Ћелија (, с значењем „мали простор“) је основна јединица грађе и функције свих живих бића. Скуп ћелија сличног или истог изгледа, ембрионалног порекла и функције назива се ткиво. Наука која проучава ћелију назива се цитологија, док се наука која се бави проучавањем ткива назива хистологија.
У ћелији се налазе органска и неорганска једињења. Од неорганских једињења најзаступљенији су вода и соли. Од органских једињења у ћелији се налазе угљени хидрати (шећери) масти (липиди), протеини (беланчевине) и нуклеинске киселине (ДНК и РНК). Сва органска једињења садрже угљеник.
Ћелије се састоје од цитоплазме (која може бити у гел или сол форми) окружене су мембраном (семипермеабилна, фосфолипидног двослоја, прожета протеинима који су интегрисани )која садржи многе биомолекуле као што су протеини и нуклеинске киселине in Chapter 21 of fourth edition, edited by Bruce Alberts published by Garland Science.
The Alberts text discusses how the "cellular building blocks" move to shape developing embryos. It is also common to describe small molecules such as amino acids as . Организми се могу поделити на једноћелијске (који се састоје од једне ћелије, једна ћелија = организам; попут бактерија) или вишећелијске (свака ћелија има своју функцију,као што су биљке и животиње). Док број ћелија у биљкама и животињама варира од врсте до врсте, човек садржи више од 10 билиона (1012) ћелија. Већина биљних и животињских ћелија је видљива под микроскопом, са димензијама између 1 и 100 микрометара.
Реч ћелија први пут је употребио Роберт Хук 1665. године, који је назвао биолошку јединицу по њеној сличности са ћелијама у којима су живели монаси у манастирима.Он је проучавао ћелије плуте. Ћелијска теорија, коју су развили 1839. Матијас Шлајден и Теодор Шван, наводи да се сви организми састоје од једне или више ћелија, да су ћелије фундаменталне јединице структуре и функције у свим живим организмима, да су све ћелије произашле из постојећих ћелија, и да све ћелије садрже наследне информације неопходне за регулацију ћелијских функција и за пренос информација на следећу генерацију ћелија. Ћелије су се појавиле на Земљи пре више од 3,5 милијарди година..
Упознавање грађе и функције ћелије представља основу за свако дубље проучавање у биологији и медицини. Резултати проучавања ћелије доприносе познавању и нормалног и патолошког стања организма.
Особине ћелије мини|десно|250п|Епителне ћелије Ћелија је основна градивна и функционална јединица сваког живог бића, осим вируса. У природи постоје бројни организми чије се тело састоји из једне ћелије, као што су бактерије, праживотиње, неке алге и гљиве. Са друге стране вишећелијски организми могу имати више милиона, милијарди, билиона ћелија. Тако се у организму одраслог човека налази око 1014 ћелија. Иако се све те ћелије међусобно разликују постоје неке особине које су заједничке свим ћелијама: раст до величине која је карактеристична за дату врсту ћелије; обављање одређених задатака (функција, улога); примање сигнала из спољашње средине на које ћелија на одређени начин одговара; живот ћелије завршава се или ћелијском деобом или ћелијском смрћу; при деоби ћелија даје нове ћелије; јединствен хемијски састав; јединствена грађа.
Захваљујући развоју технике и инструмената сазнања о ћелији су постала већа и потпунија. Техника микроскопирања је данас доведена скоро до савршенства – проналаском различитих врста микроскопа (електронски, фазни, и др.).
Хемијски састав ћелије Хемијски елементи који улазе у састав ћелија живих бића називају се биогени елементи. Од 92 природна елемента само 6 елемената – -{C, H, N, О, P}- и -{S}- – улази у састав и чини око 99% живог ткива. Према количини у којој су присутни у ћелији биогени елементи се деле на: макроелементе (грч. macro = много) и микроелементе (грч. micro = мало, ситно).
Макроелементи су О, H, C, N, Ca, S, P, К и др.
Микроелементи се налазе у знатно мањим количинама од макроелемената, али је њихово присуство у живим бићима неопходно за нормално одвијање животних процеса. Такви су нпр. Cu, I, Br, Mn, F, Fe и др.
Око две трећине, односно, око 60% тежине одраслог човека чини вода (код ембриона око 80%), док беланчевине чине око 17%, масти око 10%, угљени хидрати око 1–2% и минералне материје око 5%.
Вода Вода представља најраспрострањеније једињење у организмима и неопходан услов за њихов опстанак. Вода је једна од главних компоненти живих система и чини чак 50-95% тежине ћелије.
Осим у самој ћелији, вода се налази у међућелијским просторима и крви животиња. У телу неких нижих бескичмењака налазимо преко 90% воде (дупљари, хидра на пр.).
Код младих листова, стабала и коренова вода чини 80–90% свеже масе, а код сочних плодова (краставаца, лубенице, парадајза) чак преко 90%. Семена садрже свега око 10% воде, а понекад само 5% (семе кикирикија).
Количина воде у ћелијама човека зависи од: старости (са старошћу ћелија опада и количина воде у њима); врсте ткива (крвно ткиво има већу количину воде од нпр. масног ткива), метаболичке активности ћелије (активније ћелије имају више воде), пола (жене имају мање воде од мушкараца).
Да би организам човека исправно функционисао потребно му је око 10 l воде дневно. Два литра добија споља: унесе храном и пићем, док остатак стварају сама ткива. Вода која настаје у унутрашњости организма при катаболичким процесима (процеси разградње сложених једињења) назива се ендогена вода (грч. endo = унутра) или метаболичка вода. Све животиње и биљке живе од воде коју углавном саме стварају. Ендогена вода се затим разлаже у ткивима и користи у различите сврхе.
Неорганске соли Неорганске соли су такође веома заступљене у ћелијама, а њихови катјони и анјони су неопходни за: одржавање биолошких структура (градивна улога) и биолошку активност једињења (метаболичка улога).
Најзаступљенији катјони су: K+, -{Na}-+, и -{Ca}-++. Међу анјонима су то: хлориди, карбонати, бикарбонати и фосфати. -{Na}-+ и -{К}-+ обезбеђују мембрански потенцијал нервних и мишићних ћелија, а тиме и њихов нормалан рад. Међу анјонима најважнији су фосфати јер представљају основне облике из којих се користи енергија - изграђују АТП (аденозинтрифосфат). Карбонати и бикарбонати имају улогу пуфера, односно, регулишу сталност pH вредност воденог раствора. (При паду pH вредности испод 7 човек може да живи само неколико минута.)
Улоге минералних материја у организму човека Минералне материје организам не ствара сам, већ их уноси храном. Ради разумевања значаја ових материја биће наведене улоге неких најбитнијих: -{Fe}- (гвожђе) је веома важан састојак хемоглобина; недостатак гвожђа у организму омета нормално стварање црвених крвних зрнаца, што проузрокује малокрвност – анемију (мада се мора напоменути да за ову болест постоје и други узроци); -{Ca}- и -{P}- граде калцијум-фосфате који су главни састојци костију;Витамин Б12 -{S}- улази у састав неких аминокиселина; -{Na}-, K и -{Cl}- учествују у осморегулацији: -{F}- спречава каријес зуба; -{Co}- је саставни део витамина B12 итд.
Органска једињења Органска једињења обавезно садрже угљеник (C) и њиховим разлагањем се ослобађа мања или већа количина енергије (разлика у односу на неорганске материје).
Разликују се четири групе ових једињења: шећери масти беланчевине нуклеинске киселине
Метаболизам ћелије У живој ћелији се непрекидно одвија огроман број хемијских реакција. Целина свих хемијских процеса, односно, укупан промет материје и за материју везане енергије назива се метаболизам. Метаболизам карактеришу два основна процеса: анаболизам и катаболизам.
Анаболизам представља синтезу сложених једињења из простих, уз потрошњу енергије какви су нпр.фотосинтеза, синтеза протеина итд.
Катаболизам су реакције разградње сложених једињења на проста, уз ослобађање енергије, припадају му процеси као што су дисање, варење и др.
У ћелији се непрекидно одвијају тесно повезани процеси разлагања органске материје уз ослобађање енергије и синтеза сложених састојака ћелије уз утрошак енергије.
Пошто се анаболизам непрекидно одвија (ћелија непрекидно синтетише протеине, шећере, масти идр.) ћелија има сталну потребу за енергијом. Жива ћелија, без обзира на врсту организма, енергију добија оксидацијом органских једињења, тј. њиховим сагоревањем (што припада катаболичким процесима). Органска једињења се полако и поступно оксидишу тако да се енергија из њих отпушта споро, делимично у виду топлоте, а делом и као хемијска енергија (АТП) коју ћелија може да користи у анаболизму.
По начину добијања органских молекула, који служе као извор енергије жива бића се деле у две велике групе: аутотрофе и хетеротрофе.
Аутотрофи су способни да врше фотосинтезу (или хемосинтезу), да сунчеву енергију (или хемијску енергију) искористе за синтезу органских материја које ће им служити за добијање енергије.
Хетеротрофи узимају готове органске материје храном и сагоревањем тих материја обезбеђују потребну енергију. Храна хетеротрофа директно или индиректно потиче из органских материја насталих фотосинтезом.
Прокариотска и еукариотска ћелија мини|десно|250п|Прокариотска ћелија
Све живе системе, према сложености грађе, можемо поделити на: нећелијске (ацелуларне; грч. а = не, без, лат. celulla = ћелија) и ћелијске (целуларне).
Под ацелуларним се подразумевају они организми који нису достигли ниво ћелијске грађе, какви су вируси, док су остали организми ћелијске грађе.
Према сложености грађе ћелије сви ћелијски организми се деле на: прокариоте и еукариоте.
Прокариотама припадају праве бактерије (Eubacteria), цијанобактерије (модрозелелне алге)и архее (Archeabacteria), док су еукариоте сви остали једноћелијски и вишећелијски организми.
Ћелијска мембрана (плазма мембрана) Мембрана је у еукариотској ћелији присутна на површини ћелије и у њеној унутрашњости где ограничава поједине органеле. Ове мембране обезбеђују услове за одвијање свих животних процеса и одржавање разлике између унутарћелијске и ванћелијске средине. Истовремено плазма мембрана успоставља контакте са другим ћелијама и ванћелијском средином и размењује материје са њима.
У прокариотској ћелији мембрана се налази само као спољашњи омотач ћелије, односно, не образује се систем унутрашњих мембрана, као у еукариотској ћелији.
Ћелијска мембрана је танак (7,5–10 nm), метаболички активан омотач који одваја цитоплазму од ванћелијског простора. Посматрана ТЕМ-ом (Трансмисиони Електронски Микроскоп) мембрана се види као трослојна структура, са два тамна слоја између којих је један светао слој. Плазмалема има сложену и динамичну молекулску организацију и бројне функције. Она је врло селективан филтер који регулише транспорт материја у ћелију и из ћелије. Липосолубилне материје лако пролазе кроз мембрану растварајући се у њеним липидима, а хидросолубилне материје пролазе уз помоћ мембранских протеина, јонских канала и носача (за тај транспорт се користи или градијент концентрације или метаболичка енергија). Својим транспортним системима мембрана истовремено регулише састав цитоплазме и екстрацелуларне течности која окружује ћелију. Поседује специјализоване делове за препознавање, повезивање и комуникацију са суседним ћелијама, осим њих, ћелија има хормонске, имуне и друге рецепторе.
Структура мембране Основу структуре свих мембрана ћелије чини континуирани фосфолипидни двослој који је релативно непропустљив за водене растворе. Осим фосфолипида (прецизнији назив: фосфоглицериди), у саставу мембране су још и холестерол, гликолипиди и протеини. Молекули фосфолипида се састоје из поларне (хидрофилне) главе и неполарног (хидрофобног) репа. Када се нађу у води, спонтано стварају двослојеве који затварају везикуле, липозоме. У молекулу фосфолипида, масне киселине имају паран број угљеникових атома. Једна је увек засићена, а друга незасићена масна киселина. У мембрани, молекули фосфолипида су хидрофилним крајевима окренути према њеним спољним површинама, а хидрофобним према унутрашњости мембране.