Усередині клітини

Питання енергозабезпечення нашого організму давно цікавили вчених. Наприкінці XVIII століття Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794, Франція) уперше висловив припущення, що організм людини поглинає кисень і «спалює» їжу, яка перетворюється на вуглекислий газ і воду. Тож у якому вигляді зберігається енергія їжі? Ця проблема залишалася не розв’язаною до 1930 року, коли Володимир Олександрович Енгельгардт (1894-1984, Росія) відкрив, що енергія, яка виділяється під час «згорання» їжі, накопичується в хімічних зв’язках молекули АТФ — аденозинтриортофосфатної кислоти. Щоб усвідомити значення цієї реакції, спробуймо віднайти її місце в загальній картині енергетичного обміну організму.

За часів Чарльза Дарвіна вважали, що клітина — це просто мішечок з розчином певних речовин і простих компонент, що вільно плавають у ньому. Такою її спостерігали крізь окуляри тодішніх мікроскопів (тому в перших гіпотезах еволюції й припускали, що такий нескладний об’єкт міг спонтанно виникнути в «первинному бульйоні» внаслідок невеликих послідовних змін). Сьогодні клітину за складністю структури й процесів, що відбуваються в ній, можна без перебільшення порівняти з мегаполісом. А як багато чого про неї ми ще не знаємо й не розуміємо!

Мал. 3.10. Дифракційна томографія білого світла є новою томографічною методикою візуалізації немаркованих живих клітин. Це один з нових методів мікрозйомки, проведення якої не потребує використання флуоресцентних барвників або інших хімічних сполук. Він ґрунтується на дифракції білого світла (White-light Diffraction Tomography, WDT). Його реалізують за допомогою звичайного мікроскопа, спеціалізованої приставки до нього та джерела білого світла

З удосконаленням технологій (мал. 3.10) розуміння внутрішнього світу клітини зросло вибухоподібно. Цей напрочуд улаштований мікросвіт містить: досконалі системи зберігання, зчитування й копіювання (з корекцією помилок) величезних об’ємів генетичної інформації; фабрики синтезу білкових ланцюжків і надання їм правильної тривимірної форми; транспортні мережі для переміщення необхідних речовин і компонентів; справжні комунікаційні мережі для внутрішньоклітинного й міжклітинного інформаційного обміну; перетворювачі енергії; різні двигуни; транспортні канали всередину й назовні клітини (що діють як помпи); різні регуляторні механізми й безліч інших витончених наносистем...

Не можна зрозуміти, як улаштований організм людини та як він «працює», не розібравшись у тому, як відбувається обмін речовин у клітині. Тому ми докладніше розглянемо лише ті особливості й функції клітини, які пов’язані з обміном речовин й енергії. Про обмін інформацією та інші процеси на клітинному рівні поговорімо згодом.

Еукаріотична клітина (до цього виду належить і людська) складається із зовнішньої клітинної мембрани, цитоплазми з органелами та ядра з ядерцем (мал. 3.11).

Пригадайте, за якими ознаками клітини поділяють на прокаріотичні та аукаріотичні.

Мал. 3.11. Будова клітини

Ззовні клітина оточена оболонкою — мембраною, побудованою з ліпідів і білків, яка захищає клітину, є вибірково проникною, регулює надходження речовин й обмін із зовнішнім середовищем, підтримує певну форму клітини.

Внутрішній уміст клітини представлений цитоплазмою, яка складається із цитозолю (напіврідка частина цитоплазми, що забезпечує зв’язок між усіма складовими клітини), цитоскелета (комплекс мікротрубочок і мікрониток), органел, уключенъ. Органели — обов’язкові компоненти клітин, вони мають специфічну структуру та виконують життєво необхідні функції; а включення є тимчасовими структурами, що виконують трофічну функцію (наприклад, запасні поживні речовини — крохмаль, глікоген, білки; продукти виділення).

Ендоплазматична сітка (ЕПС) пронизує цитоплазму й забезпечує сполучення між частинами клітини й транспортування речовин. Розрізняють гладку і гранулярну ЕПС. На гранулярній ЕПС розташовані рибосоми — це дрібні тільця, на яких відбувається синтез білка в клітині. Гладка ЕПС бере участь у захисті клітини від токсичних речовин.

Апарат Гольджі забезпечує пакування й транспортування синтезованих речовин із клітини. З його структур утворюються лізосоми — кулясті тільця, що містять ферменти, які розщеплюють поживні речовини, що надходять у клітину, і забезпечують внутрішньоклітинне перетравлювання.

Мітохондрїі — це напівавтономні мембранні структури довгастої форми. Їхня кількість у клітинах є різною й збільшується в результаті поділу. У процесі дихання в них відбувається остаточне окиснення речовин киснем повітря. При цьому виділену енергію запасають молекули АТФ, синтез яких відбувається в цих структурах, тому їх називають енергетичними станціями клітини.

Клітинний центр бере участь у процесі поділу клітини. Він складається з двох центріолей і центросфери. Під час поділу вони утворюють нитки веретена поділу й забезпечують рівномірний розподіл хромосом у клітині.

Ядро — це центр регуляції життєдіяльності клітини. Ядерця — темні округлі утворення, де утворюються й скупчуються рибосоми. Молекули ДНК в ядрі мають вигляд тонких ниток хроматину. Перед поділом ДНК спіралізується, утворює комплекси з білком і перетворюється на хромосоми (спіралізовані молекули ДНК, сполучені з білками). До основних функцій ядра належать: збереження та відтворення генетичної інформації; регуляція процесів обміну речовин у клітині для забезпечення її нормальної життєдіяльності.

Кожна жива клітина має постійно добувати енергію. Енергія потрібна їй, аби виробляти тепло й синтезувати (створювати) деякі життєво необхідні їй хімічні речовини, наприклад білки. Енергія потрібна клітині й щоб рухатися — скорочуватись. Це і приводить у рух наші руки, ноги, серце, кишечник. Нарешті, енергія потрібна, аби виробляти електричний струм: завдяки чому одні частини тіла «спілкуються» з іншими.