Клетка представляет собой наименьшую структурно-функциональную единицу живых организмов, способную к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.
Клетка — это специализированная система биополимеров, ограниченная клеточной мембраной, обладающей избирательной проницаемостью.
Все клетки подразделяют на прокариотические, не содержащие отдельное ядро, — примитивные одноклеточные организмы и эукариотические, в состав которых входит ядро с ядерной оболочкой, отделяющей генетическую информацию от цитоплазмы.
Надцарство эукариот включает в себя царства грибов, растений и животных. У эукариот биополимеры образуют ядро и цитоплазму, обеспечивая совокупность метаболических и энергетических процессов, осуществляя поддержание и воспроизведение всей системы в целом.
Клетки животных и растений характеризуются некоторыми специфическими особенностями. Растительная клетка окружена сложно устроенной клеточной оболочкой, содержит пластиды и некоторые другие структуры. Клетки животных состоят из ядра, цитоплазмы и цитолеммы (клеточной мембраны) и при всем структурном разнообразии имеют общие черты строения.
Клетка — это та наименьшая структура, которая обладает всеми основными свойствами живого. Ее части и органеллы не способны по отдельности выполнять все функции и, таким образом, не могут рассматриваться как отдельные (автономные) живые единицы. В то же время изучение частей клетки, особенно на субмолекулярном уровне, в течение последних 20…30 лет расширили представления о механизмах возникновения и развития врожденных и приобретенных болезней.
Несмотря на общую организацию, клетки могут быть весьма разнообразны по форме, а их строение зависит от положения и специализации. Однако при микроскопии чаще видно не саму клетку, а ее срез. В связи с этим приведены некоторые из возможных срезов клетки веретеновидной формы. О форме клетки можно судить при изучении ее в нескольких проекциях, дополнительной мысленной реконструкции объекта или используя специальные методы, позволяющие прямо получать объемное изображение микроструктуры — сканирующая электронная микроскопия.
Кроме клеток в организме имеются межклеточное вещество, неклеточные (симпласт, синцитий) и постклеточные структуры. Симпласт — это многоядерное образование с единой цитоплазмой и клеточной мембраной.
В синцитии клетки соединены между собой цитоплазматическими мостиками. Постклеточные структуры обычно являются частями клеток, например, тромбоцит млекопитающих — это часть цитоплазмы гигантской клетки — мегакариоцита. Все эти структуры — производные клеток.
Межклеточное вещество образовано гомогенным (основным, аморфным) веществом, или матриксом, и волокнами. В различных тканях соотношение волокон и аморфного вещества, а также их химический состав и распределение различны. Так, в рыхлой волокнистой соединительной ткани преобладает аморфное вещество, имеющее свойства сильно разведенного геля.
Коллагеновые и эластические волокна располагаются в виде сети. В сухожилии основной объем ткани занимают упорядоченно лежащие пучки коллагеновых волокон. В гиалиновом хряще развиты как волокна, так и аморфное вещество. Аморфное вещество в хряще имеет свойства плотного желе. В эпителиальной ткани межклеточное вещество слабо развито и основной объем занимают клетки.
Основные части (структуры) клетки — это цитоплазма и ядро. Каждая из этих структур жизненно необходима для клетки эукариот, имеет сложную биохимическую и макромолекулярную структуру и содержит свой набор ферментных систем.
Кроме того, клетка состоит из различных по составу и выполняемой функции, отделенных друг от друга мембранами компартментов (отсеков): гиалоплазмы, кариоплазмы, перинуклеарного пространства, гранулярной эндоплазматической сети (ЭПС), гладкой ЭПС, комплекса Гольджи, лизосом, пероксисом, митохондрий, включений, в том числе транспортных и секреторных пузырьков.
Жизнь в клетке возможна только при условии, что разнообразные ферменты и другие вещества упорядоченно распределены. Это обеспечивают мембраны. Они не дают смешиваться содержимому одного отсека с другим, так как там идут непрерывные биохимические реакции, пространственные перемещения. Мембранные структуры обособляют содержимое клетки от внешней среды или отделяют различные компартменты внутри клетки.
Компартментализация клетки обеспечивает межмолекулярные взаимодействия, наиболее эффективное течение биохимических процессов, возможность поляризации структур клетки.
Поляризация (полярность) клетки — это неравномерность в распределении органелл и других структур в клетке, концентрации ферментных комплексов клеточной мембраны, что сопровождается различиями в выполняемой функции. Поляризация встречается во многих специализированных клетках и неклеточных структурах: в эпителии, нервной ткани, остеокластах, ретикулоэпителиальных и ретикулоэндотелиальных клетках и др.
Важной особенностью мембран является возможность избирательной проницаемости. Проницаемость мембраны для того или иного вещества зависит от набора рецепторов и ферментов, имеющихся в мембране. Каждый из компартментов отличается также и по содержанию рецепторных белков мембран. Это обусловливает различия в проницаемости, выполняемых функциях, локализации и клетке, особенностях трансмембранного переноса веществ.
Компартменты сформированы в клетке в результате длительного эволюционного развития и передаются от одной клетки к другой при делении, как и генетический материал (по сути как внеядерная наследственность). Потеря одного из компартментов в процессе деления невосполнима и не может быть восстановлена за счет генома. Геном лишь привносит индивидуальные особенности к уже имеющимся структурам. К тому же часть компартментов (митохондрии животных, пластиды растений) содержат собственный генетический аппарат, значительно отличающийся от генома ядра, частично контролирующий свойства самих органелл.
Мембранные структуры клетки активно регулируют содержимое компартментов, контролируют физико-химические свойства, препятствуя диффузии либо, наоборот, — накапливая определенные молекулы.