Клітина як структурна основа живих організмів

Як йшов розвиток уявлень про клітинному будову живих організмів? Які основні компоненти клітини? Як влаштовані клітинні мембрани? Як речовини потрапляють в клітку? Яка структура клітинного ядра? Як клітини діляться?

Урок-лекція

КЛІТИННА ТЕОРІЯ. Елементарною одиницею онтогенетичного рівня організації живого є біологічна система, що складається з однієї або декількох клітин. Саме клітини і відіграють роль «цеглинок», з яких складається живий організм.

Вперше про існування клітин повідомив в 1665 р англієць Роберт Гук. Надалі клітини стали знаходити у всіх досліджуваних під мікроскопом рослин і тварин. Поступово сформувалася концепція, яка була опублікована в 1839 р в книзі Теодора Шванна і отримала назву клітинна теорія.

У сучасному викладі основні постулати клітинної теорії виглядають так:

клітина – елементарна одиниця життя, найдрібніший елемент матерії який можна назвати живим;
всі живі істоти складаються з однієї або багатьох клітин;
всі клітини утворюються тільки в результаті поділу інших клітин.
Саме ці положення клітинної теорії є свідоцтв єдності організації біологічних систем на онтогенетичної рівні. Істотний внесок у формування клітинної теорії вніс в 1925 г французький дослідник Е. Шаттон, який запропонував розділити всі живі організми на прокаріотів і еукаріотів. Перші не обладак оформленим ядром – це бактерії, другі ж володіють – це всі інші живі істоти. Віруси під постулати клітинної теорії не потрапляють – це некліткова форма існування життя.

Довгий час вивчення клітин велося за допомогою світлових мікроскопів. Роздільна здатність цих приладів не перевищує О, 4-0,7 мкм, що не дозволяє детально дослідити особливості органіціі структур, що входять до складу клітин. Тільки з появою електронних мікроскопів, роздільна здатність яких досягає тисячі часток мікрометра, розвитком біохімії та молекулярної біології в середині – наприкінці XX ст. сталася справжня революція в науці про будову клітини – цитології.

БУДОВА КЛІТИНИ еукаріоти. У клітці еукаріот виділяють плазматичну мембрану, цитоплазму і ядро ​​(рис. 37). Цитоплазма являє собою рідку середу клітини (цитозоль) разом із зануреними в неї внутрішньоклітинними структурами – органеллами або органоїдами.

У структурній організації клітини надзвичайно важлива роль належить мембранам, які не тільки формують зовнішню плазматичну мембрану, а й обмежують багато органели. Будова всіх клітинних мембран однотипно (рис. 38). Вони складаються з подвійного шару ліпідів (в основному фосфоліпідів), в який вбудовані білки.

Зовнішня плазматична мембрана клітин відділяє її вміст від зовнішнього середовища, завдяки чому підтримується певний хімічний склад цитоплазми. Для нормального функціонування клітина повинна неодмінно обмінюватися речовинами з навколишнім середовищем. Молекули проникають у клітину і виводяться з неї завдяки дифузії або переносяться спеціальними транспортними білками, які входять до складу плазматичної мембрани.

Клітини здатні переміщати черезплазматичну мембрану і вельми значні кількості речовин при Піноцитоз і фагоцитозі (рис. 39).

У результаті цих процесів субстрат (рідкий при Піноцитоз і твердий при фагоцитозі) полягає мембраною в пухирець, який виявляється в цитоплазмі. У цитоплазмі пухирець зливається з однією або декількома лизосомами – органеллами, які містять ферменти, здатні руйнувати органічні сполуки. Утворені при розкладанні субстрату прості органічні молекули надходять у цитоплазму і використовуються кліткою, а неперетравлені залишки або виводяться назовні, або накопичуються в цитоплазмі.

У клітці одночасно відбувається синтез і розпад величезного числа макромолекул. Упорядкування і досягненню максимальної ефективності всіх цих процесів сприяє поділ внутрішнього простору клітини еукаріот на замкнуті відсіки – органели.

У межах кожної органели зосереджуються певні ферменти і вихідні речовини, необхідні для протікання тієї чи іншої хімічної реакції.

Синтез цукрів і жирів приурочений до гладкої ендоплазматичної мережі (ЕРС). Синтез ж білків здійснюється на рибосомах – найдрібніших органелах (15-35 нм), утворених з РНК і білка і складаються з двох частин. Рибосоми можуть вільно розташовуватися в цитоплазмі або прикріплятися до сплощеним цистерн ЕПС, яка в цьому випадку називається шорсткою (ШЕПС). У процесі синтезу білки накопичуються в порожнині цистерн ШЕПС, звідки у вигляді оточених мембраною бульбашок доставляються через цитоплазму до комплексу Гольджі (рис. 40).

У цій клітинної органелле, що має вид стопки плоских цистерн і бульбашок, білки піддаються обробці ферментами і сортуються, причому кожен тип кінцевого білкового продукту потрапляє в окремий пухирець, що формується за рахунок випинання мембрани цистерн комплексу Гольджі.

Отшнуроваться від комплексу Гольджі бульбашки з травними ферментами являють собою лізосоми (див. Вище). Бульбашки з секреторними продуктами транспортуються до зовнішньої плазматичній мембрані, де їх мембрана зливається з плазматичною мембраною, а вміст виливається назовні. Вибудовується ланцюжок транспортування продуктів від місця їх виробництва через місце доведення і сортування (комплекс Гольджі) до кінцевої! станції (плазматична мембрана, фагоцитарна вакуоль та ін.).

Рух мембранних бульбашок в цитоплазмі здійснюється за допомогою білків – молекулярних моторів (докладніше про це див. У § 64). Ці ж білки можуть складати окремі нитки (фібрили) або трубчасті структури (мікротрубочки), які разом з іншими фібрилярні білками утворюють внутрішній каркас клітини – цитоскелет.

Мітохондрії (рис. 41) є практично всіх клітинах еукаріот. Вони забезпечують процесии клітинного дихання, в результаті якого виробляється ббльшая частина енергії, необхідної для підтримки життєдіяльності клітини.

Ядро зовні одягнене ядерної оболонкою, що складається з внутрішньої і зовнішньої мембран. Ядерна оболонка пронизана порами. Через пори відбувається основний обмін речовинами між ядром і цитоплазмою. Пори оболонки ядра пропускають тільки певні макромолекули, так що склад рідкого середовища усередині ядра (каріоплазми) відрізняється від характерного для навколишнього ядро ​​цитоплазми. Тут концентруються з’єднання, що забезпечують нормальну роботу генетичного апарату, який представлений хромосомами. Хромосоми – нитки ДНК, «упаковані» разом з білками. Власне хромосоми як оформлені структури стають помітними в світловий мікроскоп тільки в період поділу клітин.

Мітохондрії називають «енергетичними станціями» клітини. Ці органели оточені двома мембранами і мають свою власну кільцеву молекулу ДНК, рибосоми і можуть самостійно ділитися незалежно від поділу клітини.

Під час поділу клітини хромосоми товщають і коротшають – спирализуются. Кожна з них має перетяжку – центромеру, яка може знаходитися посередині хромосоми або розташовуватися ближче до одного з її кінців.

У ядрах клітин є одне або кілька ядерець, які виробляють рибосоми.

Розподіл клітин еукаріот. Розмноження клітин еукаріот здійснюється шляхом їх розподілу, в ході якого дочірні клітини отримують повні копії генетичного матеріалу батьківської клітини. Цей процес одержав назву мітоз і складається з декількох послідовно змінюють один одного фаз (рис. 42).

Всі живі істоти, незважаючи на їх різноманіття, володіють клітинною будовою. Це свідчить про єдність живого. Клітини еукаріот складаються з ядра і цитоплазми і обмежені зовні плазматичноїмембраною. У цитоплазмі клітини зосереджені органели, кожна з яких виконує свою функцію. Транспорт речовин у клітину здійснюється або безпосередньо через плазматичну мембрану, або у вигляді одягнених мембраною пухирців (пиноцитоз і фагоцитоз). У клітинах існує система транспортування продуктів в мембранних бульбашках, причому ключову роль у цьому процесі відіграє комплекс Гольджі. Генетичний апарат клітини представлений хромосомами, які зосереджені в ядрі.

У період між двома поділами – в інтерфазі – клітина реалізує всі функції, які характерні для даного типу клітин (рис. 43). Наприкінці інтерфази відбувається реплікація ДНК, яка призводить до подвоєння хромосом. Ядерце при цьому зникає. Кожна хромосома виявляється представленої двома копіями, які тісно пов’язані один з одним. У інтерфазі відбувається і подвоєння побудованої з мікротрубочок органели – центріолі. У профазі мітозу завершується спіралі-зація хромосом. Ядерна оболонка руйнується. Центріолі розходяться до полюсів клітини, і між ними формуються складаються з мікротрубочок нитки мітотичного веретена.

У метафазі хромосоми вишиковуються в екваторіальній площині клітини і формують так звану метафазну пластинку. Частина ниток веретена приєднується до хромосом в області центромер. Під час анафази зв’язок між двома копіями однієї хромосоми втрачається, і кожна з них за допомогою ниток веретена переміщається до протилежного полюса клітини. На завершальній стадії мітозу (телофаза) навколо кожної з утворилися на полюсах груп хромосом формується ядерна оболонка. Паралельно відбувається поділ цитоплазми материнської клітини (цитокинез), причому в кожну з дочірніх клітин потрапляє приблизно однакова кількість органел материнської. Поступово в формується ядрі відбувається деспіралізация хромосом, і з’являється ядерце. Клітка вступає в інтерфазу.

На життя клітини впливає концентрація іонів К + і Na +. Будь-якому організму необхідно підтримувати сольовий баланс. Нестача або надлишок солей в організмі може зробити шкідливий вплив на його життєдіяльність. Їжа повинна включати достатню кількість овочів і фруктів, що містять мінеральні солі. Недолік солей можна заповнити прийомом спеціальних препаратів. Однак при цьому необхідно дотримуватися рекомендацій лікарів і правильне дозування.

При діленні клітин (мітоз) хромосоми подвоюються і розподіляються між дочірніми клітинами так, що кожна з них отримує копію генетичного апарату батьківської клітини.

Сформулюйте основні постулати клітинної теорії.
Як працює транспортна система клітини?
Яка роль огранелл в організації процесів життєдіяльності клітини?
Яка участь різних структур клітини в процесі мітозу?
Чому клітину можна назвати біологічною системою?

Посилання на основну публікацію