Клітина харчування та будова. Значення харчування клітини. Приклади живлення клітини

Сучасними експериментальними дослідженнями встановлено, що клітина являє собою складну структурно-функціональну одиницю практично всіх живих організмів, за винятком вірусів, які є неклеточными формами життя. Цитологія вивчає будову, а також життєдіяльність клітини: дихання, живлення, розмноження, ріст. Ці процеси будуть розглянуті в даній роботі.

Будова клітини

З допомогою світлового та електронного мікроскопа біологи встановили, що рослинні і тваринні клітини містять поверхневий апарат (надмембранные і подмембранные комплекси), цитоплазму і органели. У тварин клітин над мембраною розташований глікокалікс, що містить ферменти і забезпечує живлення клітини поза цитоплазми. У клітин рослин, прокаріотів (бактерій і ціанобактерій), а також грибів над мембраною утворюється клітинна стінка, яка складається з целюлози, лігніну або муреина.
Ядро є обов'язковою органеллой еукаріотів. В ньому знаходиться спадковий матеріал – ДНК, який має вигляд хромосом. Бактерії і ціанобактерії містять нуклеоид, що виконує функції носія дезоксирибонуклеїнової кислоти. Всі вони виконують строго специфічні функції, що обумовлюють метаболічні клітинні процеси.

Що ми розуміємо під поняттям «клітинне харчування»

Життєві прояви клітини є нічим іншим, як передачею енергії і перетворенням її з одного виду в інший (відповідно до першого законом термодинаміки). Енергія, що перебуває в поживних речовинах в прихованому, тобто зв'язаному стані, переходить в молекули АТФ. На питання про те, що таке харчування клітини в біології, існує відповідь, який враховує наступні постулати:

Клітка, будучи відкритою биосистемой, вимагає постійного припливу енергії із зовнішнього середовища.

Органічні речовини, потрібні для харчування, клітина може отримати двома шляхами:

а) з міжклітинної середовища, у вигляді вже готових сполук; б) самостійно синтезуючи білки, вуглеводи і жири з вуглекислого газу, аміаку і т. д. Тому всі організми діляться на гетеротрофные і автотрофные, особливості обміну речовин яких вивчає біохімія.

Обмін речовин і енергії

Органічні речовини, що надходять у клітку, піддаються розщепленню, в результаті чого виділяється енергія у вигляді молекул АТФ або НАДФ-Н2. Вся сукупність реакцій асиміляції і дисиміляції - це метаболізм. Нижче ми розглянемо етапи енергетичного обміну, що забезпечують харчування гетеротрофних клітин. Спочатку білки, вуглеводи та ліпіди розщеплюються до своїх мономерів: амінокислот, глюкози, гліцерину і жирних кислот. Потім, в ході бескислородного розщеплення, вони піддаються подальшому розпаду (анаеробне розщеплення). Таким способом відбувається живлення внутрішньоклітинних паразитів: рикетсій, хламідій і патогенних бактерій, наприклад, клостридій. Одноклітинні гриби-дріжджі розщеплюють глюкозу до етилового спирту, молочнокислі бактерії – до молочної кислоти. Таким чином, гліколіз, спиртове, маслянокислое, молочнокисле бродіння – це приклади живлення клітини внаслідок анаеробного розщеплення у гетеротрофов.

Автотрофності та особливості процесів метаболізму

Для організмів, живуть на Землі, головним джерелом енергії є Сонце. Завдяки йому забезпечуються потреби мешканців нашої планети. Одні з них синтезують поживні речовини завдяки світлової енергії, їх називають фототрофами. Інші – з допомогою енергії окисно-відновних реакцій, вони називаються хемотрофами. У одноклітинних водоростей харчування клітини, фото якого подано нижче, здійснюється фотосинтетично. Зелені рослини, що містять хлорофіл, що входить до складу хлоропластів. Він грає роль антени, уловлює кванти світла. У світлової та темнової фаз фотосинтезу відбуваються ферментативні реакції (цикл Кальвіна), результатом яких є утворення з вуглекислого газу органічних речовин, які використовуються для харчування. Тому клітка, живлення якої відбувається внаслідок використання світлової енергії, називається автотрофної або фототрофной. Одноклітинні організми, звані хемосинтетикамі, для утворення органічних речовин використовують енергію, що вивільняється в результаті хімічних реакцій, наприклад, залізобактерії окислюють сполуки двовалентного заліза до тривалентного, а виділилася енергія йде на синтез молекул глюкози. Таким чином, організми фото-синтетики вловлюють світлову енергію і перетворюють її в енергію ковалентних зв'язків моно - і полісахаридів. Потім по ланках ланцюгів живлення енергія передається клітинам гетеротрофних організмів. Іншими словами, завдяки фотосинтезу існують всі структурні елементи біосфери. Можна сказати, що клітина, живлення якої відбувається автотрофным шляхом, «годує» не тільки себе, але і все, що живе на планеті Земля.

Як харчуються гетеротрофные організми

Клітка, живлення якої залежить від надходження в неї органічних речовин із зовнішнього середовища, називається гетеротрофной. Такі організми, як гриби, тварини, людина, а також паразитичні бактерії розщеплюють вуглеводи, білки і жири з допомогою травних ферментів.
Потім отримані мономери всмоктуються кліткою і використовуються нею для побудови своїх органел і життєдіяльності. Розчинені поживні речовини надходять у клітку шляхом пиноцитоза, а тверді частинки їжі – фагоцитозу. Гетеротрофные організми можна розділити на сапротрофов і паразитів. Перші (наприклад, ґрунтові бактерії, гриби, деякі комахи) живляться мертвою органікою, другі (хвороботворні бактерії, гельмінти, паразитичні гриби) – клітинами і тканинами живих організмів.

Миксотрофы, їх поширення в природі

Змішаний тип живлення у природі зустрічається досить рідко і являє собою форму пристосування (идиоадаптацию) до різних факторів зовнішнього середовища. Головна умова миксотрофности - це наявність у клітці і органел, що містять хлорофіл для здійснення фотосинтезу, і систему ферментів, що розщеплюють готові поживні речовини, що надходять з навколишнього середовища. Наприклад, одноклітинна тварина эвглена зелена містить у гиалоплазме хроматофоры з хлорофілом. Коли водоймище, в якому мешкає эвглена, добре освітлений, вона харчується як рослина, тобто автотрофно шляхом фотосинтезу. В результаті чого з вуглекислого газу синтезується глюкоза, яку клітка і використовує як їжу. Вночі эвглена живиться гетеротрофно, розщеплюючи органічні речовини з допомогою ферментів, що знаходяться в травних вакуолях. Таким чином, миксотрофное харчування клітини вчені вважають доказом єдності походження рослин і тварин.

Ріст клітини та його взаємозв'язок з трофикой

Збільшення довжини, маси, об'єму як всього організму, так і окремих його органів і тканин, називають зростанням. Він неможливий без постійного надходження в клітини поживних речовин, що служать будівельним матеріалом. Щоб отримати відповідь на запитання про те, як зростає клітка, живлення якої відбувається автотрофно, потрібно уточнити, вона є самостійним організмом, або ж входить як структурна одиниця до складу багатоклітинною особини. У першому випадку, зростання буде здійснюватися в період інтерфази клітинного циклу. У ньому інтенсивно відбуваються процеси пластичного обміну. Харчування гетеротрофних організмів коррелятивно пов'язано з наявністю їжі, що надходить із зовнішнього середовища. Зростання многоклеточного організму відбувається внаслідок активізації біосинтезу в освітніх тканинах, а також переважання анаболічних реакцій над процесами катаболізму.

Роль кисню в харчуванні гетеротрофних клітин

Аеробні організми: деякі бактерії, гриби, тварини і людина використовують кисень для повного розщеплення поживних речовин, наприклад, глюкози до вуглекислого газу і води (цикл Кребса). Він відбувається в матриксі мітохондрій, що містять ферментативну систему Н+-АТФ-азу, яка синтезує молекули АТФ з АДФ. У прокариотических організмів, таких як аеробні бактерії та ціанобактерії, кисневий етап дисиміляції відбувається на плазматичній мембрані клітин.

Специфіка харчування гамет

В молекулярної біології і цитології харчування клітини коротко можна охарактеризувати як процес надходження в неї живильних речовин, розщеплення і синтез певної порції енергії у вигляді молекул АТФ. Трофіка гамет: яйцеклітин і сперматозоїдів, має деякі особливості, пов'язані з високою специфічністю їхніх функцій. Особливо це стосується жіночої статевої клітини, вимушеної накопичувати великий запас поживних речовин, в основному у вигляді жовтка. Після запліднення вона буде використовувати їх для дроблення і утворення зародка. Сперматозоїди у процесі дозрівання (сперматогенезу) отримують органічні речовини з клітин Сертолі, розташованих в насінних канальцях. Таким чином, обидва типи гамет мають високий рівень обміну речовин, який можливий завдяки активній клітинної трофике.

Роль мінерального живлення

Процеси метаболізму неможливі без припливу катіонів і аніонів, що входять в склад мінеральних солей. Наприклад, для фотосинтезу необхідні іона магнію, для роботи ферментних систем мітохондрії – іони калію і кальцію, для збереження буферних властивостей гиалоплазмы – наявність іонів натрію, а також аніонів карбонатної кислоти. Розчини мінеральних солей надходять у клітку шляхом пиноцитоза або дифузії через клітинну мембрану. Мінеральне живлення притаманне як автотрофным, так і гетеротрофным клітинам. Підводячи підсумок, ми переконалися, що значення харчування клітини дійсно велике, так як цей процес призводить до утворення будівельного матеріалу (вуглеводів, білків і жирів) з вуглекислого газу в автотрофних організмів. Гетеротрофные клітини харчуються органічними речовинами, утвореними внаслідок життєдіяльності автотрофов. Отриману енергію вони використовують для розмноження, росту, руху та інших процесів життєдіяльності.