Хімічний склад клітин

Хімічний аналіз клітин показує, що до їх складу входять ті самі хі­мічні елементи, які зустрічаються в неживій природі. Ніяких особливих «життєвих» елементів, як гадали раніше, в клітинах немає. В живій речо­вині організмів виявлено понад 60 елементів.

Основними хімічними елементами, які входять до складу живої речовини, є: вуглець, кисень, водень, азот, сірка і фосфор. Велике значення мають калій, натрій, кальцій, магній, залізо і ряд інших елементів, які.зустрі­чаються в клітинах. Співвідношення окремих елементів у цитоплазмі видно на прикладі елементарного аналізу м’яса. У висушених м’язах міститься вуглецю — 51,1%, кисню — 24, азоту—13,2, водню — 7%. На всі інші елементи, які після спалювання м’яса залишаються в попелі (нат­рій, калій, кальцій та ін.) припадає 4,3%. Отже, хімічний елементарний аналіз клітин вказує на тісний зв’язок між живим і неживим у природі. Перелічені вище хімічні елементи зустрічаються у клітині у вигляді складних, сполук, головним чином вуглецевих або органічних. На сьогодні відомо багато тисяч різних сполук вуглецю. Всі вони об’єднуються в кілька груп. Основними групами органічних сполук е білки, жири і вуглеводи.

Білки. Білки утворюють основну частину цитоплазми і ядра. З біл­ками Зв’язана найважливіша властивість цитоплазми — обмін речовин. Білки — найскладніші з відомих науці хімічних сполук. До їх складу обов’язково входять елементи: вуглець, кисень, водень, азот і сірка; в складі деяких білків є також фосфор, залізо, магній та ін. Ці елементи утворюють складні органічні сполуки, відомі під назвою амінокислот. Відомо 22 різних амінокислот. Сполучаючись одна з другою в різних ком­бінаціях, вони утворюють білки, які входять до складу цитоплазми. Із 22 амінокислот число можливих комбінацій практично безмежне. Цим і пояснюється надзвичайна різноманітність білкових сполук.

Різноманітність білкових тіл, а отже, і властивостей протоплазми різних тваринних і рослинних організмів лежить в основі різноманітності органічного світу. Молекули білків порівняно дуже великі; вони містять тисячі і десятки тисяч атомів.

Жири. Друга складова частина протоплазми — жири. Ці сполуки скла­даються з атомів вуглецю, водню й кисню, які входять до складу молекули в різних співвідношеннях. Жири відрізняються розчинністю в органічних розчинниках, таких, як ефір, бензин та ін. При дії на жири лугів утворю­ються так звані мила — солі жирних кислот, які входять до складу жирів.

Крім жирів, до складу клітин входять ще жироподібні речовини — ліпоїди. Прикладом ліпоїдів може бути лецитин нервових клітин. Жири і ліпоїди перебувають у клітинах як у вигляді самостійних включень — краплин, так і в хімічних сполуках з білками.

Вуглеводи. Третя складова частина протоплазми — вуглеводи. До їх складу, як і до складу жирів, входять вуглець, водень і кисень, причому атоми водню і кисню у співвідношенні 2: 1, як у молекулі води — Н₂О. Наприклад, виноградний цукор (глюкоза) — С₈Н₁₃О₆, буряковий цукор — С₁₂Н₂₂О₁₁. Звідси походить назва цих сполук — вуглеводи. Вуглеводи відіграють дуже важливу роль в життєдіяльності організму, бо служать безпосереднім джерелом енергії для роботи органів.

Вода і солі. Крім органічних сполук, до складу живої цитоплазми вхо­дять вода і мінеральні солі. Вода в організмі дорослої людини становить при­близно 65% її ваги, а в дітей доходить до 80% і більше, залежно від віку. У протоплазмі розчинені солі, наявність яких обов’язкова для нормаль­ної діяльності організму. Найважливіше значення мають такі солі: NaС1, КС1 і СаС1₂.

Органічні сполуки, що утворюють цитоплазму клітини, перебувають в ній у вигляді колоїдних розчинів. Такі ж речовини, як кухонна сіль, се­літра, сода і т. д., у воді розпадаються на окремі молекули, тому їх розчини називаються справжніми. Колоїдні ж розчини утворюються речовинами, які у воді розпадаються на великі частинки, так звані міцели (в діаметрі до 0,0001 мм). Кожна міцела становить групу молекул. Коли колоїдний розчин розглядати проти світла, то він здається мутнуватим. Його часточки невидимі у звичайний мікроскоп, але їх можна розглянути в електронний мікроскоп. Колоїдний розчин не проходить крізь напівпроникні оболонки.

 

Поділ клітин

Клітини в організмі розмножуються поділом.

Поділ клітин — це складний, ще недостатньо вивчений процес. Роз­різняють два способи поділу клітин: прямий поділ, або амітоз, і непрямий поділ, або мітоз (каріокінез).

Під час прямого поділу послідовно діляться пополам спочатку ядерце, потім ядро, і, нарешті, все клітинне тіло. В процесі такого поділу ядро і цитоплазма ніби перетягуються навпіл, поки, нарешті, відбудеться пов­ний розрив. В результаті з однієї материнської клітини утворюється дві нові — дочірні клітини. Раніш деякі вчені розглядали амітоз як ненормальне, патологічне явище, яке спостерігається тільки в деградую­чих клітин (тобто в таких клітин, які вже закінчують свій життєвий цикл). Проте дослідження радянських учених (О. С. Догеля, А. В. Немілова, М. Г. Хлопіна та ін.) показали, що прямий поділ клітин досить поширений/ як у одноклітинних, так і багатоклітинних організмів і є (поряд з мітозом) одним із закономірних етапів розвитку клітин.

У багатоклітинних організмів значно частіше зустрічається другий спосіб поділу клітин — мітоз, або каріокінез, який у рослин уперше був описаний в 1874 р. російським ботаніком І. Д. Чистяковим, а в тварин — П. І. Перемежком. Як показали досліди П. В. Макарова і К- Ю. Костюкової, під час каріокінетичного поділу (мітозу) відбувається складна перебудова. не тільки ядра, але й усіх складових частин клітини.

Увесь процес каріокінезу умовно ділять на чотири періоди, або фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу. Між окремими фазами різкої межі немає — вони переходять поступово одна в другу. Кожна попередня фаза підготовляє, обумовлює наступну.

Обмін речовин у клітині. Жива речовина клітини утворюється з по­живних речовин, що надходять в організм із зовнішнього середовища. Зазнавши відповідних змін в органах травлення, поживні речовини всмок­туються в кров, з якою й приносяться до клітин. Надходячи в клітину, поживні речовини засвоюються (асимілюються) клітиною, тобто з них синтезується більш складна, жива речовина цитоплазми і ядра.

Одночасно з асиміляцією в клітині відбувається і зворотний процес — дисиміляція, тобто руйнування живої речовини та окислення продуктів її розпаду. Внаслідок дисиміляції звільняється потенціальна енергія, яка була витрачена на утворення складних сполук. Звільнена енергія використовується частково для асиміляції, а частково для роботи органів. Продукти розпаду протоплазми окислюються завдяки кисню, який надхо­дить із зовнішнього середовища через органи дихання і доставляється до клітин кров’ю. Продукти окислення — вода, вуглекислий газ і деякі інші сполуки — кров’ю виносяться з клітин до нирок, легень і шкіри, які виділяють їх у зовнішнє середовище. Таким чином, через посередництво крові між клітиною і зовнішнім середовищем здійснюється безперервний обмін речовин. Внаслідок цього обміну склад клітини постійно змінюється: одні речовини в ній руйнуються, а на їх місце утворюються нові. Цей без­перервний ланцюг змін, в результаті яких відбувається саморуйнування і самовідновлення клітин, і характеризує життя. Усі інші властивості, якими живе відрізняється від неживого,— живлення, дихання, ріст і т. д.— є тільки різні прояви процесу обміну речовин.

Основу цитоплазми і ядра клітини становить білок. Всі прояви життя зв’язані з цією дуже складною і в той же час нестійкою сполукою.

Клітини організму поступово старіють. Після певного періоду нормальної життєдіяльності клітина по­чинає поступово послаблювати свій обмін з навколишнім середовищем, повільніше виконувати свою частку роботи в діяльності органу, до складу якого вона входить. Такі клітини, які зношуються і відмирають, заміню­ються новими, що утворюються за рахунок особливих клітин, здатних швидко розмножуватись. Так, наприклад, верхні клітини багатошарової епітеліальної тканини шкіри не здатні до розмноження. Вони поступово перетворюються в мертві рогові лусочки, які злущуються з поверхні шкіри. Нормальна життєдіяльність покривної тканини шкіри забезпечується ниж­нім шаром, клітини якого, енергійно розмножуючись, забезпечують за­міщення верхніх відмираючих шарів.

 

Тканини

У найпростіших організмів клітина здійснює всі життєві функції організму: в її протоплазмі відбувається травлення, асиміляція і виділення. Такі клітини можуть розмножуватись, пересуватись, їм властива подраз­ливість. У багатоклітинних організмів клітина виконує, як правило, одну якусь функцію, тобто існує розподіл функцій організму між окремими гру­пами клітин. Внаслідок такої спеціалізації, клітини багатоклітинного ор­ганізму не пристосовані до самостійного існування без зв’язку з цілим організмом.

Спеціалізовані клітини в багатоклітинному організмі не розкидані безладно, а зібрані в групи. Сукупність клітин, об’єднаних спільністю походження, будови і виконуваних функцій називається тканиною. До складу тканин входять також міжклітинні утворення і речовини, виділю­вані клітинами. В утворенні кожного органу бере участь не одна якась тканина, а різні їх види. Так, наприклад, в утворенні серця, крім м’язової тканини, беруть участь і інші тканини, а саме: сполучна, нервова та ін. У тварин і людини розрізняють такі основні групи тканин: 1) епіте­ліальну, 2) сполучну, 3) м’язову і 4) нервову.

 

Епітеліальна тканина

Епітеліальна тканина утворена щільно з’єднаними одна з одною клі­тинами, між якими дуже мало міжклітинної речовини. Ця тканина вкриває зовнішню поверхню тіла, вистилає внутрішню поверхню травних і дихаль­них органів, а також порожнину тіла. Численні залози організму побудо­вані, в основному, з епітеліальної тканини, яка виконує секреторну функцію. З допомогою цієї тканини здійснюється обмін речовин між організмом і зовнішнім середовищем. Епітеліальна тканина здійснює також захисну функцію в організмі: утворюючи верхній шар шкіри і вистилаючи зсере­дини всі органи, вона захищає глибші їх шари від пошкоджень та від проникнення в них мікробів.

Епітеліальна тканина належить до тканин, в яких добре проявляється здатність до відновлення — регенерації. Ця здатність сприяє швидкій заміні епітеліальних клітин, які швидко зношуються внаслідок впливу зовнішнього середовища. В організмі зустрічається кілька видів епітелі­альної тканини. Розрізняють епітелій одношаровий, коли клітини розміщені в один шар, і багатошаровий, в якому клітини роз­міщені в кілька шарів. Прикладом одношарового епітелію може бути епітелій, що вистилає порожнину кишечника, а багатошарового — епітелій рогівки ока. Залежно від форми клітин, одношаровий епітелій буває плоский, кубічний і циліндричний.

Одношаровий плоский епітелій вистилає замкнені порожнини тіла (грудну і черевну); з нього складаються стінки легеневих альвеол.

Багатошаровий плоский епітелій зустрічається в слизових оболонках ротової порожнини і глотки; він утворює зовнішній шар (епідерміс) шкіри. Його клітини, що розміщені найглибше, звичайно мають циліндричну форму, але в міру наближення до поверхні вони поступово сплющуються, поки не досягнуть форми тонких пластинок. Одношаровий кубічний епітелій зустрі­чається у вивідних протоках залоз, у ниркових канальцях. Одношаровий циліндричний епітелій вистилає більшу частину шлунково-кишкового тракту.

До одношарового епітелію належить багаторядний епітелій, що скла­дається з клітин неоднакової висоти і форми. До багаторядного епітелію належить його різновидність — миготливий епітелій, який вистилає верхні дихальні шляхи. Миготливий епітелій на своїй вільній поверхні має війки, здатні виконувати коливні рухи в певному напрямку, що сприяє видаленню пилу з дихальних шляхів.

Залозистий епітелій. Особливий вид епітеліальної тканини становить залозистий епітелій, який утворює залози. Залозистий епітелій виконує функцію виділення (секреції) спеціальних речовин (секретів), необхідних для нормальної життєдіяльності організму. Органи, які виділяють секрети, називаються залозами. Залози бувають одноклітинні і багатоклітинні. Прикладом перших можуть бути бокаловидні клітини кишечника, які виділяють слиз. Багатоклітинними залозами є слинні залози, щитовидна залоза, печінка та ін. Розрізняють залози внутрішньої секреції, секрети яких надходять безпосередньо у кров і лімфу (щитовидна залоза, надниркові залози та ін.), і залози зовнішньої секреції, секрет яких вивідними протоками виділяється назовні (потові залози) або у внутрішні порожнини тіла (слин­ні залози, печінка, підшлункова залоза та ін.).

 

Сполучна тканина

Сполучна тканина складається з клітин і добре розвиненої міжклі­тинної речовини, яка виділяється клітинами. Під назвою сполучної тканини об’єднують багато різних тканин, які дуже відрізняються між собою (на­приклад, кров і кісткова тканина), але мають спільне походження — всі вони в процесі ембріонального розвитку формуються з мезенхіми, тобто з зародкової сполучної тканини. Основні функції сполучної тканини — трофічна (функція живлення), захисна і опорна.

Всі види сполучної тканини можна поділити на дві групи: 1) власне сполучну тканину і 2) скелетну, або опорну, сполучну тканину.

Власне сполучна тканина. Основна функція власне сполучної тканини полягає в тому, що вона зв’язує окремі тканини та органи одне з одним. До цієї групи належить чотири види тканин: пухка волокниста, жирова, щільна волокниста і еластична волокниста.

Пухка волокниста сполучна тканина складається з рідко роз­міщених клітин і міжклітинної речовини у вигляді пластинок і волокон, про­міжки між якими заповнює тканинна рідина. Розрізняють два типи волокон сполучної тканини. Тонкі, прямі, розміщені пучками, називаються колаге­новими (клеєдайними) волокнами; від них залежить міцність сполучної тканини. Товщі, розкидані по­одинці і більш звивисті, — на­зиваються еластичними; вони надають сполучній тканині пружності.

Колагенові волокна при тривалому варінні або при дії на них слабких кислот і лугів розчиняються, утворюючи при охолодженні клейку драглисту масу. Еластичні волокна, на­впаки, стійкі до варіння та дії на них кислот і лугів.

Клітини пухкої сполучної тканини відрізняються за фор­мою, величиною і функціями. Одні з них мають зірчасту форму і називаються фібробластами. В результаті своєї життєдіяльності фібробласти виділяють основну (міжклітинну) речовину. Другі називаються гістіоцитами і мають властивість амебовидно пересуватись. Гістіоцити здатні до фагоцитозу, тобто до захоплення і перетравлення чужорідних тілець, які потрапили в тканину. Крім фібробластів і гістіоцитів, у пухкій сполучній тканині зустрічаються й інші клітинні форми: жирові клітини, які накопи­чують жир у цитоплазмі, білі кров’яні тільця, що проникають у тканину з кровоносних капілярів, пігментні клітини та деякі інші.

Пухка сполучна ткани­на в організмі дуже роз­повсюджена; вона супро­воджує кровоносні судини і нерви, розміщується між органами і міститься в підшкірному шарі. Клітини цього виду спо­лучної тканини можуть у своїй цитоплазмі накопичувати жир і перетворю­ватись у жирові клітини, а сама тканина в таких випадках може перетворюватись у жирову тканину.

Щільна волокниста сполучна тканина відрізняється від пухкої значно більшою кількістю густо переплетених пучків колагено­вих волокон. Цей вид сполучної тканини зустрічається в багатьох органах, зокрема з неї утворені сухожилки м’язів, а також сполуч­нотканинний шар шкіри (власне шкіра).

Еластична сполучна тканина характеризується тим, що має значну кількість еластичних волокон. З цієї тканини утворені зв’язки між органами.

Скелетна, або опорна, сполучна тканина. До цієї групи тканин належать хрящова і кісткова.

Хрящова тканина складається з клітин і щільної міжклітинної речовини. Клітини розташовані групами в особливих порожнинах. Зустрі­чається три різновидності хряща: гіаліновий, волокнистий і еластичний.

Гіаліновий, або скловидний, хрящ характеризується безструк­турною, однорідною міжклітинною речовиною. Цей вид хряща дуже роз­повсюджений в організмі: він вкриває суглобові поверхні кісток, з нього утворені хрящі гортані (крім надгортанника), трахеї, бронхів та хрящі ребер.

Волокнистий хрящ зустрічається в міжхребцевих і суглобових дисках. Він являє собою волокнисту сполучну тканину, в якій е хрящові клітини і яка просочена хрящовою міжклітинною речовиною.

Еластичний хрящ пронизаний великою кількістю еластичних волокон, які зумовлюють пружність органу, до складу якого входить ця тканина. Еластичний хрящ порівняно мало розповсюджений і зустрічається, головним чином, у надгортаннику і вушній раковині.

Хрящ росте за рахунок розмноження клітин і збільшення міжклітинної речовини всередині хрящової тканини, а також завдяки діяльності клітин охрястя, що вкриває хрящ з поверхні.

Кісткова тканина складається з клітин і твердої міжклітин­ної речовини. Остання має пластинчасту будову. Пластинки міжклітинної (основної) речовини побудовані з органічної основи (головним чином осеїну), просоченої мінеральними солями (переважно вуглекислим і фосфорнокис­лим кальцієм). Такий склад забезпечує кістці велику міцність.

Всередині кісткових пластинок містяться клітини овальної форми остеоцити (кісткоутворювачі), які сполучаються між собою великою кіль­кістю тонесеньких протоплазматичних відростків. Кісткові клітини лежать у відповідних порожнинах, а їх відростки — у відповідних канальцях кісткових пластинок. Міжклітинна кісткова речовина є продуктом життє­діяльності остеоцитів.

Кісткова тканина пронизана численними кровоносними судинами, які забезпечують живлення і дихання кістки. Кісткові клітини розміщуються концентричними колами навколо каналів, які називаються гаверсовими. По цих каналах проходять судини. Відростки кісткових клітин спрямовані радіальне до гаверсових каналів.

 

М’язова тканина

Рухова функція здійснюється в організмі м’язами, які складаються з м’язової тканини. Розрізняють дві основних різновидності м’язової тка­нини: поперечносмугасту і гладеньку, серед яких виділяється особливостя­ми своєї будови і функцій серцевий м’яз.

Поперечносмугаста (посмугована) м’язова тканина складається з волокон циліндричної форми завдовжки до 10—12 см. Кожне м’язове волокно складається з цитоплазми (саркоплазми), оболонки (сарколеми) і великої кіль­кості ядер. Подібні багатоядерні утвори, які можна розглядати як сукуп­ність невідокремлених одна від одної клітин дістали назву симпласта.

У цитоплазмі кожного м’язового волокна міститься велика кількість тонюсіньких волоконець — міофібрил, які складаються з темних і світлих ділянок, що правильно чергуються. Темні і світлі ділянки всіх міофібрил м’язового волокна лежать на одному рівні, що справляє враження попереч­ної смугастості. З поперечносмугастої м’язової тканини утворені всі ске­летні м’язи людини.

Основною властивістю м’язової тканини є скоротливість. На всяке подразнення м’язова тканина відповідає скороченням, при якому відбувається зменшення довжини і збільшення товщини її волокон. Завдяки цій властивості м’язи, які складаються в основному з м’язової тканини, виконують всі рухи організму тварини і людини.

В умовах експерименту скорочення м’яза можна викликати найрізноманітнішими подразниками: уколом, стискуванням м’яза, дією електричного струму, впливом кислот, лугів, солей тощо. Все це будуть так звані прямі подразники, бо прикладаються вони безпосередньо до м’яза. Прямі подразники можуть діяти на м’яз тільки в штучних умовах (дослід), коли м’яз видалено з організму, тобто коли він ізольований. Коли ж м’яз перебуває в організмі, то всі ці подразники діють на нього тільки у виняткових випадках.

Природним збудником поперечносмугастих м’язів є нервові імпульси, що надходять у м’яз з центральної нервової системи по нервах. Подразнення м’яза через нерв називається непрямим.

Гладенька (не посмугована) м’язова тканина складається з клітин веретенопо­дібної форми з витягнутим ядром. Протоплазма їх немає поперечної смугастості.

Клітини цієї тканини щільно спаяні одна з одною тоненькими прошар­ками міжклітинної речовини.

Гладенька м’язова тканина утворює м’язи внутрішніх органів — кишечника, кровоносних судин, селезінки, сечового міхура та ін., діяльність яких відбувається без участі нашої свідомості.

Як своєю будовою, так і фізіологічними властивостями гладенька м’язова тканина різко відмінна від поперечносмугастої. Скорочуються гладенькі м’язи в десятки разів повільніше, ніж поперечносмугасті, і притому незалежно від нашої волі (наприклад, перистальтичні рухи кишечника, скорочення м’язів кровоносних судин, вивідних проток залоз тощо).

Серцевий м’яз утворений поперечносмугастою тканиною, яка, проте, має свої особливості будови і функцій, що дає підставу виділити її в окрему групу. На відміну від скелетних м’язів, волокна серцевого м’яза утворюють між собою численні сполучення: міофібрили переходять із одного волокна в інше, зв’язуючи серцевий м’яз в єдине ціле. Довгий час вважали серцевий м’яз синцитієм

Але з застосуванням електронного мікроскопа було з’ясовано, що серцевий м’яз не утворює синцитію. Скорочується серцевий м’яз, на відміну від скелетних, незалежно від нашої волі. Його робота здійснюється авто­матично і регулюється збуджен­нями, що виникають у самому серці, а також надходять з центральної нервової системи по особливих нервах.

М’язовий тонус. Усі м’язи тіла (і поперечносмугасті, і гла­денькі) постійно перебувають у стані незначного скорочення, яке не супроводиться перемі­щенням тіла в просторі або рухом його частин. Таке скорочення, що викликає певне на­пруження м’язів, дістало назву м’язового тонусу.

 

Нервова тканина