§ 3. Хімічний склад клітин

Хімічний аналіз клітин показує, що до їх складу входять ті самі хі­мічні елементи, які зустрічаються в неживій природі. Ніяких особливих «життєвих» елементів, як гадали раніше, в клітинах немає. В живій речо­вині організмів виявлено понад 60 елементів.

Основними хімічними елементами, які входять до складу живої речовини, є: вуглець, кисень, водень, азот, сірка і фосфор. Велике значення мають калій, натрій, кальцій, магній, залізо і ряд інших елементів, які .зустрі­чаються в клітинах. Співвідношення окремих елементів у цитоплазмі видно на прикладі елементарного аналізу м’яса. У висушених м’язах міститься вуглецю — 51,1%, кисню — 24, азоту—13,2, водню — 7%. На всі інші елементи, які після спалювання м’яса залишаються в попелі (нат­рій, калій, кальцій та ін.) припадає 4,3%. Отже, хімічний елементарний аналіз клітин вказує на тісний зв’язок між живим і неживим у природі. Перелічені вище хімічні елементи зустрічаються у клітині у вигляді складних, сполук, головним чином вуглецевих або органічних. На сьогодні відомо багато тисяч різних сполук вуглецю. Всі вони об’єднуються в кілька груп. Основними групами органічних сполук е білки, жири і вуглеводи.

Білки. Білки утворюють основну частину цитоплазми і ядра. З біл­ками Зв’язана найважливіша властивість цитоплазми — обмін речовин. Білки — найскладніші з відомих науці хімічних сполук. До їх складу обов’язково входять елементи: вуглець, кисень, водень, азот і сірка; в складі деяких білків є також фосфор, залізо, магній та ін. Ці елементи утворюють складні органічні сполуки, відомі під назвою амінокислот. Відомо 22 різних амінокислот. Сполучаючись одна з другою в різних ком­бінаціях, вони утворюють білки, які входять до складу цитоплазми. Із 22 амінокислот число можливих комбінацій практично безмежне. Цим і пояснюється надзвичайна різноманітність білкових сполук.

Різноманітність білкових тіл, а отже, і властивостей протоплазми різних тваринних і рослинних організмів лежить в основі різноманітності органічного світу. Молекули білків порівняно дуже великі; вони містять тисячі і десятки тисяч атомів.

Жири. Друга складова частина протоплазми — жири. Ці сполуки скла­даються з атомів вуглецю, водню й кисню, які входять до складу молекули в різних співвідношеннях. Жири відрізняються розчинністю в органічних розчинниках, таких, як ефір, бензин та ін. При дії на жири лугів утворю­ються так звані мила — солі жирних кислот, які входять до складу жирів.

Крім жирів, до складу клітин входять ще жироподібні речовини — ліпоїди. Прикладом ліпоїдів може бути лецитин нервових клітин. Жири і ліпоїди перебувають у клітинах як у вигляді самостійних включень — краплин, так і в хімічних сполуках з білками.

Вуглеводи. Третя складова частина протоплазми — вуглеводи. До їх складу, як і до складу жирів, входять вуглець, водень і кисень, причому атоми водню і кисню у співвідношенні 2 : 1, як у молекулі води — Н₂О. Наприклад, виноградний цукор (глюкоза) — С₈Н₁₃О₆, буряковий цукор — С₁₂Н₂₂О₁₁. Звідси походить назва цих сполук — вуглеводи. Вуглеводи відіграють дуже важливу роль в життєдіяльності організму, бо служать безпосереднім джерелом енергії для роботи органів.

Вода і солі. Крім органічних сполук, до складу живої цитоплазми вхо­дять вода і мінеральні солі. Вода в організмі дорослої людини становить при­близно 65% її ваги, а в дітей доходить до 80% і більше, залежно від віку. У протоплазмі розчинені солі, наявність яких обов’язкова для нормаль­ної діяльності організму. Найважливіше значення мають такі солі: NaС1, КС1 і СаС1₂.

Органічні сполуки, що утворюють цитоплазму клітини, перебувають в ній у вигляді колоїдних розчинів. Такі ж речовини, як кухонна сіль, се­літра, сода і т. д., у воді розпадаються на окремі молекули, тому їх розчини називаються справжніми. Колоїдні ж розчини утворюються речовинами, які у воді розпадаються на великі частинки, так звані міцели (в діаметрі до 0,0001 мм). Кожна міцела становить групу молекул. Коли колоїдний розчин розглядати проти світла, то він здається мутнуватим. Його часточки невидимі у звичайний мікроскоп, але їх можна розглянути в електронний мікроскоп. Колоїдний розчин не проходить крізь напівпроникні оболонки.

§ 4. Поділ клітин

Клітини в організмі розмножуються поділом.

Поділ клітин — це складний, ще недостатньо вивчений процес. Роз­різняють два способи поділу клітин: прямий поділ, або амітоз, і непрямий поділ, або мітоз (каріокінез).

Під час прямого поділу послідовно діляться пополам спочатку ядерце, потім ядро, і, нарешті, все клітинне тіло. В процесі такого поділу ядро і цитоплазма ніби перетягуються навпіл, поки, нарешті, відбудеться пов­ний розрив. В результаті з однієї материнської клітини утворюється дві нові — дочірні клітини. Раніш деякі вчені розглядали амітоз як ненормальне, патологічне явище, яке спостерігається тільки в деградую­чих клітин (тобто в таких клітин, які вже закінчують свій життєвий цикл). Проте дослідження радянських учених (О. С. Догеля, А. В. Немілова, М. Г. Хлопіна та ін.) показали, що прямий поділ клітин досить поширений/ як у одноклітинних, так і багатоклітинних організмів і є (поряд з мітозом) одним із закономірних етапів розвитку клітин.

У багатоклітинних організмів значно частіше зустрічається другий спосіб поділу клітин — мітоз, або каріокінез, який у рослин уперше був описаний в 1874 р. російським ботаніком І. Д. Чистяковим, а в тварин — П. І. Перемежком. Як показали досліди П. В. Макарова і К- Ю. Костюкової, під час каріокінетичного поділу (мітозу) відбувається складна перебудова. не тільки ядра, але й усіх складових частин клітини.

Увесь процес каріокінезу умовно ділять на чотири періоди, або фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу. Між окремими фазами різкої межі немає — вони переходять поступово одна в другу. Кожна попередня фаза підготовляє, обумовлює наступну.

Обмін речовин у клітині. Жива речовина клітини утворюється з по­живних речовин, що надходять в організм із зовнішнього середовища. Зазнавши відповідних змін в органах травлення, поживні речовини всмок­туються в кров, з якою й приносяться до клітин. Надходячи в клітину, поживні речовини засвоюються (асимілюються) клітиною, тобто з них синтезується більш складна, жива речовина цитоплазми і ядра.

Одночасно з асиміляцією в клітині відбувається і зворотний процес — дисиміляція, тобто руйнування живої речовини та окислення продуктів її розпаду. Внаслідок дисиміляції звільняється потенціальна енергія, яка була витрачена на утворення складних сполук. Звільнена енергія використовується частково для асиміляції, а частково для роботи органів. Продукти розпаду протоплазми окислюються завдяки кисню, який надхо­дить із зовнішнього середовища через органи дихання і доставляється до клітин кров’ю. Продукти окислення — вода, вуглекислий газ і деякі інші сполуки — кров’ю виносяться з клітин до нирок, легень і шкіри, які виділяють їх у зовнішнє середовище. Таким чином, через посередництво крові між клітиною і зовнішнім середовищем здійснюється безперервний обмін речовин. Внаслідок цього обміну склад клітини постійно змінюється: одні речовини в ній руйнуються, а на їх місце утворюються нові. Цей без­перервний ланцюг змін, в результаті яких відбувається саморуйнування і самовідновлення клітин, і характеризує життя. Усі інші властивості, якими живе відрізняється від неживого,— живлення, дихання, ріст і т. д.— є тільки різні прояви процесу обміну речовин.

Основу цитоплазми і ядра клітини становить білок. Всі прояви життя зв’язані з цією дуже складною і в той же час нестійкою сполукою.

Клітини організму поступово старіють. Після певного періоду нормальної життєдіяльності клітина по­чинає поступово послаблювати свій обмін з навколишнім середовищем, повільніше виконувати свою частку роботи в діяльності органу, до складу якого вона входить. Такі клітини, які зношуються і відмирають, заміню­ються новими, що утворюються за рахунок особливих клітин, здатних швидко розмножуватись. Так, наприклад, верхні клітини багатошарової епітеліальної тканини шкіри не здатні до розмноження. Вони поступово перетворюються в мертві рогові лусочки, які злущуються з поверхні шкіри. Нормальна життєдіяльність покривної тканини шкіри забезпечується ниж­нім шаром, клітини якого, енергійно розмножуючись, забезпечують за­міщення верхніх відмираючих шарів.