипидов, которые амфифильный (частично гидрофобный и частично гидрофильный ). Следовательно, слой называется фосфолипидный бислой, или иногда жидкая мозаичная мембрана. Внутри этой мембраны находится макромолекулярная структура, называемая поросома универсальный секреторный портал в клетках и различных белок молекулы, которые действуют как каналы и насосы, которые перемещают различные молекулы в клетку и из клетки.[4] Мембрана является полупроницаемой и избирательно проницаемой, так как она может пропускать вещество (молекула или же ион ) проходят свободно, проходят в ограниченной степени или не проходят вообще. Мембраны клеточной поверхности также содержат рецептор белки, которые позволяют клеткам обнаруживать внешние сигнальные молекулы, такие как гормоны.

Цитоскелет

Основная статья: Цитоскелет
Флуоресцентное изображение эндотелиальной клетки. Ядра окрашены в синий цвет, митохондрии окрашены в красный цвет, а микрофиламенты - в зеленый.

Цитоскелет организовывает и поддерживает форму клетки; закрепляет органеллы на месте; помогает во время эндоцитоз, поглощение внешних материалов клеткой и цитокинез, разделение дочерних клеток после деление клеток; и перемещает части клетки в процессе роста и подвижности. Эукариотический цитоскелет состоит из микротрубочки, промежуточные нити и микрофиламенты. В цитоскелете нейрон промежуточные волокна известны как нейрофиламенты. С ними связано большое количество белков, каждый из которых контролирует структуру клетки, направляя, связывая и выравнивая филаменты.[4] Прокариотический цитоскелет менее изучен, но участвует в поддержании формы клеток, полярность и цитокинез.[19] Субъединичный белок микрофиламентов - это небольшой мономерный белок, называемый актин. Субъединица микротрубочек представляет собой димерную молекулу, называемую тубулин. Промежуточные филаменты представляют собой гетерополимеры, субъединицы которых различаются для разных типов клеток в разных тканях. Но некоторые субъединицы белка промежуточных филаментов включают виментин, десмин, ламинат (ламины A, B и C), кератин (множественные кислые и основные кератины), белки нейрофиламентов (NF – L, NF – M).

Генетический материал

Основные статьи: ДНК и РНК
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Существует два разных вида генетического материала: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Клетки используют ДНК для длительного хранения информации. Биологическая информация, содержащаяся в организме, является закодированный в его последовательности ДНК.[4] РНК используется для передачи информации (например, мРНК ) и ферментативный функции (например, рибосомальный РНК). Передача РНК (тРНК) используются для добавления аминокислот во время протеиновой перевод.

Генетический материал прокариот организован в виде простого круговая бактериальная хромосома в область нуклеоида цитоплазмы. Генетический материал эукариот делится на разные,[4] линейные молекулы, называемые хромосомы внутри дискретного ядра, обычно с дополнительным генетическим материалом в некоторых органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты (видеть эндосимбиотическая теория ).

А человеческая клетка имеет генетический материал, содержащийся в ядро клетки (в ядерный геном ) и в митохондриях ( митохондриальный геном ). У человека ядерный геном разделен на 46 линейных молекул ДНК, называемых хромосомы, в том числе 22 гомологичная хромосома пары и пара половые хромосомы. Митохондриальный геном представляет собой кольцевую молекулу ДНК, отличную от ядерной ДНК. Хотя митохондриальная ДНК очень мала по сравнению с ядерными хромосомами,[4] он кодирует 13 белков, участвующих в выработке энергии митохондриями, и специфические тРНК.

Чужой генетический материал (чаще всего ДНК) также может быть искусственно введен в клетку с помощью процесса, называемого трансфекция. Это может быть временным, если ДНК не вставлена ​​в клетку. геном, или стабильный, если это так. Определенный вирусы также вставляют свой генетический материал в геном.

Органеллы

Основная статья: Органелла

Органеллы - это части клетки, которые адаптированы и / или специализированы для выполнения одной или нескольких жизненно важных функций, аналогично клетке. органы человеческого тела (например, сердца, легких и почек, каждый из которых выполняет свою функцию).[4] И эукариотические, и прокариотические клетки имеют органеллы, но прокариотические органеллы обычно проще и не связаны с мембраной.

В клетке есть несколько типов органелл. Некоторые (например, ядро и аппарат Гольджи ) обычно одиноки, в то время как другие (например, митохондрии, хлоропласты, пероксисомы и лизосомы ) может быть многочисленным (от сотен до тысяч). В цитозоль представляет собой студенистую жидкость, которая заполняет клетку и окружает органеллы.

Эукариотический

Раковые клетки человека, в частности Клетки HeLa, с ДНК, окрашенной в синий цвет. Центральная и самая правая клетки находятся в межфазный, поэтому их ДНК диффузная, а все ядра помечены. В ячейке слева проходит митоз и его хромосомы конденсируются.
3D визуализация эукариотической клетки
  • Ядро клетки: Информационный центр ячейки, ядро клетки самая заметная органелла, обнаруженная в эукариотический клетка. Здесь находится клетка хромосомы, и это место, где почти все ДНК репликация и РНК синтез (транскрипция ) происходить. Ядро имеет сферическую форму и отделено от цитоплазмы двойной мембраной, называемой ядерная оболочка. Ядерная оболочка изолирует и защищает ДНК клетки от различных молекул, которые могут случайно повредить ее структуру или помешать ее обработке. Во время обработки ДНК является записано, или скопировать в специальный РНК, называется информационная РНК (мРНК). Эта мРНК затем транспортируется из ядра, где она транслируется в определенную молекулу белка. В ядрышко является специализированной областью в ядре, где собираются субъединицы рибосомы. У прокариот процессинг ДНК происходит в цитоплазма.[4]
  • Митохондрии и хлоропласты: генерировать энергию для клетки. Митохондрии представляют собой самовоспроизводящиеся органеллы, которые встречаются в цитоплазме всех эукариотических клеток в различном количестве, форме и размере.[4] Дыхание происходит в митохондриях клетки, которые генерируют энергию клетки за счет окислительного фосфорилирования, с помощью кислород для высвобождения энергии, хранящейся в питательных веществах клетки (обычно относящейся к глюкоза ) чтобы генерировать АТФ. Митохондрии размножаются на двойное деление, как прокариоты. Хлоропласты можно найти только в растениях и водорослях, и они улавливают солнечную энергию для производства углеводов. фотосинтез.
Схема эндомембранная система
  • Эндоплазматический ретикулум: The эндоплазматический ретикулум (ER) представляет собой транспортную сеть для молекул, нацеленных на определенные модификации и определенные места назначения, по сравнению с молекулами, которые свободно плавают в цитоплазме. ER имеет две формы: грубый ER, на поверхности которого есть рибосомы, которые секретируют белки в ER, и гладкий ER, в котором отсутствуют рибосомы.[4] Гладкий ER играет роль в секвестрации и высвобождении кальция.
  • аппарат Гольджи: Основная функция аппарата Гольджи - обработка и упаковка макромолекулы Такие как белки и липиды которые синтезируются клеткой.
  • Лизосомы и пероксисомы: Лизосомы содержать пищеварительные ферменты (кислота гидролазы ). Они переваривают лишнее или изношенное органеллы, пищевые частицы и поглотили вирусы или же бактерии. Пероксисомы есть ферменты, которые избавляют клетку от токсичных перекиси. Клетка не могла бы содержать эти деструктивные ферменты, если бы они не содержались в мембраносвязанной системе.[4]
  • Центросома: организатор цитоскелета: центросома производит микротрубочки клетки - ключевой компонент цитоскелет. Он направляет транспорт через ER и аппарат Гольджи. Центросомы состоят из двух центриоли, которые отделяются во время деление клеток и помочь в формировании митотическое веретено. Одна центросома присутствует в клетки животных. Они также содержатся в некоторых клетках грибов и водорослей.
  • Вакуоли: Вакуоли изолируют отходы и в клетках растений хранят воду. Их часто описывают как заполненные жидкостью пространства, окруженные мембраной. Некоторые клетки, особенно Амеба, имеют сократительные вакуоли, которые могут выкачивать воду из клетки, если воды слишком много. Вакуоли растительных и грибковых клеток обычно больше, чем у животных.

Эукариотические и прокариотические

  • Рибосомы: The рибосома это большой комплекс РНК и белок молекулы.[4] Каждая из них состоит из двух субъединиц и действует как сборочная линия, на которой РНК из ядра используется для синтеза белков из аминокислот. Рибосомы могут быть либо свободно плавающими, либо связанными с мембраной (шероховатый эндоплазматический ретикулум у эукариот или клеточная мембрана у прокариот).[20]

Структуры вне клеточной мембраны

Многие клетки также имеют структуры, которые полностью или частично существуют вне клеточной мембраны. Эти сооружения примечательны тем, что не защищены от внешней среды полупроницаемая клеточная мембрана. Чтобы собрать эти структуры, их компоненты должны переноситься через клеточную мембрану с помощью процессов экспорта.

Клеточная стенка

Дальнейшая информация: Клеточная стенка

Многие типы прокариотических и эукариотических клеток имеют клеточная стенка. Клеточная стенка защищает клетку механически и химически от окружающей среды и является дополнительным слоем защиты клеточной мембраны. Различные типы клеток имеют клеточные стенки, состоящие из разных материалов; Стенки растительных клеток в основном состоят из целлюлоза, клеточные стенки грибов состоят из хитин и стенки клеток бактерий состоят из пептидогликан.

Прокариотический

Капсула

Студенистый капсула присутствует в некоторых бактериях за пределами клеточной мембраны и клеточной стенки. Капсула может быть полисахарид как в пневмококки, менингококки или же полипептид в качестве бацилла сибирской язвы или же гиалуроновая кислота как в стрептококки.Капсулы не маркируются обычными протоколами окрашивания и могут быть обнаружены Тушь или же метиловый синий; что позволяет увеличить контраст между ячейками для наблюдения.[21]:87

Жгутики

Жгутики органеллы для клеточной подвижности. Жгутик бактерий простирается из цитоплазмы через клеточную мембрану (мембраны) и выходит через клеточную стенку. Это длинные и толстые нитевидные придатки, белковые по своей природе. Другой тип жгутика встречается у архей, а другой тип - у эукариот.

Фимбрии

А фимбрия (множественные фимбрии, также известные как пилус, множественное число пилей) представляет собой короткую тонкую волосовидную нить, обнаруженную на поверхности бактерий. Фимбрии состоят из белка, называемого пилин (антигенный ) и отвечают за прикрепление бактерий к специфическим рецепторам на клетках человека (клеточная адгезия ). Есть особые виды пилей, в которые вовлечены бактериальная конъюгация.

Клеточные процессы

Прокариоты Поделить на двойное деление, пока эукариоты Поделить на митоз или же мейоз.

Репликация

Основная статья: Деление клеток

В делении клеток участвует одна клетка (называемая материнская ячейка) делящиеся на две дочерние клетки. Это приводит к росту многоклеточные организмы (рост ткань ) и к деторождению (вегетативное размножение ) в одноклеточные организмы. Прокариотический клетки делятся на двойное деление, пока эукариотический клетки обычно подвергаются процессу ядерного деления, называемого митоз с последующим делением клетки, называемым цитокинез. А диплоид клетка также может подвергнуться мейоз для производства гаплоидных клеток обычно четыре. Гаплоидный клетки служат гаметы в многоклеточных организмах сливаются с образованием новых диплоидных клеток.

Репликация ДНК, или процесс дублирования генома клетки,[4] всегда происходит, когда клетка делится посредством митоза или двойного деления. Это происходит во время фазы S клеточный цикл.

В мейозе ДНК реплицируется только один раз, а клетка делится дважды. Репликация ДНК происходит только до мейоз I. Репликация ДНК не происходит, когда клетки делятся второй раз, в мейоз II.[22] Репликация, как и любая клеточная деятельность, требует для выполнения своей работы специализированных белков.[4]

Схема катаболизм из белки, углеводы и жиры

Ремонт ДНК

Основная статья: Ремонт ДНК

В общем, клетки всех организмов содержат ферментные системы, которые сканируют их ДНК на наличие ущерб и выполнять ремонтные процессы при обнаружении повреждений.[23] У организмов, от бактерий до людей, развились разнообразные процессы восстановления. Широкое распространение этих процессов репарации указывает на важность поддержания клеточной ДНК в неповрежденном состоянии, чтобы избежать гибели клеток или ошибок репликации из-за повреждений, которые могут привести к мутация. Кишечная палочка бактерии представляют собой хорошо изученный пример клеточного организма с различными четко определенными Ремонт ДНК процессы. К ним относятся: (1) эксцизионная репарация нуклеотидов, (2) Ремонт несоответствия ДНК, (3) негомологичное соединение концов двунитных разрывов, (4) рекомбинационная репарация и (5) светозависимый ремонт (фотореактивация ).

Рост и метаболизм

Обзор синтеза белка.
В рамках ядро ячейки (светло-синий), гены (ДНК, темно-синий) находятся записано в РНК. Затем эта РНК подвергается посттранскрипционной модификации и контролю, в результате чего образуется зрелая мРНК (красный), который затем переносится из ядра в цитоплазма (персик), где он подвергается перевод в белок. мРНК транслируется рибосомы (фиолетовый), которые соответствуют трехосновным кодоны мРНК к трехосновным антикодонам соответствующего тРНК. Недавно синтезированные белки (чернить) часто дополнительно модифицируются, например, путем связывания с эффекторной молекулой (апельсин), чтобы стать полностью активным.
Основные статьи: Рост клеток и Метаболизм

Между последовательными клеточными делениями клетки растут за счет функционирования клеточного метаболизма. Клеточный метаболизм - это процесс, с помощью которого отдельные клетки обрабатывают молекулы питательных веществ. Метаболизм делится на два отдельных подразделения: катаболизм, в котором клетка расщепляет сложные молекулы для производства энергии и снижение мощности, и анаболизм, в котором клетка использует энергию и уменьшающую мощность для создания сложных молекул и выполнения других биологических функций. Сложные сахара, потребляемые организмом, могут быть разбиты на более простые молекулы сахара, называемые моносахариды Такие как глюкоза. Попадая в клетку, глюкоза расщепляется с образованием аденозинтрифосфата (АТФ ),[4] молекула, которая обладает легкодоступной энергией двумя разными путями.

Синтез белка

Основная статья: Биосинтез белков

Клетки способны синтезировать новые белки, которые необходимы для модуляции и поддержания клеточной активности. Этот процесс включает образование новых белковых молекул из аминокислота строительные блоки на основе информации, закодированной в ДНК / РНК. Синтез белка обычно состоит из двух основных этапов: транскрипция и перевод.

Транскрипция - это процесс, при котором генетическая информация в ДНК используется для производства комплементарной цепи РНК. Затем эта цепь РНК обрабатывается для получения информационная РНК (мРНК), которая может свободно мигрировать через клетку. Молекулы мРНК связываются с комплексами белок-РНК, называемыми рибосомы расположен в цитозоль, где они транслируются в полипептидные последовательности. Рибосома опосредует образование полипептидной последовательности на основе последовательности мРНК. Последовательность мРНК напрямую связана с последовательностью полипептида путем связывания с переносить РНК (тРНК) адаптерные молекулы в связывающих карманах внутри рибосомы. Затем новый полипептид сворачивается в функциональную трехмерную молекулу белка.

Подвижность

Основная статья: Подвижность

Одноклеточные организмы могут перемещаться в поисках пищи или спасаться от хищников. Общие механизмы движения включают: жгутики и реснички.

В многоклеточных организмах клетки могут перемещаться во время таких процессов, как заживление ран, иммунный ответ и метастаз рака. Например, при заживлении ран у животных белые кровяные тельца перемещаются к участку раны, чтобы убить микроорганизмы, вызывающие инфекцию. Подвижность клеток включает множество рецепторов, сшивание, связывание, связывание, адгезию, моторные и другие белки.[24] Процесс делится на три этапа: выступание переднего края клетки, адгезия переднего края и деадгезия на теле и задней части клетки, а также сокращение цитоскелета для вытягивания клетки вперед. Каждый шаг управляется физическими силами, создаваемыми уникальными сегментами цитоскелета.[25][26]

Навигация, управление и связь

Смотрите также: Кибернетика § В биологии

В августе 2020 года ученые описали один способ, которым клетки - в частности, клетки слизистой плесени и клетки, полученные из рака поджелудочной железы мыши - способны к перемещаться эффективно через тело и определять лучшие маршруты через сложные лабиринты: создание градиентов после разрушения рассеянного хемоаттрактанты которые позволяют им обнаруживать приближающиеся перекрестки лабиринта, прежде чем добраться до них, в том числе за углами.[27][28][29]

Многоклеточность

Основная статья: Многоклеточный организм

Специализация / дифференциация клеток

Основная статья: Клеточная дифференциация
Окрашивание Caenorhabditis elegans который выделяет ядра его клеток.

Многоклеточные организмы организмы которые состоят из более чем одной ячейки, в отличие от одноклеточные организмы.[30]

В сложных многоклеточных организмах клетки специализируются на разных типы клеток адаптированные к конкретным функциям. У млекопитающих основные типы клеток включают: клетки кожи, мышечные клетки, нейроны, кровяные клетки, фибробласты, стволовые клетки, и другие. Типы клеток различаются как по внешнему виду, так и по функциям, но все же генетически идентичный. Клетки могут быть одинаковыми генотип но с другим типом ячеек из-за разницы выражение из гены в них содержатся.

Самые разные типы клеток возникают из одного тотипотент ячейка, называемая зигота, который отличает на сотни различных типов клеток в течение разработка. Дифференциация клеток определяется различными факторами окружающей среды (такими как межклеточное взаимодействие) и внутренними различиями (например, вызванными неравномерным распределением молекулы в течение разделение ).

Происхождение многоклеточности

Основная статья: Многоклеточный организм

Многоклеточность независимо развивалась как минимум 25 раз,[31] в том числе у некоторых прокариот, например цианобактерии, миксобактерии, актиномицеты, Magnetoglobus multicellularis или же Methanosarcina. Однако сложные многоклеточные организмы эволюционировали только в шести эукариотических группах: животные, грибы, бурые водоросли, красные водоросли, зеленые водоросли и растения.[32] Он неоднократно развивался для растений (Хлоропластида ), один или два раза для животные, однажды для бурые водоросли, и, возможно, несколько раз для грибы, слизевые формы, и красные водоросли.[33] Многоклеточность могла возникнуть из колонии взаимозависимых организмов, от клеточность, или от организмов в симбиотические отношения.

Первые свидетельства многоклеточности взяты из цианобактерии -подобные организмы, которые жили от 3 до 3,5 миллиардов лет назад.[31] Другие ранние окаменелости многоклеточных организмов включают оспариваемые Грипания spiralis и окаменелости черных сланцев Палеопротерозойский Ископаемое Франсвильской группы B Формирование в Габон.[34]

Эволюция многоклеточности от одноклеточных предков была воспроизведена в лаборатории, в эволюционные эксперименты используя хищничество как селективное давление.[31]

Происхождение

Основная статья: Эволюционная история жизни

Происхождение клеток связано с происхождение жизни, с которого началась история жизни на земле.

Происхождение первой клетки

Строматолиты остались позади цианобактерии, также называемые сине-зелеными водорослями. Это самые старые известные окаменелости жизни на Земле. Эта окаменелость возрастом один миллиард лет происходит от Национальный парк Глейшер В Соединенных Штатах.
Дальнейшая информация: Абиогенез и Эволюция клеток

Существует несколько теорий происхождения небольших молекул, которые привели к жизни на ранняя земля. Возможно, они были доставлены на Землю на метеоритах (см. Метеорит Мерчисон ), создано на глубоководные жерла, или синтезируется молнией в восстановительной атмосфере (см. Эксперимент Миллера – Юри ). Мало экспериментальных данных, определяющих, какими были первые самовоспроизводящиеся формы. РНК считается самой ранней самовоспроизводящейся молекулой, поскольку она способна как хранить генетическую информацию, так и катализировать химические реакции (см. Гипотеза мира РНК ), но некоторая другая сущность, способная к самовоспроизведению, могла предшествовать РНК, например глина или же пептидная нуклеиновая кислота.[35]

Клетки появились как минимум 3,5 миллиарда лет назад.[10][11][12] В настоящее время считается, что эти клетки были гетеротрофы. Ранние клеточные мембраны, вероятно, были более простыми и проницаемыми, чем современные, с одной цепочкой жирных кислот на липид. Известно, что липиды спонтанно образуют двухслойные пузырьки в воде и могла предшествовать РНК, но первые клеточные мембраны также могли быть продуцированы каталитической РНК или даже требовали структурных белков, прежде чем они могли сформироваться.[36]

Происхождение эукариотических клеток

Дальнейшая информация: Эволюция полового размножения

Эукариотическая клетка, по-видимому, произошла от симбиотическое сообщество прокариотических клеток. Органеллы, несущие ДНК, такие как митохондрии и хлоропласты происходят от древнего симбиотического кислородного дыхания протеобактерии и цианобактерии соответственно, которые были эндосимбиозный по наследственному архей прокариот.

До сих пор ведутся серьезные споры о том, нравятся ли органеллам гидрогеносома предшествовал возникновению митохондрии или наоборот: см. водородная гипотеза для происхождения эукариотических клеток.

История исследования

Основная статья: Клеточная теория
Рисунок Гука клеток в пробка, 1665

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б "Клетка". Интернет-словарь этимологии. Получено 31 декабря 2012.
  2. ^ Движение клеток и формирование тела позвоночного в главе 21 Молекулярная биология клетки четвертое издание, отредактированное Брюсом Альбертсом (2002), опубликованное издательством Garland Science.
    В тексте Альберта обсуждается, как «клеточные строительные блоки» изменяют форму, развиваясь. эмбрионы. Также принято описывать небольшие молекулы, такие как аминокислоты в качестве "молекулярные строительные блоки ".
  3. ^ Кэмпбелл Н.А., Уильямсон Б., Хейден Р.Дж. (2006). Биология: изучение жизни. Бостон, Массачусетс: Пирсон Прентис Холл. ISBN  9780132508827.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р Эта статья включаетматериалы общественного достояния от NCBI документ: "Что такое клетка?". 30 марта 2004 г.
  5. ^ а б c Бьянкони Э., Пиовезан А., Факчин Ф., Берауди А., Касадей Р., Фрабетти Ф. и др. (Ноябрь 2013). «Оценка количества клеток в организме человека». Анналы биологии человека. 40 (6): 463–71. Дои:10.3109/03014460.2013.807878. PMID  23829164. S2CID  16247166. Эти частичные данные соответствуют общему количеству 3,72 ± 0,81 × 1013 [клетки].
  6. ^ Азеведо Ф.А., Карвалью Л.Р., Гринберг Л.Т., Фарфель Дж.М., Ферретти Р.Э., Лейте Р.Э. и др. (Апрель 2009 г.). «Равное количество нейрональных и ненейрональных клеток делает человеческий мозг изометрически увеличенным мозгом приматов». Журнал сравнительной неврологии. 513 (5): 532–41. Дои:10.1002 / cne.21974. PMID  19226510. S2CID  5200449.
  7. ^ Карп Г. (19 октября 2009 г.). Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты. Джон Вили и сыновья. п. 2. ISBN  9780470483374. Гук назвал поры клетками, потому что они напоминали ему кельи, в которых жили монахи, живущие в монастыре.
  8. ^ Tero AC (1990). Биология Преуспевающего. Союзные издатели. п. 36. ISBN  9788184243697. В 1665 году англичанин Роберт Гук наблюдал за тонким срезом «пробки» под простым микроскопом (простой микроскоп - это микроскоп только с одной двояковыпуклой линзой, похожей на увеличительное стекло). Он увидел множество небольших коробчатых структур. Они напоминали ему небольшие комнаты, называемые «кельями», в которых христианские монахи жили и медитировали.
  9. ^ Матон А. (1997). Клетки Строительные блоки жизни. Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN  9780134234762.
  10. ^ а б Шопф Дж. В., Кудрявцев А. Б., Чая А. Д., Трипати А. Б. (2007). «Свидетельства архейской жизни: строматолиты и микрофоссилий». Докембрийские исследования. 158 (3–4): 141–55. Bibcode:2007Пред..158..141С. Дои:10.1016 / j.precamres.2007.04.009.
  11. ^ а б Schopf JW (июнь 2006 г.). «Ископаемые свидетельства архейской жизни». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки. 361 (1470): 869–85. Дои:10.1098 / rstb.2006.1834. ЧВК  1578735. PMID  16754604.
  12. ^ а б Рэйвен PH, Джонсон GB (2002). Биология. McGraw-Hill Education. п.68. ISBN  9780071122610. Получено 7 июля 2013.
  13. ^ Микробиология: принципы и исследования Жаклин Г. Блэк
  14. ^ Европейский институт биоинформатики, Геномы Карин: Borrelia burgdorferi, часть 2can в базе данных EBI-EMBL. Проверено 5 августа 2012 г.
  15. ^ Сатир П., Кристенсен С.Т. (июнь 2008 г.). «Строение и функции ресничек млекопитающих». Гистохимия и клеточная биология. 129 (6): 687–93. Дои:10.1007 / s00418-008-0416-9. ЧВК  2386530. PMID  18365235. 1432-119Х.
  16. ^ PH Raven, Evert RF, Eichhorm SE (1999) Биология растений, 6-е издание. WH Freeman, Нью-Йорк
  17. ^ Блэр Д.Ф., Датчер СК (октябрь 1992 г.). «Жгутики прокариот и низших эукариот». Текущее мнение в области генетики и развития. 2 (5): 756–67. Дои:10.1016 / S0959-437X (05) 80136-4. PMID  1458024.
  18. ^ а б Биология Кэмпбелла - концепции и связи. Pearson Education. 2009. с. 320.
  19. ^ Мичи КА, Лёве Дж (2006). «Динамические нити цитоскелета бактерий». Ежегодный обзор биохимии. 75: 467–92. Дои:10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142452. PMID  16756499. S2CID  4550126.
  20. ^ Менетре Дж. Ф., Шалецки Дж., Клемонс В. М., Осборн А. Р., Сконланд СС, Денисон С. и др. (Декабрь 2007 г.). «Связывание рибосомами единственной копии комплекса SecY: последствия для транслокации белков» (PDF). Молекулярная клетка. 28 (6): 1083–92. Дои:10.1016 / j.molcel.2007.10.034. PMID  18158904.
  21. ^ Прокариоты. Newnes. 11 апреля 1996 г. ISBN  9780080984735.
  22. ^ Биология Кэмпбелла - концепции и связи. Pearson Education. 2009. с. 138.
  23. ^ Д. Питер Снустад, Майкл Дж. Симмонс, Принципы генетики - 5-е изд. (Механизмы репарации ДНК) стр. 364-368
  24. ^ Анантакришнан Р., Эрлихер А. (июнь 2007 г.). «Силы, стоящие за движением клеток». Международный журнал биологических наук. Biolsci.org. 3 (5): 303–17. Дои:10.7150 / ijbs.3.303. ЧВК  1893118. PMID  17589565.
  25. ^ Альбертс Б. (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Наука о гирляндах. С. 973–975. ISBN  0815340729.
  26. ^ Анантакришнан Р., Эрлихер А. (июнь 2007 г.). «Силы, стоящие за движением клеток». Международный журнал биологических наук. 3 (5): 303–17. Дои:10.7150 / ijbs.3.303. ЧВК  1893118. PMID  17589565.
  27. ^ Уиллингем Э. «Клетки решают английский лабиринт из живой изгороди с теми же навыками, что и при перемещении по телу». Scientific American. Получено 7 сентября 2020.
  28. ^ «Как клетки могут проникать в человеческое тело». Phys.org. Получено 7 сентября 2020.
  29. ^ Твиди Л., Томасон П.А., Пашке П.И., Мартин К., Маски Л.М., Загнони М., Инсалл Р.Х. (август 2020 г.). «Заглядывать за угол: клетки решают лабиринты и реагируют на расстоянии, используя разрушение аттрактанта». Наука. 369 (6507): eaay9792. Дои:10.1126 / science.aay9792. PMID  32855311. S2CID  221342551.
  30. ^ Беккер WM и др. (2009). Мир клетки. Пирсон Бенджамин Каммингс. п. 480. ISBN  9780321554185.
  31. ^ а б c Гросберг Р.К., Стратманн Р.Р. (2007). "Эволюция многоклеточности: незначительный важный переход?" (PDF). Annu Rev Ecol Evol Syst. 38: 621–54. Дои:10.1146 / annurev.ecolsys.36.102403.114735.
  32. ^ Поппер З.А., Мишель Г., Эрве С., Домозич Д.С., Уиллатс В.Г., Туохи М.Г. и др. (2011). «Эволюция и разнообразие клеточных стенок растений: от водорослей до цветковых растений» (PDF). Ежегодный обзор биологии растений. 62: 567–90. Дои:10.1146 / annurev-arplant-042110-103809. HDL:10379/6762. PMID  21351878.
  33. ^ Боннер Дж. Т. (1998). «Истоки многоклеточности» (PDF). Интегративная биология: проблемы, новости и обзоры. 1 (1): 27–36. Дои:10.1002 / (SICI) 1520-6602 (1998) 1: 1 <27 :: AID-INBI4> 3.0.CO; 2-6. ISSN  1093-4391. Архивировано из оригинал (PDF, 0,2 МБ) 8 марта 2012 г.
  34. ^ Эль-Альбани А, Бенгтсон С., Кэнфилд Д.Е., Беккер А., Маккиарелли Р., Мазурье А. и др. (Июль 2010 г.). «Крупные колониальные организмы с координированным ростом в насыщенной кислородом среде 2,1 млрд лет назад». Природа. 466 (7302): 100–4. Bibcode:2010Натура.466..100А. Дои:10.1038 / природа09166. PMID  20596019. S2CID  4331375.
  35. ^ Оргель Л.Е. (декабрь 1998 г.). «Происхождение жизни - обзор фактов и домыслов». Тенденции в биохимических науках. 23 (12): 491–5. Дои:10.1016 / S0968-0004 (98) 01300-0. PMID  9868373.
  36. ^ Griffiths G (декабрь 2007 г.). «Клеточная эволюция и проблема топологии мембраны». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 8 (12): 1018–24. Дои:10.1038 / nrm2287. PMID  17971839. S2CID  31072778.
  37. ^ Гук Р. (1665 г.). Микрография: ... Лондон, Англия: Лондонское королевское общество. п. 113."... Я мог очень ясно представить, что он весь перфорированный и пористый, очень похожий на соты, но поры его не были правильными [...] эти поры или клетки, [...] были действительно, первые микроскопические поры, которые я когда-либо видел, и, возможно, которые когда-либо были замечены, поскольку я не встречал ни одного писателя или человека, который упоминал бы о них до этого ... »- Гук описывает свои наблюдения на тонком срезе из пробки. Смотрите также: Роберт Гук

Примечания

  1. ^ Примерно для 30-летнего человека, который весит 70 килограммов (150 фунтов) и имеет рост 172 сантиметра (5,64 фута).[5] Приближение не является точным, это исследование оценило количество ячеек 3,72 ± 0,81 × 1013.[5]

дальнейшее чтение

внешняя ссылка