Клітина — основа структури живих систем

Клітина є основною структурою і функціональною одиницею всіх живих систем — від найпростіших, одноклітинних, до високооргані-зованих багатоклітинних тваринних і рослинних організмів.

У природі не існує клітини, яку можна було б вважати типовою для всіх живих систем. Клітини, з яких побудовані тваринні і рослинні організми, відрізняються одна від одної розміром, формою, походженням, ступенем організації, функціями, хоч усі вони мають спільну будову. Останнє є незаперечним свідченням єдності походження всіх живих організмів, що населяють Землю.

Одноклітинні організми, а також клітини, що входять до складу органів і систем багатоклітинних організмів, мають різну форму. Вони бувають кулясті, видовжені, циліндричні, кубічні, призматичні, дископодібні, зірчасті. Форма кожної клітини визначається генетичною інформацією, що закладена в ДНК, і для одноклітинних організмів вона часто є основним критерієм їх класифікації. Наприклад, різноманітністю і красою форм характеризуються одноклітинні десмі-дієві водорості.

У багатоклітинних організмів також зустрічаються клітини різної форми. Особливо чітко виявляється єдність форми і функції клітин. Клітини шкіри, епітеліальних тканин, нервових і м'язових волокон мають різну форму, що відповідає їх функціям. Клітини м'язових і нервових волокон переважно витягнуті, епітеліальні клітини кишок — циліндричні, клітини крові — округлі, дископодібні (рис. 3).

Форма рослинних клітин залежить від місця їх знаходження та функцій. Наприклад, клітини стебел і листків значно відрізняються між собою. Крім того, розміри клітин як в одному, так і в різних організмах досить різноманітні. Так, яйцеклітини людини, розмір яких 0,1 мм, у мільйон разів більші за розміри сперматозоїдів. Яйця страуса більші від пневмококів у 10¹⁶—10¹⁷ разів. Клітини покривних і епітеліальних тканин характеризуються малими розмірами — ЗО мкм в діаметрі, ще менші за розмірами клітини малих лейкоцитів крові —

Рис. 3. Форми рослинних і тваринних клітин

3—1 мкм. Проте розмір клітин нервових волокон досить значний — аксони нервових клітин досягають до 1 м. Серед одноклітинних організмів найменшими є клітини мікроорганізму мікоплазми, яка за розміром подібна до вірусів, а за структурною організацією — до бактерій. Найчастіше зустрічаються клітини розміром 10—100, рідше — 1—10 мкм (клітини м'якоті кавуна, цитрусових, залозисті клітини молюсків).

Вважають, що існує певна залежність між розмірами клітин і швидкістю метаболічних процесів, які в них відбуваються. Чим менша клітина, тим інтенсивніше відбуваються обмінні реакції. Така залежність існує і в багатоклітинних організмах. У колібрі, бджіл, мух швидкість метаболічних процесів значно вища, ніж у людини та хребетних тварин. Якби в організмі людини інтенсивність обміну була такою самою, як в організмі колібрі, то внаслідок надмірного виділення теплоти людина швидко/бтаягинула.

Кількість клітин у багато к лш!%ч^х організмах також різна. Так, у безхребетних їх кількість bJKMtomy становить 10³—10\ a v висо-

коорганізованих хребетних — 10^і5—10". Незважаючи на різноманітність, клітини мають спільні особливості: єдність хімічного складу і хімічних процесів, що в них відбуваються, здатність до засвоєння і перетворення енергії, синтезу специфічних макромолекул. Структурні елементи, з яких складаються різні клітини, характеризуються подібністю на різних рівнях — атомарному і молекулярному. Длл всіх к літин, незалежно від рівня організації, характерним є наявність в їх складі таких важливих біополімерів, як білки, нуклеїнові кислоти, ферменти, вуглеводи і ліпіди, а також мінеральні сполуки та вода. Життєдіяльність усіх клітин залежить від наявності двох систем — системи, ідо забезпечує ріст, розмноження і розвиток клітини та системи енергозабезпечення різноманітних метаболічних процесів, що відбуваються в клітині. Обидві ці системи перебувають у тісній взаємодії. Живі клітини мають здатність вбирати з навколишнього середовища воду і поживні речовини, які вони використовують для забезпечення процесів життєдіяльності, та виділяти певні продукти обміну, тобто для них характерним є обмін речовин з навколишнім середовищем.

Залежно від ступеня організації всі клітини поділяють на прока-
ріоїщші та еукаріотщщі. Перші характерні переважно для одноклі
тинних організмів — бактерій, синьозелених водоростей, другі —для
всіх інших одно- і багатоклітинних організмів. Клітини прокаріотів
та еукаріотів, крім характерних спільних ознак, мають також деякі
структурні і функціональні особливості, за якими вони відрізняються
між собою. У табл. 1 наведено основні структурні компоненти прока-
ріотичних і еукаріотичних клітин. * ~ •

Загальна характеристика прокаріотичних клітин. Прокаріотичні клітини є найпростішими серед усіх живих клітин. Це, очевидно, перші клітини, що виникли 3—3,5 млрд років тому. Вони невеликі за розмірами. Середня величина їх приблизно 5 мкм, проте серед прокаріотів зустрічаються такі, що мають розміри 0,1—0,25 мкм, це найменші серед усіх відомих клітин. Бактеріальні клітини і клітини синьозелених водоростей за розмірами трохи більші.

Клітини прокаріотів мають зовнішню плазматичну мембрану, яка в бактерій і синьозелених водоростей покрита клітинною стінкою і желеподібною слизовою капсулою або футляром. Склад цього покриття в різних прокаріот неоднаковий і визначає, очевидно, патогенну дію деяких з них. Зокрема, до складу бактеріальних стінок входять ліпіди, вуглеводи, складні білки, а в синьозелених водоростей основним компонентом є целюлоза.

Внутрішній вміст прокаріотичних клітин становлять ядерна зона, що характеризується незначною електронною щільністю, і дуже щільна цитоплазма. У клітині немає відособленого ядра і мембран, за винятком вигинів цитоплазматичної мембрани. Замість ядра прокаріоти містять його генетичний аналог (еквівалент), дифузно розпиле-

Таблиця 1. Структурні компоненти клітини

Органели

Прокаріоти

Еукаріоти

 

Плазматична мембрана

Ядерна мембрана

Мітохондрії

Ендоплазматичний рети-

кулум

Апарат Гольджі

Рибосоми

Клітинні стінки

Капсула Вакуолі

Лізосоми Хромосоми

ФотосинтезуючиЙ апарат

+

+ Складаються з амінокислот і мурамової кислоти

Якщо є, то складається з му-кополісахаридів

Зрідка зустрічаються у вигляді поодиноких структур, які складаються з ДНК

Мембрани з хлорофілом і фіко-ціаніном у синьозелеіїїж водоростей і а бактеріохлорофілом у бактерій

+ +

+

+

4-Відсутні у тварин, у рослин складаються з целюлози

Є в усіх рослинних організмах

+ Складаються з ДІЇ К і білка

Хлоропласти, що містять хлорофіл а і Ь

ний у цитоплазмі або утворений переплетеними спіралями молекул ДНК, які в деяких бактерій мають форму крихітних плазмід, що подібні до позаядерних ДНК еукаріот. У синьозелених водоростей і деяких бактерій є невелика кількість шаруватих мембран, що утворюються внаслідок випинання плазматичної мембрани. Деякі з них, наприклад мезосоми, за своїми функціями відповідають пластидам еукаріот.

У цитоплазмі прокаріотичних клітин містяться дрібні круглі тільця (рибосоми) та параплазматичні включення (гранули), які не мають мембран і виконують різні функції. Частина гранул бере участь у нагромадженні резервних речовин. Це, зокрема, волюти'нові зерна, або поліфосфатні гранули, в яких нагромаджуються фосфати, гранули ціанофітину — резервного поліпептиду, що складається із залишків аргініну та аспарагінової кислоти. Зустрічаються також ліпідні та глікогенні гранули. Важливу роль у клітинах прокаріот відіграють також секреторні гранули, які забезпечують виділення та надходження різних речовин. Інших включень у цитоплазмі прокаріотів немає. Незважаючи на порівняно просту структуру внутрішнього вмісту, прокаріотичні клітини можуть здійснювати різноманітні біохімічні реакції, які забезпечують самостійне існування їх у відповідному середовищі.

За несприятливих умов більшість прокаріот здатні до спороутворення внаслідок виникнення навколо ядерної зони міцної оболонки. У такому стані прокаріоти мають високу стійкість проти дії різних факторів і можуть тривалий час не виявляти ніяких ознак життєдіяльності. У вигляді спор вони можуть витримувати нагрівання до 100 — 120 °С. Синьозелені водорості в звичайному стані досить добре почувають себе при температурі 70 °С Вони створюють своєрідну гаму кольорів і різних відтінків, що характерні для гарячих джерел — гейзерів.

Загальна характеристика еукаріотичних клітин. Структурна організація клітин еукаріот набагато складніша порівняно з прокаріотич-ними. Розміри їх понад 15 мкм. Зовні клітина покрита плазматичною мембраною, а в рослинних клітин — ще н міцною клітинною стінкою, що складається з целюлозних волокон.

Усередині клітини міститься цитоплазма із складною системою внутрішніх мембран, що розділяють її на окремі компартменти. Серед мембранних систем клітини особливе місце займають ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі, за участю яких відбуваються синтез та упаковка речовин, необхідних для побудови і функціонування клітин та організму. Крім того, у цитоплазмі еукаріотичних клітин містяться такі органели: ядро, мітохондрії, пластиди, вакуолі, лізосоми, пероксисоми, рибосоми та інші, які виконують у клітині різноманітні функції.

Рис. 4. Будова еукаріот тваринної (а) та рослинної (б) клітин

Усі органели клітини розміщені в матриксі—частині цитоплазми, яка навіть під електронним мікроскопом має гомогенний вигляд, а такі органели, як ядро, мітохондрії і пластиди, відокремлені від цитоплазми подвійними мембранами. Д\ембраки є і в інших органелах клітин,

Таблиця 2. Види еукаріотичних клітин.

 

				Компоненти клітини
Вид	клітини			■ ■ я			Резервний
		Клітинна	стіяка	1* ft я	Пл.-істі	Цснтріоля	вуглевод

Рослинні Складаються 3 це- + + Буває рід- Крохмаль

ЛЮЛОЗИ КО

Клітини грибів Складаються з хі- + — Те саме Глікоген

тину ^л

Тваринні — — — +»

за винятком хромосом, рибосом, мікротрубочок і мікрофіламентів. Кожний вид органел клітини виконує певну функцію.

Серед еукаріотичних клітин розрізняють рослинні і тваринні клітини та клітини грибів, які відрізняються будовою (рис. 4), наприклад рослинні клітини відрізняються від тваринних наявністю товстої целюлозної оболонки та деякими видами органел. Основні складові частини є універсальними і властиві як рослинним, так і тваринним клітинам (табл. 2).