Загальні відомості про клітину

Історія розвитку вчення про кліти­ну. Рослинну клітину вперше побачив за до­помогою власноруч скон­стру­йованого мі­кроскопа англійський фі­зик Р. Гук (1635-1703), він же запропонував термін „кліти­на”. Р. Гук, розглядаючи пляшковий ко­рок, по­ба­чив, що він складається з окре­мих отворів правильної форми. У 1665 р. вийшла книга згада­но­го вченого „Мі­кро­­графія” з описами його спостережень, са­ме цей рік вважається роком відкриття клі­тини. Однак не Р. Гу­­­ка визнано заснов­ни­ком анатомії рослин, оскільки він не про­водив систематичне дослідження рос­лин­­них організ­мів, а розглядав випадкові об’єк­­ти.

Засновниками анатомії рослин вва­жа­ють двох лікарів – англійця Н. Грю (1641-1712) та італійця М. Ма­ль­пігі (1628-1694), які незалежно вивчали мі­кроскопічну будо­ву рослин. 29 грудня 1671 р. на засіданні Лондонського науко­во­го то­ва­рист­ва були заслухані доповіді цих вче­них, що стосу­ва­лися клітинної бу­дови рос­линних організ­мів. Цей день прий­нято вважати почат­ком розвитку анатомії рос­лин як самос­тій­ної науки.

Важливим етапом на шляху пізнання будови рослинної клітини було відкриття в 1831 р. клітинного ядра англій­ським бо­таніком Р. Броуном (1773-1858).

Вперше положення про клітинну бу­до­ву рослин і тварин висунув у 1834 р. ро­сійський ботанік П.Ф. Горя­ні­нов (1796-1865). Він стверджував, що все живе роз­ви­вається і складається з клітин, чим іс­тот­но різниться від неживого.

У 1837 р. чеський вчений Я. Пур­кі­ньє (1787-1869) висловив думку про єд­ніс­ть мікроскопічної будови рослинних та тва­рин­них організмів, а також увів термін „про­то­плаз­ма” для поз­начення внутріш­ньо­го живого вмісту клітини.

Клітинна теорія. Експериментальні під­твердження клітинної будови рос­лин і тва­рин дали дослід­жен­ня двох німець­ких вче­них – ботаніка М. Шлейдена (1804-1881) і зоолога Т. Шванна (1810-1882). Свої до­ка­­зи ці вчені навели в двох монографіях, які вийшли майже одночасно (у 1838 та 1839 рр.). Головні висновки, яких дійшли Шван­н і Шлейден, зго­дом стали широко відомими під назвою „клітинна теорія”. Клітина в цій теорії розглядається в якості основної струк­турної одиниці всієї орга­ніч­ної природи – як рослин, так і тварин. Нові клітини утво­рю­ються на основі ста­рих. Виник­ненню клітин передує утво­рен­ня ядра. Життя клітин завжди визна­чає­ть­ся тільки напіврідким слизовим їхнім вміс­том – протопластом, а не стінкою.

Клітинна теорія Шванна і Шлейдена сприяла розвитку ембріо­ло­гії, гістології, ана­томії, мікробіології та фі­зіо­логії рос­лин, во­на постійно поповнювалася новими до­ка­за­ми. Так, у 1858 р. німецький лікар Р. Вір­хов (1821-1902) запропонував екс­перимен­та­ль­не підтвердження тому положенню, що но­ві клітини виникають тільки від інших клітин.

Наприкінці ХІХ – на початку ХХ ст. одер­жані нові дані про особливості струк­тури протопласта, відкриті мітохон­дрії, комп­лекс Гольджі та інші органели. Дос­лід­жен­ня другої половини ХХ ст. розши­рили уяв­у про будову і життєдія­ль­ність рос­линної клітини, ультраструктуру її ком­по­нен­тів, хімічний склад і функції.

Суть сучас­ної клітинної теорії поля­гає в наступних поло­женнях:

1. Клітина – елементарна структурна і фун­кці­о­нальна одиниця живих організмів.

2. Клітини різних організмів подібні за походженням, своєю внутрішньою бу­до­­вою, хімічним складом і основ­ни­ми про­я­ва­ми життє­дія­ль­ності.

3. Розмноження клітин відбувається шляхом поділу материнської кліти­ни.

4. Багатоклітинні організми – складні комплекси клітин, поєднані між со­бою в цілісні сис­теми тка­­нин.

Завдяки створенню клітинної теорії до­ведено спільність походження рослин і тва­рин, а також те, що клітина є не лише оди­­­ницею будови і функцій, а й одини­цею роз­витку всіх живих організмів. Визнано, що ця теорія може бути прирів­нена за важливістю для науки до таких знач­них відкриттів людства, як закон збе­ре­жен­ня і перетворення енергії, а також ево­люційне вчення Ч. Дарвіна.

Подальше вивчення будови і життє­дія­льності клітини набуло значних зру­ше­нь після застосування елек­трон­­ного мі­кро­­ско­па, сконструйованого у 1946 р. Піс­ля цьо­го стало можливим дослідження субмі­кро­­с­ко­пічної структури кліти­ни та її ком­по­нен­тів, більш глибоке і точне визна­чен­ня їхніх функцій.

Відмінності між рослинною і тваринною клітинами. Незважаючи на загальну подібність, є й ряд відмін­ностей у будові та жит­тє­дія­ль­ності рос­лин­них та тварин­них клітин. Так, оболонка рос­линної клі­тини (крім прокаріотів) побу­до­вана з це­люлози, а тва­ринної – го­лов­ним чином із ліпідів. Зов­ні й зсередини ліпідна основа оболонки тва­ринної клі­ти­ни вкрита білком, що ут­во­рює міцні та еластичні спле­тін­ня. Крім цьо­го, клітинну оболонку рослин можуть просо­чувати такі речовини, як кутин, су­берин, лігнін, мінеральні речовини тощо, викликаючи її вторинні зміни.

Рослинні клі­тини містять пластиди, а у тва­рин­них ці органели відсут­ні, немає в них і хлорофілу. Натомість у клі­ти­нах тва­рин, на відміну від рослинних організмів, є центріолі.

У рослинних клі­ти­нах ва­куолі за­пов­нені клітин­ним соком, у тваринних його не­має. Щодо дрібних ва­куо­лей, які є в одноклітинних тварин, то вони викону­ють травну і видільну функції. На відміну від тваринних, у рослинних клітин відпра­цьо­вані продукти життєдіяльності не виво­дя­ть­ся назовні, а нагромаджуються у вакуо­ляр­­ній системі. Мінеральні солі в рослин­них клітинах міс­тяться в цитоплазмі в роз­чиненому стані й у вигля­ді кристалів; у тварин – у цитоплазмі лише в розчи­не­но­му стані, кристали там не утворюються. За­пасними вугле­во­дами рос­линної клі­­ти­ни є крохмаль, тва­рин­ної – глікоген.

Характерною особливістю рослин є те, що їхні клітини пов’язані між собою ци­то­плазматичними тяжами – плазмо­десма­ми, які проходять крізь клітинну оболонку і об’єднують клітини в єдину систему.

При поділі рослинної клітини пере­тин­ка між дво­ма дочірніми клітинами утво­­рю­ється внаслідок її роз­рос­тання від цен­­т­ра клітини, а у тваринній клітині ця пе­ре­тинка виникає завдяки формуванню кіль­це­подібної пере­тяж­ки.

Форма клітин. За формою рослинні клітини бувають різні – прямокутні, зір­час­ті, округлі, кулеподібні, приз­ма­тич­ні, спіральні, кубічні, циліндричні тощо. Але всю різноманітність форм клітин можна звес­ти до двох груп: па­рен­хімних і про­зен­хімних клітин.

Паренхімні клітини мають бі­льш-менш одна­ко­ву довжину і ширину, або їхня дов­жина пе­ре­вищує ширину не більш, ніж у 2-3 рази. Паренхімні клітини зазвичай за­ли­шаються довгий час живими, мають тон­кі оболонки. Вони складають основну масу більшості органів та їх частин у рос­лин­ному організмі – серцевина, кора стебла і кореня, листки, плоди тощо. Клі­ти­ни па­ренхімного типу виконують такі важ­ливі для рослини функції, як фото­син­тез, ди­хан­ня, асиміляція та ін.

У прозен­хім­них клітин дов­жи­на пере­вищує ширину більше, ніж у три рази (най­частіше в десятки і сотні ра­зів). До­сить часто такі клітини веретеноподібної або циліндричної форми, мають загострені кін­ці, товсті, зде­ре­в’янілі оболонки. Живого вмісту в про­зен­хім­них клітинах найчасті­ше немає. З клітин прозенхімного типу фор­­мую­ться переважно провідні та механічні тканини рослин. Най­різ­­номанітніші фор­ми клітин ха­рактерні для одно­клі­тинних рослинних орга­ніз­мів – бак­­те­рій, водо­рос­тей. Відомі неклітинні форми життя – ві­руси.

Розміри клітин. Середня довжина клі­тин вищих рослин складає 10-100 мкм. У деяких рослин великі па­ренхімні клі­тини можуть досягати в довжину кількох мілі­мет­рів і видимі неозброєним оком (клі­ти­ни плодів ли­мо­на, яблуні, ка­вуна, помі­до­ра, бульб картоплі). Найбільшу дов­жи­ну мають прозенхімні клітини стебел льо­ну (40 мм) і кропиви (80 мм), водо­рос­ті хари (10 см і більше), у прядильної рос­ли­ни рамі (до 20 см). Довжини до кількох мет­рів досягають молочники дея­ких дерев.

Відмінності клітин прокаріот і еукаріот. У сучасних і викопних форм орга­ніз­мів відомі два найважливіші типи клітин: прокаріотична, або до­ядер­на, і еукаріо­тич­на, або ядерна.

Прокаріотичні клітини, що типові для бактерій і синьо-зелених водоростей (ціа­но­бактерій), як правило, дріб­­ніші від еу­ка­­ріо­тичних: їхні розміри зазвичай не пере­ви­щу­ють 10 мкм і часто складають лише 2-3 мкм. Роз­мі­ри еука­ріо­тичних клітин різ­них ор­га­ніз­мів коливаються від 10 до 100 мкм. Такі клітини має більшість рос­лин, грибів і тва­рин.

У клітинах прокаріот відсутнє мор­фо­логічно оформлене ядро, в них є лише кі­ль­цевий ланцюг ДНК, в якої немає білко­вої оболонки. Така внутрішньоклітинна струк­ту­ра, що несе гени, зветься генофором. В еукаріотич­ній клітині но­сія­ми генів є хро­мо­соми, розташовані в ядрі, яке обмежене від іншого вмісту клітини мембраною.

Еукаріотична клітина містить у цито­плазмі різноманітні постійні внутрішньо­клі­тинні структури – орга­нели (плас­тиди, мітохондрії, ендоплазматичний рети­ку­лум, комплекс Гольджі та ін.), які відсутні в про­каріотичній клітині. З чис­ла типових для еукаріотичних клітин органел прокаріо­тич­ні мають лише рибосоми. Але рибосоми про­­ка­ріот суттєво відрізняються більш простим рівнем організації й функціонування від та­ких в еукаріот.

Через те, що в прокаріотичних кліти­нах відсутній цитоскелет (наявний в еу­ка­ріотичних клітинах), у них не вияв­ле­но багато процесів, типових для еукаріот – фа­гоцитоз, піноцитоз, циклоз тощо. За допо­могою елект­рон­­ного мікрос­копа дослід­же­но, що рухові пристосування клітин еу­каріо­тичних організмів (так звані ундуліп­о­дії) є значно відмін­ни­ми за структурою і меха­ніз­мом діяльності від джгутиків прока­рі­от. За несприятливих умо­в деякі прокаріоти утворю­ють спори – стадії спокою, оточені щільною стінкою, яка може витримувати ви­соку температуру, іноді до 100^оС.

Є важливі відмінності й у проходжен­ні процесів поділу описаних клітин. Так, прокаріотичні клітини по­ді­ляються пере­тяж­кою на рівні частини або ж брунь­ку­ю­ться, тобто утворюють дочірню клітину, меншу за роз­мі­ра­ми від мате­рин­ської, але ніколи не діляться мітотично. Клітини еу­каріотичних організмів, навпаки, діляться зазвичай шляхом мі­тозу. Внаслідок цього кожна з утворених клітин одержує іден­тич­ний об’єм спадкової ін­фор­мації.