А також, що 1 амінокислоту кодує 3 нуклеотиди, тому:

n білку = n НУКЛЕОТИДІВ РНК /3

або n ам білку = n НУКЛЕОТИДІВ ДНК/3 /2 (бо ДНК дволанцюгова)

Цитологія.

Одне з основних понять в біології – це уявлення про те, що структурною і функціональною одиницею всіх живих організмів є клітина. Це уявлення відоме, як клітинна теорія, було сформульоване двома вченими – бельгійським ботаніком Маттіасом Шлейденом в 1838 році і німецьким зоологом Теодором Шванном в 1839 році. Відкриття клітини було наслідком швидкого розвитку в ХІХ ст. мікроскопічної техніки, що пробудило серед вчених великий інтерес до вивчення будови живих організмів. Пізніше в ХІХ ст., а потім в ХХ ст. в цій галузі відбулося багато важливих подій.

Зокрема найважливіші з них:

1590р. Янсен винайшов мікроскоп, в якому збільшення забезпечувалось з’єднанням двох лінз.

1665р. Роберт Гук, користуючись удосконаленим мікроскопом, вивчав будову корка і вперше використав термін клітина, для опису структурних одиниць із яких складається корок. Він вважав, що клітини порожні, а жива речовина – це клітинні стінки.

1650 – 1700рр Антоні ван Левенгук за допомогою двох добре відшліфованих лінз спостерігав живі клітини: сперматозоїди, еритроцити, різні одноклітинні (відкрив найпростіших) також бактерії. Вперше бактерії були відкриті в 1683р.

1700- 1800рр Опубліковано багато нових описів і малюнків різних тканин.

1827р. Долланд покращив якість лінз. Після цього різко зріс і поширився інтерес до мікроскопії.

1831- 1833рр. Роберт Браун описав ядро як характерне сферичне тільце, що міститься в рослинних клітинах.

1838- 1839рр. Бельгійським ботанік Маттіас Шлейден і німецький зоолог

Теодор Шванн об’єднали ідеї різних вчених і сформулювали «клітинну теорію», яка постулювала, що основною одиницею структури і функції живих організмів є клітина.

1840р. Пуркіньє запропонував назву протоплазма для клітинного вмісту, переконавшись в тому, що власне вона(а не клітинні стінки) являє собою живу речовину. Пізніше був введений термін цитоплазма (цитоплазма + ядро = протоплазма).

1855р. Вірхов показав, що всі клітини утворюються із інших клітин шляхом клітинного поділу.

1866р. Геккель встановив, що збереження і передачу спадкових ознак здійснює ядро.

1866 – 1883рр. Детально описаний клітинний поділ і описані хромосоми.

1880- 1883рр. Відкриті хлоропласти.

1890р. Відкриті мітохондрії.

1898р. Відкритий апарат Гольджі.

1887- 1900рр. удосконалений мікроскоп. Цитологія почала набувати експериментального характеру. Однією з галузей цитології стає цитогенетика, яка займається вивченням ролі ядра в передачі спадкових ознак.

1900р. Заново відкриті закони Менделя, забуті з 1865р.

1930-ті рр. З’явився електронний мікроскоп.

З 1946 і по нинішні дні Електронний мікроскоп почав широко використовуватись в біології, даючи можливість вивчити ультраструктуру клітини.

Всі живі організми яким притаманна клітинна будова належать до Імперії Клітинні. Клітина здатна проявляти всі ознаки живого.

У ній відбувається обмін речовин, через неї проходить потік енергії, вона реагує на зміни середовища, протягом усього життя зберігає певні властивості і передає їх нащадкам.

На сьогоднішньому етапі розвитку біології під терміном клітина розуміють, живий вміст клітини –цитоплазму, яка відокремлена від навколишнього середовища плазматичною мембраною і в якій міститься носій спадкової інформації – ДНК. Також в цитоплазмі містяться ті чи інші органели – клітинні структури певної будови, які спеціалізуються на виконанні певних функцій.

Клітини певних царств живої природи можуть відрізнятися наявністю тих чи інших органел.

Імперія Клітинні поділяється на два Над царства: Прокаріоти(До ядерні) і Еукаріоти(Ядерні), а отже відповідно виділяють два типи клітин різниця між якими є дуже суттєвою:

- прокаріотичні клітини;

- еукаріотичні клітини.

В прокаріотичних клітинах ДНК(циклічна дволанцюгова) вільно лежить у цитоплазмі, в зоні, котру називають нуклеоїдом.

В еукаріотичних клітинах ДНК знаходиться в ядрі, оточеному ядерною оболонкою, яка складається із двох мембран. З’єднуючись з білком, ДНК утворює хромосоми. Еукаріотичні клітини крупніші ніж прокаріотичні і організовані складніше, в них більше органел. Зокрема, цитоплазма еукаріотичних клітин внутрішньоклітинними мембранами поділена на окремі функціональні відсіки – компартменти. Такими є більшість органел еукаріотичних клітин, тобто відокремлені від цитоплазми мембранами.

Будова прокаріотичних клітин.

Прокаріотична клітина складається з поверхневого апарату та цитоплазми.

Поверхневий апарат утворений плазматичною мембраною (плазмалемою) поверх якої, як правило міститься клітинна стінка з гетерополімерної речовини (муреїнова клітинна стінка), інколи міститься ще й слизова капсула. Інколи бувають органели руху (один або кілька джгутиків, які складаються з 1 молекули білка ), що має трубчасту будову. Крім джгутиків, поверхня має пілі або фімбрії з білків чи полісахаридів, які допомагають клітині з’єднуватись з субстратом.

Цитоплазма містить напіврідку речовину – цитозоль. Цитоплазма не компартментована, містить нуклеоїд (в центрі цитоплазми 2-ланцюгова молекула ДНК у формі кільця про те ланцюги не є комплементарними), чисельні рибосоми – 70-S(дрібні прокаріотичні). Мембранних органел в клітині немає, але можуть утворюватись впинання плазматичної мембрани всередину клітини. Деякі клітини (зокрема бактеріальні) можуть містити фотосинтетичні мембрани (ціанобактерії) та складчасті впинання мембрани -мезосоми (прокаріоти, яким притаманне аеробне дихання).

Прокаріотам властиві: інтенсивніший обмін речовин (це обумовлюють невеликі лінійні розміри – від 0,1 до 30 мкм), швидке розмноження, що пов’язане з особливостями організації спадкових структур, а також з надзвичайною здатністю протистояти агресивному впливу довкілля, чому сприяє поверхневий апарат.

Будова еукаріотичних клітин.

Клітина еукаріот істотно складніша, ніж прокаріот. Умовно можна виділити кілька функціональних систем клітини(проте клітина завжди залишається єдиним цілим).

1. Система збереження, відтворення та реалізації генетичної інформації – ядро.

2. Рецепторно- бар’єрно – транспортна – поверхневий апарат. Складається з плазмалеми, надмембранного і підмембранного комплексів.

3. Внутрішнє середовище клітини – цитозоль. Це відносно прозора, напіврідка частина цитоплазми, яка містить органели, включення та цитоскелет.

4. Опорно – рухова система – цитоскелет, що складається з мікротрубочок та мікрониток.

5. Система синтезу, розподілу і внутрішньоклітинного транспорту біополімерів – ендоплазматична сітка (ЕПС або ЕПР), апарат Гольджі, лізосоми, мікропухирці та інші одноклітинні органели.

6. Система енергозабезпечення – мітохондрії.

7. Система фотосинтезу – пластиди.

Перелічені системи взаємопов’язані і не можуть існувати окремо.

Цитоплазма прокаріот та еукаріот може містити різноманітні включення.

Включення – це тимчасові компоненти клітин, що містять продукти обміну речовин у вигляді гранул, кристалів або крапель. Вони містяться у цитоплазмі чи клітинному соку вакуолей рослинних клітин.

На відміну від органел, це не обов’язково компоненти клітини, а продукти клітинного обміну речовин – запасні поживні речовини (жир, глікоген, крохмаль), пігменти(барвники), білкові гранули(бобові рослини), рідкі жири(арахіс) тощо.

Мембрана.

У біологічних мембранах відбуваються процеси:

- пов’язані зі сприйманням і передачею інформації, що надходить із довкілля;

- формуванням і передачею збудження;

- перетворенням енергії;

- явищами імунітету та іншими проявами життєдіяльності клітин, органів й організму в цілому.

Хімічний склад мембран.

Всі мембрани мають подібний хімічний склад і принцип організації, але залежно від типу мембран та їхніх функцій співвідношення хімічних компонентів і деталі будови можуть відрізнятись.

Мембрани складаються із:

• ліпідів, які становлять приблизно 40% сухої маси мембран, серед них переважають фосфоліпіди (до 80%);

• білків, які проявляють функціональну активність лише в комплексі з ліпідами.

Білки поділяються на: поверхневі білки та внутрішні.

Поверхневі білки(30%) розміщені на зовнішній та внутрішній поверхнях мембрани і часто зв’язані з Са та Мg.

Внутрішні білки(70%) занурені у подвійний шар ліпідів на різну глибину, а в деяких випадках перетинають мембрану наскрізь. Такі білки зв’язують обидві поверхні мембрани.

• вуглеводи входять до складу мембрани не самостійно, а утворюючи комплекси з білками чи ліпідами ( глікопротеїди і гліколіпіди).

Організація біологічних мембран.

Нині загальноприйнятою є модель розчинно- мозаїчної будови мембрани.

Така назва походить від того факту, що близько 30% ліпідів тісно пов’язані із внутрішніми білками, а решта перебуває в рідкому стані, де «плавають» ліпопротеїди.

Молекули ліпідів розміщені у вигляді подвійного шару, їхні полярні гідрофільні «головки» обернені до зовнішнього та внутрішнього боків мембран, а гідрофобні неполярні «хвости» - всередину. Якщо подивитись на мембрану зверху, то вона нагадує мозаїку.

Товщина мембрани варіює у досить широких межах в залежності від їхнього типу. Мембрани клітин еукаріот і еукаріот подібні за будовою.

Між молекулами білків або їхніми частинами часто існують пори(канальні) заповнені водою.

Молекули, які входять до складу мембран, здатні переміщуватись, завдяки чому мембрани швидко поновлюються за незначних пошкоджень, утворюються над оголеними ділянками цитоплазми, можуть легко зливатись одна з одною, розтягуватись і стискатись, наприклад, під ас руху клітини або зміни їхньої форми.

Плазматична мембрана – плазмалема.

Плазмалема:

• обмежує цитоплазму і захищає її від впливів навколишнього середовища, тобто виконує бар’єрну функцію;

• бере участь у процесах обміну з довкіллям;

• вона утворює вирости, вгини, зморшки, мікроворсинки, які набагато збільшують зовнішню та внутрішню поверхні клітини;

• для неї характерна ферментативна активність; в ній розміщені деякі ферменти, потрібні для обміну речовин;

• товщина її приблизно 6 – 10нм;

• вона хвилеподібно рухається сприяючи пересуванню макромолекул;

• її поверхня неоднорідна, відмінні також фізіологічні властивості різних ділянок;

• плазмалема визначає розміри клітин, вона міцна та еластична;

• певні мембранні білки – антитіла – виконують захисну функцію, оскільки здатні зв’язувати антигени і тим самим запобігати їхньому проникненню до клітини; тож плазмалема є однією з ланок у здійсненні імунітету;

• плазмалема забезпечує подразливість організмів, здійснює обмін інформацією між клітиною та навколишнім середовищем. Це забезпечують так звані сигнальні білки, які здатні у відповідь на вплив різних чинників довкілля змінювати свою просторову структуру;

• важлива роль мембрани у взаємоперетворенні різних форм енергії: механічної(наприклад, рух джгутиків, війок), електричної (формування нервового імпульсу), хімічної (синтез АТФ);

• забезпечують міжклітинні контакти (наприклад, плазмодесми рослинних клітин);

• беруть участь у рості, поділі клітин тощо;

• забезпечує транспорт речовин.

Транспорт речовин через мембрану.

Розрізняють пасивний та активний транспорт речовин.

Пасивний транспорт відбувається без затрат енергії АТФ. До таких видів транспорту відносять:

1.Осмос. Шляхом осмосу в клітину поступає вода.

2.Дифузія. Транспорт речовин за градієнтом концентрації, наприклад транспорт О2,СО2.

3. Полегшена дифузія. Теж відбувається за градієнтом концентрації, але здійснюється за допомогою білків – переносників, тому даний процес відбувається швидше простої дифузії. Таким чином через мембрану транспортуються глюкоза, деякі амінокислоти тощо.

Активний транспорт речовин через біологічні мембрани пов'язаний з затратами енергії.

Її джерелом може бути енергія АТФ або різниця концентрації іонів, яка виникає з обох боків мембрани.

Прикладом активного транспорту речовин є К-Nа насос та явище цитозу.

К-Nа насос. Концентрація іонів калію всередині клітини вища, ніж зовні, а іонів натрію навпаки. Завдяки цьому виникає градієнт концентрації, внаслідок чого іони Nа за допомогою дифузії спрямовуються в клітину, а іони К – з неї. Але концентрація цих іонів в клітині та поза нею ніколи не вирівнюється, оскільки існує особливий механізм, який видаляє іони Nа з клітини і вводить туди іони К. К-Nа насос, являє собою білок, який при використанні однієї молекули АТФ переносить у клітину два іони Nа, і виносить з неї три іони К. На підтримання стабільного мембранного потенціалу клітина витрачає клітина витрачає від 30 до 70% вироблюваної нею енергії.

Водночас з іоном Nа у клітину може входити молекула глюкози чи амінокислота.

Тобто завдяки К-Nа насосу енергетично сприятливе переміщення іонів Nа у клітину полегшує енергетично несприятливий транспорт низькомолекулярних сполук (проти градієнта концентрації).

Цитоз. Великі молекули або їхні комплекси не можуть пройти крізь мембрану, вони надходять до клітини та виходять з неї в мембранній упаковці. Цей процес називається цитозом. Він властивий лише плазматичній мембрані.

Мембранний транспорт у клітину – це ендоцитоз, а з клітини – екзоцитоз.

Розрізняють два види перенесення в клітину речовин за допомогою цитозу:

Піноцитоз - захоплення та поглинання клітиною рідин із розчиненими в них сполуками. Спостерігається у клітин різноманітних організмів і відбувається завдяки вгинанню клітинної стінки.

Фагоцитоз - активне захоплення мікроскопічних твердих об’єктів.

Фагоцитоз спостерігається лише у клітин одноклітинних чи багатоклітинних тварин, які на відміну від рослин, грибів та прокаріот, позбавлені щільної клітинної стінки.

Деякі клітини ( у багатоклітинних тварин їх називають фагоцитами) здатні поглинати шляхом ендофагоцитозу відносно великі частки, наприклад, найпростіших. Один з найважливіших механізмів імунного захисту у людини пов'язаний з фагоцитами, які поглинають бактерії, чужорідні молекули, рештки ушкоджених тканин тощо.