Клітина

Клітина – це основна структурна і функціональна одиниця живих організмів. Всі живі організми складаються з однієї або більше клітин. Клітини виконують всі життєві процеси, такі як ріст, розмноження, обмін речовин та інші функції.

Історія відкриття та дослідження клітин

В античний період, не існувало концепції клітини, як такої. Люди думали про живих організмів як про недільні цілісні структури.

Відкриття та дослідження клітин стало можливим тільки після винайдення Янсеном оптичного мікроскопа в 1590 році. Перші спроби мікроскопії дозволили вченим бачити мікроскопічні структури.

Робер Гук вперше помітив, що тканина живого організму складається з маленьких комірок. Ці комірки він назвав «клітинами».

Торговцю тканинами Антоні ван Левенгук вдалось змайструвати кращий однолінзовий мікроскоп. З його допомогою Левенгук спостерігав живі клітини, зокрема одноклітинні водорості і найпростіших із ставкової води, бактерії, людські еритроцити та сперматозоїди. Свої відкриття він описав у ряді повідомлень до Лондонського королівського товариства. Вони були серед перших, хто описав мікроскопічні утворення, але вони не розрізняли клітини, які ми зараз знаємо їх.

У 1830-х роках, німецький ботанік Маттіас Шлейден і німецький зоолог Теодор Шванн незалежно відкрили, що всі живі організми складаються з клітин. Ця концепція була сформульована як загальна теорія клітинної будови.

Вчені розвинули теорію клітинної теорії, яка стала важливим фундаментом для розвитку біології. Вони виявили, що клітини є фундаментальними структурними та функціональними одиницями живих організмів.

У 20 столітті були розроблені різноманітні методи дослідження клітин, такі як електронна мікроскопія, молекулярна біологія, клітинна культура та генетика. Ці методи дозволили вченим докладно дослідити клітини та їх функції на молекулярному рівні.

З розвитком нових технологій, таких як кріоскопія, клітинне сортування та генетичний інженерінг, наше розуміння клітинної біології стало ще глибше. Клітини вивчаються на різних рівнях, включаючи молекулярний, структурний, та функціональний.

Методи дослідження клітин

Дослідження клітин – це важлива галузь клітинної біології, і існує багато різних методів для вивчення клітин та їх функцій.

Мікроскопія

• Світлова мікроскопія: Використовує світло для освітлення об’єкта і створює зображення за допомогою лінз.

• Електронна мікроскопія: Використовує пучок електронів для створення дуже високороздільних зображень клітин та їх структур.

Клітинна культура

Клітини ростуть у спеціальних умовах у петрівських посудинах. Цей метод дозволяє вивчати клітини в контрольованих умовах та досліджувати їх реакції на різні впливи.

Фракціонування клітин

Для встановлення функцій окремих компонентів клітини важливо виділити їх у чистому вигляді. Найчастіше це робиться за допомогою методу диференційного центрифугування. Отримання фракцій клітинних органел починається із руйнування плазмалеми. Утворений гомогенат послідовно центрифугується при різних швидкостях.

Типи клітин

Існує кілька типів клітин, які відрізняються за своєю будовою, функціями та місцем в організмі.

Основні типи клітин

1. Прокаріотичні клітини: Ці клітини не мають ядра, яке би відділяло генетичний матеріал (ДНК) від решти клітини. Вони зазвичай зустрічаються у бактерій та археїв.
2. Еукаріотичні клітини: Ці клітини мають ядро, в якому міститься генетична інформація (ДНК). Еукаріотичні клітини включають клітини рослин, тварин, грибів.

Прокаріотичні клітини

Типова клітина прокаріота включає:

• Клітинна стінка: Зовнішній захисний шар, який оточує клітину прокаріотів. Вона може надавати клітині форму та стійкість.
• Плазматична (клітинна) мембрана: Тонка оболонка, що оточує клітину та регулює рух речовин в середину та назовні.
• Цитоплазма: Внутрішня гелеподібна рідина, де відбуваються біохімічні реакції та рух внутрішніх компонентів.
• Рибосоми: Молекули, які виконують синтез білків.
• Джгутики та пілі: Віжки (джгутики) та короткі ворсинки (пілі), які допомагають клітині рухатися.
• Нуклеоїд: Центральна область, де розташована циркулярна ДНК клітини прокаріота.
• Плазміди: Додаткові кільцеві фрагменти ДНК, які містять додаткову генетичну інформацію та можуть кодувати специфічні функції.

Основні риси прокаріотичних клітин:

1. Відсутність ядра: Прокаріотичні клітини не мають ядра, в якому зберігається генетична інформація (ДНК) у вигляді хромосом.
2. Структура ДНК: Генетичний матеріал у прокаріотичних клітинах зазвичай має форму кільцевої ДНК, розташованої в цитоплазмі. Також можуть бути присутні додаткові маленькі кільцеві фрагменти ДНК, відомі як плазміди.
3. Відсутність мембранних органел: Прокаріотичні клітини не мають розгалуженої системи мембранних органел, таких як мітохондрії, ЕПС, апарат Гольджі та інші, які характерні для еукаріотичних клітин.
4. Спрощена структура: Прокаріотичні клітини мають спрощену структуру, складаючись переважно з клітинної мембрани, цитоплазми, рибосом, кільцевої ДНК та плазмід.
5. Відсутність компартменталізації: Оскільки прокаріотичні клітини не мають мембрани, яка відділяє їхні внутрішні простори, різні біохімічні процеси відбуваються в цитоплазмі без чіткої компартменталізації.
6. Можливість фотосинтезу та хемосинтезу: Деякі прокаріотичні клітини можуть виконувати фотосинтез або хемосинтез, виробляючи енергію з сонячного світла або хімічних реакцій.

Еукаріотичні клітини

Еукаріотичні клітини є іншою основною групою клітин, які відрізняються від прокаріотичних за своєю більш складною будовою та наявністю ядра та мембранних органел. З еукаріотичних клітин складаються рослини, тварини, гриби та багато видів протистів.

Основні компоненти, які зазвичай входять до складу клітини еукаріота:

• Клітинна мембрана: Тонка оболонка, що оточує клітину і контролює рух речовин в середину та назовні.
• Цитоплазма: Внутрішня гелеподібна рідина, де відбуваються біохімічні реакції та рух органел.
• Ядро: Мембранний компартмент, який містить генетичну інформацію (ДНК) та керує клітинними процесами.
• Мітохондрії: Органели, які виконують аеробне дихання, утворюючи енергію для клітинних функцій.
• Ендоплазматична сітка (ЕПС): Мережа мембран, яка забезпечує синтез білків та ліпідів та їх транспорт.
• Апарат Гольджі: Органела, яка модифікує, сортує та транспортує білки та ліпіди.
• Лізосоми: Органели, що містять ферменти для розщеплення та переробки різних речовин.
• Вакуолі: Мішки, які містять рідину та забезпечують зберігання різних речовин.
• Цитоскелет: Система білків, яка надає клітині форму, підтримку та допомагає в русі та розділенні.
• Рибосоми: Молекули, які здійснюють синтез білків.
• Мембранні пластиди (лише у рослин): Органелі, які здійснюють фотосинтез та зберігання поживних речовин.
• Ядерна оболонка (з мембраною): Оболонка, що оточує ядро та регулює обмін речовин між ядром та цитоплазмою.

Основні риси еукаріотичних клітин:

1. Ядро: Еукаріотичні клітини мають дискретний ядерний компартмент, в якому розташована генетична інформація (ДНК) у вигляді хромосом.
2. Мембранні органели: Еукаріотичні клітини мають розгалужену систему мембранних органел, таких як мітохондрії, ЕПС, апарат Гольджі, лізосоми, пластиди (у рослин), які виконують різноманітні функції.
3. Цитоскелет: У більшості еукаріотичних клітин є цитоскелет – система білків, яка надає клітині форму, підтримку та здатність до руху.
4. Поділ праці: В еукаріотичних клітинах відбувається поділ праці між різними мембранними органелами та структурами, що дозволяє клітині більш ефективно функціонувати.
5. Розмноження: Еукаріотичні клітини можуть розмножуватися шляхом мітотичного (мітоз) або мейотичного (мейоз) поділу.
6. Розмаїття типів: В еукаріотичних клітинах існує багато різних типів, які спеціалізуються на виконанні конкретних функцій, таких як клітини м’язів, нервові клітини, клітини шкіри тощо.
7. Фагоцитоз та ендоцитоз: Деякі еукаріотичні клітини мають здатність засмоктати та переварити частки інших клітин або частини середовища, це процеси відомі як фагоцитоз та ендоцитоз.

Різниця між рослинною та тваринною клітиною

Спосіб живлення визначає головні відмінності у будові рослинної та тваринної клітин.

Рослини самі утворюють органічні речовини з неорганічних у процесі фотосинтезу.

• Рослинна клітина, на відміну від тваринної, має хлоропласти, клітинну оболонку, велику вакуолю з клітинним соком.

Тваринні клітини поглинають уже готові органічні речовини.

• Тваринна клітина, на відміну від рослинної, має органели, у яких здійснюється внутрішньоклітинне травлення, — лізосоми.