Функции организма выполняют органы и системы органов, состоящие из тканевых элементов. Главный тканевый элемент – клетка. Любую функцию клетки реализуют при помощи конкретных белков, информация о химической структуре которых записана в эндогенной клеточной программе – генах.
Клетка состоит из трёх основных частей: плазматической мембраны, ядра (включая ядерный геном) и цитоплазмы (цитозоль с находящимися в нём структурированными субклеточными единицами – органеллами). К органеллам относят свободные рибосомы, гранулярную эндоплазматическую сеть (шероховатый эндоплазматический ретикулум), гладкую эндоплазматическую сеть (гладкий эндоплазматический ретикулум), митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы и пероксисомы.
В ядре содержится генетический материал в виде 23 пар хромосом. Реализация генетической информации происходит при участии ДНК и разных видов РНК. В ходе транскрипции (считывания) на ДНК-матрице синтезируется комплементарная ДНК молекула мРНК. Эта мРНК выходит из ядра в цитоплазму и соединяется с рибосомами. мРНК продвигается сквозь рибосому, и её нуклеотидная последовательность транслируется (переводится) в соответствующую последовательность аминокислот. Рибосомы – органеллы, функцией которых является считывание кода мРНК и сборка белков.
Эндоплазматический ретикулум – система плоских мембранных цистерн (гладкий эндоплазматический ретикулум), на наружной поверхности которого могут находиться рибосомы (шероховатый эндоплазматический ретикулум). Функции гладкого эндоплазматического ретикулума: депонирование ионов кальция, синтез стероидных гормонов. В шероховатом эндоплазматическом ретикулуме происходит синтез белков для плазматической мембраны, лизосом, пероксисом, а также синтез белков «на экспорт», т. е. предназначенных для секреции.
Митохондрии имеют форму цилиндра диаметром 0.2–1 мкм и длиной до 7 мкм (в среднем около 2 мкм). Органелла содержит наружную и внутреннюю мембраны с узким межмембранным пространством. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты – кристы, окружённые матриксом. Митохондрии выполняют в клетке множество функций: окисление в цикле Кребса, транспорт электронов, фосфорилирование АДФ, функцию контроля внутриклеточной концентрации кальция, синтез белков, образование тепла.
Комплекс Гольджи образован стопкой из 3-10 уплощённых и слегка изогнутых цистерн с расширенными концами. Функции комплекса Гольджи: модификация секреторного продукта, сортировка белков, концентрирование и упаковка секреторных продуктов.
Лизосомы – окружённые мембраной округлые пузырьки. Функцией лизосом является внутриклеточное пищеварение – переваривание материала внутриклеточных компонентов или частиц, различными путями попавших в клетку. Пероксисомы – мембранные пузырьки, особенно многочисленны в клетках печени и почек, и содержащие ферменты, катализирующие анаболические (биосинтез жёлчных кислот) и катаболические (окисление жирных кислот, разрушение ксенобиотиков) процессы.
Мышечное волокно является структурно-функциональной единицей скелетной мышцы. Скелетное мышечное волокно представляет собой симпласт, содержащий несколько тысяч ядер в общей цитоплазме. Имеет форму протяженного цилиндра длиной до 40 мм при диаметре от 10 до 80 мкм. Оболочка волокна (сарколемма) контактирует с элементами саркоплазматического ретикулума (депо кальция) посредством трубковидных впячиваний, называемых Т-трубочками.
Помимо митохондрий и других клеточных органелл, в цитоплазме (саркоплазме) мышечного волокна присутствуют миофибриллы. Это массивы белковых молекул, каждая миофибрилла содержит около 1500 толстых (белок миозин) и 3000 тонких (белок актин) нитей. Вся миофибрилла состоит из саркомеров, разделенных Z-линиями. В состоянии покоя длина саркомера составляет 2 мкм. При такой длине саркомера актиновые нити лишь частично перекрывают миозиновые нити. Миофибриллы – сократительные элементы мышечного волокна, обеспечивающие двигательную функцию. В этой функции также участвуют белки тропомиозин, тропонины и др.