ადამიანის ორგანიზმში 100 000 000 000 000 (ასი ტრილიონი, 1014) უჯრედია. ტიპური უჯრედის ზომა დაახლოებით 10მიკრონი (µm), მასა კი 1ნანოგრამია. ყველაზე დიდი ზომის უჯრედსსირაქლემასკვერცხი წარმოადგენს.
უჯრედული თეორია1839 წელსმათიას შლაიდენმა და შვანმა ჩამოაყალიბეს. მისი მიხედვით ყველა ცოცხალი ორგანიზმი უჯრედებისგან შედგება და მისი ცხოვრებისეული პროცესები უჯრედებში ან უჯრედების საშუალებით ხორციელდება. ყველა უჯრედი უჯრედისგან ვითარდება და ყველა უჯრედი შეიცავს მემკვიდრეობით ინფორმაციას მისი ფუნქციების რეგულირებისათვის და უჯრედების შემდეგი თაობისათვის გადასაცემად.
XVII საუკუნემდე არავინ იცოდა უჯრედის არსებობის შესახებ.1665 წელს ინგლისელმა ბუნებისმეტყველირობერტ ჰუკმა პირველად, მისმიერვე შექმნილი პრიმიტიულიმიკროსკოპის დახმარებით, დააკვირდა მუხის ქერქის (კორპის საცობის) ანათალს. მან დაინახა პატარ-პატარა საკნებად დაყოფილი გამოსახულება. ამ საკნებს მან უჯრედები უწოდა. მოგვიანებით1674 წელს ლევენჰუკმა ერთუჯრედიანი მოძრავი არსებები – უმარტივესები („ანიმალკულები“), ხოლო1683 წელს მანბაქტერიები აღმოაჩინა. XIX საუკუნის პირველ ნახევარში, კერძოდ1838 წელს, გერმანელმა ბოტანიკოსმამათიას შლაიდენმა და ზოოლოგმათეოდორ შვანმა იმ დროისათვის დაგროვილი ცოდნის საფუძველზე ჩამოაყალიბესუჯრედული თეორია. იგი საფუძვლად დაედო თანამედროვე შეხედულებებს სიცოცხლის საერთო წარმოშობასა დაევოლუციურ განვითარებაზე.ბიოლოგიის განვითარების თანამედროვე დონეზე უჯრედული თეორიის ძირითადი დებულებები შეიძლება ჩამოვაყალიბოთ:
უჯრედი ყველა ცოცხალი ორგანიზმის სტრუქტურული და ფუნქციური ერთეულია;
უჯრედი ცოცხალი ორგანიზმის გამრავლების, ზრდის და განვითარების ერთეულია;
ყველა ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედი მსგავსია თავისი ქიმიური შედგენილობთ;
ახალი უჯრედების წარმოქმნა შესაძლებელია მხოლოდ არსებული უჯრედების დაყოფის შედეგად
უჯრედული თეორიის ჩამოყალიბებაში წვლილი შეიტანარუდოლფ ვირხოვის შრომებმა. სწორედ მან გამოთქვა ჰიპოთეზა, რომ ნებისმიერი უჯრედი უკვე არსებული უჯრედისაგან წარმოიქმნებოდა. ეს თამამი განცხადება იყო, რადგან იმ დროს, მეცნიერულ წრეებშიც კი ფიქრობდნენ, რომ სიცოცხლე არაცოცხალი ბუნებისაგან წარმოიშობოდა: მატლები, ბაყაყები, ვირთხები, მწერები და მიკროორგანიზმები ჩნდებოდნენ ჭუჭყიდან, საკვების ნარჩენებისგან და წყლიდან. ოპტიკური სისტემების გაუმჯობესებასთან ერთად გაიზარდა უჯრედის შესწავლის შესაძლებლობა. ცოდნა უჯრედის შესახებ მდიდრდებოდა ახალი მეცნიერული მიღწევებით. მნიშვნელოვანი იყო იმის აღმოჩენა, რომ განსხვავებული ორგანიზმების უჯრედებს პრინციპულად მსგავსი აგებულება ჰქონდა. ეს მათი წარმოშობის საერთო საწყისზე მიუთითებდა. გაირკვა, რომციტოპლაზმაში მოთავსებულია მცირე ზომის უჯრედული კომპონენტები და მათ ორგანოიდები ეწოდა. დადგინდა რომ თითოეული ორგანოიდი (მიტოქონდრია,პლასტიდი,გოლჯის აპარატი) მხოლოდ მისთვის დამახასიათებელ ფუნქციას ასრულებს. უჯრედის შესწავლის შემდეგი ეტაპი უკავშირდება ელექტრონული მიკროსკოპის გამოგონებას. მისმა გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა მეტი ორგანოიდის (ენდოპლაზმური ბადის, რიბოსომების, ლიზოსომების) აღმოჩენა და უკვე ცნობილი ორგანოიდების შინაგანი აგებულების შესწავლა. გამოკვლეულ იქნა ცოცხალი უჯრედის გარსი, რომელსაც რთული აგებულება აღმოაჩნდა.
დღესდღეობით უჯრედების და მათი ორგანოიდების აგებულებას, ფუნქციებსა და ქიმიურ შედგენილობას, აგრეთვე, უჯრედში მიმდინარე პროცესებს, მათ გამრავლებასა და გარემოსთან კავშირს ბიოლოგიის დარგი –ციტოლოგია შეისწავლის.
უჯრედის აგებულების მიხედვითბიოსფეროში არსებული ყველა ცოცხალი ორგანიზმი დაჯგუფებულიაპროკარიოტების ანეუკარიოტების ჯგუფში. პროკარიოტებს პრიმიტიული აგებულება აქვთ. მათ არ გააჩნიათ მკაფიოდ ჩამოყალიბებულიბირთვი. ამის გამო მათ ბირთვამდელ უჯრედებს უწოდებენ. პროკარიოტებს არ აქვთ ორგანოიდების უმეტესობა და უჯრედის სასიცოცხლო პროცესები უშუალოდციტოპლაზმაში მიმდინარეობს. პროკარიოტების ჯგუფში შედიან ძირითადად ერთუჯრედიანი ორგანიზმები — ბაქტერიები და ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეები. ეუკარიოტებს აქვთ რთული აგებულების უჯრედები მკაფიოდ გამოხატული ბირთვით და ორგანოიდებით, რომლებიც სპეციფიკურ ფუნქციებს ასრულებენ. მათ ბირთვიანი უჯრედები ეწოდებათ. ეუკარიოტების ჯგუფში გაერთიანებულია მრავალუჯრედიანი და ზოგიერთი ერთუჯრედიანი ორგანიზმი, კერძოდ კი უმარტივესები, სოკოები, მცენარეები და ცხოველები. ცალკე ჯგუფად არიან გამოყოფილივირუსები, რადგან ისინი სიცოცხლის არაუჯრედულ ფორმებს წარმოადგენენ. მათ უჯრედი, როგორც ასეთი, არ გააჩნიათ.
ყოველ უჯრედს აქვს თვითშენარჩუნების უნარი. ამისათვის იგი იღებს გარემოდან საკვებ ნივთიერებებს, ენერგიას, ასრულებს გარკვეულ ფუნქციებს, მრავლდება. თითოეულ უჯრედს გააჩნია „ინსტრუქციათა სრული კრებული“ ყველა ამ მოქმედების შესასრულებლად.
მეტაბოლიზმი, რომელიც მოიცავს ნედლეულის შეთვისებას, მის გარდაქმნას ენერგიად და საჭირო მოლეკულებად, უჯრედის კომპონენტების აგებას, ნარჩენი მასალის გამოყოფას. უჯრედის ფუნქციონირება ორგანულ მოლეკულებში აკუმულირებული ქიმიური ენერგიის გამოთავისუფლებისა და გამოყენების უნარზეა დამოკიდებული.
უჯრედის შიგთავსი ორმაგილიპიდური ფენის შემცველმემბრანაში არის მოქცეული. გარდა ამისა,ეუკარიოტულ უჯრედებს შიდა სივრცეც მემბრანებით აქვთ დაყოფილი, რაც უჯრედის შიგნით ნივთიერებათა მოძრაობის რეგულირების საშუალებას იძლევა.
უჯრედის ორი ტიპი არსებობს:პროკარიოტული დაეუკარიოტული უჯრედები. პროკარიოტული უჯრედები ჩვეულებრივ ერთუჯრედიანი ორგანიზმებია, მრავალუჯრედიანი ორგანიზმები კი როგორც წესი ეუკარიოტული უჯრედებისგან შედგება.
პროკარიოტები ეუკარიოტებისაგან უჯრედის ბირთვის აგებულებით განსხვავდებიან. კერძოდ, მათ ბირთვის მემბრანა არ გააჩნიათ. პროკარიოტებს აგრეთვე არ გააჩნიათ ეუკარიოტებისათვის დამახასიათებელიუჯრედის ორგანელები და სტრუქტურები (გარდარიბოსომებისა). უჯრედის ისეთი ორგანელების ფუნქცია, როგორიცაამიტოქონდრია,ქლოროპლასტები დაგოლჯის აპარატი პლაზმურ (გარე) მემბრანას აკისრია.
უმეტეს პროკარიოტებს პლაზმური მემბრანის გარდა აქვთ აგრეთვე უჯრედის კედელი (გამონაკლისებია მიკოპლაზმა და თერმოპლაზმა). ბაქტერიებში უჯრედის კედელიპეპტიდოგლიკანისგან შედგება. იგი გარე ზემოქმედებისგან დამცავ დამატებით ბარიერს წარმოადგენს. კედელი უჯრედს აგრეთვეჰიპოტონურ გარემოშიოსმოსური წნევის ზემოქმედების გამო „გასკდომისგან“ (ციტოლიზი) იცავს. უჯრედის კედელი ზოგიერთ ეუკარიოტებსაც აქვთ, მაგალითადსოკოებს, მაგრამ მისი შემადგენლობა განსხვავდება.
პროკარიოტული ქრომოსომა როგორც წესი წრიული მოლეკულაა (გამონაკლისია ბაქტერიაBorrelia burgdorferi). მიუხედავად იმისა, რომ ნამდვილი ბირთვი (ნუკლეუსი) პროკარიოტს არ გააჩნია, დნმ შემკვრივებულია დანუკლეოიდს წარმოქმნის. პროკარიოტული უჯრედი დნმ–ის მხოლოდ ერთ ასლს შეიცავს, ანუ იგიჰაპლოიდური ორგანიზმია.
პროკარიოტებს შეიძლება გააჩნდეთ ექსტრაქრომოსომული დნმპლაზმიდის სახით, რომელიც ჩვეულებრივ აგრეთვე წრიულია. პლაზმიდები შეიძლება ატარებდნენ ისეთ ფუნქციას, როგორიცაა მაგალითად ანტიბიოტიკებისადმი მდგრადობა.
ეუკარიოტული უჯრედი პროკარიოტულზე ზომით 10–ჯერ დიდია, მოცულობით კი 1000–ჯერ. ძირითადი განსხვავება ეუკარიოტებსა და პროკარიოტებს შორის ის არის, რომ ეუკარიოტული უჯრედები მემბრანით გარშემორტყმულკომპარტმენტებს შეიცავენ, რომელშიც სხვადასხვა მეტაბოლური რეაქციები მიმდინარეობს. ამ კომპარტმენტებს შორის ყველაზე მნიშვნელოვანიაუჯრედის ბირთვი (ნუკლეუსი), რომელშიც უჯრედის დნმ–ია მოთავსებული.
ეუკარიოტულ ბირთვში მოთავსებულიდნმ ერთ ან რამდენიმე წრფივ მოლეკულას (ქრომოსომას) წარმოადგენს, რომელიცჰისტონებზე არის მჭიდროდ დახვეული. დნმ–ს ზოგიერთი სხვა ორგანელაც შეიცავს.
ყველა უჯრედს გააჩნიამემბრანა, რომელიც გამოჰყოფს უჯრედის შიგთავსს გარე სამყაროსგან. გარდა ამისა მემბრანა არეგულირებს ნივთიერებათა ცვლას გარემოსა და უჯრედს შორის. მემბრანა აგრეთვე უზრუნველყოფსუჯრედის ელექტრული პოტენციალის შენარჩუნებას.
უჯრედი შეიცავს სხვადასხვა ფუნქციის მატარებელორგანელებს: უჯრედის ბირთვიქრომოსომების ადგილსამყოფელია;მიტოქონდრია დაქლოროპლასტები უჯრედის „ელექტროსადგურებია“;ენდოპლაზმური ბადე სინთეზირებული ნივთიერებების სატრანსპორტო სისტემას წარმოადგენს;რიბოსომები ცილების სინთეზის დანადგარებია; ფერმენტები, რომლებიც ციტოპლაზმისათვის საშიშია სპეციალურლიზოსომებში ინახება;ვაკუოლები უჯრედის საწყობებია. მათში ინახება საკვები, წყალი, ნარჩენები.
მეტაბოლიზმი არის უჯრედის მიერ საკვების გადამუშავების პროცესი, რომლის შედეგად უჯრედისათვის საჭირო ნივთიერებები და ენერგია წარმოიქმნება. მეტაბოლიზმის ორ ნაწილს გამოჰყოფენ:კატაბოლიზმი არის ნივთიერებათა დაშლა მათგან ენერგიის მიღების მიზნით,ანაბოლიზმი კი საწინააღმდეგო პროცესია, როცა ენერგია ახალი ნივთიერებების სინთეზისთვის გამოიყენება.
რთული ნივთიერებების დაშლისას ენერგიის მისაღებად უჯრედში ორი განსხვავებული პროცესი გამოიყენება:გლიკოლიზი დალიმონმჟავას ციკლი. გლიკოლიზი ნივთიერების უჟანგბადოდ დაშლის (ანუ ანაერობული) პროცესია, ლიმონმჟავას ციკლს კიჟანგბადი ესაჭიროება. ლიმონმჟავას ციკლიმიტოქონდრიაში მიმდინარეობს. იგი გლიკოლიზზე გაცილებით უფრო ეფექტურია.
ცილები მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ უჯრედის მიერ მისი ფუნქციების შესრულებაში. ცილებს უჯრედები თავად აწარმოებენ, ამინომჟავებისაგან. ცილების სინთეზი დნმ–ში კოდირებული ინფორმაციის საფუძველზე ხდება. პროცესი ორ სტადიას მოიცავს:ტრანსკრიპციას დატრანსლაციას.
ტრანსკრიფციის დროს უჯრედის ბირთვში ხდებადნმ–ის გარკვეული მონაკვეთის (გენის)საფუძველზე მისიკომპლემენტარულირნმ მოლეკულის სინთეზი. ამ რნმ–ს საინფორმაციო (ი–რნმ) ეწოდება. იგი შედარებით მცირე მოლეკულაა, რომელსაც (დნმ–ისგან განსხვავებით) შეუძლიაბირთვის მემბრანის გადალახვა დაციტოპლაზმაში მოხვედრა. აქ იგი უკავშირდებარიბოსომებს რომლებიც ი–რნმ–ში ნუკლეინის მჟავების თანმიმდევრობას ამინომჟავების შესაბამის თანმიმდევრობაში „გადათარგმნიან“ და შესაბამის ცილას წარმოქმნიან. ამ უკანასკნელ პროცესს ტრანსლაცია ეწოდება. მასში კიდევ ერთი ტიპის რნმ–ები, ე.წ. სატრანსპორტო რნმ–ები (ტ–რნმ) იღებენ მონაწილეობას.
უჯრედები ორად გაყოფით მრავლდება. უჯრედის მარტივ გაყოფას (მიტოზს) წინ უსწრებს მისიგენომისრეპლიკაცია (გაორმაგება) და გაყოფა. ამის შემდეგ იყოფა ციტოპლაზმაც.
არსებობს უჯრედების გაყოფის უფრო რთული მექანიზმიც, რომელიც ორგანიზმებისსქესობრივი გამრავლებისას გამოიყენება. ამ შემთხვევაშიდიპლოიდური უჯრედის გენომი ორმაგდება, შემდეგ კი ოთხ თანაბარჰაპლოიდურ გენომად იყოფა. ასეთი გაყოფის (მეიოზის) შედეგად წარმოქმნილი უჯრედებიგამეტებს წარმოადგენენ. წყვილი გამეტის შერწყმით კი კვლავ დიპლოიდური უჯრედი (ზიგოტა) წარმოიქმნება.
თანამედროვეევოლუციური თეორიის მიხედვითბუნებრივი გადარჩევა გენებს შორის ხდება, უჯრედი კი მხოლოდ მათი დამცავი გარსია. ასეთი გარსით დაცული დნმ–ის ჯაჭვები დაუცველებთან შედარებით უპირატეს მდგომარეობაში არიან. სწორედ ეს შეიძლება ყოფილიყო უჯრედების განვითარებისა და გართულების მამოძრავებელი ძალა.
რაც შეეხება იმას, შესაძლებელი იყო თუ არა უჯრედის მსგავსი გარსი დნმ–ის (ან რნმ–ის) გარშემო სპონტანურად წარმოქმნილიყო, ლაბორატორიულად ნაჩვენებია, რომ ამინომჟავებისა და ფოსფორმჟავის ნარევის გათბობისას მართლაც წარმოიქმნება ცილოვანი მოლეკულები, რომლებიც უჯრედის მსგავს სფეროებად ჯგუფდება. ამ წარმონაქმნებს უჯრედის მემბრანის ძირითადი თვისებები გააჩნიათ. სავარაუდოდ, პირველი უჯრედები დედამიწაზე სწორედ ასეთი, ცილოვანი გლობულები იყო, რომელიც რნმ–ის მოლეკულის გარშემო იყვნენ შეჯგუფებული. ითვლება, რომ მემბრანა უჯრედმა შემდგომ შეიძინა, როგორც კიდევ ერთი უპირატესი თვისება დნმ–ის დასაცავად.
დღეს გავრცელებული თეორიით, ეუკარიოტული უჯრედი პროკარიოტული უჯრედებისსიმბიოზის შედეგად წარმოიშვა. თითქმის უეჭველია, რომ დნმ–ის შემცველი ორგანელები, როგორიცაამიტოქონდრია დაქლოროპლასტი,არქაული პროკარიოტული უჯრედისა და შესაბამისად ჟანგბადით მსუნთქავიბაქტერიის დაციანობაქტერიის თანაცხოვრების შედეგად წარმოიქმნა.
