КЛЕТКА (cellulа, cytus), основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни. Содержимое клетки — протоплазма. В каждой клетке имеется генетический аппарат, который в клетке эукариот заключён в ядре, отделённом мембранами от цитоплазмы, а в клетке прокариот, лишённых оформленного ядра, в нуклеоиде. Клетки эукариот способны к самовоспроизведению путём митоза; половые клетки образуются в результате мейоза.
Размеры клеток варьируют от 0,1–0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе); диаметр большинства эукариотных клеток лежит в пределах 10–100 мкм. Многообразные функции клеток выполняются специализированными внутриклеточными структурами — органоидами (часто неточно называются органеллами). Универсальные органоиды эукариотных клеток в ядре — хромосомы, в цитоплазме — рибосомы, митохондрии, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, клеточная мембрана. Во многих клетках присутствуют также мембранные структуры, способствующие поддержанию формы клеток, — микротрубочки, микрофибриллы и различные включения.
Важнейшие химические компоненты клетки — белки, включая ферменты, — содержатся как в клетках, так и в жидких средах организма, но синтезируются они только в клетках. Характерная особенность клеток — пространственная организация химических процессов (компартментализация, или компартментация). Например, процесс клеточного дыхания у эукариот происходит только на мембранах митохондрий, синтез белка — на рибосомах. Концентрирование ферментов, упорядоченное их расположение в структурах ускоряет реакции, организует их сопряжение (принцип конвейера), разделяет разнородные процессы. Микрогетерогенность, присущая строению клетки, позволяет синтезировать различные вещества из одних и тех же предшественников в одно время в миниатюрном общем объёме. Принцип компактности, присущий всему метаболизму клетки, особенно выражен в структуре ДНК: 6 × 10–12 г ДНК яйцеклетки человека кодируют свойства всех его белков. Внутри клетки непрерывно поддерживается определенная концентрация ионов, отличная от их концентрации в окружающей клетку среде. Образуя впячивания клеточной мембраны, которые затем замыкаются и отделяются внутрь клетки в виде пузырьков, клетки способны захватывать из среды капельки с крупными молекулами, включая белки (пиноцитоз) или даже вирусы и небольшие клетки (фагоцитоз).
Клетки растений поверх клеточной мембраны, как правило, покрыты твёрдой клеточной оболочкой (может отсутствовать у половых клеток). Оболочки имеют поры, через которые с помощью выростов цитоплазмы соседние клетки связаны друг с другом. У клеток, прекративших свой рост, оболочки часто пропитываются лигнином, кремнезёмом или другими веществами и становятся более прочными, что определяет механические свойства растения. Клетки некоторых растительных тканей отличаются особенно прочными стенками, сохраняющими свои скелетные функции и после гибели клеток. Дифференцированные растительные клетки имеют несколько или одну центральную вакуоль, занимающую обычно большую часть объёма клетки и содержащую раствор различных солей, углеводов, органических кислот, алкалоидов, аминокислот, белков, а также запас воды. В цитоплазме растительных клеток имеются специальные органоиды — пластиды. Комплекс Гольджи в растительной клетке представлен рассеянными по цитоплазме диктиосомами.
Все клетки эукариот имеют сходный набор органоидов, сходно регулируют метаболизм, запасают и расходуют энергию, сходно с прокариотами используют генетический код для синтеза белков. У эукариотных и прокариотных клеток принципиально сходно функционирует и клеточная мембрана. Общие признаки клетки свидетельствуют о единстве их происхождения. Однако разные клетки организма сильно различаются по размерам и форме, числу тех или иных органоидов, набору ферментов, что обусловлено, с одной стороны, кооперированием клеток в многоклеточном организме, с другой — выполнением многих функций организма различно специализированными клетками. Различия в структуре и функциях одноклеточных организмов в значительной степени связаны с их приспособлениями к среде обитания. Довод в пользу единого происхождения клеток прокариот и эукариот — принципиальное сходство генетического аппарата. Но у различных одноклеточных могли быть разные прокариотные предки. Согласно гипотезе симбиогенеза, одни прокариоты преобразовались внутри клеток-хозяина в митохондрии, другие — в хлоропласты и стали самовоспроизводиться как органоиды. Рассматривается и другая гипотеза — о постепенном развитии собственных структур прокариотной клетки в процессе её превращения в эукариотную.
У всех клеток одного организма геном не отличается по объёму потенциальной информации от генома оплодотворённой яйцеклетки. Это доказывают опыты с пересадкой ядра узкоспециализированной клетки в цитоплазму энуклеированной яйцеклетки, после чего может развиться нормальный организм. Различия в свойствах клеток многоклеточного организма обусловлены неодинаковой активностью генов, что обусловливает различную дифференцировку клеток, в результате которой одни клетки становятся возбудимыми (нервные), другие приобретают сократимые белки, образующие миофибриллы (мышечные), третьи начинают синтезировать пищеварительные ферменты или гормоны (железистые) и т. д. Многие клетки полифункциональны, например клетки печени синтезируют различные белки плазмы крови и жёлчь, накапливают гликоген и превращают его в глюкозу, окисляют чужеродные вещества (в том числе и многие лекарства). Во всех клетках активны гены общеклеточных функций, таким образом, сходных признаков в разных клетках значительно больше, чем признаков специальных. Клетки близкого происхождения и сходных функций образуют ткани (см. Гистогенез).
Регулирующие факторы внутри клетки — метаболиты клеток, ионы, которые действуют или на гены, приводя к изменению количества фермента, или на сам фермент, изменяя его активность. Регуляция может осуществляться по принципу обратной связи, когда продукт реакции определяет её интенсивность. В результате такой саморегуляции поддерживается оптимальный уровень многих жизненно важных внутриклеточных процессов, иногда даже при значительных изменениях во внеклеточной среде. Регулирующие факторы вне клетки — влияния клеток друг на друга в пределах прямых контактов или изменение активности клетки нервными или гормональными сигналами — необходимы для поддержания индивидуальности клетки. В условиях изоляции в культуре клетки утрачивают многие черты специализации.
В основе самовоспроизведения эукариотных клеток лежит митоз. В организме человека около 1014 клеток. В некоторых тканях число клеток постоянно в течение всей жизни организма. В этих тканях делятся относительно малодифференцированные клетки, резерв которых самоподдерживается, а одна из дочерних клеток дифференцируется. У человека, например, ежедневно погибает около 70 млрд. клеток кишечного эпителия и 2 млрд эритроцитов. Во многих других тканях в клеточный цикл входят вполне дифференцированные клетки, и в этих случаях митоз часто не завершается делением клетки, а ограничивается удвоением хромосом (подробнее см. Полиплоидия) или вообще не начинается и клетка выходит из цикла после удвоения хроматид (см. Политения). Некоторые ядра не входят в цикл в течение всей жизни дифференцированной клетки (например, нейроны, волокна скелетных мышц), и тогда продолжительность жизни клетки соответствует жизни организма. Минимальная продолжительность жизни клетки человека 1–2 дня (клетки кишечного эпителия). Во всех клетках происходит интенсивное обновление веществ и структур. Огромное количество клеток в каждой ткани, объединённых метаболическими и регуляторными процессами, их постоянное внутреннее обновление обеспечивают надёжность работы органов многоклеточного организма. Наука о клетках — цитология.
Комбинированная схема строения эукариотической клетки. А — клетка животного происхождения; Б — растительная клетка: 1 — ядро с хроматином и ядрышком; 2 — клеточная (плазматическая) мембрана; 3 — клеточная оболочка; 4—плазмодесмы; 5 — гранулярная эндоплазматическая сеть; 6 — гладкая (агранулярная) эндоплазматическая сеть; 7 — пиноцитозная вакуоль; 8 — комплекс Гольджи; 9 — лизосома; 10 — жировые включения в гладкой эндоплазматической сети; 11 — центриоль и микротрубочки центросферы; 12 — митохондрии; 13 — полирибосомы гиалоплазмы; 14 — вакуоли; 15 — хлоропласты.
