Ціла плеяда видатних вчених минулого - Роберт Гук, Антоні ван Левенгук, Теодор Шванн, Матиасс Шлейден, своїми відкриттями в області вивчення природи підготували ґрунт для формування найважливішої галузі сучасної біологічної науки – цитології. Вона вивчає будову і властивості клітини, що є елементарним носієм життя на Землі. Фундаментальні знання, отримані в результаті розвитку науки про клітці, спонукали дослідників на створення таких дисциплін, як генетика, молекулярна біологія, біохімія.
Наукові відкриття, зроблені на них, повністю змінили обличчя планети й призвели до появи клонів, генномодифікованих організмів і штучного інтелекту. Наша стаття допоможе розібратися з основними методами цитологічних експериментів і з'ясувати будова і функції клітин.
Як вивчають клітку
Як і 500 років тому, світловий мікроскоп є головним приладом, який допомагає вивчати будову і властивості клітини. Звичайно, його зовнішній вигляд та оптичні характеристики не йдуть ні в яке порівняння з першими мікроскопами, створеними батьком і сином Янсенсами або Робертом Гуком у середині XVI століття. Роздільна здатність сучасних світлових мікроскопів збільшує розміри клітинних структур в 3000 разів. Растрові скануючі прилади можуть фіксувати зображення таких субмікроскопічних об'єктів, як бактерії або віруси, причому останні настільки малі, що навіть не є клітинами. В цитології активно використовують метод мічених атомів, а також прижиттєве вивчення клітин, завдяки яким з'ясовують особливості клітинних процесів.
Центрифугування
Щоб розділити клітинний вміст на фракції і вивчити властивості і функції клітини, цитології застосовують центрифугу. Вона працює за тим же принципом, що й однойменна частина в пральних машинах. Створюючи відцентрове прискорення, прилад розганяє клітинну суспензію, і оскільки всіх органел мають різну щільність, вони осідають пошарово. Внизу виявляються великі частини, такі як ядра, мітохондрії або пластиди, а у верхніх насадках ректифікаційної сітки центрифуги розташовуються микрофиламенти цитоскелета, рибосоми і пероксисома. Отримані шари поділяють, так зручніше вивчати особливості біохімічного складу органел.
Клітинна будова рослин
Властивості рослинної клітини багато в чому схожі на функції клітин тварин. Однак навіть школяр, розглядаючи в окуляр мікроскопа фіксовані препарати клітин рослин, тварин або людину, виявить риси відмінності. Це геометрично правильні контури, наявність щільної целюлозної оболонки і великих вакуолей, характерне для рослинних клітин. І ще одна відмінність, яка повністю виділяє рослини в групу автотрофних організмів, – присутність у цитоплазмі добре видимих овальних телець зеленого кольору. Це хлоропласти – візитна картка рослин. Адже саме вони здатні вловлювати світлову енергію, переводити її в енергію макроергічних зв'язків АТФ, а також утворювати органічні сполуки: крохмаль, білки і жири. Фотосинтез, таким чином, визначає автотрофние властивості клітини рослини.
Самостійний синтез трофічних речовин
Зупинимося на процесі, завдяки якому, за словами видатного російського вченого К. А. Тімірязєва, рослини грають в еволюції космічну роль. На Землі існує приблизно 350 тис. видів рослин, починаючи від одноклітинних водоростей начебто хлорели або хламидомонади і закінчуючи гігантськими деревами – секвої, досягають висоти 115 метрів. Всі вони поглинають вуглекислоту, перетворюючи її в глюкозу, амінокислоти, гліцерин і жирні кислоти. Ці речовини служать харчуванням не тільки самому рослині, але і використовуються організмами, які називаються гетеротрофами: грибами, тваринами і людиною. Такі властивості клітини рослин, як здатність до синтезу органічних сполук і утворення життєво важливої речовини – кисню, що підтверджують факт виключної ролі автотрофов для життя на Землі.
Класифікація пластид
Важко залишитися байдужим, споглядаючи феєрію фарб квітучих троянд або осіннього лісу. Забарвлення рослин обумовлена спеціальними органоидами – пластидами, характерними тільки для рослинних клітин. Можна стверджувати, що наявність спеціальних пігментів у їх складі впливає на функції хлоропластів, хромопластов і лейкопластов в обміні речовин. Органели, що містять зелений пігмент хлорофіл, зумовлюють важливі властивості клітини, які відповідають за процес фотосинтезу. Вони також можуть перетворюватися в хромопласти. Це явище ми спостерігаємо, наприклад, восени, коли зелене листя дерев стають золотими, фіолетовими або багряними. Лейкопласти можуть трансформуватися в хромопласти, наприклад, томати молочної стиглості дозрівають до оранжевого або червоного кольору. Вони здатні переходити і в хлоропласти, наприклад, поява зеленого кольору на шкірці картопляних бульб відбувається при їх тривалому зберіганні на світлі.
Механізм утворення рослинних тканин
Одна з відмінних рис клітин вищих рослин – це наявність твердою і міцною оболонки. Зазвичай вона містить макромолекули целюлози, лігніну або пектину. Стійкість і опір стисненню і інших механічних деформацій, виділяють рослинні тканини в групу найбільш жорстких природних конструкцій, здатних витримувати великі навантаження (згадаймо, наприклад, властивості деревини). Між клітинами виникає безліч цитоплазматичних тяжів, що проходять через отвори в оболонках, які, подібно пружним ниткам, зшивають їх між собою. Тому міцність і твердість - це основні властивості клітини рослинного організму.
Плазмолиз і деплазмолиз
Наявність перфорованих стінок, що відповідають за пересування води, мінеральних солей і фітогормонів, можна виявити завдяки явища плазмолізу. Помістимо рослинну клітину в гіпертонічний розчин кухонної солі. Вода з її цитоплазми буде дифундувати назовні, а в мікроскоп ми побачимо процес відшарування пристінкового шару гиалоплазми. Клітка зіщулюється, її обсяг зменшується, тобто відбувається плазмолиз. Повернути вихідну форму можна, додавши на предметне скло кілька крапель води і створивши концентрацію розчину нижче, ніж у цитоплазмі клітини. Молекули Н 2 Про будуть через пори в оболонці надходити всередину, обсяг і внутрішньоклітинний тиск клітини збільшаться. Цей процес назвали деплазмолизом.
Специфіка будови і функцій клітин тварин
Відсутність у цитоплазмі хлоропластів, тонкі мембрани, позбавлені зовнішньої оболонки, дрібні вакуолі, що виконують в основному травні або видільні функції – все це відноситься до клітин тварин і людини. Їх різноманітний зовнішній вигляд і гетеротрофний спосіб харчування – ще одна відмітна риса. Багато клітини, що представляють собою окремі організми, або входять до складу тканин, здатні до активного руху. Це фагоцити та ссавців сперматозоїди, амеба, інфузорія-туфелька і т. д. Об'єднання клітин тварин в тканини здійснюється завдяки надмембранному комплексу – гликокаликсу. Він складається з гликолипидов і білків, пов'язаних з вуглеводами, і сприяє адгезії – злипання клітинних мембран між собою, що приводить до утворення тканини. Також в гликокаликсе відбувається позаклітинний травлення. Гетеротрофний спосіб харчування зумовлює присутність в клітинах цілого арсеналу травних ферментів, зосередженого в спеціальних органелах – лізосомах, які формуються в апараті Гольджи – обов'язкової одномембранной структурі цитоплазми. У клітинах тварин ця органелла представлена загальною мережею каналів і цистерн, а у рослин має вигляд численних відокремлених структурних одиниць. Як рослинні, так і тваринні соматичні клітини діляться мітозом, а гамети – мейозом.
Отже, ми встановили, що від особливостей мікроскопічного будови і функцій органел буде залежати те, якими властивостями володіють клітини різних груп живих організмів.
