3. Клітинний рівень
Особливий рівень організації живої матерії — клітинний.
Клітина — структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, для якої характерний власний метаболізм та здатність до відтворення. Від середовища, яке її оточує, клітина відмежована плазматичною мембраною (плазмалемою). Основнi її елементи — клітинна мембрана, цитоплазма, органели та ядро. Клiтина може жити й нормально функцiонувати тiльки за наявностi цих компонентiв, які тiсно взаємодiють один з одним та з навколишнiм середовищем. Загальна будова клітин подібна, однак залежно від тих функцій, що їх виконують клітини в організмі, вони набули специфічних морфологічних особливостей. Форма й будова клітин, тривалість життя взаємопов’язані з їхньою функцією та розміщенням в органiзмi.
Наприклад, нервові клітини мають велику кількість відростків, що надає їм зірчастої форми. М’язові клітини — мають видовжену веретеноподiбну форму та містять велику кількість скоротливих елементів. Лейкоцити — клітини, що виконують захистну функцію в організмі, вони здатні пересуватися до джерела інфекції.
Розмiри клiтин мiкроскопiчно малi — 10–50 мкм, але iнодi вони бувають досить великими. Так, вiдростки деяких нервових клiтин людини мають довжину понад метр.
Хімічну природу речовин, які входять до складу живих організмів, їхні перетворення та значення для життєдіяльності клітин, тканин і органів вивчає наука біохімія та її складова частина — цитохімія, тобто хімія клітини.
У земній корі та в атмосфері Землі відкрито майже 100 хімічних елементів, серед яких приблизно 90 входять до складу організму людини. Із них 16 — є обов’язковими. Найпоширеніші в живих організмах чотири елементи: Гідроген, Карбон, Оксиген і Нітроген.
До неорганічних речовин належать вода, макро- та мікроелементи та їхні неорганічні сполуки; їх називають мінеральними речовинами. Вода — універсальний розчинник неорганічних і деяких органічних речовин. Більшість хімічних реакцій та фізіологічних процесів відбувається в клітині у водних розчинах. У крові, лімфатичній системі, у травному шляху та нирках вона виконує транспортну функцію. Завдяки своїм фізико-хімічним властивостям (низька теплопровідність, висока теплоємність) вода бере участь у регуляції теплообміну та підтриманні сталої температури тіла. В організмі дорослої людини міститься в середньому 60–65 % води. Чим молодший організм, тим води в ньому більше. Мінеральні речовини у вигляді сполук макро- та мікроелементів, які містяться в клітині в розчинному стані (1–1,5 % порівняно із загальною масою клітини), забезпечують майже всі процеси життєдіяльності організму та його розвиток. Вони відіграють велику роль у живленні клітин, їхньому рості, побудові тканин та органів, підтримують кислотно-лужну рівновагу (одну з найважливіших умов існування організму), беруть участь в обміні речовин і енергії, у процесах подразнення та збудження клітини. Органічні сполуки — це такі, що містять Карбон (вуглець); у середньому вони становлять 20–30 % маси кожної тваринної клітини. До них належать білки, вуглеводи, жири та нуклеїнові кислоти.
Розрізняють два основні типи клітин: прокаріотичні, що не мають сформованого ядра, характерні для бактерій та архей, та еукаріотичні, в яких наявне ядро, властиві для всіх інших клітинних форм життя, зокрема рослин, грибів та тварин. До неклітинних форм життя належать лише віруси, але вони не мають власного метаболізму і не можуть розмножуватись поза межами клітин-живителів.
Усі організми поділяються на одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні. До одноклітинних належать бактерії, археї, деякі водорості і гриби, а також найпростіші. Колоніальні та багатоклітинні організми складаються з великої кількості клітин. Різниця між ними полягає в тому, що колоніальні організми складаються з недиференційованих або слабо диференційованих клітин, які можуть виживати одна без одної. Клітини багатоклітинних організмів більш-менш спеціалізовані на виконанні певних функцій і залежні одна від одної в процесах життєдіяльності. До багатоклітинних організмів належить зокрема і людина, тіло якої складається приблизно з 10^13 клітин.
Клітинна теорія є однією із основоположних ідей сучасної біології, вона стала незаперечним доказом єдності всього живого та фундаментом для розвитку таких дисциплін як ембріологія, гістологія та фізіологія. Основні положення клітинної теорії не втратили своєї актуальності, проте від часу створення її було доповнено, і наразі вона містить такі твердження:
Клітина — елементарна одиниця будови, функціонування, розмноження і розвитку всіх живих організмів, поза межами клітини немає життя.
Клітина — цілісна система, що містить велику кількість пов'язаних один з одним елементів — органел.
Клітини різних організмів схожі (гомологічні) за будовою та основними властивостями і мають спільне походження.
Збільшення кількості клітин відбувається шляхом їх поділу, після реплікації її ДНК: клітина — від клітини.
Багатоклітинний організм — це нова система, складний ансамбль із великої кількості клітин, об'єднаних та інтегрованих у системи тканин і органів, пов'язаних між собою за допомогою хімічних факторів: гуморальних і нервових.
Клітини багатоклітинних організмів мають однаковий набір генетичної інформації, але відрізняються за рівнем роботи окремих генів, що призводить до їх морфологічної та функціональної різноманітності — диференціації.
Біологія клітини (цитологія) — один з основних розділів сучасної біології, включає
вивчення й експериментальне дослідження будови й хімічного складу клітини;
функції внутрішньоклітинних структур;
функції клітин у живих організмів;
розмноження й розвиток клітин;
пристосування клітин до умов середовища.
Ці проблеми мають особливо важливе значення для медицини, зокрема становлять основу проблеми раку.