سلول چیست و چه ساختاری دارد. تفاوت های قابل توجه بین سلول های گیاهی و حیوانی

سلول واحد اساسی همه موجودات زنده است، بنابراین دارای تمام خواص موجودات زنده است: ساختار بسیار منظم، دریافت انرژی از بیرون و استفاده از آن برای انجام کار و حفظ نظم، متابولیسم، پاسخ فعال به تحریکات، رشد، توسعه، تولید مثل، تکثیر و انتقال اطلاعات بیولوژیکی به فرزندان، بازسازی (ترمیم ساختارهای آسیب دیده)، سازگاری با محیط.

دانشمند آلمانی T. Schwann در اواسط قرن 19 نظریه سلولی را ایجاد کرد که مفاد اصلی آن نشان می دهد که تمام بافت ها و اندام ها از سلول تشکیل شده اند. سلول های گیاهان و حیوانات اساساً شبیه یکدیگر هستند، همه آنها به یک شکل بوجود می آیند. فعالیت ارگانیسم ها مجموع فعالیت های حیاتی سلول های فردی است. نفوذ بزرگبر پیشرفتهای بعدینظریه سلولی و به طور کلی نظریه سلول ها تحت تأثیر دانشمند بزرگ آلمانی R. Virchow بود. او نه تنها تمام حقایق متعدد متفاوت را گرد هم آورد، بلکه به طور قانع کننده ای نشان داد که سلول ها ساختاری دائمی هستند و تنها از طریق تولید مثل به وجود می آیند.

نظریه سلولی در تفسیر مدرن خود شامل مفاد اصلی زیر است: سلول یک واحد اولیه جهانی از موجودات زنده است. سلول های همه موجودات از نظر ساختار، عملکرد و ترکیب شیمیایی; سلول ها تنها با تقسیم سلول اصلی تولید مثل می کنند. ارگانیسم های چند سلولی مجموعه های سلولی پیچیده ای هستند که سیستم های یکپارچه را تشکیل می دهند.

با تشکر از روش های تحقیق مدرن، آشکار شد دو نوع سلول اصلیسلول‌های یوکاریوتی با سازمان‌دهی پیچیده‌تر، بسیار تمایز یافته (گیاهان، حیوانات و برخی از تک یاخته‌ها، جلبک‌ها، قارچ‌ها و گلسنگ‌ها) و سلول‌های پروکاریوتی با سازمان‌دهی کمتر (جلبک‌های سبز-آبی، اکتینومیست‌ها، باکتری‌ها، اسپیروکت‌ها، مایکوپلاسماها، ریکتسیا، کلامیدیا).

بر خلاف یک سلول پروکاریوتی، یک سلول یوکاریوتی دارای یک هسته است که توسط یک غشای هسته ای دوگانه و تعداد زیادی اندامک غشایی محدود شده است.

توجه!

سلول واحد اصلی ساختاری و عملکردی موجودات زنده است که رشد، نمو، متابولیسم و ​​انرژی را انجام می دهد، اطلاعات ژنتیکی را ذخیره، پردازش و اجرا می کند. از دیدگاه مورفولوژیکی، یک سلول یک سیستم پیچیده از پلیمرهای زیستی است که از آن جدا شده است محیط خارجیغشای پلاسمایی (پلاسمولمما) و متشکل از یک هسته و سیتوپلاسم است که اندامک ها و آخال ها (گرانول ها) در آن قرار دارند.

چه نوع سلولی وجود دارد؟

سلول ها از نظر شکل، ساختار، ترکیب شیمیایی و ماهیت متابولیسم متفاوت هستند.

همه سلول ها همولوگ هستند، یعنی. دارای تعدادی ویژگی ساختاری مشترک است که عملکرد عملکردهای اساسی به آنها بستگی دارد. سلول ها با وحدت ساختار، متابولیسم (متابولیسم) و ترکیب شیمیایی مشخص می شوند.

در عین حال، سلول های مختلف نیز ساختارهای خاصی دارند. این به دلیل عملکرد آنها در عملکردهای خاص است.

ساختار سلول

ساختار سلول اولترا میکروسکوپی:

1 - سیتولما (غشای پلاسمایی)؛ 2 - وزیکول پینوسیتوتیک; 3 - سانتروزوم، مرکز سلولی (سیتوسنتر); 4 - هیالوپلاسم; 5 - شبکه آندوپلاسمی: الف - غشای شبکه دانه ای; ب - ریبوزوم ها؛ 6 - اتصال فضای دور هسته ای با حفره های شبکه آندوپلاسمی. 7 - هسته؛ 8 - منافذ هسته ای; 9 - شبکه آندوپلاسمی غیر دانه ای (صاف)؛ 10 - هسته; 11 - دستگاه شبکه داخلی (کمپلکس گلگی)؛ 12 - واکوئل های ترشحی; 13 - میتوکندری؛ 14 - لیپوزوم ها; 15 - سه مرحله متوالی فاگوسیتوز. 16 - اتصال غشای سلولی (سیتولما) با غشاهای شبکه آندوپلاسمی.

ترکیب شیمیایی سلول

سلول شامل بیش از 100 است عناصر شیمیاییچهار مورد از آنها حدود 98٪ از جرم را تشکیل می دهند، اینها اندام زا هستند: اکسیژن (65-75٪)، کربن (15-18٪)، هیدروژن (8-10٪) و نیتروژن (1.5-3.0٪). عناصر باقی مانده به سه گروه تقسیم می شوند: عناصر ماکرو - محتوای آنها در بدن بیش از 0.01٪ است. ریز عناصر (0.00001-0.01٪) و اولترامیکرو عناصر (کمتر از 0.00001).

عناصر درشت شامل گوگرد، فسفر، کلر، پتاسیم، سدیم، منیزیم، کلسیم است.

ریز عناصر عبارتند از آهن، روی، مس، ید، فلوئور، آلومینیوم، مس، منگنز، کبالت و غیره.

عناصر فوق میکرو شامل سلنیوم، وانادیوم، سیلیکون، نیکل، لیتیوم، نقره و غیره هستند. علیرغم محتوای بسیار کم، میکروالمان ها و اولترامیکرو عناصر نقش بسیار مهمی دارند نقش مهم. آنها عمدتاً متابولیسم را تحت تأثیر قرار می دهند. بدون آنها غیر ممکن است عملکرد طبیعیهر سلول و ارگانیسم به عنوان یک کل.

سلول از غیر آلی و مواد آلی. در میان غیر آلی بزرگترین عدداب. مقدار نسبی آب در سلول بین 70 تا 80 درصد است. آب یک حلال جهانی است و تمام واکنش های بیوشیمیایی در سلول در آن انجام می شود. با مشارکت آب، تنظیم حرارت انجام می شود. موادی که در آب حل می شوند (نمک ها، بازها، اسیدها، پروتئین ها، کربوهیدرات ها، الکل ها و غیره) آب دوست نامیده می شوند. مواد آبگریز (چربی ها و مواد مشابه چربی) در آب حل نمی شوند. سایر مواد معدنی (نمک ها، اسیدها، بازها، مثبت و یون های منفی) از 1.0 تا 1.5٪ است.

در میان مواد آلی، پروتئین ها (10-20٪)، چربی ها یا چربی ها (1-5٪)، کربوهیدرات ها (0.2-2.0٪) و اسیدهای نوکلئیک (1-2٪) غالب هستند. محتوای مواد با وزن مولکولی کم از 0.5٪ تجاوز نمی کند.

مولکول پروتئین پلیمری است که از تعداد زیادی واحد تکرار شونده مونومر تشکیل شده است. مونومرهای پروتئین اسید آمینه (20 تای آنها) توسط پیوندهای پپتیدی به یکدیگر متصل شده و یک زنجیره پلی پپتیدی (ساختار اولیه پروتئین) را تشکیل می دهند. این به یک مارپیچ می پیچد و به نوبه خود ساختار ثانویه پروتئین را تشکیل می دهد. با توجه به جهت گیری فضایی خاص زنجیره پلی پپتیدی، ساختار سوم پروتئین بوجود می آید که ویژگی و فعالیت بیولوژیکی مولکول پروتئین را تعیین می کند. چندین ساختار ثالثی با یکدیگر ترکیب می شوند و ساختار چهارتایی را تشکیل می دهند.

پروتئین ها عملکردهای اساسی را انجام می دهند. آنزیم ها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند که سرعت را افزایش می دهند واکنش های شیمیاییصدها هزار میلیون بار در یک سلول پروتئین است. پروتئین ها که بخشی از تمام ساختارهای سلولی هستند، عملکرد پلاستیکی (ساختمانی) را انجام می دهند. حرکات سلولی نیز توسط پروتئین ها انجام می شود. آنها حمل و نقل مواد را به داخل سلول، خارج از سلول و درون سلول فراهم می کنند. عملکرد محافظتی پروتئین ها (آنتی بادی ها) مهم است. پروتئین ها یکی از منابع انرژی هستند کربوهیدرات ها به مونوساکاریدها و پلی ساکاریدها تقسیم می شوند. دومی از مونوساکاریدها ساخته شده اند که مانند آمینو اسیدها مونومر هستند. از بین مونوساکاریدهای موجود در سلول، مهمترین آنها گلوکز، فروکتوز (شامل شش اتم کربن) و پنتوز (پنج اتم کربن) است. پنتوزها بخشی از اسیدهای نوکلئیک هستند. مونوساکاریدها در آب بسیار محلول هستند. پلی ساکاریدها در آب کم محلول هستند (در سلول های حیوانی گلیکوژن، در سلول های گیاهی - نشاسته و سلولز. کربوهیدرات ها منبع انرژی هستند، کربوهیدرات های پیچیده همراه با پروتئین ها (گلیکوپروتئین ها)، چربی ها (گلیکولیپیدها) در تشکیل نقش دارند. سطوح سلولیو فعل و انفعالات سلولی

لیپیدها شامل چربی ها و موادی مانند چربی هستند. مولکول های چربی از گلیسرول و اسیدهای چرب ساخته می شوند. مواد مشابه چربی شامل کلسترول، برخی هورمون ها و لسیتین است. لیپیدها که اجزای اصلی غشای سلولی هستند، از این طریق عملکرد ساختمانی را انجام می دهند. لیپیدها - مهمترین منابعانرژی. بنابراین، اگر با اکسیداسیون کامل 1 گرم پروتئین یا کربوهیدرات، 17.6 کیلوژول انرژی آزاد شود، با اکسیداسیون کامل 1 گرم چربی - 38.9 کیلوژول. لیپیدها تنظیم حرارت را انجام می دهند و از اندام ها (کپسول های چربی) محافظت می کنند.

DNA و RNA

اسیدهای نوکلئیک مولکول های پلیمری هستند که توسط مونومرهای نوکلئوتیدی تشکیل می شوند. یک نوکلئوتید از یک پایه پورین یا پیریمیدین، یک قند (پنتوز) و یک باقیمانده تشکیل شده است. اسید فسفریک. در تمام سلول ها دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد: اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و اسید ریبونوکلئیک (RNA) که در ترکیب بازها و قندها با هم تفاوت دارند.

ساختار فضایی اسیدهای نوکلئیک:

(طبق نظر B. Alberts و همکاران، با اصلاح) I - RNA; II - DNA; روبان - ستون فقرات قند فسفات؛ A، C، G، T، U پایه های نیتروژنی هستند، شبکه های بین آنها پیوند هیدروژنی است.

مولکول DNA

یک مولکول DNA از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است که به شکل یک مارپیچ دوتایی به دور یکدیگر پیچیده شده اند. پایه های نیتروژنی هر دو زنجیره توسط پیوندهای هیدروژنی مکمل به یکدیگر متصل می شوند. آدنین فقط با تیمین ترکیب می شود و سیتوزین با گوانین (A - T ، G - C). DNA حاوی اطلاعات ژنتیکی است که ویژگی پروتئین های سنتز شده توسط سلول، یعنی توالی اسیدهای آمینه در زنجیره پلی پپتیدی را تعیین می کند. DNA تمام خصوصیات یک سلول را از طریق وراثت منتقل می کند. DNA در هسته و میتوکندری یافت می شود.

مولکول RNA

یک مولکول RNA توسط یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی تشکیل می شود. سه نوع RNA در سلول ها وجود دارد. RNA اطلاعاتی یا پیام رسان tRNA (از پیام رسان انگلیسی - "واسطه")، که اطلاعات مربوط به توالی نوکلئوتیدی DNA را به ریبوزوم ها منتقل می کند (به زیر مراجعه کنید). انتقال RNA (tRNA)، که آمینو اسیدها را به ریبوزوم ها حمل می کند. RNA ریبوزومی (rRNA) که در تشکیل ریبوزوم نقش دارد. RNA در هسته، ریبوزوم، سیتوپلاسم، میتوکندری و کلروپلاست یافت می شود.

ترکیب اسیدهای نوکلئیک:

تمام اشکال حیات سلولی روی زمین را می توان بر اساس ساختار سلول های تشکیل دهنده آنها به دو ابر پادشاهی تقسیم کرد - پروکاریوت ها (پیش هسته ای) و یوکاریوت ها (هسته ای). سلول‌های پروکاریوتی ساختار ساده‌تری دارند؛ ظاهراً آنها زودتر در فرآیند تکامل به وجود آمدند. سلول های یوکاریوتی پیچیده تر هستند و دیرتر به وجود آمدند. سلول های تشکیل دهنده بدن انسان یوکاریوتی هستند.

با وجود اشکال گوناگون، سازماندهی سلول های همه موجودات زنده تابع اصول ساختاری مشترک است.

سلول پروکاریوتی

سلول یوکاریوتی

ساختار یک سلول یوکاریوتی

مجموعه سطحی یک سلول حیوانی

شامل گلیکوکالیکس, غشاهای پلاسماییو لایه قشر سیتوپلاسم که در زیر آن قرار دارد. به غشای پلاسمایی پلاسمالما، غشای خارجی سلول نیز گفته می شود. این یک غشای بیولوژیکی با ضخامت حدود 10 نانومتر است. در درجه اول یک عملکرد محدودکننده را در رابطه با محیط خارج از سلول ارائه می دهد. علاوه بر این، او اجرا می کند عملکرد حمل و نقل. سلول انرژی را برای حفظ یکپارچگی غشای خود هدر نمی دهد: مولکول ها طبق همان اصل کنار هم نگه داشته می شوند که توسط آن مولکول های چربی در کنار هم قرار می گیرند - از نظر ترمودینامیکی سودمندتر است که قسمت های آبگریز مولکول ها در مجاورت نزدیک قرار گیرند. به یکدیگر. گلیکوکالیکس مولکول هایی از الیگوساکاریدها، پلی ساکاریدها، گلیکوپروتئین ها و گلیکولیپیدها است که در پلاسمالما "لنگر انداخته اند". گلیکوکالیکس عملکردهای گیرنده و نشانگر را انجام می دهد. غشای پلاسمایی سلول های حیوانی عمدتاً متشکل از فسفولیپیدها و لیپوپروتئین ها است که با مولکول های پروتئینی به ویژه آنتی ژن ها و گیرنده های سطحی پراکنده شده اند. در لایه قشر (در مجاورت غشای پلاسمایی) سیتوپلاسم عناصر اسکلت سلولی خاصی وجود دارد - ریز رشته های اکتین که به روش خاصی مرتب شده اند. عملکرد اصلی و مهم ترین لایه قشر (قشر) واکنش های شبه پا است: بیرون راندن، چسبیدن و انقباض شبه پا. در این حالت، ریز رشته ها مرتب، بلند یا کوتاه می شوند. شکل سلول (به عنوان مثال، وجود میکروویلی) به ساختار اسکلت سلولی لایه قشر مغز نیز بستگی دارد.

ساختار سیتوپلاسم

جزء مایع سیتوپلاسم نیز سیتوزول نامیده می شود. در زیر میکروسکوپ نوری، به نظر می رسید که سلول با چیزی شبیه پلاسمای مایع یا سل پر شده است، که در آن هسته و سایر اندامک ها "شناور" هستند. در واقع، این صحیح نیست. فضای داخلی یک سلول یوکاریوتی کاملاً مرتب است. حرکت اندامک ها با کمک سیستم های حمل و نقل تخصصی، به اصطلاح میکروتوبول ها، که به عنوان "جاده ها" درون سلولی و پروتئین های ویژه داینئین ها و کینزین ها، که نقش "موتور" را بازی می کنند، هماهنگ می شود. مولکول‌های پروتئینی منفرد نیز آزادانه در کل فضای درون سلولی پخش نمی‌شوند، اما با استفاده از سیگنال‌های ویژه روی سطح خود که توسط سیستم‌های انتقال سلول شناسایی می‌شوند، به بخش‌های ضروری هدایت می‌شوند.

شبکه آندوپلاسمی

در یک سلول یوکاریوتی، سیستمی از محفظه های غشایی (لوله ها و مخازن) وجود دارد که به یکدیگر عبور می کنند که به آن شبکه آندوپلاسمی (یا شبکه آندوپلاسمی، ER یا EPS) می گویند. به آن قسمت از ER که به غشاهای آن ریبوزوم ها متصل است، گفته می شود دانه ای(یا خشن) شبکه آندوپلاسمی، سنتز پروتئین روی غشاهای آن اتفاق می افتد. آن دسته از محفظه هایی که روی دیواره های خود ریبوزوم ندارند به عنوان طبقه بندی می شوند صاف(یا دانه ای) ER که در سنتز لیپیدها شرکت می کند. فضاهای داخلی ER صاف و دانه ای جدا نیستند، بلکه به یکدیگر عبور می کنند و با لومن پوشش هسته ای ارتباط برقرار می کنند.

دستگاه گلژی

هسته

اسکلت سلولی

سانتریول ها

میتوکندری

مقایسه سلول های پرو و ​​یوکاریوتی

اکثر تفاوت مهمیوکاریوت ها با حضور هسته تشکیل شده و اندامک های غشایی برای مدت طولانی از پروکاریوت ها متمایز شدند. با این حال، در دهه 1970-1980. مشخص شد که این تنها نتیجه تفاوت های عمیق تر در سازمان اسکلت سلولی است. برای مدتی اعتقاد بر این بود که اسکلت سلولی فقط برای یوکاریوت ها مشخص است، اما در اواسط دهه 1990. پروتئین های همولوگ با پروتئین های اصلی اسکلت سلولی یوکاریوت ها نیز در باکتری ها کشف شده اند.

وجود یک اسکلت سلولی با ساختار خاص است که به یوکاریوت ها اجازه می دهد تا سیستمی از اندامک های غشای داخلی متحرک ایجاد کنند. علاوه بر این، اسکلت سلولی اجازه می دهد تا اندوسیتوز و اگزوسیتوز رخ دهد (فرض می رود که به لطف اندوسیتوز بود که همزیستی های درون سلولی، از جمله میتوکندری و پلاستیدها، در سلول های یوکاریوتی ظاهر شدند). یکی دیگر از عملکردهای مهم اسکلت سلولی یوکاریوتی اطمینان از تقسیم هسته (میتوز و میوز) و بدن (سیتوتومی) سلول یوکاریوتی است (تقسیم سلول های پروکاریوتی ساده تر سازماندهی می شود). تفاوت در ساختار اسکلت سلولی همچنین تفاوت های دیگر بین پرو- و یوکاریوت ها را توضیح می دهد - به عنوان مثال، ثبات و سادگی اشکال سلول های پروکاریوتی و تنوع قابل توجه شکل و توانایی تغییر آن در سلول های یوکاریوتی، و همچنین اندازه نسبتا بزرگ دومی. بنابراین، اندازه سلول های پروکاریوتی به طور متوسط ​​0.5-5 میکرون، اندازه سلول های یوکاریوتی به طور متوسط ​​از 10 تا 50 میکرون است. علاوه بر این، تنها در میان یوکاریوت ها سلول های واقعاً غول پیکر وجود دارد، مانند تخم های عظیم کوسه یا شترمرغ (در تخم پرنده، کل زرده یک تخم مرغ بزرگ است)، نورون های پستانداران بزرگ، که فرآیندهای آنها توسط اسکلت سلولی تقویت می شود. ، طول می تواند به ده ها سانتی متر برسد.

آناپلازی

تخریب ساختار سلولی (مثلاً در تومورهای بدخیم) آناپلازی نامیده می شود.

تاریخچه کشف سلول

اولین کسی که سلول ها را دید دانشمند انگلیسی رابرت هوک بود (به لطف قانون هوک برای ما شناخته شده است). در سال، هوک در تلاش برای درک اینکه چرا درخت چوب پنبه به خوبی شناور است، با استفاده از میکروسکوپی که بهبود داده بود، شروع به بررسی بخش های نازک چوب پنبه کرد. او متوجه شد که چوب پنبه به سلول‌های ریز زیادی تقسیم شده است که او را به یاد سلول‌های صومعه می‌اندازد و این سلول‌ها را سلول نامید (در انگلیسی cell به معنای سلول، سلول، سلول است). در همان سال، استاد هلندی Anton van Leeuwenhoek (-) برای اولین بار از یک میکروسکوپ برای دیدن "حیوانات" - موجودات زنده متحرک - در یک قطره آب استفاده کرد. بنابراین، در حال حاضر توسط اوایل XVIIIقرن‌ها دانشمندان می‌دانستند که گیاهان تحت بزرگنمایی بالا ساختار سلولی دارند و موجوداتی را دیدند که بعدها تک سلولی نامیده شدند. با این حال، نظریه سلولی ساختار موجودات تنها در اواسط قرن نوزدهم، پس از ظهور میکروسکوپ های قوی تر و ایجاد روش هایی برای تثبیت و رنگ آمیزی سلول ها شکل گرفت. یکی از بنیان‌گذاران آن رودولف ویرچو بود، اما ایده‌های او حاوی تعدادی خطا بود: برای مثال، او فرض می‌کرد که سلول‌ها به‌طور ضعیفی به یکدیگر متصل هستند و هرکدام «به تنهایی» وجود دارند. فقط بعداً امکان اثبات یکپارچگی سیستم سلولی وجود داشت.

سلول ها واحدهای اساسی هستند که همه موجودات زنده از آنها ساخته می شوند. برای یک خواننده مدرن که چنین اظهاراتی را بی اهمیت می داند، ممکن است تعجب آور به نظر برسد که تشخیص جهانی بودن ساختار سلولی همه موجودات زنده بیش از 100 سال پیش رخ داده است.

اولین نظریه سلولیدر سال 1839 توسط گیاه شناس ماتیاس یاکوب شلیدن و جانورشناس تئودور شوان فرموله شد. این محققان به طور مستقل از یکدیگر و در نتیجه مطالعه بافت های گیاهی و جانوری به آن دست یافتند. اندکی پس از آن، در سال 1859، رودولف ویرچو نقش انحصاری سلول را به عنوان ظرف "ماده زنده" تأیید کرد و نشان داد که همه سلول ها فقط از سلول های از قبل موجود می آیند: "Omnis cellula e cellula" (هر سلول از یک سلول). از آنجایی که سلول ها اشیای بسیار ملموسی هستند که مشاهده آنها آسان است، پس از تمام این اکتشافات، مطالعه تجربی سلول ها جایگزین بحث های نظری در مورد "زندگی" و مشکوک شد. تحقیق علمی، بر اساس مفاهیم مبهمی مانند مفهوم "پروتوپلاسم" است.

در طول صد سال بعد، دانشمندانی که سلول را مطالعه کردند، از دو موقعیت کاملاً متفاوت به این جسم نزدیک شدند. سیتولوژیست ها با استفاده از میکروسکوپ هایی که به طور مداوم بهبود می یابند، به توسعه آناتومی میکروسکوپی و زیر میکروسکوپی یک سلول دست نخورده ادامه دادند. با ایده سلول به عنوان توده ای از ماده ژله مانند که در آن هیچ چیز قابل تشخیص نیست شروع می شود،

علاوه بر سیتوپلاسم ژلاتینی که آن را در خارج از پوسته پوشانده و در مرکز هسته قرار دارد، آنها توانستند نشان دهند که سلول یک ساختار پیچیده است که به اندامک های مختلف متمایز شده است، که هر کدام برای انجام یک یا دیگری سازگار هستند. عملکرد حیاتی. با کمک میکروسکوپ الکترونیسیتولوژیست ها شروع به تشخیص ساختارهای فردی درگیر در انجام این عملکردها کردند سطح مولکولی. به لطف این، در زمان‌های اخیر تحقیقات سیتولوژیست‌ها با کار بیوشیمی‌دانانی که با تخریب بی‌رحمانه ساختارهای ظریف سلول آغاز شده‌اند، ادغام شده است. با مطالعه فعالیت شیمیایی مواد به‌دست‌آمده در نتیجه چنین تخریب‌هایی، بیوشیمی‌دانان توانستند برخی از واکنش‌های بیوشیمیایی رخ‌داده در سلول را رمزگشایی کنند. فرآیندهای زندگی، از جمله فرآیندهای ایجاد خود ماده سلول.

این تلاقی فعلی این دو حوزه تحقیقات سلولی است که اختصاص یک شماره کامل از Scientific American را به سلول زنده ضروری کرده است. امروزه سیتولوژیست سعی می کند آنچه را که می بیند با کمک میکروسکوپ های مختلف خود در سطح مولکولی توضیح دهد. بنابراین سیتولوژیست به یک "زیست شناس مولکولی" تبدیل می شود. بیوشیمیست تبدیل به یک "سیتولوژیست بیوشیمیایی" می شود که مطالعه می کند به همان اندازههم ساختار و هم فعالیت بیوشیمیایی سلول. خواننده می تواند ببیند که روش های تحقیق مورفولوژیکی یا بیوشیمیایی به تنهایی به ما فرصت نفوذ در اسرار ساختار و عملکرد سلول را نمی دهد. برای دستیابی به موفقیت، ترکیب هر دو روش تحقیق ضروری است. با این حال، درک پدیده‌های زندگی که از طریق مطالعه سلول‌ها به دست آمد، نظر زیست‌شناسان قرن نوزدهم را کاملاً تأیید کرد، آنها استدلال کردند که ماده زندهساختار سلولی دارد، همانطور که مولکول ها از اتم ها ساخته می شوند.

بحث آناتومی عملکردیسلول زنده، شاید، باید با این واقعیت شروع کنیم که در طبیعت سلول معمولی خاصی وجود ندارد. ما طیف گسترده ای از ارگانیسم های تک سلولی را می شناسیم و سلول های مغزی یا سلول های ماهیچه ای به همان اندازه در ساختار و عملکردشان با یکدیگر تفاوت دارند. با این حال، با وجود همه تنوع آنها، همه آنها سلول هستند - همه آنها یک غشای سلولی، یک سیتوپلاسم حاوی اندامک های مختلف دارند، و در مرکز هر یک از آنها یک هسته وجود دارد. علاوه بر یک ساختار خاص، همه سلول ها دارای تعدادی مشترک جالب هستند ویژگی های کاربردی. اول از همه، همه سلول ها قابلیت استفاده و تبدیل انرژی را دارند که در نهایت مبتنی بر استفاده از انرژی خورشیدی توسط سلول های گیاهان سبز و تبدیل آن به انرژی پیوندهای شیمیایی است. سلول های تخصصی مختلف قادرند انرژی موجود در پیوندهای شیمیایی را به انرژی الکتریکی و مکانیکی و حتی به انرژی نور مرئی تبدیل کنند. توانایی تبدیل انرژی بسیار دارد مهمبرای همه سلول ها، زیرا این فرصت را به آنها می دهد تا ثبات محیط داخلی و یکپارچگی ساختار خود را حفظ کنند.

یک سلول زنده با محیط اطرافش متفاوت است طبیعت بی جانزیرا حاوی مولکول های بسیار بزرگ و بسیار پیچیده است. این مولکول ها آنقدر منحصر به فرد هستند که با مواجهه با آنها در دنیای بی جان، همیشه می توانیم مطمئن باشیم که اینها بقایای سلول های مرده هستند. که در دوره های اولیهدر طول توسعه زمین، زمانی که زندگی برای اولین بار روی آن پدید آمد، ظاهراً سنتز خود به خودی از ماکرومولکول های پیچیده از مولکول های کوچکتر وجود داشت. در شرایط مدرن، توانایی سنتز مولکول های بزرگ از مواد ساده تر یکی از اصلی ترین موارد است ویژگی های متمایز کنندهسلول های زنده.

پروتئین ها از جمله این ماکرومولکول ها هستند. علاوه بر این واقعیت که پروتئین ها بخش عمده ای از ماده "جامد" سلول را تشکیل می دهند، بسیاری از آنها (آنزیم ها) دارای خواص کاتالیزوری هستند. این بدان معناست که آنها می توانند سرعت واکنش های شیمیایی رخ داده در سلول، به ویژه سرعت واکنش های مرتبط با تبدیل انرژی را تا حد زیادی افزایش دهند. سنتز پروتئین ها از واحدهای ساده تر - اسیدهای آمینه، که بیش از 20 مورد از آنها وجود دارد، توسط اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک و ریبونوکلئیک (DNA و RNA) تنظیم می شود. DNA و RNA شاید پیچیده ترین در بین همه ماکرومولکول های یک سلول باشند. پشت سال های گذشتهو حتی ماهها ثابت شده است که DNA واقع در هسته سلول، سنتز RNA را که هم در هسته و هم در سیتوپلاسم موجود است، هدایت می کند. RNA، به نوبه خود، توالی خاصی از اسیدهای آمینه را در مولکول های پروتئین فراهم می کند. نقش DNA و RNA را می توان با نقش یک معمار و یک مهندس عمران مقایسه کرد که در نتیجه تلاش مشترک آنها خانه ای زیبا از انبوهی از آجر، سنگ و کاشی رشد می کند.

در یک مرحله از زندگی، هر سلول تقسیم می شود: سلول مادر رشد می کند و در نتیجه دو سلول دختر به وجود می آید. روند خوب، شرح داده شده در مقاله D. Maziy. هنوز در آستانه قرن بیستم. زیست شناسان دریافتند که مهمترین ویژگی این فرآیند توزیع یکنواخت بین سلول های دختر اجسام ویژه موجود در هسته سلول مادر است. این اجسام کروموزوم نامیده می شدند، زیرا معلوم شد که آنها با رنگ های خاصی رنگ آمیزی شده اند. پیشنهاد شده است که کروموزوم ها به عنوان حامل وراثت عمل می کنند. به لطف دقتی که در خود تولید مثل و توزیع آنها انجام می شود، آنها تمام خواص سلول مادر را به سلول های دختر منتقل می کنند. بیوشیمی مدرن نشان داده است که کروموزوم ها عمدتاً از DNA و یکی از آنها تشکیل شده اند وظایف مهمزیست شناسی مولکولی برای یافتن چگونگی رمزگذاری اطلاعات ژنتیکی در ساختار این ماکرومولکول است.

علاوه بر توانایی تبدیل انرژی، بیوسنتز و تولید مثل از طریق بازتولید و تقسیم خود، سلول‌های حیوانات و گیاهان بسیار سازمان‌یافته دارای ویژگی‌های دیگری هستند که به دلیل آن با فعالیت پیچیده و هماهنگ که حیات یک موجود زنده است، سازگار می‌شوند. رشد از یک تخمک بارور شده، که یک سلول واحد است، ارگانیسم چند سلولینه تنها در نتیجه تقسیم سلولی، بلکه در نتیجه تمایز سلول های دختر به انواع مختلف تخصصی، که از آن بافت های مختلف تشکیل می شود، رخ می دهد. در بسیاری از موارد، پس از تمایز و تخصص، تقسیم سلولی متوقف می شود. نوعی تضاد بین تمایز و رشد از طریق تقسیم سلولی وجود دارد.

در یک موجود بالغ، توانایی تولید مثل و حفظ جمعیت یک گونه در سطح معینی به تخمک و اسپرم بستگی دارد. این سلول ها که گامت نامیده می شوند، مانند سایر سلول های بدن، در طی فرآیند تکه تکه شدن تخم بارور شده و متعاقب آن تمایز ایجاد می شوند. با این حال، در تمام آن قسمت‌هایی از بدن بالغ که در آن‌ها ساییدگی و پارگی سلول‌ها دائماً اتفاق می‌افتد (در پوست، روده و غیره) مغز استخوانجایی که تولید می شوند عناصر شکل گرفتهخون)، تقسیم سلولی یک رویداد بسیار رایج است.

در حین رشد جنینیسلول های متمایز کننده از یک نوع توانایی تشخیص یکدیگر را نشان می دهند. سلول های متعلق به یک نوع و مشابه یکدیگر ترکیب می شوند و بافتی را تشکیل می دهند که برای سلول های همه انواع دیگر غیرقابل دسترسی است. در این جاذبه و دافعه متقابل سلول ها ظاهراً نقش اصلی متعلق به غشای سلولی است. این غشاء علاوه بر این، یکی از اجزای اصلی سلولی است که عملکرد سلول های عضلانی با آن در ارتباط است (به بدن توانایی حرکت می دهد). سلول های عصبی(ایجاد اتصالات لازم برای فعالیت هماهنگ بدن) و سلول های حسی (درک تحریکات از بیرون و از داخل).

اگرچه در طبیعت هیچ سلولی وجود ندارد که بتواند؟ در نظر گرفته شده معمولی، ما فکر می کنیم که ایجاد یک مدل خاص از آن مفید خواهد بود، یک سلول به اصطلاح "جمعی"، که ویژگی های مورفولوژیکی بیان شده به یک درجه در همه سلول ها را ترکیب کند.

حتی در یک غشای سلولی با ضخامت حدود 100 آنگستروم (1 آنگستروم برابر با یک ده میلیونیم میلی متر است)، که در یک میکروسکوپ معمولی فقط یک خط مرزی به نظر می رسد، بررسی میکروسکوپی الکترونی ساختار خاصی را نشان می دهد. درست است، ما هنوز تقریباً چیزی در مورد این ساختار نمی دانیم، اما وجود خود غشای سلولی ساختار پیچیدهبا همه چیزهایی که در مورد ویژگی های عملکردی آن می دانیم به خوبی موافق است. به عنوان مثال، غشاهای گلبول های قرمز و سلول های عصبی قادر به تشخیص یون های سدیم از یون های پتاسیم هستند، اگرچه این یون ها دارای اندازه های مشابه و یکسان هستند. شارژ الکتریکی. غشای این سلول ها به یون های پتاسیم کمک می کند تا به داخل سلول نفوذ کنند، اما در مقابل یون های سدیم "مقاومت می کند" و این تنها به نفوذپذیری بستگی ندارد. به عبارت دیگر، غشاء توانایی "انتقال فعال یون ها" را دارد. علاوه بر این، غشای سلولی به طور مکانیکی مولکول های بزرگ و ذرات ماکروسکوپی را به داخل سلول می کشد. میکروسکوپ الکترونی همچنین امکان نفوذ به ساختار ریز اندامک های واقع در سیتوپلاسم را فراهم کرد که در یک میکروسکوپ معمولی شبیه دانه ها هستند. مهم ترین اندامک ها کلروپلاست سلول های سبز گیاهی و میتوکندری هستند که در سلول های حیوانی و گیاهی یافت می شوند. این اندامک ها «نیروگاه» تمام حیات روی زمین هستند. ساختار ظریف آنها با عملکرد خاصی سازگار است: در کلروپلاست ها - برای اتصال انرژی نور خورشید در طول فتوسنتز، و در میتوکندری - برای استخراج انرژی (جاسازی شده در پیوندهای شیمیایی مواد مغذی ورودی به سلول) در فرآیند اکسیداسیون و تنفس. این "ایستگاه های برق" انرژی لازم برای فرآیندهای مختلفی را که در سلول اتفاق می افتد، به اصطلاح، در "بسته بندی راحت" تامین می کنند - به شکل انرژی پیوندهای فسفات یک. ترکیب شیمیاییآدنوزین تری فسفات (ATP).

یک میکروسکوپ الکترونی به وضوح میتوکندری ها را با ساختار ظریف پیچیده آنها از سایر اجسام تقریباً یکسان - از لیزوزوم ها متمایز می کند. همانطور که دوو نشان داد، لیزوزوم ها حاوی آنزیم های گوارشی هستند که مولکول های بزرگی مانند چربی ها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک را به اجزای کوچکتری تجزیه می کنند که می توانند توسط آنزیم های میتوکندری اکسید شوند. غشای لیزوزوم ها آنزیم های گوارشی موجود در این اجسام را از بقیه سیتوپلاسم جدا می کند. پارگی غشاء و آزاد شدن آنزیم های موجود در لیزوزوم ها به سرعت منجر به لیز سلولی (انحلال) می شود.

سیتوپلاسم حاوی بسیاری از آخال های دیگر است که در سلول ها گسترش کمتری دارند انواع مختلف. در میان آنها، سانتروزوم ها و کینتوزوم ها از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. سانتروزوم ها را فقط در زمان تقسیم سلولی با میکروسکوپ معمولی می توان دید. آنها نقش بسیار مهمی دارند و قطب های دوک را تشکیل می دهند - دستگاهی که کروموزوم ها را بین دو سلول دختر می کشد. در مورد کینتوزوم ها، آنها را می توان فقط در سلول هایی یافت که با کمک مژگان یا تاژک های خاص حرکت می کنند. در پایه هر مژک یا تاژک یک کینتوزوم قرار دارد. هر دو سانتروزوم و کینتوزوم قادر به بازتولید خود هستند: هر جفت سانتروزوم در طول تقسیم سلولی باعث ایجاد یک جفت دیگر از این اجسام می شود. هر زمان که یک مژک جدید بر روی سطح سلول ظاهر می شود، یک کینتوزوم دریافت می کند که در نتیجه خود تکراری شدن یکی از کینتوزوم های موجود است. در گذشته، برخی از سیتولوژیست ها اظهار داشتند که ساختار این دو اندامک تا حد زیادی شبیه به هم هستند، علیرغم اینکه عملکرد آنها کاملاً متفاوت است. مطالعات میکروسکوپی الکترونی این فرض را تایید کرد. هر اندامک از 11 فیبر تشکیل شده است. دو تا از آنها در مرکز قرار دارند و 9 تای دیگر در حاشیه قرار دارند. همه مژک ها و همه تاژک ها دقیقاً به این ترتیب چیده شده اند. هدف دقیق این ساختار ناشناخته است، اما بدون شک با انقباض مژک ها و تاژک ها مرتبط است. ممکن است همان اصل "عضله تک مولکولی" زیربنای عمل کینتوزوم و سانتروزوم باشد که عملکردهای کاملاً متفاوتی دارند.

میکروسکوپ الکترونی امکان تأیید فرض دیگری از سیتولوژیست های سال های گذشته، یعنی فرض وجود یک "اسکلت سلولی" - ساختار نامرئی سیتوپلاسم را فراهم کرد. در اکثر سلول ها، با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی، می توان سیستم پیچیده ای از غشاهای داخلی را تشخیص داد که در صورت مشاهده با میکروسکوپ معمولی نامرئی است. برخی از این غشاها سطح صافی دارند، در حالی که برخی دیگر به دلیل گرانول های ریز پوشاننده یکی از سطوح ناهموار هستند. که در سلول های مختلفاین سیستم های غشایی در توسعه یافته اند درجات مختلف; در آمیب آنها بسیار ساده هستند و در سلول های تخصصی که در آنها سنتز پروتئین شدید رخ می دهد (به عنوان مثال در سلول های کبد یا لوزالمعده)، آنها بسیار منشعب هستند و با دانه بندی قابل توجهی متمایز می شوند.

متخصصان میکروسکوپ الکترونی همه این مشاهدات را متفاوت ارزیابی می کنند. پذیرفته‌شده‌ترین دیدگاه، دیدگاه K. Porter است که نام «شبکه آندوپلاسمی» را برای این سیستم غشایی پیشنهاد کرد. به نظر او حرکت از طریق شبکه لوله های تشکیل شده توسط غشاها انجام می شود مواد مختلفاز غشای سلول خارجی به غشای هسته ای. برخی از محققین غشای داخلی را ادامه غشای خارجی می دانند; به گفته این نویسندگان، به لطف فرورفتگی های عمیق در غشای داخلی، سطح تماس سلول با مایع شستشو دهنده آن به شدت افزایش می یابد. اگر نقش غشاء واقعاً تا این حد مهم است، پس ما انتظار داریم که سلول مکانیزمی داشته باشد که به آن اجازه می دهد تا به طور مداوم یک غشاء جدید ایجاد کند. جی. پالاد پیشنهاد کرد که چنین مکانیزمی دستگاه مرموز گلژی است که اولین بار توسط سیتولوژیست ایتالیایی سی. گلگی در پایان قرن گذشته کشف شد. یک میکروسکوپ الکترونی این امکان را به وجود آورد که مشخص شود دستگاه گلژی از یک غشای صاف تشکیل شده است که اغلب به عنوان ادامه شبکه آندوپلاسمی عمل می کند.

ماهیت گرانول هایی که سطح "داخلی" غشاء را می پوشانند فراتر از هر شکی است. این گرانول ها به ویژه در سلول هایی که مقادیر زیادی پروتئین سنتز می کنند به خوبی بیان می شوند. همانطور که T. Kasperson و نویسنده این مقاله حدود 20 سال پیش نشان دادند، چنین سلول هایی متفاوت هستند محتوای بالا RNA مطالعات اخیر نشان داده است که این گرانول ها بسیار غنی از RNA هستند و بر این اساس، در سنتز پروتئین بسیار فعال هستند. بنابراین به آنها ریبوزوم می گویند.

مرز داخلی سیتوپلاسم توسط غشای احاطه کننده هسته سلول تشکیل می شود. در مورد ساختار این غشاء که در میکروسکوپ الکترونی مشاهده می کنیم هنوز اختلاف نظرهای زیادی وجود دارد. از نظر ظاهری یک فیلم دوگانه است که در لایه بیرونی آن حلقه ها یا سوراخ هایی وجود دارد که به سمت سیتوپلاسم باز می شوند. برخی از محققان این حلقه ها را منافذی می دانند که مولکول های بزرگ از سیتوپلاسم به هسته یا از هسته به سیتوپلاسم عبور می کنند. از آنجایی که لایه بیرونی غشاء اغلب در تماس نزدیک با شبکه آندوپلاسمی است، همچنین پیشنهاد شده است که پوشش هسته در تشکیل غشاهای این شبکه نقش دارد. همچنین ممکن است مایعاتی که از طریق لوله های شبکه آندوپلاسمی جریان دارند در فضای بین دو لایه پوشش هسته تجمع کنند.

هسته حاوی مهمترین ساختارهای سلول - رشته های کروماتین است که حاوی تمام DNA موجود در سلول است. هنگامی که یک سلول در حال استراحت است (یعنی در طول دوره رشد بین دو تقسیم)، کروماتین در سراسر هسته پراکنده می شود. به لطف این، DNA حداکثر سطح تماس با سایر مواد هسته را به دست می آورد، که احتمالاً به عنوان ماده ای برای ساخت مولکول های RNA و برای بازتولید خود عمل می کنند. هنگامی که سلول برای تقسیم آماده می شود، کروماتین جمع شده و فشرده می شود تا کروموزوم ها را تشکیل دهد و پس از آن به طور مساوی بین هر دو سلول دختر توزیع می شود.

هسته ها به اندازه کروماتین گریزان نیستند. این اجسام کروی هنگام مشاهده در زیر میکروسکوپ معمولی به وضوح در هسته قابل مشاهده هستند. یک میکروسکوپ الکترونی به ما اجازه می دهد تا ببینیم که هسته با دانه های کوچکی شبیه ریبوزوم های سیتوپلاسم پر شده است. هسته ها غنی از RNA هستند و به نظر می رسد مراکز فعال برای سنتز پروتئین و RNA باشند. برای تکمیل شرح آناتومی عملکردی سلول، یادآور می‌شویم که کروماتین و هسته‌ها در یک ماده پروتئین‌مانند آمورف - آب هسته‌ای شناور هستند.

ایجاد تصویری مدرن از ساختار سلول نیازمند توسعه تجهیزات پیچیده و روش های تحقیقاتی پیشرفته تر است. میکروسکوپ نوری معمولی امروزه همچنان یک ابزار مهم است. با این حال، برای تحقیق ساختار داخلیسلول هایی که از این میکروسکوپ استفاده می کنند معمولاً باید سلول را بکشند و آن را با رنگ های مختلف رنگ آمیزی کنند که به طور انتخابی ساختار اصلی آن را نشان می دهد. برای مشاهده این ساختارها در یک حالت فعال در یک سلول زنده، میکروسکوپ های مختلفی از جمله کنتراست فاز، تداخل، پلاریزاسیون و فلورسانس ساخته شده است. همه این میکروسکوپ ها بر اساس استفاده از نور هستند. که در اخیرامیکروسکوپ الکترونی به ابزار اصلی تحقیقات سیتولوژیست ها تبدیل می شود. با این حال، استفاده از میکروسکوپ الکترونی به دلیل نیاز به افشای اشیاء مورد مطالعه پیچیده است. فرآیندهای پیچیدهپردازش و ضبط، که ناگزیر مستلزم نقض نقاشی های اصلی مرتبط با تحریف ها و مصنوعات مختلف است. با این وجود، ما در حال پیشرفت هستیم و به بررسی یک سلول زنده با بزرگنمایی بالا نزدیک می شویم.

تاریخچه توسعه تجهیزات فنی در بیوشیمی کمتر قابل توجه نیست. ایجاد سانتریفیوژهایی با سرعت چرخش فزاینده این امکان را فراهم می کند تا محتویات سلول را به بزرگتر و بزرگتر تقسیم کنیم. تعداد بزرگترجناح های جداگانه این بخش ها با استفاده از کروماتوگرافی و الکتروفورز بیشتر جدا و تقسیم می شوند. روش های کلاسیکتجزیه و تحلیل اکنون می تواند برای مطالعه مقادیر و حجم 1000 برابر کوچکتر از آنچه قبلاً تعیین شده بود، سازگار شود. دانشمندان توانایی اندازه گیری میزان تنفس چندین آمیب یا چندین تخم را به دست آورده اند خارپشت دریایییا محتوای آنزیم ها را در آنها تعیین کنید. در نهایت، اتورادیوگرافی، روشی که از ردیاب‌های رادیواکتیو استفاده می‌کند، به فرد اجازه می‌دهد تا فرآیندهای دینامیکی را که در یک سلول زنده دست‌نخورده اتفاق می‌افتد، در سطح درون سلولی مشاهده کند.

تمام مقالات دیگر این مجموعه به موفقیت‌های حاصل از ادغام این دو مهم‌ترین جهت در تحقیقات سلولی و چشم‌اندازهای بعدی که برای زیست‌شناسی باز می‌شود اختصاص دارد. در پایان، برای من مفید به نظر می رسد که نشان دهم چگونه ترکیبی از رویکردهای سیتولوژیکی و بیوشیمیایی برای حل یک مشکل استفاده می شود - مشکل نقش هسته در زندگی سلول. حذف هسته از موجودات تک سلولی منجر به مرگ فوری سیتوپلاسم نمی شود. اگر آمیب را به دو نیمه تقسیم کنید و هسته را در یکی از آنها باقی بگذارید و هر دو نیمه را در معرض گرسنگی قرار دهید، آنگاه هر دوی آنها حدود دو هفته زنده خواهند ماند. در یک تک یاخته تک سلولی، دمپایی، ضربان مژه ها را می توان برای چند روز پس از برداشتن هسته مشاهده کرد. قطعات عاری از هسته جلبک غول پیکر تک سلولی استابولاریا چندین ماه زندگی می کنند و حتی قادر به بازسازی کاملاً قابل توجهی هستند. بنابراین، بسیاری از فرآیندهای اساسی زندگی یک سلول، از جمله (در مورد استابولاریا) فرآیندهای رشد و تمایز، می توانند با غیبت کاملژن ها و DNA قطعات عاری از هسته استابولاریا، به عنوان مثال، قادر به سنتز پروتئین ها و حتی آنزیم های خاص هستند، اگرچه مشخص است که سنتز پروتئین توسط ژن ها تنظیم می شود. با این حال، توانایی این قطعات برای سنتز به تدریج محو می شود. بر اساس این داده ها می توان نتیجه گرفت که در هسته، تحت تأثیر DNA، ماده ای تشکیل می شود که به سیتوپلاسم رها می شود و به تدریج از آن استفاده می شود. از چنین آزمایشاتی که با استفاده همزمان از روش های سیتولوژیکی و بیوشیمیایی انجام شده است، تعدادی نتیجه گیری مهم به دست می آید.

اولاً، هسته باید مرکز اصلی سنتز اسیدهای نوکلئیک (هم DNA و هم RNA) در نظر گرفته شود. در مرحله دوم، RNA هسته ای (یا بخشی از آن) وارد سیتوپلاسم می شود، جایی که نقش یک واسطه را ایفا می کند و اطلاعات ژنتیکی را از DNA به سیتوپلاسم منتقل می کند. در نهایت، آزمایش‌ها نشان می‌دهد که سیتوپلاسم، و به‌ویژه ریبوزوم‌ها، به عنوان عرصه اصلی برای سنتز پروتئین‌های خاص مانند آنزیم‌ها عمل می‌کند. باید اضافه کرد که امکان سنتز RNA مستقل در سیتوپلاسم را نمی توان منتفی دانست و چنین سنتزی را می توان در قطعات عاری از هسته استابولاریا در شرایط مناسب تشخیص داد.

این طرح مختصر از داده های فعلی به وضوح نشان می دهد که سلول نه تنها یک واحد مورفولوژیکی بلکه یک واحد فیزیولوژیکی است.

با ارزش ترین چیزی که یک انسان دارد، اوست زندگی خودو جان عزیزانش با ارزش ترین چیز روی زمین به طور کلی زندگی است. و در اساس زندگی، در اساس همه موجودات زنده، سلول ها قرار دارند. می توان گفت که حیات روی زمین ساختاری سلولی دارد. به همین دلیل دانستن آن بسیار مهم استساختار سلول ها چگونه است ساختار سلول ها توسط سیتولوژی - علم سلول ها مورد مطالعه قرار می گیرد. اما ایده سلول ها برای همه رشته های زیستی ضروری است.

سلول چیست؟

تعریف مفهوم

سلول یک واحد ساختاری، عملکردی و ژنتیکی از همه موجودات زنده، حاوی اطلاعات ارثی، متشکل از غشای غشایی، سیتوپلاسم و اندامک ها، قادر به نگهداری، تبادل، تولید مثل و توسعه است. © Sazonov V.F., 2015. © kineziolog.bodhy.ru, 2015..

این تعریف از سلول، اگرچه مختصر است، اما کاملاً کامل است. این 3 جنبه جهانی بودن سلول را منعکس می کند: 1) ساختاری، یعنی. به عنوان یک واحد ساختاری، 2) عملکردی، یعنی. به عنوان واحد فعالیت، 3) ژنتیکی، یعنی. به عنوان واحد وراثت و تغییر نسل. یکی از ویژگی های مهم یک سلول وجود اطلاعات ارثی در آن به شکل اسید نوکلئیک - DNA است. این تعریف همچنین مهمترین ویژگی ساختار سلول را منعکس می کند: وجود یک غشای خارجی (پلاسمولما) که سلول و محیط آن را جدا می کند. و،در نهایت، 4 نشانه مهم زندگی: 1) حفظ هموستاز، یعنی. ثبات محیط داخلی در شرایط تجدید مداوم آن، 2) تبادل با محیط خارجی ماده، انرژی و اطلاعات، 3) توانایی تولید مثل، یعنی. به خود بازتولید، تولید مثل، 4) توانایی توسعه، i.e. به رشد، تمایز و مورفوژنز.

تعریف کوتاهتر اما ناقص: سلول ابتدایی (کوچکترین و ساده ترین) واحد زندگی است.

تعریف کاملتر سلول:

سلول یک سیستم منظم و ساختار یافته از پلیمرهای زیستی است که توسط یک غشای فعال محدود شده و سیتوپلاسم، هسته و اندامک ها را تشکیل می دهند. این سیستم پلیمری زیستی در مجموعه واحدی از فرآیندهای متابولیک، انرژی و اطلاعات شرکت می کند که کل سیستم را به عنوان یک کل حفظ و بازتولید می کند.

منسوجات مجموعه ای از سلول های مشابه در ساختار، عملکرد و منشاء است که به طور مشترک وظایف مشترک را انجام می دهند. در انسان، در چهار گروه اصلی بافت (اپیتلیال، همبند، عضلانی و عصبی) حدود 200 انواع مختلفسلول های تخصصی [Faler D.M., Shields D. Molecular biology ofcell: A guide for doctors. / مطابق. از انگلیسی - M.: BINOM-Press، 2004. - 272 p.].

بافت ها به نوبه خود اندام ها را تشکیل می دهند و اندام ها سیستم های اندام را تشکیل می دهند.

یک موجود زنده از یک سلول شروع می شود. هیچ حیاتی در خارج از سلول وجود ندارد، در خارج از سلول فقط وجود موقتی مولکول های حیات ممکن است، به عنوان مثال، به شکل ویروس. اما برای وجود فعال و تولید مثل، حتی ویروس ها به سلول نیاز دارند، حتی اگر خارجی باشند.

ساختار سلول

شکل زیر نمودار ساختار 6 شی بیولوژیکی را نشان می دهد. با توجه به دو گزینه برای تعریف مفهوم "سلول"، تجزیه و تحلیل کنید که کدام یک از آنها را می توان سلول در نظر گرفت و کدام را نمی توان. پاسخ خود را در قالب جدول ارائه دهید:

ساختار سلولی زیر میکروسکوپ الکترونی

غشاء

مهمترین ساختار جهانی سلول است غشای سلولی (مترادف: پلاسمالما)، سلول را به شکل یک لایه نازک می پوشاند. غشاء رابطه بین سلول و محیط آن را تنظیم می کند، یعنی: 1) محتویات سلول را تا حدی از محیط خارجی جدا می کند، 2) محتویات سلول را با محیط خارجی متصل می کند.

هسته

دومین ساختار سلولی مهم و جهانی، هسته است. برخلاف غشای سلولی در همه سلول ها وجود ندارد و به همین دلیل آن را در رتبه دوم قرار می دهیم. هسته حاوی کروموزوم های حاوی دو رشته DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) است. بخش هایی از DNA الگوهایی برای ساخت RNA پیام رسان هستند که به نوبه خود به عنوان الگوهایی برای ساخت تمام پروتئین های سلولی در سیتوپلاسم عمل می کنند. بنابراین، هسته، همانطور که بود، حاوی "نقشه هایی" برای ساختار تمام پروتئین های سلول است.

سیتوپلاسم

نیمه مایع است محیط داخلیسلول ها توسط غشاهای داخل سلولی به بخش هایی تقسیم می شوند. معمولاً دارای یک اسکلت سلولی برای حفظ شکل خاصی است و در حرکت دائمی است. سیتوپلاسم حاوی اندامک ها و آخال ها است.

در وهله سوم می توانیم تمام ساختارهای سلولی دیگری را که می توانند غشای خاص خود را داشته باشند و اندامک نامیده می شوند قرار دهیم.

اندامک ها ساختارهای سلولی دائمی و لزوماً موجود هستند که عملکردهای خاصی را انجام می دهند و ساختار خاصی دارند. اندامک‌ها را بر اساس ساختارشان می‌توان به دو گروه تقسیم کرد: اندامک‌های غشایی که لزوماً شامل غشاء هستند و اندامک‌های غیر غشایی. اندامک های غشایی به نوبه خود می توانند تک غشایی باشند - اگر توسط یک غشاء تشکیل شده باشند و دو غشایی - اگر پوسته اندامک ها دوتایی باشد و از دو غشاء تشکیل شده باشد.

شامل ها

انکلوژن ها ساختارهای غیر دائمی سلول هستند که در آن ظاهر می شوند و در طی فرآیند متابولیسم ناپدید می شوند. 4 نوع آخال وجود دارد: تغذیه ای (دارای مواد مغذی)، ترشحی (حاوی ترشحات)، دفعی (حاوی موادی که باید آزاد شوند) و رنگدانه ای (حاوی رنگدانه ها - مواد رنگی).

ساختارهای سلولی، از جمله اندامک ها ( )

شامل ها . آنها به عنوان اندامک طبقه بندی نمی شوند. انکلوژن ها ساختارهای غیر دائمی سلول هستند که در آن ظاهر می شوند و در طی فرآیند متابولیسم ناپدید می شوند. 4 نوع آخال وجود دارد: تغذیه ای (دارای مواد مغذی)، ترشحی (حاوی ترشحات)، دفعی (حاوی موادی که باید آزاد شوند) و رنگدانه ای (حاوی رنگدانه ها - مواد رنگی).

1. (پلاسمولما).
2. هسته با هسته .
3. شبکه آندوپلاسمی : زبر (دانه ای) و صاف (دانه ای).
4. مجموعه گلژی (آپارات) .
5. میتوکندری .
6. ریبوزوم ها .
7. لیزوزوم ها . لیزوزوم ها (از gr. lysis - "تجزیه، انحلال، تجزیه" و سوما - "بدن") وزیکول هایی با قطر 200-400 میکرون هستند.
8. پراکسی زوم ها . پراکسی زوم ها میکروبادی (وزیکول) با قطر 0.1-1.5 میکرومتر هستند که توسط یک غشاء احاطه شده اند.
9. پروتئازوم ها . پروتئازوم ها اندامک های خاصی برای تجزیه پروتئین ها هستند.
10. فاگوزوم ها .
11. میکروفیلامنت ها . هر میکروفیلامنت یک مارپیچ دوگانه از مولکول های پروتئین اکتین کروی است. بنابراین، محتوای اکتین حتی در سلول های غیر عضلانی به 10٪ از کل پروتئین ها می رسد.
12. رشته های میانی . آنها جزئی از اسکلت سلولی هستند. آنها ضخیم تر از میکروفیلامنت ها هستند و ماهیتی خاص برای بافت دارند:
13. میکروتوبول ها . میکروتوبول ها شبکه متراکمی را در سلول تشکیل می دهند. دیواره میکروتوبول از یک لایه واحد از زیر واحدهای کروی توبولین پروتئین تشکیل شده است. یک مقطع 13 مورد از این زیر واحدها را نشان می دهد که یک حلقه را تشکیل می دهند.
14. مرکز سلولی .
15. پلاستیدها .
16. واکوئل ها . واکوئل ها اندامک های تک غشایی هستند. آنها "ظروف" غشایی هستند، حباب هایی پر از محلول های آبی مواد آلی و معدنی.
17. گل مژه و تاژک ( اندامک های ویژه ) . آنها از 2 قسمت تشکیل شده اند: یک بدن پایه واقع در سیتوپلاسم و یک آکسونم - رشدی در بالای سطح سلول که از بیرون با یک غشاء پوشیده شده است. حرکت سلول یا حرکت محیط بالای سلول را فراهم کنید.

سلول واحد اصلی ساختاری و عملکردی همه موجودات زنده به جز ویروس ها است. دارای یک ساختار خاص، شامل بسیاری از اجزایی است که عملکردهای خاصی را انجام می دهند.

چه علمی سلول را مطالعه می کند؟

همه می دانند که علم موجودات زنده زیست شناسی است. ساختار یک سلول توسط شاخه آن - سیتولوژی مطالعه می شود.

یک سلول از چه چیزی تشکیل شده است؟

این ساختار از یک غشاء، سیتوپلاسم، اندامک ها یا اندامک ها و یک هسته (در سلول های پروکاریوتی وجود ندارد) تشکیل شده است. ساختار سلول های موجودات متعلق به طبقات مختلف کمی متفاوت است. تفاوت های قابل توجهی بین ساختار سلولی یوکاریوت ها و پروکاریوت ها مشاهده می شود.

غشای پلاسمایی

غشاء نقش بسیار مهمی ایفا می کند - محتویات سلول را از محیط خارجی جدا می کند و از آن محافظت می کند. از سه لایه تشکیل شده است: دو لایه پروتئینی و یک لایه فسفولیپیدی میانی.

دیواره سلولی

ساختار دیگری که از سلول در برابر قرار گرفتن در معرض محافظت می کند عوامل خارجی، در بالا قرار دارد غشای پلاسمایی. در سلول های گیاهان، باکتری ها و قارچ ها وجود دارد. در اولی از سلولز، در دومی - از مورئین، در سومی - از کیتین تشکیل شده است. در سلول های حیوانی، گلیکوکالیکس در بالای غشاء قرار دارد که از گلیکوپروتئین ها و پلی ساکاریدها تشکیل شده است.

سیتوپلاسم

این کل فضای سلولی محدود شده توسط غشاء را نشان می دهد، به استثنای هسته. سیتوپلاسم شامل اندامک هایی است که وظایف اصلی زندگی سلول را انجام می دهند.

اندامک ها و عملکرد آنها

ساختار یک سلول یک موجود زنده شامل تعدادی ساختار است که هر کدام عملکرد خاصی را انجام می دهند. اندامک ها یا اندامک ها نامیده می شوند.

میتوکندری

آنها را می توان یکی از مهم ترین اندامک ها نامید. میتوکندری مسئول سنتز انرژی لازم برای زندگی است. علاوه بر این، آنها در سنتز برخی هورمون ها و اسیدهای آمینه نقش دارند.

انرژی در میتوکندری به دلیل اکسیداسیون مولکول های ATP تولید می شود که با کمک آنزیم خاصی به نام ATP سنتاز اتفاق می افتد. میتوکندری ها ساختارهای گرد یا میله ای شکل هستند. تعداد آنها در یک سلول حیوانی به طور متوسط ​​150-1500 قطعه است (این بستگی به هدف آن دارد). آنها از دو غشاء و یک ماتریس تشکیل شده اند - یک توده نیمه مایع که فضای داخلی اندامک را پر می کند. اجزای اصلی پوسته ها پروتئین ها هستند؛ فسفولیپیدها نیز در ساختار آنها وجود دارند. فضای بین غشاها با مایع پر شده است. ماتریکس میتوکندری حاوی دانه هایی است که مواد خاصی مانند یون های منیزیم و کلسیم را که برای تولید انرژی ضروری هستند و پلی ساکاریدها جمع می کنند. همچنین، این اندامک ها دستگاه بیوسنتز پروتئین خود را دارند، مشابه دستگاه پروکاریوت ها. از DNA میتوکندری، مجموعه ای از آنزیم ها، ریبوزوم ها و RNA تشکیل شده است. ساختار یک سلول پروکاریوتی ویژگی های خاص خود را دارد: حاوی میتوکندری نیست.

ریبوزوم ها

این اندامک ها از RNA ریبوزومی (rRNA) و پروتئین ها تشکیل شده اند. به لطف آنها، ترجمه انجام می شود - فرآیند سنتز پروتئین بر روی ماتریس mRNA (RNA پیام رسان). یک سلول می تواند تا ده هزار مورد از این اندامک ها را در خود جای دهد. ریبوزوم ها از دو بخش کوچک و بزرگ تشکیل شده اند که مستقیماً در حضور mRNA ترکیب می شوند.

ریبوزوم ها که در سنتز پروتئین های ضروری برای خود سلول نقش دارند، در سیتوپلاسم متمرکز می شوند. و آنهایی که با کمک آنها پروتئین هایی تولید می شود که به خارج از سلول منتقل می شوند، روی غشای پلاسمایی قرار دارند.

مجموعه گلژی

فقط در سلول های یوکاریوتی وجود دارد. این اندامک از دیکتوزوم ها تشکیل شده است که تعداد آنها معمولاً تقریباً 20 است، اما می تواند به چند صد نفر نیز برسد. دستگاه گلژی در ساختار سلولی تنها موجودات یوکاریوتی گنجانده شده است. این در نزدیکی هسته قرار دارد و عملکرد سنتز و ذخیره برخی از مواد، به عنوان مثال، پلی ساکاریدها را انجام می دهد. لیزوزوم ها در آن تشکیل می شوند که در ادامه به آن می پردازیم. این اندامک نیز بخشی است سیستم دفعیسلول ها. دیکتوزوم ها به شکل پشته هایی از مخازن دیسکی شکل مسطح ارائه می شوند. در لبه‌های این ساختارها، وزیکول‌هایی تشکیل می‌شوند که حاوی موادی هستند که باید از سلول خارج شوند.

لیزوزوم ها

این اندامک ها وزیکول های کوچکی هستند که حاوی مجموعه ای از آنزیم ها هستند. ساختار آنها دارای یک غشاء است که با یک لایه پروتئین در بالا پوشیده شده است. عملکرد لیزوزوم ها هضم درون سلولی مواد است. به لطف آنزیم هیدرولاز، با کمک این اندامک ها، چربی ها، پروتئین ها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک تجزیه می شوند.

شبکه آندوپلاسمی (رتیکولوم)

ساختار سلولی تمام سلول‌های یوکاریوتی نیز دلالت بر وجود EPS (شبکه آندوپلاسمی) دارد. شبکه آندوپلاسمی شامل لوله ها و حفره های مسطح با یک غشاء است. این اندامک در دو نوع شبکه خشن و صاف وجود دارد. اولی با این واقعیت متمایز می شود که ریبوزوم ها به غشای آن متصل هستند ، دومی این ویژگی را ندارد. شبکه آندوپلاسمی خشن وظیفه سنتز پروتئین ها و لیپیدهایی را که برای تشکیل غشای سلولی یا برای اهداف دیگر مورد نیاز است را انجام می دهد. Smooth در تولید چربی ها، کربوهیدرات ها، هورمون ها و سایر مواد به جز پروتئین ها شرکت می کند. شبکه آندوپلاسمی همچنین وظیفه انتقال مواد را در سراسر سلول انجام می دهد.

اسکلت سلولی

از میکروتوبول ها و ریز رشته ها (اکتین و میانی) تشکیل شده است. اجزای اسکلت سلولی پلیمرهای پروتئین ها، عمدتاً اکتین، توبولین یا کراتین هستند. میکروتوبول‌ها برای حفظ شکل سلول عمل می‌کنند؛ آن‌ها اندام‌های حرکتی را در موجودات ساده مانند مژه‌داران، کلامیدوموناس، اوگلنا و غیره تشکیل می‌دهند. ریز رشته‌های اکتین نیز نقش یک چارچوب را بازی می‌کنند. علاوه بر این، آنها در روند حرکت اندامک نقش دارند. واسطه ها در سلول های مختلف از پروتئین های مختلف ساخته می شوند. آنها شکل سلول را حفظ می کنند و همچنین هسته و سایر اندامک ها را در یک موقعیت ثابت نگه می دارند.

مرکز سلولی

از سانتریول ها تشکیل شده است که شکل استوانه ای توخالی دارند. دیواره های آن از میکروتوبول ها تشکیل شده است. این ساختار در فرآیند تقسیم نقش دارد و توزیع کروموزوم ها بین سلول های دختر را تضمین می کند.

هسته

در سلول های یوکاریوتی یکی از مهم ترین اندامک ها است. این DNA را ذخیره می کند که اطلاعات مربوط به کل ارگانیسم، خواص آن، پروتئین هایی که باید توسط سلول سنتز شوند و غیره را رمزگذاری می کند. از پوسته ای تشکیل شده است که از مواد ژنتیکی، شیره هسته ای (ماتریکس)، کروماتین و هسته محافظت می کند. پوسته از دو غشای متخلخل که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند تشکیل شده است. ماتریکس توسط پروتئین ها نشان داده می شود؛ محیطی مطلوب در داخل هسته برای ذخیره اطلاعات ارثی ایجاد می کند. شیره هسته ای حاوی پروتئین های رشته ای است که به عنوان پشتیبان عمل می کنند و همچنین RNA. همچنین کروماتین در اینجا وجود دارد، شکل بین فازی وجود کروموزوم. در طول تقسیم سلولی، از توده ها به ساختارهای میله ای تبدیل می شود.

هسته

این بخش جداگانه ای از هسته است که مسئول تشکیل RNA ریبوزومی است.

اندامک ها فقط در سلول های گیاهی یافت می شوند

سلول های گیاهی اندامک هایی دارند که مشخصه هیچ موجود دیگری نیست. اینها شامل واکوئل ها و پلاستیدها هستند.

واکوئل

این یک نوع مخزن است که در آن مواد مغذی ذخیره و همچنین مواد زائد که به دلیل متراکم بودن دیواره سلولی قابل حذف نیستند، ذخیره می شود. توسط غشای خاصی به نام تونوپلاست از سیتوپلاسم جدا می شود. همانطور که سلول عمل می کند، واکوئل های کوچک منفرد در یک واکوئل بزرگ - واکوئل مرکزی ادغام می شوند.

پلاستیدها

این اندامک ها به سه گروه کلروپلاست، لوکوپلست و کروموپلاست تقسیم می شوند.

کلروپلاست ها

اینها مهمترین اندامک های یک سلول گیاهی هستند. به لطف آنها، فتوسنتز اتفاق می افتد، که طی آن سلول مواد مغذی مورد نیاز خود را دریافت می کند. مواد مغذی. کلروپلاست ها دو غشا دارند: بیرونی و داخلی. ماتریس - ماده ای که فضای داخلی را پر می کند. DNA و ریبوزوم های خود؛ دانه های نشاسته؛ دانه ها. دومی شامل پشته هایی از تیلاکوئیدها با کلروفیل است که توسط یک غشاء احاطه شده است. در آنها است که فرآیند فتوسنتز اتفاق می افتد.

لکوپلاست ها

این ساختارها از دو غشا، یک ماتریکس، DNA، ریبوزوم ها و تیلاکوئیدها تشکیل شده اند، اما غشاها حاوی کلروفیل نیستند. لکوپلاست ها عملکرد ذخیره ای را انجام می دهند و مواد مغذی را جمع می کنند. آنها حاوی آنزیم های خاصی هستند که به دست آوردن نشاسته از گلوکز را ممکن می کند، که در واقع به عنوان یک ماده ذخیره عمل می کند.

کروموپلاست ها

این اندامک ها همان ساختاری دارند که در بالا توضیح داده شد، با این حال، آنها حاوی تیلاکوئید نیستند، اما کاروتنوئیدهایی وجود دارند که رنگ خاصی دارند و مستقیماً در کنار غشاء قرار دارند. به لطف این ساختارها است که گلبرگ های گل به رنگ خاصی رنگ می شوند و به آنها اجازه می دهد حشرات گرده افشان را جذب کنند.