Клітинний рівень організації живого
Цитологія- наука про клітину.
Історія вивчення клітини.
1590 – Янсен – перший мікроскоп.
1665 р. – Р. Гук – мікроскоп, «клітина» (клітини – порожнечі, клітинні стінки – жива речовина).
1650-1700 р. – А. Ван Левенгук – мікроскоп × 200, одноклітинні організми, бактерії.
1831-1833 р - Р. Браун - ядро \ 1836 - м. Валентині - ядерце
1838 – 1839 р. – М. Шлейден і Т. Шванн – клітинна теорія, яка постулувала, що основною одиницею структури та функції живих організмів є клітина.
1840 р - Я. Пуркіньє - протоплазма - живий вміст клітини = цитоплазма + ядро; 1844 - Г. Моль - "протоплазма"
1855 р. – Р. Вірхов – клітина з клітини шляхом розподілу
1866 - Е. Геккель - зберігання і передачу спадкових ознак здійснює ядро
1875 - Е. Страсбургер - "органоїди"
1875 – О. Гертвіг – запліднення
1876 – Е. Ван Бенеден – клітинний центр у клітинах, що діляться.
1880 р. – пластиди (хлоропласти)
1890 - Р. Альтман - мітохондрії
1898 р – апарат Гольджі
1930 р – електронний мікроскоп – ультраструктура клітини.
основний метод - мікроскопія (світлова та електронна)
для вивчення хімічного складу органоїдів використовують метод диференціального центрифугування.
для визначення просторового розташування та фізичних властивостей молекул, що входять до складу клітинних структур, використовують метод рентгеноструктурного аналізу
методи цитохімії та гістохімії, засновані на вибірковій дії реактивів та барвників, дозволяють вивчити хім. склад та з'ясувати локалізацію певних хім. речовин у клітині.
методи кіно- та фотозйомки дозволяють вивчити процеси життєдіяльності(наприклад, поділ)
1 мкм = 0.001 мм (1 мм 1000 мкм)
1 нм = 0.001 мкм = 0.000 001 мм (1 мм 1000 000 нм, 1 мкм 1000 нм)
Основні положення клітинної теорії (на етапі розвитку науки)
1. Клітина – елементарна одиниця живого, основа будови, життєдіяльності, розмноження та індивідуального розвитку.
2. Нові клітини виникають лише шляхом поділу вихідної материнської клітини.
3. Клітини всіх живих організмів подібні за будовою, хімічним складом, життєдіяльністю.
4. У багатоклітинному організмі клітини спеціалізовані за функціями та утворюють тканини, з яких побудовано органи та їх системи.
5. Клітинна будова організмів – свідчення єдності живого походження.
Оболонки клітин здійснюють безпосередню взаємодію із зовнішнім середовищем та взаємодію із сусідніми клітинами (у багатоклітинних організмах). Оболонка також відмежовує клітину. Оболонка має складну будову. Вона складається з кількох шарів, що виконують різні функції. У рослин, бактерій і грибів лежить на поверхні тіла розташовується щільна оболонка, званаклітинної стінкою. У більшості рослин вона складається з целюлози, у бактерій - муреїн, у грибів - хітин. Клітинна стінка відіграє дуже важливу роль: вона є зовнішнім каркасом, захисною оболонкою, забезпечує тургор рослинних клітин; через клітинну стінку проходить вода, солі, молекули органічних речовин (функції: опора, захист, забезпечення тургору, пересування речовин, може бути додаткові спеціалізовані функції).
Зовнішній шар поверхні тварин клітин на відміну рослинних клітин дуже тонкий, еластичний. Він не видно всвітловий мікроскоп і складається з різних полісахаридів та білків. Називається цей шарглікоколікс. Глікокалікс виконує насамперед функцію безпосереднього зв'язку клітин тварин із зовнішнім середовищем, з усіма оточуючими її речовинами. Маючи незначну товщину (менше 1 мкм), зовнішній шар клітин тварин не виконує опорних функцій. Утворення глікоколіксу, як і утворення клітинної стінки рослин, відбувається завдяки життєдіяльності самих клітин.
Під глікокаліксом і клітинною стінкою розташовується плазматична мембрана, обов'язкова для клітин тварин і рослин, вона межує безпосередньо з цитоплазмою. Товщина плазматичної мембрани близько 10 нм, вивчення її будови та функцій можливе лише за допомогою електронного мікроскопа.
Загальновизнаною нині є рідинно-мозаїчна модель будови мембрани (1972г. Сінгер і Ніколсон). До складу мембрани входять білки та фосфоліпіди. Молекули фосфоліпідів розташовуються у два ряди (бішар) – гідрофільними головками до внутрішнього та зовнішнього водного середовища, а гідрофобними кінцями – всередину. Молекули білків та фосфоліпідів утримуються за допомогою гідрофільно-гідрофобних взаємодій. Білки, що входять до складу мембрани, не утворюють суцільного шару, вони розташовуються в шарі ліпідів, поринаючи в нього на різну глибину або перебуваючи на поверхні.Інтегральнібілки пронизують всю товщу мембрани, утворюючи пори, через які проходять водорозчинні речовини.Напівінтегральнібілки пронизують мембрану наполовину, з одного чи іншого боку.Периферичнібілки розташовуються на поверхні мембрани. Дві сторони мембрани можуть відрізнятися одна від одної і за складом, і за властивостями.
Всі клітинні мембрани являють собою рухливі текучіструктури: оскільки молекули ліпідів та білків не пов'язані між собою ковалентними зв'язками, вони здатні досить швидко переміщатися у площині мембрани. Мембрани швидко відновлюються при пошкодженні, а також розтягуються та стискаються при клітинних рухах. Мембрани різних типів клітин істотно різняться як за хімічним складом, так і щодо відносного вмісту в них білків, глікопротеїдів, ліпідів і, отже, характером наявних у них рецепторів. У зв'язку з цим кожен тип клітин характеризується індивідуальністю.
Функції плазматичної мембрани:
- бар'єрна – відмежування вмісту клітини від зовнішнього середовища, захист від пошкоджень;
- бар'єрна - розподіл внутрішнього середовища на відсіки (компартменталізація)
- рецепторна - рецепція (зв'язування) та проведення сигналів у клітину (глікопротеїди виконують роль рецепторів гормонів)
- сполучна - утворення міжклітинних контактів (щілинні, замок, десмосоми, синапси)
- каталітична (забезпечення примембранних хімічних процесів – білки мембрани)
- Транспортна - обмін речовин клітини з навколишнім середовищем.
Існує кілька механізмів транспорту речовин через мембрану.
Розрізняють транспортпасивний, який відбувається за градієнтом концентрації (з області з високою концентрацією речовин область з низькою) і не вимагає витрат енергії, і транспортактивний, який відбувається проти градієнта концентрації і пов'язаний з споживанням енергії.
До пасивного транспорту можна віднести:
1.Дифузія– проникнення речовин через мембрану за градієнтом концентрації (О2, СО2, спирти). Дифузний транспорт здійснюється за участю білків мембрани, в яких є молекулярні пори (іони) абоза участю ліпідної фази (для жиророзчинних речовин).Осмос- дифузія молекул води через плазматичну мембрану. Вода через мембрану проходить вільно, т.к. молекули води дрібні та незаряджені (хоч і поляризовані), і постійно. Якщо у навколишньому середовищі концентрація солей вище, ніж у клітині, вода виходить із неї; якщо у навколишньому середовищі різко знижується концентрація солей, вода, навпаки, проникає у клітину (осмотичний шок). Коли концентрації рівні, кількість молекул води, що входять і виходять з клітини, приблизно однакова. Згадаймо внутрішньовенне введення ліків, фіз. розчин та ін.
2.Полегшена дифузія- спеціальні мембранні білки-переносники вибірково зв'язуються з тим чи іншим іоном або молекулою і переносять їх через мембрану за градієнтом концентрації (глюкоза, амінокислоти, нуклеотиди); або спеціалізованими каналами пропускаються речовини особливого виду (Na-канали, К-канали, Са-канали, Cl-канали)
До активного транспорту відносять:
1.первинно-активний транспорт, коли енергія витрачається на перенесення даної речовини проти градієнта концентрації (Na+K+-насос);
2.вторинно-активний транспорт, коли енергія на перенесення даної речовини використовується за рахунок механізму перенесення іншої речовини (глюкоза за рахунок Na).
3. пов'язані з зміною архітектури мембрани (макромолекули та його комплекси). Тут виділяютьекзоцитоз– виділення клітиною продуктів чи відходів життєдіяльності, упакованих у вакуолі чи бульбашки (ферменти, слизу, компоненти клітинних стінок, неперетравлені залишки тощо.); таендоцитоз– поглинання клітиною речовин. Ендоцитоз поділяють нафагоцитоз(поглинання великих частинок) іпіноцитоз(поглинання рідин - плазматична мембрана утворюєвп'ячування у вигляді тонкого канальця, який надходить рідина з розчиненими в ній речовинами, потім від канальця відбруньковуються бульбашки).
Біологічні мембрани як основні структурні елементи клітини відмежовують більшість її органоїдів. Вони служать не просто фізичними межами, а являють собою динамічні функціональні поверхні. На мембранах органоїдів здійснюються численні біохімічні процеси, такі як активне поглинання речовин, перетворення енергії, синтез АТФ та ін.