Клетката е структурна и функционална единица на всички живи организми и понякога е наричана „най-малката единица на живот“.Cell Movements and the Shaping of the Vertebrate Body в Глава 21 на Molecular Biology of the Cell fourth edition, edited by Bruce Alberts (2002) published by Garland Science 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 (1014) клетки, като нормалната големина на една клетка е 10 µm, а масата ѝ е около 1 ng. Най-голямата клетка е тази на неоплоденото щраусово яйце.
Всяка форма на живот се основава на клетки. Човешкото тяло се състои от приблизително 100 000 милиарда клетки, разпределени в около 200 категории. Има клетки с различни форми и размери, всяка от които изпълнява своя специфична задача. Клетките растат, размножават се и накрая умират. Те са като микроскопични химически лаборатории, в които хранителните вещества и енергията се използват, за да образуват мускули, нерви, кожа, хрущяли и кости. Основната структура е една и съща – външна мембрана, която регулира преминаването през желатинообразно вещество, наречено цитоплазма. Ядрото е центърът за управление на клетката. Съдържа дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), която определя наследствените характеристики. Ядрена мембрана обгръща и предпазва ДНК. Във вътрешността на ядрото се намира ядърцето, съдържащо рибозоми, които изграждат протеините.
През 1665 година Робърт Хук пръв използва понятието клетка, докато наблюдава коркови клетки."... с изключителна яснота можех да осъзная, че той е изцяло перфориран и порьозен, съвсем като восъчна пита, но порите му не са равномерни [..] тези пори, или клетки, [..] всъщност бяха първите микроскопични пори, които видях, а може би и първите, видяни някога, тъй като аз не съм срещал писател или човек, който да ги е споменавал досега..." – Хук описва наблуденията си на тънко парче корк. Robert Hooke За пръв път клетъчната теория е формулирана през 1839 година от Матиас Шлайден 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 протичат в клетките и всички клетки притежават наследствена информация, нужна за регулация на клетъчните функции и за предаване на тази информация на следващите поколения клетки.
Анатомия на клетката Клетката е най-малката основна структурна и функционална единица на живата материя. 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
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 „експлодира“ (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.A. Rose, S. J. Schraegle, E. A. Stahlberg and I. Meier (2005) „Coiled-coil protein composition of 22 proteomes--differences and common themes in subcellular infrastructure and traffic control“ в BMC evolutionary biology Vulume 5 article 66. 16288662
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. Много еукариотни клетки имат реснички. Освен двигателните функции, те служат като сензори за температура, механични въздействия и химични дразнители. Еукариотите могат да се придвижват посредством флагелуми (камшичета), които са по-сложни от тези на прокариотите.
+Сравнение на прокариоти и еукариоти ПрокариотиЕукариотиТипични организми, в които се срещатбактерия, архебактериипротисти, гъби, растения, животниРазмери~ 1 – 10 µm~ 10 – 100 µm (сперматозоидни клетки, без опашката са малки)Тип на ядротоядрена област; няма същинско ядросъщинско ядро с двойна мембранаДНКпръстеновидна (обикновено)линейни молекули (хромозома) с хистонови белтъциРНК-/синтез на белтъцисвързана в цитоплазмаРНК – синтез в ядротобелтъци – синтез в цитоплазматарибозомиГолемина 50S+30SГолемина 60S+40SСтруктура на цитоплазматамалък брой структуривиско структурирана от едномембранни органели и цитоскелетКлетъчно придвижванеФлагелум състоящ се от флагелинфлагелум и микровили от белтъка тубулинМитохондриянямаот 1 до няколко дузинаХлоропластнямавъв водорасли и растенияОрганизацияобикновено единични клеткиединични клетки, колонии, високо организирани организми с клетки с разнообразни функцииКлетъчно деленебинарно 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 притежават 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 химичен 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 мембраната 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 – клетъчният скелет
Цитоскелетът е отговорен за организирането и регулирането на клетъчната форма, помага при ендоцитозата (поемането на материал от външната среда) и в цитокинезата (разделянето на двете дъщерни клетки след клетъчното делене), както и за придвижването на органелите в цитоплазмата в процеса на израстването им. Еукариотният цитоскелет е представен от микрофиламенти, интермедиерни филаменти и микротубули. Освен тях има огромно количество белтъци, които действат заедно с цитоскелетните елменти, като ги ръководят, смрежават ги и ги удължават. Прокариотният цитоскелет е много по-слабо изучен, но се знае, че отговаря за поддържането на клетъчната форма, полярността и цитокинезата.
Генетична информация Съществуват два различни вида генетичен материал: дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК) и рибонуклеиновите киселини (РНК). Повечето организми използват ДНК за складиране на наследствената си информация, но някои вируси (като ретровирусите) имат РНК за генетична информация. Съдържащата се в един организъм биологична информация 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.
Прокариотният генетичен материал е структуриран като единична, кръгова ДНК молекула (бактериината хромозома) в ядрената област на цитоплазмата. Еукариотният 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.
Човешкият 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.
Клетъчното ядро – информационният център на клетката