ПИТАННЯ 2 Клітка є елементарною живою системою. На рівні клітини виявляються більшість основних властивостей живої матерії - обмін речовин і енергії, зростання, розвиток, роздратування, самовідтворення. Ми можемо виділити з клітини окремі її компоненти або навіть молекули і переконатися, що багато хто з них мають специфічні функціональні особливості. Так, наприклад, виділені актин-міозіновие фібрили можуть скорочуватися у відповідь на додавання АТФ; поза клітиною активно працюють багато ферментів, які беруть участь в синтезі або розпаді складних біологічних молекул; виділені рибосоми в присутності необхідних факторів можуть синтезувати білок; в даний час розроблені неклітинні системи ферментативного синтезу нуклеїнових кислот і т. д. Чи можна вважати всі ці окремо взяті, внутрішньоклітинні компоненти живими? Ймовірно, немає, тому що вони мають тільки певним властивістю живого, а не всім комплексом таких характеристик. Тільки клітина є найменшою одиницею, що володіє всіма, разом узятими, властивостями, що відповідають визначенню «живе» .2
Клітина є відкритою системою, оскільки її існування можливе лише в умовах постійного обміну речовиною та енергією з навколишнім середовищем.
Клітка - не тільки одиниця будови, але і одиниця функціонування. Всі її системи взаємопов'язані і функціонують як єдине ціле.
Гетеротрофні клітини доручають вуглеводи ззовні, а автотрофні клітини самі створюють їх шляхом фотосинтезу (з СO2 і H2 O, які надходять з навколишнього середовища) або хемосинтезу. Велика частина вуглеводів розщеплюється з метою вивільнення енергії. Отримана енергія зв'язується в формі АТФ. Енергію АТФ клітина використовує на різні життєві процеси - синтез, виділення речовин, рух і т. Д. Глюкоза і інші вуглеводи використовуються також для біосинтезу полісахаридів, які в формі гликолипидов і глікопротеїнів включаються в гликокаликс (у тварин), в формі геміцелюлози і пектинових речовин - в клітинну стінку рослин, у формі хітину - в клітинну стінку грибів. Целюлоза оболонок рослинних клітин синтезується на плазмалемме або в самій клітинної стінки. Автотрофні зелені клітини передають більшу частину синтезованих ними вуглеводів Незеленов гетеротрофним клітинам, в основному, у вигляді сахарози.
Рослинні клітини самі синтезують велику частину амінокислот, що входять до складу білків Синтез деяких амінокислот може здійснюватися ними в хлоропластах, в мітохондріях і цитоплазмі. Тварини клітини синтезують самі лише деякі амінокислоти (замінні), частина амінокислот (незамінні) тварини клітини отримують з навколишнього середовища; для цього вони поглинають білки, в основному, шляхом ендоцитозу і розщеплюють їх потім за допомогою ферментів лізосом до амінокислот.
Білки, в тому числі і ферменти, синтезуються на рибосомах за участю іРНК і тРНК. Цей синтез йде головним чином в цитоплазмі, а також в хлоропластах і мітохондріях. З цитоплазми білки переходять в клітинне ядро (гістонові і негістонові білки хромосом, білки субодиниць рибосом і ін.), В мітохондрії і хлоропласти.
На рибосомах, пов'язаних з ЕР, синтезуються резервні і експортні білки, які за участю комплексу Гольджі шляхом екзоцитозу залишають клітку.
Всі ці та інші процеси здійснюються шляхом реалізації генетичної інформації, яка зосереджена в молекулах ДНК ядра, пластид і мітохондрій. У названих органелах відбувається реплікація ДНК - необхідна передумова їх ідентичного ділення і клітини в цілому, а також транскрипція, що забезпечує появу різних видів РНК. На рибосомах за участю всіх типів РНК здійснюється трансляція - кінцевий етап реалізації генетичної інформації або синтез білків. За допомогою білків регулюються синтез і розщеплення речовин в клітині, синтез АТФ, клітинний ріст, підготовка і здійснення поділу клітини і інші процеси.
Таким чином, клітина є відкритою біологічною системою, найменшою одиницею життя - одиницею будови, функціонування, розмноження організмів і їх взаємозв'язку з навколишнім середовищем.
Вивчення клітини пов'язано з відкриттям і використанням мікроскопа і поліпшенням техніки микроскопирования. Сама клітина, точніше клітинна оболонка, була відкрита в XVII столітті англійським фізиком Р. Гуком. Розглядаючи під мікроскопом тонкий зріз пробки, Гук виявив, що вона складається з осередків, розділених перегородками. Ці осередки він назвав клітинами.
Довгий час головною частиною клітини вважали її оболонку. Н. Грюі М. Мальпігі (1671), вивчаючи анатомію рослин, також виявили найдрібніші осередки, звані кліткою. Вперше під мікроскопом деякі клітини тваринних організмів розглянув А. Левенгук (1 674). Однак рівень знань про клітину, досягнутий в XVII в. істотно не змінювався до початку XIX в. І лише через 200 років стало ясно: головне в клітині - НЕ стейка, а внутрішній вміст. Надалі, у міру вдосконалення мікроскопа і техніки микроскопирования накопичувалися і відомості про клітини тварин і рослин. На їх основі складалися уявлення про клітинної організації всього органічного світу. У 1883 р англійський ботанік Роберт Браун показав, що обов'язковим компонентом клітини є ядро.
Спираючись на ці дані і власні дослідження, німецький ботанік М. Шлейден зробив важливий висновок про клітинної організації рослин. Зоолог Т. Шванн на основі досліджень зоологічних об'єктів і даних його попередників в 1838 р затвердив найважливіше досягнення теоретичної біології: клітина є елементарною одиницею будови і розвитку всіх рослинних і тваринних організмів. Згодом клітинна теорія була багаторазово перевірена і доповнена багатьма новими фактами.
Німецький лікар Р. Вірхов довів, що поза тіток немає життя, що головна складова частина клітини - ядро. Академік Російської АН Карл Бер відкрив яйцеклітину ссавців і встановив, що всі організми починають свій розвиток з однієї клітини. Відкриття К. Бера засвідчило, що клітина не тільки одиниця будови, але і одиниця розвитку всіх живих організмів.
Подальше вдосконалення мікроскопічної техніки, створення електронного мікроскопа і методів молекулярної біології дозволили глибше проникнути в вивчення клітини, пізнати її складну структуру і різноманіття протікають в ній біохімічних процесів.
До похідних протопласта відносяться: 1) вакуолі; 2) включення; 3) клітинна стінка; 4) фізіологічно активні речовини: ферменти, вітаміни, фітогормони та ін .; 5) продукти обміну речовин.
Вакуолі - порожнини в протопласті - похідні ендоплазматичноїмережі. Вони обмежені мембраною - тонопластом і заповнені клітинним соком. Клітинний сік накопичується в каналах ендоплазматичної мережі у вигляді крапельок, які потім зливаються, утворюючи вакуолі. У молодих клітинах міститься багато дрібних вакуолей, в старій клітці зазвичай присутній одна велика вакуоль. У клітинному соку розчинені цукру (глюкоза, фруктоза, сахароза, інулін), розчинні білки, органічні кислоти (щавлева, яблучна, лимонна, винна, мурашина, оцтова та ін.), Різноманітні глікозиди, дубильні речовини, алкалоїди (атропін, папаверин, морфін і ін.), ферменти, вітаміни, фітонциди і ін. В клітинному соку багатьох рослин є пігменти - антоціан (червоний, синій, фіолетовий колір різних відтінків), антохлори (жовтий колір), антофеіни (темно-бурий колір). У вакуолях насіння містяться білки-протеїни. У клітинному соку розчинені також багато неорганічні сполуки.
Вакуолі - місця відкладень кінцевих продуктів обміну речовин.
Вакуолі формують внутрішню водне середовище клітини, з їх допомогою здійснюється регуляція водно-сольового обміну. Вакуолі підтримують тургорное гідростатичний тиск всередині клітин, що сприяє підтримці форми неодревесневших частин рослин - листя, квіток. Тургорное тиск пов'язаний з виборчою проникністю тонопласта для води і явищем осмосу - односторонньої дифузії води через напівпроникну перегородку в сторону водного розчину солей більшої концентрації. Надходить в клітинний сік вода чинить тиск на цитоплазму, а через неї - на стінку клітини, викликаючи пружне її стан, тобто забезпечуючи тургор. Брак води в клітці веде до плазмолізу, тобто до скорочення обсягу вакуолей і відділенню протопластів від оболонки. Плазмоліз може бути оборотним.
Включення - речовини, що утворюються в результаті життєдіяльності клітини або про запас, або як покидьки. Включення локалізуються або в гіалоплазме і органелах, або в вакуолі в твердому або рідкому стані. Включення являють собою запасні поживні речовини, наприклад, зерна крохмалю в бульбах картоплі, цибулинах, кореневищах і в інших органах рослин, що відкладаються в особливому типі лейкопластов - амилопластах.
Клітинна стінка - це тверде структурне утворення, що додає кожній клітині форму і міцність. Вона виконує захисну роль, оберігаючи клітку від деформації, протистоїть високому осмотичного тиску великої центральної вакуолі і перешкоджає розриву клітини. Клітинна стінка - продукт життєдіяльності протопласта. Первинна клітинна стінка утворюється відразу після ділення клітин і складається в основному з пектинових речовин і целюлози. Розростаючись, вона округляється, утворюючи межклетники, заповнені водою, повітрям або на пектинові речовини. При відмирання протопласта мертва клітина здатна проводити воду і виконувати свою механічну роль. Клітинна стінка може розростатися тільки в товщину. На внутрішній поверхні первинної клітинної стінки починає відкладатися вторинна клітинна стінка. Потовщення буває внутрішнім і зовнішнім. Зовнішні потовщення можливі тільки на вільної поверхні, наприклад, у вигляді шипів, горбків і інших утворень (спори, пилкові зерна). Внутрішнє потовщення представлено скульптурними стовщеннями у вигляді кілець, спіралей, судин і т.д. Неутолщеннимі залишаються тільки пори - місця під втрорічной стінці клітини. Через пори по плазмодесмам - тяжам цитоплазми - здійснюється обмін речовин між клітинами, передається роздратування з однієї клітини в іншу і т.д. Пори бувають прості і облямовані. Прості пори зустрічаються в паренхімних і прозенхімних клітинах, облямовані - судинах і трахеїдів, які проводять воду і мінеральні речовини.
Вторинна клітинна стінка побудована головним чином з целюлози, або клітковини (С6 Н10 О5) n - дуже стійкого речовини, нерозчинного у воді, кислотах і лугах.
З віком клітинні стінки зазнають видозміни, просочуються різними речовинами. Типи видозмін: обкоркування, одревеснение, кутінізація, мінералізація і ослизнение. Так, при опробковенію клітинні стінки просочуються спеціальним розчином суберином, при Одеревіння - лігніном, при кутінізаціі - жироподібним речовиною кутином, при мінералізації - мінеральними солями, найчастіше вуглекислим кальцієм і кремнеземом, при ослизнении клітинні стінки поглинають велику кількість води і сильно розбухають.
Ферменти, вітаміни, фітогормони. Ферменти - це органічні каталізатори білкової природи, присутні у всіх органелах і компонентах клітини.
Вітаміни - органічні речовини різного хімічного складу, присутні в якості компонентів в ферментах і виконують роль каталізаторів. Вітаміни позначаються великими літерами латинського алфавіту: А, В, С, D і ін. Розрізняють водорозчинні вітаміни (В, С, РР, Н і ін.) І жиророзчинні (А, D, Е).
Водорозчинні вітаміни знаходяться в клітинному соку, а жиророзчинні - в цитоплазмі. Відомо більше 40 вітамінів.
Фітогормони - фізіологічно активні речовини. Найбільш вивчені гормони росту - ауксин і гиббереллин.