КЛЕТКА - ОСНОВНИЙ СТРУКТУРНИЙ ЕЛЕМЕНТ ЖИВИЙ МАТЕРИИ

Жива природа є неоднорідною цілісною системою, якій властива ієрархічна організація (рис. 1.3). Сукупність усіх живих організмів і середовища їх проживання називають біосферою.

Клітка є структурною і функціональною основою живих істот. Клітинна теорія сформульована Маттіасом Шлейденом і Теодором Шванном в 1838 р Сучасна клітинна теорія виходить з того, що клітинна структура є найголовнішою формою існування життя, властивою як рослинам, так і тваринам. Удосконалення клітинної структури стало головним напрямком еволюційного розвитку рослин і тварин, і клітинну будову міцно утрималося у більшості сучасних організмів.

Сучасна клітинна теорія включає такі основні положення.

Ієрархічна організація живої природи

Мал. 1.3. Ієрархічна організація живої природи

  • 1. Клітина - основна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів, найменша одиниця живого.
  • 2. У складних багатоклітинних організмах клітини відрізняються (диференційовані) по виконуваної ними функції і утворюють тканини; з тканин складаються органи, які тісно пов'язані між собою і підпорядковані нервовим і гуморальним системам регуляції.
  • 3. Клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів гомологічні за своєю будовою, хімічним складом, основним проявам життєдіяльності і обміну речовин.
  • 4. Розмноження клітин відбувається шляхом їх розподілу. Положення про генетичну безперервності відноситься не тільки до клітки в цілому, але і до деяких з її більш дрібних компонентів - генам і хромосомами, а також до генетичного механізму, що забезпечує передачу речовини спадковості в наступному поколінні.
  • 5. Багатоклітинні організм являє собою нову систему, складний ансамбль з безлічі клітин, об'єднаних в системі тканин і органів, пов'язаних один з одним за допомогою хімічних, гуморальних і нервових чинників (молекулярна регуляція).
  • 6. Клітини багатоклітинних тотипотентність, т. Е. Мають генетичними потенціями всіх клітин даного організму, рівнозначні по генетичної інформації, але різною експресією (роботою) генів, що призводить до їх морфологічним і функціональним різноманітністю (диференціювання).

Іншими словами, практично всі біохімічні реакції (на 95%) протікають в клітині; склад клітин визначає склад організму, а перетворення, що відбуваються в клітині, - його життєдіяльність.

Значення клітинної теорії полягає в тому, що вона доводить єдність походження всіх живих організмів на Землі.

У загальному сенсі структура - це сукупність елементів, пов'язаних між собою. Наприклад, сукупність клітин визначає структуру організму. Біоенергетичний процес в організмі здійснюється через сукупність клітин. Клітинна структура - це сукупність елементів (органел), що входять до складу клітини.

Клітини поділяють на два великі класи (рис. 1.4): прокариотические (ПК) і еукаріотичні (ЕК).

Терміни «прокаріотів» і «еукаріот» виникли від давньогрецького каріон - горіх, ядро і позначають прокаріотів - до ядра і еукаріот - з ядром.

Клітини прокаріотів типу морфологічно не структуровані (цитоплазма і ядро не розділені мембранами). За таким типом побудовані клітини бактерій і синьо-зелених водоростей (ціанобактерій).

Схематичне зображення будови прокаріотичних (а) і еукаріотичних (б) клітин

Мал. 1.4. Схематичне зображення будови прокаріотичних (а) і еукаріотичних (б) клітин

Клітини еукаріотичного типу поділяють на рослинні і тваринні. Еукаріотичні клітини структуровані - всі компоненти відокремлені мембранами.

Між прокариотическими і еукаріотичних клітинами існує безліч і інших відмінностей. У більшості прокаріотів клітин немає внутрішніх мембранних органел, а у більшості еукаріотичних є мітохондрії і хлоропласти. Ці полуавто- автономних органели - нащадки бактеріальних клітин. Таким чином, еукаріотична клітина - система більш високого рівня організації, вона не може вважатися цілком гомологичной клітці бактерії (клітина бактерії гомологична однієї мітохондрії клітини людини). Отже, гомологія всіх клітин звелася до наявності у них замкнутої зовнішньої мембрани з подвійного шару фосфоліпідів (у архей вона має інший хімічний склад, ніж у інших груп організмів), рибосом і хромосом - спадкового матеріалу у вигляді молекул ДНК, що утворюють комплекс з білками.

Спільне походження всіх клітин підтверджується єдністю їх хімічного складу. У табл. 1.1 представлені будова і функції основних компонентів клітин (органел).

Загальні ознаки рослинної і тваринної клітини:

  • 1) єдність структурних систем - цитоплазми і ядра;
  • 2) подібність процесів обміну речовин і енергії;
  • 3) єдність принципу спадкового кодування;
  • 4) універсальне мембранне будова;
  • 5) єдність хімічного складу;
  • 6) схожість процесу поділу клітин.

Відмінні ознаки рослинної і тваринної клітини приведені в табл. 1.2.

Таблиця 1.1

Будова еукаріотичної клітини

органели

будова

функції

клітинна

мембрана

Клітинна мембрана являє собою подвійний шар молекул класу ліпідів, які мають гідрофільну ( «головка») і гідрофобну ( «хвіст») частина

Мембрана відокремлює вміст клітини від зовнішнього середовища або розділяє клітку на спеціалізовані замкнуті відсіки - компартменти, або органели, в яких підтримуються певні умови внутрішньоклітинного середовища. У рослин розташовується усередині клітинної стінки

ядро

Клітини еукаріот зазвичай мають одне ядро, відокремлене від цитоплазми двуслойной ядерно ної оболонкою. Ядерна оболонка - похідне ендоплазматичної, складається з двох шарів - зовнішнього і внутрішнього. Усередині ядерної оболонки розташовуються компоненти ядра: хроматин, каріоплазма і оптично щільні ядерця

Ядро - органела еукаріотичної клітини, що містить генетичну інформацію в формі ДНК

Ендоплазматичнийретикулум (ЕПР)

Ендоплазматичнийретикулум наявність розгалуженої мережі трубочок і кишень, оточених мембраною. Виділяють два види ЕПР: гранулярний і гладкий (гладкий). На поверхні шорсткогоЕПР знаходиться велика кількість рибосом

За участю ЕПР відбувається транспорт білків, синтез і транспорт ліпідів і стероїдів. Для ЕПР характерно також накопичення продуктів синтезу

органели

будова

функції

Апарат Гольджі (АГ)

А Г - мембранна структура еукаріотичної клітини, в основному призначена для виведення речовин, синтезованих в ЕПР

У цистернах апарату Гольджі дозрівають білки, призначені для секреції назовні, трансмембранні білки плазматичної мембрани, білки лізосом і т. Д.

лізосоми

Лізосома - клітинний органоид, що містить ряд ферментів - гідролаз, здатних розщеплювати білки, ліпіди і нуклеїнові кислоти, катепсини (тканинні протеази), рібонуклеа- зи, кислу рибонуклеазу, кислу фосфатазу, фосфоліпазу

Органела служить для перетравлення захоплених кліткою частинок і непотрібних клітині структур, наприклад, під час заміни старих органоїдів новими

мітохондрії

Мікроскопічні органели, що мають двухмембранной будова. У матриксі мітохондрії (напіврідкому речовині) знаходяться ферменти, рибосоми, ДНК, РНК

Універсальна органела є дихальним і енергетичним центром

лейкопласти

(Пластиди)

Мікроскопічні органели, що мають двухмембранной будова. Форма округла, безбарвні

1

Характерні для рослинних клітин, служать місцем відкладення запасних поживних речовин, головним чином крохмальних зерен

хлоропласти

(Пластиди)

Мікроскопічні органели, що мають двухмембранной будова. У белковоліпідном матриксе знаходяться власні рибосоми, ДНК, РНК

Характерні для рослинних клітин органели фотосинтезу

хромопласти

Мікроскопічні органели, що мають двухмембранной будова. Забарвлення червона, оранжева, жовта

Характерні для рослинних клітин. Надають пелюсток квіток забарвлення, привабливу для комах-запилювачів

клітинний центр

Ультрамікроскопічних органела немембранного будови. Складається з двох центріо- лей

Бере участь в діленні клітин тварин і нижчих рослин

органели

руху

Вії - численні цитоплазматичні вирости на поверхні мембрани

Видалення частинок пилу (війчасті епітелії верхніх дихальних шляхів), пересування (одноклітинні організми)

Джгутики - поодинокі цитоплазматичні вирости на поверхні клітини

Пересування (сперматозоїди, зооспори, одноклітинні організми)

Помилкові ніжки (псевдоподии) - амебовідние виступи цитоплазми

Утворюються у тварин в різних місцях цитоплазми для захоплення їжі, пересування

Міофібрили - тонкі нитки довжиною до 1 см і більше

Служать для скорочення м'язових волокон, уздовж яких вони розташовані

Цитоплазма, що здійснює струйчатая і круговий рух

Переміщення органел клітини по відношенню до джерела світла (при фотосинтезі), тепла, хімічного подразника

клітинні включення

До клітинних включень відносять вуглеводи, жири і білки, що накопичуються в цитоплазмі у вигляді крапель, зерен і кристалів

Клітинні включення синтезуються або накопичуються в клітинах і використовуються в ході обміну речовин

Різні види клітин в різній мірі мають потребу в тих чи інших органелах. Наприклад, м'язові клітини багаті мітохондріями, так як їм необхідна велика кількість АТР, а зрілі еритроцити взагалі позбавлені органел.

Відмінні ознаки рослинної і тваринної клітини

Таблиця 1.2

ознаки

рослинна клітина

тваринна клітина

спосіб харчування

Автотрофний (фототроф- ний, хемотрофних)

Гетеротрофний (сапро- трофний, хемотрофних)

синтез АТР

У хлоропластах, мітохондріях

В мітохондріях

розщеплення

АТР

У хлоропластах і всіх частинах клітини, де необхідні витрати енергії

У хлоропластах і всіх частинах клітини, де необхідні витрати енергії

Пластида

Хлоропласти, хромопласти, лейкопласти

відсутні

клітинний центр

У нижчих рослин

У всіх клітинах

вакуолі

Великі порожнини, заповнені клітинним соком - водним розчином різних речовин, які є запасними або кінцевими продуктами; осмотичні резервуари клітини

Скоротливі, травні, видільні; зазвичай дрібні

включення

Запасні поживні речовини у вигляді зерен крохмалю, білка, крапель олії; в вакуолі з клітинним соком; кристали солей

Запасні поживні речовини у вигляді зерен і крапель (білки, жири, вуглевод глікоген); кінцеві продукти обміну, кристали солей; пігменти

Целлюлозная клітинна стінка

Розташована зовні від клітинної мембрани

Відсутнє

Реакції в живих клітинах протікають в обсягах, суворо обмежених розмірами клітини або її органели, стінки яких мають товщину порядку декількох молекул. Обсяги цих «реакційних судин» надзвичайно малі. Так, обсяг клітини Escherichia coli (Е. coli) становить ~ 210 12 мл (геометрична форма - витягнутий циліндр довжиною близько 2 мкм, товщина її стінки - 10 нм). Розміри більшості клітин тварин організмів (в тому числі і людини) на порядок більше. Найдрібнішими з усіх відомих клітин є сферичні клітини з діаметром близько 0,33 мкм - мікоплазми (один з видів мікоплазм Mycoplasma pneumoniae може викликати первинну - атипову - пневмонію). Малі розміри дозволяють микоплазмам легко проходити через фільтри, що затримують більші бактерії. Нижче представлені приблизні розміри деяких біологічних об'єктів (нм):

Молекула глюкози ................................................ ............ 0,7

Білкова молекула малих розмірів

(Наприклад, міоглобін) ............................................. ........ 3,5

Білкова молекула середніх розмірів

(Наприклад, гемоглобін) ............................................. ....... 6,8

Рибосома Escherichia coli ............................................... ... 18

Вірус поліомієліту ................................................ ......... 30

Вірус тютюнової мозаїки ............................................... .... 300

Клітка Escherichia coli ............................................... ....... 2000

Клітка печінки ................................................ .................... 20 000

Оптимальне співвідношення між площею поверхні клітини і її об'ємом дозволяє забезпечувати надходження необхідної кількості поживних речовин всередину клітини для протікання метаболічних процесів. Наприклад, клітини, основна функція яких полягає в поглинанні поживних речовин з навколишнього середовища (клітини, що вистилають просвіт тонкого кишечника або клітини кореневих волосків рослин), для оптимального виконання своєї ролі збільшують площу своєї поверхні, дотичної з поживними речовинами, за рахунок мікроворсинок.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >