Клеточная структура и мембраны
Эукариотическая клетка представляет собой пространственно организованный компартмент, в котором непрерывная, избирательно проницаемая плазматическая мембрана отделяет внутреннюю среду от внешней, а внутренние мембраны разделяют клетку на функционально различные домены. Этот раздел знакомит читателя с основными структурными компонентами клетки, включая плазматическую мембрану, ядро, цитозоль и цитоплазму, цитоскелет, а также асимметричную организацию, которая придает многим клеткам определенную форму и полярность.
Definition
Клеточная структура и мембраны относятся к архитектурной организации клетки, в которой липидные бислойные мембраны ограничивают клетку и ее внутренние компартменты, в то время как цитоскелет и связанные с ним системы полярности определяют форму, механические свойства и пространственную асимметрию.
Scope
Эта статья представляет собой краткий обзор структурной организации эукариотической клетки и ее мембран, рассматриваемый как справочная тема в рамках клеточной биологии. Она описывает, как мембраны определяют компартменты и как цитоскелет и механизмы полярности придают клеткам их форму. Подробное описание каждого компонента приведено в дочерних темах; субклеточные органеллы, такие как митохондрии и эндомембранная система, рассматриваются в смежных областях клеточной биологии.
Sub-topics
Core questions
- Как липидная бислойная мембрана одновременно окружает клетку и остается избирательно проницаемой?
- Как внутреннее пространство клетки разделено на ядро, цитозоль и компартменты, ограниченные мембранами?
- Что придает клетке ее характерную форму и механическую прочность?
- Как клетки устанавливают и поддерживают передне-заднюю или апикально-базальную асимметрию?
Key concepts
- Липидный бислой и амфипатические фосфолипиды
- Избирательная проницаемость и компартментализация
- Мембранные белки (интегральные и периферические)
- Ядро и содержание генома
- Цитозоль и цитоплазма
- Цитоскелет (актиновые филаменты, микротрубочки, промежуточные филаменты)
- Форма и полярность клетки
Key theories
- Жидкостно-мозаичная модель мембраны
- Зингер и Николсон предположили, что биологические мембраны представляют собой двухмерные жидкости, в которых глобулярные белки встроены в текучий липидный бислой и плавают в нем, что заменило более ранние статичные слоистые модели и объяснило латеральную подвижность и асимметрию мембранных компонентов.
Mechanisms
Амфипатические фосфолипиды самопроизвольно собираются в бислой, гидрофобное ядро которого образует барьер для ионов и полярных растворенных веществ, в то время как встроенные белки опосредуют избирательный транспорт, передачу сигналов и адгезию; состав и распределение мембранных липидов формируют эти свойства. Ядерная оболочка, двойная мембрана, непрерывная с эндоплазматическим ретикулумом, отделяет геном от цитоплазмы. Внутри цитоплазмы цитозоль представляет собой плотную водную фазу, а цитоскелетная сеть из актиновых филаментов, микротрубочек и промежуточных филаментов обеспечивает механическую поддержку, генерирует силу и организует внутреннее пространство. Механизмы полярности направляют асимметрию мембран и цитоскелета, придавая клеткам различные домены.
Clinical relevance
Понимание клеточной структуры лежит в основе гистологии, патологии и клеточной биологии в области здравоохранения, поскольку многие патологические процессы включают измененные мембраны, цитоскелет или ядерную архитектуру. Этот раздел описывает нормальную структурную организацию для справочных и образовательных целей и не предоставляет диагностических или лечебных рекомендаций.
Evidence & guidelines
Обобщенное здесь структурное описание основано на давней традиции электронной микроскопии, биохимии и клеточной биологии, консолидированной в стандартных учебниках, таких как работы Альбертса и коллег, а также на фундаментальных первичных работах, таких как жидкостно-мозаичная модель. Это описательная клеточная биология, а не материал клинических рекомендаций.
History
Световая микроскопия выявила клетку и ее ядро в девятнадцатом веке, а клеточная теория установила клетку как основную единицу жизни. Электронная микроскопия двадцатого века разрешила мембрану и органеллы на ультраструктурном уровне, а биохимия охарактеризовала липидный бислой. Жидкостно-мозаичная модель 1972 года объединила эти открытия в динамическую картину мембраны, которая остается организующей основой, позднее уточненной работами по гетерогенности липидов и мембранным доменам.
Key figures
- S. Jonathan Singer
- Garth Nicolson
- Bruce Alberts
Related topics
Seminal works
- singer-nicolson-1972
- alberts-2015
Frequently asked questions
- Что удерживает клеточную мембрану вместе, если она является жидкостью?
- Гидрофобный эффект: амфипатические фосфолипиды спонтанно располагаются таким образом, что их жирнокислотные хвосты экранированы от воды, образуя стабильный бислой, который остается цельным, в то время как отдельные липиды и белки все еще могут перемещаться латерально.
- В чем разница между клеточной структурой и органеллой?
- Клеточная структура — это общая архитектурная организация клетки, включая ее мембраны, цитоскелет и форму; органеллы — это специфические ограниченные мембраной или специализированные компартменты внутри этой архитектуры, подробно рассматриваемые в связанных статьях.