Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Єдність функціонування живого — в обміні речовин, що в загальному подібний у всіх клітинах.

Андре Львов

§ 22. СТРУКТУРИ КЛІТИН, ЯКІ ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ ПРОЦЕСИ ОБМІНУ РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ

Основні поняття й ключові терміни: МЕТАБОЛІЗМ. Мембранне транспортування. Біотрансформація.

Пригадайте! Що таке клітина?

Поміркуйте!

Гепатоцити (від грец. гепар — печінка, цитос — клітина) — клітини печінки, які секретують жовч і беруть активну участь в обміні речовин організму й знешкодженні токсинів. У гепатоцитів є свої способи мембранного транспортування, інтенсивний метаболізм, вони містять ферменти, яких немає в усіх інших клітинах організму. Як у цих клітинах відбувається обмін речовин та енергії?

ЗМІСТ

Як відбувається транспортування речовин крізь плазматичну мембрану?

Обмін речовин, енергії та інформації на рівні клітин відбувається внаслідок: 1) надходження речовин й енергії у клітину; 2) метаболізму; 3) видалення із клітин. Які структури клітин забезпечують ці процеси?

Мембранне транспортування (лат. transporto — переміщую) забезпечує перенесення різноманітних речовин, енергії та інформації крізь клітинні мембрани. Малі молекули та йони проходять крізь мембрани шляхом пасивного або активного транспортування, а перенесення макромолекул здійснюється завдяки ендо- й екзоцитозу.

Транспортування речовин крізь мембрани

Пасивне транспортування

Активне транспортування

Проста дифузія

Полегшена дифузія

Осмос

Крізь мембрану (йонні насоси)

У мембранній упаковці: ендоцитоз (фагоцитоз і піноцитоз) та екзоцитоз

Функції тих чи інших клітин обов'язково позначаються на будові їхніх клітинних мембран. Так, гепатоцити на одному зі своїх полюсів мають мікроворсинки або внутрішньоклітинні вип'ячування мембран для збільшення поверхні й всмоктування шляхом дифузії речовин із крові. Розчинні у воді сполуки транспортуються в клітини шляхом осмосу, а гідрофобні неполярні речовини — шляхом полегшеної дифузії за участі білків-переносників. Мембрана гепатоцитів має високу ферментну активність для активного транспортування йонів й молекул як усередину клітини, так і з клітини. Активне транспортування речовин крізь мембрану здійснюється проти градієнта їх концентрації із затратою енергії АТФ та за участі спеціальних мембранних білків, які називаються йонними насосами. Наприклад, натрій-калієвий насос забезпечує переміщення низькомолекулярних сполук (амінокислот, глюкози) крізь мембрану за рахунок різної концентрації йонів Na+ і K+ всередині клітини і ззовні. За участі АТФ відбуваються ендоцитоз та екзоцитоз. При ендоцитозі плазматична мембрана утворює вирости, які потім перетворюються на внутрішньоклітинні пухирці, що містять захоплений клітиною матеріал. Розрізняють два види ендоцитозу: фагоцитоз і піноцитоз. Шляхом ендоцитозу відбувається всмоктування ліпопротеїнових частинок із крові після прийому жирної їжі, а шляхом екзоцитозу — вивільнення в кров жирових краплин, жовчі. У здійсненні транспортування речовин велике значення мають міжклітинні контакти. Так, біля жовчних канальців, у які секретується жовч, мембрани гепатоцитів зв'язані щільними контактами й десмосомами для запобігання дифузії. Для передачі сигнальних молекул чи поживних речовин між гепатоцитами існують щілинні контакти.

Отже, впорядкованість й регуляцію потоку речовин, енергії та інформації у клітину і з клітини забезпечує мембранне транспортування.

Які структури клітини забезпечують процеси метаболізму?

МЕТАБОЛІЗМ (від грец. метаболе — перетворення, зміна) — сукупність хімічних процесів, що забезпечують перетворення речовин, енергії та інформації в клітині. Ці зміни спрямовані на ВПОРЯДКОВАНІСТЬ клітини, тому в метаболічних процесах беруть участь усі структури клітини. Особливості будови клітин, кількість й різноманітність їх структур залежать від інтенсивності процесів її метаболізму та функцій в організмі. Для того щоб переконатись у цьому, розглянемо особливості будови гепатоцитів (іл. 62).

Іл. 62. Будова гепатоцита

У центральній частині гепатоцита розміщене ядро з одним або двома ядерцями. Ядра можуть бути диплоїдними (2n), тетраплоїдними (4n) й навіть октаплоїдними (8n), що залежить від функціонального стану організму. Кількість таких ядер із віком поступово збільшується і до старості досягає 80 %.

Основною функцією гепатоцита є утворення й секреція жовчі у жовчні канальці. Через те в клітинах добре розвинуті секреторні міхурці. Цитоплазма гепатоцитів рясніє мітохондріями, кількість яких в одній клітині може досягати 2000. Ці двомембранні органели окиснюють органічні речовини й синтезують у великій кількості АТФ.

Важливу роль відіграють гепатоцити в синтезі білків, вуглеводів і ліпідів. Гепатоцити синтезують альбуміни, більшу частину глобулінів і білків, що беруть участь у зсіданні крові. Білки в гепатоцитах синтезуються в шорсткій ЕПС, надходять до комплексу Ґольджі, набувають функціональних особливостей, упаковуються в міхурці й виділяються за допомогою екзоцитозу в кров. Метаболізм вуглеводів й ліпідів пов'язаний з гладкою ЕПС, яка розсіяна в цитоплазмі у вигляді цистерн, трубочок й міхурців. Гепатоцити під дією інсуліну перетворюють надлишок глюкози на глікоген, який відкладається у вигляді зерен у цитоплазмі. За нестачі глюкози зерна глікогену розщеплюються до глюкози. У гепатоцитах також відбувається накопичення лідідів у вигляді жирових краплин.

Отже, кількість, наявність та участь структур клітини в тих чи інших процесах визначається саме особливостями метаболізму та функціями клітин.

Як відбувається знешкодження та виділення речовин із клітин?

У клітину разом з необхідними для її життя речовинами можуть потрапляти ззовні чужорідні або утворюватися всередині токсичні речовини (амоніак, гідроген пероксид, індол, скатол). Вони зазнають перетворень і видаляються. Біотрансформація (від грец. bios — життя, лат. transformatio — перетворення) — біохімічні процеси, в ході яких речовини зазнають змін під дією різних ферментів клітин. У ході першої фази біотрансформації молекула шкідливої речовини збагачується полярними функціональними групами, що робить її реакційноздатною і розчинною у воді. У другій фазі відбуваються синтетичні процеси поєднання з ендогенними молекулами (наприклад, з глюкуроновою кислотою, сульфатами, гліцином), у результаті чого утворюються полярні сполуки, які й виводяться з клітин.

Знешкодження токсичних сполук у клітинах забезпечується ферментами оксидоредуктазами, гідролазами, пероксидазами та відбувається в цитоплазмі, ЕПС, мікротільцях, мітохондріях, лізосомах. Так, за допомогою ферментів ЕПС відбувається детоксикація алкоголю, пероксидаза мікротілець розщеплює гідроген пероксид на воду й кисень. У гепатоцитах отруйний амоніак знешкоджується в процесі перетворення на сечовину.

Основними процесами клітинного виділення є: а) розчинення продуктів обміну речовин й видалення їх з клітин за участі вакуолей, залишкових тілець; б) ізолювання продуктів обміну у вигляді клітинних включень.

Отже, у клітинах відбуваються процеси, під час яких знешкоджуються, перетворюються й видаляються назовні шкідливі речовини та підтримується клітинний гомеостаз.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з ілюстрацією

Розгляньте ілюстрацію клітини людини із позначеними структурами: 1 — клітинна мембрана; 2 — піноцитозний міхурець; 3 — клітинний центр; 4 — гіалоплазма; 5 — зерниста ЕПС; 6 — незерниста ЕПС; 7 — ядерні пори; 8 — секреторні міхурці; 9 — комплекс Гольджі; 10 — мітохондрія; 11 — ядро; 12 — ядерце; 13 — лізосоми; 14 — фагоцитозні міхурці.

Визначте роль позначених структур у обміні речовин та перетворенні енергії, заповніть у робочому зошиті таблицю. Зробіть висновок про взаємозв'язок між будовою клітини та процесами її метаболізму.

Назва структури

Роль в обміні речовин, енергії та інформації

Біологія + Хімія. Йони й метаболізм клітин

Існування йонів уперше теоретично передбачив Майкл Фарадей близько 1830 р., описуючи поведінку частинок молекул, що збираються біля катоду та аноду. Однак механізм йонізації не розуміли до 1884 р., аж поки Сванте Арреніус не описав його у своїй докторській дисертації. Що таке йони? В яких процесах метаболізму клітин йони беруть найактивнішу участь?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Медицина. Регенерація печінки

У печінці мишей виявлено спеціальні клітини, які відповідають за її відновлення. До цих пір залишалося невідомим, унаслідок чого відбувається регенерація цього органа. Нові клітини назвали гібридними гепатоцитами. Виявлені клітини допоможуть науковцям розробити безпечні способи лікування хвороб печінки. Застосуйте свої знання про будову гепатоцитів й поясніть, як відбувається утворення жовчі та відновлення печінки на клітинному рівні.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке мембранне транспортування? 2. Назвіть основні види транспортування. 3. Що таке метаболізм? 4. Наведіть приклади структур клітини, що беруть участь у процесах метаболізму. 5. Що таке біотрансформація? 6. Наведіть приклади шкідливих для клітин сполук.

7—9

7. Як відбувається транспортування речовин крізь плазматичну мембрану? 8. Які структури клітини забезпечують процеси метаболізму? Як відбувається захист клітин від небезпечних речовин?

10—12

10. Доведіть взаємозв'язок між будовою клітини та процесами її метаболізму.