Підготовка до ЗНО з теми "Клітина"

КЛІТИНА

Цитологія − наука про будову і функції клітини.

Клітина − структурно-функціональна одиниця живого організму. Це елементарна жива система, яка здатна до самовідтворення.

Віруси – неклітинні форми життя.

Історія вивчення клітини

• Р. Гук – вперше застосував мікроскоп для дослідження зрізу корка бузини, побачив комірки і назвав їх «клітинами»;
• Антоні ван Левенгук – відкрив бактерії, найпростіших, описав пластиди (хроматофори), еритроцити, сперматозоїди та інше;
• Р. Броун – відкрив ядро рослин;
• Ян Пуркіне – відкрив ядро тварин (ядро яйцеклітини);
• Т. Шванн, М. Шлейден – сформулювали основи клітинної теорії;
• Р. Вірхов – сформулював положення «кожна клітина – з клітини»;
• І.Ф. Мішер – відкрив нуклеїнові кислоти;
• Д.І. Івановський – відкрив віруси;
• Дж. Уотсон, Ф. Крик – створили модель просторової структури ДНК, схему реплікації ДНК.

Положення сучасної клітинної теорії

- клітина – елементарна одиниця будови і розвитку всіх живих організмів;

- клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів подібні за походженням (гомологічні), будовою, хімічним складом, основними проявами життєдіяльності;

- кожна нова клітина утворюється виключно внаслідок розмноження материнської шляхом поділу;

- у багатоклітинних організмів, які розвиваються з однієї клітини – зиготи, спори, - різні типи клітин формуються завдяки їхній спеціалізації протягом індивідуального розвитку особини та утворюють тканини;

- із тканин складаються органи, які тісно пов’язані між собою й підпорядковані нервово-гуморальним та імунним системам регуляції.

 

 

Загальна будова тваринної та рослинної клітини

Клітини живих організмів складаються з поверхневого апарату (плазматична мембрана, надмембранні та підмембранні структури), цитоплазми (містить органели і включення) і ядра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Будова рослинної клітини

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Будова тваринної клітини

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клітинні мембрани

Функції мембран

• Забезпечують зв’язок клітин між собою і навколишнім середовищем
• Поділяють внутрішнє середовище клітини на відсіки – компартменти (одночасно у клітині відбуваються тисячі різних хімічних реакцій)
• Забезпечують обмін речовин і  транспорт речовин
• Визначають розміри і форму клітини
• Сигнальна функція (має білки-рецептори)
• Забезпечує міжклітинні контакти (десмосоми у тварин і плазмодесми у рослин)

 

Клітинна мембрана (цитоплазматична, плазматична мембрана, плазмалема)

Д. Сінгер та Г. Нікольсон запропонували рідинно-мозаїчну модель будови мембрани: головними хімічними сполуками, що утворюють плазматичну мембрану, є молекули фосфоліпідів і білків, які наче «вкраплені» в рідку ліпідну масу, нагадуючи мозаїку.

- Молекули ліпідів (фосфоліпідів) розміщені у вигляді подвійного шару: їхні полярні гідрофільні (розчинні)  «голівки» обернені до зовнішнього та внутрішнього боків мембран, а гідрофобні неполярні (нерозчинні) «хвости» – всередину.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- Ліпідний шар не суцільний. В окремих місцях мембрана пронизується білковими молекулами – інтегральні білки – транспорт водорозчинних речовин. Інші білки знаходяться на зовнішньому або внутрішньому боці поверхні мембрани – периферичні білки.

 

 

Транспорт речовин через мембрану

                    

                 Пасивний                      Активний                       Цитоз

         (без витрат енергії)           (із витратами енергії)

 

Пасивний транспорт – проникнення речовин у клітину крізь певні ділянки або пори без витрат енергії завдяки різниці концентрацій речовин з обох боків мембрани → за градієнтом концентрації (з ділянки, де їх концентрація висока, у ділянку, де їхня концентрація нижча). Триває доти, доки не вирівняється концентрації речовин по обидва боки мембрани.

Пасивний транспорт забезпечують наступні механізми:

Дифузія – вільний рух молекул крізь певні ділянки мембрани в напрямку меншої концентрації (вода та розчинені в ній речовини.)

Осмос – односпрямована дифузія (мембрана пропускає молекули однієї речовини та затримує частинки іншої) – дифузія води крізь мембрану → осмотичний тиск (тиск чистого розчинника на мембрану ззовні). Осмотичному тиску протистоїть тургорний тиск (коли клітина набухає від надходження до неї води, створюється внутрішній тиск, спрямований на клітинну оболонку).

Полегшена дифузія – проникнення через мембрану певних молекул за допомогою мембранних білків-переносників без затрат енергії (цукри, амінокислоти, нуклеотиди).

Активний транспорт – здійснюється проти градієнта концентрації із затратами енергії.

Активний транспорт забезпечують наступні механізми:

Калій-натрієвий насос: пов’язаний з тим, що концентрація йонів Калію всередині клітина вища, ніж ззовні, а йонів Натрію – навпаки. Внаслідок дифузії йони Натрію надходять у клітину, а Калію – виводяться з неї. Але концентрація цих йонів в клітині і поза нею ніколи не вирівняються, завдяки калій-натрієвому насосу – йони Натрію «відкачуються» з клітини, а Калію – «закачуються».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цитози

Ендоцитоз – процес надходження речовин до клітини.

o Фагоцитоз – процес поглинання клітиною твердих часинок їжі (амеби, фораменіфери, травні клітини гідри, макрофаги)

o Піноцитоз – процес поглинання клітиною краплинок рідини.

 

Екзоцитоз – процес виведення речовин із клітини (гормони, нейрогормони, травні ферменти

 

Надмембранні структури

У тварин – глікокалікс – вуглеводневий каркас, зв’язаний з ліпідами (гліколіпідний комплекс) або з білками (глікопротеїновий комплекс), виконує рецепторну функцію.

У рослин, грибів, бактерій – клітинна стінка – мертве утворення на поверхні плазматичної мембрани: рослини (целюлоза), гриби (хітин), бактерії (муреїн).

У рослин клітинна стінка може зазнавати змін:

- здерев’яніння – просочення лігніном → міцність;

- коркування – просочення суберином → непроникність для води і газів;

- кутинізація – просочення жироподібною речовиною кутином → захист від надмірного випаровування води;

- ослизнення →захист клітин водних рослин від вимивання;

- мінералізація – просочення сполуками сіліціуму (хвощ, осока).

 

Функції клітинної стінки:

o опорна – підтримує сталу форму клітини;

o захисна;

o транспортна.

 

Проникність клітинної стінки рослин проявляється в явищах плазмолізу і деплазмолізу.

Плазмоліз – відшарування пристінного шару цитоплазми від клітинної стінки (якщо клітину рослин помістити в розчин з концентрацією солей вищою, ніж у цитоплазмі → вода вийде з клітини).

Деплазмоліз – повернення цитоплазми в попередній стан (якщо клітину внести в розчин солей з нижчою концентрацією, ніж у цитоплазмі → вода буде надходити до клітини).

 

 

 

Підмембранні структури

Цитоскелет складається з мікротрубочок, мікрофіламентів (мікрониток), мікротрабекулярної системи.

Мікротрубочки – циліндричні структури, утворені білком тубуліном → утворюють веретено поділу; входять до складу війок, джгутиків; забезпечують переміщення органел і макромолекул по клітині.

Мікрофіламенти – ниткоподібні структури, складаються з білка актину, знаходяться під плазматичною мембраною → беруть участь у зміні форми клітини; в амебоїдному русі; в цитозах, в поділі клітини.

Мікротрабекулярна система – сітка з тонких фібрил – трабекул (перекладин), в перетині яких знаходяться рибосоми → опора для клітинних органел; забезпечує зв’язок між окремими частинами клітини; спрямовує внутрішньоклітинний транспорт.

 

Пелікула – ущільнений шар цитоплазми багатьох найпростіших (евглени, інфузорій) → забезпечує сталу форму клітини; надає міцності поверхневому апарату.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цитоплазма

Цитоплазма – внутрішній вміст клітини; безбарвний розчин органічних та неорганічних речовин.

Цитозоль (рідкий стан) ↔ цитогель (драглистий стан)

! різні стани цитоплазми впливають на швидкість перебігу біохімічних процесів.

Цитоплазма складається з:

o гіалоплазма – безбарвна колоїдна частина клітини;

o органели – постійні компоненти клітини;

o включення – непостійні компоненти клітини.

 

Виділяють ектоплазму – зовнішній шар цитоплазми (більш ущільнений) та ендоплазму – внутрішній шар цитоплазми. Ці шари можуть переходити один в інший.

Функції цитоплазми:

- об’єднує всі компоненти клітини в єдине ціле;

- транспорт речовин;

- відбуваються хімічні реакції.

 

Включення

- запас поживних речовин (крохмальні (картопля) та білкові зерна (горох), краплини жиру (соняшник));

- продукти обміну (оксалати кальцію, солі сечової кислоти);

 

Ядро

Ядро – обов’язкова складова !!! (не органела) еукаріотичних організмів.

Еукаріоти – організми, клітини яких мають ядро (рослини, тварини, гриби).

!

- не всі еукаріотичні клітини мають ядро (ситоподібні трубки у рослин, тромбоцити та еритроцити більшості ссавців);

- є декілька або багатоядерні клітини (фораменіфери, інфузорії, лямблії, посмуговані м’язові клітини).

? Чому деяким клітинам потрібне не одне ядро?

(ядерно-цитоплазматичне співвідношення: ядро певного об’єму може забезпечити процеси біосинтезу білків лише у відповідному об’ємі цитоплазми → в клітинах великих розмірів або з посиленою інтенсивністю обміну речовин часто від двох до кількох тисяч ядер).

 

Ядро складається з:

o поверхневого апарату (зовнішня та внутрішня мембрани, що з’єднані білками ядерних пор).

! значення ядерних пор: через пори з ядра до цитоплазми надходять всі типи РНК; із цитоплазми до ядра – білки;

o ядерний матрикс:

- ядерний сік (каріоплазма, нуклеоплазма) - внутрішнє середовище ядра (за складом та властивостями нагадує цитоплазму);

- ядерця - щільні структури, які складаються з РНК та білків → утворюють рибосоми;

- хроматин – ниткоподібні структури ядра, утворені білками-гістонами та молекулами ДНК; під час поділу клітини із хроматину утворюються хромосоми → збереження та передача спадкової інформації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функції ядра:

- регулює всі процеси життєдіяльності клітини;

- збереження та передача спадкової інформації.

 

Прокаріоти – організми, клітини яких не мають ядра (бактерії).

Нуклеоїд – кільцева молекула ДНК у прокаріот (замість ядра)

Плазміди – позахромосомні фактори спадковості – менші кільцеві молекули ДНК, визначають пристосування бактерій до змін навколишнього середовища (наприклад, стійкість до певних антибіотиків).

 

 

 

 

 

 

 

ОРГАНЕЛИ

- Одномембранні: ендоплазматична сітка (або ретикулум), комплекс Гольджі, лізосоми, вакуолі

- Двомембранні: мітохондрії, пластиди

- Немембранні: рибосоми, клітинний центр

 

Одномембранні органели

Ендоплазматична сітка (ЕПС) або ретикулюм (ЕПР)

ЕПС – система розгалужених канальців:

o зерниста (гранулярна, шорстка) – на мембрані знаходяться рибосоми → транспорт та збереження білків;

o незерниста (агранулярна, гладенька) – мембрана без білків → транспорт та збереження вуглеводів та ліпідів

+ функції:

- накопичення та знешкодження отруйних речовин (клітини печінки);

- депо йонів Кальцію (м’язові клітини).

 

Комплекс Гольджі (КГ) або апарат Гольджі (АГ)

Комплекс Гольджі – система цистерн (диктіосома) та міхурців (везикул).

Функції:

o накопичення та зміна будови речовин, які синтезувалися в ЕПС;

o утворання акросоми сперматозоїдів → розчиняє оболонку яйцеклітини під час запліднення;

o бере участь в побудові плазматичної мембрани;

o утворення лізосом, скоротливих вакуоль найпростіших.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лізосоми

Лізосоми – мікроскопічні міхурці, оточені мембраною; містять ферменти. У лізосомах кисле середовище.

Функції:

o перетравлюють окремі частини клітини, цілі клітини або їх групи (дефектні органели, ушкоджені або мертві клітини, личинкові органи комах, земноводних (хвіст та зябра пуголовків безхвостих амфібій));

o утворення травних вакуоль – внутрішьоклітинне травлення;

o пероксисоми – розщеплюють гідроген пероксид.

 

 

 

 

 

Вакуолі

Вакуолі – порожнини, заповнені рідиною:

Клітини рослин

вакуолі з клітинним соком – порожнини, заповнені клітинним соком (розчин органічних та неорганічних речовин).

Функції:

- надають сталої форми клітини;

- підтримання внутрішньоклітинного тиску;

- накопичення запасу поживних речовин, продуктів обміну, пігментів (надають забарвлення квіткам і плодам);

Клітини тварин

 травні вакуолі – внутрішньоклітинне травлення (4/7);

 скоротливі вакуолі – видалення надлишку води з клітини (5/6). Їх містять  одноклітинні прісноводні організми (амеба, інфузорія, евглена).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двомембранні органели

Мітохондрії

Мітохондрії – органели у вигляді паличок, кульок - «енергетичні станції клітини»

Складаються з двох мембран:

- зовнішньої – гладенької;

- внутрішньої – утворює вирости – кристи, на поверхні яких містяться АТФ-соми (білкові утворення, що містять ферменти для синтезу АТФ - енергія).

Внутрішній простір мітохондрій – матрикс (рибосоми, молекули ДНК (плазміди), і-РНК, т-РНК, білки).

Функції: синтез АТФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пластиди (тільки у рослин)

Хлоропласти – пластиди зеленого кольору.

Складаються з двох мембран:

- зовнішньої – гладенької;

- внутрішньої – утворює вирости – тилакоїди (як монетки), що об’єднуються в грани (стопки монет); містять пігмент хлорофіл та ферменти, необхідні для здійснення фотосинтезу; грани з’єднані ламелами.

Внутрішній простір хлоропластів – строма (рибосоми, молекули ДНК (плазміди), і-РНК, т-РНК, білки).

Функції: фотосинтез.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хромопласти – пластиди червоного та жовтого кольорів.

- внутрішня система мембран відсутні або представлена окремими тилакоїдами (пігменти каротиноїди).

Функції: надають певного забарвлення органам рослин.

 

Лейкопласти – безбарвні пластиди.

- внутрішня система мембран утворена окремими тилакоїдами.

Функції: накопичення запасу поживних речовин.

 

 

!!! Пластиди одного типу здатні перетворюватися на пластиди іншого:

- лейкопласти клітин бульб картоплі → хлоропласти (позеленіння бульб);

- зелені листки → жовті, багряні листки;

- зелені помідори → жовті, червоні плоди.

 

!!! Мітохондрії, пластиди – напівавтономні органели:

- мають власний генетичний матеріал (плазміди);

- мають рибосоми → синтез власних білків;

- розмножуються поділом.

 

Немембранні органели

Рибосоми

Рибосоми – сферичні або грибоподібні органели; складаються з малої та великої субодиниць (білки + р-РНК).

- субодиниці утворюються в ядерці.

Функції: синтез білків.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клітинний центр (центросома)

Клітинний центр – органела, що складається з двох центріоль.

- центріолі складаються з мікротрубочок.

Функції:

- утворюють веретено поділу під час поділу клітини (кожна центріоля потрапляє до однієї з дочірніх клітин; подвоюються в період між поділами шляхом самозбирання);

- беруть участь у формуванні мікротрубочок цитоплазми, джгутиків і війок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Органели руху

Псевдоніжки (псевдоподії)

Псевдоніжки – непостійні вирости цитоплазми клітин деяких одноклітинних (амеб, фораменіфер, радіолярій) або багатоклітинних тварин (лейкоцити).

- в їх утворенні беруть участь мікрофіламенти, шари цитоплазми.

Функції:

- активний рух;

- участь у фагоцитозі.

Джгутики та війки

Джгутики і війки – вирости цитоплазми, вкриті плазматичною мембраною; є в одноклітинних організмів (хламідомонада, вольвокс, евглена, інфузорії) та багатоклітинних (сперматозоїди тварин, клітини епітелію дихальних шляхів).

Складаються з мікротрубочок.

Частина джгутиків і війок, розташована в цитоплазмі – базальне тільце → з нього утворюються джгутики та війки.

Рух відбувається з використанням енергії АТФ.

Робота війок нагадує веслування, а джгутикам характерний обертовий або хвилеподібний рух.

Функції:

- активний рух;

- надходження частинок їжі до клітини (травні клітини гідри);

- чутлива функція (війчасті черви);

- захисна (війки епітелію носової порожнини).