Найхарактерніші риси різних періодів розвитку людини

У новонародженої дитини виникають різні пристосовані рефлекторні реакції до нових умов життя - самостійне дихання й кровообіг, харчування. Починають самостійно працювати легені, серце, печінка та нирки. Кістки новонародженої дитини містять мало мінеральних солей, тому вони дуже м‘які й легко викривляються за неправильного догляду. Кістки черепа також м‘які, ще не зрощені по швах. У місцях з‘єднання 3-4 кісток є так звані тім‘ячка, що до 10-12 місяців мають закритися. Рухи безладні, голівку дитина самостійно тримати не може. У новонародженої дитини підвищений обмін речовин, частота дихання становить 40-60 дихальних рухів за 1 хв. (для порівняння: у дорослої людини - 16-18 дихальних рухів за 1 хв.), а серцевих скорочень - 120-140 ударів за 1 хв. (для порівняння: у дорослої людини - 60-70 ударів за 1 хв.). Травна система, зокрема її залози, недорозвинена, тому найменші порушення у годуванні або питному режимі можуть спричинити тяжкі розлади травлення. Нервова система також недорозвинена. Більшу частину доби дитина спить і прокидається тільки від голоду або неприємних відчуттів - холоду від мокрих пелюшок, болю у животику. Новонароджена дитина зовсім безпорадна і повністю залежна від піклування батьків. Опірність новонародженого організму впливам зовнішнього середовища дуже низька, тому дитина легко піддається захворюванням.

У грудний період дитина розвивається дуже швидкими темпами. За рік довжина її тіла у середньому збільшується на 25 см. Маса здорової дитини до четвертого місяця подвоюється, а до року - потроюється. Швидко розвивається опорно-руховий апарат. У два місяці дитина вже може на 1-2 хв. підняти голівку, у чотири - перевернутися зі спини на живіт. У шість місяців вона може самостійно сидіти, у сім - повзати, у вісім - тримаючись за перекладинку ліжка, ставати на ніжки, а в 10-11 місяців починає ходити.

Швидко розвивається нервова система і психіка. Вища нервова діяльність дитини грудного віку перебуває в стадії диференціювання і вдосконалення, хоч функціонально переважає перша сигнальна система. Починає формуватись друга сигнальна система — мова, виробляються численні умовні рефлекси.

Раннє дитинство (ясельний період) характеризується тим, що дитина починає самостійно ходити, бігати, швидко костеніє скелет, харчується тією самою їжею, що й дорослі. До двох років у дитини з‘являються всі 20 молочних зубів. Збільшується головний мозок, інтенсивно розвивається мова. Тривалість фізіологічного сну поступово зменшується, функція захисного опору і адаптації до мінливих умов середовища, зокрема функція теплорегуляції, продовжує розвиватись.

У дошкільному періоді (перше дитинство) дуже швидко відбувається психічний розвиток дитини за рахунок моторики. Триває процес окостеніння скелета. В кінці періоду починається зміна молочних зубів на постійні. Продовжують розвиватись коркові і підкоркові центри головного мозку, закінчується формування чіткої мови. У цьому віці формуються риси характеру. До 7 років закінчується диференціювання структури кори головного мозку, а також інтенсивне наростання маси головного мозку. Гальмівний контроль кори головного мозку над інтенсивними реакціями підкори починає розвиватись помітніше, ніж у дошкільному віці.

Шкільний період - вирішальний період у фізичному, розумовому і духовному розвитку людини.

Молодшому шкільному періоду (друге дитинство) характерно уповільнення темпів росту (4-5 см на рік). У 7 років стійкішими стають шийний і грудний вигини хребта, міцніє скелет дитини, розвиваються і сильнішають м’язи, особливо дрібні. Продовжує розвиватись функція дихання, збільшується життєва ємність легень, розвивається диференціювання кольорів і правильне сприйняття форми, підвищується здатність розрізняти тони і висоту звуку. У цей період діти починають навчатися, оволодіваючи грамотою, читанням, математикою. Малювання, ліплення, писання, в’язання сприяють розвиткові дрібних м’язів кисті. У процесі навчання спостерігається розвиток розумових здібностей учнів.

Середній шкільний вік (підлітковий) — це період статевого дозрівання, в якому відбуваються зміни в діяльності ендокринних залоз, особливо статевих. Значно посилюється процес окостеніння скелета, спостерігається збільшення м’язової сили. Маса головного мозку збільшується мало, однак дуже ускладнюється структура нервових клітин кори головного мозку. Кровоносні судини розвиваються повільніше, ніж серце, тому просвіт артерій на одиницю маси зменшується. Це може спричинити тимчасовий розлад кровообігу, внаслідок чого спостерігаються запаморочення, тимчасові підвищення кров’яного тиску, порушення роботи серця. Такі зміни діяльності серцево-судинної системи з віком минають, але саме в підлітковий період їх потрібно враховувати в режимі праці та відпочинку.

У старшому шкільному віці (юнацький період) ще триває окостеніння в різних частинах скелета, але непропорційність у розвитку кісток скелета кінцівок і тулуба зникає. Зміцнюється м’язова система, підвищується м’язовий тонус, рухова активність і працездатність організму. Цей період збігається з періодом статевого дозрівання, яке супроводжується змінами діяльності залоз внутрішньої секреції. У 17 – 18 років школяр за розвитком м’язової системи наближається до остаточно сформованого типу дорослої людини. Період статевої зрілості у жінок настає після 20 років, у чоловіків після 22 – 24 років.

Однією з особливостей росту і розвитку дітей юнацького віку, відмічену із середини ХХ ст., є акселерація. Акселерація (від лат. accelerare - прискорення) - прискорення темпів росту і розвитку дітей та підлітків кожного наступного покоління порівняно з попереднім. Вона виявляється в прискореному психічному і фізичному розвитку дітей. Доросла людина ХХ століття у середньому на 10 см вища, ніж 100 років тому. Існує багато гіпотез щодо причин акселерації, які цікавлять медиків, біологів, педагогів, соціологів та психологів. Однією з причин прискорення розвитку людини вважають поліпшення умов життя, побуту і гігієни, харчування, більшим надходженням до організму білків і вітамінів. Проблема акселерації потребує подальшого дослідження.

Зрілий вік відповідно до прийнятої періодизації настає у чоловіків у 22 роки, у жінок - у 21 рік. Перший період зрілого віку триває до 35 років. Це - найпродуктивніший період у житті людини, пора, коли розвиваються її здібності, можливості їх прояву в конкретній сфері діяльності. У цей період людина здебільшого створює сім‘ю, народжує і виховує дітей. У віці 30 – 35 років виявляються деякі зміни фізіологічних реакцій, зміни обміну, які передують інволюції і певною мірою обмежують можливості людини до окремих видів спорту і трудової діяльності. Другий період зрілого віку - від 36 до 60 років у чоловіків і до 55 років у жінок. У цей відрізок часу життя людина намагається реалізувати себе в обраній професії. Протягом п’ятого десятиріччя відбуваються зміни, які визначають процес старіння. Разом з тим вмикаються і механізми, які забезпечують перебудову організму і його адаптацію. Саме в цей період у жінок і чоловіків настає клімактеричний період - поступове згасання функції статевих залоз, дітородної можливості.

Похилий вік починається з 61 року в чоловіків і з 56 років у жінок. Багато людей зберігають у цей період достатньо високу професійну працездатність. У людей похилого віку зменшується ємність легень, збільшується артеріальний тиск, змінюються стінки кровоносних судин, розвивається атеросклероз. Знижується активність щитовидної залози, зменшується основний обмін, відбувається інволюція статевих залоз і зниження продукції статевих гормонів. Імунні властивості організму поступово знижуються, у зв’язку з цим у людей похилого віку послаблюється механізм опору як проти збудників хвороб різної природи, так і проти власних клітин, які переродилися, або у яких виникли мутації.

Старечий вік у чоловіків та жінок починається у 75 років. У цьому віці багато людей ще мають ясний розум і здатні до творчої праці. Старість — заключний етап онтогенезу, віковий період, який настає за зрілістю і характеризується суттєвими структурними, функціональними і біохімічними змінами у організмі, які обмежують його пристосувальні можливості.

Ознаки старіння проявляються на різних рівнях організації живого організму: молекулярному, тканинному, системному і організменому рівні організму. На рівні організму зміни під час старіння проявляються передусім у зовнішніх ознаках: змінюється постава, форма тіла, зменшуються його розміри, з’являється сивина, шкіра втрачає еластичність, що приводить до утворення зморшок, послаблюється зір, слух, погіршується пам’ять. Старіння характеризується зменшенням надійності системи регуляції, які забезпечують гомеостаз, зокрема нервової і ендокринної. Інтенсивність процесу старіння зумовлена багатьма біологічними факторами, необхідно враховувати також роль соціального середовища.

Вікові зміни можуть бути різнобічними. Одні функції прогресивно знижуються з віком (скоротливість серця, гормональна активність залоз внутрішньої секреції, гострота зору і слуху, зниження активності багатьох ферментів), інші істотно не змінюються — рівень цукру в крові, кількість еритроцитів, тромбоцитів, гемоглобіну — а деякі показники зростають (синтез гіпофізарних гормонів, чутливість клітини і хімічних факторів, рівень холестерину в крові).

В одних системах вікові зміни виникають рано, але розвиваються повільно (наприклад, у кістковій тканині), у інших — настають пізніше, але потім швидко прогресують (наприклад, у центральній нервовій системі).

Старіння -загальнобіологічна закономірність, притаманна всім живим організмам. Наука, яка займається проблемами старіння людини, з‘ясовує основні його закономірності - від молекулярного і клітинного рівнів до цілісного організму, називається геронтологією (від грец. geron - старий). Основним завданням геронтології є: добитися того, щоб тривалість життя людини відповідала визначеній її природними можливостями як біологічного виду, і подовжити її. Для з‘ясування природи старіння лише в ХХ ст. запропоновано близько 200 теорій і гіпотез. Така їх велика кількість пояснюється не відсутністю фундаментальних даних щодо сутності та особливостей перебігу старіння, а чисельністю порушень на різних рівнях життєдіяльності протягом цього процесу. Серед них є стохастичні теорії, що базуються на випадковому накопиченні небезпечних подій, таких, як вплив вільних радикалів, та нестохастичні теорії, за якими процес старіння є генетично запрограмованим. Деякі теорії розглядають старіння на певному окремому рівні. Це - теорія поперечних зшивок, вільнорадикальна, соматичних мутацій. В інших теоріях автори намагаються узагальнити існуючі доробки і скласти загальну схему старіння. До них належать адаптаційно-регуляторна, нейроендокринна теорії. З‘ясування природи первинних порушень, наслідком яких можуть бути різноманітні вияви старіння (такі, як діабет, гіпертонія тощо), властиве всім теоріям.

Завершальною фазою онтогенезу кожного організму є смерть. У людини розрізняють смерть фізіологічну (природну), що настає в результаті старіння організму, і патологічну (передчасну) - результат хворобливого стану організму, ураження життєво важливих органів. Передчасна смерть може бути і наслідком нещасного випадку. У людини смерть - не одномоментний процес. Вивчення процесу вмирання організму привело вчених до висновку, що між життям і смертю існує перехідний стан - клінічна смерть, коли ознаки життя уже не спостерігаються, але тканини ще живі (перші 1-4 хв.). Негайні реанімаційні заходи ще можуть оживити людину, бо протягом цього періоду не настає необоротних порушень процесу обміну речовин у клітинах головного мозку. Через 4-6 хв. після припинення серцевої діяльності і дихання виникає так звана соціальна смерть, коли гинуть клітини кори головного мозку. І якщо в цей час навіть вдалося оживити людину, вона залишиться розумово неповноцінною, в неї зникнуть набуті умовні рефлекси і не виникатимуть нові. Коли ж протягом 6-7 хв. людину не оживити, настає біологічна смерть, або просто смерть. Це вже остаточне припинення життєдіяльності організму у зв‘язку з необоротним порушенням обміну речовин у клітинах.

Тривалість життя людини

Середня тривалість життя жінок, як правило, вища, ніж чоловіків. Певною мірою це пояснюється соціальними факторами: особливостями праці чоловіків, пов‘язаної з ризиком травматизму, шкідливими звичками (алкоголь, паління). Можливо, що і наявність двох Х-хромосом у жінок забезпечує більшу надійність генетичного апарату.

Сучасні відкриття. Американський учений Міхал Язвінські відкрив ген LAG1, що контролює тривалість життя еукаріотичних клітин (1998). Відповідно до результатів його дослідження експресія LAG1 у старих клітинах має омолоджувальний ефект, який збільшує не лише тривалість життя клітини, а й репродуктивну здатність та клітинну стійкість проти чинників стресів. У гені LAG1 було відкрито два домени, один з яких обмежує тривалість життя, а інший - збільшує.

Друге відкриття групи учених під керівництвом Майкла Веста накреслює шляхи для збільшення тривалості життя та лікування багатьох ракових захворювань. З‘ясувалося, що під час старіння скорочується довжина теломерних ділянок хромосом. Фермент теломераза запобігає цьому скороченню. Його можна добути з ракових клітин, де він перебуває в активному стані. Таким чином, пригнічення активності ферменту може бути ефективним у боротьбі з клітинами, здатними до необмеженої проліферації, тобто раковими клітинами. Відновлення діяльності цього самого ферменту в нормальній клітині, де його синтез загальмований, дало б змогу ресинтезувати втрачені теломерні ділянки, а наступне пригнічення активності ферменту стало б перешкодою для злоякісного росту клітин.

Питання для самоперевірки

1. У чому полягає біологічне значення росту і розвитку?

2. Що таке біологічний та хронологічний ві? У яких випадках спостерігається незбігання біологічного та хронологічного віку?

3. Які періоди вагітності вважають критичними? Як впливає спосіб життя вагітної жінки на розвиток плоду? Відповідь обґрунтуйте.

4. Яких правил повинна дотримуватися вагітна жінка, щоб не зашкодити нормальному розвитку зародка (плоду)?

5. Які біологічні ознаки і соціальні принципи закладені у вікову періодизацію?

6. Охарактеризуйте найсуттєвіші риси різних періодів розвитку людини.

Еволюційний процес

Еволюція репродуктивної системи відбувалася в напрямах:

· від гермафродитизму до роздільностатевості;

· від зовнішнього запліднення до внутрішнього і виникнення пов‘язаних з ним пристосувань в особин обох статей;

· від подібних за будовою до спеціалізованих жіночих і чоловічих залоз;

· виникнення зв‘язку з різними для кожної статі частинами видільної системи, які стали статевими протоками.

Важливо знати, що...

· Здоров‘я людини, характер її старіння та термін настання смерті на 50% залежить від способу її життя, на 20% - від спадкових факторів, на 20% - від умов довкілля, на 10% - від рівня розвитку системи охорони здоров‘я.

· Ускладнення вагітності і пологів, а також мала вага новонародженого збільшують його шанси захворіти на шизофренію в зрілому віці. Про це повідомили шведські учені з університету в Упсалі. У результаті тяжкої вагітності може виникнути недостатність плацентарного кровообігу, яка негативно відбивається на розвитку мозку. За ще невідомими причинами ця тенденція проявляється лише у хлопчиків, а не у дівчаток (За матеріалами The British Medical Journal).

Література

1. Бугаев К.Е., Маркусенко Н.Н. та ін. Возрастная физиология. - Ростов-на-Дону: "Ворошиловградская правда", 1975. - С.5-7.

2. Гаврилов Л.А., Гаврилова Н.С. Биология продолжительности жизхни. - М.: Наука, 1991. - 279 с.

3. Ермолаев Ю.А. Возрастная физиология: Учеб. пособ. для студ. пед. вузов. - М.: Высш.шк., 1985. - С. 35-48.

4. Малишева С.П. Природа старіння: теорії та гіпотези // Біологія і хімія в школі. - 1999. - №5. - С.4-8.

5. Старушенко Л.І. Клінічна анатомія і фізіологія людини: Навч. посібник. - К.: УСМП, 2001. - 256с.

6. Фролькис В.В. Старение и увеличение продолжительности жизни. - Л.: Наука, 1988. - 238 с.

7. Хрипкова А.Г. Возрастная физиология. – М.: "Просвещение", 1978. - С.9-22.

 

Лекція 3

КЛІТИНА, ТКАНИНИ: БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ.

ЗАГАЛЬНИЙ ОГЛЯД БУДОВИ І ФУНКЦІЙ ОРГАНІЗМУ

План

1. Будова і життєві функції клітини.

2. Хімічний склад клітини.

3. Поділ клітини.

4. Будова і функції тканин.

5. Орган, система органів, організм.

 

Основні поняття: клітина, поверхневий апарат, цитоплазма, ядро, хромосоми, хроматин, каріотип, органели: ендоплазматична сітка, або ретикулум, рибосоми, мітохондрії, пластинчастий комплекс Гольджі, центросоми (клітинний центр), лізосоми; хімічний склад клітини, мітоз, мейоз, тканини (епітеліальна, сполучна, м‘язова, нервова), органи, системи органів.

 

1. Будова і життєві функції клітини

Клітина — елементарна генетична і структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, яка здатна до самооновлення, самовідтворення, самореалізації і розвитку.

Клітину відкрив у 1665 році англійський фізик Роберт Гук (1635–1703 рр.), розглядаючи під мікроскопом зріз корка. Пізніше італієць М.Мальпігі (1622–1694 рр.), англієць Н.Трю (1641–1712 рр.) також виявили комірчасту будову багатьох рослинних організмів.

Основи клітинної теорії були сформульовані П.Ф.Горяніновим (1834), М. Шлейденом і Т. Шванном у 1838–1839 рр.

Велике значення мала клітинна теорія для розвитку медицини. Велику роль у розвитку вчення про клітину відіграли методи вивчення хромосом і хроматину, дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), рибонуклеїнової кислоти (РНК), основних (лужних) і кислих білків, застосування електронного мікроскопіювання, авторадіографії, цитоспектрофлурометрії, генної інженерії.

Форма і розміри клітини визначаються їхніми функціями. У живій клітині розрізняють поверхневий апарат (або цитолему), плазмолему, цитоплазму (тіло клітини) і ядро. Цитоплазма (від грец. kytos - клітина, plasma - оформлене) становить основну масу клітини, і головна її частина називається цитоплазматичним матриксом, або гіалоплазмою. З ним пов’язані колоїдні властивості цитоплазми, її в’язкість, еластичність, скоротливість, внутрішній рух. До складу гіалоплазми входять органели загального і спеціального призначення.

До органел загального призначення належать: ендоплазматична сітка, або ретикулум, рибосоми, мітохондрії, пластинчастий комплекс Гольджі, центросоми (клітинний центр), лізосоми (рис.1).

 

Рис. 1. Схема будови клітини:

1 - ядро; 2 - ядерце; 3 - ядерна оболонка; 4 - ендоплазматична сітка; 5 - мітохондрії;

6 - цитоплазма; 7 - лізосоми; 8 - комплекс Гольджі; 9 - поверхневий апарат.

 

У клітинах розрізняють два типи ендоплазматичної сітки (ЕПС), або ретикулуму: шорсткий (гранулярний) — мембрани його містять багато ферментів, які беруть участь у синтезі речовин білкової природи, і гладенький — функція якого пов’язана з вуглеводним і жировим обміном. Таким чином, ендоплазматичний ретикулум бере участь у метаболізмі речовин, виконуючи роль внутрішньоклітинної, регуляторної і транспортної системи.

Рибосоми (від рибоза і грец. soma - тіло) — невеликі сферичні тільця, які лежать вільно або на мембранах ендоплазматичного ретикулума. До складу рибосом входить білок і рибосомальна РНК, магній. Ці органели клітини здійснюють біосинтез білків, властивих певному організмові (рис.2).

Рис 2. Рибосоми на ЕПС

Рис.3. Схема лізосоми

Лізосоми (від грец. lysis - розчинення, soma - тіло) — органели, які містять 40 гідролітичних ферментів — гідролаз, які руйнують великі молекули складних сполук (білків, нуклеїнових кислот, полісахаридів), що надходять у клітину. У лізосомах перетравлюються мікроорганізми і віруси. Вони звільняють клітину від продуктів руйнування (рис.3).

Рис.4. Схема будови мітохондрії 1 - зовнішня мембрана; 2 - внутрішня мембрана; 3 - кристи.

Мітохондрії (від грец. mitos - нитка, chondrion - зернятко) — органели двомембранної будови, основна функція яких полягає у виробленні майже всієї енергії клітини (рис.4). Це відбувається шляхом поступового окиснення органічних сполук, які поступають до клітини. Звільнена при цьому енергія використовується мітохондріями для синтезу молекул АТФ і АДФ, які можуть депонуватися в мітохондріях і використовуватися за потребою.

Пластинчатий комплекс Гольджі — система плоских цистерн, обмежених гладенькими мембранами (рис.5).

Рис.5. Схема будови комплексу Гольджі

Основна його функція — концентрація, зневоднення і ущільнення продуктів внутрішньоклітинної секреції та речовин, які надходять із зовні і призначені для виділення з клітини.

З ним пов’язані синтез полісахаридів, ліпідів, утворення зерен жовтка при дозріванні овоцитів і формування лізосом.

Рис.6. Схема будови клітинного центру

Клітинний центр (центросома) має велике значення для поділу клітин, а також для побудови мітотичного апарату поділу (рис.6). Центріолі клітинного центру мають пряме відношення до утворення війок і джгутиків, які виконують локомоторну функцію окремих клітин.

Спеціальні органели характерні для клітин, що виконують певні функції:

а) війки і джгутики — це спеціальні органели руху;

б) міофібрили — скоротливі елементи м’язових клітин;

в) тонофібрили — знаходяться в епітеліальній тканині, виконують опорно-механічну функцію, утворюють сітку-каркас, що амортизує зовнішній вплив (удари) на пограничну тканину організму і захищають клітини епідермісу від пошкодження;

г) нейрофібрили знаходяться в нервових клітинах, беруть участь у проведенні нервового пульсу.

Ядро має велике значення для передачі спадкової інформації, яка здійснюється внаслідок клітинного поділу (рис. 7).

Рис.7. Схема будови ядра

Спадковими частинами ядра є: ядерна оболонка, каріоплазма, ядерця і хроматин. Через ядерні мембрани здійснюється проникнення речовин з ядра у цитоплазму і навпаки.

Каріоплазма (від грец. karyon - ядро, plasma - оформлене) містить ферменти, необхідні для синтезу нуклеїнових кислот і рибосом. Ядерця є джерелом усієї РНК у клітині.

Основними компонентами ядра є хромосоми (від грец. chroma – колір, soma – тіло), основу яких складає хроматин. До складу хроматину входять ДНК, РНК і деякі види білків — гістонові і негістонові. У хроматині відбуваються основні генетичні процеси клітини — синтез ДНК, РНК (реплікація і транскрипція), репарація і рекомбінація ДНК.

Каріотип (від грец. karyon - ядро, typos - форма) людини - сукупність ознак хромосомного набору (кількість хромосом, їхня форма і розміри) - складається з 46 хромосом. Цей термін введено в 1942 р. цитологом Г.А.Левітським. В соматичних клітинах організму людини знаходиться 46 хромосом: з них 22 пари аутосом і одна пара статевих хромосом (гетерохромосом). У жінок статеві хромосоми становлять дві однакові Х-хромосоми, а у чоловіків — одну Х-хромосому і одну У-хромосому. Всі жіночі статеві клітини (гамети) мають однаковий набір хромосом — 23,Х, а чоловічі — одну половину 23,Х, а другу 23,У. Тому жіночу стать називають гомогаметною, а чоловічу гетерогаметною.

У кожній хромосомі закладено велику кількість спадкової інформації. Одиницею спадкової інформації є гени. Дослідження показали, що ген — це не вся молекула ДНК, а тільки її частина. В одній клітині людини нараховується приблизно 100000 різних генів. Розмір гена становить приблизно 1000 нуклеотидів. Отже, не вся молекула ДНК, а тільки її частина (5%) визначає розвиток тих чи інших ознак організму.

 

Хімічний склад клітини

Клітини складаються з двох груп речовин — неорганічних (вода і ряд неорганічних речовин) і органічних (білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти, гормони, вітаміни тощо).

Серед живої речовини клітини на першому місці за вагою стоїть вода, яка виконує багато функцій: збереження об’єму, пружність клітини, розчинення хімічних речовин. Вона входить до складу плазми крові, лімфи, за її допомогою до клітин підводяться поживні речовини і видаляються кінцеві продукти обміну. Вода бере участь у всіх хімічних реакціях. Завдяки високій теплоємності вода охороняє цитоплазму від різних коливань температури і сприяє теплорегуляції клітин і організму.

Мінеральні солі знаходяться у дисоційованому стані у вигляді катіонів і аніонів — K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Cl^-, HCO₃^-, H₂PO та інші. Від концентрації солей залежить надходження води у клітину. Осмотичний градієнт існує всередині кожного організму і регулюється мінеральними речовинами клітини.

За кількісним складом мінеральні речовини можна розділити на три основні групи: 1. Макроелементи складають основну масу органічних і неорганічних речовин. Це оксиген, гідроген, карбон, нітроген, фосфор, калій, кальцій, калій, магній, натрій, хлор, ферум. Їх сумарна частка становить 1,9%. Чотири хімічні елементи, зокрема оксиген, гідроген, карбон, нітроген, становлять майже 98% і входять до складу органічних сполук. Тому їх ще називають органогенними.

2. Мікроелементи: понад 50%, складові компоненти ферментів, гормонів тощо. Вміст їх — 0,001 — 0,000001%. Це марганець, бор, кобальт, купрум, молібден, цинк, ванадій, йод, бром, манган.

3. Ультрамікроелементи з концентрацією менше 0,0000001% — аурум, аргентум, платина, плюмбум тощо.

Усі хімічні елементи, що містяться в клітині, входять до складу органічних і неорганічних сполук або перебувають у вигляді йонів. Вони відіграють велику роль у живленні клітин, їхньому рості, побудові тканин та органів, підтримують кислотно-лужну рівновагу, беруть участь в обміні речовин та енергії, у процесах подразнення та збудження клітини.

За структурою більшість органічних сполук, які входять до складу клітини, характеризуються великими розмірами і становлять макромолекули. Є три типи макромолекул: полісахариди (вуглеводи), білки, нуклеїнові кислоти, мономерами яких є відповідно: моносахариди, амінокислоти, нуклеотиди. Крім того, велике значення в життєдіяльності клітини відіграють ліпіди, вітаміни, гормони.

Вуглеводи — кількість їх у клітині 1­ ­– 2%, іноді — 5%, виконують такі функції: будівельну (входять до складу опорних елементів клітини організму); енергетичну (від окиснення 1 г вуглеводів виділяється 17,6 кДж (4,2 ккал); запасання поживних речовин (глікоген відкладається в печінці і служить енергетичним резервом); захисну (слиз, який виділяється різними залозами, багатий на вуглеводи та їхні похідні, уберігає стінки органів (стравоходу, шлунку, кишечнику) від механічних пошкоджень, проникнення бактерій, вірусів); регуляторну (їжа складається з клітковини, яка викликає механічне подразнення шлунка і кишечнику). До специфічних функцій вуглеводів відносяться: проведення нервових імпульсів, утворення антитіл, забезпечення певної групи крові.

Ліпіди — це сполуки високомолекулярних жирних кислот і трьохатомного спирту — гліцерину. Ліпіди поділяються на прості ліпіди (нейтральні жири) і складні ліпіди (фосфоліпіди, гліколіпіди, ліпопротеїди, стерини і стероїди). Функції ліпідів: будівельна (бере участь у будові мембран усіх клітин, тканин і органів; утворення гормонів, жиророзчинних вітамінів); енергетична (у разі повного окиснення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж (9,3 ккал), тобто майже удвічі більше, ніж при повному розщепленні такої самої кількості вуглеводів; крім того, при окисненні 1 г жирів утворюється 1,1 г води); запасання поживних речовин (депо жиру — підшкірна клітковина, надниркова залоза, сальник); захисна (полягає у захисті внутрішніх органів від механічних пошкоджень: наприклад, нирки людини вкриті м‘яким жировим шаром); теплоізоляціна (накопичуючись у підшкірній клітковині, жири запобігають переохолодженню); регуляторна (ліпіди входять до складу гормонів, які беруть участь у регуляції життєвих функцій організму).

Білки відносяться до органічних сполук, які мають назву полімерів. До їх складу входять атоми вуглецю, водню, кисню, азоту, сірки, до деяких — атоми металів — заліза, цинку, міді. Мономерами білків є амінокислоти, яких налічується більше 20.

За складом білки можуть бути:

· прості — складаються тільки з амінокислот — альбуміни, глобуліни, гістони;

· складні:

а) нуклеопротеїди складаються з нуклеїнової кислоти і амінокислоти (хромосоми);

б) глікопротеїди складаються з вуглеводів і амінокислот (плазма крові);

в) хромопротеїди складаються з пігменту і амінокислоти (гемоглобін);

г) фосфопротеїди складаються з фосфорної кислоти і амінокислоти (казеїн молока).

Функції білків:

· каталітична — білки-ферменти виконують функцію біологічних каталізаторів, вони регулюють (прискорюють або гальмують) життєві процеси:

· скоротлива — білки, що входять до складу м’язів, здійснюють скоротливу функцію організму;

· захисну функцію виконують антитіла, які розчиняють, знешкоджують збудників різних захворювань, тобто беруть участь у механізмі створення імунітету;

· транспортна — гемоглобін крові переносить кисень;

· структурна (будівельна) — білки входять до складу всіх органів і тканин, беруть участь у будові оболонок клітини;

· енергетична — при розпаді 1 г білка виділяється 17,6 кДж (4,2 ккал);

· регуляторна (наприклад, гормон інсулін регулює обмін глюкози).

Вітаміни мають високу фізіологічну активність, складну і різноманітну хімічну будову, необхідні для нормального росту і розвитку організму. Більшість з них є компонентами ферментних систем (коферментами). Вітаміни регулюють окислення вуглеводів, органічних кислот, амінокислот. У клітинах людини синтезуються лише вітаміни Д, Е, К, В. Вітаміни поділяються на водорозчинні (С, вітаміни групи В, РР) і жиророзчинні (А, Д, Е, К).

Ферменти є клітинними каталізаторами біохімічних реакцій. Основу ферментів складають білки, до яких може приєднуватися небілкова частина (вітаміни, метали тощо). Ферменти каталізують лише певні реакції. Кожна молекула ферменту здатна здійснювати від декількох тисяч до декількох мільйонів операцій за хвилину. Для ферментів характерна закономірна локалізація, оскільки процес розщеплення або синтезу будь-якої речовини в клітині поділений на ряд хімічних операцій, які закономірно ідуть одна за одною. Кожну з цих операцій каталізує свій фермент. Дія ферментів залежить від температури і pH середовища.

Нуклеїнові кислоти забезпечують процеси синтезу білка, чим визначають характер обміну речовин, закономірності росту і розвитку, явища спадковості і мінливості. Є дві групи нуклеїнових кислот — ДНК і РНК, які відрізняються будовою і біологічними властивостями. ДНК переважно знаходиться у ядрі, входить до складу хроматину, зосереджена у хромосомах. ДНК входить до складу мітохондрій, центросом. Основні резервуари РНК — ядерця ядра і рибосоми, що розташовані в цитоплазмі.

Нуклеїнові кислоти — це полімери, мономерами яких є нуклеотиди.

Основна біологічна функція ДНК полягає у зберіганні, постійному самовідновленні і передаванні генетичної (спадкової) інформації у клітині.

Біологічна роль РНК пов’язана з синтезом білка, тобто з реалізацією спадкової інформації. Саме РНК є посередником між ДНК і молекулою білка, що буде синтезуватися.

АТФ (аденозинтрифосфорна кислота) є головним джерелом і переносником енергії будь-яких процесів, які відбуваються в клітині. Хімічна енергія фосфорних зв’язків використовується для механічної роботи під час скорочення м’язів, біоелектричної роботи — при передачі нервового імпульсу, осмотичній роботі — при переміщенні молекул; хімічної роботи — при синтезі молекул в процесі росту. Запас АТФ у клітині невеликий, тому поповнення АТФ йде за рахунок розщеплення вуглеводів, ліпідів.

 

Поділ клітини

У багатоклітинних організмів поділ і ріст клітин є основою росту організму. Однак не всі клітини багатоклітинного організму можуть ділитися, хоча на перших стадіях ембріонального розвитку здатність до поділу мають усі клітини. У подальшому в організмі, що розвивається, відбувається диференціація клітини (пристосування до виконання певних функцій). Кожна нова клітина проходить декілька фаз росту: ембріональну (коли клітина ділиться, і їх кількість збільшується), розтягання (коли збільшуються розміри клітини) і диференціації.

Завдяки розмноженню клітин відбувається не лише ріст організму, але й оновлення тканин, і в дорослому організмі весь час нові клітини відмирають і замінюються новими (наприклад, клітини епітелію шкіри).

Сукупність процесів, які відбуваються у клітині від одного поділу до наступного і процесів самого поділу, який завершується утворенням двох нових клітин нової генерації, називають мітотичним циклом.

У соматичних клітинах клітинний цикл складається з двох періодів: інтерфази та мітозу.

Інтерфаза для клітин, що діляться — це період між двома поділами, а для клітин, нездатних до поділу (нейрони, еритроцити), — весь час від утворення до загибелі. Для здатних до поділу клітин вона становить приблизно 90% часу клітинного циклу. Під час інтерфази в клітині синтезуються іРНК та білки. Синтезовані білки не тільки забезпечують власні потреби клітини, але й у подальшому стають важливим “будівельним матеріалом” для новоутворених клітин.

На ДНК-матрицях синтезуються копії ДНК. Кожна хромосома являє собою пару однакових за генетичним матеріалом хроматид, з’єднаних між собою центромірою.