Біологія клітин — Структура, органели та клітинні процеси

Теорія Клітин та Типи

Теорія клітин (Шлейден, Шванн, 1838–1839; Вернер, 1855): всі живі організми складаються з клітин; клітина є основною одиницею життя; усі клітини виникають з вже існуючих клітин. Прокаріотні клітини (бактерії, археї): відсутній мембранно-обмежений ядро, кільцева ДНК, рибосоми 70S, цитоплазматична оболонка (пептидоглікан у бактерій), деякі мають жлобки. Розмір: 0,5–5 мкм. Еукаріотні клітини (тварини, рослини, гриби, протисти): мембранно-обмежене ядро, лінійні хромосоми, рибосоми 80S, складські органели. Розмір: 10–100 мкм. Рослинні клітини додатково мають: цитоплазматичну оболонку (целюлоза), хлоропласти та великий центральний вакуоль.

Органели та їх функції

Ядро: містить ДНК, місце транскрипції, обмежене ядерною оболонкою з ядерними порами. Мітохондрії: «енергетичний центр» — синтез АТФ за допомогою оксидативного фосфорилювання, власна ДНК (16 569 птр), подвійний мембранний покрив. Ендоплазматична сітка: шорстку РЕ (рибосоми, біосинтез та згортання білків) і гладку РЕ (синтез ліпідів, детоксикація). Гольфізіосома: модифікує, сортує та пакує білки (сір → транс). Лізосоми: кислі везикули (pH ~5) з гідролітичними ферментами для внутрішньоклітинного травлення. Періоксасоми: окислюють жирні кислоти, нейтралізують H₂O₂. Цитоскелет: мікрофіламенти (актин, 7 нм), проміжні філаменти (10 нм), мікротрубочки (тубулін, 25 нм) — форма, рух, внутрішньоклітинний транспорт. Рибосоми: біосинтез білків (трансляція).

Цикл клітин та поділ

Цикл клітин: Інтерфаза (G₁: ріст, S: синтез ДНК, G₂: підготовка) та фаза M (мітоз + цитокінез). Стадії мітозу: профаза (хроматин конденсується), передпрофаза (розпадається ядерна оболонка), метафаза (хромосоми вирівнюються на метафазній пластині), анафаза (сестринські хроматиди відокремлюються), телофаза (відновується ядерна оболонка). Цитокінез поділяє цитоплазму. Регуляція циклу клітин: КДФ (циклін-залежні кінази) + ци клітини, контрольні точки (G₁/S, G₂/M, збирання мікротрубок). Гібіонні фактори пригнічення пухлин (p53, Rb) та протоонкігени контролюють проліферацію. Збій регулювання → рак.

Мейоз та статеве розмноження

Мейоз виробляє гаплоїдні зиготи (n) з диплоідних клітин (2n) за допомогою двох послідовних поділів. Мейоз I (редукційний): гомологічні хромосоми утворюють пару (синапс), відбувається кросинговер, потім гомологи відокремлюються. Мейоз II (екваційний): сестринські хроматиди відокремлюються, подібно до мітозу. Результат: 4 генетично унікальні гаплоїдні клітини. Генетична варіація виникає завдяки кросинговеру (рекомбінації), незалежному розподілу (2²³ = 8,4 мільйона хромосомних комбінацій у людини) та випадковому заплідненню. Помилки: нездійснення розділення викликає анеуплоїдію (наприклад, трисомія 21 = синдром Дауна, моносома X = синдром Тернера).

Транспорт та сигнальні шляхи мембран

Плазматична мембрана (модель «рідкого мінцювання», Сінгер-Ніколсон, 1972): фосфоліпідний білаєр з вбудованими білками, холестерином і глікопротеїнами. Транспорт: пасивний — дифузія, осмоз, фасцільована дифузія (канальні/переносні білки, без АТФ). Активний — Na⁺/K⁺-АТФаза (3 Na⁺ виходить, 2 K⁺ входить, 1 АТФ), насос H⁺, переносники ABC. Везикулярний — ендоцитоз (фагоцитоз, піноцитоз, рецепторно-медіаторний) і екзоцитоз. Сигналізація клітин: ауторегуляція, парарегуляція, ендокринна. Шляхи передачі сигналів: ліганд зв’язується з рецептором → вторинні месенджери (цАМР, Ca²⁺, IP₃) → каскади кіназ (MAPK, PI3K/Akt) → клітинна відповідь (виразність генів, обмін речовин, рухливість).

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Cell Biology і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.