Цитологiя — наука про клiтку
Наука про клiтку називається цитологiєю (гречок. цитос-клiтка, логос-наука). Предмет цитологiï — клiтки
багатоклiтинних тварин i рослин , а також одноклiтинних органiзмiв, до
числа яких ставляться бактерiï, найпростiшi й одноклiтиннi
водоростi. Цитологiя вивчає будову й хiмiчний склад клiток,
функцiï внутрiшньоклiтинних структур, функцiï клiток в
органiзмi тварин i рослин, розмноження й розвиток клiток, пристосування
клiток до умов навколишнього середовища. Сучасна цитологiя — наука
комплексна. Вона має самi тiснi зв'язки з iншими бiологiчними
науками, наприклад з ботанiкою, зоологiєю, фiзiологiєю,
вченням про еволюцiю органiчного миру, а також з молекулярною
бiологiєю, хiмiєю, фiзикою, математикою. Цитологiя —
одна з вiдносно молодих бiологiчних наук, ïï вiк близько 100
рокiв. Вiк же термiна клiтка нараховує понад 300 рокiв. Уперше
назва клiтка у серединi XVII в. застосував Р.Гук. Розглядаючи тонкий
зрiз пробки за допомогою мiкроскопа, Гук побачив, що пробка
складається з осередкiв — клiток
Клiтинна теорiя. У серединi XIX сторiччя на основi вже численних знань
про клiтку Т. Шванн сформулював клiтинну теорiю (1838). Вiн узагальнив
знання, що були, про клiтку й показав, що клiтка представляє
основну одиницю будови всiх живих органiзмiв, що клiтки тварин i рослин
подiбнi по своïй будовi. Цi положення з'явилися найважливiшими
доказами єдностi походження всiх живих органiзмiв, єднiсть
усього органiчного миру. Т. Шван внiс у науку правильне розумiння клiтки
як самостiйноï одиницi життя, найменшоï одиницi живого: поза
клiткою немає життя
Вивчення хiмiчноï органiзацiï клiтки привело до висновку, що
саме хiмiчнi процеси лежать в основi ïï життя, що клiтки всiх
органiзмiв подiбнi по хiмiчному складi, у них однотипно протiкають
основнi процеси обмiну речовин. Данi про подiбнiсть хiмiчного складу
клiток ще раз пiдтвердили єднiсть усього органiчного мира
Сучасна клiтинна — теорiя включає наступнi положення:
клiтка — основна одиниця будови й розвитку всiх живих органiзмiв,
найменша одиниця живого;
клiтки всiх одноклiтинних i багатоклiтинних органiзмiв подiбнi (
гомологични ) по своïй будовi, хiмiчному складу, основним проявам
життєдiяльностi й обмiну речовин;
розмноження клiток вiдбувається шляхом ïхнього розподiлу, i
кожна нова клiтка утвориться в результатi розподiлу вихiдноï
(материнськоï) клiтки;
у складних багатоклiтинних органiзмах клiтки спецiалiзованi по
виконуванiй ними функцiï й утворять тканини; iз тканин складаються
органи, якi тiсно зв'язанi мiж собою й пiдпорядкованi нервовим i
гуморальним системам регуляцiï
Дослiдження клiтки мають велике значення для розгадки захворювань. Саме
в клiтках починають розвиватися патологiчнi змiни, що приводять до
виникнення захворювань. Щоб зрозумiти роль клiток у розвитку
захворювань, приведемо кiлька прикладiв. Одне iз серйозних захворювань
людини — цукровий дiабет. Причина цього захворювання —
недостатня дiяльнiсть групи клiток пiдшлунковоï залози, що
виробляють гормон iнсулiн, що бере участь у регуляцiï цукрового
обмiну органiзму. Злоякiснi змiни, що приводять до розвитку ракових
пухлин, виникають також на рiвнi клiток. Збудники кокцидiозу —
небезпечного захворювання кроликiв, курей, гусакiв i утiк —
паразитичнi найпростiшi — кокцидии проникають у клiтки кишкового
епiтелiю й печiнки, ростуть i розмножуються в них, повнiстю порушують
обмiн речовин, а потiм руйнують цi клiтки. У хворих кокцидiозом тварин
сильно порушується дiяльнiсть травноï системи й при
вiдсутностi лiкування тварини гинуть. От чому вивчення будови, хiмiчного
складу, обмiну речовин i всiх проявiв життєдiяльностi клiток
необхiдно не тiльки в бiологiï, але також у медицинi й
ветеринарiï
Вивчення клiток рiзноманiтних одноклiтинних i багатоклiтинних органiзмiв
за допомогою свiтлооптичного й електронного мiкроскопiв показало, що по
своïй будовi вони роздiляються на двi групи. Одну групу становлять
бактерiï й синьо-зеленi водоростi. Цi органiзми мають найбiльш
проста будова клiток. Ïх називають доïденими (прокарiотами),
тому що в них немає оформленого ядра (гречок. картон-ядро) i
немає багатьох структур, якi називають органоидами. Iншу групу
становлять всi iншi органiзми: вiд одноклiтинних зелених водоростей i
найпростiших до вищих квiткових рослин, ссавцiв, у тому числi й людини.
Вони мають складно влаштованi клiтки, якi називають ядерними(еукариотическими). Цi клiтки мають ядро й органоиди, що виконують
специфiчнi функцiï Особливу, неклiтинну форму життя становлять
вiруси, вивченням яких займається вiрусологiя
Будова й функцiï оболонки клiтки
Клiтка будь-якого органiзму, являє собою цiлiсну живу систему.
Вона складається iз трьох нерозривно зв'язаних мiж собою частин:
оболонки, цитоплазми i ядра. Оболонка клiтка здiйснює безпосередню
взаємодiю iз зовнiшнiм середовищем i взаємодiя iз сусiднiми
клiтками (у багатоклiтинних органiзмах).
Оболонка клiток. Оболонка клiток має складну будову. Вона
складається iз зовнiшнього шару й розташованоï пiд ним
плазматичноï мембрани. Клiтки тварин i рослин розрiзняються по
будовi ïхнього зовнiшнього шару. У рослин, а також у бактерiй, синьо-
зелених водоростей i грибiв на поверхнi клiток розташована щiльна
оболонка, або клiтинна стiнка. У бiльшостi рослин вона складається
iз клiтковини. Клiтинна стiнка грає винятково важливу роль: вона
являє собою зовнiшнiй каркас, захисну оболонку, забезпечує
тургор рослинних клiток: через клiтинну стiнку проходить вода, солi,
молекули багатьох органiчних речовин
Зовнiшнiй шар поверхнi клiток тварин на вiдмiну вiд клiтинних стiнок
рослин дуже тонкий, еластичний. Вiн не видний у свiтловий мiкроскоп i
складається з рiзноманiтних полисахаридов i бiлкiв. Поверхневий
шар тваринних клiток одержав назву гликокаликс.
Гликокаликс виконує насамперед функцiю безпосереднього зв'язка
клiток тварин iз зовнiшнiм середовищем, з усiма навколишнiми
ïï речовинами. Маючи незначну товщину (менше 1 мкм), зовнiшнiй
шар клiтки тварин не виконує опорноï ролi, яка властива
клiтинним стiнкам рослин. Утворення гликокаликса, так само як i
клiтинних стiнок рослин, вiдбувається завдяки
життєдiяльностi самих клiток
Плазматична мембрана. Пiд гликокаликсом i клiтинною стiнкою рослин
розташована плазматична мембрана (панцира. мембрана-шкiрочка, плiвка),
що граничить безпосередньо iз цитоплазмою. Товщина плазматичноï
мембрани близько 10 нм, вивчення ïï будови й функцiй можливо
тiльки за допомогою електронного мiкроскопа
До складу плазматичноï мембрани входять бiлки й лiпiди. Вони
впорядковане розташованi й з'єднанi один з одним хiмiчними
взаємодiями. По сучасних поданнях молекули лiпiдiв у плазматичнiй
мембранi розташованi у два ряди й утворять суцiльний шар. Молекули
бiлкiв не утворять суцiльного шару, вони розташовуються в шарi лiпiдiв,
поринаючи в нього на рiзну глибину
Молекули бiлка й лiпiдiв рухливi, що забезпечує динамiчнiсть
плазматичноï мембрани
Плазматична мембрана виконує багато важливих функцiй, вiд яких
углядять життєдiяльнiсть клiток. Одна з таких функцiй
полягає в тiм, що вона утворить бар'єр, що вiдмежовує
внутрiшнiй умiст клiтки вiд зовнiшнього середовища. Але мiж клiтками й
зовнiшнiм середовищем постiйно вiдбувається обмiн речовин. Iз
зовнiшнього середовища в клiтку надходить вода, рiзноманiтнi солi у
формi окремих iонiв, неорганiчнi й органiчнi молекули. Вони проникають у
клiтку через дуже тонкi канали плазматичноï мембрани. У
зовнiшнє середовище виводяться продукти, утворенi в клiтцi.
Транспорт речовин- одна з головних функцiй плазматичноï мембрани.
Через плазматичну мембрану iз клiтi виводяться продукти обмiну, а також
речовини, синтезованi в клiтцi. До числа ïх ставляться рiзноманiтнi
бiлки, вуглеводи, гормони, якi виробляються в клiтках рiзних залоз i
виводяться в позаклiтинне середовище у формi дрiбних крапель
Клiтки, що утворять у багатоклiтинних тварин рiзноманiтнi тканини (
епiтелiальну, м'язову й iн.), з'єднуються один з одним
плазматичною мембраною. У мiсцях з'єднання двох клiток мембрана
кожноï з них може утворювати складки або вирости, якi надають
з'єднанням особлива мiцнiсть
З'єднання клiток рослин забезпечується шляхом утворення
тонких каналiв, якi заповненi цитоплазмою й обмеженi плазматичною
мембраною. По таких каналах, що проходить через клiтиннi оболонки, з
однiєï клiтки в iншу надходять живильнi речовини, iони,
вуглеводи й iншi з'єднання
На поверхнi багатьох клiток тварин, наприклад рiзних епiтелiïв,
перебувають дуже дрiбнi тонкi вирости цитоплазми, покритi плазматичною
мембраною, — мiкроворсинки. Найбiльша кiлькiсть мiкроворсинок
перебуває на поверхнi клiток кишечника, де вiдбувається
iнтенсивне переварювання й усмоктування перевареноï ïжi
Фагоцитоз. Великi молекули органiчних речовин, наприклад бiлкiв i
полисахаридов, частки ïжi, бактерiï надходять у клiтку шляхом
фагоцита (гречок. фагео — пожирати). У фагоцитi особиста участь
приймає плазматична мембрана. У тiм мiсцi, де поверхня клiтки
стикається iз часткою якоï-небудь щiльноï речовини,
мембрана прогинається, утворить поглиблення й оточує частку,
що в мембранному впакуваннi поринає усередину клiтки. Утвориться
травна вакуоль i в нiй переварюються, що надiйшли в клiтку органiчнi
речовини
Цитоплазма. Вiдмежована вiд зовнiшнього середовища плазматичною
мембраною, цитоплазма являє собою внутрiшнє напiврiдке
середовище клiток. У цитоплазму еукариотических клiток розташовуються
ядро й рiзнi органоиди. Ядро розташовується в центральнiй частинi
цитоплазми. У нiй зосередженi й рiзноманiтнi включення — продукти
клiтинноï дiяльностi, вакуолi, а також дрiбнi трубочки й нитки, що
утворять кiстяк клiтки. У складi основноï речовини цитоплазми
переважають бiлки. У цитоплазмi протiкають основнi процеси обмiну
речовин, вона поєднує в одне цiле ядро й всi органоиди,
забезпечує ïхню взаємодiю, дiяльнiсть клiтки як
єдиноï цiлiсноï живоï системи
ендоплазматическая мережа. Вся внутрiшня зона цитоплазми заповнена
численними дрiбними каналами й порожнинами, стiнки яких являють собою
мембрани, подiбнi по своïй структурi iз плазматичною мембраною. Цi
канали гiлкуються, з'єднуються один з одним i утворять мережа, що
одержала назву ендоплазматической мережi
ендоплазматическая мережа неоднорiдна по своïй будовi. Вiдомi два
ïï типи — гранулярна й гладка. На мембранах каналiв i
порожнин гранулярноï мережi розташовується безлiч дрiбних
округлих тiлець — рибосом, якi надають мембранам шорсткуватий вид.
Мембрани гладкоï ендоплазматической мережi не несуть рибосом на
своïй поверхнi
ендоплазматическая мережа виконує багато рiзноманiтних функцiй.
Основна функцiя гранулярноï ендоплазматической мережi —
участь у синтезi бiлка, що здiйснюється врибосомах.
На мембранах гладкоï ендоплазматической мережi вiдбувається
синтез лiпiдiв i вуглеводiв. Всi цi продукти синтезу накопичуються н
каналах i порожнинах, а потiм транспортуються до рiзних органоидам
клiтки, де споживаються або накопичуються в цитоплазмi як клiтиннi
включення. ендоплазматическая мережа зв'язує мiж собою основнi
органоиди клiтки
Рибосоми. Рибосоми виявленi в клiтках всiх органiзмiв. Це мiкроскопiчнi
тiльця округлоï форми дiаметром 15-20 нм. Кожна рибосома
складається iз двох неоднакових по розмiрах часток, малоï й
великий
В однiй клiтцi втримується багато тисяч рибосом, вони
розташовуються або на мембранах гранулярноï ендоплазматической
мережi, або вiльно лежать у цитоплазмi. До складу рибосом входять бiлки
й РНК. Функцiя рибосом — це синтез бiлка. Синтез бiлка —
складний процес, що здiйснюється не однiєю рибосомою, а
цiлою групою, що включає до декiлькох десяткiв об'єднаних
рибосом. Таку групу рибосом називають полисомой. Синтезованi бiлки
спочатку накопичуються в каналах i порожнинах ендоплазматической мережi,
а потiм транспортуються до органоидам i дiлянок клiтки, де вони
потребляютя. ендоплазматическая мережа й рибосоми, розташованi на
ïï мембранах, являють собою єдиний апарат бiосинтезу й
транспортування бiлкiв
Мiтохондрiï. У цитоплазмi бiльшостi клiток тварин i рослин
утримуються дрiбнi тiльця (0, 2-7 мкм) — мiтохондрiï (гречок.
митос — нитка, хондрион — зерно, гранула). Мiтохондрiï
добре виднi у свiтловий мiкроскоп, за допомогою якого можна розглянути
ïхню форму, розташування, порахувати кiлькiсть. Внутрiшня будова
мiтохондрiй вивчена за допомогою електронного мiкроскопа. Оболонка
мiтохондрiï складається iз двох мембран —
зовнiшньоï й внутрiшньоï. Зовнiшня мембрана гладка, вона не
утворить нiяких складок i виростiв. Внутрiшня мембрана, навпроти,
утворить численнi складки, якi спрямованi в порожнину мiтохондрiï.
Складки внутрiшньоï мембрани називають кристами (панцира. криста
— гребiнь, вирiст) Число крист неоднаково в мiтохондрiях рiзних
клiток. Ïх може бути вiд декiлькох десяткiв до декiлькох сотень,
причому особливо багато крист у мiтохондрiях активно функцiонуючих
клiток, наприклад м'язових
Мiтохондрiï називають силовими станцiями клiток тому що ïхня
основна функцiя — синтез аденозинтрифосфорной кислоти (АТФ). Ця
кислота синтезується в мiтохондрiях клiток всiх органiзмiв i
являє собою унiверсальне джерело енергiï, необхiдний для
здiйснення процесiв життєдiяльностi клiтки й цiлого органiзму
Новi мiтохондрiï утворяться розподiлом уже iснуючих у клiтцi
мiтохондрiй
Пластиди. У цитоплазмi клiток всiх рослин перебувають пластиди. У
клiтках твариннi пластиди вiдсутнi. Розрiзняють три основних типи
пластид: зеленi — хлоропласти; червонi, жовтогарячi й жовтi
— хромопласти; безбарвнi — лейкопласти
Хлоропласт. Цi органоиди втримуються в клiтках листiв i iнших зелених
органiв рослин, а також у рiзноманiтних водоростей. Розмiри хлоропластiв
4-6 мкм, найбiльше часто вони мають овальну форму. У вищих рослин в
однiй клiтцi звичайно буває кiлька десяткiв хлоропластiв. Зелений
колiр хлоропластiв залежить вiд змiсту в них пiгменту хлорофiлу.
Xлоропласт — основний органоид клiток рослин, у якому
вiдбувається фотосинтез, тобто утворення органiчних речовин
(вуглеводiв) з неорганiчних (З2 i Н2ПРО) при використаннi енергiï
сонячного свiтла
По будовi хлоропласти подiбнi з мiтохондрiями. Вiд цитоплазми хлоропласт
вiдмежований двома мембранами — зовнiшньоï й
внутрiшньоï. Зовнiшня мембрана гладка, без складок i виростiв, а
внутрiшня утворить багато складчастих виростiв, спрямованих усередину
хлоропласта. Тому усерединi хлоропласта зосереджена велика кiлькiсть
мембран, що утворять особливi структури — грани. Вони складенi на
зразок стопки монет
У мембранах гранiв розташовуються молекули хлорофiлу, тому саме тут
вiдбувається фотосинтез. У хлоропластах синтезується й АТФ.
Мiж внутрiшнiми мембранами хлоропласта втримуються ДНК, РНК. i рибосоми.
Отже, у хлоропластах, так само як i в мiтохондрiях, вiдбувається
синтез бiлка, необхiдного для дiяльностi цих органоидов. Хлоропласти
розмножуються розподiлом
Хромопласти перебувають у цитоплазмi клiток рiзних частин рослин: у
квiтках, плодах, стеблах, листах. Присутнiстю хромопластiв
пояснюється жовте, жовтогаряче й червоне фарбування вiночкiв
квiток, плодiв, осiннiх листiв
Лейкопласти. перебувають у цитоплазмi клiток незабарвлених частин
рослин, наприклад у стеблах, корiннях, бульбах. Форма лейкопластiв
рiзноманiтна
Хлоропласти, хромопласти й лейкопласти здатнi клiтка взаємному
переходу. Так при дозрiваннi плодiв або змiнi фарбування листiв восени
хлоропласти перетворюються в хромопласти, а лейкопласти можуть
перетворюватися в хлоропласти, наприклад, при позеленiннi бульб картоплi
Апарат Гольджи. У багатьох клiтках тварин, наприклад у нервових, вiн
має форму складноï мережi, розташованоï навколо ядра. У
клiтках рослин i найпростiших апарат Гольджи представлений окремими
тельцями серповидной або палочковидной форми. Будова цього органоида
подiбно в клiтках рослинних i тваринних органiзмiв, незважаючи на
розмаïтiсть його форми
До складу апарата Гольджи входять: порожнини, обмеженi мембранами й
розташованi групами (по 5-10); великi й дрiбнi пухирцi, розташованi на
кiнцях порожнин . Всi цi елементи становлять єдиний комплекс
Апарат Гольджи виконує багато важливих функцiй. По каналах
ендоплазматической мережi до нього транспортуються продукти
синтетичноï дiяльностi клiтки — бiлки, вуглеводи й жири. Всi
цi речовини спочатку накопичуються, а потiм у виглядi великих i дрiбних
пухирцiв надходять у цитоплазму й або використовуються в самiй клiтцi в
процесi ïï життєдiяльностi, або виводяться з
ïï й використовуються в органiзмi. Наприклад, у клiтках
пiдшлунковоï залози ссавцiв синтезуються травнi ферменти, якi
накопичуються в порожнинах органоида. Потiм утворяться пухирцi,
наповненi ферментами. Вони виводяться iз клiток у протоку
пiдшлунковоï залози, звiдки перетiкають у порожнину кишечника. Ще
одна важлива функцiя цього органоида полягає в тiм, що на його
мембранах вiдбувається синтез жирiв i вуглеводiв (полисахаридов),
якi використовуються в клiтцi i якi входять до складу мембран. Завдяки
дiяльностi апарата Гольджи вiдбуваються вiдновлення й рiст
плазматичноï мембрани
Лизосоми. Являють собою невеликi округлi тiльця. Вiд Цитоплазми кожна
лизосома вiдмежована мембраною. Усерединi лизосоми перебувають ферменти,
що розщеплюють бiлки, жири, вуглеводи, нуклеиновие кислоти
До харчовоï частки, що надiйшла в цитоплазму, пiдходять лизосоми,
зливаються з нею, i утвориться одна травна вакуоль , усерединi якоï
перебуває харчова частка, оточена ферментами лизосом. Речовини, що
утворилися в результатi переварювання харчовоï частки, надходять у
цитоплазму й використовуються клiткою
Маючи здатнiсть до активного переварювання харчових речовин, лизосоми
беруть участь у видаленнi частин клiток, що вiдмирають у процесi
життєдiяльностi, цiлих клiток i органiв. Утворення нових лизосом
вiдбувається в клiтцi постiйно. Ферменти, що втримуються в
лизосомах, як i всякi iншi бiлки синтезуються на рибосомах цитоплазми.
Потiм цi ферменти надходять по каналах ендоплазматической мережi до
апарата Гольджи, у порожнинах якого формуються лизосоми. У такому видi
лизосоми надходять вцитоплазму. Клiтинний центр. У клiтках тварин
поблизу ядра перебуває органоид, що називають клiтинним центром.
Основну частину клiтинного центра становлять два маленьких тельцi
— центриоли, розташованi в невеликiй дiлянцi ущiльненоï
цитоплазми. Кожна центриоль має форму цилiндра довжиною до 1 мкм.
Центриоли вiдiграють важливу роль при розподiлi клiтки; вони беруть
участь в утвореннi веретена розподiлу
Клiтиннi включення. До клiтинних включень ставляться вуглеводи, жири й
бiлки. Всi цi речовини накопичуються в цитоплазмi клiтки у виглядi
крапель i зерен рiзноï величини й форми. Вони перiодично
синтезуються в клiтцi й використовуються в процесi обмiну речовин
Ядро. Кожна клiтка одноклiтинних i багатоклiтинних тварин, а також
рослин мiстить ядро. Форма й розмiри ядра залежать вiд форми й розмiру
клiток. У бiльшостi клiток є одне ядро, i такi клiтки називають
одноядерними. Iснують також клiтки iз двома, трьома, з декiлькома
десятками й навiть сотнями ядер. Це — многоядерние клiтки
Ядерний сiк — напiврiдка речовина, що перебуває пiд ядерною
оболонкою й представляє внутрiшнє середовище ядра
