Схематична будова клітини: 1 — клітинна мембрана; 2 — цитоплазма; 3 — ендоплазматична сітка; 4 — війки; 5 — ядро; 6 — ядерце; 7 — лізосома; 8 — мітохондрія; 9 — центросома; 10 — апарат Гольджі

Клiтина — складна цiлiсна фiзiологiчна система, у якій вiдбуваються всi процеси життєдiяльностi: обмiн речовин i енергiї, подразливiсть, рiст, самовiдтворення.

Основнi її елементи — клітинна мембрана, цитоплазма, органели та ядро. Клiтина може жити й нормально функцiонувати тiльки за наявностi цих компонентiв, які тiсно взаємодiють один з одним та з навколишнiм середовищем. Засновником учення про клiтину як цiлiсну систему був вiдомий нiмецький учений Рудольф Вiрхов.

Клiтинна мембрана (рис. 10, 11). Кожна клiтина оточена мембраною (товщина якої приблизно 10 нм), що вiдокремлює її вiд зовнiшнього середовища.

Основою мембрани є подвійний шар жироподібних речовин (біліпідний шар). Товщу цього шару ліпідів пронизують молекули білків, що утворюють у мембрані функціональні отвори (пори), через які може  відбуватися проникнення невеликих за розміром полярних молекул у клітину чи назовні. Деякі неполярні молекули (наприклад, органічні розчинники — спирти, ефіри, ацетон) можуть проникати в клітину безпосередньо через біліпідний шар. Великі органічні та неорганічні молекули зазвичай через мембрану не проходять. Та за необхідності клітина може активно поглинати або виділяти їх назовні, витрачаючи на це енергію.

Клітинна мембрана: 1 — подвійний шар жироподібних речовин; 2 — білок

Оскільки не всі молекули вільно проникають через клітинну мембрану, говорять про її вибіркову проникність, яка створює в клiтинi свій, особливий хімічний склад, що майже не змiнюється при змінах зовнiшнього середовища в допустимих для життя межах. Забезпечуючи вибiрковiсть проникнення всередину клiтини поживних речовин i затримуючи шкiдливi для неї, клiтинна мембрана виконує захисну функцiю та сприяє збереженню сталостi внутрiшнього середовища клiтини.

Унаслідок різниці в проникності мембрани до іонів Калію, Натрію, Хлору та деяких інших на ній формується електричний заряд. Величина такого заряду, наприклад, у нервовій клітині становить усього 0,07 вольта. При цьому зовнішня поверхня клітинної мембрани заряджена позитивно, а внутрішня — негативно. Наявність електричної поляризації мембрани є основою для виникнення збудження — електричного процесу, що є першою реакцією клітини на дію подразника.

На зовнішній поверхні мембрани прикріплюються молекули білків-рецепторів, які можуть сприймати ті чи інші подразники (хімічні, механічні, електричні). Сприймаючи дію подразника, клітини змінюють свою активність: нервова генерує електричний імпульс і передає його, м’язова скорочується, а секреторна виділяє секрет. На внутрішній поверхні мембрани також прикріплюються молекули білків. Найчастіше це білки-ферменти, що розташовані на мембрані в певній послідовності, утворюючи «біохімічний конвеєр».

Цитоплазма — це внутрiшнiй вмiст клiтини, що складається з водянисто&колоїдної речовини — цитозоля та включень — нерозчинних продуктiв обмiну речовин клiтини. Ними бувають краплi жиру (наприклад, у пiдшкiрнiй основi) або грудки тваринного крохмалю — глiкогену (у печiнцi чи скелетних м’язах), що вiдклалися в клiтинi про запас.

Органели — це постійно діючі структурнi елементи клiтини: мiтохондрiї (забезпечують процес внутрішньоклітинного дихання — окиснення вуглеводів, жирів і білків із виділенням енергії), ендо-плазматична сiтка з рибосомами, які беруть участь у синтезі бiлків, апарат Гольджi (виробляє секрет у
вигляді ферментів, гормонів), лiзосоми (перетравлюють зайвi для клiтини речовини, бактерiї тощо),
центросома (вiдiграє значну роль у подiлi клiтини).

Ядро — обов’язкова та найбільша за розмірами складова клітини. У ньому зосереджена основна маса спадкового матеріалу — молекули нуклеїнових кислот, які зібрані в надмолекулярні утворення — хромосоми. В ядрах клітин людини знаходиться 23 пари хромосом. При цьому одна хромосома в кожній парі — материнська, друга — батьківська. Ядро мають усі клітини організму людини, окрім дозрілих еритроцитів. Як правило, у клітині є одне ядро, переважно кулястої форми. Деякі клітини (наприклад, печінки, посмугованої м’язової тканини) мають два та більше ядер.

ОБМІН РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ. Клітина — жива самовідтворювальна система, яка підтримує та відновлює свою цілісність, пристосовується до змін умов навколишнього середовища. Вона живиться, тобто засвоює поживні речовини, виробляє певну кількість енергії, а «відпрацьовані» рештки речовин і частину енергії виділяє в довкілля. Усі ці складні процеси життєдіяльності безперервно відбуваються в живій клітині.

Метаболізм (з грец. зміна, перетворення) — це сукупність усіх хімічних реакцій, перетворень речовин і енергії в клітині й організмі в цілому. У живих клітинах одночасно відбувається 1–2 тис. взаємоузгоджених метаболічних хімічних перетворень.

Умовно обмін речовин поділяють на два взаємопов’язані процеси: розщеплення великих молекул речовин на дрібніші й простіші — катаболізм (з грец. скидання вниз) та синтезу (біосинтезу) складних органічних із простіших — анаболізм (з грец. підняття, підйом), тобто:

метаболізм = катаболізм + анаболізм

Під час розщеплення великих молекул на прості вивільняється енергія, що накопичується в молекулах АТФ (аденозинтрифосфату). Ця речовина виконує функцію акумулятора енергії в клітині. Енергія, сконцентрована у формі АТФ, використовується для процесів біосинтезу й виконання функцій клітинами.

ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ КЛIТИН органiзму людини — це iснування їх вiд одного подiлу до iншого. Клiтинний цикл більшості клітин тіла поділяють на два періоди: поділ та iнтервал мiж подiлами — промiжна фаза, або інтерфаза.

У період інтерфази клітина виконує властиву їй функцію: у ній відбуваються процеси метаболізму, а також підготовка до наступного поділу. Клітини тіла людини (соматичні) діляться шляхом мітозу — поділу, при якому в ядрі зберігається незмінна кількість хромосом. Статеві клітини діляться шляхом мейозу. При такому поділі кількість хромосом у ядрі клітини зменшується вдвічі.

Упродовж усього життя людини найiнтенсивнiше відбувається поділ клiтин кровi (точніше — кісткового мозку, селезінки), шкiри, слизової оболонки дихальних шляхів, шлунка та кишечнику. Однак є клiтини, нездатнi ділитися й вiдновлюватися. Це, наприклад, нервовi клiтини або клiтини серцевого м’яза. Якщо внаслiдок хвороби чи шкiдливої звички вони гинуть, то цей процес уже незворотний.

Клітина — структурна й функціональна одиниця організму людини. У ній сконцентровані всi найважливiшi ознаки живого. Тiло людини, як i будь-якої високоорганiзованої багатоклiтинної тварини, утворене величезною кількістю клiтин (майже 10 трильйонiв). Їхня загальна будова подібна, однак залежно від тих функцій, що їх виконують клітини в організмі, вони набули специфічних морфологічних особливостей. Форма й будова клітин, тривалість життя взаємопов’язані з їхньою функцією та розміщенням в органiзмi.

Наприклад, нервові клітини мають велику кількість відростків, що надає їм зірчастої форми. М’язові клітини — мають видовжену веретеноподiбну форму та містять велику кількість скоротливих елементів. Лейкоцити — клітини, що виконують захистну функцію в організмі, вони здатні пересуватися до джерела інфекції.

Розмiри клiтин мiкроскопiчно малi — 10–50 мкм, але iнодi вони бувають досить великими. Так, вiдростки деяких нервових клiтин людини мають довжину понад метр.

ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД КЛІТИН

Хімічну природу речовин, які входять до складу живих організмів, їхні перетворення та значення для життєдіяльності клітин, тканин і органів вивчає наука біохімія та її складова частина — цитохімія, тобто хімія клітини.

У земній корі та в атмосфері Землі відкрито майже 100 хімічних елементів, серед яких приблизно 90 входять до складу організму людини. Із них 16 — є обов’язковими. Найпоширеніші в живих організмах чотири елементи: Гідроген, Карбон, Оксиген і Нітроген. Початкова назва Нітрогену — азот. Його помилково назвали «позбавлений життя», «нежиттєвий» (від грец. префікса а-, що означає заперечення, та зоо — живу або зоон — життя). На ці елементи припадає понад 99 % як маси, так і кількості атомів, що входять до складу організму людини.

Чотири основні елементи, а також Натрій, Хлор, Кальцій, Фосфор, Калій, Сульфур і Ферум становлять макроелементи. Концентрація останніх в організмі в середньому приблизно 0,001 %, проте може досягати 3–4 % залежно від функції клітин. Наприклад, 99 % усього Кальцію організму міститься в кісткових клітинах, 70 % Феруму — у червоних клітинах крові — еритроцитах.

До мікроелементів належать такі, частка яких становить набагато менше 0,001 % в організмі людини. Це Купрум, Манган, Кобальт, Цинк і багато інших. Незважаючи на таку низьку концентрацію, вони є важливими складовими клітин. Наприклад, Кобальт відіграє значну роль у кровотворенні, Цинк — необхідний компонент для засвоєння клітинами поживних речовин.

НЕОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ.

До них належать вода, макро- та мікроелементи та їхні неорганічні сполуки; їх називають мінеральними речовинами.

Вода — універсальний розчинник неорганічних і деяких органічних речовин. Більшість хімічних реакцій та фізіологічних процесів відбувається в клітині у водних розчинах. У крові, лімфатичній системі, у травному шляху та нирках вона виконує транспортну функцію. Завдяки своїм фізико-хімічним властивостям (низька теплопровідність, висока теплоємність) вода бере участь у регуляції теплообміну та підтриманні сталої температури тіла. В організмі дорослої людини міститься в середньому 60–65 % води. Чим молодший організм, тим води в ньому більше. Наприклад, організм новонародженої дитини містить її 75–80 %. Вода входить до складу всіх тканин і органів тіла. У крові її майже 90 %, у м’язах — 75, у кістках — до 50 %.

Певний і сталий вміст води в організмі людини є необхідною умовою його існування. При зміні кількості спожитої води порушуються функції всіх без винятку клітин організму, а також процеси травлення та засвоєння їжі, сечовиділення, розумова діяльність, теплообмін. Якщо людина втрачає 2 % маси тіла
(1–1,5 л води), у неї виникає спрага; 6–8 % — відчувається млість, може статися запаморочення; 10 % утраченої води спричиняють галюцинації та судоми, а 20–25 % — смерть від зневоднення клітин. Надмірна кількість води в організмі перевантажує серцево&судинну, сечовидільну та інші системи.

Мінеральні речовини у вигляді сполук макро- та мікроелементів, які містяться в клітині в розчинному стані (1–1,5 % порівняно із загальною масою клітини), забезпечують майже всі процеси життєдіяльності організму та його розвиток. Вони відіграють велику роль у живленні клітин, їхньому рості, побудові тканин та органів, підтримують кислотно&лужну рівновагу (одну з найважливіших умов існування організму), беруть участь в обміні речовин і енергії, у процесах подразнення та збудження клітини.

ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ — це такі, що містять Карбон (вуглець); у середньому вони становлять 20–30 % маси кожної тваринної клітини. До них належать білки, вуглеводи, жири та нуклеїнові кислоти.

Схематична будова молекул білків різної складності та амінокисA лотного вмісту: 1 — молекула еластичного білка (входить до складу стінок артерій); 2 — молекула білка інсуліну (гормону, що регулює рівень глюкози в крові); 3 — мо' лекула складного залізовмісного білка— гемоглобіну (переносить кисень у крові)

Білки — це високомолекулярні сполуки, що становлять у деяких клітинах до 50 % сухої маси, або 7–8 % порівняно із загальною масою клітини. Молекули білків складаються з атомів
Карбону, Гідрогену, Оксигену, Нітрогену та частково Сульфуру. Частина білків утворює комплекси з молекулами, які містять Фосфор, Ферум, Цинк, Купрум тощо.

«Цеглинками» білків є амінокислоти. Білки будуються з 20 різних амінокислот. Кожному з них властива своя, генетично зумовлена, послідовність і склад амінокислот. Молекула білка складається з декількох або багатьох (до сотень тисяч) однакових або різних амінокислот. Одна клітина може мати 500—1000 різних видів білків. Окрім участі в побудові клітин — тобто пластичної ролі (з грец. утворений, виліплений), білки виконують інші фізіологічні функції.

Так, структурні білки утворюють мембрани клітин та їхні внутрішні складові — органели; еластичні білки входять до складу стінок кровоносних судин; скорочення м’язів можливе завдяки скорочувальним білкам. Група щільних білків формує волосся, нігті. Білки-ферменти забезпечують усі процеси життєдіяльності клітин, будучи біологічними каталізаторами, що прискорюють біохімічні реакції. Білки-гормони керують усіма життєвими процесами в організмі — обміном речовин, інтенсивністю роботи органів і систем, ростом, розмноженням, процесами старіння тощо. Специфічні внутрішньоклітинні білки
забезпечують процеси живлення та дихання клітин. Є також білки, що виконують захисну роль (наприклад, антитіла) та білки, які беруть участь у згортанні крові.

Вуглеводи становлять 1–2 % загальної маси клітини й відіграють надзвичайно важливу роль в обміні речовин та енергії. Легко окиснюючись, вони є основним джерелом енергії (понад 60 %) для організму.

В організмі людини є такі вуглеводи: моносахариди (з грец. один, єдиний), або прості цукри. Основний їхній представник — глюкоза (з грец. солодкий) — «цеглинка», з якої побудовані вуглеводи організму людини. Вона входить до складу всіх клітин, тканин та органів людини. Окиснюючись, глюкоза виділяє багато енергії, а тому вона є основним постачальником енергії організму. Дисахариди (з грец. двічі) складаються з двох моносахаридів. Представником цих речовин є лактоза (з грец. молоко) — цукор жіночого молока. Полісахариди (з грец. численний) складаються з 10 та більше залишків моносахаридів. Їхнім представником у клітинах і тканинах організму людини є глікоген (з грец. солодкий та походження, породження) — запасна речовина, що накопичується в печінці та скелетних м’язах.

Жири — нерозчинні у воді сполуки, які складаються з гліцерину та жирних кислот. У клітині вони становлять 1–2 % загальної маси. Найбільше жирів міститься в клітинах підшкірної клітковини та в черевній порожнині у вигляді жирових прошарків між внутрішніми органами. Там вони забезпечують роль
механічного захисту й теплоізоляцію організму, слугують резервом поживних речовин. При їхньому окисненні виділяється багато енергії. Значна кількість жирів є в м’язових клітинах і клітинах печінки. Жироподібні речовини (ліпіди) — основний компонент мембран клітин і внутрішньоклітинних структур. Важлива роль жирів також у засвоєнні організмом жиророзчинних вітамінів.

Нуклеїнові кислоти (з латин. ядро) — високомолекулярні сполуки, що містяться та утворюються в ядрах усіх клітин організму та є матеріальними носіями спадкової інформації. Саме в нуклеїнових кислотах зосереджені матеріальні структури спадковості — гени, у яких «записана» структура всіх білків організму. Кожна людина має унікальну будову нуклеїнових кислот, тобто неповторну генетичну індивідуальність.