§ 10. Клітина — елементарна структурно-функціональна одиниця живого. Клітинна теорія

• До змісту відповідей

ПОДІЛІТЬСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

З якого рівня починається життя?

Життя починається з клітинного рівня організації, оскільки саме клітина є найменшою одиницею, якій притаманні всі ознаки живого.

Які властивості живого мають клітини?

Клітини мають такі властивості живого: обмін речовин, ріст, розмноження, реакція на подразники (подразливість), рух та здатність зберігати і передавати спадкову інформацію.

Наведіть конкретні приклади.

Прикладом реалізації властивостей живого є одноклітинні організми, такі як інфузорії, які самостійно живляться, активно пересуваються у воді та розмножуються шляхом поділу клітини навпіл.

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Чи згодні ви з ним?

Висновок Джона Нідгема про самозародження життя є помилковим, оскільки поява мікроорганізмів у бульйоні була спричинена або їхнім потраплянням із повітря через негерметичне закорковування, або недостатньою тривалістю кип’ятіння.

Як виникає нове життя?

Нове життя виникає виключно з уже існуючих живих клітин шляхом їхнього поділу, що підтверджує положення клітинної теорії Рудольфа Вірхова.

РОБОТА В ПАРІ

Пригадайте й назвіть типи клітин, представлені на мал. 10.1. Які функції вони виконують?

На малюнку 10.1 представлено різноманітні спеціалізовані типи клітин:

• Нейрони (нервові клітини): мають зірчасте тіло з довгими й короткими відростками (аксонами й дендритами); сприймають, обробляють і передають електричні нервові імпульси.
• Еритроцити (червоні кров’яні тільця): мають форму двоввігнутого диска без ядра; транспортують кисень від органів дихання до тканин та вуглекислий газ у зворотному напрямку завдяки гемоглобіну.
• Сперматозоїди (чоловічі статеві клітини): дрібні рухливі клітини з голівкою та джгутиком; забезпечують запліднення яйцеклітини та передачу спадкової інформації нащадкам.
• М’язові клітини (міоцити): мають видовжену форму та скоротливі білкові нитки (актин і міозин); забезпечують скорочення м’язів, рух тіла та роботу внутрішніх органів.
• Епітеліальні клітини: щільно прилягають одна до одної; формують бар’єри, виконують захисну, всмоктувальну та секреторну функції.
• Клітини рослин (наприклад, клітини паренхіми листка): містять тверду клітинну стінку, велику вакуолю та хлоропласти; здійснюють фотосинтез і підтримують тургор.

ЗНАЙДІТЬ ІНФОРМАЦІЮ Й ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

Що таке «жива клітина» в добу штучного життя та як зміниться поняття життя через 100 років?

У добу штучного життя «жива клітина» визначається як відкрита мікросистема, що може мати не лише природне, а й синтетичне походження, за умови здатності до метаболізму, саморегуляції та самовідтворення. Через 100 років поняття життя може розширитися, охоплюючи будь-які системи (біологічні, цифрові або гібридні), що здатні до автономного існування, обробки інформації та еволюції.

Які позитивні речі для людства ви бачите?

Розвиток синтетичної біології та генної інженерії дасть змогу повністю виліковувати спадкові та онкологічні захворювання, створювати персоналізовані ліки та органи для трансплантації. Це також дозволить вирощувати продукти харчування із заданими властивостями в лабораторіях, що розв’яже проблему голоду та зменшить навантаження на екосистеми планети.

Які проблеми треба буде розв’язувати?

Людству доведеться вирішувати етичні питання щодо межі втручання в геном людини та створення нових форм життя. Також виникне потреба в розробці суворих систем біологічної безпеки для запобігання випадковому вивільненню штучних організмів у природу та контролю над використанням технологій з метою створення біологічної зброї.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Чим відрізняються клітини протистів (інфузорій, амеб) від клітин людини? Що в них є спільного?

Клітини протистів є самостійними організмами, які самостійно забезпечують усі процеси життєдіяльності, тоді як клітини людини є вузькоспеціалізованими елементами багатоклітинного організму і не можуть існувати автономно. Спільним є те, що обидва типи клітин належать до евкаріотів, тобто мають ядро, плазматичну мембрану, цитоплазму та складні мембранні органели, такі як мітохондрії та апарат Гольджі.

2. Чим відрізняються клітини бактерій від клітин рослин і тварин?

Клітини бактерій є прокаріотичними, тому вони не мають сформованого ядра та мембранних органел, а їхня спадкова інформація міститься безпосередньо в цитоплазмі. Натомість клітини рослин і тварин є евкаріотичними, мають ядро, мітохондрії та інші спеціалізовані структури, при цьому рослинні клітини додатково мають клітинну стінку з целюлози, хлоропласти та великі вакуолі, яких немає в клітинах тварин.

3. Поясніть, чому клітинна теорія вважається дуже важливою для розвитку біології та суміжних галузей.

Клітинна теорія є фундаментальною основою біології, оскільки вона обґрунтовує єдність походження та спільність будови всього живого світу. Вона дозволяє пояснити механізми росту, розвитку та спадковості організмів через процеси, що відбуваються на клітинному рівні. У медицині, біотехнології та фармації положення клітинної теорії застосовуються для діагностики хвороб, створення нових ліків, методів генної терапії та трансплантації тканин.

4. Як розуміння будови й функціонування клітини допомагає лікувати хвороби? Підготуйте про це інформаційне повідомлення (або зафільмуйте короткий відеоролик) і опублікуйте матеріали у своїх соціальних мережах чи на сайті класу / закладу освіти.

Інформаційне повідомлення: «Клітинна біологія на службі медицини».
Розуміння процесів усередині клітини дозволяє медикам боротися із захворюваннями на молекулярному рівні. Вивчення клітинних мембран і рецепторів дає змогу створювати препарати цілеспрямованої дії, які розпізнають і знищують лише збудників хвороб або ракові клітини, не зачіпаючи здорові тканини. Завдяки знанням про роботу генетичного апарату ядра розвивається генна терапія, що допомагає виправляти спадкові дефекти. Дослідження клітинного поділу та функцій органел є основою для розвитку сучасної імунології та трансплантології, що дозволяє рятувати життя у випадках, які раніше вважалися невиліковними.

5. Користуючись мал. 10.2 на с. 57, пригадайте й поясніть, які з органел забезпечують такі життєві функції клітини: а) обмін речовин із навколишнім середовищем; б) саморегуляцію внутрішніх процесів; в) перетворення енергії; г) синтез і транспортування різних речовин; д) самовідтворення.

• а) обмін речовин із навколишнім середовищем: плазматична мембрана (відокремлює клітину, вибірково регулює надходження і виведення речовин, сприймає сигнали) та клітинна стінка (надає механічний захист і підтримку форми);
• б) саморегуляцію внутрішніх процесів: ядро (містить молекули ДНК — генеральну програму функціонування клітини) та цитоплазма (рідке середовище, що об’єднує всі компоненти та в якому відбуваються біохімічні реакції);
• в) перетворення енергії: мітохондрії (виробляють енергію у формі АТФ шляхом клітинного дихання) та хлоропласти у рослин (здійснюють фотосинтез — перетворюють енергію світла на енергію хімічних зв’язків органічних речовин);
• г) синтез і транспортування різних речовин: рибосоми (синтез білків), ендоплазматична сітка (синтез білків, ліпідів та їх транспортування всередині клітини), апарат Гольджі (модифікація, сортування, пакування речовин у везикули), лізосоми (розщеплення речовин) і цитоскелет (забезпечує внутрішній транспорт);
• д) самовідтворення: ядро (зберігає та реплікує молекули ДНК перед поділом клітини, забезпечуючи точну передачу спадкової програми дочірнім клітинам).

Домашнє завдання

Використовуючи матеріали анімації, дайте відповідь на питання, чим відрізняються клітини бактерій від клітин рослин і тварин. Створіть зразок інфографіки на цю тему.

Клітини бактерій відрізняються від клітин рослин і тварин тим, що вони є прокаріотичними і не мають оформленого ядра, тоді як клітини рослин і тварин є еукаріотичними та містять ядро. Також клітини бактерій зазвичай не мають багатьох одномембранних та двомембранних органел, як-от мітохондрії чи апарат Гольджі, та значно менші за розмірами.