О клетках

В этом разделе вы узнаете о физических характеристиках клеток живых организмов

Размеры клеточных структур


Введение


Размеры клеток и клеточных структур

В обычной жизни мы не привыкли рассматривать объекты малых размеров, и представить и сопоставить относительные размеры клеток и субклеточных структур бывает довольно сложно. В таблице ниже представлены размеры различных клеток, органел, вирусов и биохимических молекул. В правом столбце таблицы представлены размеры, для того чтобы было удобно сравнивать между собой различные структуры в привычном нам масштабе. В таком увеличении 1 мкм будет равен 10 см, и довольно крупная эукариотическая клетка будет размером с ваш письменный стол, а все органеллы и молекулы можно легко сравнивать, если мысленно расположить их на этом столе.

структура размеры визуализация
дрожжевая клетка 5 мкм 50 см
ооцит сельдевой акулы 22 см (самая большая клетка)  
ооцит морского ежа 100 мкм 10 м
ооцит мыши 50 мкм 5 м
эукариотич. клетка 15-20 мкм 1.5x2 м
ПМ 5-7 нм 0,5-0,7 нм
ПМ с белками 12,5-18,5 нм 1,5 мм
актиновая нить 5-9 нм 0,5-0,9 мм
микротрубочка 25 нм 2,5 мм
промежуточный филамент 10 нм 1 мм
ядро 10 мкм
ядерная пора 15 нм (30 нм по снимку) 1,5-3 мм
раст. м-у м-нами в ядре 9 нм (60 нм по снимку) 0,9-3 мм
яд. ламина (~ пром. фил.) 30 нм 3 мм
хлоропласт 5-10x2-4 мкм 20-40 см
жгутик d 250 нм 2,5 см
рибосомы 20-(200?) нм 2 мм
митохондрия 1,6x0,8 мкм 1,6x0,8 мкм
лизосомы 0,2-2 мкм 2-20 см
пероксисомы 0,4-0,5 мкм 4-5 см
центриоль 500x200 нм 5x2 см
ШЭР d 20-50 нм 2-5 мм
ГЭР цистерны 50-100 нм 5-10 мм
диски АГ (всего 3-12 шт) d 0,2-0,5 мкм 2-5 см
капли триглицеридов 0,2-5 мкм 2-50 см
гранулы гликогена 10-40 нм 1-4 мм
ДНК d 2 нм 0,2 мм
ДНК в нуклеосоме 11 нм, 30 нм 1,1-3 мм
интерфазная хромосома Занимает все ядро  
митотическая хромосома 2x5 мкм 20x50см
полная длина ДНК (чел) 1.088.000 мкм (1 м) 108800 м
длина в нуклеосоме 11нм, 30нм; x6, x40; 18000, 2720 м
длина в 22 хромосоме   1632 м
длина в 22 х. в нуклеосоме   40, 8 м
коллаген фибрилла 50 нм 5 мм
коллаген-1 тройная спираль 1,5 нм 0,15 мм
белки 2-10 нм (средн ~5 нм) 0,2-1 мм
E.coli 1x3 мкм 10x30 см
клеточн стенка E.coli 18-19 нм 1,8-1,9 мм
Mycoplasma (самая мал кл) 0.33 мкм 33 мм
флагеллин – жгутик бакт. 10-20 нм 1-2 мм
poliovirus 45 нм 4,5 мм
SV40 70 нм 7 мм
ВТМ 20x200 нм 2x20 мм
сахара, акты, нуклеотиды 0,5-1 нм 0,1 мм


Ограничение размеров клетки

1. Необходимое для жизнедеятельности количество макромолекул
2. С увеличением объемов клетки скорости химических реакций ограничиваются скоростью диффузии молекул.
3. Оптимальное соотношение S/V. При увеличении размеров клеток объем возрастает гораздо быстрее, чем площадь поверхности, что приводит к резкому уменьшению числа молекул питательных веществ на единицу объема, проникших в клетку за единицу времени. Существование диффузионных ограничений объясняет, почему эукариотические клетки крупнее, чем прокариотические: цитоплазма эукариотических клеток разделена мембранами на компартменты в значительной мере для того, чтобы облегчить возможность быстрых взаимодействий между молекулами.
Растительные клетки крупнее животных, во-первых, из-за присутствия крупной центральной вакуоли, которая сама является довольно химически инертным компартментом, тогда как объем цитоплазмы растительной клетки относительно невелик, и, во-вторых, из-за осуществления циклоза - активного движения цитоплазмы, снижающего диффузионные ограничения.
Особые случаи большого размера клеток наблюдаются когда клетка не осуществляет активные химические превращения, а служит просто как резервуар для запасания и хранения веществ – яйцеклетки, клетки мякоти плодов.
Увеличение размеров клеток благодаря многократному повторению внутренних элементов клеточной структуры. Например, многоядерность увеличивает концентрацию молекул информационных РНК в цитоплазме и позволяет многоядерным клеткам быть крупнее одноядерных, поскольку снижает ограничения, связанные с диффузией РНК из ядра.
Повторения внутренних структурных элементов часто приводят к увеличению длины клеток при сохранении их микроскопического диаметра (например, у животных мышечные клетки длиной до нескольких см, нервные клетки с отростками длиной до 1 м, а у растений клетки флоэмы длиной до 5 мм).


Соотношение объемов клеточных структур (гепатоцит)

Структура % объёма число
цитозоль

митохондрии

цистерны ШЭР

цистерны ГЭР

ядро

пероксисомы

лизосомы
54

22

9

6

6

1

1
1

1700

много

много

1

400

300


Отличие прокариот и эукариот

  ПРОКАРИОТЫ ЭУКАРИОТЫ
размеры клеток мелкие клетки крупные клетки
форма одноклеточные или нитчатые одноклеточные, нитчатые или многоклеточные
ядро нет ядра, нет ядрышка имеется ядро и ядрышки
генетич материал кольцевая ДНК, нет хромосом, нет гистонов ДНК линейная, есть хромосомы, есть гистоны
синтез белка 70S рибосомы 80S рибосомы
органеллы нет органелл с двойной м-ной имеются хлоропласты, митохондрии, ядро
  внутренние м-ны встречаются редко АГ, лизосомы, вакуоли, микротельца, ЭПР
клеточная стенка жесткая клеточная стенка из полисахаридов и акт основной компонент
– муреин
у растений кл. стенка – целлюлоза у грибов кл. стенка - хитин
жгутики жгутики простые из флагеллина, не окружены м-ной сложные жгутики типа 9+2 окружены м-ной
дыхание дыхание происходит в мезосомах аэробное дыхание происходит в митохондриях
фотосинтез хлоропластов нет, происходит в м-нах не имеющих специальной
упаковки
в хлоропластах, содержащих специальные м-ны уложенные в ламеллы
и граны
фиксация азота некоторые обладают такой способностью ни один организм не способен

к прокариотам относятся цианеи, актиномицеты, все бактерии, микоплазмы,
риккетсии и вирусы


Отличие животных, растений и грибов

РАСТЕНИЯ ЖИВОТНЫЕ ГРИБЫ
автотрофное питание гетеротрофное питание  
неподвижные подвижные  
раздражимость гормонами и нервной системой регуляция только гормонами  
рост в определенных участках - меристемах рост всего тела  
высокое отношение V/S низкое отношение V/S  
есть клеточная стенка нет клеточной стенки  
нет центриолей есть центриоли  
образ клеточная пластинка образуется перетяжка  
постоянно существующие крупные вакуоли мелкие непостоянные вакуоли  
имеются хлоропласты, содержащие хлорофилл хлоропласты отсутствуют  
запасной полисахарид - крахмалл запасной полисахарид – гликоген  


Список дифференцированных клеток человека

клеток в человеке ~1014.

Ороговевающие эпителиальные клетки
кератиноцит эпидермиса (= диф. эпидермальная клетка)
базальная клетка эпидермиса (стволовая)
кератиноцит ногтей
базальная клетка ногтевого ложа (стволовая)
клетки стержня волоса
клетка мозгового в-ва
клетка коркового в-ва
кутикулярная клетка
клетки корневого влагалища волоса
кутикулярная
слоя Гексли
слоя Генле
наружная
клетка волосяной матрицы (стволовая)
Клетка влажных многослойных барьерных эпителиев
поверхностная эпителиальная кл. многослойного чашуйчатого эпителия языка, ротовой полости, пищевода, анального отверстия, дистальной части уретры, влагалища
Базальная клетка тех же видов эпителия (стволовая)
Клетка наружного эпителия роговицы
Клетка эпителия мочевыводящих путей (выстилающего моч. пузырь и др.)
Эпителиальная клетка с экзокринной ф-цией
клетки слюнной железы
слизистая клетка (секрет богат полисахаридами)
белковая клетка (секрет богат гликопротеиновыми ф-тами)
клетки железы фон Эбнера в языке (сек-т для промывания вкусовых почек)
клетка молочной железы секретирующая молоко
к-ка слезной железы, секретирующая слезы
Клетки секретирующие гормоны
клетки передней доли гипофиза, выделяющие
гормон роста

фолликулостимулирующий гормон
лютеинизирующий гормон
адренокортикотропный гормон
тиреотропный гормон
к-ка промежуточной доли гипофиза, выделяющая меланоцитстимулир. г.
к-ки задней доли гипофиза, выделяющие
окситоцин
вазопрессин
клетки желудочно-кишечного тракта, секретирующие
серотонин
эндорфин
соматостатин
гастрин
секретин
холецистокинин
инсулин
глюкагон
клетки щитовидной железы, секретирующие
тиреоидный гормон
кальцитонин
клетки паращитовидной железы
секретирующие паратгормон
оксифильные клетки (ф-ция неизвестна)
клетки надпочечников, секретирующие
адреналин
норадреналин
стероидные гормоны
минералокортикоиды
глюкокортикоиды
клетки половых желез, секретирующие
тестостерон (клетки Лейдига в семенниках)
эстроген (клетки theca interna яйцевого фолликула в яичниках)

прогестерон (клетки желтого тела)
клетки юкстагломерулярного аппарата почки
юкстагломерулярные клетки (секретируют ренин)
клетки macula densa
периполярные клетки
мезангиальные клетки
Эпителиальные всасывающие клетки жкт, экзокринных желез и мочеполовых путей
клетка со щеточной каемкой из микроворсинок (в тонком кишечнике)
исчерченная клетка протока экзокринной железы
эпителиальная клетка желчного пузыря
клетка со щеточной каемкой в проксимальном почечном канальце
клетки дистального почечного канальца
безресничная клетка семевыносящего протока
клетки эпидермиса
главная клетка
базальная клетка
Клетки ответственные за процессы метаболизма и накопление резервных материалов
гепатоцит (печеночная клетка)
жировые клетки
клетка белого жира
клетка бурого жира
липоцит печени
Эпителиальные клетки, с барьерной ф-цией – выстилающие легкие, кишечник, экзокринные железы и мочеполовой тракт
пневмоциты типа I (выстилающие воздушную полость легкого)
клетка протока поджелудочной железы (центроацинарная клетка)неисчерченная к-ка протока потовой железы, слюнной , молочной ж. и др.
париетальная клетка почечного клубочка
подоцит почечного клубочка
клетка тонкой части петли Генле (в почках)
клетка собирательной трубочки (в почках)
клетки протока семенного пузырька, предстательной железы и т.д.
Эпителиальные клетки, выстилающие замкнутые внутренние полости
клетки эндотелия кровеносных и лимфотических сосудов
фенестрированная
непрерывная
селезеночная
синовиальные клетки (выстилающие суставные полости и секретирующие главным образом гиалуроновую к-ту
серозные клетки
чешуйчатые клетки, выстилающие перилимфотическое пр-во уха
клетки, выстилающие эндолимфотическое пр-во уха
чешуйчатая клетка
столбчатая клетка эндолимфотического мешочка
с микроворсинками
без микроворсинок
темная клетка
клетка вестибулярной м-ны (напоминает кл-ку сосудистого сплетения)
базальная клетка сосудистой полоски (stria vascularis)
маргинальная клетка сосудистой полоски
клетка Клаудиуса
клетка Бётчера
клетка сосудистого сплетения (сек-ющая цереброспинальную жидкость)
чешуйчатая клетка мягкой и паутинной об-к
клетки ресничного эпителия глаза
пигментированные
непигментированные
«эндотелиальная» клетка роговицы
Ресничные клетки
клетки дыхательных путей
клетки яйцевода и эндометрия (у женщин)
клетки (rete testis) и семевыносящего протока (у мужчин)
эпиндимальные клетки, выстилающие полости мозга
Клетки, секретирующие внеклеточное вещество эпителиальные
амелобласты (секретируют зубную эмаль)
клетки planum semilunatum
вестибулярного аппарата (сек-т протеогликан)
интердентальные клетки кортиева органа (сек-т в-во текториальной м-ны, лежащей над волосковыми клетками этого органа)
неэпителиальные (соединительнотканные)
фибробласты (рыхлой соединительной ткани, роговицы, сухожилий, ретикулярной ткани костного мозга)
перицит кровеносного капилляра
клетка nucleus pulposus межпозвоночного диска
цементобласт (цементоцит) (сектетирует цемент корня зуба)
одонтобласт (одонтоцит) (секретирует дентин зуба)
хондроциты
гиалинового хряща
волокнистого хрящаэластичного хрящаостеобласт (остеоцит)
первичная остеогенная клетка (стволовая клетка остеобластов)
гиалоцит стекловидного тела глаза
звездчатая клетка перилимфатического пространства уха
Сократимые клетки
клетки скелетных мышц
красные (медленные)
белые (быстрые)
промежуточные
мышечное
веретено с ядерной сумкой
мышечное веретено с ядерной цепочкой
клетки-сателлиты (стволовые клетки)
клетки сердечной мышцы
обычные
узловые (пейсмейкерные)
волокна Пуркинье
клетки гладких мышц (разные)
миоэпителиальные клетки
радужной оболочки
экзокринных желез
Клетки крови и иммунной системы
эритроцит
мегакариоцит
макрофаги
моноцит
макрофаги соединительной ткани (разные)
клетка Лангерганса (в эпидермисе)
остеокласт (в кости)
дендритная клетка (в лимфоидных тканях)
микроглиальная клетка (в цнс)
нейтрофил
эозинофил
базофил
тучная клетка
Т-лимфоциты
т-хелпер
т-супрессор
т-киллер
В-лимфоциты
IgM
IgG
IgA
IgE
клетка-киллер
стволовые клетки крови и иммунной системы (разные)
Сенсорные клетки
фоторецепторы
палочки
колбочки
чувствительные к синему
чувствительные к зеленому
чувствительные к красные
слуховые рецепторные клетки
внутренние волосковые клетки кортиева органа
наружные волосковые клетки кортиева органа
рецепторы ускорения и силы тяжести
волосковые клетки вестибулярного аппарата
тип I
тип II
вкусовые рецепторные клетки
клетки вкусовой луковицы, тип II
обонятельные рецепторные клетки
обонятельный нейрон
базальная клетка обонятельного эпителия (стволовая)
рецепторы pH крови
клетки каротидного тельца
тип I
тип II
осязательные рецепторные клетки
клетка Меркеля в эпидермисе
первичные осязательные нейроны (разные)
терморецепторные клетки
первичные терморецепторные нейроны
чувствительные к холоду
чувствительные к теплу
болевые рецепторы
первичные нейроны, чувствительные к боли (разные)
рецепторы положения
и напряжения в скелетно-мышечной сис-ме
первичные проприоцептивные нейроны (разные)
Вегетативные нейроны
холинэргические (разные)
адренэргические (разные)
пептидэргические (разные)
Опорные клетки органов чувств и периферических нейронов
Опорные клетки кортиева органа
внутренняя столбчатая клетка
наружная столбчатая клетка
внутренняя фаланговая клетка
наружная фаланговая клетка
пограничная клетка
клетка Генсена
опорная клетка вестибулярного аппарата
опорная клетка вкусовой почки (клетка вкусовой почки, тип I)
опорная клетка обонятельного эпителия
шванновская клетка
клетка сателлит (инкапсулирующая тела периферических нейронов)
глиальная клетка кишечника
Нейроны глиальных клеток
нейроны (много плохоклассифицированных типов)
глиальные клетки
астроциты (разные)
олигодендроцит
Клетка хрусталика
эпителиальная клетка передней части хрусталика
волокно хрусталика (клетка, содержащая кристаллины)
Пигментные клетки
меланоцит
эпителиальная кл-ка пигментного слоя сетчатки
Половые клетки
ооцит
сперматоцит
сперматогония (стволовая клетка сперматозоидов)
Питающие клетки
клетка овариального фолликула
клетка Сертоли (в семеннике), эпителиальная клетка тимуса
(Альбертс, 1994)