Клітина
ЯДРО. БУДОВА ЯДРА. ФУНКЦІЇ ЯДРА. НУКЛЕОЇД ПРОКАРІОТИЧНИХ КЛІТИН

Цілі уроку: розглянути особливості будови й функції ядра клітини еукаріотів та нуклеоїда прокаріотичних клітин; проаналізувати зв’язок особливостей будови ядра з функціями, які воно виконує.

Обладнання й матеріали: таблиці «Будоваядра», «Будоварослинної клітини», «Будова тваринної клітини», «Будова бактеріальної клітини».

Базові поняття й терміни: клітина, ядро, нуклеоїд, каріоплазма, ядерний матрикс, хроматин, ядерце.

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

1. Які функції виконує поверхневий апарат клітин?

2. Які характерні особливості має поверхневий апарат прокаріотичних клітин?

3. Які характерні особливості має поверхневий апарат клітин тварин?

4. Як пов’язана будова поверхневого апарата клітин із функціями, які він виконує?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Нуклеоїд прокаріотичних клітин розташований усередині клітини й містить кільцеву молекулу ДНК. Він не відокремлений мембраною від умісту клітини, а ДНК нуклеоїда утворює комплекс із позитивно зарядженими молекулами та іонами. Разом ДНК і приєднані до неї молекули утворюють так звану «прокаріотичну хромосому», яка суттєво відрізняється від хромосом ядер еукаріотів. Бактеріальна хромосома завжди зв’язана із зовнішньою мембраною. Головна функція нуклеоїда — відтворення ДНК під час розмноження клітини й забезпечення процесів транскрипції в ході синтезу білка.

Ядра еукаріотичних клітин виконують фактично ті самі функції, що й нуклеоїд. Але робота їх набагато складніша, і її ефективність забезпечується особливостями будови ядер.

Частіше за все в клітинах еукаріотів розташоване одне ядро, проте трапляються і двоядерні (наприклад, у багатьох грибів та інфузорій) і багатоядерні (у ряду грибів і деяких найпростіших) клітини. Форма ядра частіше за все сферична або еліпсоподібна, але трапляються і ядра неправильної форми. Ядерна оболонка складається з двох мембран. У багатьох місцях вона пронизана порами, на краях яких внутрішня мембрана переходить у зовнішню. Залежно від функціонального стану клітини кількість пор на поверхні ядра може змінюватися. Кожна пора закрита спеціальною структурою — поросомою, яка регулює обмін речовин між ядром і цитоплазмою. До внутрішньої мембрани ядра прикріплена білкова ядерна пластинка, яка забезпечує форму ядра і є місцем прикріплення хромосом. Важливою функцією оболонки є недопущення до ДНК всередині ядра речовин, які можуть її пошкодити. До того ж, у ядрі існує система репарації, яка дозволяє за вцілілим ланцюгом ДНК відтворювати пошкоджений ланцюг. Під час поділу клітини її оболонка розбирається на окремі молекули і знову збирається після завершення поділу.

Усередині ядра розташовані каріоплазма, хроматин, ядерця, різні фібрили і гранули. Ядро керує синтезом білків і фізіологічними й морфологічними процесами, які відбуваються у клітині. Воно забезпечує зберігання і відтворення-спадкової інформації.

Каріоплазма є напівпрозорим внутрішнім середовищем клітини, в якому відбуваються всі біохімічні реакції. У ній розташовані комплекси ДНК з білками, впорядковане розташування яких досягається за рахунок ядерного матриксу (ниткоподібних структур білкових фібрил товщиною 2-3 нм, які розподілені по всьому ядру й утворюють його внутрішній каркас). Крім опорної ядерний матрикс виконує ще й регуляторну функцію завдяки ферментам, що розташовані на ньому. Каріоплазма об’єднує в одне ціле всі структури ядра.

Під час поділу клітини в ній легко помітити паличкоподібні структури — хромосоми. Хромосоми є складним і високовпорядкованим комплексом ДНК і спеціальних білків. У період між поділами хромосоми деспіралізуються і мають вигляд довгих ниток з окремими неспіралізованими ділянками у формі гранул. Такі гранули називаються хроматином. Кінці хромосом завжди конденсовані та приєднуються до ядерної пластинки. Хромосоми розташовані в ядрі дуже впорядковано, бо довжина ниток ДНК дуже велика й без упорядкованого розміщення вона не зможе функціонувати.

Унаслідок транскрипції в ядрі з РНК і білків утворюються рибонуклеопротеїдні комплекси (РНП-комплекси). Найбільшими такими комплексами є ядерця. Зазвичай у ядрі розташоване одне ядерце. Але інколи їх може бути й кілька. Ззовні ядерце має вигляд щільного пружного тільця округлої форми. Більшу його частину складають попередники рибосом. Ядерця формуються на певних ділянках окремих хромосом (ядерцевих організаторах). Функція ядерця — формування основних компонентів для створення рибосом. Інші РНП-комплекси містять у своєму складі різні види РНК (і-РНК, т-РНК тощо).

IV.* Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Які складові містяться в ядрі?

2. Які функції виконує ядро клітини?

3. Для чого потрібні ядерні пори?

4. Які функції виконує ядерце?

5. Чи відбувається в ядрі синтез РНК?

6. Чи відбувається в ядрі синтез білка?

7. Яка структура виконує функцію ядра у прокаріотичних організмів?

8. Згадайте матеріали курсу зоології та поясніть, які функції в інфузорій виконує мале ядро (мікронуклеус), а які — велике ядро (макронуклеус).

Мікроскопічна й ультрамікроскопічна будова ядра Мета: ознайомитися з особливостями мікроскопічної та ультрамікроскопічної будови ядра клітин еукаріотичних організмів.

Обладнання й матеріали: мікропрепарати рослинних і тваринних клітин з добре видимими ядрами, електронно-мікроскопічні фотографії ядер клітин.

1. Розгляньте мікропрепарати клітин тварин і рослин. Знайдіть на них ядра клітин.

2. Замалюйте клітини тварин і рослин, позначте на малюнках клітинні ядра.

3. Розгляньте мікрофотографії ядер. Замалюйте ультрамікроскопічну структуру ядра. Позначте на малюнку каріоплазму, ядерний матрикс, хроматин, ядерце.

4. Зробіть висновок, де поясніть, як особливості будови ядра допомагають йому ефективно виконувати свої функції.

Клітина – визначення, структура, типи, функції, приклади

Зародження клітин нерозривно пов’язане із зародженням життя, знаменуючи собою початок багатого гобелена життя на Землі.

1. Виникнення первинної клітини: Стародавні залишки життя, строматоліти, приписують ціанобактеріям, які в просторіччі називають синьо-зеленими водоростями. Ці найдавніші з відомих скам’янілостей життя, що датуються мільярдом років, були виявлені в таких місцях, як Національний парк Глейшер у Сполучених Штатах.
2. Теорії про народження молекул життя: Генезис мізерних молекул, які проклали шлях до життя на ранній Землі, оповитий кількома гіпотезами. Деякі припускають, що ці молекули були транспортовані на Землю через метеорити, про що свідчить метеорит Мерчісон. Інші виступають за їх створення в глибинах океану в гідротермальних джерелах. Ще одна теорія, заснована на експерименті Міллера-Юрі, передбачає їх синтез через блискавку в первісній відновній атмосфері. Точна природа перших самовідтворюваних сутностей залишається невловимою. Хоча РНК з її подвійними можливостями зберігання генетичної інформації та каталізу хімічних реакцій є основним кандидатом (згідно з гіпотезою світу РНК), попередники РНК, такі як глина або пептидна нуклеїнова кислота, могли існувати.
3. Поява клітин: Клітини дебютували на Землі приблизно 3.5 мільярда років тому. Переважаючий науковий консенсус стверджує, що ці піонерські клітини були гетеротрофами. Початкові клітинні мембрани, ймовірно, демонстрували більшу простоту та проникність порівняно з їх сучасними аналогами, можливо, включаючи єдиний ланцюг жирної кислоти на ліпід. У той час як ліпіди можуть автономно утворювати двошарові везикули у водному середовищі, потенційно передуючи РНК, генезис перших клітинних мембран міг бути полегшений каталітичною РНК або, можливо, потребував структурних білків для формування.
4. Поява еукаріотичних клітин: Вважається, що еукаріотичні клітини з їх складною структурою походять від симбіотичного консорціуму прокаріотичних клітин. Органели в еукаріотичних клітинах, такі як мітохондрії та хлоропласти, ведуть свій родовід від стародавніх симбіотичних утворень – альфапротеобактерій, що дихають киснем, і ціанобактерій відповідно. Вони були ендосимбіозними первісним архейським прокаріотом. Послідовність подій, що призводять до еволюції таких органел, як гідрогеносома, по відношенню до мітохондрій, залишається темою активних дебатів.

Таким чином, походження клітин дає захоплюючий погляд на еволюційні процеси, які сформували життя на Землі, пропонуючи зрозуміти складний танець молекул, який призвів до різноманітних біологічних утворень, які ми спостерігаємо сьогодні.

Характеристика клітин

Клітини, які часто називають будівельними блоками життя, демонструють безліч складних особливостей, які лежать в основі їхньої функціональності та структурної цілісності. Ці характеристики є квінтесенцією для підтримки та розмноження життя. Ось основні особливості клітин:

1. Структурна основа: Клітини надають структурну стабільність і підтримку організму, забезпечуючи його форму і положення.
2. Організований інтер’єр: У межах клітини існує добре організоване розташування органел, кожна з яких огорнута окремою мембраною. Ця організація полегшує компартменталізацію різних клітинних функцій.
3. Генетичний репозиторій: Ядро, головна органела, служить зберігачем генетичного матеріалу. Він містить життєво важливі генетичні плани, необхідні для клітинного відтворення та росту.
4. Наявність мембранних органел: Кожна клітина оснащена мембранними органелами, розсіяними всередині цитоплазми, що забезпечує сегрегацію та ефективне виконання клітинних завдань.
5. Енергетичні центри – мітохондрії: Ці двомембранні органели є енергетичними центрами клітини. Вони організовують енергетичні транзакції, важливі для життєдіяльності клітин.
6. Лізосомальна функція: Лізосоми є клітинними хранителями, які спостерігають за деградацією зайвих або пошкоджених клітинних компонентів, забезпечуючи клітинну гігієну та оборот.
7. Ендоплазматичний ретикулум – клітинна фабрика: Ця розгалужена мережа відіграє важливу роль у внутрішній динаміці клітини. Він відіграє ключову роль у синтезі вибраних молекул і контролює їхню обробку, маршрутизацію та локалізацію всередині клітини.

Підсумовуючи, клітини з їх безліччю характеристик функціонують як складні мікрокосми, кожна з яких відіграє ключову роль у підтримці рівноваги та життєздатності життя.

Види клітин

У величезному царстві біології клітини виступають як фундаментальні одиниці життя, демонструючи спектр складності та функціональності. Виходячи зі структурних і функціональних тонкощів, клітини в основному класифікуються на дві категорії: еукаріотичні та прокаріотичні.

Будова типової прокаріотичної клітини | Джерело зображення: Це векторне зображення повністю створено Ali Zifan, CC BY-SA 4.0через Wikimedia Commons

1. Клітини прокаріотів
   • огляд: Прокаріотичні клітини, що охоплюють бактерії і археї, представляють найдавніші форми життя на Землі. Ці клітини характеризуються відсутністю певного ядра і, як правило, менші та простіші, ніж їхні еукаріотичні аналоги.
   • Конструктивні особливості:
     • Конверт комірки: Зазвичай складається з плазматичної мембрани, часто екранованої a Клітинна стінка і, в деяких випадках, додатковий шар капсули. Ця оболонка забезпечує структурну підтримку та діє як захисний бар’єр.
     • Цитоплазматична область: Містить геном (ДНК), рибосоми та різні включення. ДНК, хоча і не укладена в ядро, організована в області, яка називається нуклеоїдом.
     • Позахромосомні елементи: Прокаріоти можуть мати плазміди, кільцеві фрагменти ДНК, які кодують додаткові гени.
     • Зовнішні придатки: Такі структури, як джгутики та пілі, виступають із поверхні клітини, полегшуючи рух і міжклітинний зв’язок.
   • Морфологічне різноманіття: Прокаріотичні клітини мають різні форми, включаючи коки (сферичні), бацили (паличкоподібні) і спірохети (спіральні).
2. Еукаріотичні клітини
   • огляд: Еукаріотичні клітини, виявлені в рослинах, тваринах, грибах і деяких протистах, характеризуються наявністю чітко визначеного ядра та мембранних органел.
   • Конструктивні особливості:
     • ядро: Пов’язана мембраною органела, в якій міститься ДНК клітини, організована в лінійні хромосоми, пов’язані з білками-гістонами.
     • Мембранні органели: Еукаріотичні клітини мають спеціальні відділи, такі як мітохондрії та хлоропласти, кожен з яких виконує різні функції. Деякі з цих органел також містять власну ДНК.
     • Вії та джгутики: Еукаріотичні клітини можуть мати ці структури для руху. На відміну від джгутиків прокаріотів джгутики еукаріотів мають більш складну будову.
   • Компартменталізація: Відмінною рисою еукаріотичних клітин є наявність окремих органел, які сприяють спеціалізованій клітинній діяльності в певних просторах.

Таким чином, клітинний світ відзначений дихотомією між прокаріотичними та еукаріотичними клітинами, кожна з яких має свій унікальний набір характеристик і функцій. Ця класифікація підкреслює складнощі еволюції та різноманітні стратегії, прийняті формами життя, щоб процвітати в безлічі середовищ.

Будова типової тваринної клітини | Авторство зображення: LadyofHats, Public доменчерез Wikimedia Commons Будова типової рослинної клітини | Автор зображення: LadyofHats, суспільне надбання, через Wikimedia Commons

Порівняння еукаріотів і прокаріотів | Джерело зображення: Science Primer (Національний центр біотехнологічної інформації). Векторизовано Mortadelo2005., Громадське надбання, через Wikimedia Commons

Будова клітин

Будова клітини | Джерело зображення: https://training.seer.cancer.gov/anatomy/cells_tissues_membranes/cells/structure.html

Клітини, основні одиниці життя, складно розроблені зі спеціалізованих компонентів, кожен з яких відіграє ключову роль у забезпеченні функціональності та життєздатності клітини. Заглиблюючись у архітектуру стільникового зв’язку, ми виділяємо наступні ключові структурні елементи:

1. Клітинна мембрана:
   • Функції: Виконуючи роль захисного бар’єру клітини, клітинна мембрана регулює вхід і вихід молекул, забезпечуючи контрольований обмін із зовнішнім середовищем.
   • Склад: Ця напівпроникна структура, яку часто називають плазматичною мембраною, оснащена вибірковими порами, які сприяють руху певних речовин.
   • Значення: Окрім своєї ролі в транспортуванні речовин, клітинна мембрана забезпечує структурну цілісність, захищаючи внутрішні компоненти клітини від потенційної шкоди та зовнішніх коливань.
2. Клітинна стінка:
   • Відмінність: Клітинна стінка, яка міститься виключно в клітинах рослин, є зовнішнім захисним шаром.
   • Склад: Побудована в основному з целюлози, геміцелюлози та пектину, клітинна стінка демонструє жорсткість і міцність.
   • Функції: Цей структурний шар надає форму, забезпечує механічний захист від зовнішніх ударів і забезпечує додаткову підтримку клітини, зміцнюючи її стійкість до викликів навколишнього середовища.
3. цитоплазма:
   • Опис: Перебуваючи в межах клітинної мембрани, цитоплазма є в’язкою желатиновою матрицею.
   • Роль: Служачи клітинною ареною, цитоплазма є місцем для безлічі біохімічних реакцій, важливих для життєдіяльності клітини.
   • Мешканці: Різні клітинні органели, включаючи ендоплазматичний ретикулум, мітохондрії, рибосоми та вакуолі, підвішені в цій матриці, організовуючи свої відповідні функції.
4. ядро:
   • Генетичний репозиторій: У ядрі міститься генетичний план клітини, ДНК, який визначає клітинну діяльність і моделі успадкування.
   • Регулююча роль: Діючи як командний центр клітини, ядро ​​керує клітинними процесами, керуючи ростом, дозріванням, реплікацією та апоптозом.
   • Конструктивні особливості: Вкрите ядерною оболонкою, ядро ​​забезпечує захист ДНК, відокремлюючи її від цитоплазматичного середовища.

По суті, клітинна структура є дивом біологічної інженерії, де кожен компонент синергетично сприяє цілісній функції клітини. Цей складний дизайн підкреслює складність і точність, притаманні царині клітинної біології.

Клітинні органели

Клітинні органели – це складні структури в клітинах, які виконують певні функції, життєво важливі для виживання та функціонування клітини. Подібно до органів багатоклітинних організмів, кожна органела виконує окрему роль, забезпечуючи оптимальне функціонування клітини.

Еукаріотичні та прокаріотичні клітини мають органели. Проте органели в прокаріотичних клітинах, як правило, простіші й позбавлені навколишньої мембрани. Клітинний матрикс, відомий як цитозоль, є гелеподібною речовиною, яка огортає ці органели.

Еукаріотичні органели:

1. Ядро клітини: Ядро, командний центр клітини, є найвидатнішою органелою еукаріотичних клітин. Він захищає генетичний матеріал клітини і є центром реплікації ДНК і синтезу РНК. Охоплене ядерною оболонкою, ядро ​​забезпечує захист ДНК від потенційних зовнішніх загроз. У ядрі ядерце відповідає за збирання субодиниць рибосом.
2. Мітохондрії та хлоропласти: Ці органели є ключовими для виробництва енергії. Мітохондрії, присутні в усіх еукаріотичних клітинах, сприяють аеробному диханню, перетворюючи поживні речовини в багаті енергією молекули АТФ. Хлоропласти, виключно для рослин і водоростей, використовують сонячне світло для виробництва вуглеводів за допомогою фотосинтезу.
3. Ендоплазматичний ретикулум (ER): ER — це клітинна магістраль, яка спрямовує молекули до місця призначення. Він існує у двох формах: шорсткий ER з рибосомами та гладкий ER без рибосом, який відіграє роль у синтезі ліпідів і регуляції кальцію.
4. Апарат Гольджі: Ця органела обробляє та упаковує макромолекули, такі як білки та ліпіди, синтезовані клітиною.
5. Лізосоми та пероксисоми: Дім лізосом ферменти які розщеплюють відходи та клітинне сміття. Пероксисоми нейтралізують токсичні пероксиди, забезпечуючи клітинну безпеку.
6. Центросома: Невід’ємна частина організації цитоскелету, центросома виробляє мікротрубочки та контролює транспорт у ER та апараті Гольджі.
7. Вакуолі: Ці мембранні мішечки ізолюють відходи, а в рослинах зберігають воду. Вони відіграють вирішальну роль у підтримці клітинного гомеостазу.

1. Рибосоми: Рибосоми, що містять РНК і білкові комплекси, є клітинним механізмом, де синтез білка відбувається за допомогою матриць РНК.
2. Пластиди: Зустрічаються переважно в рослинних клітинах, пластиди – це пов’язані з мембраною органели, що містять специфічні пігменти. Їх можна класифікувати на хлоропласти (беруть участь у фотосинтезі), хромопласти (беруть участь у синтезі та зберіганні пігменту) і лейкопласти (беруть участь у зберіганні поживних речовин).

Підсумовуючи, клітинні органели є фундаментальними для структури та функції клітини. Їхня спеціалізована роль забезпечує ефективну роботу клітини, віддзеркалюючи те, як функціонують органи у великих організмах.

Структури поза клітинною мембраною

Клітини, основні одиниці життя, часто мають структури, які виходять за межі клітинної мембрани. Ці позаклітинні структури піддаються впливу зовнішнього середовища, не маючи захисного екрану напівпроникної клітинної мембрани. Збірка цих структур вимагає транспортування їхніх компонентів через клітинну мембрану за допомогою спеціалізованих експортних механізмів.

Клітинна стінка: Клітинна стінка – це помітна позаклітинна структура, яка зустрічається в численних прокаріотичних і еукаріотичних клітинах. Він служить захисним бар’єром, пропонуючи механічний і хімічний захист від зовнішніх загроз, доповнюючи захисну роль клітинної мембрани. Склад клітинної стінки різний для різних типів клітин. У той час як рослинні клітини переважно містять клітинні стінки на основі целюлози, клітини грибів мають стінки, що складаються з хітину, а клітинні стінки бактерій переважно складаються з пептидоглікану.

1. Капсула: Деякі бактерії вкриті желатиновою капсулою, яка лежить поза клітинною мембраною та клітинною стінкою. Склад капсули може змінюватися, причому деякі з них складаються з полісахаридів, як це спостерігається у пневмококів і менінгококів, тоді як інші, як Bacillus anthracis, мають поліпептидні капсули. У деяких навіть є капсули на основі гіалуронової кислоти, наприклад стрептококи. Ці капсули не легко забарвити за допомогою звичайних методів, але їх можна візуалізувати за допомогою техніки, що включає індійські чорнило або метиловий синій, що підсилює контраст для спостереження.
2. джгутики: Джгутики — це хлистоподібні структури, які забезпечують рухливість клітин. У бактерій джгутик походить із цитоплазми, проходить через клітинну мембрану(и) і виступає крізь клітинну стінку. Ці білкові відростки товсті й подовжені. Варто зазначити, що археї мають окремий тип джгутика, тоді як еукаріоти мають ще інший варіант.
3. Фімбрії (пілі): Фімбрії, які також називають пілі, є тонкими, схожими на волоски виступами на поверхні бактерій. Фімбрії, що складаються з білка піліну, сприяють прикріпленню бактерій до специфічних рецепторів клітин-господарів, опосередковуючи клітинну адгезію. Певні спеціалізовані пілі відіграють роль у кон’югації бактерій, процесі передачі генетичного матеріалу.

Таким чином, позаклітинні структури в клітинах відіграють ключову роль у захисті, адгезії та рухливості. Їх присутність і склад змінюються в різних типах клітин, відображаючи різноманітні функції та середовища, в яких ці клітини переміщуються.

Клітинні процеси

Складний механізм життя працює на клітинному рівні, де безліч процесів забезпечує існування, ріст і розмноження організмів. Ці клітинні процеси регулюються складними біохімічними реакціями та шляхами, що забезпечує належне функціонування та виживання клітини. Тут ми заглибимося в основні клітинні процеси, які визначають життя клітини:

Прокаріоти діляться шляхом бінарного поділу, тоді як еукаріоти діляться шляхом мітозу або мейозу. | Автор зображення: domdomegg, CC BY-SA 4.0через Wikimedia Commons

1. Реплікація та поділ клітин: Клітини розмножуються шляхом поділу, процесу, необхідного для росту багатоклітинних організмів і для розмноження одноклітинних істот. Прокаріотичні клітини зазнають бінарного поділу, тоді як еукаріотичні клітини беруть участь у мітозі з наступним цитокінезом. У певних сценаріях a диплоїдний клітина піддається мейозу для виробництва гаплоїдний клітини, які діють як гамети в багатоклітинних організмах.
2. Реплікація ДНК: Перед поділом клітини геном клітини дублюється. Це гарантує, що дочірні клітини успадковують повний набір генетичної інформації. Реплікація ДНК — це ретельно відрегульований процес, для виконання якого потрібні спеціальні білки.
3. Відновлення ДНК: Клітини володіють фермент системи, які постійно відстежують і відновлюють пошкодження ДНК. Наявність різноманітних механізмів репарації, таких як ексцизійна репарація нуклеотидів і рекомбінаційна репарація, підкреслює важливість збереження цілісності ДНК.
4. Ріст і метаболізм: Клітинний метаболізм охоплює біохімічні реакції, які сприяють росту клітин. Він роздвоюється на катаболізм, де складні молекули розщеплюються, і анаболізм, де складні молекули синтезуються. Наприклад, глюкоза метаболізується з утворенням аденозинтрифосфату (АТФ), молекули, яка є центральною для клітинної енергії.
5. Синтез білка: Білки, робочі конячки клітини, синтезуються на основі генетичної інформації, закодованої в ДНК. Цей синтез включає два основних етапи: транскрипцію, коли ДНК транскрибується в РНК, і трансляцію, коли РНК транслюється в білки. Весь процес забезпечує точний переклад генетичної інформації у функціональні білкові молекули.
6. Моторика: Клітинний рух життєво важливий для різних процесів, від одноклітинних організмів, які шукають поживні речовини, до багатоклітинних організмів, які загоюють рани. Такі механізми, як джгутики та війки, полегшують рух в одноклітинних організмах, тоді як складні процеси керують рухом у багатоклітинних організмів, наприклад під час загоєння ран або імунних реакцій.
7. Навігація, управління та зв’язок: Клітини демонструють надзвичайні навігаційні можливості, про що свідчить їх здатність ефективно долати складні середовища. Наприклад, певні клітини можуть генерувати градієнти для сприйняття та навігації лабіринтами, підкреслюючи їхні складні механізми сприйняття та зв’язку.

Схема катаболізму білків, вуглеводів і жирів | Автор зображення: Тім Вікерс, векторизоване Fvasconcellos, Громадське надбання, через Wikimedia Commons

Таким чином, клітини є динамічними сутностями, які організовують безліч процесів для підтримки гомеостазу, реагування на сигнали навколишнього середовища та забезпечення безперервності життя. Ці процеси, підкріплені складними біохімічними шляхами, є свідченням дива клітинної біології.

Багатоклітинний організм

1. Клітинна диференціація та спеціалізація: Багатоклітинні організми демонструють клітинну диференціацію, коли генетично ідентичні клітини еволюціонують у різні типи клітин, призначені для певних ролей. Наприклад, ссавці можуть похвалитися великою кількістю типів клітин, включаючи нейрони, м’язові клітини, клітини крові та клітини шкіри. Незважаючи на спільний генетичний склад, ці клітини виявляють різні функції та зовнішній вигляд завдяки диференціальній експресії генів, яким вони піддаються.
2. Генезис багатоклітинності: Явище багатоклітинності властиве не тільки еукаріотам; він незалежно з’являвся принаймні 25 разів протягом еволюційної шкали часу, охоплюючи певних прокаріотів, таких як ціанобактерії та міксобактерії. Однак складні багатоклітинні структури переважно спостерігаються у шести групах еукаріот: тварини, гриби, бурі водорості, червоні водорості, зелені водорості та рослини. Витоки багатоклітинності можна простежити до різних еволюційних шляхів, включаючи формування взаємозалежних клітинних колоній, целюляризацію або симбіотичні асоціації між організмами.
3. Історичні свідчення: Первинні докази багатоклітинності знайдені в ціанобактеріоподібних скам’янілості, які датуються від 3 до 3.5 мільярдів років. Інші стародавні залишки багатоклітинних включають обговорювану Grypania spiralis і скам’янілості, виявлені в палеопротерозойській групі скам’янілостей групи B в Габоні.
4. Еволюційні експерименти: Перехід від одноклітинності до багатоклітинності було відтворено в контрольованих лабораторних умовах. Через еволюційні експерименти хижацтво було використано як селективний тиск, що призвело до появи багатоклітинності з одноклітинних предків.

Підсумовуючи, багатоклітинність являє собою значний еволюційний стрибок, що дозволяє диверсифікувати та спеціалізувати форми життя. Ця складна організація дозволила організмам адаптуватися та процвітати в різноманітних середовищах, демонструючи чудеса еволюційної біології.

Клітинна теорія

1. Універсальність клітин: Кожен живий організм, незалежно від його складності, складається з клітин.
2. Основна життєва одиниця: Клітини представляють квінтесенцію структурних і функціональних одиниць, які оркеструють безліч процесів, життєво важливих для життя.
3. Клітинне походження: Нові клітини не утворюються спонтанно; вони виникають в результаті поділу вже існуючих клітин.

• Клітинна енергетика: Клітини — це динамічні утворення, в яких енергія безперервно спрямовується для здійснення різноманітних біохімічних реакцій.
• Генетична безперервність: Клітини забезпечують збереження генетичної інформації, передаючи її під час поділу клітини.
• Біохімічна однорідність: Незважаючи на велике розмаїття життя, існує дивовижна узгодженість хімічних складових клітин усіх видів.

Функції клітини

1. Конструкційний фундамент: Клітини є будівельними блоками всіх живих істот. Вони надають організмам структурну цілісність. Ключові клітинні компоненти, такі як клітинна стінка та клітинна мембрана, забезпечують підтримку та формують організми. Наприклад, людська шкіра складається з безлічі клітин, тоді як у судинних рослин ксилема, що складається зі спеціалізованих клітин, надає структурну міцність.
2. Ріст через поділ клітин: Клітини розмножуються за допомогою процесу, відомого як мітоз, у якому батьківська клітина роздвоюється на дві клітини-нащадки. Це розмноження клітин лежить в основі росту організмів.
3. Механізми транспорту речовин: Клітини організовують імпорт основних поживних речовин, необхідних для внутрішньоклітинних біохімічних реакцій. Одночасно вони видаляють відходи, що утворюються в результаті цих реакцій. Молекулярний транспорт через клітинну мембрану може бути:
   • Пасивний транспорт: малі молекули, такі як кисень і вуглекислий газ, проходять через клітинну мембрану шляхом дифузії, рухаючись уздовж градієнтів концентрації.
   • Активний транспорт: Більші молекули вимагають значної енергії для транспортування через клітинну мембрану, цьому процесу сприяє клітинна енергія.
4. Виробництво енергії: Для живлення безлічі видів діяльності клітинам потрібна енергія. Ця енергія використовується за допомогою фотосинтезу в рослинах і клітинного дихання у тварин.
5. Роль у відтворенні: Клітини відіграють важливу роль у відтворенні організму. Вони піддаються мітозу, формі нестатевого розмноження, коли батьківська клітина ділиться, утворюючи ідентичні дочірні клітини. І навпаки, мейоз призводить до появи дочірніх клітин, які генетично відрізняються від батьківських, що забезпечує генетичне різноманіття.
6. Синтез біомолекул: Клітини є місцем для синтезу життєво важливих біомолекул, включаючи білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди та вуглеводи. Рибосоми, ендоплазматичний ретикулум і апарат Гольджі працюють у тандемі, щоб забезпечити синтез, модифікацію та транспортування білків.
7. Стільниковий зв’язок: Клітини спілкуються одна з одною за допомогою сигнальних шляхів. Ця комунікація має вирішальне значення для таких процесів, як відновлення тканин, імунна відповідь і координація діяльності в багатоклітинних організмах.
8. Гомеостаз: Клітини підтримують стабільне внутрішнє середовище, забезпечуючи оптимальні рН, температуру та концентрацію поживних речовин для клітинної діяльності.
9. Поводження з відходами: Лізосоми та пероксисоми в клітинах розщеплюють відпрацьовані речовини та токсини, гарантуючи, що клітина залишається незабрудненою та функціональною.
10. Захист і імунітет: Деякі клітини, особливо у тварин, відіграють роль у захисті організму від патогенів. Білі кров’яні клітини, наприклад, беруть участь у виявленні та знищенні іноземних загарбників.
11. Диференціація клітин: Стовбурові клітини мають здатність диференціюватися в різні типи спеціалізованих клітин, забезпечуючи можливість розвитку організмів спеціалізованих тканин і органів.
12. Генетична спадковість: У клітинах міститься генетичний матеріал (ДНК), який передається від одного покоління до іншого. Це забезпечує безперервність генетичних ознак і розмноження видів.
13. Рухливість клітин: Деякі клітини, наприклад сперматозоїди тварин і деякі бактерії, демонструють рухливість. Вони мають такі структури, як джгутики або вії, які забезпечують рух.
14. зберігання: Вакуолі в клітинах рослин зберігають поживні речовини, продукти життєдіяльності та допомагають підтримувати тургорний тиск. Подібним чином жирові клітини тварин зберігають ліпіди, які можна використовувати як запас енергії.
15. Сенсорні функції: Деякі клітини, особливо у вищих тварин, спеціалізуються на виявленні змін у навколишньому середовищі. Наприклад, фоторецептори в очах сприймають світло, а нюхові клітини в носі сприймають запахи.

По суті, клітини є динамічними утвореннями, які не тільки забезпечують структуру, але й стимулюють ріст, сприяють транспортуванню, виробляють енергію та відіграють ключову роль у відтворенні, підкреслюючи їхню незамінну природу в царині біології.

Приклади Cell

Клітини є основними будівельними блоками всіх живих організмів. Ось приклади різних типів клітин:

1. Клітини прокаріотів:
   • Бактеріальні клітини: Це прості клітини без ядра. Приклади включають Кишкова паличка (кишкова паличка) і Золотистий стафілокок.
2. Еукаріотичні клітини:
   • Клітини тварин:
     • Червоні кров’яні клітини (еритроцити): Ці клітини транспортують кисень по всьому тілу.
     • Нейрони: Це нервові клітини, відповідальні за передачу електричних сигналів.
     • М’язові клітини: Ці клітини відповідають за рух. Приклади включають клітини скелетних м’язів, клітини серцевого м’яза та клітини гладких м’язів.
     • Сперматозоїди: Чоловічі репродуктивні клітини.
     • Яйцеклітина (яйцеклітина): Жіноча репродуктивна клітина.
   • Рослинні клітини:
     • Клітини листка (клітини мезофілу): Ці клітини містять хлоропласти і відповідають за фотосинтез.
     • Кореневі волоскові клітини: спеціалізується на поглинанні поживних речовин із ґрунту.
     • Охоронні камери: Ці клітини оточують продихи та регулюють відкриття та закриття продихів для контролю газообміну.
   • Грибкові клітини:
     • Дріжджі Клітини: Одноклітинні гриби, які використовуються в хлібопеченні та пивоварінні.
     • Клітини міцелію: вони утворюють тіло багатоклітинних грибів, таких як гриби.
   • Протестичні клітини:
     • амеба: одноклітинний організм, який пересувається за допомогою псевдоножок.
     • Параметрій: Одноклітинний протист з війками.
     • Евглена: Одноклітинний організм з властивостями рослин (має хлоропласти) і тварин (може рухатися).
3. Спеціалізовані клітини:
   • Білі кров’яні клітини (лейкоцити): Частина імунної системи та допомагає боротися з інфекціями.
   • Тромбоцити: бере участь у згортанні крові.
   • Епітеліальні клітини: Ці клітини вистилають поверхні органів і структур тіла.
   • Адипоцити: клітини накопичення жиру.
   • Остеоцити: Кісткові клітини.

Історія досліджень клітини

1. Світанок мікроскопії (1632-1723): Антоні ван Левенгук, виробник лінз-самоучка, був піонером у створенні елементарних оптичних мікроскопів. Його ретельні спостереження дозволили задокументувати найпростіші, такі як Vorticella з дощової води, і навіть бактерії з його ротової порожнини.
2. Карбування «Cell» (1665): Дослідження пробки та живої рослинної тканини Роберта Гука під раннім складним мікроскопом виявило крихітні структури, що нагадують маленькі кімнати. Кульмінацією цього спостереження стало те, що він ввів термін «клітина», що походить від латинського слова «cellula», у своїй фундаментальній праці «Мікрографія».
3. Народження клітинної теорії (1839): Теодор Шванн і Маттіас Якоб Шлейден завдяки спільним зусиллям визнали універсальну присутність клітин як у рослин, так і у тварин. Їхнє твердження про те, що клітини є основоположною одиницею будови та розвитку, дало початок клітинній теорії.
4. Безперервність клітин (1855): Рудольф Вірхов, спираючись на клітинну теорію, припустив, що всі клітини виникають з уже існуючих клітин через процес клітинного поділу, укладеного у фразу «omnis cellula ex cellula».
5. Розвінчання самозародження (1859): Вікова віра в спонтанне зародження, ідея про те, що життя може спонтанно виникнути з неживої матерії, зіткнулася з серйозним викликом. Луї Пастер, спираючись на попередні роботи Франческо Реді, представив докази проти цієї ідеї.
6. Революція електронної мікроскопії (1931): Винахід Ернстом Рускою трансмісійного електронного мікроскопа в Берлінському університеті став поворотним пунктом у дослідженні клітини. До 1935 року він удвічі збільшив роздільну здатність мікроскопа, відкривши клітинні органели, які раніше були приховані від очей.
7. Розгадування подвійної спіралі ДНК (1953): Спираючись на основоположну роботу Розалінд Франклін, Джеймс Вотсон і Френсіс Крік оприлюднили структуру подвійної спіралі ДНК, відкриття, яке здійснить революцію в молекулярній біології.
8. Ендосимбіотична теорія (1981): Лінн Маргуліс у своїй публікації «Симбіоз в клітинній еволюції» представила ендосимбіотичну теорію. Ця теорія припускала, що деякі органели еукаріотичних клітин, такі як мітохондрії та хлоропласти, походять від стародавніх симбіотичних бактерій.

1. Рекомендації ISSCR щодо дослідження стовбурових клітин і клінічного перекладу: Оновлення 2021 року
   • Дата публікації: 2021-05-25
   • Автори: Р. Ловелл-Бедж, Ерік Ентоні, Р. Баркер та ін.
   • абстрактний: Міжнародне товариство досліджень стовбурових клітин оновило свої Рекомендації щодо дослідження стовбурових клітин і клінічного перекладу, щоб розглянути досягнення в науці про стовбурові клітини та пов’язані з цим етичні, соціальні та політичні проблеми з моменту останнього оновлення в 2016 році. Рекомендації служать стандартом для у сфері, допомагаючи вченим, регуляторам, спонсорам, лікарям і громадськості.
   • Прочитайте повну статтю
2. Досягнення в дослідженні стовбурових клітин і терапевтичних розробках
   • Дата публікації: 2019-07-01
   • Автори: М. Де Лука, А. Аюті, Г. Коссу, М. Пармар, Г. Пеллегріні, П. Робі.
   • абстрактний: У цьому огляді розглядаються ключові досягнення в дослідженні стовбурових клітин і описуються типи клітин, які зараз використовуються в клініці або наближаються до клінічних випробувань. Автори аналізують наукове обґрунтування, експериментальні підходи та результати, що лежать в основі клінічного використання таких стовбурових клітин.
   • Прочитайте повну статтю
3. Дослідження мезенхімальних стовбурових клітин тварин у медицині регенерації хряща – огляд
   • Дата публікації: 2019-01-01
   • Автори: MB Gugjoo, M. Fazili, MA Gayas, RA Ahmad, K. Dhama.
   • абстрактний: У цьому огляді обговорюється потенціал регенеративної медицини із залученням стовбурових клітин для відновлення хряща. Автори зосереджуються на використанні мезенхімальних стовбурових клітин (MSC) для відновлення суглобового хряща у тварин, підкреслюючи досягнення та обмеження, пов’язані з їх використанням.
   • Прочитайте повну статтю
4. Терапевтичний аборт і позаматкова вагітність: альтернативні джерела дослідження та терапії стовбуровими клітинами плода в Ірані як ісламській країні
   • Дата публікації: 2018-12-07
   • Автори: П. Гударзі, Хадідже Фалахзаде, Х. Агаян та ін.
   • абстрактний: У цій статті обговорюються проблеми використання фетальних стовбурових клітин для досліджень і терапії в ісламських країнах, таких як Іран. Автори пропонують використовувати зародок позаматкової вагітності та екстраембріональні тканини як потенційні джерела для ізоляції ембріональних або фетальних стовбурових клітин.
   • Прочитайте повну статтю
5. Прогрес у дослідженні циркулюючих пухлинних клітин за допомогою мікрофлюїдних пристроїв
   • Автори: Hogyeong Gwak, Junmoo Kim, Leila Kashefi-Kheyrabadi, B. Kwak, Kyung-A Hyun, H. Jung
   • Дата публікаціїЛипень 2018
   • абстрактний: Дослідження зосереджено на циркулюючих пухлинних клітинах (КТК), які стали важливою темою в дослідженнях раку завдяки тому, що їх можна отримати за допомогою рідкої біопсії, мінімально інвазивної процедури. Дослідження заглибилося в підрахунок CTC, профілювання та кореляцію між кількістю CTC і виживаністю пацієнтів. У статті розглядаються тенденції ізоляції та аналізу CTC за допомогою мікрофлюїдики, підкреслюючи переваги безперервної обробки зразків і потенціал підходу «робити все на чіпі». Дослідження також торкається гетерогенності пухлинних клітин і важливості аналізу одного CTC після ізоляції.
   • Прочитайте повну статтю
6. Останні досягнення в дослідженні регуляторних Т-клітин CD8+
   • Автори: Yating Yu, Xinbo Ma, R. Gong, Jian-Yang Zhu, Lihua Wei, Jinguang Yao
   • Дата публікації: Червень 2018
   • абстрактний: У статті розглядається роль Т-лімфоцитів CD8+, зокрема регуляторних Т-клітин CD8+ (CD8+ Tregs), які мають значні імуносупресивні функції. Ці клітини відіграють вирішальну роль у блокуванні надмірної імунної реакції та підтримці імунного гомеостазу. Дослідження розглядає походження, функціональну класифікацію, молекулярні маркери та механізми дії CD8+ Tregs.
   • Прочитайте повну статтю
7. Аналіз тенденцій і нових технологій у дослідженнях електролізу води на основі обчислювального методу
   • Автори: Такая Огава, Мізутомо Такеуті, Ю. Кадзікава
   • Дата публікації: Лютий 2018
   • абстрактний: дослідження зосереджено на електролізі води для виробництва водню, темі, яка набуває все більшого значення для накопичення відновлюваної енергії. Дослідження містить комплексний огляд усіх напрямків дослідження електролізу води за допомогою обчислювального аналізу з використанням мережі цитувань для виявлення нових технологій і прогнозування тенденцій.
   • Прочитайте повну статтю
8. Фейкові новини про стовбурові клітини та дослідження стовбурових клітин
   • Автори: А. Маркон, Блейк Мердок, Т. Колфілд
   • Дата публікації: Жовтень 2017
   • абстрактний: це дослідження вивчає те, як стовбурові клітини та дослідження стовбурових клітин зображуються на веб-сайтах, відомих поширенням спотвореної та сумнівної інформації. Висновки підкреслюють існування організованих мереж дезінформації, які можуть вводити громадськість в оману та поляризувати публічний дискурс.
   • Прочитайте повну статтю

Підсумовуючи, траєкторія клітинних досліджень була відзначена наполегливими дослідженнями, технологічними досягненнями та відкриттями, що змінюють парадигму. Цей історичний гобелен підкреслює невпинне прагнення людини розгадати таємниці клітинного світу.

вікторина

Що є основною структурно-функціональною одиницею всіх живих організмів?
а) Тканина
б) Орган
в) клітина
г) Система органів

Яка органела відома як електростанція клітини?
а) Ядро
б) Ендоплазматичний ретикулум
в) Мітохондрії
г) апарат Гольджі

Який тип клітини не має ядра?
а) Еукаріотичний
б) прокаріотичний
в) Тваринна клітина
г) Рослинна клітина

Клітинна мембрана в основному складається з:
а) Білки
б) вуглеводи
в) Ліпіди
г) Нуклеїнові кислоти

Яка органела відповідає за фотосинтез у клітинах рослин?
а) Лізосома
б) хлоропласт
в) Рибосома
г) Вакуоль

Що з наведеного НЕ міститься в клітинах тварин?
а) Клітинна стінка
б) Мітохондрії
в) Лізосоми
г) Цитоплазма

Ендоплазматичний ретикулум (ЕР), до якого прикріплені рибосоми, називається:
а) Гладка ЕР
б) Груба швидка допомога
в) гранульований ЕР
г) Незернистий ЕР

Яка структура відповідає за регуляцію транспорту речовин у клітину та з неї?
а) Ядерна мембрана
б) Клітинна стінка
в) Цитоплазма
г) Клітинна мембрана

Яка органела відповідає за розщеплення відходів у клітині?
а) Мітохондрії
б) Рибосома
в) Лізосома
г) Ядро

У якій частині клітини знаходиться ДНК?
а) Мітохондрії
б) Цитоплазма
в) Ядро
г) Ендоплазматична сітка

FAQ

Що таке клітина?

Клітина — основна структурна, функціональна і біологічна одиниця всіх відомих живих організмів. Це найменша одиниця життя, яка може відтворюватися незалежно.

Скільки типів клітин існує?

Загалом існує два основних типи клітин: прокаріотичні (без ядра, як бактерії) та еукаріотичні (з ядром, як клітини рослин і тварин).

У чому головна відмінність рослинної клітини від тваринної?

У той час як і рослинні, і тваринні клітини є еукаріотичними, рослинні клітини мають клітинну стінку, хлоропласти та велику центральну вакуоль, яких немає у тваринних клітинах.

Яку функцію виконує ядро ​​в клітині?

Ядро діє як контрольний центр клітини, вміщуючи її ДНК і керуючи синтезом білків і рибосом.

Чому клітини такі маленькі?

Клітини малі, щоб максимізувати співвідношення площі поверхні до об’єму, що забезпечує ефективний обмін поживними речовинами та відходами.

Яка роль мітохондрій?

Мітохондрії, які часто називають «електростанцією» клітини, виробляють енергію у формі АТФ за допомогою процесу клітинного дихання.

Як відбувається розмноження клітин?

Клітини розмножуються за допомогою процесів, які називаються мітозом (для соматичних клітин) і мейозом (для репродуктивних клітин або гамет).

Яку функцію виконує клітинна мембрана?

Клітинна мембрана, також відома як плазматична мембрана, регулює транспортування речовин у клітину та з неї, забезпечує захист і підтримку.

Що таке стовбурові клітини і чому вони важливі?

Стовбурові клітини — це недиференційовані клітини, які мають потенціал для розвитку багатьох різних типів клітин. Вони відіграють вирішальну роль у розвитку, відновленні та регенерації організмів.

Як клітини спілкуються між собою?

Клітини спілкуються за допомогою різних механізмів, у тому числі хімічних сигналів (наприклад, гормонів і нейромедіаторів), прямого контакту між клітинами та електричних сигналів.

посилання

1. Біологія онлайн. (nd). Стільниковий. Отримано з https://www.biologyonline.com/dictionary/cell
2. BYJU’S. (nd). Клітини. Отримано з https://byjus.com/biology/cells/
3. Вікіпедія. (nd). Клітина (біологія). Отримано з https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_(biology)
4. Веданту. (nd). Будова та функції клітини. Отримано з https://www.vedantu.com/biology/cell-structure-and-function
5. Британська енциклопедія. (nd). Міжклітинний зв’язок. Отримано з https://www.britannica.com/science/cell-biology/Intercellular-communication
6. Навчання SEER. (nd). Будова клітини. Отримано з https://training.seer.cancer.gov/anatomy/cells_tissues_membranes/cells/structure.html
7. LibreTexts. (nd). Будова та функції клітини. Отримано з https://med.libretexts.org/Bookshelves/Anatomy_and_Physiology/Human_Anatomy_and_Physiology_Preparatory_Course_(Liachovitzky)/04%3A_Smallest_Level_of_Complexity_Alive-_Cells_Their_Structures_and_Functions/4.01%3A_Cell_Str ucture_and_Function
8. StudySmarter. (nd). Будова клітини. Отримано з https://www.studysmarter.co.uk/explanations/biology/cells/cell-structure/
9. Осмос. (nd). Будова та функції клітин. Отримано з https://www.osmosis.org/learn/Cellular_structure_and_function
10. Запуск кар’єри. (nd). Структура та функції клітин CBSE. Отримано з https://www.careerlauncher.com/cbse-ncert/class-8/Science/CBSE-CellStructureandFunctions.html
11. ThoughtCo. (nd). Види клітин організму. Отримано з https://www.thoughtco.com/types-of-cells-in-the-body-373388
12. NCERT. (nd). Зразкові задачі. Отримано з https://ncert.nic.in/pdf/publication/exemplarproblem/classVIII/science/heep108.pdf
13. NCERT. (nd). Підручник з природознавства. Отримано з https://ncert.nic.in/textbook/pdf/hesc108.pdf