ОДНОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ

Серед органел клітини найрізноманітнішими є одномембранні органели. Це оточені мембранами відсіки цитоплазми у вигляді пухирців, трубочок, мішечків. До одно- мембранних органел відносять ендоплазматичну сітку, комплекс Гольджі, лізосоми, вакуолі, пероксисоми тощо. Загалом вони можуть займати до 17% об’єму клітини. Одномембранні органели утворюють систему синтезу, сегрегації (відокремлення) та внутрішньоклітинного транспорту макромолекул.

Ендоплазматична сітка, або ендоплазматичний ретикулум (від лат. reticulum – сітка) – одномембранна органела еукаріотичних клітин у вигляді замкненої системи канальців і плоских мембранних мішечків-цистерн. Вперше ЕПС була відкрита американським вченим К. Портером у 1945 році за допомогою електронного мікроскопа. ЕПС є органелою, яка ділить цитоплазму на компартменти і пов’язана з плазмалемою та ядерними мембранами. За участю ЕПС формується ядерна оболонка в період між поділами клітин.

Будова. ЕПС утворюють цистерни, трубчасті мембранні канальці, мембранні міхурці-везикули (транспортують речовини, що синтезуються) і внутрішня речовина – матрикс з великою кількістю ферментів. Ретикулум містить білки і ліпіди, серед яких багато фосфоліпідів, а також ферменти синтезу ліпідів, вуглеводів. Мембрани ЕПС, подібно до компонентів цитоскелету, полярні: з одного кінця вони нарощуються, а з іншого – розпадаються на окремі фрагменти. Розрізняють два види ендоплазматичної сітки: шорстку (гранулярну) і гладку (агра- нулярну). Шорстка ЕПС має рибосоми, які утворюють комплекси з іРНК (поліри- босоми, або полісоми), і присутня у всіх живих еукаріотичних клітинах (за винятком сперматозоїдів і зрілих еритроцитів), однак ступінь її розвитку різний і залежить від спеціалізації клітин. Так, сильно розвинену шорстку ЕПС мають залозисті клітини підшлункової залози, гепатоцити, фібробласти (клітини сполучної тканини, які продукують білок колаген), плазмоцити (продукують імуноглобуліни). Гладка ЕПС не має рибосом і є похідною від шорсткої. Вона переважає в клітинах надниркових залоз (здійснює синтез стероїдних гормонів), у м’язових клітинах (бере участь в обміні Кальцію), клітинах основних залоз шлунку (участь у виділенні хлоридної кислоти).

Функції. Гладка і шорстка ЕПС виконують спільні функції: 1) розмежувальну – забезпечує упорядкований розподіл цитоплазми; 2) транспортну – здійснюється перенесення в клітині необхідних речовин; 3) синтезуючу – утворення мембранних ліпідів. Крім того, кожен з різновидів ЕПС виконує свої спеціальні функції.

Будова ЕПС 1 – вільні рибосоми; 2 – порожнини ЕПС; З – рибосоми на мембранах ЕПС; 4 – гладка ЕПС

Види та функції ЕПС

• 1) депонуюча (наприклад, у поперечнопосмугованій м’язовій тканині існує спеціалізована гладка ЕПС, названа саркоплазматичним ретикулумом, що є резервуаром Са2+);
• 2) синтез ліпідів і вуглеводів – утворюються холестерин, стероїдні гормони наднирників, статеві гормони, глікоген та ін.;
• 3) детоксикуюча – знешкодження токсинів

• 1) біосинтез білків – утворюються мембранні білки, секреторні білки, які надходять у позаклітинний простір та ін.;
• 2) модифікуюча – відбувається модифікація білків, які утворилися після трансляції;
• 3) участь в утворенні комплексу Гольджі

§ 15. Типи клітин та їхня порівняльна характеристика. Будова прокаріотичної клітини

Ви вже знаєте, що існують організми одноклітинні та багатоклітинні. В одноклітинних істот клітина одночасно є цілісним самостійним організмом, який здійснює всі життєві функції, притаманні й багатоклітинним тваринам, рослинам і грибам. Тому клітина одноклітинних організмів часто організована складніше, ніж клітини багатоклітинних. Клітини багатоклітинних істот зазвичай спеціалізуються на здійсненні лише певних функцій. Вони можуть утворювати тканини, органи та системи органів. Отже, у багатоклітинних організмів клітини слугують елементарними складовими частинами тканин або органів. Функціонування таких організмів як цілісних біологічних систем можливе лише завдяки взаємодії клітин різних типів (мал. 79).

Чим відрізняються за будовою клітини рослин, грибів і тварин? Ви вже знаєте, що залежно від рівня організації клітини всі організми поділяють на дві групи – прокаріоти та еукаріоти. Клітини прокаріотів (бактерій, археїв) мають простішу будову (вони позбавлені ядра, більшості органел тощо). Клітини еукаріотів – тварин, рослин і грибів – організовані складніше. Вони мають ядро, принаймні на певних етапах свого клітинного циклу. Цитоплазма поділена мембранами на окремі функціональні ділянки, містить різноманітні органели. Але в будові клітин різних представників еукаріотів є й певні відмінності. Пригадаємо їх.

Мал. 79. Різні типи еукаріотичних клітин: А. Рослин. Б. Тварин. Завдання. Розгляньте малюнок. Користуючися знаннями з біології, одержаними в попередніх класах, визначте ці клітини, тканини, до складу яких вони входять, залежність їхньої будови від виконуваних функцій

Мал. 80. Схематична будова клітин: А. Рослин, Б. Грибів, В. Тварин: 1 – клітинна оболонка; 2 – плазматична мембрана; 3 – цитоплазма; 4 – мітохондрія; 5 – хлоропласт; 6 – ядро; 7 – ендоплазматична сітка; 8 – комплекс Гольджі; 9 – лізосома. Завдання. Знайдіть органели спільні та відмінні для цих груп організмів

Розгляньте уважно на малюнку 80 схематичну будову клітин рослин, грибів і тварин, проаналізуйте таблицю 4 і зверніть увагу на основні відмінності між клітинами тварин, рослин і грибів.

Основні відмінності між клітинами тварин, рослин і грибів

Структури клітин

Справжні гриби

Є, до її складу входить полісахарид целюлоза

Є, до її складу входить, крім целюлози, полісахарид хітин

Вакуолі з клітинним соком

Відсутні, трапляються в окремих одноклітинних видів

Є в певних типів клітин багатоклітинних і деяких одноклітинних

Є у клітинах деяких водоростей і сперматозоїдів вищих спорових рослин

Яка будова клітин прокаріотів? Понад 2,5 млрд років тому, коли ще не було ані рослин, ані тварин, ані грибів, на нашій планеті існували лише прокаріоти (від лат. про – перед, замість та грец. каріон – ядро). До них належать археї (нечисленна група прокаріотів), різні бактерії та ціанобактерії (мал. 81).

Мал. 81. Представники прокаріотів: 1 – археї; 2 – бактерії роду Хелікобактер; 3 – ціанобактерії

Як і клітини еукаріотів, клітини прокаріотів мають поверхневий апарат і цитоплазму, в якій розташовані нечисленні органели та різноманітні включення. У клітинах прокаріотів немає ядра й таких органел, як: мітохондрії, пластиди, ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми, клітинний центр тощо (мал. 82). Така спрощена будова прокаріотів свідчить про давність їхнього походження.

Мал. 82. Схема будови клітини прокаріотів: 1 – капсула; 2 – клітинна оболонка; 3 – плазматична мембрана; 4 – складчасті вп’ячування мембрани; 5 – фотосинтетичні мембрани; 6 – кільцева молекула ДНК; 7 – рибосоми; 8 – джгутик; 9 – цитоплазма; 10 – запасні поживні речовини; 11 – білкові вирости оболонки клітини

Мал. 83. Схема будови клітинної оболонки прокаріотів: І – плазматична мембрана; II – клітинна оболонка: 1 – муреїн

Цікаво знати

До складу клітинної оболонки багатьох бактерій входить ще додаткова зовнішня мембрана, яка забезпечує надійний захист вмісту клітини. На такі бактерії не діють певні антибіотики (наприклад, пеніцилін, актиноміцин). Клітинна оболонка бактерій має антигенні властивості, тобто організм, у який потрапляє бактерія, сприймає її як чужорідне, невластиве йому. Завдяки цьому певні групи лейкоцитів упізнають хвороботворні бактерії й виробляють до них антитіла. (Пригадайте, як антитіла знешкоджують антигени.)

До складу поверхневого апарату клітин прокаріотів входить плазматична мембрана та клітинна оболонка (мал. 83). Будова клітинної оболонки прокаріотів (різних груп бактерій, ціанобактерій) досить складна. У бактерій вона складається з полімерної сполуки – муреїну. Ця сполука утворює сітчасту структуру, яка надає клітинній стінці жорсткості. У ціанобактерій до складу зовнішнього шару клітинної стінки входить полісахарид пектин та особливі скоротливі білки. Вони забезпечують особливий рух клітин – ковзання або обертання. Клітини ціанобактерій джгутиків не мають.

Сполуки з ліпідів і полісахаридів клітинної оболонки дають змогу клітинам бактерій прилипати до різних субстратів (клітин еукаріотів, емалі зубів тощо), а також злипатися між собою. Над клітинною оболонкою багатьох бактерій інколи розміщена захисна слизова капсула, що складається з полісахаридів. Вона не дуже міцно зв’язана з клітиною і легко руйнується під дією певних сполук.

У цитоплазмі клітин прокаріотів є рибосоми та різноманітні включення (мал. 82). Але ці рибосоми дрібніші за рибосоми клітин еукаріотів. Плазматична мембрана може утворювати гладенькі або складчасті вгини в цитоплазму. На відміну від клітин еукаріотів, ці утвори не поділяють цитоплазму на відокремлені функціональні ділянки. На складчастих мембранних вгинах можуть розташовуватися дихальні ферменти, рибосоми, а на гладеньких – фотосинтетичні пігменти.

Цікаво знати

У клітинах деяких бактерій (наприклад, ціанобактерій) фотосинтезуючі пігменти можуть міститися в кулястих замкнених мішкоподібних структурах, утворених вгинами плазматичної мембрани. Такі мішечки можуть бути розташовані поодинці або ж зібрані в купки. У ціанобактерій ці структури називають тилакоїдами (мал. 84).

Мал. 84. Будова клітини ціанобактерії: 1 – кільцева молекула ДНК; 2 – рибосоми; 3 – плазматична мембрана; 4 – клітинна оболонка; 5 – слизова капсула; 6 – тилакоїди

Цікаво знати

Невеликі за розмірами кільцеві молекули ДНК розташовані й у цитоплазмі клітин прокаріотів. Їх називають позахромосомними факторами спадковості – плазмідами.

Замість ядра в клітинах прокаріотів є ядерна зона. Там розташований спадковий матеріал – кільцева молекула ДНК (мал. 82, 1; 84, 1), яка в певному місці прикріплена до плазматичної мембрани. У прокаріотів молекули ДНК не пов’язані з ядерними білками. Отже, типові хромосоми, які в клітинах еукаріотів розташовані в ядрі, у прокаріотів відсутні.

Клітини деяких бактерій мають органели руху – один, декілька або багато джгутиків. Джгутики можуть бути в декілька разів довші за саму клітину, проте їхній діаметр незначний. Тому у світловий мікроскоп вони не помітні. Джгутики прокаріотів лише зовні нагадують джгутики клітин еукаріотів. Їхня будова простіша: вони складаються з однієї трубчастої молекули особливого білка.

Коротко про головне

Клітини прокаріотів – бактерій і археїв – характеризуються простою будовою. Вони не мають ядра і багатьох органел (мітохондрій, пластид, ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджі, лізосом, клітинного центру тощо).

Поверхневий апарат клітин прокаріотів включає плазматичну мембрану, клітинну стінку, іноді – слизову капсулу. У цитоплазмі клітин прокаріотів розташовані дрібні рибосоми та різноманітні включення. Замість ядра в клітинах прокаріотів є ядерна зона – нуклеоїд, де розташований спадковий матеріал – кільцева молекула ДНК. У прокаріотів, на відміну від еукаріотів, ДНК не пов’язана з ядерними білками.

Клітини деяких бактерій мають органели руху – один, декілька або багато джгутиків.

Ключові терміни та поняття: прокаріоти, археї.

Перевірте здобуті знання

1. Що спільного та відмінного у будові клітин рослин, грибів і тварин? 2. Чим клітини прокаріотів за будовою відрізняються від клітин еукаріотів? 3. Яка будова поверхневого апарату клітин прокаріотів? 4. Які внутрішньоклітинні структури є у прокаріотів?

1. Чим можна пояснити простішу будову клітин прокаріотів, порівняно з еукаріотами? Відповідь обґрунтуйте. 2. Чи можна припустити, що предками еукаріотичних клітин були прокаріотичні?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

Вивчення структурно-функціональної різноманітності клітин

Мета: вивчити особливості будови клітин прокаріотів і еукаріотів; навчитися розпізнавати на схемах, постійних мікропрепаратах, мікрофотографіях прокаріотичні та еукаріотичні клітини.

Обладнання і матеріали та об’єкти дослідження: мікроскопи, предметні й накривні скельця, пінцети, скляні й дерев’яні палички, препарувальні голки; постійні мікропрепарати бактерій, епітелію ротової порожнини, шкірки цибулі, гіфів гриба мукора; електронно-мікроскопічні фотографії клітин бактерій, тварин, рослин і грибів.

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. При малому збільшенні мікроскопа на постійних мікропрепаратах знайдіть клітини бактерій, грибів, рослин,тварин.

3. За відсутності постійних мікропрепаратів виготовте тимчасові:

• а) стерилізованою скляною або дерев’яною паличкою зніміть із поверхні зубів наліт навколо ясен, перенесіть його на предметне скло і накрийте накривним скельцем;
• б) виготовте препарат епітелію ротової порожнини у краплині слини, для чого проведіть скляною паличкою по внутрішній поверхні щоки, перенесіть мазок на предметне скло;
• в) виготовте препарат шкірки м’ясистої луски цибулі, для чого перенесіть шкірку на предметне скло у краплину води та накрийте накривним скельцем;
• г) зберіть зі шматка хліба або овочів цвіль білого кольору – грибницю мукора; розмістіть її на предметному склі та накрийте накривним скельцем.

4. Розгляньте при великому збільшенні мікроскопа клітини бактерій, грибів, рослин і тварин. Порівняйте особливості їхньої будови.

5. Роздивіться електронно-мікроскопічні фотографії клітин бактерій, грибів, рослин і тварин. Знайдіть клітинну стінку, плазматичну мембрану, ядро, ендоплазматичну сітку, комплекс Гольджі, мітохондрії, пластиди, вакуолі.

ТЕСТ НА ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ

Виберіть із запропонованих відповідей правильну

1. Укажіть сполуки, з яких переважно складається плазматична мембрана: а) білки та вуглеводи; б) вуглеводи та ліпіди; в) білки та ліпіди; г) ліпіди і мінеральні солі.

2. Укажіть організми, клітини яких здатні до фагоцитозу: а) бактерії; б) справжні гриби; в) рослини; г) тварини.

3. Укажіть організми, до складу оболонки клітин яких входить глікокалікс: а) бактерії; б) гриби; в) рослини; г) тварини.

4. Укажіть сполуки, з яких переважно складаються хромосоми: а) білки та ліпіди; б) білки та ДНК; в) білки та РНК; г) ліпіди та РНК.

5. Назвіть прізвище вченого, який запровадив термін «клітина»: а) Р. Гук; б) Т. Шванн; в) М. Шлейден; г) Р. Вірхов.

6. Назвіть органели, яким притаманний певний ступінь автономії в клітині: а) лізосоми; б) комплекс Гольджі; в) мітохондрії; г) ендоплазматична сітка.

7. Зазначте органели, які регулюють внутрішньоклітинний тиск у клітинах одноклітинних прісноводних організмів: а) травні вакуолі; б) лізосоми; в) клітинний центр; г) скоротливі вакуолі.

8. Зазначте молекули нуклеїнових кислот, які входять до складу рибосом: а) мРНК; б) тРНК; в) рРНК; г) ДНК.

9. Назвіть структури, які наявні у хлоропластах: а) кристи; б) центріолі; в) тилакоїди; г) нуклеосоми.

10. Укажіть органели, які трапляються у клітинах прокаріотів: а) комплекс Гольджі; б) рибосоми; в) ендоплазматична сітка; г) мітохондрії.

11. Назвіть клітини еукаріотів, які не мають ядер: а) еритроцити більшості ссавців; б) клітини епітелію; в) лейкоцити; г) нейрони.

12. Назвіть структури, які трапляються всередині ядра: а) субодиниці рибосом; б) тилакоїди; в) ламели; г) кристи.

13. Укажіть органели, здатні до самоподвоєння: а) рибосоми; б) хлоропласти; в) лізосоми; г) вакуолі з клітинним соком.

14. Назвіть органели, у яких міститься ДНК: а) рибосоми; б) мітохондрії; в) лізосоми; г) комплекс Гольджі.

15. Назвіть органели, які мають власні рибосоми: а) комплекс Гольджі; б) лізосоми; в) хлоропласти; г) травні вакуолі.

Утворіть логічні пари

16. Установіть відповідність між органелами та структурами клітин та організмами, у яких вони трапляються.

• 1 нуклеоїд
• 2 джгутик
• 3 ядра вегетативне та генеративне
• 4 багато подібних за будовою і функціями ядер
• А клітини посмугованих м’язів
• Б еритроцити більшості ссавців
• В евглена зелена
• Г інфузорія-туфелька
• Д ціанобактерії

17. Установіть відповідність між органелами клітин еукаріотів та особливостями їхньої будови.

• 1 зерниста ендоплазматична сітка
• 2 лізосоми
• 3 комплекс Гольджі
• 4 мітохондрії
• А мають кристи
• Б здатні періодично змінювати свій об’єм, виводячи з клітини надлишок води
• В основу становить купка пласких одномембранних мішечків
• Г містять ферменти, здатні розщеплювати частинки їжі
• Д на мембранах розташовані рибосоми

18. Установіть відповідність структур щодо певних органел клітин.

• 1 диктіосома
• 2 кристи
• 3 центріолі
• 4 грани
• А хлоропласти
• Б клітинний центр
• В мітохондрії
• Г скоротливі вакуолі
• Д комплекс Гольджі

19. Установіть відповідність між особливостями будови оболонки клітини та організмами, яким вони притаманні.

• 1 глікокалікс
• 2 клітинна стінка, до складу якої входить хітин
• 3 клітинна стінка, до складу якої входить муреїн
• А бактерії
• Б рослини
• В тварини
• Г справжні гриби

Завдання з вибором трьох правильних відповідей із трьох груп запропонованих варіантів відповідей

20. Охарактеризуйте будову та функції різних органел.

Клітинний центр

Мітохондрії

1 оточений однією мембраною

1 оточені двома мембранами

1 оточені трьома мембранами

2 містять гідролітичні ферменти

2 містяться лише в клітинах анаеробних організмів

3 трапляються у клітинах вищих рослин

3 трапляються у клітинах прокаріотів

3 мають власні молекули ДНК

21. Назвіть основні функції, притаманні органелам клітин еукаріотів.

Гранулярна (зерниста) ендоплазматична сітка

Мітохондрії

1 перетравлення поживних речовин

3 перетравлення поживних речовин

3 транспорт поживних речовин по клітині

22. Охарактеризуйте будову клітин різних організмів.

1 до складу клітинної стінки входить хітин

1 зовнішній шар оболонки клітини – глікокалікс

2 клітини містять вакуолі з клітинним соком

2 до складу клітинної стінки входить целюлоза

3 до складу клітинної стінки входить муреїн

3 можуть утворювати псевдоподії

3 джгутики складаються з однієї мікротрубочки

Запитання з відкритою відповіддю

23. Як відсутність ядра впливає на властивості клітини? Відповідь обґрунтуйте.

24. Чим можна пояснити, що деякі еукаріотичні клітини позбавлені ядра? Наведіть приклади таких клітин.

25. Яке значення має вивчення каріотипів організмів для систематики? Відповідь обґрунтуйте.

26. Що спільного та відмінного є між спадковим матеріалом клітин прокаріотів і еукаріотів?

27. Які з органел еукаріотичної клітини беруть участь у синтезі органічних сполук?

§ 23. Будова клітин прокаріотів. Гіпотези походження еукаріотів

Протягом 3,8-2,5 млрд років тому, коли ще не було ані рослин, ані тварин чи грибів, на нашій планеті існували лише прокаріоти.

• Будова клітин прокаріотів. Ви вже знаєте, що залежно від рівня організації клітини, зокрема наявності ядра, усі організми поділяють на прокаріотів і еукаріотів (рослини, гриби, тварини).

Прокаріоти (від лат. про – перед, замість та грец. каріон – ядро) – надцарство організмів, до складу якого входять царства Археї (Архебактерії) та Справжні бактерії (Еубактерії). До справжніх бактерій належать власне бактерії та ціанобактерії (застаріла назва – «синьо-зелені водорості»).

Археї (Архебактерії) – група прокаріотів, які від справжніх бактерій відрізняються особливостями будови та процесів життєдіяльності. Зокрема, їхні клітини мають менші розміри, а кільцева молекула ДНК зазвичай оточена особливими білками – гістонами та дещо нагадує хромосому еукаріотичних клітин. Серед архей переважають гетеротрофи, однак також відомі автотрофи – хемосинтетики (отримують енергію для біосинтезу внаслідок екзотермічних окисно-відновних реакцій сполук Сульфуру) та фотосинтетики; останні не містять хлорофілу, і процес фотосинтезу у них дуже мало вивчений.

Клітини прокаріотів мають поверхневий апарат і цитоплазму, в якій розташовані нечисленні органели та різноманітні включення. Прокаріотичні клітини не мають більшості органел (мітохондрій, пластид, ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджі, лізосом, клітинного центру тощо). Прокаріоти – мікроскопічні організми. Розміри їхніх клітин зазвичай варіюють у межах 0,2-30 мкм у діаметрі або завдовжки. Інколи трапляються і більші за розмірами клітини. Наприклад, деякі види роду Спірохета можуть сягати до 250 мкм завдовжки. Форма клітин прокаріотів різноманітна: куляста, паличкоподібна, у вигляді коми або спірально закрученої нитки тощо (мал. 23.1). Усі прокаріоти – одноклітинні організми, клітини яких після поділу часто здатні залишатися сполученими своїми стінками та утворювати колонії у вигляді ниток, грон тощо. Іноді колонії оточені спільною слизовою оболонкою – капсулою. У колоніальних ціанобактерій контакти між сусідніми клітинами мають вигляд мікроскопічних канальців, заповнених цитоплазмою.

Мал. 23.1. Різна форма клітин прокаріотів: 1 – коки; 2 – стрептокок; 3 – вібріони; 4 – спірили; 5 – бацили зі джгутиками; 6 – археї; 7 – колонії бактерій; 8 – ланцюжки з клітин коків; 9 – метаноутворюючі бактерії

До складу поверхневого апарату клітин прокаріотів входять плазматична мембрана, клітинна стінка (мал. 23.2), інколи – слизова капсула. У більшості бактерій клітинна стінка складається з високомолекулярної органічної сполуки муреїну. Ця сполука утворює сітчасту структуру, яка надає клітинній стінці жорсткості. У ціанобактерій до складу зовнішнього шару клітинної стінки входять полісахарид пектин та особливі скоротливі білки. Вони забезпечують особливу форму руху – ковзання або обертання.

До складу клітинної стінки часто входить тоненький шар – так звана зовнішня мембрана, що подібно до плазматичної мембрани містить білки, фосфоліпіди та інші речовини (мал. 23.2). Вона забезпечує підвищений ступінь захисту вмісту клітини. Зокрема, на таких бактерій не діють деякі антибіотики (наприклад, пеніцилін, актиноміцин). Клітинна стінка бактерій має антигенні властивості, тобто організм, у який потрапляє бактерія, сприймає її як чужорідне, невластиве йому тіло. Завдяки цьому певні лейкоцити «впізнають» хвороботворні бактерії та виробляють до них антитіла. (Пригадайте, як антитіла знешкоджують антигени.)

Мал. 23.2. Схема будови клітинної стінки прокаріотів: І. Плазматична мембрана. II. Клітинна стінка: 1 – зовнішня мембрана; 2 – муреїн; 3 – ліпіди; 4 – білки

Ліпіди та полісахариди клітинної стінки дають змогу бактеріям прилипати до різних поверхонь (клітин еукаріотів, емалі зубів тощо), а також злипатися між собою. Слизова капсула складається з полісахаридів. Вона не дуже міцно зв’язана з клітиною і легко руйнується під дією певних сполук. Поверхня клітин деяких бактерій укрита численними тоненькими ниткоподібними виростами. За їхньої участі клітини бактерій обмінюються спадковою інформацією, зчіпляються між собою або прикріплюються до субстрату.

Рибосоми прокаріотів дрібніші за рибосоми еукаріотичних клітин. Плазматична мембрана може утворювати гладенькі або складчасті вгини у цитоплазму. На складчастих мембранних вгинах містяться дихальні ферменти та рибосоми, а на гладеньких – фотосинтезуючі пігменти (мал. 23.3). У клітинах деяких бактерій (наприклад, пурпурних) фотосинтезуючі пігменти містяться у замкнених мішкоподібних структурах, утворених вгинами плазматичної мембрани. Такі мішечки можуть бути розташовані поодинці або ж зібрані в купки. Подібні утвори ціанобактерій називають тилакоїдами; вони містять хлорофіл і розташовані поодиноко у поверхневому шарі цитоплазми.

У деяких бактерій і ціанобактерій – мешканців водойм або капілярів ґрунту, заповнених водою, є особливі заповнені газовою сумішшю газові вакуолі. Змінюючи об’єм вакуоль, бактерії можуть переміщуватись у товщі води з мінімальними витратами енергії.

Пригадайте: замість ядер у клітинах прокаріотів є ядерні зони – нуклеоїди, де розташований спадковий матеріал – кільцеві молекули ДНК (мал. 23.3). Крім того, у цитоплазмі трапляються невеликі кільцеві молекули ДНК, позахромосомні фактори спадковості – плазміди. Вони здатні подвоюватися незалежно від молекул ДНК ядерної зони.

Мал. 23.3. Схема будови клітини прокаріотів

Мал. 23.4. Послідовні стадії поділу бактеріальної клітини: 1 – материнська клітина; 2, 3 – подвоєння молекули ДНК в ядерній зоні; 4, 5 – поділ цитоплазми; 6 – утворення дочірніх клітин

У багатьох справжніх бактерій є один, декілька або багато джгутиків (мал. 23.3). Джгутики можуть бути в декілька разів довші за саму клітину, проте їхній діаметр незначний (10-25 нм). Джгутики прокаріотів лише зовні нагадують джгутики еукаріотичних клітин та складаються з однієї трубочки, утвореної особливим білком. Клітини ціанобактерій позбавлені джгутиків.

• Особливості процесів життєдіяльності прокаріотів. Клітини прокаріотів можуть поглинати сполуки лише з незначною молекулярною масою. Їхнє надходження в клітину забезпечують механізми дифузії та активного транспорту.

Клітини прокаріотів розмножуються виключно нестатевим шляхом: поділом навпіл (мал. 23.4), зрідка – брунькуванням. Перед поділом спадковий матеріал клітини (молекула ДНК) подвоюється. Клітина видовжується, а потім утворюється поперечна перегородка, що ніби «вростає» всередину клітини. Після цього дочірні клітини розходяться. Якщо вони залишаються сполученими між собою, то утворюються колонії у вигляді грон (стафілокок), ниток (стрептокок) тощо.

• Перенесення прокаріотами несприятливих умов. За настання несприятливих умов у деяких прокаріотів відбувається спороутворення (мал. 23.5). При цьому частина цитоплазми материнської клітини вкривається багатошаровою оболонкою, утворюючи спору. Такі спори завдяки низькому вмісту води дуже стійкі до дії високих температур: у деяких випадках вони можуть витримувати кип’ятіння протягом кількох годин. Вони також витримують значні дози іонізуючого опромінення, впливи різних хімічних сполук тощо. Спори прокаріотів не є формою нестатевого розмноження, а слугують для тривалого збереження життєздатності в несприятливих умовах. Так, у ґрунті, що прилип до коренів засушених рослин з одного гербарію у Великобританії, були виявлені життєздатні спори, вік яких перевищував 300 років. Учені припускають, що в деяких випадках спори бактерій здатні зберігати життєздатність і до 1000 років. У сприятливих умовах спори «проростають», тобто клітини покидають оболонку та розпочинають активну життєдіяльність.

Мал. 23.5. Схема утворення спори всередині клітини (1) та цисти (2) (додаткова оболонка оточує клітину ззовні)

Деякі прокаріоти здатні до інцистування (від лат. ін – в, всередині та грец. кистіс – міхур) (мал. 23.5). При цьому щільною оболонкою вкривається вся клітина. Цисти прокаріотів стійкі до дії радіації, висушування, але, на відміну від спор, нездатні переносити дію високих температур. Крім перенесення періодів несприятливих умов, спори та цисти забезпечують поширення прокаріотів: з водою, вітром чи за участі інших організмів.

• Гіпотези походження клітин еукаріотів. У сучасній біологічній науці поширені уявлення про те, що еукаріотична клітина могла виникнути внаслідок симбіозу декількох прокаріотичних (мал. 23.6). Такі погляди базуються на явищі автономності мітохондрій, хлоропластів та інших клітинних структур. Уперше цю ідею ще наприкінці XIX ст. висловив російський учений М. Цвет. Його погляди в 20-40-х роках XX ст. детально розвинув інший російський учений – К. Мережковський. Остаточно ж гіпотезу симбіогенезу (ендосимбіотична гіпотеза) сформулювала американський біолог Л. Маргеліс у 60-70-ті роки XX ст.

Мал. 23.6. Ендосимбіотична гіпотеза походження еукаріотичної клітини: І. Клітина з ядром вступає в симбіоз з аеробною бактерією, що дає початок мітохондрії. II. Клітина з ядром вступає в симбіоз із здатною до фотосинтезу ціанобактерією, що дає початок хлоропласту: 1 – ядро; 2 – аеробна бактерія; 3 – первинна мітохондрія; 4 – мітохондрія; 5 – ціанобактерія; 6 – первинний хлоропласт; 7 – хлоропласт

Основні положення ендосимбіотичної гіпотези такі. Біологи-теоретики припускають, що ядро та одномембранні органели (ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, вакуолі тощо) могли виникнути внаслідок вп’ячування плазматичної мембрани всередину клітини. Вважають, що така гіпотетична первинна еукаріотична клітина за допомогою фагоцитозу захопила аеробну гетеротрофну прокаріотичну клітину, що збереглася в цитоплазмі як автономна структура – мітохондрія. Симбіоз з автотрофною клітиною ціанобактерій зумовив становлення іншої автономної органели – пластиди. Появу джгутиків пов’язують із симбіозом клітини-хазяїна з рухливою спірохетоподібною прокаріотичною клітиною. Базальні тільця джгутиків, можливо, трансформувались у центріолі та інші структури, завдяки яким стали можливими особливі форми поділу еукаріотичної клітини – мітоз і мейоз.

Учені-еволюціоністи вважають, що подальші зміни первинних еукаріотичних клітин сприяли появі тварин, грибів і рослин. Зокрема, становлення тваринних клітин пов’язують з удосконаленням фагоцитозу, грибів – живлення розчинами органічних сполук, рослин – фотосинтезу.

Експериментально ендосимбіотичну гіпотезу, незважаючи на тривалі лабораторні дослідження, довести чи спростувати не вдалося, тому справжні причини появи на планеті Земля еукаріотичних клітин, а також тварин, рослин і грибів досі невідомі.

Ключові терміни та поняття. Прокаріоти, кон’югація, спороутворення, інцистування.

Коротко про головне

• Клітини прокаріотів – не мають ядра та багатьох органел (мітохондрій, пластид, ендоплазматичної сітки, комплексу Гольджі, лізосом, клітинного центру тощо). Прокаріоти – одноклітинні організми, клітини яких після поділу часто залишаються сполученими своїми стінками, утворюючи колонії.
• Поверхневий апарат клітин прокаріотів включає плазматичну мембрану, клітинну стінку, іноді – розміщену над нею слизову капсулу. До складу клітинної стінки більшості бактерій входить високомолекулярна органічна сполука муреїн, яка надає їй жорсткості.
• У цитоплазмі прокаріотів розташовані дрібні рибосоми та різноманітні включення. Плазматична мембрана може утворювати гладенькі або складчасті вгини в цитоплазму. На складчастих мембранних вгинах розміщені дихальні ферменти та рибосоми, на гладеньких – фотосинтезуючі пігменти.
• У клітинах прокаріотів є одна чи дві ядерні зони – нуклеоїди, де розташований спадковий матеріал – кільцева молекула ДНК.
• Клітини деяких бактерій мають органели руху – один, декілька або багато джгутиків.
• Клітини прокаріотів розмножуються поділом навпіл, зрідка – брунькуванням. Для деяких видів відомий процес кон’югації, під час якої клітини обмінюються молекулами ДНК. Спори та цисти забезпечують прокаріотам переживання несприятливих умов та поширення в біосфері.

Запитання для самоконтролю

1. Чим клітини прокаріотів за будовою відрізняються від клітин еукаріотів? 2. Яка будова поверхневого апарату клітин прокаріотів? 3. Які внутрішньоклітинні структури є в прокаріотів? 4. Як розмножуються прокаріоти? 5. Яке біологічне значення процесів спороутворення та інцистування в прокаріотів?

Чим можна пояснити простішу будову клітин прокаріотів порівняно з еукаріотами? Відповідь обґрунтуйте.

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

ВИВЧЕННЯ БУДОВИ ОДНОМЕМБРАННИХ ОРГАНЕЛ 1

1 Виконуються учнями за вибором учителя з урахуванням матеріально-технічних можливостей.

Мета: ознайомитися з будовою одномембранних органел у клітинах тварин і рослин.

Матеріали та обладнання: цибулина цибулі ріпчастої, мікроскоп, препарувальний набір, піпетки, фільтрувальний папір, предметні та накривні скельця, розчин йодиду калію, культура живих інфузорій або постійні мікропрепарати інфузорії-туфельки, таблиці «Будова клітини» та «Інфузорія-туфелька», електронно-мікроскопічні фотографії тваринних та рослинних клітин.

1. Ретельно протріть предметне скло серветкою. Піпеткою нанесіть на нього 1-2 краплі слабкого розчину йодиду калію (він забарвлює цитоплазму у світло-жовтий колір). Зайвий розчин видаліть за допомогою фільтрувального паперу.

2. Скальпелем або лезом безпечної бритви від соковитої луски цибулини відріжте смужку завширшки 3-4 мм, переламайте її навпіл і зніміть пінцетом тоненьку верхню шкірку з однієї з половинок. Шматочок шкірки покладіть у краплину йодиду калію на предметному склі та розправте його препарувальною голкою.

3. Сухе накривне скельце вертикально поставте поруч із краплиною йодиду калію і обережно опустіть його на неї.

4. Виготовлений препарат покладіть на предметний столик мікроскопа і розгляньте його, використовуючи об’єктив малого збільшення.

5. Роздивіться контури клітинних стінок, у яких подекуди помітні отвори – пори.

6. Повільно переміщуючи препарат по столику, виберіть у полі зору 3-4 клітини. При більшому збільшенні мікроскопа (об’єктив 20 х ) знайдіть великі вакуолі, які можуть займати майже весь об’єм клітини. Завдяки цьому зерниста цитоплазма золотистого кольору набуває вигляду тяжів або пристінкового шару.

7. Не зміщуючи препарат на предметному столику, замініть об’єктив (застосуйте об’єктив більшого збільшення).

8. Порівняйте клітини, побачені вами у полі зору мікроскопа, із зображеннями на таблицях.

1. Підготуйте мікроскоп до роботи.

2. Приготуйте тимчасовий препарат інфузорії-туфельки.

3. При малому збільшенні мікроскопа на тимчасовому чи постійному мікропрепаратах знайдіть окремі інфузорії.

4. При великому збільшенні мікроскопа (бажано на постійному мікропрепараті) знайдіть та роздивіться скоротливі та травні вакуолі.

5. Порівняйте клітини, побачені вами у полі зору мікроскопа, із зображеннями на таблицях.

1. Розгляньте електронно-мікроскопічні фотографії тваринних і рослинних клітин.

2. Визначте, які з одномембранних органел помітні.

3. Охарактеризуйте ці органели, заповнивши таблицю за зразком:

Особливості будови

У клітинах яких організмів трапляються

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

ВИВЧЕННЯ БУДОВИ ДВОМЕМБРАННИХ ОРГАНЕЛ

Мета: ознайомитися з різноманітністю двомембранних органел.

Обладнання, матеріали та об’єкти дослідження: елодея, традесканція, стиглі плоди горобини, шипшини, перцю, глоду, коренеплоди моркви; препарувальний набір, предметні і накривні скельця; фільтрувальний папір; мікроскоп, таблиці, підручник.

Розгляньте хлоропласти в клітинах елодеї

1. Витримайте елодею у теплій воді (+20. 25 °С) протягом 30-40 хв при яскравому освітленні.

2. Виготовте тимчасовий мікроскопічний препарат: відокремте листок елодеї, помістіть його на предметне скло у краплину води. Додайте водний розчин йоду з йодидом калію (для цього у невеликій кількості води розчиняють 0,5 г йодиду калію, додають 1 г кристалічного йоду і доводять об’єм розчину до 100 см 3 ). Накрийте листок елодеї накривним скельцем.

3. Розгляньте препарат при малому збільшенні мікроскопа. Зверніть увагу на колір і форму хлоропластів у клітинах.

4. Замалюйте одну клітину листка елодеї з хлоропластами. Підпишіть на малюнку структури клітини, які ви помітили за допомогою мікроскопа.

Розгляньте хромопласти в клітинах стиглих плодів шипшини, горобини, перцю чи коренеплоду моркви

1. Ретельно протріть предметне і накривне скельця сухою серветкою. Піпеткою нанесіть на предметне скло краплину води.

2. Препарувальною голкою надірвіть шкірку оплодня шипшини (горобини), наберіть на кінчик голки трохи забарвленого м’якуша та внесіть його у воду на предметному склі. Голкою злегка розітріть м’якуш і накрийте накривним скельцем.

3. При малому збільшенні мікроскопа знайдіть місце, де клітини лежать найменш скупчено, і роздивіться хромопласти. Зверніть увагу на форму, колір і кількість цих пластид.

4. При великому збільшенні детальніше розгляньте окремий хромопласт. Зверніть увагу на особливості клітини: ядро і цитоплазма можуть бути непомітними, а клітинна стінка – тоненька, без потовщень.

5. Замалюйте 2-3 клітини із хромопластами.

6. У такій само послідовності приготуйте тимчасові мікроскопічні препарати тканин плодів перцю, коренеплодів моркви.

7. Порівняйте особливості будови хромопластів різних рослин і відзначте риси подібності та відмінності між ними.

8. Замалюйте поруч одна з одною по одній клітині з хромопластами різних рослин і підпишіть малюнок, вказавши назву кожної рослини.

Розгляньте лейкопласти в клітинах шкірки листка традесканції

1. Окремий листок традесканції обгорніть на вказівному пальці лівої руки так, щоб нижній рожевий бік листка виявився зовні.

2. Голкою поруште шар рожевих клітин, зніміть пінцетом покривну тканину і перенесіть її у воду на предметному склі, додайте ще 1-2 краплини води, накрийте накривним скельцем.

3. Роздивіться тимчасовий препарат клітин шкірки традесканції спочатку при малому, а потім при великому збільшенні мікроскопа.

4. Зверніть увагу на те, що навколо ядра, а також у цитоплазматичних тяжах помітні дрібні кулясті блискучі тільця – лейкопласти.

5. Замалюйте 3-4 клітини шкірки листка з лейкопластами та позначте їхні складові частини.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

РУХ ЦИТОПЛАЗМИ В КЛІТИНАХ РОСЛИН

Мета: ознайомитися з властивостями цитоплазми в живих клітинах.

Обладнання і матеріали: світлові мікроскопи, предметні і накривні скельця, пінцети, препарувальні голки, фільтрувальний папір, дистильована вода, 9 %-й водний розчин хлориду натрію, листок елодеї.

1. Перед початком роботи принаймні кілька хвилин витримайте елодею на сонячному світлі за кімнатної температури.

2. Підготуйте мікроскоп до роботи.

3. Виготовте тимчасовий мікропрепарат живих клітин елодеї, помістіть їх у краплину води на предметне скло і накрийте накривним скельцем.

4. Розгляньте препарат при малому збільшенні, виберіть ділянку із живими клітинами. При великому збільшенні простежте за рухом цитоплазми і хлоропластів (за необхідності підігрійте препарат до +38. 40 °С, вводячи під накривне скло теплу воду).

ТЕСТ НА ЗАКРІПЛЕННЯ ЗНАНЬ

I. ВИБЕРІТЬ ІЗ ЗАПРОПОНОВАНИХ ВІДПОВІДЕЙ ПРАВИЛЬНУ

1. Назвіть органели, яким притаманний певний ступінь автономії: а) лізосоми; б) комплекс Гольджі; в) мітохондрії; г) ендоплазматична сітка.

2. Зазначте сполуки, які входять до складу рибосом: а) іРНК; б) тРНК; в) рРНК; г) ДНК.

3. Назвіть органели, які мають поверхневий апарат, що складається з двох мембран: а) рибосоми; б) мітохондрії; в) лізосоми; г) ендоплазматична сітка.

4. Зазначте органели, які трапляються у клітинах прокаріотів: а) комплекс Гольджі; б) рибосоми; в) ендоплазматична сітка; г) мітохондрії.

II. ВИБЕРІТЬ ІЗ ЗАПРОПОНОВАНИХ ВІДПОВІДЕЙ ДВІ ПРАВИЛЬНІ

1. Укажіть органели, здатні до самовідновлення: а) рибосоми; б) хлоропласти; в) лізосоми; г) мітохондрії.

2. Назвіть органели, в яких міститься ДНК: а) рибосоми; б) мітохондрії; в) лізосоми; г) хлоропласти.

3. Назвіть органели, які мають власні рибосоми: а) комплекс Гольджі; б) мітохондрії; в) хлоропласти; г) травні вакуолі.

4. Визначте функції, які в клітині виконує комплекс Гольджі: а) участь у формуванні лізосом; б) участь у формуванні мітохондрій; в) біосинтез білків; г) сортування й оточення мембранами органічних сполук.

III. ЗАВДАННЯ НА ВСТАНОВЛЕННЯ ВІДПОВІДНОСТІ

1. Визначте відповідність між органелами клітин еукаріотів та особливостями їхньої будови:

Тип будови органел

А Зерниста ендоплазматична сітка

2 Здатні періодично змінювати свій об’єм, виводячи з клітини надлишок води

3 Основу становить купка пласких одномембранних мішечків

4 Містять травні ферменти

5 На мембранах розташовані рибосоми

2. Визначте можливі варіанти переходів одних типів пластид в інші:

Тип пластид

Варіанти переходів

4 Не здатні перетворюватися на інші типи пластид

3. Визначте відповідність між органелами та вмістом у них молекул нуклеїнових кислот:

Вміст нуклеїнових кислот

Органели та структури клітини

4. Визначте, з яких органел походять зазначені органели еукаріотичної клітини:

Органели-попередники

Органели, які походять від інших

2 Вакуолі з клітинним соком

5. Визначте, які структури та сполуки притаманні тим чи іншим типам органел:

Тип органел

Структури та сполуки

IV. ЗАПИТАННЯ З ВІДКРИТОЮ ВІДПОВІДДЮ

1. Відомо, що у клітин прокаріотів відсутні пластиди, мітохондрії, лізосоми, комплекс Гольджі, ендоплазматична сітка. Яким чином їхні клітини можуть функціонувати без цих органел?

2. Чому вивчення будови та властивостей мітохондрій та пластид, наштовхнуло вчених на думку, що еукаріотичні клітини могли виникнути внаслідок симбіозу кількох прокаріотичних клітин?

3. Яке біологічне значення того, що одні типи пластид можуть переходити в інші?

4. Що спільного та відмінного у будові та функціях мітохондрій і хлоропластів?

5. Чому скоротливі вакуолі трапляються переважно в одноклітинних тварин і водоростей – мешканців прісних водойм? Відповідь обґрунтуйте.