Τι είναι ένα κύτταρο και ποια είναι η δομή του. Σημαντικές διαφορές μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων

Το κύτταρο είναι η βασική στοιχειώδης μονάδα όλων των έμβιων όντων, επομένως έχει όλες τις ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών: μια εξαιρετικά διατεταγμένη δομή, που λαμβάνει ενέργεια από το εξωτερικό και τη χρησιμοποιεί για να εκτελέσει εργασία και να διατηρήσει την τάξη, μεταβολισμό, ενεργή απόκριση σε ερεθισμούς, ανάπτυξη, ανάπτυξη, αναπαραγωγή, διπλασιασμός και μετάδοση βιολογικών πληροφοριών στους απογόνους, αναγέννηση (αποκατάσταση κατεστραμμένων δομών), προσαρμογή στο περιβάλλον.

Ο Γερμανός επιστήμονας T. Schwann στα μέσα του 19ου αιώνα δημιούργησε την κυτταρική θεωρία, οι κύριες διατάξεις της οποίας έδειχναν ότι όλοι οι ιστοί και τα όργανα αποτελούνται από κύτταρα. Τα κύτταρα των φυτών και των ζώων είναι θεμελιωδώς παρόμοια μεταξύ τους, προκύπτουν όλα με τον ίδιο τρόπο. η δραστηριότητα των οργανισμών είναι το άθροισμα των ζωτικών δραστηριοτήτων των μεμονωμένων κυττάρων. Μεγάλη επιρροήεπί περαιτέρω ανάπτυξηΗ κυτταρική θεωρία και γενικά η θεωρία των κυττάρων επηρεάστηκαν από τον μεγάλο Γερμανό επιστήμονα R. Virchow. Όχι μόνο συγκέντρωσε όλα τα πολυάριθμα ανόμοια γεγονότα, αλλά έδειξε επίσης πειστικά ότι τα κύτταρα είναι μια μόνιμη δομή και προκύπτουν μόνο μέσω της αναπαραγωγής.

Η κυτταρική θεωρία στη σύγχρονη ερμηνεία της περιλαμβάνει τις ακόλουθες κύριες διατάξεις: το κύτταρο είναι μια καθολική στοιχειώδης μονάδα ζωντανών όντων. Τα κύτταρα όλων των οργανισμών είναι θεμελιωδώς παρόμοια στη δομή, τη λειτουργία και χημική σύνθεση; Τα κύτταρα αναπαράγονται μόνο με διαίρεση του αρχικού κυττάρου. Οι πολυκύτταροι οργανισμοί είναι πολύπλοκα κυτταρικά συγκροτήματα που σχηματίζουν ολοκληρωμένα συστήματα.

Χάρη στις σύγχρονες ερευνητικές μεθόδους, αποκαλύφθηκε δύο κύριοι τύποι κυττάρων: πιο πολύπλοκα οργανωμένα, πολύ διαφοροποιημένα ευκαρυωτικά κύτταρα (φυτά, ζώα και ορισμένα πρωτόζωα, φύκια, μύκητες και λειχήνες) και λιγότερο πολύπλοκα οργανωμένα προκαρυωτικά κύτταρα (γαλαζοπράσινα φύκια, ακτινομύκητες, βακτήρια, σπειροχαίτες, μυκοπλάσματα, ρικέτσια, χλαμύδια).

Σε αντίθεση με ένα προκαρυωτικό κύτταρο, ένα ευκαρυωτικό κύτταρο έχει έναν πυρήνα που οριοθετείται από μια διπλή πυρηνική μεμβράνη και ένα μεγάλο αριθμό μεμβρανικών οργανιδίων.

ΠΡΟΣΟΧΗ!

Το κύτταρο είναι η βασική δομική και λειτουργική μονάδα των ζωντανών οργανισμών, που πραγματοποιεί ανάπτυξη, ανάπτυξη, μεταβολισμό και ενέργεια, αποθηκεύει, επεξεργάζεται και εφαρμόζει γενετικές πληροφορίες. Από μορφολογική άποψη, ένα κύτταρο είναι ένα σύνθετο σύστημα βιοπολυμερών, που διαχωρίζεται από εξωτερικό περιβάλλονπλασματική μεμβράνη (πλασμόλεμμα) και αποτελείται από πυρήνα και κυτταρόπλασμα στο οποίο βρίσκονται οργανίδια και εγκλείσματα (κόκκοι).

Τι είδη κυττάρων υπάρχουν;

Τα κύτταρα διαφέρουν ως προς το σχήμα, τη δομή, τη χημική σύσταση και τη φύση του μεταβολισμού τους.

Όλα τα κύτταρα είναι ομόλογα, δηλ. έχουν μια σειρά από κοινά δομικά χαρακτηριστικά από τα οποία εξαρτάται η απόδοση βασικών λειτουργιών. Τα κύτταρα χαρακτηρίζονται από ενότητα δομής, μεταβολισμού (μεταβολισμός) και χημικής σύστασης.

Ταυτόχρονα, διαφορετικά κύτταρα έχουν επίσης συγκεκριμένες δομές. Αυτό οφείλεται στην εκτέλεση ειδικών λειτουργιών τους.

Κυτταρική δομή

Υπερμικροσκοπική δομή κυττάρων:

1 - κυτταρόλημμα (πλασματική μεμβράνη). 2 - πινοκυτταρωτικά κυστίδια. 3 - κεντρόσωμα, κυτταρικό κέντρο (κυτταρόκεντρο). 4 - υαλόπλασμα; 5 - ενδοπλασματικό δίκτυο: α - μεμβράνη του κοκκώδους δικτύου. β - ριβοσώματα. 6 - σύνδεση του περιπυρηνικού χώρου με τις κοιλότητες του ενδοπλασματικού δικτύου. 7 - πυρήνας? 8 - πυρηνικοί πόροι. 9 - μη κοκκώδες (λείο) ενδοπλασματικό δίκτυο. 10 - πυρήνας; 11 - εσωτερική δικτυωτή συσκευή (σύμπλεγμα Golgi). 12 - εκκριτικά κενοτόπια. 13 - μιτοχόνδρια; 14 - λιποσώματα; 15 - τρία διαδοχικά στάδια φαγοκυττάρωσης. 16 - σύνδεση της κυτταρικής μεμβράνης (κυτταρολέμμα) με τις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου.

Χημική σύνθεση του κυττάρου

Το κελί περιέχει περισσότερα από 100 χημικά στοιχεία, τέσσερα από αυτά αντιπροσωπεύουν περίπου το 98% της μάζας, αυτά είναι οργανογόνα: οξυγόνο (65–75%), άνθρακας (15–18%), υδρογόνο (8–10%) και άζωτο (1,5–3,0%). Τα υπόλοιπα στοιχεία χωρίζονται σε τρεις ομάδες: μακροστοιχεία - το περιεχόμενό τους στο σώμα υπερβαίνει το 0,01%). μικροστοιχεία (0,00001–0,01%) και υπερμικροστοιχεία (λιγότερο από 0,00001).

Τα μακροστοιχεία περιλαμβάνουν θείο, φώσφορο, χλώριο, κάλιο, νάτριο, μαγνήσιο, ασβέστιο.

Τα μικροστοιχεία περιλαμβάνουν σίδηρο, ψευδάργυρο, χαλκό, ιώδιο, φθόριο, αλουμίνιο, χαλκό, μαγγάνιο, κοβάλτιο κ.λπ.

Τα υπερμικροστοιχεία περιλαμβάνουν σελήνιο, βανάδιο, πυρίτιο, νικέλιο, λίθιο, ασήμι και άλλα. Παρά την πολύ χαμηλή περιεκτικότητά τους, τα μικροστοιχεία και τα υπερμικροστοιχεία παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο σημαντικό ρόλο. Επηρεάζουν κυρίως τον μεταβολισμό. Χωρίς αυτούς είναι αδύνατο κανονική λειτουργίακάθε κύτταρο και ο οργανισμός στο σύνολό του.

Το κύτταρο αποτελείται από ανόργανες και οργανική ύλη. Μεταξύ των ανόργανων μεγαλύτερος αριθμόςνερό. Η σχετική ποσότητα νερού στο κελί είναι μεταξύ 70 και 80%. Το νερό είναι ένας γενικός διαλύτης, όλες οι βιοχημικές αντιδράσεις στο κύτταρο λαμβάνουν χώρα σε αυτό. Με τη συμμετοχή του νερού πραγματοποιείται θερμορύθμιση. Οι ουσίες που διαλύονται στο νερό (άλατα, βάσεις, οξέα, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, αλκοόλες κ.λπ.) ονομάζονται υδρόφιλες. Οι υδρόφοβες ουσίες (λίπη και ουσίες που μοιάζουν με λίπος) δεν διαλύονται στο νερό. Άλλες ανόργανες ουσίες (άλατα, οξέα, βάσεις, θετικές και αρνητικά ιόντα) κυμαίνονται από 1,0 έως 1,5%.

Μεταξύ των οργανικών ουσιών, κυριαρχούν οι πρωτεΐνες (10–20%), τα λίπη ή λιπίδια (1–5%), οι υδατάνθρακες (0,2–2,0%) και τα νουκλεϊκά οξέα (1–2%). Η περιεκτικότητα σε ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους δεν υπερβαίνει το 0,5%.

Ένα μόριο πρωτεΐνης είναι ένα πολυμερές που αποτελείται από μεγάλο αριθμό επαναλαμβανόμενων μονάδων μονομερών. Τα μονομερή πρωτεΐνης αμινοξέων (20 από αυτά) συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς, σχηματίζοντας μια πολυπεπτιδική αλυσίδα (την πρωτογενή δομή της πρωτεΐνης). Στρίβει σε μια σπείρα, σχηματίζοντας, με τη σειρά της, τη δευτερογενή δομή της πρωτεΐνης. Λόγω του ειδικού χωρικού προσανατολισμού της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, προκύπτει η τριτοταγής δομή της πρωτεΐνης, η οποία καθορίζει την ειδικότητα και τη βιολογική δραστηριότητα του μορίου της πρωτεΐνης. Αρκετές τριτογενείς δομές συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια τεταρτοταγή δομή.

Οι πρωτεΐνες εκτελούν βασικές λειτουργίες. Τα ένζυμα είναι βιολογικοί καταλύτες που αυξάνουν την ταχύτητα χημικές αντιδράσειςεκατοντάδες χιλιάδες εκατομμύρια φορές σε ένα κύτταρο είναι πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες, που αποτελούν μέρος όλων των κυτταρικών δομών, εκτελούν μια πλαστική (κατασκευαστική) λειτουργία. Οι κινήσεις των κυττάρων πραγματοποιούνται επίσης από πρωτεΐνες. Παρέχουν μεταφορά ουσιών μέσα στο κύτταρο, έξω από το κύτταρο και μέσα στο κύτταρο. Η προστατευτική λειτουργία των πρωτεϊνών (αντισωμάτων) είναι σημαντική. Οι πρωτεΐνες είναι μια από τις πηγές ενέργειας Οι υδατάνθρακες χωρίζονται σε μονοσακχαρίτες και πολυσακχαρίτες. Τα τελευταία είναι κατασκευασμένα από μονοσακχαρίτες, οι οποίοι, όπως και τα αμινοξέα, είναι μονομερή. Μεταξύ των μονοσακχαριτών στο κύτταρο, οι πιο σημαντικοί είναι η γλυκόζη, η φρουκτόζη (περιέχει έξι άτομα άνθρακα) και η πεντόζη (πέντε άτομα άνθρακα). Οι πεντόζες είναι μέρος των νουκλεϊκών οξέων. Οι μονοσακχαρίτες είναι πολύ διαλυτοί στο νερό. Οι πολυσακχαρίτες είναι ελάχιστα διαλυτοί στο νερό (στα ζωικά κύτταρα γλυκογόνο, στα φυτικά κύτταρα - άμυλο και κυτταρίνη. Οι υδατάνθρακες είναι πηγή ενέργειας, σύνθετοι υδατάνθρακες σε συνδυασμό με πρωτεΐνες (γλυκοπρωτεΐνες), λίπη (γλυκολιπίδια) συμμετέχουν στο σχηματισμό κυτταρικές επιφάνειεςκαι αλληλεπιδράσεις κυττάρων.

Τα λιπίδια περιλαμβάνουν λίπη και ουσίες που μοιάζουν με λίπος. Τα μόρια λίπους είναι κατασκευασμένα από γλυκερίνη και λιπαρά οξέα. Οι ουσίες που μοιάζουν με λίπος περιλαμβάνουν τη χοληστερόλη, ορισμένες ορμόνες και τη λεκιθίνη. Τα λιπίδια, τα οποία είναι τα κύρια συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών, επιτελούν έτσι μια κατασκευαστική λειτουργία. Λιπίδια - τις πιο σημαντικές πηγέςενέργεια. Έτσι, εάν με πλήρη οξείδωση 1 g πρωτεΐνης ή υδατανθράκων απελευθερώνονται 17,6 kJ ενέργειας, τότε με πλήρη οξείδωση 1 g λίπους - 38,9 kJ. Τα λιπίδια πραγματοποιούν τη θερμορύθμιση και προστατεύουν τα όργανα (κάψουλες λίπους).

DNA και RNA

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι πολυμερή μόρια που σχηματίζονται από μονομερή νουκλεοτιδίων. Ένα νουκλεοτίδιο αποτελείται από μια βάση πουρίνης ή πυριμιδίνης, ένα σάκχαρο (πεντόζη) και ένα υπόλειμμα φωσφορικό οξύ. Σε όλα τα κύτταρα υπάρχουν δύο τύποι νουκλεϊκών οξέων: το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA), τα οποία διαφέρουν ως προς τη σύσταση των βάσεων και των σακχάρων.

Χωρική δομή νουκλεϊκών οξέων:

(σύμφωνα με τους B. Alberts et al., με τροποποίηση I - RNA). II - DNA; κορδέλες - ραχοκοκαλιές από φωσφορικό σάκχαρο. Τα A, C, G, T, U είναι αζωτούχες βάσεις, τα πλέγματα μεταξύ τους είναι δεσμοί υδρογόνου.

μόριο DNA

Ένα μόριο DNA αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες στριμμένες η μία γύρω από την άλλη με τη μορφή διπλής έλικας. Οι αζωτούχες βάσεις και των δύο αλυσίδων συνδέονται μεταξύ τους με συμπληρωματικούς δεσμούς υδρογόνου. Η αδενίνη συνδυάζεται μόνο με θυμίνη και η κυτοσίνη - με γουανίνη (A - T, G - C). Το DNA περιέχει γενετικές πληροφορίες που καθορίζουν την ειδικότητα των πρωτεϊνών που συντίθενται από το κύτταρο, δηλαδή την αλληλουχία των αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα. Το DNA μεταδίδει κληρονομικά όλες τις ιδιότητες ενός κυττάρου. Το DNA βρίσκεται στον πυρήνα και στα μιτοχόνδρια.

μόριο RNA

Ένα μόριο RNA σχηματίζεται από μία πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Υπάρχουν τρεις τύποι RNA στα κύτταρα. Ενημερωτικό, ή αγγελιαφόρο RNA tRNA (από το αγγλικό αγγελιοφόρος - «ενδιάμεσος»), το οποίο μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του DNA στα ριβοσώματα (βλ. παρακάτω). Μεταφορά RNA (tRNA), το οποίο μεταφέρει αμινοξέα στα ριβοσώματα. Ριβοσωμικό RNA (rRNA), το οποίο εμπλέκεται στο σχηματισμό ριβοσωμάτων. Το RNA βρίσκεται στον πυρήνα, στα ριβοσώματα, στο κυτταρόπλασμα, στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες.

Σύνθεση νουκλεϊκών οξέων:

Όλες οι κυτταρικές μορφές ζωής στη γη μπορούν να χωριστούν σε δύο υπερβασίλεια με βάση τη δομή των συστατικών τους κυττάρων - προκαρυώτες (προπυρηνικοί) και ευκαρυώτες (πυρηνικοί). Τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι πιο απλά στη δομή, προφανώς προέκυψαν νωρίτερα στη διαδικασία της εξέλιξης. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι πιο πολύπλοκα και προέκυψαν αργότερα. Τα κύτταρα που απαρτίζουν το ανθρώπινο σώμα είναι ευκαρυωτικά.

Παρά την ποικιλία των μορφών, η οργάνωση των κυττάρων όλων των ζωντανών οργανισμών υπόκειται σε κοινές δομικές αρχές.

Προκαρυωτικό κύτταρο

Ευκαρυωτικό κύτταρο

Δομή ενός ευκαρυωτικού κυττάρου

Επιφανειακό σύμπλεγμα ζωικού κυττάρου

Αποτελείται από γλυκοκάλυκα, μεμβράνες πλάσματοςκαι το φλοιώδες στρώμα του κυτταροπλάσματος που βρίσκεται από κάτω. Η πλασματική μεμβράνη ονομάζεται επίσης πλασμάλεμα, η εξωτερική μεμβράνη του κυττάρου. Πρόκειται για μια βιολογική μεμβράνη, πάχους περίπου 10 νανόμετρων. Παρέχει κατά κύριο λόγο μια οριοθέτηση σε σχέση με το εξωτερικό περιβάλλον του κυττάρου. Επιπλέον, παίζει λειτουργία μεταφοράς. Το κύτταρο δεν σπαταλά ενέργεια για να διατηρήσει την ακεραιότητα της μεμβράνης του: τα μόρια συγκρατούνται μεταξύ τους σύμφωνα με την ίδια αρχή με την οποία τα μόρια του λίπους συγκρατούνται μαζί - είναι θερμοδυναμικά πιο πλεονεκτικό τα υδρόφοβα μέρη των μορίων να βρίσκονται σε κοντινή απόσταση ο ένας στον άλλον. Ο γλυκοκάλυκας είναι μόρια ολιγοσακχαριτών, πολυσακχαριτών, γλυκοπρωτεϊνών και γλυκολιπιδίων «αγκυροβολημένα» στο πλάσμα. Ο γλυκοκάλυκας εκτελεί λειτουργίες υποδοχέα και δείκτη. Η πλασματική μεμβράνη των ζωικών κυττάρων αποτελείται κυρίως από φωσφολιπίδια και λιποπρωτεΐνες διάσπαρτες με πρωτεϊνικά μόρια, ιδιαίτερα επιφανειακά αντιγόνα και υποδοχείς. Στο φλοιώδες (δίπλα στην πλασματική μεμβράνη) στρώμα του κυτταροπλάσματος υπάρχουν συγκεκριμένα κυτταροσκελετικά στοιχεία - μικρονήματα ακτίνης ταξινομημένα με συγκεκριμένο τρόπο. Η κύρια και πιο σημαντική λειτουργία της φλοιώδους στιβάδας (φλοιός) είναι οι ψευδοποδικές αντιδράσεις: εξώθηση, προσκόλληση και συστολή ψευδοπόδων. Σε αυτή την περίπτωση, τα μικρονήματα αναδιατάσσονται, επιμηκύνονται ή βραχύνονται. Το σχήμα του κυττάρου (για παράδειγμα, η παρουσία μικρολάχνων) εξαρτάται επίσης από τη δομή του κυτταροσκελετού της φλοιώδους στιβάδας.

Κυτοπλασματική δομή

Το υγρό συστατικό του κυτταροπλάσματος ονομάζεται επίσης κυτοσόλιο. Κάτω από ένα μικροσκόπιο φωτός, φαινόταν ότι το κύτταρο ήταν γεμάτο με κάτι σαν υγρό πλάσμα ή κολλοειδές διάλυμα, στο οποίο ο πυρήνας και άλλα οργανίδια «επιπλέουν». Στην πραγματικότητα αυτό δεν είναι αλήθεια. Ο εσωτερικός χώρος ενός ευκαρυωτικού κυττάρου είναι αυστηρά διατεταγμένος. Η κίνηση των οργανιδίων συντονίζεται με τη βοήθεια εξειδικευμένων συστημάτων μεταφοράς, των λεγόμενων μικροσωληνίσκων, που χρησιμεύουν ως ενδοκυτταρικοί «δρόμοι» και ειδικών πρωτεϊνών dyneins και kinesins, που παίζουν το ρόλο των «κινητήρων». Τα μεμονωμένα μόρια πρωτεΐνης επίσης δεν διαχέονται ελεύθερα σε ολόκληρο τον ενδοκυτταρικό χώρο, αλλά κατευθύνονται στα απαραίτητα διαμερίσματα χρησιμοποιώντας ειδικά σήματα στην επιφάνειά τους, που αναγνωρίζονται από τα συστήματα μεταφοράς του κυττάρου.

Ενδοπλασματικό δίκτυο

Σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο, υπάρχει ένα σύστημα διαμερισμάτων μεμβράνης (σωλήνες και στέρνες) που περνούν το ένα μέσα στο άλλο, το οποίο ονομάζεται ενδοπλασματικό δίκτυο (ή ενδοπλασματικό δίκτυο, ER ή EPS). Αυτό το τμήμα του ER, στις μεμβράνες του οποίου είναι συνδεδεμένα τα ριβοσώματα, αναφέρεται ως κοκκώδης(ή τραχύς) ενδοπλασματικό δίκτυο, η πρωτεϊνική σύνθεση γίνεται στις μεμβράνες του. Αυτά τα διαμερίσματα που δεν έχουν ριβοσώματα στα τοιχώματά τους ταξινομούνται ως λείος(ή κοκκώδης) ER, που συμμετέχει στη σύνθεση λιπιδίων. Οι εσωτερικοί χώροι του λείου και κοκκώδους ER δεν είναι απομονωμένοι, αλλά περνούν ο ένας μέσα στον άλλο και επικοινωνούν με τον αυλό του πυρηνικού περιβλήματος.

Συσκευή Golgi

Πυρήνας

Κυτοσκελετός

Centrioles

Μιτοχόνδρια

Σύγκριση προ- και ευκαρυωτικών κυττάρων

Πλέον σημαντική διαφοράΟι ευκαρυώτες διακρίνονταν από τους προκαρυωτικούς από την παρουσία σχηματισμένου πυρήνα και μεμβρανωδών οργανιδίων για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, μέχρι τη δεκαετία του 1970-1980. έγινε σαφές ότι αυτό ήταν μόνο συνέπεια βαθύτερων διαφορών στην οργάνωση του κυτταροσκελετού. Για κάποιο διάστημα πιστευόταν ότι ο κυτταροσκελετός είναι χαρακτηριστικός μόνο των ευκαρυωτών, αλλά στα μέσα της δεκαετίας του 1990. πρωτεΐνες ομόλογες με τις κύριες πρωτεΐνες του κυτταροσκελετού των ευκαρυωτικών έχουν επίσης ανακαλυφθεί σε βακτήρια.

Είναι η παρουσία ενός ειδικά δομημένου κυτταροσκελετού που επιτρέπει στους ευκαρυώτες να δημιουργήσουν ένα σύστημα κινητών οργανιδίων εσωτερικής μεμβράνης. Επιπλέον, ο κυτταροσκελετός επιτρέπει την εμφάνιση ενδο- και εξωκυττάρωση (υποτίθεται ότι χάρη στην ενδοκυττάρωση εμφανίστηκαν ενδοκυτταρικά συμβιώματα, συμπεριλαμβανομένων των μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων, στα ευκαρυωτικά κύτταρα). Μια άλλη σημαντική λειτουργία του ευκαρυωτικού κυτταροσκελετού είναι να διασφαλίζει τη διαίρεση του πυρήνα (μίτωση και μείωση) και του σώματος (κυτταροτομή) του ευκαρυωτικού κυττάρου (η διαίρεση των προκαρυωτικών κυττάρων οργανώνεται πιο απλά). Οι διαφορές στη δομή του κυτταροσκελετού εξηγούν επίσης άλλες διαφορές μεταξύ προ- και ευκαρυωτικών - για παράδειγμα, τη σταθερότητα και την απλότητα των μορφών των προκαρυωτικών κυττάρων και τη σημαντική ποικιλομορφία του σχήματος και την ικανότητα αλλαγής στα ευκαρυωτικά κύτταρα, καθώς και σχετικά μεγάλο μέγεθος του τελευταίου. Έτσι, τα μεγέθη των προκαρυωτικών κυττάρων κατά μέσο όρο είναι 0,5-5 μικρά, τα μεγέθη των ευκαρυωτικών κυττάρων κατά μέσο όρο από 10 έως 50 μικρά. Επιπλέον, μόνο μεταξύ των ευκαρυωτών υπάρχουν πραγματικά γιγαντιαία κύτταρα, όπως τα τεράστια αυγά καρχαριών ή στρουθοκαμήλων (σε ένα αυγό πουλιών, ολόκληρος ο κρόκος είναι ένα τεράστιο αυγό), νευρώνες μεγάλων θηλαστικών, οι διαδικασίες των οποίων ενισχύονται από τον κυτταροσκελετό , μπορεί να φτάσει τα δεκάδες εκατοστά σε μήκος.

Αναπλασία

Η καταστροφή της κυτταρικής δομής (για παράδειγμα, σε κακοήθεις όγκους) ονομάζεται αναπλασία.

Ιστορία της ανακάλυψης κυττάρων

Ο πρώτος άνθρωπος που είδε κύτταρα ήταν ο Άγγλος επιστήμονας Ρόμπερτ Χουκ (γνωστός σε εμάς χάρη στο νόμο του Χουκ). Το έτος, προσπαθώντας να καταλάβει γιατί το δέντρο του φελλού επιπλέει τόσο καλά, ο Χουκ άρχισε να εξετάζει λεπτά τμήματα φελλού χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο που είχε βελτιώσει. Ανακάλυψε ότι ο φελλός ήταν χωρισμένος σε πολλά μικροσκοπικά κελιά, που του θύμιζαν κελιά μοναστηριού και τα ονόμασε κελιά (στα αγγλικά cell σημαίνει «κελί, κελί, κελί»). Την ίδια χρονιά, ο Ολλανδός δάσκαλος Anton van Leeuwenhoek (-) χρησιμοποίησε ένα μικροσκόπιο για πρώτη φορά για να δει «ζώα» - κινούμενους ζωντανούς οργανισμούς - σε μια σταγόνα νερού. Έτσι, ήδη από αρχές XVIIIαιώνες, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι υπό υψηλή μεγέθυνση τα φυτά έχουν κυτταρική δομή και είδαν κάποιους οργανισμούς που αργότερα ονομάστηκαν μονοκύτταροι. Ωστόσο, η κυτταρική θεωρία της δομής των οργανισμών διαμορφώθηκε μόλις στα μέσα του 19ου αιώνα, αφού εμφανίστηκαν ισχυρότερα μικροσκόπια και αναπτύχθηκαν μέθοδοι στερέωσης και χρώσης κυττάρων. Ένας από τους ιδρυτές του ήταν ο Rudolf Virchow, αλλά οι ιδέες του περιείχαν μια σειρά από λάθη: για παράδειγμα, υπέθεσε ότι τα κύτταρα ήταν ασθενώς συνδεδεμένα μεταξύ τους και το καθένα υπήρχε «από μόνο του». Μόνο αργότερα κατέστη δυνατό να αποδειχθεί η ακεραιότητα του κυτταρικού συστήματος.

Τα κύτταρα είναι οι βασικές μονάδες από τις οποίες δομούνται όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί. Σε έναν σύγχρονο αναγνώστη που θεωρεί μια τέτοια δήλωση τετριμμένη, μπορεί να φανεί περίεργο το γεγονός ότι η αναγνώριση της καθολικότητας της κυτταρικής δομής όλων των ζωντανών όντων συνέβη μόλις πριν από 100 χρόνια.

Για πρώτη φορά κυτταρική θεωρίαΔιατυπώθηκε το 1839 από τον βοτανολόγο Matthias Jakob Schleiden και τον ζωολόγο Theodor Schwann. Αυτοί οι ερευνητές κατέληξαν σε αυτό ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον, ως αποτέλεσμα της μελέτης φυτικών και ζωικών ιστών. Αμέσως μετά, το 1859, ο Rudolf Virchow επιβεβαίωσε τον αποκλειστικό ρόλο του κυττάρου ως δοχείου «ζωντανής ύλης», δείχνοντας ότι όλα τα κύτταρα προέρχονται μόνο από προϋπάρχοντα κύτταρα: «Omnis cellula e cellula» (κάθε κύτταρο από ένα κύτταρο). Δεδομένου ότι τα κύτταρα είναι πολύ συγκεκριμένα αντικείμενα που είναι εύκολο να παρατηρηθούν, μετά από όλες αυτές τις ανακαλύψεις, η πειραματική μελέτη του κυττάρου αντικατέστησε τις θεωρητικές συζητήσεις για τη «ζωή» και τις αμφίβολες επιστημονική έρευνα, βασισμένο σε τέτοιες ασαφείς έννοιες όπως η έννοια του «πρωτόπλασμα».

Τα επόμενα εκατό χρόνια, οι επιστήμονες που μελέτησαν το κύτταρο προσέγγισαν αυτό το αντικείμενο από δύο εντελώς διαφορετικές θέσεις. Οι κυτταρολόγοι, χρησιμοποιώντας συνεχώς βελτιωτικά μικροσκόπια, συνέχισαν να αναπτύσσουν τη μικροσκοπική και υπομικροσκοπική ανατομία ενός ανέπαφου κυττάρου. Ξεκινώντας με την ιδέα ενός κυττάρου ως ένα κομμάτι ουσίας που μοιάζει με ζελέ στην οποία τίποτα δεν μπορούσε να διακριθεί,

εκτός από το ζελατινώδες κυτταρόπλασμα που το καλύπτει έξω από το κέλυφος και βρίσκεται στο κέντρο του πυρήνα, μπόρεσαν να δείξουν ότι το κύτταρο είναι μια σύνθετη δομή διαφοροποιημένη σε διάφορα οργανίδια, καθένα από τα οποία είναι προσαρμοσμένο να εκτελεί το ένα ή το άλλο ζωτική λειτουργία. Με τη βοήθεια ηλεκτρονικό μικροσκόπιοΟι κυτταρολόγοι άρχισαν να διακρίνουν τις επιμέρους δομές που εμπλέκονται στην εκτέλεση αυτών των λειτουργιών μοριακό επίπεδο. Χάρη σε αυτό, τον τελευταίο καιρό η έρευνα των κυτταρολόγων έχει συγχωνευθεί με το έργο των βιοχημικών, οι οποίοι ξεκίνησαν με την ανελέητη καταστροφή των ευαίσθητων δομών του κυττάρου. Μελετώντας τη χημική δραστηριότητα του υλικού που προέκυψε ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας καταστροφής, οι βιοχημικοί μπόρεσαν να αποκρυπτογραφήσουν μερικές από τις βιοχημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κύτταρο. διαδικασίες ζωής, συμπεριλαμβανομένων των διαδικασιών δημιουργίας της ίδιας της ουσίας του κυττάρου.

Είναι η τρέχουσα διασταύρωση αυτών των δύο τομέων της κυτταρικής έρευνας που κατέστησε αναγκαία την αφιέρωση ενός ολόκληρου τεύχους του Scientific American στο ζωντανό κύτταρο. Στις μέρες μας ο κυτταρολόγος προσπαθεί να εξηγήσει σε μοριακό επίπεδο τι βλέπει με τη βοήθεια των διαφόρων μικροσκοπίων του. έτσι ο κυτταρολόγος γίνεται «μοριακός βιολόγος». Ο βιοχημικός μετατρέπεται σε «βιοχημικό κυτταρολόγο» που μελετά εξίσουτόσο τη δομή όσο και τη βιοχημική δραστηριότητα του κυττάρου. Ο αναγνώστης θα μπορέσει να δει ότι οι μορφολογικές ή βιοχημικές μέθοδοι έρευνας από μόνες τους δεν μας δίνουν την ευκαιρία να διεισδύσουμε στα μυστικά της δομής και της λειτουργίας του κυττάρου. Για να επιτευχθεί επιτυχία, είναι απαραίτητο να συνδυαστούν και οι δύο μέθοδοι έρευνας. Ωστόσο, η κατανόηση των φαινομένων της ζωής που επιτεύχθηκε μέσω της μελέτης των κυττάρων επιβεβαίωσε πλήρως την άποψη των βιολόγων του 19ου αιώνα, οι οποίοι υποστήριξαν ότι ζωντανή ύληέχει κυτταρική δομή, όπως τα μόρια δομούνται από άτομα.

Συζήτηση λειτουργική ανατομίαζωντανό κύτταρο, ίσως, θα πρέπει να ξεκινήσουμε από το γεγονός ότι στη φύση δεν υπάρχει κάποιο συγκεκριμένο τυπικό κύτταρο. Γνωρίζουμε μια μεγάλη ποικιλία μονοκύτταρων οργανισμών και τα εγκεφαλικά κύτταρα ή τα μυϊκά κύτταρα διαφέρουν τόσο πολύ μεταξύ τους στη δομή τους όσο και στις λειτουργίες τους. Ωστόσο, παρ' όλη την ποικιλομορφία τους, είναι όλα κύτταρα - όλα έχουν μια κυτταρική μεμβράνη, ένα κυτταρόπλασμα που περιέχει διάφορα οργανίδια και στο κέντρο καθενός από αυτά υπάρχει ένας πυρήνας. Εκτός από μια συγκεκριμένη δομή, όλα τα κύτταρα έχουν μια σειρά από ενδιαφέροντα κοινά λειτουργικά χαρακτηριστικά. Πρώτα απ 'όλα, όλα τα κύτταρα είναι ικανά να χρησιμοποιούν και να μετατρέπουν ενέργεια, η οποία βασίζεται τελικά στη χρήση της ηλιακής ενέργειας από τα κύτταρα των πράσινων φυτών και στη μετατροπή της σε ενέργεια χημικών δεσμών. Διάφορα εξειδικευμένα κύτταρα είναι ικανά να μετατρέψουν την ενέργεια που περιέχεται στους χημικούς δεσμούς σε ηλεκτρική και μηχανική ενέργεια και ακόμη και πάλι σε ενέργεια ορατού φωτός. Η ικανότητα μετατροπής ενέργειας έχει πολύ σπουδαίοςγια όλα τα κύτταρα, αφού τους δίνει την ευκαιρία να διατηρήσουν τη σταθερότητα του εσωτερικού τους περιβάλλοντος και την ακεραιότητα της δομής τους.

Ένα ζωντανό κύτταρο είναι διαφορετικό από το περιβάλλον του άψυχη φύσηγιατί περιέχει πολύ μεγάλα και εξαιρετικά πολύπλοκα μόρια. Αυτά τα μόρια είναι τόσο μοναδικά που, έχοντας τα συναντήσει στον άψυχο κόσμο, μπορούμε πάντα να είμαστε σίγουροι ότι πρόκειται για υπολείμματα νεκρών κυττάρων. ΣΕ πρώιμες περιόδουςΚατά την ανάπτυξη της Γης, όταν εμφανίστηκε για πρώτη φορά ζωή σε αυτήν, προφανώς υπήρξε μια αυθόρμητη σύνθεση πολύπλοκων μακρομορίων από μικρότερα μόρια. Στις σύγχρονες συνθήκες, η ικανότητα σύνθεσης μεγάλων μορίων από απλούστερες ουσίες είναι μία από τις κύριες χαρακτηριστικά γνωρίσματαζωντανά κύτταρα.

Οι πρωτεΐνες είναι μεταξύ αυτών των μακρομορίων. Εκτός από το γεγονός ότι οι πρωτεΐνες αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της «στερεής» ύλης του κυττάρου, πολλές από αυτές (ένζυμα) έχουν καταλυτικές ιδιότητες. Αυτό σημαίνει ότι είναι ικανά να αυξήσουν σημαντικά τον ρυθμό των χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στο κύτταρο, ιδιαίτερα τον ρυθμό των αντιδράσεων που σχετίζονται με τη μετατροπή ενέργειας. Η σύνθεση πρωτεϊνών από απλούστερες μονάδες - αμινοξέα, από τα οποία υπάρχουν περισσότερα από 20, ρυθμίζεται από δεοξυριβονουκλεϊκά και ριβονουκλεϊκά οξέα (DNA και RNA). Το DNA και το RNA είναι ίσως τα πιο πολύπλοκα από όλα τα μακρομόρια ενός κυττάρου. Για τα τελευταία χρόνιακαι ακόμη και μήνες έχει διαπιστωθεί ότι το DNA που βρίσκεται στον πυρήνα του κυττάρου κατευθύνει τη σύνθεση του RNA, το οποίο περιέχεται τόσο στον πυρήνα όσο και στο κυτταρόπλασμα. Το RNA, με τη σειρά του, παρέχει μια συγκεκριμένη αλληλουχία αμινοξέων σε μόρια πρωτεΐνης. Ο ρόλος του DNA και του RNA μπορεί να συγκριθεί με τον ρόλο ενός αρχιτέκτονα και ενός πολιτικού μηχανικού, ως αποτέλεσμα των κοινών προσπαθειών των οποίων ένα όμορφο σπίτι μεγαλώνει από ένα σωρό τούβλα, πέτρες και κεραμίδια.

Σε ένα ή το άλλο στάδιο της ζωής, κάθε κύτταρο διαιρείται: το μητρικό κύτταρο αναπτύσσεται και δημιουργεί δύο θυγατρικά κύτταρα ως αποτέλεσμα πολύ ωραία διαδικασία, που περιγράφεται στο άρθρο του D. Maziy. Ακόμα στο κατώφλι του 20ου αιώνα. Οι βιολόγοι κατάλαβαν ότι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτής της διαδικασίας ήταν η ομοιόμορφη κατανομή μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων των ειδικών σωμάτων που περιέχονται στον πυρήνα του μητρικού κυττάρου. Αυτά τα σώματα ονομάστηκαν χρωμοσώματα, αφού αποδείχθηκε ότι ήταν βαμμένα με ορισμένες βαφές. Έχει προταθεί ότι τα χρωμοσώματα χρησιμεύουν ως φορείς της κληρονομικότητας. Χάρη στην ακρίβεια με την οποία γίνεται η αυτοαναπαραγωγή και κατανομή τους, μεταδίδουν στα θυγατρικά κύτταρα όλες τις ιδιότητες του μητρικού κυττάρου. Η σύγχρονη βιοχημεία έχει δείξει ότι τα χρωμοσώματα αποτελούνται κυρίως από DNA, και ένα από σημαντικά καθήκονταΗ μοριακή βιολογία είναι να ανακαλύψει πώς οι γενετικές πληροφορίες κωδικοποιούνται στη δομή αυτού του μακρομορίου.

Εκτός από την ικανότητα μετατροπής ενέργειας, βιοσύνθεσης και αναπαραγωγής μέσω αυτο-αναπαραγωγής και διαίρεσης, τα κύτταρα των υψηλά οργανωμένων ζώων και φυτών έχουν άλλα χαρακτηριστικά λόγω των οποίων προσαρμόζονται στη σύνθετη και συντονισμένη δραστηριότητα που είναι η ζωή ενός οργανισμού. Ανάπτυξη από ένα γονιμοποιημένο ωάριο, το οποίο είναι ένα μόνο κύτταρο, πολυκύτταρος οργανισμόςεμφανίζεται όχι μόνο ως αποτέλεσμα της κυτταρικής διαίρεσης, αλλά και ως αποτέλεσμα της διαφοροποίησης των θυγατρικών κυττάρων σε διάφορους εξειδικευμένους τύπους, από τους οποίους σχηματίζονται διαφορετικοί ιστοί. Σε πολλές περιπτώσεις, μετά από διαφοροποίηση και εξειδίκευση, τα κύτταρα σταματούν να διαιρούνται. υπάρχει ένα είδος ανταγωνισμού μεταξύ διαφοροποίησης και ανάπτυξης με κυτταρική διαίρεση.

Σε έναν ενήλικο οργανισμό, η ικανότητα αναπαραγωγής και διατήρησης του πληθυσμού ενός είδους σε ένα ορισμένο επίπεδο εξαρτάται από το ωάριο και το σπέρμα. Αυτά τα κύτταρα, που ονομάζονται γαμέτες, προκύπτουν, όπως όλα τα άλλα κύτταρα του σώματος, κατά τη διαδικασία του κατακερματισμού ενός γονιμοποιημένου ωαρίου και της επακόλουθης διαφοροποίησης. Ωστόσο, σε όλα εκείνα τα μέρη του σώματος των ενηλίκων όπου εμφανίζεται συνεχώς φθορά των κυττάρων (στο δέρμα, τα έντερα κ.λπ.) μυελός των οστώνόπου παράγονται διαμορφωμένα στοιχείααίμα), η κυτταρική διαίρεση παραμένει ένα πολύ κοινό γεγονός.

Για εμβρυϊκή ανάπτυξηΤα διαφοροποιητικά κύτταρα του ίδιου τύπου παρουσιάζουν την ικανότητα να αναγνωρίζουν το ένα το άλλο. Κύτταρα που ανήκουν στον ίδιο τύπο και παρόμοια μεταξύ τους συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν ιστό που είναι απρόσιτος σε κύτταρα όλων των άλλων τύπων. Σε αυτή την αμοιβαία έλξη και απώθηση των κυττάρων, ο κύριος ρόλος προφανώς ανήκει στην κυτταρική μεμβράνη. Αυτή η μεμβράνη είναι, επιπλέον, ένα από τα κύρια κυτταρικά συστατικά με τα οποία συνδέεται η λειτουργία των μυϊκών κυττάρων (παρέχοντας στο σώμα την ικανότητα να κινείται), νευρικά κύτταρα(δημιουργώντας συνδέσεις απαραίτητες για τη συντονισμένη δραστηριότητα του σώματος) και αισθητηριακά κύτταρα (αντίληψη ερεθισμών από έξω και από μέσα).

Αν και στη φύση δεν υπάρχει κύτταρο που θα μπορούσε; θεωρούμε τυπικό, πιστεύουμε ότι θα ήταν χρήσιμο να δημιουργηθεί κάποιου είδους μοντέλο του, ένα λεγόμενο «συλλογικό» κύτταρο, το οποίο θα συνδύαζε μορφολογικά χαρακτηριστικά που εκφράζονται στον ένα ή τον άλλο βαθμό σε όλα τα κύτταρα.

Ακόμη και σε μια κυτταρική μεμβράνη με πάχος περίπου 100 angstrom (1 angstrom ισούται με ένα δέκα εκατομμυριοστό του χιλιοστού), η οποία σε ένα συμβατικό μικροσκόπιο μοιάζει απλώς με μια οριακή γραμμή, η ηλεκτρονική μικροσκοπική εξέταση αποκαλύπτει μια συγκεκριμένη δομή. Είναι αλήθεια ότι δεν γνωρίζουμε ακόμα σχεδόν τίποτα για αυτή τη δομή, αλλά την ίδια την παρουσία του κυτταρική μεμβράνη πολύπλοκη δομήσυμφωνεί καλά με όλα όσα γνωρίζουμε για τις λειτουργικές του ιδιότητες. Για παράδειγμα, οι μεμβράνες των ερυθρών αιμοσφαιρίων και των νευρικών κυττάρων είναι σε θέση να διακρίνουν τα ιόντα νατρίου από τα ιόντα καλίου, αν και αυτά τα ιόντα έχουν παρόμοια μεγέθη και τα ίδια ηλεκτρικό φορτίο. Η μεμβράνη αυτών των κυττάρων βοηθά τα ιόντα καλίου να διεισδύσουν στο κύτταρο, αλλά «αντίσταται» στα ιόντα νατρίου και αυτό δεν εξαρτάται μόνο από τη διαπερατότητα. Με άλλα λόγια, η μεμβράνη έχει την ικανότητα να «μεταφέρει ενεργά ιόντα». Επιπλέον, η κυτταρική μεμβράνη έλκει μηχανικά μεγάλα μόρια και μακροσκοπικά σωματίδια μέσα στο κύτταρο. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κατέστησε επίσης δυνατή τη διείσδυση στη λεπτή δομή των οργανιδίων που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα, τα οποία σε ένα συμβατικό μικροσκόπιο μοιάζουν με κόκκους. Τα πιο σημαντικά οργανίδια είναι οι χλωροπλάστες των πράσινων φυτικών κυττάρων και τα μιτοχόνδρια, που βρίσκονται τόσο στα ζωικά όσο και στα φυτικά κύτταρα. Αυτά τα οργανίδια είναι οι «ηλεκτρικές εστίες» όλης της ζωής στη Γη. Η λεπτή δομή τους είναι προσαρμοσμένη σε μια συγκεκριμένη λειτουργία: στους χλωροπλάστες - να δεσμεύουν την ενέργεια του ηλιακού φωτός κατά τη φωτοσύνθεση και στα μιτοχόνδρια - να εξάγουν ενέργεια (ενσωματωμένη στους χημικούς δεσμούς των θρεπτικών ουσιών που εισέρχονται στο κύτταρο) στη διαδικασία οξείδωσης και αναπνοής. Αυτοί οι «σταθμοί παραγωγής ενέργειας» παρέχουν την απαραίτητη ενέργεια για διάφορες διεργασίες που συμβαίνουν στο κύτταρο, ας πούμε έτσι, σε «βολική συσκευασία» - με τη μορφή της ενέργειας των φωσφορικών δεσμών ενός χημική ένωση, τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).

Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο καθιστά δυνατή τη σαφή διάκριση των μιτοχονδρίων με τη σύνθετη λεπτή δομή τους από άλλα σώματα περίπου ίδιου μεγέθους - από τα λυσοσώματα. Όπως έδειξε ο de Duve, τα λυσοσώματα περιέχουν πεπτικά ένζυμα που διασπούν μεγάλα μόρια, όπως λίπη, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα, σε μικρότερα συστατικά που μπορούν να οξειδωθούν από τα μιτοχονδριακά ένζυμα. Η μεμβράνη του λυσοσώματος απομονώνει τα πεπτικά ένζυμα που περιέχονται σε αυτά τα σώματα από το υπόλοιπο κυτταρόπλασμα. Η ρήξη της μεμβράνης και η απελευθέρωση των ενζύμων που περιέχονται στα λυσοσώματα οδηγεί γρήγορα σε κυτταρική λύση (διάλυση).

Το κυτταρόπλασμα περιέχει πολλά άλλα εγκλείσματα που είναι λιγότερο διαδεδομένα στα κύτταρα διάφορα είδη. Μεταξύ αυτών, τα κεντροσώματα και τα κινετοσώματα παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Τα κεντροσώματα μπορούν να φανούν με κανονικό μικροσκόπιο μόνο τη στιγμή της κυτταρικής διαίρεσης. παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο, σχηματίζοντας τους πόλους της ατράκτου - της συσκευής που έλκει τα χρωμοσώματα μεταξύ δύο θυγατρικών κυττάρων. Όσο για τα κινετοσώματα, μπορούν να βρεθούν μόνο σε εκείνα τα κύτταρα που κινούνται με τη βοήθεια ειδικών βλεφαρίδων ή μαστιγίων. Στη βάση κάθε βλεφαρίδας ή μαστιγίου βρίσκεται ένα κινετόσωμα. Τόσο τα κεντροσώματα όσο και τα κινετοσώματα είναι ικανά για αυτοαναπαραγωγή: κάθε ζεύγος κεντροσωμάτων κατά την κυτταρική διαίρεση δημιουργεί ένα άλλο ζεύγος αυτών των σωμάτων. Κάθε φορά που εμφανίζεται ένα νέο βλεφαρίδα στην επιφάνεια του κυττάρου, λαμβάνει ένα κινετόσωμα, που προκύπτει από τον αυτοδιπλασιασμό ενός από τα υπάρχοντα κινετοσώματα. Στο παρελθόν, ορισμένοι κυτταρολόγοι είχαν εκφράσει την άποψη ότι η δομή αυτών των δύο οργανιδίων είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοια, παρά το γεγονός ότι οι λειτουργίες τους είναι εντελώς διαφορετικές. Ηλεκτρονικές μικροσκοπικές μελέτες επιβεβαίωσαν αυτή την υπόθεση. Κάθε οργανίδιο αποτελείται από 11 ίνες. δύο από αυτά βρίσκονται στο κέντρο και τα υπόλοιπα εννέα βρίσκονται στην περιφέρεια. Έτσι ακριβώς είναι διατεταγμένα όλες οι βλεφαρίδες και όλα τα μαστίγια. Ο ακριβής σκοπός αυτής της δομής είναι άγνωστος, αλλά αναμφίβολα συνδέεται με τη συσταλτικότητα των βλεφαρίδων και των μαστιγίων. Είναι πιθανό ότι η ίδια αρχή του "μονομοριακού μυός" βασίζεται στη δράση του κινετοσώματος και του κεντροσώματος, τα οποία έχουν εντελώς διαφορετικές λειτουργίες.

Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κατέστησε δυνατή την επιβεβαίωση μιας άλλης υπόθεσης των κυτταρολόγων των περασμένων ετών, δηλαδή την υπόθεση της ύπαρξης ενός «κυτταροσκελετού» - μιας αόρατης δομής του κυτταροπλάσματος. Στα περισσότερα κύτταρα, ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μπορεί να αποκαλύψει ένα πολύπλοκο σύστημα εσωτερικών μεμβρανών που είναι αόρατο όταν παρατηρείται με ένα συμβατικό μικροσκόπιο. Ορισμένες από αυτές τις μεμβράνες έχουν λεία επιφάνεια, ενώ άλλες έχουν μια από τις επιφάνειες τραχιά λόγω των μικροσκοπικών κόκκων που την καλύπτουν. ΣΕ διαφορετικά κύτταρααυτά τα συστήματα μεμβρανών αναπτύσσονται σε ποικίλους βαθμούς; στην αμοιβάδα είναι πολύ απλά και σε εξειδικευμένα κύτταρα στα οποία λαμβάνει χώρα εντατική πρωτεϊνική σύνθεση (για παράδειγμα, στα κύτταρα του ήπατος ή του παγκρέατος), είναι πολύ διακλαδισμένα και διακρίνονται από σημαντική κοκκοποίηση.

Οι ειδικοί στην ηλεκτρονική μικροσκοπία αξιολογούν όλες αυτές τις παρατηρήσεις διαφορετικά. Η πιο ευρέως αποδεκτή άποψη είναι αυτή του K. Porter, ο οποίος πρότεινε το όνομα «ενδοπλασματικό δίκτυο» για αυτό το σύστημα μεμβράνης. κατά τη γνώμη του, η κίνηση συμβαίνει μέσω του δικτύου των σωληναρίων που σχηματίζονται από τις μεμβράνες διάφορες ουσίεςαπό την εξωτερική κυτταρική μεμβράνη στην πυρηνική μεμβράνη. Μερικοί ερευνητές θεωρούν ότι η εσωτερική μεμβράνη είναι συνέχεια της εξωτερικής μεμβράνης. Σύμφωνα με αυτούς τους συγγραφείς, χάρη στις βαθιές κοιλότητες στην εσωτερική μεμβράνη, η επιφάνεια επαφής του κυττάρου με το υγρό που το πλένει αυξάνεται πολύ. Εάν ο ρόλος της μεμβράνης είναι πραγματικά τόσο σημαντικός, τότε θα περιμέναμε ότι το κύτταρο έχει έναν μηχανισμό που του επιτρέπει να δημιουργεί συνεχώς μια νέα μεμβράνη. Ο J. Palad πρότεινε ότι ένας τέτοιος μηχανισμός είναι η μυστηριώδης συσκευή Golgi, που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Ιταλό κυτταρολόγο C. Golgi στα τέλη του περασμένου αιώνα. Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο κατέστησε δυνατό να διαπιστωθεί ότι η συσκευή Golgi αποτελείται από μια λεία μεμβράνη, η οποία συχνά χρησιμεύει ως συνέχεια του ενδοπλασματικού δικτύου.

Η φύση των κόκκων που καλύπτουν την «εσωτερική» επιφάνεια της μεμβράνης είναι πέρα ​​από κάθε αμφιβολία. Αυτοί οι κόκκοι εκφράζονται ιδιαίτερα καλά σε κύτταρα που συνθέτουν μεγάλες ποσότητες πρωτεΐνης. Όπως έδειξαν ο T. Kaspersson και ο συγγραφέας αυτού του άρθρου πριν από περίπου 20 χρόνια, τέτοια κύτταρα είναι διαφορετικά υψηλή περιεκτικότητα RNA. Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι αυτοί οι κόκκοι είναι εξαιρετικά πλούσιοι σε RNA και, κατά συνέπεια, είναι πολύ ενεργοί στη σύνθεση πρωτεϊνών. Ως εκ τούτου, ονομάζονται ριβοσώματα.

Το εσωτερικό όριο του κυτταροπλάσματος σχηματίζεται από τη μεμβράνη που περιβάλλει τον πυρήνα του κυττάρου. Υπάρχουν ακόμη πολλές διαφωνίες σχετικά με τη δομή αυτής της μεμβράνης, την οποία παρατηρούμε σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Στην εμφάνιση είναι ένα διπλό φιλμ, στο εξωτερικό στρώμα του οποίου υπάρχουν δακτύλιοι ή τρύπες που ανοίγουν προς το κυτταρόπλασμα. Μερικοί ερευνητές θεωρούν ότι αυτοί οι δακτύλιοι είναι πόροι μέσω των οποίων μεγάλα μόρια περνούν από το κυτταρόπλασμα στον πυρήνα ή από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα. Δεδομένου ότι το εξωτερικό στρώμα της μεμβράνης είναι συχνά σε στενή επαφή με το ενδοπλασματικό δίκτυο, έχει επίσης προταθεί ότι το πυρηνικό περίβλημα εμπλέκεται στο σχηματισμό των μεμβρανών αυτού του δικτύου. Είναι επίσης πιθανό τα υγρά που ρέουν μέσα από τα σωληνάρια του ενδοπλασματικού δικτύου να συσσωρεύονται στο χώρο μεταξύ των δύο στρωμάτων του πυρηνικού περιβλήματος.

Ο πυρήνας περιέχει τις πιο σημαντικές δομές του κυττάρου - νήματα χρωματίνης, τα οποία περιέχουν όλο το DNA που περιέχεται στο κύτταρο. Όταν ένα κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία (δηλαδή κατά την περίοδο ανάπτυξης μεταξύ δύο διαιρέσεων), η χρωματίνη διασκορπίζεται σε όλο τον πυρήνα. Χάρη σε αυτό, το DNA αποκτά τη μέγιστη επιφάνεια επαφής με άλλες ουσίες του πυρήνα, οι οποίες πιθανότατα χρησιμεύουν ως υλικό για την κατασκευή μορίων RNA και για αυτοαναπαραγωγή. Καθώς ένα κύτταρο προετοιμάζεται για διαίρεση, η χρωματίνη συναρμολογείται και συμπιέζεται για να σχηματίσει χρωμοσώματα, μετά τα οποία κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των δύο θυγατρικών κυττάρων.

Οι πυρήνες δεν είναι τόσο άπιαστοι όσο η χρωματίνη. Αυτά τα σφαιρικά σώματα είναι καθαρά ορατά στον πυρήνα όταν παρατηρούνται κάτω από ένα συμβατικό μικροσκόπιο. Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μας επιτρέπει να δούμε ότι ο πυρήνας είναι γεμάτος με μικρούς κόκκους, παρόμοιους με τα ριβοσώματα του κυτταροπλάσματος. Οι πυρήνες είναι πλούσιοι σε RNA και φαίνεται να είναι ενεργά κέντρα για τη σύνθεση πρωτεϊνών και RNA. Για να ολοκληρώσουμε την περιγραφή της λειτουργικής ανατομίας του κυττάρου, σημειώνουμε ότι η χρωματίνη και οι πυρήνες επιπλέουν σε μια άμορφη ουσία που μοιάζει με πρωτεΐνη - τον πυρηνικό χυμό.

Η δημιουργία μιας σύγχρονης εικόνας της δομής του κυττάρου απαιτούσε την ανάπτυξη εξελιγμένου εξοπλισμού και πιο προηγμένων μεθόδων έρευνας. Το συνηθισμένο μικροσκόπιο φωτός εξακολουθεί να είναι ένα σημαντικό εργαλείο σήμερα. Ωστόσο, για έρευνα εσωτερική δομήΤα κύτταρα που χρησιμοποιούν αυτό το μικροσκόπιο συνήθως πρέπει να σκοτώσουν το κύτταρο και να το χρωματίσουν με διάφορες βαφές που αποκαλύπτουν επιλεκτικά τις κύριες δομές του. Για να δείτε αυτές τις δομές σε ενεργή κατάσταση σε ένα ζωντανό κύτταρο, έχουν αναπτυχθεί διάφορα μικροσκόπια, συμπεριλαμβανομένης της αντίθεσης φάσης, της παρεμβολής, της πόλωσης και του φθορισμού. όλα αυτά τα μικροσκόπια βασίζονται στη χρήση φωτός. ΣΕ πρόσφαταΤο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο γίνεται το κύριο ερευνητικό εργαλείο για τους κυτταρολόγους. Η χρήση ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου «είναι περίπλοκη, ωστόσο, από την ανάγκη έκθεσης των υπό μελέτη αντικειμένων σύνθετες διαδικασίεςεπεξεργασία και καταγραφή, η οποία συνεπάγεται αναπόφευκτα παραβίαση των αρχικών έργων ζωγραφικής που συνδέονται με διάφορες παραμορφώσεις και τεχνουργήματα. Ωστόσο, σημειώνουμε πρόοδο και πλησιάζουμε στην εξέταση ενός ζωντανού κυττάρου σε υψηλή μεγέθυνση.

Η ιστορία της ανάπτυξης του τεχνικού εξοπλισμού στη βιοχημεία δεν είναι λιγότερο αξιοσημείωτη. Η δημιουργία φυγόκεντρων με συνεχώς αυξανόμενες ταχύτητες περιστροφής καθιστά δυνατή τη διαίρεση του περιεχομένου της κυψέλης σε όλο και μεγαλύτερες και μεγαλύτερο αριθμόχωριστές παρατάξεις. Αυτά τα κλάσματα διαχωρίζονται περαιτέρω και υποδιαιρούνται χρησιμοποιώντας χρωματογραφία και ηλεκτροφόρηση. Κλασικές μέθοδοιΗ ανάλυση μπόρεσε τώρα να προσαρμοστεί για να μελετήσει ποσότητες και όγκους 1000 φορές μικρότερους από αυτούς που θα μπορούσαν να προσδιοριστούν προηγουμένως. Οι επιστήμονες έχουν αποκτήσει την ικανότητα να μετρούν τον ρυθμό αναπνοής πολλών αμοιβάδων ή πολλών αυγών αχινόςή να καθορίσουν την περιεκτικότητα σε ένζυμα σε αυτά. Τέλος, η αυτοραδιογραφία, μια μέθοδος που χρησιμοποιεί ραδιενεργούς ιχνηθέτες, επιτρέπει σε κάποιον να παρατηρήσει σε υποκυτταρικό επίπεδο τις δυναμικές διεργασίες που συμβαίνουν σε ένα άθικτο ζωντανό κύτταρο.

Όλα τα άλλα άρθρα αυτής της συλλογής είναι αφιερωμένα στις επιτυχίες που επιτεύχθηκαν μέσω της συγχώνευσης αυτών των δύο πιο σημαντικών κατευθύνσεων στην κυτταρική έρευνα και στις περαιτέρω προοπτικές που ανοίγονται για τη βιολογία. Συμπερασματικά, θα μου φαινόταν χρήσιμο να δείξω πώς χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός κυτταρολογικών και βιοχημικών προσεγγίσεων για την επίλυση ενός προβλήματος - του προβλήματος του ρόλου του πυρήνα στη ζωή του κυττάρου. Η αφαίρεση του πυρήνα από έναν μονοκύτταρο οργανισμό δεν συνεπάγεται τον άμεσο θάνατο του κυτταροπλάσματος. Εάν χωρίσετε την αμοιβάδα σε δύο μισά, αφήνοντας τον πυρήνα σε ένα από αυτά, και υποβάλετε και τα δύο μισά σε λιμοκτονία, τότε και οι δύο θα ζήσουν για περίπου δύο εβδομάδες. Σε ένα μονοκύτταρο πρωτόζωο, η παντόφλα, το χτύπημα των βλεφαρίδων μπορεί να παρατηρηθεί για αρκετές ημέρες μετά την αφαίρεση του πυρήνα. Τα απαλλαγμένα από πυρήνες θραύσματα του γιγαντιαίου μονοκύτταρου φυκιού κοτύλη ζουν για αρκετούς μήνες και είναι ακόμη και ικανά για αρκετά αισθητή αναγέννηση. Έτσι, πολλές από τις βασικές διαδικασίες ζωής ενός κυττάρου, συμπεριλαμβανομένων (στην περίπτωση της κοτύλης) των διαδικασιών ανάπτυξης και διαφοροποίησης, μπορούν να συμβούν με πλήρης απουσίαγονίδια και DNA. Τα ελεύθερα πυρήνων θραύσματα της κοτύλης είναι ικανά, για παράδειγμα, να συνθέτουν πρωτεΐνες και ακόμη και συγκεκριμένα ένζυμα, αν και είναι γνωστό ότι η πρωτεϊνοσύνθεση ρυθμίζεται από γονίδια. Ωστόσο, η ικανότητα αυτών των θραυσμάτων να συνθέτουν σταδιακά εξασθενεί. Με βάση αυτά τα δεδομένα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι στον πυρήνα, υπό την επίδραση του DNA, σχηματίζεται κάποια ουσία, η οποία απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα, όπου σταδιακά χρησιμοποιείται. Από τέτοια πειράματα, που πραγματοποιούνται με την ταυτόχρονη χρήση κυτταρολογικών και βιοχημικών μεθόδων, προκύπτουν μια σειρά από σημαντικά συμπεράσματα.

Πρώτον, ο πυρήνας πρέπει να θεωρείται το κύριο κέντρο για τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων (τόσο του DNA όσο και του RNA). Δεύτερον, το πυρηνικό RNA (ή μέρος του) εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα, όπου παίζει το ρόλο ενός ενδιάμεσου, μεταδίδοντας γενετικές πληροφορίες από το DNA στο κυτταρόπλασμα. Τέλος, πειράματα δείχνουν ότι το κυτταρόπλασμα, και συγκεκριμένα τα ριβοσώματα, χρησιμεύει ως η κύρια αρένα για τη σύνθεση συγκεκριμένων πρωτεϊνών όπως τα ένζυμα. Θα πρέπει να προστεθεί ότι η πιθανότητα ανεξάρτητης σύνθεσης RNA στο κυτταρόπλασμα δεν μπορεί να θεωρηθεί αποκλεισμένη και ότι αυτή η σύνθεση μπορεί να ανιχνευθεί σε θραύσματα κοτύλης απαλλαγμένα από πυρήνα υπό κατάλληλες συνθήκες.

Αυτή η σύντομη περιγραφή των σημερινών δεδομένων δείχνει ξεκάθαρα ότι το κύτταρο δεν είναι μόνο μια μορφολογική αλλά και μια φυσιολογική μονάδα.

Το πολυτιμότερο πράγμα που έχει ένας άνθρωπος είναι το δικό του την ίδια τη ζωήκαι τις ζωές των αγαπημένων του προσώπων. Το πιο πολύτιμο πράγμα στη Γη είναι η ζωή γενικά. Και στη βάση της ζωής, στη βάση όλων των ζωντανών οργανισμών, βρίσκονται τα κύτταρα. Μπορούμε να πούμε ότι η ζωή στη Γη έχει κυτταρική δομή. Γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να γνωρίζουμεπώς είναι δομημένα τα κύτταρα. Η δομή των κυττάρων μελετάται από την κυτταρολογία - την επιστήμη των κυττάρων. Αλλά η ιδέα των κυττάρων είναι απαραίτητη για όλους τους βιολογικούς κλάδους.

Τι είναι ένα κύτταρο;

Ορισμός της έννοιας

Κύτταρο είναι μια δομική, λειτουργική και γενετική μονάδα όλων των ζωντανών όντων, που περιέχει κληρονομικές πληροφορίες, που αποτελείται από μεμβράνη, κυτταρόπλασμα και οργανίδια, ικανά για συντήρηση, ανταλλαγή, αναπαραγωγή και ανάπτυξη. © Sazonov V.F., 2015. © kineziolog.bodhy.ru, 2015..

Αυτός ο ορισμός ενός κελιού, αν και σύντομος, είναι αρκετά πλήρης. Αντανακλά 3 πλευρές της καθολικότητας του κυττάρου: 1) δομική, δηλ. ως δομική μονάδα, 2) λειτουργική, δηλ. ως μονάδα δραστηριότητας, 3) γενετική, δηλ. ως μονάδα κληρονομικότητας και γενεαλογικής αλλαγής. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό ενός κυττάρου είναι η παρουσία κληρονομικών πληροφοριών σε αυτό με τη μορφή νουκλεϊκού οξέος - DNA. Ο ορισμός αντικατοπτρίζει επίσης το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της κυτταρικής δομής: την παρουσία μιας εξωτερικής μεμβράνης (πλασμολήμμα), που διαχωρίζει το κύτταρο και το περιβάλλον του. ΚΑΙ,τέλος, 4 πιο σημαντικά σημάδια ζωής: 1) διατήρηση της ομοιόστασης, δηλ. σταθερότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος σε συνθήκες συνεχούς ανανέωσής του, 2) ανταλλαγή με το εξωτερικό περιβάλλον ύλης, ενέργειας και πληροφοριών, 3) η ικανότητα αναπαραγωγής, δηλ. στην αυτοαναπαραγωγή, αναπαραγωγή, 4) ικανότητα ανάπτυξης, δηλ. στην ανάπτυξη, τη διαφοροποίηση και τη μορφογένεση.

Ένας συντομότερος αλλά ελλιπής ορισμός: Κύτταρο είναι η στοιχειώδης (μικρότερη και πιο απλή) μονάδα της ζωής.

Ένας πληρέστερος ορισμός ενός κελιού:

Κύτταρο είναι ένα διατεταγμένο, δομημένο σύστημα βιοπολυμερών που οριοθετείται από μια ενεργή μεμβράνη, σχηματίζοντας το κυτταρόπλασμα, τον πυρήνα και τα οργανίδια. Αυτό το σύστημα βιοπολυμερούς συμμετέχει σε ένα ενιαίο σύνολο μεταβολικών, ενεργειακών και πληροφοριών διεργασιών που διατηρούν και αναπαράγουν ολόκληρο το σύστημα ως σύνολο.

Υφασμα είναι μια συλλογή κυττάρων παρόμοιας δομής, λειτουργίας και προέλευσης, που εκτελούν από κοινού κοινές λειτουργίες. Στον άνθρωπο, στις τέσσερις κύριες ομάδες ιστών (επιθηλιακό, συνδετικό, μυϊκό και νευρικό), υπάρχουν περίπου 200 διάφορα είδηεξειδικευμένα κύτταρα [Faler D.M., Shields D. Molecular biology of κύτταρα: Ένας οδηγός για τους γιατρούς. / Περ. από τα αγγλικά - Μ.: BINOM-Press, 2004. - 272 σελ.].

Οι ιστοί, με τη σειρά τους, σχηματίζουν όργανα και τα όργανα σχηματίζουν συστήματα οργάνων.

Ένας ζωντανός οργανισμός ξεκινά από ένα κύτταρο. Δεν υπάρχει ζωή έξω από το κύτταρο, μόνο η προσωρινή ύπαρξη μορίων ζωής είναι δυνατή, για παράδειγμα, με τη μορφή ιών. Αλλά για ενεργό ύπαρξη και αναπαραγωγή, ακόμη και οι ιοί χρειάζονται κύτταρα, ακόμη και ξένα.

Κυτταρική δομή

Το παρακάτω σχήμα δείχνει τα δομικά διαγράμματα 6 βιολογικών αντικειμένων. Αναλύστε ποια από αυτά μπορούν να θεωρηθούν κελιά και ποια όχι, σύμφωνα με δύο επιλογές για τον ορισμό της έννοιας «κελί». Παρουσιάστε την απάντησή σας με τη μορφή πίνακα:

Δομή κυττάρων κάτω από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο

Μεμβράνη

Η πιο σημαντική καθολική δομή του κυττάρου είναι κυτταρική μεμβράνη (συνώνυμο: plasmalemma), που καλύπτει το κελί με τη μορφή λεπτής μεμβράνης. Η μεμβράνη ρυθμίζει τη σχέση μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος του, δηλαδή: 1) διαχωρίζει εν μέρει τα περιεχόμενα του κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον, 2) συνδέει τα περιεχόμενα του κυττάρου με το εξωτερικό περιβάλλον.

Πυρήνας

Η δεύτερη πιο σημαντική και καθολική κυτταρική δομή είναι ο πυρήνας. Δεν υπάρχει σε όλα τα κύτταρα, σε αντίθεση με την κυτταρική μεμβράνη, γι' αυτό και τη βάζουμε σε δεύτερη μοίρα. Ο πυρήνας περιέχει χρωμοσώματα που περιέχουν διπλούς κλώνους DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ). Τα τμήματα του DNA είναι πρότυπα για την κατασκευή του αγγελιαφόρου RNA, τα οποία με τη σειρά τους χρησιμεύουν ως πρότυπα για την κατασκευή όλων των κυτταρικών πρωτεϊνών στο κυτταρόπλασμα. Έτσι, ο πυρήνας περιέχει, σαν να λέγαμε, «σχεδιαγράμματα» για τη δομή όλων των πρωτεϊνών του κυττάρου.

Κυτόπλασμα

Είναι ημι-υγρό εσωτερικό περιβάλλονκύτταρα χωρισμένα σε διαμερίσματα με ενδοκυτταρικές μεμβράνες. Συνήθως έχει κυτταροσκελετό για να διατηρεί ένα συγκεκριμένο σχήμα και βρίσκεται σε συνεχή κίνηση. Το κυτταρόπλασμα περιέχει οργανίδια και εγκλείσματα.

Στην τρίτη θέση μπορούμε να βάλουμε όλες τις άλλες κυτταρικές δομές που μπορούν να έχουν τη δική τους μεμβράνη και ονομάζονται οργανίδια.

Τα οργανίδια είναι μόνιμες, αναγκαστικά παρούσες κυτταρικές δομές που εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες και έχουν συγκεκριμένη δομή. Με βάση τη δομή τους, τα οργανίδια μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: τα οργανίδια της μεμβράνης, τα οποία περιλαμβάνουν απαραίτητα μεμβράνες και τα οργανίδια μη μεμβράνης. Με τη σειρά τους, τα οργανίδια της μεμβράνης μπορεί να είναι μονομεμβρανικά - εάν σχηματίζονται από μια μεμβράνη και διπλή μεμβράνη - εάν το κέλυφος των οργανιδίων είναι διπλό και αποτελείται από δύο μεμβράνες.

εγκλείσματα

Τα εγκλείσματα είναι μη μόνιμες δομές του κυττάρου που εμφανίζονται σε αυτό και εξαφανίζονται κατά τη διαδικασία του μεταβολισμού. Υπάρχουν 4 τύποι εγκλεισμάτων: τροφικά (με παροχή θρεπτικών συστατικών), εκκριτικά (που περιέχουν εκκρίσεις), απεκκριτικά (που περιέχουν ουσίες «προς απελευθέρωση») και χρωστικές (που περιέχουν χρωστικές - χρωστικές ουσίες).

Κυτταρικές δομές, συμπεριλαμβανομένων των οργανιδίων ( )

εγκλείσματα . Δεν ταξινομούνται ως οργανίδια. Τα εγκλείσματα είναι μη μόνιμες δομές του κυττάρου που εμφανίζονται σε αυτό και εξαφανίζονται κατά τη διαδικασία του μεταβολισμού. Υπάρχουν 4 τύποι εγκλεισμάτων: τροφικά (με παροχή θρεπτικών συστατικών), εκκριτικά (που περιέχουν εκκρίσεις), απεκκριτικά (που περιέχουν ουσίες «προς απελευθέρωση») και χρωστικές (που περιέχουν χρωστικές - χρωστικές ουσίες).

1. (πλασμόλεμμα).
2. Πυρήνας με πυρήνα .
3. Ενδοπλασματικό δίκτυο : τραχύ (κοκκώδες) και λείο (κοκκώδες).
4. Συγκρότημα Golgi (συσκευή) .
5. Μιτοχόνδρια .
6. Ριβοσώματα .
7. Λυσοσώματα . Τα λυσοσώματα (από το γρ. λύση - «αποσύνθεση, διάλυση, διάσπαση» και σώμα - «σώμα») είναι κυστίδια με διάμετρο 200-400 μικρά.
8. Υπεροξισώματα . Τα υπεροξισώματα είναι μικροσώματα (κυστίδια) διαμέτρου 0,1-1,5 μm, που περιβάλλονται από μια μεμβράνη.
9. Πρωτεασώματα . Τα πρωτεασώματα είναι ειδικά οργανίδια για τη διάσπαση των πρωτεϊνών.
10. Φαγοσώματα .
11. Μικρονημάτια . Κάθε μικρονήμα είναι μια διπλή έλικα σφαιρικών μορίων πρωτεΐνης ακτίνης. Επομένως, η περιεκτικότητα σε ακτίνη ακόμη και σε μη μυϊκά κύτταρα φτάνει το 10% όλων των πρωτεϊνών.
12. Ενδιάμεσα νημάτια . Αποτελούν συστατικό του κυτταροσκελετού. Είναι παχύτερα από τα μικρονημάτια και έχουν ειδική φύση του ιστού:
13. Μικροσωληνίσκοι . Οι μικροσωληνίσκοι σχηματίζουν ένα πυκνό δίκτυο στο κύτταρο. Το τοίχωμα του μικροσωληνίσκου αποτελείται από ένα μόνο στρώμα σφαιρικών υπομονάδων της πρωτεϊνικής τουμπουλίνης. Μια διατομή δείχνει 13 από αυτές τις υπομονάδες να σχηματίζουν έναν δακτύλιο.
14. Κέντρο κυττάρων .
15. Πλασίδια .
16. κενοτόπια . Τα κενοτόπια είναι οργανίδια μιας μεμβράνης. Είναι μεμβρανικά «δοχεία», φυσαλίδες γεμάτες με υδατικά διαλύματα οργανικών και ανόργανων ουσιών.
17. Μαστίγια και μαστίγια (ειδικά οργανίδια) . Αποτελούνται από 2 μέρη: ένα βασικό σώμα που βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα και μια αξόνημα - μια ανάπτυξη πάνω από την επιφάνεια του κυττάρου, η οποία καλύπτεται εξωτερικά με μια μεμβράνη. Παρέχετε κίνηση των κυττάρων ή κίνηση του περιβάλλοντος πάνω από το κελί.

Το κύτταρο είναι η βασική δομική και λειτουργική μονάδα όλων των ζωντανών οργανισμών, εκτός από τους ιούς. Έχει μια συγκεκριμένη δομή, συμπεριλαμβανομένων πολλών στοιχείων που εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες.

Ποια επιστήμη μελετά το κύτταρο;

Όλοι γνωρίζουν ότι η επιστήμη των ζωντανών οργανισμών είναι η βιολογία. Η δομή ενός κυττάρου μελετάται από τον κλάδο του - κυτταρολογία.

Από τι αποτελείται ένα κύτταρο;

Αυτή η δομή αποτελείται από μια μεμβράνη, κυτταρόπλασμα, οργανίδια ή οργανίδια και έναν πυρήνα (που απουσιάζει στα προκαρυωτικά κύτταρα). Η δομή των κυττάρων των οργανισμών που ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες διαφέρει ελαφρώς. Σημαντικές διαφορές παρατηρούνται μεταξύ της κυτταρικής δομής των ευκαρυωτών και των προκαρυωτών.

Πλασματική μεμβράνη

Η μεμβράνη παίζει πολύ σημαντικό ρόλο - διαχωρίζει και προστατεύει το περιεχόμενο του κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον. Αποτελείται από τρία στρώματα: δύο στρώματα πρωτεΐνης και ένα μεσαίο φωσφολιπιδικό στρώμα.

Κυτταρικό τοίχωμα

Μια άλλη δομή που προστατεύει το κύτταρο από την έκθεση εξωτερικούς παράγοντες, που βρίσκεται στην κορυφή πλασματική μεμβράνη. Υπάρχει στα κύτταρα των φυτών, των βακτηρίων και των μυκήτων. Στο πρώτο αποτελείται από κυτταρίνη, στο δεύτερο - από μουρεΐνη, στο τρίτο - από χιτίνη. Στα ζωικά κύτταρα, ένας γλυκοκάλυκας βρίσκεται στην κορυφή της μεμβράνης, ο οποίος αποτελείται από γλυκοπρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες.

Κυτόπλασμα

Αντιπροσωπεύει ολόκληρο τον κυτταρικό χώρο που περιορίζεται από τη μεμβράνη, με εξαίρεση τον πυρήνα. Το κυτταρόπλασμα περιλαμβάνει οργανίδια που εκτελούν τις κύριες λειτουργίες που είναι υπεύθυνες για τη ζωή του κυττάρου.

Τα οργανίδια και οι λειτουργίες τους

Η δομή ενός κυττάρου ενός ζωντανού οργανισμού περιλαμβάνει έναν αριθμό δομών, καθεμία από τις οποίες εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία. Ονομάζονται οργανίδια, ή οργανίδια.

Μιτοχόνδρια

Μπορούν να ονομαστούν ένα από τα πιο σημαντικά οργανίδια. Τα μιτοχόνδρια είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση της ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη ζωή. Επιπλέον, συμμετέχουν στη σύνθεση ορισμένων ορμονών και αμινοξέων.

Η ενέργεια στα μιτοχόνδρια παράγεται λόγω της οξείδωσης των μορίων του ATP, η οποία συμβαίνει με τη βοήθεια ενός ειδικού ενζύμου που ονομάζεται συνθάση ATP. Τα μιτοχόνδρια είναι στρογγυλές ή ραβδοειδείς δομές. Ο αριθμός τους σε ένα ζωικό κύτταρο, κατά μέσο όρο, είναι 150-1500 τεμάχια (αυτό εξαρτάται από τον σκοπό του). Αποτελούνται από δύο μεμβράνες και μια μήτρα - μια ημι-υγρή μάζα που γεμίζει τον εσωτερικό χώρο του οργανιδίου. Τα κύρια συστατικά των κελυφών είναι πρωτεΐνες. Τα φωσφολιπίδια υπάρχουν επίσης στη δομή τους. Ο χώρος μεταξύ των μεμβρανών είναι γεμάτος με υγρό. Η μιτοχονδριακή μήτρα περιέχει κόκκους που συσσωρεύουν ορισμένες ουσίες, όπως ιόντα μαγνησίου και ασβεστίου, απαραίτητα για την παραγωγή ενέργειας, και πολυσακχαρίτες. Επίσης, αυτά τα οργανίδια έχουν τη δική τους συσκευή βιοσύνθεσης πρωτεϊνών, παρόμοια με αυτή των προκαρυωτικών. Αποτελείται από μιτοχονδριακό DNA, ένα σύνολο ενζύμων, ριβοσωμάτων και RNA. Η δομή ενός προκαρυωτικού κυττάρου έχει τα δικά του χαρακτηριστικά: δεν περιέχει μιτοχόνδρια.

Ριβοσώματα

Αυτά τα οργανίδια αποτελούνται από ριβοσωμικό RNA (rRNA) και πρωτεΐνες. Χάρη σε αυτά, πραγματοποιείται μετάφραση - η διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης σε μια μήτρα mRNA (αγγελιοφόρος RNA). Ένα κύτταρο μπορεί να περιέχει έως και δέκα χιλιάδες από αυτά τα οργανίδια. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από δύο μέρη: μικρά και μεγάλα, τα οποία συνδυάζονται απευθείας παρουσία mRNA.

Τα ριβοσώματα, τα οποία εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών απαραίτητων για το ίδιο το κύτταρο, συγκεντρώνονται στο κυτταρόπλασμα. Και εκείνες με τη βοήθεια των οποίων παράγονται πρωτεΐνες που μεταφέρονται έξω από το κύτταρο βρίσκονται στην πλασματική μεμβράνη.

συγκρότημα Golgi

Υπάρχει μόνο στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Αυτό το οργανίδιο αποτελείται από δικτοσώματα, ο αριθμός των οποίων είναι συνήθως περίπου 20, αλλά μπορεί να φτάσει και αρκετές εκατοντάδες. Η συσκευή Golgi περιλαμβάνεται στην κυτταρική δομή μόνο ευκαρυωτικών οργανισμών. Βρίσκεται κοντά στον πυρήνα και εκτελεί τη λειτουργία της σύνθεσης και αποθήκευσης ορισμένων ουσιών, για παράδειγμα, πολυσακχαριτών. Παράγει λυσοσώματα, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω. Αυτό το οργανίδιο είναι επίσης μέρος απεκκριτικό σύστημακύτταρα. Τα δικτοσώματα παρουσιάζονται με τη μορφή στοίβων από πεπλατυσμένες στέρνες σε σχήμα δίσκου. Στις άκρες αυτών των δομών, σχηματίζονται κυστίδια, που περιέχουν ουσίες που πρέπει να αφαιρεθούν από το κύτταρο.

Λυσοσώματα

Αυτά τα οργανίδια είναι μικρά κυστίδια που περιέχουν ένα σύνολο ενζύμων. Η δομή τους έχει μια μεμβράνη καλυμμένη με ένα στρώμα πρωτεΐνης από πάνω. Η λειτουργία που επιτελούν τα λυσοσώματα είναι η ενδοκυτταρική πέψη των ουσιών. Χάρη στο ένζυμο υδρολάση, με τη βοήθεια αυτών των οργανιδίων, διασπώνται τα λίπη, οι πρωτεΐνες, οι υδατάνθρακες και τα νουκλεϊκά οξέα.

Ενδοπλασματικό δίκτυο (δίκτυο)

Η κυτταρική δομή όλων των ευκαρυωτικών κυττάρων υποδηλώνει επίσης την παρουσία EPS (ενδοπλασματικό δίκτυο). Το ενδοπλασματικό δίκτυο αποτελείται από σωλήνες και πεπλατυσμένες κοιλότητες με μεμβράνη. Αυτό το οργανίδιο διατίθεται σε δύο τύπους: τραχύ και λείο δίκτυο. Το πρώτο διακρίνεται από το γεγονός ότι τα ριβοσώματα είναι προσκολλημένα στη μεμβράνη του, το δεύτερο δεν έχει αυτό το χαρακτηριστικό. Το τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο εκτελεί τη λειτουργία της σύνθεσης πρωτεϊνών και λιπιδίων που απαιτούνται για το σχηματισμό της κυτταρικής μεμβράνης ή για άλλους σκοπούς. Το Smooth συμμετέχει στην παραγωγή λιπών, υδατανθράκων, ορμονών και άλλων ουσιών, εκτός από πρωτεΐνες. Το ενδοπλασματικό δίκτυο εκτελεί επίσης τη λειτουργία της μεταφοράς ουσιών σε όλο το κύτταρο.

Κυτοσκελετός

Αποτελείται από μικροσωληνίσκους και μικρονημάτια (ακτίνη και ενδιάμεσα). Τα συστατικά του κυτταροσκελετού είναι πολυμερή πρωτεϊνών, κυρίως ακτίνης, τουμπουλίνης ή κερατίνης. Οι μικροσωληνίσκοι χρησιμεύουν για τη διατήρηση του σχήματος του κυττάρου και σχηματίζουν όργανα κίνησης σε απλούς οργανισμούς, όπως βλεφαρίδες, χλαμυδομονάδες, ευγλένα, κ.λπ. Επιπλέον, εμπλέκονται στη διαδικασία της κίνησης των οργανιδίων. Τα ενδιάμεσα σε διαφορετικά κύτταρα κατασκευάζονται από διαφορετικές πρωτεΐνες. Διατηρούν το σχήμα του κυττάρου και επίσης ασφαλίζουν τον πυρήνα και άλλα οργανίδια σε σταθερή θέση.

Κέντρο κυττάρων

Αποτελείται από κεντρόλες, που έχουν σχήμα κοίλου κυλίνδρου. Τα τοιχώματά του σχηματίζονται από μικροσωληνίσκους. Αυτή η δομή εμπλέκεται στη διαδικασία της διαίρεσης, διασφαλίζοντας την κατανομή των χρωμοσωμάτων μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων.

Πυρήνας

Στα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι ένα από τα σημαντικότερα οργανίδια. Αποθηκεύει DNA, το οποίο κρυπτογραφεί πληροφορίες για ολόκληρο τον οργανισμό, τις ιδιότητές του, τις πρωτεΐνες που πρέπει να συντεθούν από το κύτταρο κ.λπ. Αποτελείται από ένα κέλυφος που προστατεύει το γενετικό υλικό, τον πυρηνικό χυμό (μήτρα), τη χρωματίνη και τον πυρήνα. Το κέλυφος σχηματίζεται από δύο πορώδεις μεμβράνες που βρίσκονται σε κάποια απόσταση η μία από την άλλη. Η μήτρα αντιπροσωπεύεται από πρωτεΐνες και σχηματίζει ένα ευνοϊκό περιβάλλον μέσα στον πυρήνα για την αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών. Ο πυρηνικός χυμός περιέχει νηματοειδείς πρωτεΐνες που χρησιμεύουν ως υποστήριξη, καθώς και RNA. Επίσης υπάρχει εδώ η χρωματίνη, μια μεσοφασική μορφή ύπαρξης χρωμοσωμάτων. Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, μετατρέπεται από συστάδες σε ράβδους δομές.

Nucleolus

Αυτό είναι ένα ξεχωριστό τμήμα του πυρήνα που είναι υπεύθυνο για το σχηματισμό του ριβοσωμικού RNA.

Οργανίδια βρίσκονται μόνο στα φυτικά κύτταρα

Τα φυτικά κύτταρα έχουν κάποια οργανίδια που δεν είναι χαρακτηριστικά κανενός άλλου οργανισμού. Αυτά περιλαμβάνουν κενοτόπια και πλαστίδια.

Κυτταρικό κενό

Πρόκειται για ένα είδος δεξαμενής όπου αποθηκεύονται αποθεματικά θρεπτικά συστατικά, καθώς και άχρηστα προϊόντα που δεν μπορούν να αφαιρεθούν λόγω του πυκνού κυτταρικού τοιχώματος. Διαχωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με μια συγκεκριμένη μεμβράνη που ονομάζεται τονοπλάστης. Καθώς το κύτταρο λειτουργεί, μεμονωμένα μικρά κενοτόπια συγχωνεύονται σε ένα μεγάλο - το κεντρικό.

Πλασίδια

Αυτά τα οργανίδια χωρίζονται σε τρεις ομάδες: χλωροπλάστες, λευκοπλάστες και χρωμοπλάστες.

Χλωροπλάστες

Αυτά είναι τα πιο σημαντικά οργανίδια ενός φυτικού κυττάρου. Χάρη σε αυτά, συμβαίνει η φωτοσύνθεση, κατά την οποία το κύτταρο λαμβάνει τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζεται. θρεπτικά συστατικά. Οι χλωροπλάστες έχουν δύο μεμβράνες: εξωτερική και εσωτερική. μήτρα - η ουσία που γεμίζει τον εσωτερικό χώρο. δικό του DNA και ριβοσώματα. κόκκοι αμύλου? δημητριακά. Τα τελευταία αποτελούνται από στοίβες θυλακοειδών με χλωροφύλλη, που περιβάλλονται από μια μεμβράνη. Σε αυτά συμβαίνει η διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Λευκοπλάστες

Αυτές οι δομές αποτελούνται από δύο μεμβράνες, μια μήτρα, DNA, ριβοσώματα και θυλακοειδή, αλλά τα τελευταία δεν περιέχουν χλωροφύλλη. Οι λευκοπλάστες εκτελούν μια λειτουργία αποθήκευσης, συσσωρεύοντας θρεπτικά συστατικά. Περιέχουν ειδικά ένζυμα που καθιστούν δυνατή τη λήψη αμύλου από γλυκόζη, η οποία, στην πραγματικότητα, χρησιμεύει ως εφεδρική ουσία.

Χρωμοπλάστες

Αυτά τα οργανίδια έχουν την ίδια δομή με αυτά που περιγράφηκαν παραπάνω, ωστόσο, δεν περιέχουν θυλακοειδή, αλλά υπάρχουν καροτενοειδή που έχουν συγκεκριμένο χρώμα και βρίσκονται ακριβώς δίπλα στη μεμβράνη. Χάρη σε αυτές τις δομές, τα πέταλα λουλουδιών βάφονται με ένα συγκεκριμένο χρώμα, επιτρέποντάς τους να προσελκύουν έντομα επικονίασης.