Клеточное строение, однородность по происхождению и сходство по функции клеток характеризуют рост и развитие организмов.

Существенным недостатком клеточной теории Шлейдена-Шванна является ошибочное признание возможностей возникновения клеток из бесструктурного неклеточного вещества. Тем не менее, даже в таком виде клеточная теория стала одним из трех величайших достижений естествознания XIX века, первой фундаментальной теорией биологии, обосновавшей общий принцип организации живой природы и доказавшей единство происхождения жизни. Закономерности строения, функции и эволюции клетки являются общебиологическими и составляют фундамент изучения многих разделов биологии.

С середины XIX века в результате интенсивной разработки проблемы образования клеток теория Шлейдена-Шванна подвергается всё более сокрушительной критике. В 40-х гг. появилась целая серия исследований, в которых на разных растительных и животных объектах было убедительно показано, что новообразование клеток происходит путём их деления: «Каждая клетка - от клетки» («Omnis cellula et cellula») - так подытожил эти исследования в 1855 году немецкий патолог Р. Вирхов.

Позднее, в 70-х гг. XIX века, благодаря усовершенствованию гистологической техники и ре­зультативной работы целой плеяды учёных были обнаружены хромосомы, открыты общие и специальные органоиды клетки: клеточный центр (1876), митохондрии (1894), аппарат Гольджи (1898). Крупный вклад в развитие учения о клетке второй половины XIX - начала XX вв. внесли отечественные цитологи И.Д. Чистяков (описание фаз митотического деления), И.Н. Горожанкин (изучение цитологических основ оплодотворения у растений) и особенно С.Т. Навашин, открывший в 1898 году явление двойного оплодотворения у растений.

Широкое использование в ХХ веке новейших методов физики и химии обусловило существенный прогресс в изучении строения, функционирования и воспроизведения клетки. В частности, посредством электронной микроскопии были открыты такие важнейшие клеточные органоиды, как эндоплазматическая сеть, рибосомы и лизосомы.

Применение методов молекулярной биологии привело к открытию роли ДНК как носителя наследственной информации в клетке и к расшифровке генетического кода. Благодаря молекулярно-генетическим и биохимическим методам выяснены основные этапы синтеза белка в клетке.

Успехи в изучении клетки приводили к тому, что внимание биологов всё больше концентрировалось на клетке как основной структурной единице живых организмов. Становилось всё более очевидным, что в особенностях строения и функций клетки лежит ключ к решению многих фундаментальных и прикладных проблем биологии. Вместе с тем изучение клетки породило собственные методические и теоретические проблемы, что привело к выделению цитологии в самостоятельный раздел биологии. Комплексное и всестороннее изучение строения, жизнедеятельности, адаптации и размножения клеток способствовало трансформации цитологии
в одну из перспективнейших биологических наук XXI века - «Биологию клетки».

Результаты исследований клеточной организации живого на протяжении первой половины ХХ века отразила сформировавшаяся в этот период современная клеточная теория, включающая два принципиально новых положения: 1) новые клетки образуются только путем деления клеток-предшественниц; 2) живой организм представляет собой сложно организованную интегрированную систему взаимодействующих клеток, свойства которой не являются механической суммой свойств составляющих ее клеток.

2.3. Структурная организация прокариотической
и эукариотической клеток

В природе существует огромное разнообразие клеток, различающихся размерами, формой, свойствами и процессами жизнедеятельности, которое, однако, можно подвести под два главных типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический (рис. 2). К эукариотам относятся одноклеточные и многоклеточные растения, грибы, животные, т.е. все организмы, кроме бактерий. Клетки эукариот разных царств, различаясь рядом признаков, тем не менее характеризуются сходством строения.

Основными отличиями строения и жизнедеятельности прокариотических клеток от таковых эукариотических клеток являются следующие.

1. Клетка прокариот не имеет оформленного (ограниченного мембраной) ядра, наследственная информация в ней содержится в кольцевой молекуле ДНК. ДНК не заблокирована белками, в первую очередь гистонами, поэтому все гены в ней активны, т.е. постоянно функционируют. У эукариотических клеток имеется оформленное ядро, а генетический аппарат представлен молекулами ДНК в комплексе с белками - гистонами, упаковывающими ДНК в компактные структуры и регулирующими активность её генов.

2. Цитоплазма прокариотической и эукариотической клеток окружена мембраной (плазмолеммой), однако у бактерий, растений и грибов снаружи от плазмолеммы располагается клеточная стенка, образованная веществом полисахаридной природы муреином (бактерии), целлюлозой (растения) или хитином (грибы). Клеточная оболочка животной клетки образована плазмолеммой, покрытой снаружи слоем гликокаликса.

3. В цитоплазме прокариотической клетки отсутствуют мембранные органоиды (митохондрии, пластиды, эндоплазматическая сеть, пластинчатый комплекс, лизосомы, пероксисомы), а ограниченное количество мембран представляет собой впячивания плазмолеммы внутрь цитоплазмы.

Рис. 2. Разнообразие клеток эукариотических (1, 3-11) и прокариотических (2) организмо: 1 - клетки эпителия кишечника; 2 - бактерии (кокки, кишечная палочка, спириллы со жгутиками на концах тела); 3 - диатомовая водоросль; 4 - мышечная клетка; 5 - нервная клетка; 6 - одноклеточная водоросль ацетабулярия; 7 - клетки печени; 8 - инфузория; 9 - эритроциты человека; 10 - клетки эпидермиса лука; 11 – жгутиконосец

4. Синтез белка осуществляется свободными рибосомами, имеющими меньший размер (70 S), чем рибосомы эукариотических клеток (80S). Большая субъединица рибосомы прокариотической клетки содержит 2 молекулы рибосомной РНК (рРНК), тогда как субъединица рибосомы эукариотической клетки - 3 молекулы рРНК.

5. Специальные органоиды прокариотической клетки - жгутики устроены проще, чем жгутики эукариотической клетки: они лишены внутреннего каркаса из микротрубочек и микрофиламентов.

6. В цитоплазме многих прокариотических клеток имеются газовые вакуоли.

7. В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр.

8. Прокариоты размножаются простым делением клетки, у эукариот имеет место половой процесс с образованием гамет.

Рис. 3. Клетка эукариотического организма: 1 – поверхностный аппарат; 2 – цитоплазматический аппарат; 3 – ядерный аппарат

9. У прокариотических клеток отсутствует амебоидное движение и внутриклеточные перемещения цитоплазмы.

10. Синтез АТФ осуществляется в прокариотических клетках на мембране плазмолеммы.

Эукариотический тип клеточной организации представлен двумя подтипами: одноклеточным и многоклеточным. Особенностью простейших (одноклеточных) организмов является то, что они (исключая колониальные формы) соответствуют в структурном отношении уровню одной клетки, а в физиологическом отношении - полноценной особи. В связи с этим одной из черт клеток части простейших является наличие в цитоплазме миниатюрных образований, выполняющих на клеточном уровне функции жизненно важных органов, аппаратов и систем органов многоклеточного организма, таких, например, как цитостом, цитофаринкс и порошица (аналогичные органам пищеварительной системы), сократительные вакуоли (аналогичные выделительной системе).

Клетка эукариотического организма состоит из трёх (весьма условно выделяемых) аппаратов: поверхностного, цитоплазматического и ядерного (рис. 3).