НЕКЛІТИННІ СТРУКТУРИ ОРГАНІЗМУ

Цитологія— це наука про клітину. Назва походить від грецьких слів «цитос» — комірка — та «логос» — слово, наука. Цитологія вивчає будову та функції клітин і їх похідних, досліджує участь структурних компонентів клітин у загальноклітинних фізіологічних процесах, пристосування клітин до умов середовища, реакції на дію різних факторів, патологічні зміни клітин.

Клітини, що мають ядро, називаються еукаріотичним и (ту ж назву носять організми, які побудовані з таких клітин), а клітини, що не мають морфологічно відокремленого ядра, називаються п р о к а ріотичними (як і організми, що з них побудовані). Більшість рослинних і тваринних організмів є еукаріотами; до прокаріотів належать лише бактерії та синьо-зелені водорості.

Сучасне визначення поняття «клітини» таке.

Клітина(celulla) — це обмежена активною мембраною, структурно впорядкована система біополімерів, які утворюють ядро і цитоплазму, беруть участь у єдиній сукупності процесів метаболізму і забезпечують підтримання та відтворення системи в цілому.

Таким чином, еукаріотична клітина складається з трьох основних частин: ядра, цитоплазми та оболонки (рис. 1.1). Цитоплазма (клітинне тіло) відмежована від зовнішнього середовища або від сусідніх клітин клітинною оболонкою (плазмолемою). Цитоплазма, в свою чергу, складається з гіалоплазми та організованих структур, до яких належать органели і включення. Ядро має оболонку, каріоплазму, хроматин (хромосоми), ядерце. Всі названі компоненти клітини, взаємодіючи між собою, виконують функції, необхідні для існування клітини як цілого.

Клітина є елементарною одиницею будови багатоклітинних живих організмів, на рівні якої зберігається сукупність усіх проявів життєдіяльності. До останніх належать: структурна впорядкованість, компактність будови, енергетична економічність, обмін речовин, ріст, розвиток, рух, адаптація, функціонування та самовідтворення.

Виникнення багатоклітинних організмів було важливим етапом у процесі еволюційного розвитку живого. Розчленування на клітини дало таким організмам цілу низку переваг над одноклітинними. По-перше, значно збільшилася площа поверхні клітинних мембран, на якій відбуваються обмінні процеси. По-друге, виникла можливість спеціалізації клітин і розподілу функцій між ними, а також заміни фізіологічно відмираючих або патологічно змінених клітин іншими, функціонально повноцінними. Тому багатоклітинні організми закріпилися в еволюції як основна лінія розвитку рослинного і тваринного світу.

Форма клітин тваринних організмів дуже різноманітна. Вона може бути кубічною, циліндричною, поліедральною, плоскою, кулястою, веретеноподібною, призматичною, пірамідною, зірчастою, з відростками тощо. В організмі є клітини нерухомі, що мають постійну типову форму. Це клітини, які, контактуючи між собою, утворюють пласти. Прикладом можуть бути печінкові клітини та клітини різних видів покривного епітелію. Крім того, існують клітини, здатні до активних рухів. Вони змінюють свою форму, наприклад, нейтрофільні лейкоцити, фібробласти. Форма клітин залежить від кількох факторів. У першу чергу, форма клітини обумовлена її функціональною адаптацією. Наприклад, нервові клітини мають відростки для передачі нервового імпульсу. Видовжена форма м'язових клітин пов'язана з їхньою функцією скорочення. Форма клітин також залежить від механічної дії сусідніх клітин або оточуючого середовища. Прикладом цієї залежності може бути поліедральна (шестигранна) форма клітин печінки, які тиснуть одна на одну. Форма клітин, крім того, зумовлена поверхневим натягом та в'язкістю цитоплазми, розташуванням у клітині її цитоскелетних структур.

Розміри клітин в організмі ссавців та людини коливаються в широких межах — від 4-5 до 130-150 мкм. Прикладом найменших клітин є малі лімфоцити (клітини крові) та клітини-зерна мозочка. Найбільшими за розмірами клітинного тіла є жіночі статеві клітини та гіганто-пірамідні клітини кори великих півкуль головного мозку. В організмі людини є понад 200 різних типів клітин, загальна кількість яких досягає 10¹⁴— 10¹⁵.

Неклітинні структури.Крім клітин, багатоклітинний організм побудований з так званих неклітинних структур, які завжди є вторинними щодо клітин, тобто їх похідними. Серед неклітинних структур розрізняють ядерні, які містять ядра і виникають шляхом злиття клітин або внаслідок їхнього незавершеного поділу, та без'ядерні — продукт діяльності певних видів клітин. До ядерних неклітинних структур належать симпласти та синцитії.

Симпласт — неклітинна структура, яка є масою нерозчленованої на клітини цитоплазми з великою кількістю ядер. Симпластичну будову мають скелетні м'язові волокна, а також симпластотрофобласт, який є зовнішнім шаром зародкової частини плаценти. С и н ц и т і й, або сукліття (клітинна сітка, сітчастий симпласт) — це група клітин, що сполучені в єдине ціле цитоплазматичними містками. Така тимчасова структура виникає під час розвитку чоловічих і жіночих статевих клітин, коли поділ клітинного тіла не завершується.

До без'ядерних неклітинних структур належать волокна та основна (аморфна) речовин а сполучної тканини, які продукуються одним з типів клітин — фібробластами. Аналогами основної речовини є такі рідкі середовища як плазма крові та рідка частина лімфи.

Про значення неклітинних структур свідчить те, що вони є великою частиною маси організму. Наприклад, близько 40 % маси тіла дорослої людини становлять скелетні м'язи, які мають будову симпласта. Кістяк, в основному, побудований з таких неклітинних утворів як колагенові волокна, які є найміцнішими структурами організму.

Клітинна теорія— фундаментальне узагальнення біології, яка визначає взаємозв'язок усіх проявів життя на Землі з клітиною, характеризує клітину одночасно як цілісну самостійну одиницю біологічної активності та як складову частину багатоклітинних організмів рослин і тварин. Клітинна теорія сформульована німецьким вченим Т. Шванном у 1839 р. у книзі «Мікроскопічні дослідження про відповідність у структурі і рості тварин і рослин». Цій видатній події в біології передував довгий період нагромадження знань про будову різних організмів, тваринних та рослинних. Цей період був пов'язаний із виникненням і вдосконаленням нового інструменту дослідження — мікроскопа.

Першим побачив клітини і дав їм цю назву англійський дослідник Роберт Гук (1665 р.). Комірки, або клітини, він побачив на зрізі кори коркового дуба. Пізніше його спостереження підтвердили і розширили такі перші мікроскопісти XVII ст. як М. Мальпігі, Н. Грю, А. ван Левенгук. У ХІХ ст. значний внесок у створення підвалин клітинної теорії зробили своїми працями вчені Я. Пуркіньє, Г. Валентин, Р. Броун, М. Шлейден та інші. Найближче підходив до відкриття клітинної теорії видатний чеський вчений Я. Пуркіньє. Але все ж таки честь створення цієї видатної теорії, яка стала якісним стрибком у розвитку всієї біологічної науки, належить лише Т. Шванну. Головним досягненням Т. Шванна було встановлення факту, що клітини, з яких побудовані як рослинні, так і тваринні організми, подібні між собою і виникають єдиним, подібним шляхом. Заслугою Т. Шванна було не відкриття клітин, а те, що він зрозумів їхнє значення як структурних компонентів організму. Подальший розвиток і узагальнення положень клітинної теорії містять роботи Р. Вірхова (1858 р.), відома формула якого «Omnis cellula e cellula («Кожна клітина походить від клітини») справедлива і дотепер.

Створення клітинної теорії стало важливою подією у біології, одним з головних і вирішальних доказів єдності усієї живої природи. Клітинна теорія мала значний вплив на розвиток біології та медицини. Вона стала фундаментом для розвитку ембріології, гістології, фізіології.

Основні положення клітинної теорії зберегли своє, значення і донині, хоча за більш як 150 років після її створення отримано масу нових даних про будову, функцію і розвиток клітин. Сьогодні основними положеннями клітинної теорії є такі:

1. Клітина — найменша одиниця живого. Саме клітина є тим елементом, якому притаманні усі разом взяті властивості, що відповідають визначенню поняття «живого». Усі неклітинні структури, з яких, окрім клітин, побудований організм, є вторинними утворами, похідними клітин.

2. Клітини різних організмів подібні за своєю будовою. Незважаючи на різноманітний вигляд клітин різних типів навіть в одному організмі, усі клітини рослин і тварин мають однаковий загальний план будови, зумовлений подібністю загальноклітинних функцій, спрямованих на підтримання життя самих клітин та їх розмноження. Ця подібність дає підстави вважати спільним походження усіх еукаріотичних організмів. Різноманітність будови клітин є результатом їхньої функціональної спеціалізації.

3. Розмноження клітин відбувається шляхом поділу вихідної клітини. Ще Т. Шванн у своїй праці підкреслив, що як тваринні, так і рослинні клітини розвиваються однаково. Але цей принцип у Т. Шванна базувався на помилковій тезі про розвиток клітин з неклітинної «бластеми». Нині добре відомо, що нові клітини утворюються лише шляхом поділу вихідної клітини з попереднім відтворенням її генетичного матеріалу. Для еукаріотичних клітин єдиним повноцінним шляхом поділу є мітоз або мейоз (при утворенні статевих клітин).

4. Клітини є частинами цілісного організму. У багатоклітинному організмі клітини є елементами його будови, але вони не однакові, як цеглини, а різні, спеціалізовані у певних напрямках, внаслідок чого виконують різні функції (чутливість, рух, захисні реакції тощо). Діяльність окремих клітин у багатоклітинному організмі підпорядкована цілому. Спеціалізовані клітини утворюють складні ансамблі, об'єднані в тканини, органи, системи органів, пов'язані міжклітинними гуморальними та нервовими формами регуляції.