Клітина. Що таке клітина?

1. Клітина

*
Підготувала студентка
Групи АШ
Альона Соболь

2. Що таке клітина ?

*
Кліти́на (лат. cellula — комірка) — структурно-функціональна одиниця всіх
живих організмів, для якої характерний власний метаболізм та здатність до
самовідтворення.
*
Цитологія

3.

Розрізняють два типи клітин:
прокаріотичні, що не мають
сформованого ядра, характерні для бактерій та архей, та еукаріотичні, в
яких наявне ядро, властиві для всіх інших клітинних форм життя,
зокрема рослин, грибів та тварин. До неклітинних
форм
життя належать лише віруси, але вони не мають власного метаболізму і не
можуть розмножуватись поза межами клітин-живителів.
Прокаріот
Еукаріот

4. Історія вивчення та відкриття клітин

*
Відкриття та дослідження клітин стало можливим тільки після
винайдення Янсеном оптичного мікроскопа (1590 року).
1665 року, вивчаючи будову корка під мікроскопом, Роберт Гук вперше помітив, що
тканина живого організму складається з маленьких комірок. Ці комірки він назвав
«клітинами». Гук припускав, що клітини порожні, а живою речовиною є клітинні
стінки[1]. Його дослідження стали поштовхом для систематичного вивчення
анатомії рослин, зокрема такими вченими як Мальпігі та Грю. Їхні результати
підтвердили висновки Гука про те, що тіло рослин складається із щільно розміщених
комірок[2].
Мікроскоп, який використовував Роберт Гук, давав збільшення тільки до 30X, що
робило майже неможливим вивчення внутрішньої будови клітин. У другій половині
XVII століття торговцю тканинами Антоні ван Левенгуку вдалось змайструвати
кращий однолінзовий мікроскоп із збільшенням 300X. 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.

5.

Рисунок клітин корка із праці
«Мікрографія» Роберта Гука
Копія мікроскопа, що
застосовувався Левенгуком

6.

* Англійський ботанік Роберт Браунвідкрив 1833 року ядро, як сферичне тільце,
наявне в рослинних клітинах. Ян Пуркіньє встановив, що живим компонентом
клітини є внутрішній вміст, який він назвав «протоплазмою».
* У 1838 році ботанік Матіас Шлейден дійшов важливого висновку, що всі рослинні
тканини складаються із клітин, а зародки рослин завжди розвиваються із однієї
клітини. Роком пізніше німецький цитолог Теодор Шванн поширив аналогічні
висновки і на тканини тварин. Таким чином він став першим, хто встановив
фундаментальну схожість між рослинними та тваринними тканинами. На основі
накопичених спостережень Шванн створив клітинну теорію, згідно з якою клітина
є основною структурною та функціональною одиницею живих організмів.
* Через 20 років клітинна теорія була доповнена ще одним важливим принципом,
встановити який у великій мірі вдалось завдяки дослідженням клітинного
поділу Карлом Негелі. 1855 року Рудольф Вірхов довів, що всі клітини утворюються
із інших клітин шляхом поділу. Таким чином була встановлена роль клітини як
одиниці розмноження живих організмів[4]. До кінця XIX століття було описано всі
структури клітини, які можна було вивчати за допомогою оптичного мікроскопа. І
тільки у 1950-х роках, коли Паладе, Протер та Шестранд розробили методи
фіксації і фарбування біологічних зразків для електронної мікроскопії, стало
можливим вивчення ультраструктури клітини.

7. Клітинна теорія

*
* Клітинну теорію в 1838–1839 роках сформулювали ботанік Матіас
Шлейден і зоолог Теодор Шванн:
* Клітина — елементарна одиниця будови, функціонування, розмноження і
розвитку всіх живих організмів, поза межами клітини немає життя;
* Клітина — цілісна система, що містить велику кількість пов'язаних один з
одним елементів — органел;
* Клітини різних організмів схожі (гомологічні) за будовою та основними
властивостями і мають спільне походження;
* Збільшення кількості клітин відбувається шляхом їх поділу,
після реплікації її ДНК: клітина — від клітини;
* Багатоклітинний організм — це нова система, складний ансамбль із великої
кількості клітин, об'єднаних та інтегрованих у системи тканин і органів,
пов'язаних між собою за допомогою хімічних
факторів: гуморальних і нервових;
* Клітини багатоклітинних організмів мають однаковий набір генетичної
інформації, але відрізняються за рівнем експресії (роботи) окремих генів, що
призводить до їх морфологічної та функціональної різноманітності —
диференціації[7].

8. Методи дослідження клітин

*
* Мікроскопія залишається одним із найважливіших методів
дослідження клітин. Використовується світлова (оптична)
мікроскопія, що попри свою порівняно невелику роздільну
здатність має ту перевагу, що дозволяє спостерігати за живими
клітинами. У ХХ столітті була винайдена електронна
мікроскопія, що дала можливість вивчити ультраструктуру
клітин.
* Для вивчення функцій клітин та їх частин використовують
різноманітні біохімічні методи як препаративні, наприклад
фракціонування методом диференційного центрифугування, так
і аналітичні. Для експериментальних та практичних цілей
використовують методи клітинної інженерії. Всі згадані
методичні підходи можуть використовуватись у поєднанні із
методами культури клітин.

9.

Порівняльна характеристика клітин еукаріот та прокаріот
Ознака
Прокаріоти
Еукаріоти
Розміри клітини
Середній діаметр 0,5-10
мкм
Середній діаметр 10-100
мкм
Організація генетичного матеріалу
Форма, кількість та
розташування
молекул ДНК
Зазвичай наявна одна
кільцева молекула ДНК,
розміщена у цитоплазмі
Зазвичай кілька лінійних
молекул ДНК — хромосом,
локалізованих у ядрі
Компактизація ДНК
У бактерій ДНК
компактизується без
участі гістонів.
В архей ДНК асоційована
із білками-гістонами
Наявний хроматин: ДНК
компактизується у
комплексі із білкамигістонами
Організація геному
У бактерій економний
геном: немає інтронів і
великих ділянки. Гени
об'єднано в оперони.
В архей наявні інтронні
ділянки особливої
структури
У більшості геном не
економний: наявна екзонінтронна організація
генів, великі ділянки
некодуючої ДНК. Гени не
об'єднано в оперони

10.

Поділ
Тип поділу
Простй біарний поділ
Мейоз або мітоз
Утворення веретена
поділу
Веретено поділу не
утворюється
Веретено поділу
утворюється
Органели
Тип рибосом
70S-рибосоми
У цитоплазмі – 80sрибосоми
Наявність
мембранних органел
Немає оточених
мембранами органел;
інколи плазмалема
утворює випинання
всередину клітини
Багато одномембранних та
двомембранних органел
Тип джгутика
Джгутик простий, не
містить мікротрубочок, не
оточений мембраною,
діаметр близько 20 нм
Джгутики складаються із
мікротрубочок,
розташованих за
принципом «9+2», оточені
плазматичною
мембраною, діаметр
близько 200 нм

11. Будова прокаріотичної клітини

*
* Прокаріотичні клітини менші і простіше організовані,
ніж еукаріотичні. Їхні розміри переважно коливаються
від 1 до 5 мкм у діаметрі, проте найменша відома
бактерія (мікоплазма) має діаметр близько 0,3 мкм, а
найбільша (Thiomargarita namibiensis) — 750 мкм.
Найбільш поширені форми прокаріот — сферична
(коки) і паличкоподібна (бацили). Інколи клітини
прокаріот можуть мати складніші форми: комоподібну
(вібріони), спіральну (спірили і спірохети), або
утворювати сітку із довгих філаментів (міцелій). Деякі
бактерії плейоморфні, тобто можуть змінювати
форму

12.

Структура типової прокаріотичної
клітини

13. Мембрани прокаріот

*
* Клітини архей і бактерій, як і всі живі клітини, оточені
мембранами, побудованими зі ліпідів і білків. Загальний
принцип будови їх однаковий у прокаріот та еукаріот
(описаний нижче), проте бактерійні мембрани переважно
не містять стеролів, таких як холестерол, а в архей ліпіди
часто утворюють не бішар, а моношар, пронизуючи всю
товщину мембрани.
* Хоч прокаріоти не мають складних мембранних органел, в
їхніх клітинах все ж є деякі внутрішні мембрани.
Наприклад, мезосоми — вгинання плазмалеми у формі
везикул, трубочок і ламел, яким приписували роль в
утворенні нових клітинних стінок та розподілі спадкової
інформації між дочірніми клітинами під час поділу

14. Цитоплазматичний матрикс

*
* Цитоплазматичний матрикс — це простір між плазмалемою і нуклеоїдом
прокаріот. Під електронним мікроскопом у ньому переважно не помітно
виражених структур, крім великої кількості рибосом. Рибосоми прокаріот, як і в
усіх інших живих організмів, відповідають за здійснення
процесу трансляції(одного із етапів біосинтезу білка). Проте бактерійні
хромосоми дещо менші за еукаріотичні (коефіцієнти седиментації 70S та 80S
відповідно) і мають інший склад білків та РНК. Через це бактерії, на відміну від
еукаріот, чутливі до таких антибіотиків як еритроміцин та тетрациклін, що
вибірково діють на 70S-рибосоми. У цитоплазмі бактерій та архей можуть
розташовуватись різноманітні включення органічних або неорганічних речовин,
що переважно слугують для запасання. До органічних включень наявних у різних
видів бактерій зокрема належать гранули глікогену, полі-βгідроксибутирату, ціанофіцину, карбоксисоми, газові вакуолі, до неорганічних —
гранули поліфосфатів, магнетосоми

15. Нуклеоїд

*
* Нуклеоїд — це не відмежована мембранами ділянка
цитоплазми неправильної форми, в якій розташована
кільцева молекула ДНК — «бактерійна хромосома», де
зберігається генетичний матеріал клітини. Нуклеоїд
переважно контактує із плазматичною мембраною.
Хімічний аналіз показав, що ця структура містить
приблизно 60% ДНК, 30% РНК і 10% білків.
* Крім хромосоми багато прокаріотів
містять плазміди — невеликі додаткові кільцеві
молекули ДНК, що несуть зазвичай всього
декілька генів і не є обов'язковим компонентом
клітини. Зазвичай вони надають бактерії певних
корисних для неї властивостей, таких як стійкість
до антибіотиків, здатність засвоювати з
середовища певні енергетичні субстрати, здатність
ініціювати статевий процес тощо

16. Клітинна стінка

*
*Клітинна стінка — переважно досить твердий шар,
розташований зовні від плазмалеми, майже всіх
прокаріот за винятком мікоплазм та деяких архей. Він
захищає клітину, надає їй сталої форми,
запобігає осмотичномуруйнуванню. У бактерій клітинна
стінка складається із пептидоглікану (муреїну), що
побудований із довгих полісахаридних ланцюгів, з'єднаних
між собою короткими пептидними перемичками.
*У 1884 році Ганс Крістіан Грам винайшов метод
зафарбовування бактерій, на основі якого їх було поділено
на дві групи: грам-позитивні (фіолетові після
зафарбовування) і грам-негативні (рожеві або червоні). Як
стало відомо пізніше, в основі такої класифікації лежала
різниця у будові клітинної стінки.

17. Зовнішні структури

*
* У деяких бактерій наявна слизова оболонка — капсула, розташована зовні від
клітинної стінки. Вона складається переважно з
різноманітних білків, вуглеводів та уронових кислот. Капсули захищають
клітини від висихання, можуть допомагати бактеріям
у колоніях утримуватись разом, а індивідуальним бактеріям —
прикріплюватись до різних субстратів. Окрім цього капсули надають клітині
додатковий захист: наприклад капсульовані штами пневмококів вільно
розмножуються в організмі та викликають запалення легень, тоді як
некапсульовані швидко знищуються імунною системою і є абсолютно
нешкідливими[35].
* На поверхні багатьох грам-негативних бактерій наявні тонкі волоскоподібні
вирости, які не беруть участі у забезпеченні пересування; вони
називаються ворсинками або фімбріями. Термін «фімбрії» інколи
використовують взаємозамінно з терміном «пілі», хоча останній часом
вживають тільки до структур, задіяних у статевому процесі кон'югації —
статевих або F-пілей. Інші типи ворсинок тонші за F-пілі.
Принаймні деякі із них беруть участь в прикріпленні бактерійних клітин до
субстрату[. Наприклад, збудник гонореї — Neisseria gonorrhoeae —
використовує фімбрії для утримання на слизовій оболонці живителя

18. Будова еукаріотичної клітини

*
* Три найбільші царства живих організмів, що належать до еукаріот, —
Тварини, Рослини і Гриби
це
. Попри деякі
відмінності у будові, їхні клітини схожі між собою і відрізняються від
клітин прокаріот наявністю ядра та компартменталізацієюцитоплаз
ми на окремі відсіки за допомогою системи внутрішніх мембран.
* Живий вміст клітини називається протоплазмою, протоплазма
оточена напівпроникною плазматичною мембраноюабо плазмалемою,
зовні протоплазми можуть розташовуватись надмембранні структури,
такі як клітинна стінка (у рослин та грибів) або глікокалікс (у тварин).
До складу протоплазми клітини входить ядро та цитоплазма, яка у
свою чергу складається із колоїдного розчину — гіалоплазми — та
розміщених у ній органел — постійних структурних і функціональних
елементів клітини. Окрім цього клітини можуть тимчасово
накопичувати певні речовини, що утворюють клітинні включення.

19.

Будова типової рослинної клітини

20.

Будова типової тваринної клітини

21. Клітинні мембрани

*
* Клітинні мембрани відіграють важливу роль із кількох причин: по-перше
плазматична мембрана (плазмалема) відмежовує внутрішній вміст клітини
від навколишнього середовища й забезпечує рецепторну функцію —
тобто, сприйняття хімічних та деяких фізичних подразнень; через
плазматичну мембрану до клітини надходять необхідні речовини і
видаляються продукти метаболізму; по-друге внутрішні мембрани
клітини поділяють її на окремі відсіки — компартменти, кожен із яких
призначено для певних метаболічних шляхів: наприклад, фотосинтезу
або гідролізу біополімерів. Окрім того, деякі хімічні реакції можуть
відбуватися тільки на самих мембранах, наприклад реакції світлової фази
фотосинтезу або кінцевий етап аеробного окиснення.

22.

23. Будова біологічних мембран

*
* Будову біологічних мембран описує рідинно-мозаїчна модель, яку в 1972 році
запропонували Сінгер і Ніколсон. Згідно з нею мембрани складаються із «двовимірної
рідини» — подвійного шару (бішару) ліпідів, в якій «плавають» молекули білків,
утворюючи мінливу мозаїку.
* Ліпідний бішар біологічних мембран має товщину 5 нм і в основному побудований
із фосфоліпідів, у молекулах яких виділяють дві основні частини: гідрофільну «голову»
(залишок фосфатної кислоти і холіну, серину, етаноламіну або іншої полярної сполуки)
та два гідрофобні «хвости» (залишки жирних кислот). У складі бішару гідрофільні
голови фосфоліпідів повернуті назовні — у полярний водний розчин, а гідрофобні
хвости — всередину. До складу мембран у меншій кількості входять також інші ліпіди,
такі як гліколіпіди, сфінголіпіди та холестерол.
* Вміст білків у мембранах може коливатись від 18% (у мембрані аксона) до 75% (у
мембранах тилакоїдів). Частина із мембранних білків міцно зв'язана із ліпідним
бішаром завдяки наявності гідрофобних доменів, які входять в нього. Такі білки
називаються інтегральними, а ті із них, що наскрізь пронизують мембрану —
трансмембранними; до цього класу належать усі іонні канали та більшість
клітинних рецепторів. Натомість периферійні білки не вбудовуються у ліпідний
бішар, а утримуються поблизу мембрани завдяки слабким взаємодіям із іншими
білками або гідрофільними головами фосфоліпідів. Прикладом цієї групи білків можуть
бути деякі ферменти.
* Зовнішній і внутрішній листки мембрани відрізняються фосфоліпідним і білковим
складом та функціями.

24. Ядро клітини

*
* Ядра наявні в усіх еукаріотичних клітинах, окрім деяких
високодиференційованих типів, таких як еритроцити ссавців і ситоподібні
трубки флоеми рослин. Інколи трапляються багатоядерні клітини:
наприклад, у деяких найпростіших, зокрема інфузорії-туфельки, наявні два
функціонально різні ядра — макронуклеус і мікронуклеус, також існують
клітини із кількома однаковими ядрами, наприклад м'язові волокна. Проте у
більшості клітин є одне ядро розміром близько 10 мкм, яке добре помітно
під світловим мікроскопом.
* Ядро необхідне для функціонування клітини, оскільки саме воно
містить генетичну інформацію у формі ДНК. Тут відбувається не тільки
збереження, а й реалізація спадкової інформації: процеси транскрипції, що є
початковим етапом біосинтезу білків, які регулюють переважну більшість
процесів у клітині, та реплікації, що забезпечують точне відтворення ДНК
клітини для дочірних клітин. Ядро оточене двошаровою ядерною
оболонкою, в якій є отвори — ядерні пори. Заповнює
ядро нуклеоплазма (ядерний сік), у ній розміщується комплекс ДНК і
білків — хроматин. Також у структурі ядра виділяють щільнішу
структуру, не відмежовану мембранами — ядерце.

25.

Будова клітинного ядра

26. Ядерна оболонка та ядерні пори

*
* Ядерна оболонка складається з двох мембран: зовнішня безпосередньо
переходить в ендоплазматичний ретикулум і може бути
всіяна рибосомами; внутрішня має спеціальні білки, до яких приєднуються
філаменти ядерної пластинки (ламіни) — структури, що підтримує форму
ядра. Між зовнішньою та внутрішньою мембранами розташований
перинуклеарний простір, неперервний із внутрішнім простором
ендоплазматичного ретикулуму.
* У деяких місцях зовнішня та внутрішня мембрани ядра зливаються,
утворюючи отвори діаметром близько 100 нм — ядерні пори. Всередині
кожної пори розміщений складний апарат із молекул близько 30 різних
білків нуклеопоринів — ядерний поровий комплекс, що регулює транспорт
між ядром і цитоплазмою. За секунду ядерна пора може переносити більше
500 макромолекул у двох напрямках одночасно. До ядра транспортуються
переважно білки — гістони, рибосомальні білки, ферменти, що беруть
участь в процесах транскрипції, реплікації, репарації, регуляторні молекули,
а також різні метаболіти, такі як нуклеотиди. Із ядра до цитоплазми
транспортуються зрілі молекули мРНК, субодиниці рибосом.
* Під час клітинного поділу ядерна оболонка зникає

27. Ядерце

*
* В ядрі може бути одне або більше ядерець, їх кількість
залежить від виду організму і стадії клітинного циклу. Ядерця
мають вигляд темних округлих структур, не оточених окремою
мембраною. У них відбувається утворення субодиниць рибосом:
синтезуються рРНК і формується їх комплекс
із рибосомальними білками. Великі і малі субодиниці
транспортуються через ядерні пори до цитоплазми, де з них
утворюються функціональні рибосоми. Ядерця розміщуються на
спеціальних ділянках ДНК однієї або кількох хромосом, що
називаються ядерцевими організаторами — саме у цих ділянках
розташовано гени рРНК

28. Цитоплазма клітини

*
* Цитоплазма клітини складається із водянистої основної
речовини — гіалоплазми, у якій розташовані органели,
нитки цитоскелету та (інколи) клітинні включення.
* Гіалоплазма або основна речовина цитоплазми приблизно на
90% складається з води, в якій розчинені всі основні
біомолекули: солі, цукри, амінокислоти, нуклеотиди, вітаміни і г
ази утворюють істинний розчин, тоді як великі молекули,
зокрема білки, перебувають у колоїдному розчині. У гіалоплазмі
відбувається велика кількість метаболічних процесів,
зокрема гліколіз. Вона може змінювати свої властивості,
переходячи зі стану золю до стану густішого гелю.
Спостерігаючи за живою цитоплазмою клітини, зазвичай
можна помітити, що вона рухається. Найкраще видно
рух мітохондрій і пластид. Це явище називають циклозом.

29. Рибосоми

*
* Рибосоми — дрібні органели (діаметром близько 20 нм), не оточені
мембраною. Відповідають за здійснення трансляції — синтезу
поліпептидного ланцюга на матриці мРНК. Рибосома побудована із
двох субодиниць — великої і малої, до складу кожної входить
приблизно однакова за масою кількість білків та рРНК. Існує два
основних типи рибосом — менші 70S, наявні у прокаріотичних
клітинах, мітохондріях і пластидах, і дещо більші (80S-рибосоми)
цитоплазми еукаріот.
* В еукаріотичних клітинах виділяють дві основні популяції рибосом:
вільні і пов'язані з ендоплазматичним ретикулумом (ЕПР). Ці дві
групи не відрізняються структурою, а лише синтезованими білками:
вільні рибосоми синтезують цитоплазматичні білки, тоді як
на шЕПР відбувається утворення мембранних і секреторних білків.
Часто кілька рибосом рухаються одна за одною вздовж одного
ланцюга мРНК, синтезуючи поліпептидні ланцюги; такі об'єднання
рибосом називають полірибосомами або полісомами

30. Ендомембранна система

*
* Більшість мембран еукаріотичної клітини є
частиною ендомембранної системи, функціями якої є здійснення
кінцевих етапів біосинтезу більшості білків, та їх транспорт до
відповідних органел або назовні клітини, метаболізм і транспорт
ліпідів та детоксикація отруйних речовин. Всі мембрани цієї
системи або безпосередньо переходять одна в одну, або пов'язані за
допомогою маленьких мембранних мішечків — везикул. Проте,
незважаючи на такий зв'язок, вони можуть суттєво відрізнятись за
властивостями і функціями. До ендомембранної системи
належать ендоплазматичний ретикулум (ЕПР) або
ендоплазматична сітка, ядерна оболонка, апарат (комплекс)
Гольджі, лізосоми, секреторні везикули та плазмалема.

31. Комплекс Гольджі

*
* Структуру, відому зараз під назвою «апарат Гольджі»,
відкрив 1898 року Камілло Гольджі. Ця органела наявна майже в усіх
еукаріотичних клітинах, а особливо добре розвинена в тих, що
виконують секреторну функцію. Комплекс Гольджі складається із великої
кількості плоских мембранних мішечків — цистерн, ніби складених на стопку, і
пов'язаної із ними системи пухирців — везикул Гольджі, що здійснюють
транспорт між частинами апарату Гольджі, а також між апаратом Гольджі
й іншими частинами клітини.
* Стопка цистерн апарату Гольджі
або диктіосома характеризується полярністю, тобто дві її сторони
відрізняються за структурою і функціями. Цис-сторона зазвичай повернута в
бік до ендоплазматичного ретикулуму: від ЕПР відшнуровуються везикули, які
зливаються із цистернами цієї сторони, вивільняючи свій вміст в її просвіт.
Поступово рухаючись у цистернах апарату Гольджі від цис- до транс-сторони,
молекули зазнають модифікації, наприклад у
багатьох глікопротеїнів змінюються вуглеводні залишки. Окрім цього, комплекс
Гольджі містить власні ферменти, що синтезують деякі речовини. Наприклад,
у рослинних клітин це пектини та інші компоненти клітинної стінки, відмінні
від целюлози. Згодом модифіковані або новосинтезовані молекули потрапляють
у мембранні пухирці, що відділяються від транс-сторони апарату Гольджі, і
транспортуються до інших органел або виводяться назовні клітини
шляхом екзоцитозу

32. Дякую за перегляд.

*Це були
короткі
відомості .
*