Организация сотовой связи: Принципы организации сотовой сети мобильной связи

6. Системы сотовой связи. Мобильные системы связи

Принципы функционирования систем сотовой связи

В системах радиальной или радиально-зоновой УКВ-связи, характерными представителями которых, в частности, являются широко известная транкинговая система «Алтай» и ее модификации, максимальная дальность действия зависит от мощности передатчика, чувствительности приемника и уровня шума и ограничивается необходимостью прямой видимости между антеннами станций. Передатчики таких (и им подобных) систем для обеспечения максимальной дальности связи имеют достаточно большую мощность. Количество передатчиков, работающих в отведенной полосе частот, ограничено, потому что разнос частот между соседними каналами должен составлять не менее 12,5 кГц (для передачи сообщений одного абонента требуется один частотный канал).

В 70-е годы был предложен новый принцип организации связи, который позволил увеличить число абонентов и повысить качество связи: разбивать обслуживаемую территорию на небольшие участки, называемые сотами или ячейками.

Деление обслуживаемой территории на соты

Разделить обслуживаемую территорию на ячейки (соты) можно двумя способами: либо основанным на измерении статистических характеристик распространения сигналов в системах связи, либо основанным на измерении или расчете параметров распространения сигнала для конкретного района. При реализации первого способа вся обслуживаемая территория разделяется на одинаковые по форме зоны, и с помощью закона статистической радиофизики определяются их допустимые размеры и расстояния до других зон, в пределах которых выполняются условия допустимого взаимного влияния. Для оптимального, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения территории на соты использован шестиугольник, так как, если антенну с круговой диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет обеспечен доступ почти ко всем участкам соты. В этом случае тщательно измеряют или рассчитывают параметры системы для определения минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетворительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа местности, рассматривают возможность использования направленных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Повторное использование частот

Каждая из ячеек обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной мощностью и ограниченным числом каналов связи. Это позволяет без помех использовать повторно частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на значительное расстояние, ячейке. Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних ячейках. Но на практике зоны обслуживания сот могут перекрываться под действием различных факторов, например, вследствие изменения условий распространения радиоволн. Поэтому в соседних ячейках используются различные частоты. Обычно антенны базовых станций имеют круговые диаграммами направленности (передача сигнала одинаковой мощности по всем направлениям). Пример построения сот при использовании трех частот f₁ – f₃ представлен на рисунке 6.1. Именно возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.

Группа сот с различными наборами частот называется кластером. Определяющим его параметром является количество используемых в соседних сотах частот. На рисунке 6.1, например, размерность кластера равна трем. Но на практике это число может достигать пятнадцати. Базовые станции удалены друг от друга на расстояние В, называемое «защитным интервалом» (рисунок 6.1).

Смежные базовые станции, использующие различные наборы частотных каналов, образуют группу из С станций. Если каждой базовой станции выделяется набор из m каналов с шириной полосы каждого F_к, то общая ширина полосы, занимаемая системой сотовой связи, составит:

F_с = F_к*m*С (5.1)

Таким образом, величина С определяет минимально возможное число каналов в системе, поэтому ее часто называют частотным параметром системы, или коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от числа каналов в наборе и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки, следовательно, при использовании ячеек меньших радиусов имеется возможность увеличения повторяемости частот. Применение шестиугольных ячеек позволяет минимизировать ширину необходимого частотного диапазона, поскольку такая форма обеспечивает оптимальное соотношение между величинами С и В. Кроме того, шестиугольная форма наилучшим образом вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции, установленной в центре ячейки. Остановимся более подробно на вопросе выбора размера ячейки (радиуса R). Эти размеры определяют защитный интервал В между ячейками, в которых одни и те же частоты могут быть использованы повторно. Заметим, что величина защитного интервала В, кроме уже перечисленных факторов, зависит также от допустимого уровня помех и условий распространения радиоволн. В предположении, что интенсивность вызовов в пределах всей зоны одинакова, ячейки выбираются одного размера. Размер зоны обслуживания базовой станции, выражаемый через радиус ячейки R, определяет также число абонентов N, способных одновременно вести переговоры на всей территории обслуживания. Следовательно, уменьшение радиуса ячейки позволяет не только повысить эффективность использования выделенной полосы частот и увеличить абонентскую емкость системы, но и уменьшить мощность передатчиков и чувствительность приемников базовых и подвижных станций. Это, в свою очередь, улучшает условия электромагнитной совместимости средств сотовой связи с другими радиоэлектронными средствами и системами.

Эффективным способом снижения уровня помех может быть использование направленных секторных антенн с узкими диаграммами направленности. В секторе такой направленной антенны сигнал излучается преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще применять частоты в сотах повторно. Общеизвестный способ повторного использования частот в организованных таким образом сотах основан на применении 3-секторных антенн для каждой базовой станции и трех соседних базовых станций с формированием ими девяти групп частот (рисунок 6.2). В этом случае используются антенны с шириной диаграммы направленности 120°. Самую высокую эффективность использования полосы частот и, следовательно, наибольшее число абонентов сети, работающих в этой полосе, обеспечивает разработанный фирмой Motorola (США) способ повторного использования частот, при котором задействуются две базовые станции. При реализации этого способа каждая частота используется дважды в пределах кластера, состоящего из 4 ячеек; базовая станция каждой из них может работать на 12 частотах, используя антенны с диаграммой направленности шириной 60°.

Состав системы сотовой связи

Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией. Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32… Один из каналов является управляющим (control channel), в некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (call channel). На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и потому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает, как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т. е. частоты базовой и подвижной станций разнесены. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи (рисунок 6.3). Центр коммутации MSC – это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с тем, кто ему нужен в обычной телефонной сети и др.

Алгоритмы функционирования систем сотовой связи

Не смотря на разнообразие стандартов сотовой связи, алгоритмы их функционирования в основном сходны. Для абонента практически нет разницы, в каком стандарте осуществляется связь. Если ему нужно позвонить, то он просто нажимает клавишу на своём телефоне, что соответствует снятию трубки обычного телефона. Когда же радиотелефон находится в режиме ожидания (состояние “трубка положена” обычного телефона), его приёмное устройство постоянно сканирует (просматривает) либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями сотовой системы связи по управляющим каналам передаётся сигнал вызова. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового телефона вызываемого абонента.

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведёт к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путём автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной литературе – handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приёмником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом.

Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передаётся в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдаёт команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Переключение производится так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключений.

Иногда возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имеющихся на всех близко расположенных базовых станциях. Это происходит тогда, кода все каналы станций заняты обслуживанием абонентов и нет ни одного свободного, но поступает очередная заявка на обслуживание от подвижного абонента. В этом случае как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты.

При этом происходит поочерёдное переключение каналов в пределах одной и той же базовой станции для обеспечения связью всех абонентов.

Одна из важных услуг сетей сотовой связи – предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или страну, причём сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто ему звонит. В сотовой связи такая возможность называется роуминг (от англ. roam – скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (например, телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т.п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Т.е. для обеспечения роуминга в сотовых сетях необходимо выполнение трёх условий:

• наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой подключен данный радиотелефон;
• наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;
• наличие каналов связи между системами, обеспечивающими передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.

При перемещении абонента в другую сеть её центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

При организации роуминга не достаточно провести только технические мероприятия по соединению различных сетей сотовой связи. Очень важно ещё решить проблему взаиморасчётов между операторами этих сетей.

Различают три вида роуминга:

• автоматический, т.е. предоставление абоненту возможности выйти на связь “в любое время в любом месте”;
• полуавтоматический, когда абоненту для пользования данной услугой в каком-либо регионе необходимо предварительно поставить об этом в известность своего оператора;
• ручной, по сути, простой обмен одного радиотелефона на другой, подключенный к сотовой системе другого оператора.

Существующий объём услуг роуминга во многом определяется активностью деятельности конкретных компаний, так как возникающие при этом технические проблемы у всех приблизительно одинаковы (хотя в стандарте GSM услуга роуминга была заложена изначально). Перспективы развития этой сферы услуг зависят уже от распространённости стандартов.

Например, для создания единой сети стандарта GSM в России, предлагающей услуги роуминга в национальном масштабе, требуется организация связи с каждым региональным оператором. Кроме того, для передачи служебных сообщений необходим, как минимум, выделенный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 Кбит/с.

Сотовый радиотелефон и здоровье

Время от времени в средствах массовой информации поднимается вопрос о вредном воздействии на человека систем сотовой связи, в частности, связанном с последствиями облучения головного мозга при пользовании сотовым радиотелефоном. Однако пока не установлены какие-либо статистически обоснованные закономерности распространения тех или иных заболеваний среди абонентов систем сотовой связи.

Никто не может, категорически утверждать, что нет вреда от радиотелефонов, равно как никто не может утверждать, что вред есть. Исследования в этой области ведутся с начала 90-х годов. Все учёные единодушно сходятся на том, что электромагнитное излучение сотовых телефонов, конечно же, влияет на ткани головного мозга.

Принципы организации сотовой системы подвижной связи стандарта NMT-450

В настоящее время огромное распространение получила сотовая связь, множество людей во всем мире пользуются услугами разных компаний и разными моделями сотовых телефонов, но, к сожалению, не многие знают о принципах построения связи и о самих стандартах, в целом.

И дабы устранить этот пробел в знаниях, предлагаю вашему вниманию цикл статей, в которых расскажу о некоторых стандартах сотовой связи. Сегодня речь пойдет об аналоговой системе сотовой связи стандарта NMT.

Разработка системы сотовой связи стандарта NMT-450 была закончена в 1978 г., а эксплуатация первых систем сотовой подвижной радиотелефонной связи общего пользования этого стандарта началась в 1981 г. в Швеции (октябрь) и Норвегии (ноябрь), а к 1982 г. – в Дании (январь), Финляндии (март) и Испании (июнь). Однако первая сеть NMT-450 начала свою работу в сентябре 1981 г. в Саудовской Аравии, которую смонтировала и запустила Шведская компания Ericsson, принимавшая активное участие в создании сетей NMT-450 в Скандинавии. К 1985 г. число абонентов системы достигло 180 тыс., а рост количества составлял 5 тыс. в месяц. Но работы с запуском системы NMT-450 по стандарту NMT не закончились. В 1983 г. решили начать разработку системы NMT-900 с диапазоном 900 МГц. Эта система начала свою работу только в декабре 1986 г. В настоящее время сети NMT-450 и NMT-900 продолжают свою работу, но постепенно им приходится сдавать свои позиции под напором новых, более совершенных цифровых стандартов.

Изначально системы стандарта NMT (Nordic Mobile Telephone) были предназначены для 5 североевропейских стран. Это были аналоговые системы первого поколения, которые работали в диапазоне 450-467 МГц и имели 180 каналов связи шириной по 25 кГц каждый. За счет многократного использования частот эффективное число каналов составляло 5568. Среднее число каналов, выделяемое базовым станциям, было равно 30. Ячейки с радиусом, находящимся в диапазоне 5-25 км, покрывали территории этих стран. Сети на основе модификаций данного стандарта находят применение во многих странах мира в настоящее время благодаря большой зоне обслуживания, низкой цене установки и запуска, наращиваемости и простоте технического обслуживания.

Характерной особенностью стандарта является то, что все подвижные абоненты имеют возможность работать в любой из стран, входящих в систему, благодаря тому, что подвижные станции полностью совместимы со всеми базовыми станциями системы любой страны, В настоящее время более 40 стран мира используют системы сотовой подвижной связи стандартов NMT-450 и NMT-900, работающие в диапазоне частот 450 и 900 МГц, соответственно. Основное различие между этими стандартами заключается в том, что с повышением используемых частот стало возможным уменьшение габаритов радиотелефона, а также расширение спектра услуг связи и управления.

К основным достоинствам стандарта NMT следует отнести надежную работу на открытых пространствах и возможность брать телефон с собой в поездку в те страны, где используется этот стандарт. Система сотовой связи стандарта обеспечивает:

• Вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора в автоматическом режиме;
• Организацию связи между подвижной станцией и любым абонентом стационарной телефонной сети или с любой включенной в систему подвижной станцией, независимо от страны;
• Автоматический поиск подвижного абонента в пределах объединенных сетей сотовой связи.

Системы сотовой связи этого стандарта, кроме передачи речевых сообщений на местном, междугороднем и международном уровнях, позволяют отправлять телефаксы и иметь доступ к различным базам данных (скорость передачи данных не должна превышать 4,8 Кбит/с), а также предоставляют абонентам следующие сервисные услуги: переадресацию вызова на другой номер, ограничение вызова (продолжительности разговора), конференц-связь трех абонентов, организацию пользовательских групп с сокращенным набором номера и т.

п.

Стандарт NMT-450 был усовершенствован: увеличилась производительность системы связи; повысилось качество работы; произведена защита доступа к сети с помощью системы идентификации абонента, исключившая возможность пиратского использования канала связи. Эта доработанная версия стандарта получила обозначение NMT-450i (кстати, стандарт применяется для построения сотовой связи совместным предприятием “Белсел”, коммерческая эксплуатация которой в Беларуси началась 7 мая 1993 года). Основной ее особенностью является применение так называемой SS N 7 (Сигнализации Номер 7 по спецификации МККТТ), что позволяет быстрее переключать абонентские станции на обслуживание другой базовой станцией при перемещениях абонента, выполнять функции их идентификации и снижать потребление энергии радиотелефонами.

Основные характеристики стандарта NMT-450 сохранены и в более новой его версии NMT-900 (см. табл. 1).

Таблица 1. Основные характеристики стандартов NMT-450 и NMT-900
Наименование параметра	NMT-450 (NMT-450i)	NMT-900
Полоса частот, МГц: для передачи подвижной станцией для приема подвижной станцией	453,0-457,5 463,0-467,5	890-915 935-960
Частотный разнос каналов, кГц	25 (20)	25
Количество каналов	180(225)	999
Дуплексный разнос каналов приема и передачи, МГц	10	45
Мощность передатчика базовой станции, Вт	До 50	До 25
Мощность передатчика подвижной станции, Вт	0,15-15	0,1-6
Радиус ячейки, км	15-40	2-20

Состав системы сотовой подвижной связи стандарта NMT-450

Система сотовой подвижной связи стандарта NMT-450 предназначена для обслуживания наземных подвижных абонентов, но может быть использована и морскими подвижными службами вблизи берега.

Принцип работы системы подвижной связи основан на взаимодействии с телефонной сетью общего пользования. Структурная схема подобной типовой сети представлена на рис. 1.

Рис. 1

В состав сетей сотовой подвижной связи входят:

• Центр коммутации подвижной связи (MSC)
• Базовые станции (BTS)
• Подвижные станции (MS)
• Различные контроллеры

Центр коммутации подвижной связи обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи и является соединительным звеном между подвижными станциями и телефонной сетью общего пользования. Каждый MSC обслуживает группу базовых станций, совокупность которых образует его зону обслуживания (на рис. 1 зоны обслуживания выделены серым цветом).

Система спроектирована таким образом, что, в зависимости от значимости абонентов, она может предоставлять им некоторые преимущества в обслуживании, например, приоритет вызова, сокращенный набор и т. п.

Каналы связи каждой базовой станции подразделяются на разговорные каналы и каналы управления (вызова). По каналу управления передается специальный сигнал опознавания. По свободным разговорным каналам транслируется другой сигнал опознавания, подтверждающий, что канал свободен и может быть использован для ведения переговоров. Все подвижные станции, находящиеся в зоне действия базовых станций, постоянно работают на прием на частоте канала управления. В случае, когда все разговорные каналы заняты, допускается использование канала управления для ведения разговора.

Организация соединений и принципы адресации абонентов

В системе сотовой подвижной связи стандарта NMT вызов всех типов подвижных станций производится одновременно всеми базовыми станциями, расположенными в зоне связи. Когда подвижная станция принимает сигнал вызова, содержащий ее опознавательный номер (номер радиотелефона), она отвечает сигналом подтверждения на соответствующей частоте канала управления. После этого MSC передает канал связи той базовой станции, в зоне которой оказался абонент.

Во всех странах подвижные абоненты радиотелефонной сети идентифицируются номером ZX1Х2Х3Х4Х5Х6Х7, который присутствует во всех направлениях передачи данных.

Цифра Z используется только внутри самой системы, а не набирается вызывающим абонентом. При вызове подвижного абонента эта цифра прибавляется к номеру абонента тем радиотелефонным коммутатором, в зоне обслуживания которого он находится. При передаче от подвижного абонента цифра Z автоматически формируется его станцией.

Кроме того, формируется еще код доступа, состоящий из префикса Рn (0 или 9) и двух цифр М1М2, а при организации международного вызова вместо кода доступа – код страны I1I2I3, после чего служебная информация посылается в эфир.

Установление входящего вызова

Протокол установления входящего вызова в системе NMT построен следующим образом. В исходном состоянии подвижная станция MS настроена на частоту канала управления, имеющего максимальный уровень сигнала. Вызов абонента производится центром коммутации MSC через все базовые станции BTS, которые относятся к так называемой зоне вызова, в которой расположен подвижный абонент в данный момент времени (рис. 2).

Рис. 2

Во время подачи вызова базовая станция (по команде MSC) постоянно излучает контрольный сигнал (тональный сигнал частотой около 4 кГц) и посылает его в сторону подвижной станции, которая ретранслирует этот сигнал по каналу управления на базовую станцию. Ретранслированный сигнал принимается, детектируется и оценивается базовой станцией (определяется отношение сигнал/шум в канале передачи, усредненное за определенный промежуток времени). Базовые станции посылают информацию о результатах оценки отношения сигнал/шум в MSC. Если качество передачи сигнала соответствует норме, то устанавливается соединение по этому каналу. Аппаратурой MSC выделяется разговорный радиоканал, номер которого сообщается по каналу управления на MS, после чего канал управления освобождается. В противном случае MSC принимает решение о подключении другой базовой станции или об окончании разговора.

Далее осуществляется контроль установленного между BTS и MSC разговорного канала на правильность выполненных операций. При этом, по запросу MSC, подвижная станция MS передает ранее принятый номер радиоканала, который идентифицируется в центре коммутации. В случае отсутствия ошибок центр коммутации передает исполнительную команду вызова “включить сигнал” (звонок). Входящий вызов завершается окончательным переключением на разговорный канал и включением на соответствующей базовой станции BTS тонального сигнала частотой 4 кГц (внеполосная модуляция в радиоканале) для непрерывного контроля качества связи.

Установление исходящего вызова

Если подвижный абонент снимает трубку для организации исходящего вызова, то он набирает номер, который переписывается в запоминающее устройство (ЗУ) его станции. После этого станция находит один из свободных разговорных каналов и по нему передает сигнал “канал занят”. Со стороны центра MSC производится подтверждение принятия этого сигнала, в ответ на который подвижная станция выдаст свое подтверждение. При получении этого подтверждения аппаратура MSC передает на MS сигнал готовности к приему номера. Из ЗУ подвижной станции по разговорному радиоканалу транслируется номер вызываемого абонента, и после подтверждения приема номера центром коммутации MSC проводная телефонная пара стыкуется с радиотрактом. Ответ вызываемого абонента служит основанием для формирования разговорного тракта и включения на базовой станции тонального сигнала частотой 4 кГц для контроля качества передачи.

Таким образом, обмен сигналами в системе стандарта NMT ведется по разговорным радиоканалам, система работает с взаимным многократным подтверждением приема каждого сигнала, что обеспечивает высокую надежность связи.

Обмен сообщениями в режиме эстафетной передачи

В режиме эстафетной передачи в системе NMT протокол обмена сообщениями выглядит следующим образом (рис. 3).

Рис. 3

Контроль за качеством речи ведется по тональному сигналу частотой 4 кГц, который методом внеполосной модуляции вводится в разговорный тракт на станции BTS1. Этот сигнал излучается совместно с речевым сигналом в сторону подвижного абонента и ретранслируется им на базовую станцию, где производится оценивание его параметров. При уменьшении величины ответного сигнала ниже порогового значения центр MSC выдает на соседние базовые станции команду произвести измерение отношения сигнал/шум с указанием номера используемого в настоящий момент радиоканала РК1. Для этих целей все базовые станции снабжены многоканальными приемниками-мониторами. По результатам полученных измерений MSC выбирает базовую станцию с максимальным значением уровня принимаемого сигнала (например, BTS2) и выделяет свободный радиоканал РК2 в зоне действия этой станции. По радиоканалу РК1 через станцию BTS1 на MS передается номер нового радиоканала РК2, по которому аппаратура абонента и центра коммутации взаимодействуют с помощью сигналов “передача-подтверждение”. По окончании обмена MSC производит переключение соответствующих устройств и проводной телефонной пары для продолжения разговора по новому разговорному каналу. После переключения всех необходимых цепей с базовой станции BTS1 на базовую станцию BTS2 центр коммутации MSC отключает телефонную пару, соединенную с радиоканалом РК1 на станции BTS1.

Теперь поговорим о преимуществах и недостатках стандарта NMT.

Преимущества

Одним из основных преимуществ является большой радиус действия соты (передатчика), что немаловажно для абонентов этого стандарта. Для жителей Беларуси прежде всего важно то, что стандарт NMT несет в себе большую, по сравнению со стандартом GSM, зону покрытия нашей республики. В этом стандарте намного дешевле исходящая связь. Возможна детализированная распечатка разговоров. Кроме этого, нет абонентской платы и залога за международную связь, а также малый залог и абонентская плата за роуминг. В Минске у вас будет прямой номер, т.е. возможность звонить с телефона-автомата.

Недостатки

В отличие от стандарта GSM, применяемого в городе Минске, в стандарте NMT оплачивается входящий звонок. Возникает возможность помех из-за аналоговой передачи звука. Возникают сложности при программировании, когда вы заменяете трубку. У нас в стране малый роуминг – всего лишь 3 страны (Россия, Украина, Болгария, был роуминг с Литвой, Латвией и Польшей, но с 31.12.02 эти страны стали сворачивать свое оборудование). Взимается абонентская плата за голосовую почту.

Для стандарта NMT характерно меньшее количество моделей трубок и их больший размер.

И о здоровье. Шведскими учеными было проведено исследование, результаты которого опубликованы в “Европейском журнале предупреждения рака” (European Journal of Cancer Prevention) и которое основано на сравнении результатов обследования 1617 шведских пациентов, у которых между 1997 и 2000 гг. были обнаружены опухоли мозга, и аналогичной по численности контрольной группы здоровых людей.

Исследователи обнаружили, что для пациентов, пользовавшихся мобильными телефонами стандарта NMT, риск возникновения раковой опухоли мозга в том месте, где трубка прикладывалась к голове, возрастал на 30%, по сравнению с теми, кто не использовал такие телефоны. Для тех, кто использовал стандарт NMT более 10 лет, риск возрастал на 80%.

Вот такой вот стандарт, как видим, ничего сверхсложного. Достаточно запомнить пару-тройку умных слов, и вы с легкостью объясните (я искренне надеюсь на это) своим корешам, как работает их сотовый.

В следующих номерах читайте про цифровой стандарт GSM (если кто не знает, компании Velcom и MTC обеспечивают связь именно этого стандарта).

Андриан ЯНУШКОВСКИЙ,
yanminsk@tut.by

«Межклеточная коммуникация: разнообразные структуры для обмена генетической информацией»

1. Мельник С.В., Молнар А., Баулкомб Д.С. Межклеточное и системное движение сигналов молчания РНК. EMBO J. 2011; 30:3553–63. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

2. Brosnan CA, Voinnet O. Перемещение siRNA между клетками и на большие расстояния в растениях: механизмы и биологические последствия. Curr Opin Plant Biol. 2011;14:580–7. [PubMed] [Google Scholar]

3. Carlsbecker A, et al. Передача сигналов клетками с помощью микроРНК165/6 направляет зависящую от дозы гена судьбу клеток корня. Природа. 2010; 465:316–21. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

4. Dunoyer P, et al. Дуплексы малых РНК функционируют как мобильные сигналы молчания между растительными клетками. Наука. 2010;328:912–6. [PubMed] [Google Scholar]

5. Molnar A, et al. Малые сайленсинговые РНК в растениях мобильны и направляют эпигенетическую модификацию в клетки-реципиенты. Наука. 2010; 328:872–5. [PubMed] [Google Scholar]

6. Slotkin RK, et al. Эпигенетическое перепрограммирование и молчание малых РНК мобильных элементов в пыльце. Клетка. 2009; 136: 461–72. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

7. Фаер А и др. Мощная и специфическая генетическая интерференция двухцепочечной РНК у Caenorhabditis elegans. Природа. 1998; 391: 806–11. [PubMed] [Google Scholar]

8. Хосе А.М., Гарсия Г.А., Хантер С.П. Между тканями Caenorhabditis elegans перемещаются два класса сайленсинговых РНК. Nat Struct Mol Biol. 2011 [бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

9. Whangbo JS, Hunter CP. РНК-интерференция окружающей среды. Тенденции Жене. 2008; 24: 297–305. [PubMed] [Академия Google]

10. Уинстон В.М., Молодович С., Хантер С.П. Системная РНКи у C. elegans требует предполагаемого трансмембранного белка SID-1. Наука. 2002; 295:2456–9. [PubMed] [Google Scholar]

11. Skog J, et al. Микровезикулы глиобластомы транспортируют РНК и белки, которые способствуют росту опухоли и обеспечивают диагностические биомаркеры. Nat Cell Biol. 2008;10:1470–6. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

12. Valadi H, et al. Опосредованный экзосомами перенос мРНК и микроРНК представляет собой новый механизм генетического обмена между клетками. Nat Cell Biol. 2007;9: 654–9. [PubMed] [Google Scholar]

13. Mittelbrunn M, et al. Однонаправленный перенос экзосом, нагруженных микроРНК, от Т-клеток к антигенпрезентирующим клеткам. Нац коммун. 2011;2:282. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

14. Montecalvo A, et al. Механизм переноса функциональных микроРНК между дендритными клетками мыши через экзосомы. Кровь. 2012; 119: 756–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

15. Thery C, Ostrowski M, Segura E. Мембранные везикулы как транспортеры иммунных ответов. Нат Рев Иммунол. 2009 г.;9:581–93. [PubMed] [Google Scholar]

16. Simons M, Raposo G. Экзосомы — везикулярные носители для межклеточной коммуникации. Curr Opin Cell Biol. 2009; 21: 575–81. [PubMed] [Google Scholar]

17. Trajkovic K, et al. Церамид запускает отпочкование везикул экзосом в мультивезикулярные эндосомы. Наука. 2008; 319:1244–7. [PubMed] [Google Scholar]

18. Babst M. Образование пузырьков MVB: ESCRT-зависимое, ESCRT-независимое и все, что между ними. Curr Opin Cell Biol. 2011;23:452–7. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

19. Бобри А., Коломбо М., Рапозо Г., Тери С. Секреция экзосом: молекулярные механизмы и роль в иммунных реакциях. Трафик. 2011; 12:1659–68. [PubMed] [Google Scholar]

20. Cocucci E, Racchetti G, Meldolesi J. Выпадающие микровезикулы: артефактов больше нет. Тенденции клеточной биологии. 2009; 19:43–51. [PubMed] [Google Scholar]

21. Baj-Krzyworzeka M, et al. Опухолевые микровезикулы несут несколько поверхностных детерминант и мРНК опухолевых клеток и переносят некоторые из этих детерминант на моноциты. Рак Иммунол Иммунотер. 2006; 55: 808–18. [PubMed] [Академия Google]

22. Ehnfors J, et al. Горизонтальный перенос опухолевой ДНК в эндотелиальные клетки in vivo. Смерть клеток 2009; 16: 749–57. [PubMed] [Google Scholar]

23. Pegtel DM, et al. Функциональная доставка вирусных микроРНК через экзосомы. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107:6328–33. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

24. Meckes DG, Jr., et al. Вирус опухоли человека использует экзосомы для межклеточной коммуникации. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107:20370–5. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

25. Balaj L, et al. Опухолевые микровезикулы содержат элементы ретротранспозонов и амплифицированные последовательности онкогенов. Нац коммун. 2011;2:180. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

26. Irion U, St Johnston D. Локализация бикоидной РНК требует специфического связывания эндосомального сортирующего комплекса. Природа. 2007; 445: 554–8. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

27. Gibbings DJ, Ciaudo C, Erhardt M, Voinnet O. Мультивезикулярные тельца связаны с компонентами эффекторных комплексов миРНК и модулируют активность миРНК. Nat Cell Biol. 2009 г.;11:1143–9. [PubMed] [Google Scholar]

28. Lee YS, et al. Сайленсинг с помощью малых РНК связан с эндосомальным переносом. Nat Cell Biol. 2009;11:1150–6. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

29. Deregibus MC, et al. Микровезикулы, происходящие из эндотелиальных клеток-предшественников, активируют ангиогенную программу в эндотелиальных клетках путем горизонтального переноса мРНК. Кровь. 2007; 110:2440–8. [PubMed] [Google Scholar]

30. Zernecke A, et al. Доставка микроРНК-126 апоптотическими тельцами индуцирует CXCL12-зависимую защиту сосудов. Научный сигнал. 2009 г.;2:ra81. [PubMed] [Google Scholar]

31. Zhang Y, et al. Секретируемая моноцитарная миР-150 усиливает направленную миграцию эндотелиальных клеток. Мол Ячейка. 2010; 39: 133–44. [PubMed] [Google Scholar]

32. Grange C, et al. Микровезикулы, высвобождаемые из стволовых клеток рака почки человека, стимулируют ангиогенез и образование преметастатической ниши в легких. Рак рез. 2011;71:5346–56. [PubMed] [Google Scholar]

33. Arroyo JD, et al. Комплексы Argonaute2 несут популяцию циркулирующих микроРНК, не зависящую от везикул в плазме человека. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108:5003–8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

34. Турчинович А., Вейц Л., Лангхейнц А., Бурвинкель Б. Характеристика внеклеточной циркулирующей микроРНК. Нуклеиновые Кислоты Res. 2011; 39:7223–33. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

35. Vickers KC, Palmisano BT, Shoucri BM, Shamburek RD, Remaley AT. МикроРНК транспортируются в плазме и доставляются в клетки-реципиенты с помощью липопротеинов высокой плотности. Nat Cell Biol. 2011;13:423–33. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

36. Wang K, Zhang S, Weber J, Baxter D, Galas DJ. Экспорт микроРНК и микроРНК-защитного белка клетками млекопитающих. Нуклеиновые Кислоты Res. 2010; 38:7248–59. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

37. Shih JD, Hunter CP. SID-1 представляет собой селективный к дцРНК канал, управляемый дцРНК. РНК. 2011;17:1057–65. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

38. Косака Н., Игучи Х., Очия Т. Циркулирующие микроРНК в жидкости организма: новый потенциальный биомаркер для диагностики и прогнозирования рака. Онкологические науки. 2010;101:2087–92. [PubMed] [Google Scholar]

39. Wolfrum C, et al. Механизмы и оптимизация доставки липофильных миРНК in vivo. Нац биотехнолог. 2007;25:1149–57. [PubMed] [Google Scholar]

40. Valiunas V, et al. Коннексин-специфический перенос коротких интерферирующих РНК от клетки к клетке через щелевые контакты. Дж. Физиол. 2005; 568: 459–68. [Статья бесплатно PMC] [PubMed] [Google Scholar]

41. Kizana E, Cingolani E, Marban E. Неклеточно-автономные эффекты экспрессируемых вектором регуляторных РНК в клетках сердца млекопитающих. Джин Тер. 2009; 16:1163–8. [PubMed] [Google Scholar]

42. Hosoda T, et al. Дифференцировка стволовых клеток сердца человека регулируется миркринным механизмом. Тираж. 2011; 123:1287–96. [Статья PMC бесплатно] [PubMed] [Google Scholar]Retracted

43. Lim PK, et al. Импорт микроРНК из стромальных клеток костного мозга, опосредованный щелевыми соединениями, может вызывать остановку клеточного цикла в клетках рака молочной железы. Рак рез. 2011;71:1550–60. [PubMed] [Google Scholar]

44. Katakowski M, Buller B, Wang X, Rogers T, Chopp M. Функциональная микроРНК переносится между клетками глиомы. Рак рез. 2010;70:8259–63. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

45. Braun RE, Behringer RR, Peschon JJ, Brinster RL, Palmiter RD. Генетически гаплоидные сперматиды фенотипически диплоидны. Природа. 1989;337:373-6. [PubMed] [Google Scholar]

46. Morales CR, et al. Комплекс TB-RBP и Ter ATPase сопровождает специфические мРНК из ядер через ядерные поры и в межклеточные мостики в зародышевых клетках самцов мышей. Дев биол. 2002; 246: 480–94. [PubMed] [Google Scholar]

47. Дэвис Д.М., Совински С. Мембранные нанотрубки: динамические соединения на большие расстояния между клетками животных. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008; 9: 431–6. [PubMed] [Google Scholar]

48. Huse M, Quann EJ, Davis MM. Крики, шепот и поцелуй смерти: направленная секреция в Т-клетках. Нат Иммунол. 2008;9: 1105–11. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

49. Висенте-Мансанарес М., Санчес-Мадрид Ф. Роль цитоскелета во время реакции лейкоцитов. Нат Рев Иммунол. 2004; 4:110–22. [PubMed] [Google Scholar]

50. Варма Р., Кампи Г., Йокосука Т., Сайто Т., Дастин М.Л. Проксимальные сигналы Т-клеточного рецептора поддерживаются в периферических микрокластерах и заканчиваются в центральном надмолекулярном кластере активации. Иммунитет. 2006; 25:117–27. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

51. Гриффитс Г.М., Цун А., Стинчкомб Дж.К. Иммунологический синапс: центр эндоцитоза и экзоцитоза. Джей Селл Биол. 2010; 189: 399–406. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

52. Davis DM. Межклеточный перенос белков клеточной поверхности является обычным явлением и может влиять на многие стадии иммунного ответа. Нат Рев Иммунол. 2007; 7: 238–43. [PubMed] [Google Scholar]

53. Chauveau A, Aucher A, Eissmann P, Vivier E, Davis DM. Мембранные нанотрубки облегчают взаимодействие на большом расстоянии между естественными клетками-киллерами и клетками-мишенями. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107:5545–50. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

54. Mendoza-Naranjo A, et al. Функциональные щелевые контакты накапливаются в иммунологических синапсах и способствуют активации Т-клеток. Дж Иммунол. 2011; 187:3121–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

55. Qureshi OS, et al. Трансэндоцитоз CD80 и CD86: молекулярная основа внеклеточной функции CTLA-4. Наука. 2011;332:600–3. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

56. Stinchcombe JC, Bossi G, Booth S, Griffiths GM. Иммунологический синапс ЦТЛ содержит секреторный домен и мембранные мостики. Иммунитет. 2001; 15: 751–61. [PubMed] [Академия Google]

57. Уэда Х., Морфью М.К., Макинтош Дж.Р., Дэвис М.М. Синапсы CD4+ T-клеток включают несколько различных стадий. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011;108:17099–104. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

58. Court FA, Hendriks WT, MacGillavry HD, Alvarez J, van Minnen J. Перенос рибосом из клетки Шванна в аксон: к новому пониманию роли глии в нервная система. Дж. Нейроски. 2008; 28:11024–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

59. Lachenal G, et al. Высвобождение экзосом из дифференцированных нейронов и его регуляция синаптической глутаматергической активностью. Мол Селл Нейроски. 2011;46:409–18. [PubMed] [Google Scholar]

60. Korkut C, et al. Транссинаптическая передача везикулярных сигналов Wnt через Evi/Wntless. Клетка. 2009; 139: 393–404. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

61. Dinger ME, Mercer TR, Mattick JS. РНК как внеклеточные сигнальные молекулы. Дж Мол Эндокринол. 2008;40:151–9. [PubMed] [Google Scholar]

62. Igakura T, et al. Распространение HTLV-I между лимфоцитами за счет вирус-индуцированной поляризации цитоскелета. Наука. 2003;299: 1713–6. [PubMed] [Google Scholar]

63. Джолли С., Кашефи К., Холлинсхед М., Саттентау К.Дж. Перенос клетки ВИЧ-1 в клетку через индуцированный Env актинзависимый синапс. J Эксперт Мед. 2004; 199: 283–93. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

64. Izquierdo-Useros N, et al. ВИЧ и зрелые дендритные клетки: троянские экзосомы верхом на троянском коне? PLoS Патог. 2010;6:e1000740. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

65. Saleh MC, et al. Противовирусный иммунитет у дрозофилы требует распространения системной РНК-интерференции. Природа. 2009 г.;458:346–50. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

66. Sijen T, et al. О роли амплификации РНК в сайленсинге генов, запускаемом дцРНК. Клетка. 2001; 107: 465–76. [PubMed] [Google Scholar]

67. Vaistij FE, Jones L, Baulcombe DC. Распространение нацеливания РНК и метилирования ДНК при сайленсинге РНК требует транскрипции гена-мишени и предполагаемой РНК-зависимой РНК-полимеразы. Растительная клетка. 2002; 14:857–67. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

68. Maida Y, et al. РНК-зависимая РНК-полимераза, образованная TERT и РНК RMRP. Природа. 2009 г.;461:230–5. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

69. Cortez MA, et al. МикроРНК в жидкостях организма — смесь гормонов и биомаркеров. Nat Rev Clin Oncol. 2011; 8: 467–77. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

70. Small EM, Olson EN. Всепроникающая роль микроРНК в биологии сердечно-сосудистой системы. Природа. 2011; 469:336–42. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

71. Rosenfeld N, et al. МикроРНК точно определяют происхождение раковой ткани. Нац биотехнолог. 2008; 26: 462–9.. [PubMed] [Google Scholar]

72. Hung EC, Chiu RW, Lo YM. Обнаружение циркулирующих нуклеиновых кислот плода: обзор методов и приложений. Джей Клин Патол. 2009;62:308–13. [PubMed] [Google Scholar]

73. Alvarez-Erviti L, et al. Доставка siRNA в мозг мыши путем системной инъекции экзосом-мишеней. Нац биотехнолог. 2011;29:341–5. [PubMed] [Google Scholar]

Cell | Определение, типы, функции, схема, деление, теория и факты

животная клетка

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Торбьорн Оскар Касперссон Даниэль Мазия Фред Х. Гейдж Линн Маргулис Ральф М. Штейнман

Похожие темы:

стволовая клетка салфетка жировая клетка восстановление ДНК мембрана

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое клетка?

Клетка представляет собой массу цитоплазмы, которая снаружи связана клеточной мембраной. Обычно микроскопические по размеру клетки являются мельчайшими структурными единицами живой материи и составляют все живое. Большинство клеток имеют одно или несколько ядер и других органелл, выполняющих различные задачи. Некоторые отдельные клетки представляют собой полноценные организмы, например бактерии или дрожжи. Другие являются специализированными строительными блоками многоклеточных организмов, таких как растения и животные.

Что такое клеточная теория?

Клеточная теория утверждает, что клетка является фундаментальной структурной и функциональной единицей живой материи. В 1839 году немецкий физиолог Теодор Шванн и немецкий ботаник Маттиас Шлейден провозгласили, что клетки являются «элементарными частицами организмов» как растений, так и животных, и признали, что одни организмы одноклеточные, а другие многоклеточные. Эта теория ознаменовала большой концептуальный прорыв в биологии и привела к возобновлению внимания к жизненным процессам, происходящим в клетках.

Что делают клеточные мембраны?

Клеточная мембрана окружает каждую живую клетку и отделяет клетку от окружающей среды. Он служит барьером для удержания содержимого клетки внутри и проникновения нежелательных веществ. Он также функционирует как ворота для активного и пассивного перемещения основных питательных веществ в клетку и выхода из нее отходов. Определенные белки в клеточной мембране участвуют в межклеточных коммуникациях и помогают клетке реагировать на изменения в окружающей среде.

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

клетка , в биологии основная связанная с мембраной единица, содержащая основные молекулы жизни и из которой состоят все живые существа. Отдельная клетка часто сама по себе является целым организмом, таким как бактерия или дрожжи. Другие клетки приобретают специализированные функции по мере своего созревания. Эти клетки взаимодействуют с другими специализированными клетками и становятся строительными блоками больших многоклеточных организмов, таких как люди и другие животные. Хотя клетки намного больше атомов, они все же очень малы. Самые маленькие известные клетки представляют собой группу крошечных бактерий, называемых микоплазмами; некоторые из этих одноклеточных организмов представляют собой сферы размером всего 0,2 мкм в диаметре (1 мкм = примерно 0,000039дюйм) с общей массой 10 ^-14 грамм, что равно массе 8 000 000 000 атомов водорода. Клетки человека обычно имеют массу в 400 000 раз больше, чем масса одной микоплазменной бактерии, но даже человеческие клетки имеют диаметр всего около 20 мкм. Чтобы покрыть головку булавки, потребовался бы лист примерно из 10 000 человеческих клеток, а каждый человеческий организм состоит из более чем 30 000 000 000 000 клеток.

сходства и различия клеток

Посмотреть все видео к этой статье

В этой статье клетка обсуждается как отдельная единица, так и составляющая часть более крупного организма. Как индивидуальная единица, клетка способна усваивать свои собственные питательные вещества, синтезировать многие типы молекул, обеспечивать свою собственную энергию и воспроизводить себя, чтобы производить последующие поколения. Его можно рассматривать как закрытый сосуд, внутри которого одновременно протекают бесчисленные химические реакции. Эти реакции находятся под очень точным контролем, так что они способствуют жизни и размножению клетки. В многоклеточном организме клетки становятся специализированными для выполнения различных функций в процессе дифференцировки. Для этого каждая клетка поддерживает постоянную связь со своими соседями. Получая питательные вещества из окружающей среды и выбрасывая в нее отходы, она прикрепляется к другим клеткам и сотрудничает с ними. Кооперативные сборки подобных клеток образуют ткани, а кооперация между тканями, в свою очередь, образует органы, выполняющие функции, необходимые для поддержания жизни организма.

Рассмотрим, как одноклеточный организм содержит необходимые структуры для питания, роста и размножения

Просмотреть все видео к этой статье

Особое внимание в этой статье уделяется животным клеткам с некоторым обсуждением процессов синтеза энергии и внеклеточных компоненты, присущие растениям. (Для подробного обсуждения биохимии растительных клеток см. , см. фотосинтез. Для полного рассмотрения генетических событий в клеточном ядре см. , см. наследственность.)

Брюс М. Альбертс

Природа и функция клеток

Клетка окружена плазматической мембраной, которая образует избирательный барьер, который позволяет питательным веществам проникать и выходить отходам. Внутренняя часть клетки организована в виде множества специализированных отделений или органелл, каждое из которых окружено отдельной мембраной. Одна главная органелла, ядро, содержит генетическую информацию, необходимую для роста и размножения клеток. Каждая клетка содержит только одно ядро, тогда как другие типы органелл присутствуют во множественных экземплярах в клеточном содержимом или цитоплазме. Органеллы включают митохондрии, которые отвечают за энергетические обмены, необходимые для выживания клеток; лизосомы, которые переваривают нежелательные вещества внутри клетки; и эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, которые играют важную роль во внутренней организации клетки, синтезируя выбранные молекулы, а затем обрабатывая, сортируя и направляя их в нужное место. Кроме того, растительные клетки содержат хлоропласты, отвечающие за фотосинтез, при котором энергия солнечного света используется для преобразования молекул углекислого газа (CO ₂ ) и воду (H ₂ O) в углеводы. Между всеми этими органеллами находится пространство в цитоплазме, называемое цитозолем. Цитозоль содержит организованный каркас волокнистых молекул, составляющих цитоскелет, который придает клетке форму, позволяет органеллам двигаться внутри клетки и обеспечивает механизм, с помощью которого может двигаться сама клетка. Цитозоль также содержит более 10 000 различных видов молекул, которые участвуют в клеточном биосинтезе — процессе образования больших биологических молекул из малых.

Викторина “Британника”

Золотое дно биологии

Специализированные органеллы характерны для клеток организмов, известных как эукариоты. Напротив, клетки организмов, известных как прокариоты, не содержат органелл и обычно меньше эукариотических клеток. Однако все клетки имеют сильное сходство в биохимических функциях.

Молекулы клеток

Понять, как клеточные мембраны регулируют потребление пищи и отходы и как клеточные стенки обеспечивают защиту

Посмотреть все видео к этой статье

Клетки содержат особый набор молекул, окруженных мембраной. Эти молекулы дают клеткам возможность расти и размножаться. Общий процесс клеточного размножения происходит в два этапа: рост клеток и деление клеток. Во время роста клетка поглощает определенные молекулы из своего окружения, избирательно перенося их через свою клеточную мембрану. Оказавшись внутри клетки, эти молекулы подвергаются действию узкоспециализированных, больших, искусно свернутых молекул, называемых ферментами. Ферменты действуют как катализаторы, связываясь с проглоченными молекулами и регулируя скорость их химического изменения. Эти химические изменения делают молекулы более полезными для клетки. В отличие от проглоченных молекул, катализаторы сами по себе не изменяются химически во время реакции, что позволяет одному катализатору регулировать конкретную химическую реакцию во многих молекулах.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подписаться сейчас

Биологические катализаторы создают цепочки реакций. Другими словами, молекула, химически преобразованная одним катализатором, служит исходным материалом или субстратом для второго катализатора и так далее. Таким образом, катализаторы используют маленькие молекулы, попавшие в клетку из внешней среды, для создания все более сложных продуктов реакции.