Клітина-елементарна структурна і функціональна одиниця живого

 

Таким чином, можна зробити  висновок, що всі клітини складаються  з поверхневого апарату і цитоплазми, в якій розташовані певні органели та включення. Залежно від особливостей будови клітин всі організми поділяють на два надцарства - Еукаріоти і Прокаріоти. Всі типи прокаріотів (як видно з таблиці 1) не мають ядра і багатьох органел, притаманних клітинам еукаріотів.

4.  Будова і функції ядра, цитоплазми  та  її основних органоїдів

Ядро (лат. nucleus) – клітинна органела, знайдена у більшості клітин еукаріот і містить ядерні гени, які складають більшу частину генетичного матеріалу(рис. 1). Ядро має дві первинні функції: керування хімічними реакціями в межах цитоплазми і збереження інформації, потрібної для поділу клітини.

Рис.1  Діаграма клітинного ядра

 

Окрім клітинного геному, ядро містить певні білки, які  регулюють зчитування генетичної інформації. Зчитування гена на ядерному рівні залучає складні процеси транскрипції, обробки первинної мРНК і експорт зрілої мРНК до цитоплазми.

Ядро звичайно має  розмір 8-25 мікрометрів в діаметрі. Воно оточено подвійною мембраною, яка називається ядерною оболонкою. Крізь внутрішню і зовнішню мембрани на деяких інтервалах проходять ядерні пори. Ядерна оболонка регулює і полегшує транспорт між ядром і цитоплазмою, відокремлюючи хімічні реакції, що відбуваються в цитоплазмі, від реакцій, що трапляються в межах ядра. Зовнішня мембрана безперервна з грубим ендоплазматичним ретикулумом (RER) і може мати зв’язані рибосоми. Простір між двома мембранами (який називається "перинуклеарним простором") безперервний з люменом RER. Ядерна сторона ядерної оболонки оточена мережею філаментів, яка називаються ядерною ламіною.

Внутрішня частина ядра містить одне або декілька ядерець, оточених матрицею, яка називається нуклеоплазмою. Нуклеоплазма – гелеподібна рідина (подібна у цьому відношенні до цитоплазми), в якій розчинені багато речовин. Ці речовини включають нуклеотид-тріфосфати, сигнальні молекули, ДНК, РНК та білки (ензими та філаменти).

  Генетичний матеріал присутній в ядрі у вигляді хроматину, або комплексу білка і ДНК. ДНК присутня як цілий ряд дискретних молекул, відомих як хромосоми. Є два види хроматину: еухроматин і гетерохроматин. Еухроматин - менш компактна форма ДНК, області ДНК які знаходяться у формі еухроматину містять гени, які часто зчитуються клітиною.

У гетерохроматині ДНК  більш компактно упакована. Області  ДНК які знаходяться у формі  гетерохроматину містять гени, які  не зчитуються клітиною на даній стадії розвитку (цей вид гетерохроматину відомий як факультативний гетерохроматин) або є областями, які складають теломери і центромери хромосом (цей вид гетерохроматину відомий як конструктивний гетерохроматин). У багатоклітинних організмах, клітини надзвичайно спеціалізовані, щоб виконувати специфічні функції, тому різні набори генів потрібні і зчитуються. Тому, області ДНК, які знаходяться у формі гетерохроматину, залежать від типу клітини.

Ядерце - щільна структура  в ядрі, де збираються елементи рибосом. У ядрі може бути одне або декілька ядерець.

Функції ядра такі:

• Зберігання генетичної інформації і її використання для створення й підтримки клітинної організації;
• Регуляція зчитування спадкової інформації;
• Самоподвоювання генетичного матеріалу;
• Передача інформації материнської клітини дочірній.

Функції ядерця такі:

• Синтез субодиниць (великої і малої) рибосом.
• Ядерний сік
• Взаємозв'язок структур ядра;
• Проведення речовин, що синтезуються у ядрі;
• Регулювання функціонування спадкового матеріалу;
• Опорна

Цитоплазма — це основна  за об'ємом частина клітини, її внутрішній вміст. За фізичними властивостями  це напіврідка маса колоїдної структури - цитозоль, в якій знаходяться всі  клітинні органелли, крім ядра. Цитозоль у свою чергу складається з  води, солей, органічних молекул і багатьох ферментів, що каталізують хімічні реакції у клітині. Цитоплазма грає важливу роль в клітині, служачи середовищем, в якому розташовані органели і яке забезпечує протікання багатьох хімічних реакцій та постачанні необхідних речовин до різних частин клітини. Цитоплазма оточена клітинною мембраною (або цитоплазматичною мембраною для більшості прокаріотів) і оточує ядро та мембрани органел.

Основними органоїдами  цитоплазми наведені в  табл. 2

 

Таблиця2.

Складова	Будова	Функції
Мітохондрії	Подвійна мембранна оболонка. Зовнішня мембрана містить отвори, що складаються  зі спеціальних білків (ці утвори пропускають  невеликі молекули та йони); наявні ферменти – монооксигеназа, ацил-CoA-синтетаза, фосфоліпаза А2. Внутрішня мембрана таких утворів не має; складається з молекул H-залежної АТФ-синтази, які, при проходженні через них протонів, синтезують АТФ; для збільшення площі поверхня хвилевидна (кристи); містить фосфоліпід кардіолопін, який робить мембрану непроникною для H+. Внутрішня порожнина заповнена матриксом, де містяться ферменти та мітохондріальні ДНК і РНК. Мітохондрія також містить рибосоми, білки, вітаміни і ліпіди. У клітині міститься від 1 до 1500 мітохондрій	Постачання клітини енергією, яку  мітохондрія нагромаджує у формі  АТФ (розщеплення вуглеводів, окиснення жирних кислот, амінокислот зі звільненням енергії ті запасання її у вигляді енергії зв'язків у молекулах АТФ); Синтез деяких амінокислот (глютамінової) і активне нагромадження йонів
Комплекс Гольджі	Система плоских порожнистих міхурців з трубочками по краях (неактивними лізосомами); у рослинних клітинах містить полісахариди, які використовуються для будови целюлозної оболонки	Дозрівання та накопичення речовин, виділення продуктів внутрішньоклітинного синтезу, продуктів метаболізму, токсинів; Оновлення мембран; Вироблення лізосом; У рослинній клітині — побудова клітинної стінки, синтез ліпідів  і вуглеводів
Лізосоми	Круглясті або овальні утвори з  окремою мембраною, що містять більше як 30 ферментів. Формуються з пухирців (везикул), які відділяються від комплекса Гольджі, та ендосом, у які потрапляють речовини при ендоцитозі. Розрізняють первинні (які містять неактивні ферменти) та вторинні (ферменти яких активні) лізосоми. Кількість визначається життєдіяльністю клітини та її фізіологічним станом	Внутрішньоклітинне травлення (гідролітичне розщеплення білків, нуклеїнових  кислот, вуглеводів і ліпідів); Самоперетравлювання клітин, які відмерли (лізис); Знищення ушкоджених органоїдів клітини
Цитоплазматичні включення	Продукти життєдіяльності клітини, що нагромаджуються в цитоплазмі (крохмаль, глікоген, кристали солей)	Накопичення запасних речовин
Вакуолі	Великі пухирці із переважно  водним змістом (мінеральні солі, цукор, пігменти, органічні кислоти, ферменти). Утворюються з пухирців ЕПС або пухирців Гольджі. Розрізняють чотири типи вакуолей — скоротливі, або пульсуючі (осмотична регуляція у прісноводних найпростіших), травні (насамперед у тваринній клітині), фагоцитарні та центральну вакуолю рослинної клітини (виникає з маленьких вакуоль і пухирців ЕПС). Вміст — клітинний сік	Зберігання різних речовин (кінцевих продуктів обміну — глюкози, фруктози, пігментів, яблучної і лимонної кислоти); Підтримка осмотичного тиску в  клітині

       5. Вміст хімічних елементів в клітині

   Хімічний склад клітини — сукупність хімічних елементів, що містяться у клітині та виконують певні функції, пов'язані з її життєдіяльністю та з життєдіяльністю організму в цілому. Умовно хімічний склад клітини можна роздивлятися на атомному та молекулярному вигляді.

На атомному рівні  хімічні елементи клітини класифікують на(табл. 3):

Макроелементи (концентрація — від 10 до 0,001 % маси тіла) — 60 % всіх елементів клітини;

Мікроелементи (концентрація — від 0,001 до 0,000001 % маси тіла) — 30 % всіх елементів клітини;

Ультрамікроелементи (концентрація — 0,000001 маси тіла) — 10 % всіх елементів  клітини.

Атомний хімічний склад клітини       

 Таблиця 3

Тип	Елементи	Функції
Макроеле- Менти	P (1 %); Катіон Ca (2,5 %); S (0,01-0,2 %); Катіон Na (0,03 %); Катіон K (0,4 %); Катіон Mg (0,03 %); Катіон Fe (0,01 %); Аніон Cl (0,1 %); N (1,5-3 %); C (15-18 %); (65-76 %); H (8-10 %)	Елемент складу ДНК, ферментів, кісток та емалі зубів; Елемент складу оболонки клітини в рослин, кісток та емалі зубів, зсідання крові, регуляція роботи серця (посилення скорочень), посилення синтезу гормонів; Елемент складу білків, вітамінів та ферментів; Проведення нервового імпульсу, стимуляція синтезу гормонів, підтримка осмотичного тиску у клітині; Регуляція роботи серця (уповільнення скорочень), проведення нервового імпульсу, стимуляція синтезу гормонів, підтримка осмотичного тиску у клітині; Елемент складу кісток і зубів, активація синтезу ДНК та енергетичного обміну; Елемент складу гемоглобіну, міоглобіну, кришталика, рогівки ока, активація діяльності ферментів; Елемент складу шлункового соку; Елемент складу білків; Елемент складу органічних речовин; Елемент складу води та органічних сполук; Елемент складу води та органічних сполук
Мікроелементи	Аніон F; Катіон Mn; Катіон Cu; Аніон I (0,0001 %); Катіон Zn	Елемент складу гормону тироксину; Активація процесу кровотворення; Активація процесу кровотворення; Елемент складу емалі зубів; Елемент складу ферментів
Ультрамікроелементи	Au; Ag; Hg	Пригнічення діяльності макрофагів; Бактерицидні властивості; Пригнічення реабсорбції

 

На молекулярному рівні  хімічні сполуки класифікують на:

• Неорганічні сполуки — 60-70 % маси тіла;
• Вода

-  Розчинення гідрофобних  та гідрофільних речовин;

- Терморегуляція;

- Транспорт речовин;

- Гідроліз та окиснення  високомолекулярних речовин;

- Підтримання об'єму,  тургору та пружності клітини;

• Мінеральні солі:

- Субстрат катіонів  та аніонів;

- Регуляторна функція;

• Органічні сполуки — 15-25 % маси тіл (табл.  4).

6. Органічні речовини клітини: білки, вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти, їх роль у клітині

 

 

Таблиця 4

Речовини	Властивості	Функції
Білки	Денатурація — руйнування вторинної, третинної та четвертинної структури білка під дією високих температур, концентрованих кислот і солей; Розпад на амінокислоти; Амфотерність; Гідрофобність	Транспортна — перенесення речовин (гемоглобін, речовини-переносники); Каталітична — прискорення розпаду речовин (пепсин, амілаза, трипсин); Захисна (імунна) — зв'язування молекул сторонніх речовин (антитіла, інтерферон, імуноглобуліни); Регуляторна (гормони інсулін, глюкагон); Скорочувальна (білки м'язів актин та міозин); Структурна (колаген, осеїн, еластин, кератин); Енергетична (1 г = 17, 6 кДж); Рецепторна (родопсин)
Вуглеводи	Прості — гідрофільність, синтез у полісахариди та дисахариди; Складні — перетворення на моносахариди шляхом гідролізу, гідрофобність (полісахариди)	Енергетична (1 г = 17, 6кДж); Структурна (компонент ДНК, РНК і АТФ); Запасна речовина (глікоген, крохмаль); Будівельна (целюлоза)
Ліпіди	Гідрофобність; Розчинність у неполярних розчинах (бензол, ацетон, хлороформ)	Регуляторна (гормони з ліпідною природою); Захисна (захисний каркас для внутрішніх органів, підшкірний жир); Теплоізоляційна (підшкірна жирова клітковина); Склад вітамінів (D, E), рослинних пігментів; Енергетична(1 г = 39 кДж)
Нуклеїнові кислоти	ДНК — біополімер, який утворює хромосоми та бере участь у біосинтезі білка. РНК — біополімер, який будує тіло рибосоми та бере участь у біосинтезі білка . іРНК – РНК, що є матрицею трансляції. рРНК – РНК, що складають основу рибосоми. тРНК – РНК, що транспортують амінокислоту до місця призначення	Збереження та передача спадкової  інформації під час біосинтезу білка

 

 

 

7. Вода та  інші неорганічні речовини, їх роль у життєдіяльності клітини

Вода - одне з найпоширеніших речовин на Землі, переважний компонент всіх живих організмів. Середня кількість води в клітинах більшості живих організмів становить близько 70% (у клітинах медузи -

95 %).

Вода в клітині знаходиться  в двох формах: вільної та зв'язаної. Вільнавода складає 95% всієї води клітини; на частку зв'язаної води, що входить досклад фібрилярних структур і з'єднаної з деякими білками, доводитьсяблизько 4-5 %.

Вода має низку властивостей, які мають виключно важливе значення дляживих організмом. Виключні властивості  води визначаються структурою їїмолекул. Молекула води є диполем. Атом кисню в ній ковалентно пов'язаний з двома атомами водню. Позитивні заряди зосереджені уатомів водню, тому що кисень електронегативний водню.

Через високу полярності молекул вода є кращим з відомих розчинників. Речовини, добре розчинні у воді називають гідрофільними.

Висока теплоємність води робить її ідеальною рідиною для підтримки теплової рівноваги клітини і в цілому організму. Так як на випаровування води витрачається багато теплоти, то, випаровуючи воду, організми можуть захищати себевід перегріву (наприклад, при потовиділенні).

Вода має високу теплопровідність, забезпечуючи можливість рівномірного розподілу тепла між тканинами організму.

Вода є дисперсійним середовищем, що грає важливу роль в колоїдній системі цитоплазми, визначає структуру та функціональну активність багатьох макромолекул, служить основним середовищем для протікання хімічних реакцій і безпосереднім учасником реакцій синтезу і розщеплення органічних речовин, забезпечує транспортування речовин у клітині і організмі (дифузія, кровообіг, висхідний і спадний струм розчинів по тілурослини та ін.)

Вода практично не стискується, створюючи тургорное тиск і визначаючи обсяг і пружність клітин і тканин.

Неорганічні іони мають важливе значення для забезпечення життєдіяльності клітини - це катіони (K +, Na +, Ca 2 +, Mg 2 +, NH3 +) іаніони (Cl-, HPO4 2 -, H2PO4-, HCO3-, NO3-) мінеральних солей. Концентрація катіонів і аніонів в клітці і в навколишньому її середовищі різна. Всередині клітини превалюють іони К + та великі органічні іони, в навколокліткових рідинах завжди більше іонів Na + і Cl-. Внаслідок цього утворюється різниця зарядів зовнішньої і внутрішньої поверхонь мембрани клітини, між ними виникає різниця потенціалів, що зумовлює такі важливі процеси як передача збудження по нерву або м'яза.

Сполуки азоту, фосфору, кальцію та інші неорганічні речовини служать джерелом будівельного матеріалу для синтезу органічних молекул (амінокислот, білків, нуклеїнових кислот та ін) і входять до складу ряду опорних структур клітини і організму.