Структура клітини (Біологія 9 клас)

СТРУКТУРА КЛІТИНИБіологія 9

Методи дослідження клітин. Типи мікроскопіїСвітлова мікроскопія. У 1590 році був створений перший мікроскоп (братами Янсен). На початку XVII століття були створені перші мікроскопи, в яких збільшення зображення створювалося за рахунок використання системи лінз. У 1665 році англійський фізик і ботанік Роберт Гук застосував мікроскоп для дослідження живих організмів (він розглядав гілку бузини) і побачив клітини (насправді це були клітинні стінки, проте Гук ввів назву «клітина»). У 1696 році Антоні ван Левенгук у своїй книзі «Таємниці природи, відкриті за допомогою найдосконаліших мікроскопів» описав еритроцити, сперматозоїди, мікроорганізми (тому ван Левенгук і вважається основоположником біологічної мікроскопії).

Світловий мікроскоп був основною «зброєю» біологів у XVIII — XIX ст. У даний час вони теж широко застосовуються, проте за їх допомогою неможливо вивчати об'єкти, розмір яких є менше довжини світлової хвилі (400 — 800 нм), оскільки світлова хвиля не може бути відображена дуже маленьким предметом (вона просто обігне його). На початку 30-х років XX століття був створений електронний мікроскоп, який дав біологам можливість побачити складові частини клітин розміром усього 1 нм. В електронному мікроскопі замість променя світла — пучок електронів, які здатні відбиватися від найдрібніших об'єктів.

Клітинна теорія. Виникнення і подальший розвиток мікроскопії призвело до створення клітинної теорії у 1839 році двома німецькими дослідниками Матіасом Шлейденом і Теодором Шванном. Маттіас Шлейден. Теодор Шванн. Етапи створення клітинної теорії1665 р Роберт Гук — ввів назву «клітина».1696 р. — публікація Антонія Левенгука про мікробів та інших мікроскопічних об'єктів, побачених ним у мікроскоп.1833 р. — Роберт Броун описав ядро ​​рослинної клітини.1839 р. — Маттіас Шлейден і Теодор Шванн відкрили ядерце і висунули основні положення клітинної теорії. У подальшому клітинна теорія розвивалася завдяки новим відкриттям.1859 р. — принцип Рудольфа Вірхова: «кожна клітина — з клітини» (М. Шлейден і Т. Шванн помилково вважали, що клітини в організмі утворюються з неклітинної речовини).1880 р. — Уолтер Флеммінг описав хромосоми і процеси, що відбуваються під час поділу клітини (мітоз).1892 р. — Ілля Мечников відкрив явище фагоцитозу.

Основні положення сучасної клітинної теорії: Усі прості і складні організми складаються з клітин, здатних до обміну з навколишнім середовищем речовинами, енергією, біологічної інформацією. Клітина — елементарна структурна, функціональна і генетична одиниця живих організмів. Клітина — елементарна одиниця розмноження і розвитку живого. У багатоклітинних організмах клітини диференційовані за будовою і функціями. Вони об'єднані у тканини, органи і системи органів. Клітина являє собою елементарну, відкриту живу систему, здатну до саморегуляції, самовідновлення і відтворення.

Будова клітини. Наука, що вивчає будову і функції клітин, називається цитологія. Клітина — елементарна структурна і функціональна одиниця живих організмів. Цитоплазма є внутрішнім середовищем клітини, де проходять різні процеси і розташовані компоненти клітини — органели.

Клітинні мембрани. Поверхневий апарат клітини. Поверхневий апарат клітини захищає внутрішній вміст від несприятливих впливів довкілля і забезпечує обмін речовин між клітиною і навколишнім середовищем. Надмембранний комплекс у бактерій — це клітинна стінка з муреїну, у рослин — клітинна стінка з целюлози, а у тварин — представлений глікокаліксом. Плазматична мембрана (плазмалема) забезпечує зв'язок клітин між собою, вибірково пропускаючи всередину клітини необхідні речовини і виводячи з клітини продукти обміну. До складу плазматичних мембран входять білки, вуглеводи і ліпіди.

У 1972 році Сеймуром Джонатаном Сінгером та Гартом Ніколсоном була запропонована рідинно-мозаїчна модель мембрани: Будова мембран є однаковою у всіх клітин. Основу мембрани становить подвійний шар молекул ліпідів, у якому розташовані численні молекули білків. Деякі білки знаходяться на поверхні ліпідного шару, інші — пронизують обидва шари ліпідів наскрізь. Сеймур Джонатан Сінгер. Американський біолог

Сполуки, необхідні для життєдіяльності клітин, а також продукти обміну речовин проникають через плазматичну мембрану за допомогою пасивного чи активного транспорту. Активний транспорт речовин через біологічні мембрани здійснюється проти градієнта концентрації. Він пов’язаний зі значними витратами енергії, акумульованої в молекулах АТФ. Один з механізмів активного транспорту речовин через мембрани є калій-натрієвий насос. Біологічне значення калій-натрієвого насоса полягає в тому, що завдяки йому енергетично сприятливе (тобто за градієнтом концентрації) пересування йонів Натрію в клітину полегшує енергетично несприятливий (проти градієнта концентрації) транспорт низькомолекулярних сполук (глюкози, амінокислот тощо). У цих процесах беруть участь особливі транспортні білки, що входять до складу клітинних мембран. На рисунку ці білки позначені літерою Г. НМТ 2023

Дифузія. Транспорт речовин через мембрани. Транспортні властивості мембрани характеризуються вибірковою проникливістю: деякі сполуки можуть проникати через неї, інші — ні.Існують два способи перенесення речовин через мембрану: пасивний і активний транспорт.

Пасивний транспорт. Якщо речовина рухається через мембрану з області з високою концентрацією у бік низької концентрації (тобто за градієнтом концентрації цієї речовини) без витрати енергії, то такий транспорт називається пасивним, або дифузією. Розрізняють два типи дифузії: проста та полегшена. Проста дифузія характерна для невеликих нейтральних молекул (H2 O, CO2, O2), а також низькомолекулярних органічних речовин (бензен, спирт). При простій дифузії розчинені у позаклітинній рідині невеликі молекули послідовно розчиняються у мембрані, а потім — у внутрішньоклітинній рідині. При цьому швидкість проникнення через мембрану визначається мірою гідрофобності молекули, тобто її ліпідорозчинністю.

Полегшена дифузія — це швидкий рух молекул через мембрану за допомогою специфічних мембранних білків, які називаються пермеазами. Цей процес є специфічним, він протікає швидше простої дифузії, проте має обмеження швидкості транспорту. Полегшена дифузія, зазвичай, є характерною для розчинних у воді речовин.Існує декілька механізмів полегшеної дифузії: Транспорт речовин за участю рухомих білків — переносників, які на одній поверхні мембрани приєднують транспортовану речовину, а на іншій — вона вивільнюється. Перенесення речовин за рахунок зміни конфігурації внутрішніх білків, що перетинають мембрану, наприклад, коли молекула білка повертається навколо своєї осі.

Активний транспорт речовин через мембрану. Активний транспорт — це рух йонів або молекул через мембрану проти градієнтів концентрацій за рахунок енергії гідролізу АТФ.Є три основні типи активного транспорту йонів: Кальцієвий (Са𝟐+) насос — Са2+ — АТФаза, яка транспортує йони Са2+ з клітини або цитоплазми в ендоплазматичну сітку. Натрій — Калієвий насос — Na+/K+ — АТФаза, яка переносить йони Na+ назовні, а йони K+ — всередину. Протонний насос — H+ АТФаза. 

Існує ще один механізм транспорту речовин через мембрани — цитоз. Ендоцитоз — це процес надходження речовин до клітини. Він може відбуватися у вигляді фагоцитозу (перенесення твердих частинок) і піноцитозу (перенесення рідин разом з розчиненими у ній речовинами). Шляхом цитозу сполуки не лише потрапляють до клітини, але і виводяться з неї (наприклад гормони, нейрогормони, травні ферменти, тощо). Цей процес називають екзоцитозом.

Розрізняють два типи транспортування речовин: рух речовин, за якого не витрачається енергія АТФ, називається пасивним; рух, пов’язаний з витратами енергії, називається активним. Найпростішим варіантом пасивного транспортування є проста дифузія (з місця з більшою концентрацією речовини до місця з меншою її концентрацією). У такий спосіб крізь мембрану проникають насамперед неполярні молекули. Так, з неорганічних речовин крізь мембрани добре дифундують кисень і вуглекислий газ – це має важливе значення для клітинного дихання, з органічних речовин – стероїдні речовини. Транспортування крізь мембрану полярних речовин забезпечують білкові молекули-переносники. Цей тип транспортування відіграє важливу роль у процесі збудливості нервових і м’язових клітин тощо. Молекули-переносники необхідні також для потрапляння в клітину глюкози. Пасивний рух речовин за допомогою молекул-переносників називається полегшеною дифузією (іл. 45).

Інколи необхідно транспортувати речовину з місця, де її концентрація менша, до місця, де її концентрація більша. Такий процес потребує витрат енергії, тобто є активним транспортуванням речовин. Прикладом може слугувати калій-натрієвий насос (Na+-K+-насос), для роботи якого необхідна енергія АТФ. Він забезпечує вихід з клітини йонів Натрію й надходження в неї з позаклітинного простору йонів Калію (іл. 46). Робота цього насоса забезпечує нормальне функціонування клітин, підтримуючи на певному рівні концентрації йонів Na+ і K+ усередині та зовні їх. Механізм роботи натрій-калієвого насосу

Структура еукаріотичної клітини: цитоплазма. Цитоплазма — це увесь внутрішній вміст клітини, за винятком ядра.

Одномембранні клітинні органели. Ендоплазматична сітка (ЕПС) Апарат Гольджі Лізосоми є травними ферментами, які «упаковуються» у мембранні пухирці, відокремлюються і розносяться по цитоплазмі, і виконують функцію внутрішньоклітинного розщеплення макромолекул. Лізосоми містяться лише у клітинах грибів і тварин. Вакуолі — резервуари води і розчинених у ній речовин. У рослинних клітинах є великі вакуолі, що заповнені клітинним соком, і займають значну частину об'єму клітини (до 90 %). У тваринних клітинах немає великих вакуолей. Проте присутні тимчасові травні, видільні та скоротливі вакуолі, які становлять до 5 % об'єму клітини.

Двомембранні та немембранні клітинні органели. Мітохондрії — енергетичні органели клітин. Вони перетворюють поживні речовини в енергію (АТФ), беруть участь у диханні клітини, у них здійснюються процеси кисневого етапу енергетичного обміну. АТФ — це універсальне джерело енергії для усіх процесів, що відбуваються у клітині. Пластиди — органели, характерні лише для рослинних клітин та деяких одноклітинних тварин.

Немембранні органели. До немембранних органел належать:рибосоми — універсальні немебранні органели сферичної форми, які формуються в ядреці з білків та РНК, основною функцією є матричний синтез білків;клітинний центр — ділянка цитоплазми, яка перебуває, як правило, біля ядра і бере участь в утворенні веретена поділу;органели руху — псевдоподії, джгутики, війки, тощо. Рибосома. Клітинний центр. Органели руху

Ядро, його структурна організація та функціїЯдро містить генетичну інформацію і управляє життєдіяльністю клітини.

Типи клітин та їхня порівняльна характеристика. Характерною ознакою, за якою клітини живих організмів можна розділити на два основні типи, є наявність у клітині ядра. За цією ознакою клітини поділяють на еукаріотичні — які містять у своєму складі ядро та прокаріотичні — не мають ядра. Прокаріотичні клітини

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ !!!