Будова і функції клітини

Основна функція клітини - обмін речовин. З міжклітинної речовини в клітини постійно надходять поживні речовини і кисень і виділяються продукти розпаду. Так, клітини людини поглинають кисень, воду, глюкозу, амінокислоти, мінеральні солі, вітаміни, а виводять вуглекислий газ, воду, сечовину, сечову кислоту і т.д.

Набір речовин, властивий клітин людини, властивий і багатьом іншим клітинам живих організмів: усім тваринам клітинам, деяким мікроорганізмів. У клітин зелених рослин характер речовин суттєво іншою: харчові речовини у них складають вуглекислий газ і вода, а виділяється кисень. У деяких бактерій, що мешкають на коренях бобових рослин (вика, горох, конюшина, соя), харчовим речовиною служить азот атмосфери, а виводяться солі азотної кислоти. У мікроорганізму, селян у вигрібних ямах і на болотах, харчовим речовиною служить сірководень, а виділяється сірка, покриваючи поверхню води і грунту жовтим нальотом сірки.

Таким чином, у клітин різних організмів характер харчових і речовин, що виділяються різниться, але загальний закон дійсний для всіх: поки клітина жива, відбувається безперервний рух речовин - із зовнішнього середовища в клітку і з клітки в зовнішнє середовище.

Обмін речовин виконує дві функції. Перша функція - забезпечення клітини будівельним матеріалом. З речовин, що надходять в клітину, - амінокислот, глюкози, органічних кислот, нуклеотидів - в клітці безперервно відбувається біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот. Біосинтез - це утворення білків, жирів, вуглеводів і їх з'єднань з більш простих речовин. В процесі біосинтезу утворюються речовини, властиві певним клітинам організму. Наприклад, в клітинах м'язів синтезуються білки, що забезпечують їх скорочення. З білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот формується тіло клітини, її мембрани, органели. Реакції біосинтезу особливо активно йдуть в молодих, зростаючих клітинах. Однак біосинтез речовин постійно відбувається в клітинах, які закінчили ріст і розвиток, так як хімічний склад клітини протягом її життя багаторазово оновлюється. Виявлено, що «тривалість життя» молекул білків клітини коливається від 2-3 годин до декількох днів. Після цього терміну вони руйнуються і замінюються знову синтезованими. Таким чином, клітина зберігає функції і хімічний склад.

Сукупність реакцій, які сприяють побудові клітини та оновленню її складу, носить назву пластичного обміну (грец. «Пластікос» - ліпний, скульптурний).

Друга функція обміну речовин - забезпечення клітини енергією. Будь-який прояв життєдіяльності (рух, біосинтез речовин, генерація тепла та ін.) Потребують затрати енергії. Для енергозабезпечення клітини використовується енергія хімічних реакцій, яка звільняється в результаті розщеплення речовин. Ця енергія перетворюється в інші види енергії. Сукупність реакцій, що забезпечують клітини енергією, називають енергетичним обміном.

Пластичний і енергетичний обміни нерозривно пов'язані між собою. З одного боку, все реакції пластичного обміну потребують затрати енергії. З іншого боку, для здійснення реакції енергетичного обміну необхідний постійний синтез ферментів, так як «тривалість життя» молекул ферментів невелика.

Через пластичний та енергетичний обміни здійснюється зв'язок клітини з зовнішнім середовищем. Ці процеси є основною умовою підтримки життя клітини, джерелом її зростання, розвитку і функціонування.

Жива клітина являє собою відкриту систему, оскільки між клітиною і навколишнім середовищем постійно відбувається обмін речовин і енергії.

Живі клітини здатні реагувати на фізичні і хімічні зміни навколишнього середовища. Це властивість клітин називається подразливістю або збудливістю. При цьому зі стану спокою клітина переходить в робочий стан - збудження. При порушенні в клітинах змінюється швидкість біосинтезу і розпаду речовин, споживання кисню, температура. У збудженому стані різні клітини виконують властиві їм функції. Залізисті клітини утворюють і виділяють речовини, м'язові клітини скорочуються, в нервових клітинах виникає слабкий електричний сигнал - нервовий імпульс, який може поширюватися по клітинних мембран.

Роль органічних сполук у здійсненні функцій клітини.

Головна роль у здійсненні функцій клітини належить органічних сполук. Серед них найбільше значення мають білки, жири, вуглеводи і нуклеїнові кислоти.

Білки являють собою великі молекули, що складаються з сотень і тисяч елементарних ланок - амінокислот. Всього в живій клітині відомо 20 видів амінокислот. Назва амінокислоти отримали з-за змісту в своєму складі аминной групи NH2.

Білки в обміні речовин займають особливе місце. Ф. Енгельс так оцінив цю роль білків: «Життя - це спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є постійний обмін речовин з навколишнім їх зовнішньою природою, причому з припиненням цього обміну речовин припиняється і життя, що призводить до розкладання білка». І насправді, скрізь, де є життя, знаходять білки.

Білки входять до складу цитоплазми, гемоглобіну, плазми крові, багатьох гормонів, імунних тіл, підтримують сталість водно-сольовий середовища організму. Без білків немає зростання. Ферменти, обов'язково беруть участь у всіх етапах обміну речовин, мають білкову природу.

Вуглеводи надходять в організм у вигляді крохмалю. Розщепившись в травному тракті до глюкози, вуглеводи всмоктуються в кров і засвоюються клітинами.

Вуглеводи - головне джерело енергії, особливо при посиленій м'язовій роботі. Більше половини енергії організм дорослих людей отримує за рахунок вуглеводів. Кінцеві продукти обміну вуглеводів - вуглекислий газ і вода.

У крові кількість глюкози підтримується на відносно сталому рівні (близько 0,11%). Зменшення вмісту глюкози викликає зниження температури тіла, розлад діяльності нервової системи, стомлення. Підвищення кількості глюкози викликає її відкладення в печінці у вигляді запасного тваринного крохмалю - глікогену. Значення глюкози для організму не вичерпується її роллю як джерела енергії. Глюкоза входить до складу цитоплазми і, отже, необхідна при утворенні нових клітин, особливо в період зростання.

Вуглеводи мають важливе значення і в обміні речовин центральної нервової системи. При різкому зниженні кількості цукру в крові відзначаються розлади діяльності нервової системи. Настають судоми, марення, втрата свідомості, зміна діяльності серця.

Що надійшов з їжею жир в травному тракті розщеплюється на гліцерин і жирні кислоти, які всмоктуються в основному в лімфу і лише частково в кров.

Жир використовується організмом як багате джерело енергії. При розпаді одного грама жиру в організмі звільняється енергії в два рази більше, ніж при розпаді такої ж кількості білків і вуглеводів. Жири входять і до складу клітин (цитоплазма, ядро, клітинні мембрани), де їх кількість стійко і постійно.

Скупчення жиру можуть виконувати і інші функції. Наприклад, підшкірний жир перешкоджає посиленій віддачі тепла, принирковий жир охороняє нирку від ударів і т.д.

Нестача жирів в їжі порушує діяльність центральної нервової системи і органів розмноження, знижує витривалість до різних захворювань.

З жирами в організм надходять розчинні в них вітаміни (вітаміни A, D, E і ін.), Які мають для людини життєво важливе значення.

Нуклеїнові кислоти утворюються в клітинному ядрі. Звідси і пішла назва (лат. «Нуклеус» - ядро). Входячи до складу хромосом, нуклеїнові кислоти беруть участь в зберіганні і передачі спадкових властивостей клітини. Нуклеїнові кислоти забезпечують утворення білків.

Молекула ДНК - дезоксирибонуклеїнової кислоти - була відкрита в клітинних ядрах ще в 1868 році швейцарським лікарем І.Ф. Мішером. Пізніше дізналися, що ДНК знаходиться в хромосомах ядра.