Η ανταλλαγή ουσιών που εισέρχονται στο κύτταρο ή απελευθερώνονται από αυτό έξω, καθώς και η ανταλλαγή διαφόρων σημάτων με το μικρο- και μακροπεριβάλλον, πραγματοποιείται μέσω της εξωτερικής μεμβράνης του κυττάρου. Όπως είναι γνωστό, η κυτταρική μεμβράνη είναι μια διπλή στιβάδα λιπιδίων στην οποία είναι ενσωματωμένα διάφορα μόρια πρωτεΐνης, ενεργώντας ως εξειδικευμένοι υποδοχείς, κανάλια ιόντων, συσκευές που μεταφέρουν ή αφαιρούν ενεργά διάφορες χημικές ουσίες, μεσοκυτταρικές επαφές κ.λπ. Σε υγιή ευκαρυωτικά κύτταρα, τα φωσφολιπίδια κατανέμονται σε η μεμβράνη ασύμμετρα: η εξωτερική επιφάνεια αποτελείται από σφιγγομυελίνη και φωσφατιδυλοχολίνη, η εσωτερική επιφάνεια - από φωσφατιδυλοσερίνη και φωσφατιδυλαιθανολαμίνη. Η διατήρηση μιας τέτοιας ασυμμετρίας απαιτεί ενεργειακή δαπάνη. Επομένως, σε περίπτωση κυτταρικής βλάβης, μόλυνσης ή ενεργειακής πείνας, η εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης εμπλουτίζεται με φωσφολιπίδια που είναι ασυνήθιστα γι' αυτήν, τα οποία γίνονται σήμα για άλλα κύτταρα και ένζυμα για κυτταρική βλάβη με αντίστοιχη αντίδραση σε αυτό. Τον σημαντικότερο ρόλο παίζει η διαλυτή μορφή της φωσφολιπάσης Α2, η οποία διασπά το αραχιδονικό οξύ και δημιουργεί λυσομορφές από τα προαναφερθέντα φωσφολιπίδια. Το αραχιδονικό οξύ είναι ο περιοριστικός κρίκος για τη δημιουργία φλεγμονωδών μεσολαβητών όπως τα εικοσανοειδή, και τα προστατευτικά μόρια - πενταξίνες (C-αντιδρώσα πρωτεΐνη (CRP), πρόδρομοι πρωτεϊνών αμυλοειδούς) - συνδέονται με λυσομορφές στη μεμβράνη, ακολουθούμενα από ενεργοποίηση του συμπληρώματος σύστημα κατά μήκος της κλασικής οδού και την καταστροφή των κυττάρων.
Η δομή της μεμβράνης βοηθά στη διατήρηση των χαρακτηριστικών του εσωτερικού περιβάλλοντος του κυττάρου, των διαφορών του από το εξωτερικό περιβάλλον. Αυτό εξασφαλίζεται από την επιλεκτική διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης και την ύπαρξη ενεργών μηχανισμών μεταφοράς σε αυτήν. Η διακοπή τους ως αποτέλεσμα άμεσης βλάβης, για παράδειγμα, από τετραδοτοξίνη, ουαμπαϊνη, τετρααιθυλαμμώνιο ή σε περίπτωση ανεπαρκούς παροχής ενέργειας στις αντίστοιχες «αντλίες» οδηγεί σε διαταραχή της σύνθεσης ηλεκτρολυτών του κυττάρου, αλλαγές στο μεταβολισμό του, διαταραχή ειδικών λειτουργιών - συστολή, αγωγή ερεθισμάτων κ.λπ. Η διαταραχή των διαύλων κυτταρικών ιόντων (ασβέστιο, νάτριο, κάλιο και χλωρίδιο) στον άνθρωπο μπορεί επίσης να προσδιοριστεί γενετικά από μετάλλαξη των γονιδίων που είναι υπεύθυνα για τη δομή αυτών των καναλιών. Οι λεγόμενες καναλοπάθειες προκαλούν κληρονομικές παθήσεις του νευρικού, μυϊκού και πεπτικού συστήματος. Η υπερβολική είσοδος νερού στο κύτταρο μπορεί να οδηγήσει σε ρήξη του - κυτταρόλυση - λόγω διάτρησης της μεμβράνης όταν ενεργοποιείται το συμπλήρωμα ή επίθεση από κυτταροτοξικά λεμφοκύτταρα και φυσικά κύτταρα φονείς.
Η κυτταρική μεμβράνη έχει πολλούς υποδοχείς ενσωματωμένους σε αυτήν - δομές που όταν συνδυάζονται με τα αντίστοιχα ειδικά μόρια σηματοδότησης (συνδέτες), μεταδίδουν ένα σήμα μέσα στο κύτταρο. Αυτό συμβαίνει μέσω διαφόρων ρυθμιστικών καταρράξεων που αποτελούνται από ενζυμικά ενεργά μόρια που ενεργοποιούνται διαδοχικά και τελικά συμβάλλουν στην εφαρμογή διαφόρων κυτταρικών προγραμμάτων, όπως η ανάπτυξη και ο πολλαπλασιασμός, η διαφοροποίηση, η κινητικότητα, η γήρανση και ο κυτταρικός θάνατος. Οι ρυθμιστικοί καταρράκτες είναι αρκετά πολλοί, αλλά ο αριθμός τους δεν έχει ακόμη πλήρως προσδιοριστεί. Το σύστημα των υποδοχέων και των ρυθμιστικών καταρρακτών που συνδέονται με αυτούς υπάρχει επίσης μέσα στο κύτταρο. δημιουργούν ένα συγκεκριμένο ρυθμιστικό δίκτυο με σημεία συγκέντρωσης, κατανομής και επιλογής της περαιτέρω διαδρομής του σήματος ανάλογα με τη λειτουργική κατάσταση του κυττάρου, το στάδιο ανάπτυξής του και την ταυτόχρονη δράση σημάτων από άλλους υποδοχείς. Το αποτέλεσμα αυτού μπορεί να είναι η αναστολή ή η ενίσχυση του σήματος, κατευθύνοντάς το κατά μήκος μιας διαφορετικής ρυθμιστικής οδού. Τόσο η συσκευή του υποδοχέα όσο και οι οδοί μεταγωγής σήματος μέσω ρυθμιστικών καταρρακτών, για παράδειγμα προς τον πυρήνα, μπορεί να διαταραχθούν ως αποτέλεσμα γενετικού ελαττώματος που εμφανίζεται ως συγγενές ελάττωμα σε επίπεδο οργανισμού ή λόγω σωματικής μετάλλαξης σε συγκεκριμένο τύπο κυττάρου. Αυτοί οι μηχανισμοί μπορεί να καταστραφούν από μολυσματικούς παράγοντες, τοξίνες και επίσης να αλλάξουν κατά τη διαδικασία της γήρανσης. Το τελικό στάδιο αυτού μπορεί να είναι μια διαταραχή των λειτουργιών του κυττάρου, των διαδικασιών πολλαπλασιασμού και διαφοροποίησής του.
Στην επιφάνεια των κυττάρων υπάρχουν επίσης μόρια που παίζουν σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες της μεσοκυττάριας αλληλεπίδρασης. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν πρωτεΐνες κυτταρικής προσκόλλησης, αντιγόνα ιστοσυμβατότητας, ιστοειδικά, διαφοροποιητικά αντιγόνα κ.λπ. Οι αλλαγές στη σύνθεση αυτών των μορίων προκαλούν διακοπή των μεσοκυττάριων αλληλεπιδράσεων και μπορεί να προκαλέσουν την ενεργοποίηση κατάλληλων μηχανισμών για την εξάλειψη τέτοιων κυττάρων, επειδή δημιουργούν ορισμένος κίνδυνος για την ακεραιότητα του σώματος ως δεξαμενή μόλυνσης, ιδιαίτερα ιογενούς, ή ως πιθανοί εκκινητές ανάπτυξης όγκου.
Παραβίαση της παροχής ενέργειας του κυττάρου
Η πηγή ενέργειας στο κύτταρο είναι η τροφή, μετά τη διάσπαση της οποίας η ενέργεια απελευθερώνεται σε τελικές ουσίες. Ο κύριος τόπος παραγωγής ενέργειας είναι τα μιτοχόνδρια, στα οποία οι ουσίες οξειδώνονται με τη βοήθεια ενζύμων της αναπνευστικής αλυσίδας. Η οξείδωση είναι ο κύριος προμηθευτής ενέργειας, αφού ως αποτέλεσμα της γλυκόλυσης δεν απελευθερώνεται περισσότερο από 5% της ενέργειας από την ίδια ποσότητα υποστρωμάτων οξείδωσης (γλυκόζη), σε σύγκριση με την οξείδωση. Περίπου το 60% της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση συσσωρεύεται με οξειδωτική φωσφορυλίωση σε φωσφορικά άλατα υψηλής ενέργειας (ATP, φωσφορική κρεατίνη), το υπόλοιπο διαχέεται ως θερμότητα. Στη συνέχεια, τα φωσφορικά άλατα υψηλής ενέργειας χρησιμοποιούνται από το κύτταρο για διαδικασίες όπως η λειτουργία της αντλίας, η σύνθεση, η διαίρεση, η κίνηση, η έκκριση κ.λπ. μηχανισμός σύνθεσης των ενζύμων του ενεργειακού μεταβολισμού, ο δεύτερος είναι ο μηχανισμός οξειδωτικής φωσφορυλίωσης, ο τρίτος είναι ο μηχανισμός χρήσης ενέργειας.
Η διακοπή της μεταφοράς ηλεκτρονίων στη μιτοχονδριακή αναπνευστική αλυσίδα ή η αποσύνδεση της οξείδωσης και φωσφορυλίωσης της ADP με απώλεια δυναμικού πρωτονίου, η κινητήρια δύναμη για την παραγωγή ATP, οδηγεί σε εξασθένηση της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης με τέτοιο τρόπο που το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας διαχέεται ως θερμότητα και ο αριθμός των ενώσεων υψηλής ενέργειας μειώνεται. Η αποσύνδεση της οξείδωσης και της φωσφορυλίωσης υπό την επίδραση της αδρεναλίνης χρησιμοποιείται από τα κύτταρα των ομοιοθερμικών οργανισμών για την αύξηση της παραγωγής θερμότητας διατηρώντας μια σταθερή θερμοκρασία σώματος κατά την ψύξη ή την αύξηση της κατά τη διάρκεια του πυρετού. Σημαντικές αλλαγές στη δομή των μιτοχονδρίων και στον ενεργειακό μεταβολισμό παρατηρούνται στη θυρεοτοξίκωση. Αυτές οι αλλαγές είναι αρχικά αναστρέψιμες, αλλά μετά από ένα ορισμένο σημείο γίνονται μη αναστρέψιμες: θραύσματα μιτοχονδρίων, αποσυντίθενται ή διογκώνονται, χάνουν κρυστάλλους, μετατρέπονται σε κενοτόπια και τελικά συσσωρεύονται ουσίες όπως υαλίνη, φερριτίνη, ασβέστιο, λιποφουσκίνη. Σε ασθενείς με σκορβούτο, τα μιτοχόνδρια συγχωνεύονται για να σχηματίσουν χονδριόσφαιρα, πιθανώς λόγω βλάβης της μεμβράνης από ενώσεις υπεροξειδίου. Σημαντική βλάβη στα μιτοχόνδρια συμβαίνει υπό την επίδραση της ιονίζουσας ακτινοβολίας κατά τη μετατροπή ενός φυσιολογικού κυττάρου σε κακοήθη.
Τα μιτοχόνδρια είναι μια ισχυρή αποθήκη ιόντων ασβεστίου, όπου η συγκέντρωσή τους είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερη από αυτή στο κυτταρόπλασμα. Όταν τα μιτοχόνδρια καταστραφούν, το ασβέστιο εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα, προκαλώντας ενεργοποίηση πρωτεϊνασών με βλάβη στις ενδοκυτταρικές δομές και διαταραχή των λειτουργιών του αντίστοιχου κυττάρου, για παράδειγμα, συσπάσεις ασβεστίου ή ακόμα και «θάνατο ασβεστίου» στους νευρώνες. Ως αποτέλεσμα της διαταραχής της λειτουργικής ικανότητας των μιτοχονδρίων, αυξάνεται απότομα ο σχηματισμός ενώσεων υπεροξειδίου ελεύθερων ριζών, οι οποίες έχουν πολύ υψηλή αντιδραστικότητα και ως εκ τούτου βλάπτουν σημαντικά συστατικά του κυττάρου - νουκλεϊκά οξέα, πρωτεΐνες και λιπίδια. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται κατά το λεγόμενο οξειδωτικό στρες και μπορεί να έχει αρνητικές συνέπειες για την ύπαρξη του κυττάρου. Έτσι, η βλάβη στην εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων συνοδεύεται από την απελευθέρωση στο κυτταρόπλασμα ουσιών που περιέχονται στον διαμεμβρανικό χώρο, κυρίως του κυτοχρώματος C και ορισμένων άλλων βιολογικά δραστικών ουσιών, που πυροδοτούν αλυσιδωτές αντιδράσεις που προκαλούν προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο - απόπτωση. Καταστρέφοντας το μιτοχονδριακό DNA, οι αντιδράσεις ελεύθερων ριζών παραμορφώνουν τη γενετική πληροφορία που είναι απαραίτητη για το σχηματισμό ορισμένων ενζύμων της αναπνευστικής αλυσίδας, τα οποία παράγονται ειδικά στα μιτοχόνδρια. Αυτό οδηγεί σε ακόμη μεγαλύτερη διακοπή των οξειδωτικών διεργασιών. Γενικά, η γενετική συσκευή των μιτοχονδρίων, σε σύγκριση με τη γενετική συσκευή του πυρήνα, προστατεύεται λιγότερο από επιβλαβείς επιδράσεις που μπορούν να αλλάξουν τις γενετικές πληροφορίες που κωδικοποιούνται σε αυτό. Ως αποτέλεσμα, η δυσλειτουργία των μιτοχονδρίων εμφανίζεται καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής, για παράδειγμα, κατά τη διαδικασία γήρανσης, κατά τη διάρκεια κακοήθους μετασχηματισμού του κυττάρου, καθώς και στο πλαίσιο κληρονομικών μιτοχονδριακών ασθενειών που σχετίζονται με μετάλλαξη του μιτοχονδριακού DNA στο ωάριο. Επί του παρόντος, έχουν περιγραφεί πάνω από 50 μιτοχονδριακές μεταλλάξεις που προκαλούν κληρονομικές εκφυλιστικές ασθένειες του νευρικού και μυϊκού συστήματος. Μεταδίδονται στο παιδί αποκλειστικά από τη μητέρα, αφού τα μιτοχόνδρια του σπέρματος δεν αποτελούν μέρος του ζυγωτού και, κατά συνέπεια, του νέου οργανισμού.
Παραβίαση της διατήρησης και μετάδοσης γενετικής πληροφορίας
Ο πυρήνας του κυττάρου περιέχει τις περισσότερες γενετικές πληροφορίες και έτσι διασφαλίζει την κανονική λειτουργία του. Μέσω της εκλεκτικής γονιδιακής έκφρασης, συντονίζει τη δραστηριότητα των κυττάρων κατά τη διάρκεια της μεσόφασης, αποθηκεύει γενετικές πληροφορίες και αναδημιουργεί και μεταδίδει γενετικό υλικό κατά τη διαίρεση των κυττάρων. Η αντιγραφή του DNA και η μεταγραφή του RNA συμβαίνουν στον πυρήνα. Διάφοροι παθογόνοι παράγοντες, όπως η υπεριώδης και ιονίζουσα ακτινοβολία, η οξείδωση των ελεύθερων ριζών, οι χημικές ουσίες, οι ιοί, μπορούν να βλάψουν το DNA. Υπολογίζεται ότι κάθε κύτταρο ενός θερμόαιμου ζώου χρειάζεται 1 ημέρα. χάνει περισσότερες από 10.000 βάσεις. Εδώ θα πρέπει να προσθέσουμε παραβιάσεις κατά την αντιγραφή κατά τη διαίρεση. Εάν αυτές οι βλάβες επέμεναν, το κύτταρο δεν θα μπορούσε να επιβιώσει. Η προστασία έγκειται στην ύπαρξη ισχυρών συστημάτων επιδιόρθωσης, όπως η υπεριώδης ενδονουκλεάση, τα συστήματα επισκευής αντιγραφής και ανασυνδυασμού, τα οποία αντικαθιστούν τη βλάβη του DNA. Τα γενετικά ελαττώματα στα συστήματα επιδιόρθωσης προκαλούν την ανάπτυξη ασθενειών που προκαλούνται από αυξημένη ευαισθησία σε παράγοντες που βλάπτουν το DNA. Πρόκειται για το ξηρόδερμα pigmentosum, καθώς και για ορισμένα σύνδρομα επιταχυνόμενης γήρανσης, που συνοδεύονται από αυξημένη τάση για ανάπτυξη κακοήθων όγκων.
Το σύστημα για τη ρύθμιση των διαδικασιών αντιγραφής του DNA, της μεταγραφής του αγγελιαφόρου RNA (mRNA) και της μετάφρασης γενετικών πληροφοριών από νουκλεϊκά οξέα στη δομή των πρωτεϊνών είναι αρκετά περίπλοκο και πολυεπίπεδο. Εκτός από τους ρυθμιστικούς καταρράκτες που πυροδοτούν τη δράση μεταγραφικών παραγόντων με συνολικό αριθμό άνω των 3000, οι οποίοι ενεργοποιούν ορισμένα γονίδια, υπάρχει επίσης ένα πολυεπίπεδο ρυθμιστικό σύστημα που διαμεσολαβείται από μικρά μόρια RNA (παρεμβαλλόμενο RNA, RNAi). Το ανθρώπινο γονιδίωμα, το οποίο αποτελείται από περίπου 3 δισεκατομμύρια βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης, περιέχει μόνο το 2% των δομικών γονιδίων που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Τα υπόλοιπα παρέχουν τη σύνθεση ρυθμιστικών RNA, τα οποία, ταυτόχρονα με μεταγραφικούς παράγοντες, ενεργοποιούν ή μπλοκάρουν το έργο των δομικών γονιδίων σε επίπεδο DNA στα χρωμοσώματα ή επηρεάζουν τις διαδικασίες μετάφρασης του αγγελιαφόρου RNA (mRNA) κατά το σχηματισμό ενός μορίου πολυπεπτιδίου στο το κυτταρόπλασμα. Παραβίαση της γενετικής πληροφορίας μπορεί να συμβεί τόσο σε επίπεδο δομικών γονιδίων όσο και στο ρυθμιστικό μέρος του DNA με αντίστοιχες εκδηλώσεις με τη μορφή διαφόρων κληρονομικών ασθενειών.
Πρόσφατα, έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή στις αλλαγές στο γενετικό υλικό που συμβαίνουν κατά την ατομική ανάπτυξη ενός οργανισμού και σχετίζονται με την αναστολή ή την ενεργοποίηση ορισμένων τμημάτων του DNA και των χρωμοσωμάτων λόγω της μεθυλίωσης, ακετυλίωσης και φωσφορυλίωσης τους. Αυτές οι αλλαγές επιμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα, μερικές φορές σε όλη τη διάρκεια της ζωής του οργανισμού από την εμβρυογένεση έως την τρίτη ηλικία, και ονομάζονται επιγονιδιωματική κληρονομικότητα.
Ο πολλαπλασιασμός κυττάρων με αλλοιωμένη γενετική πληροφορία αποτρέπεται επίσης από συστήματα (παράγοντες) που ελέγχουν τον μιτωτικό κύκλο. Αλληλεπιδρούν με τις εξαρτώμενες από κυκλίνη πρωτεϊνικές κινάσες και τις καταλυτικές τους υπομονάδες - κυκλίνες - και εμποδίζουν το κύτταρο να περάσει από τον πλήρη μιτωτικό κύκλο, σταματώντας τη διαίρεση στο όριο μεταξύ της προσυνθετικής και της συνθετικής φάσης (μπλοκ G1/S) μέχρι να ολοκληρωθεί η επιδιόρθωση του DNA. και αν αυτό είναι αδύνατο, ξεκινούν προγραμματισμένα κύτταρα θανάτου. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν το γονίδιο p53, η μετάλλαξη του οποίου προκαλεί απώλεια ελέγχου στον πολλαπλασιασμό των μετασχηματισμένων κυττάρων. παρατηρείται σχεδόν στο 50% των ανθρώπινων καρκίνων. Το δεύτερο σημείο ελέγχου του μιτωτικού κύκλου είναι στα σύνορα G2/M. Εδώ, η σωστή κατανομή του χρωμοσωμικού υλικού μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων σε μίτωση ή μείωση ελέγχεται χρησιμοποιώντας ένα σύνολο μηχανισμών που ελέγχουν την άτρακτο του κυττάρου, το κέντρο και τα κεντρομερή (κινετοχώρη). Η αναποτελεσματικότητα αυτών των μηχανισμών οδηγεί σε διαταραχή της κατανομής των χρωμοσωμάτων ή των τμημάτων τους, η οποία εκδηλώνεται με την απουσία οποιουδήποτε χρωμοσώματος σε ένα από τα θυγατρικά κύτταρα (ανευπλοειδία), την παρουσία ενός επιπλέον χρωμοσώματος (πολυπλοειδία), τον διαχωρισμό ενός μέρος ενός χρωμοσώματος (διαγραφή) και μεταφορά του σε άλλο χρωμόσωμα (μετατόπιση) . Τέτοιες διεργασίες παρατηρούνται πολύ συχνά κατά τον πολλαπλασιασμό κακοήθων εκφυλισμένων και μετασχηματισμένων κυττάρων. Εάν αυτό συμβεί κατά τη διάρκεια της μείωσης με τα γεννητικά κύτταρα, οδηγεί είτε στο θάνατο του εμβρύου σε πρώιμο στάδιο της εμβρυϊκής ανάπτυξης, είτε στη γέννηση ενός οργανισμού με χρωμοσωμική νόσο.
Ο ανεξέλεγκτος κυτταρικός πολλαπλασιασμός κατά την ανάπτυξη του όγκου συμβαίνει ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων σε γονίδια που ελέγχουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και ονομάζονται ογκογονίδια. Μεταξύ περισσότερων από 70 επί του παρόντος γνωστών ογκογονιδίων, τα περισσότερα ανήκουν σε συστατικά της ρύθμισης της κυτταρικής ανάπτυξης, μερικά αντιπροσωπεύονται από μεταγραφικούς παράγοντες που ρυθμίζουν τη γονιδιακή δραστηριότητα, καθώς και παράγοντες που αναστέλλουν την κυτταρική διαίρεση και ανάπτυξη. Ένας άλλος παράγοντας που περιορίζει την υπερβολική επέκταση (εξάπλωση) των πολλαπλασιαζόμενων κυττάρων είναι η βράχυνση των άκρων των χρωμοσωμάτων - τελομερών, τα οποία δεν μπορούν να αναπαραχθούν πλήρως ως αποτέλεσμα καθαρά στερικής αλληλεπίδρασης, επομένως, μετά από κάθε κυτταρική διαίρεση, τα τελομερή μειώνονται κατά ένα ορισμένο μέρος των βάσεων. Έτσι, τα πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα ενός ενήλικου οργανισμού μετά από έναν ορισμένο αριθμό διαιρέσεων (συνήθως από 20 έως 100 ανάλογα με τον τύπο του οργανισμού και την ηλικία του) εξαντλούν το μήκος των τελομερών και σταματά η περαιτέρω αναπαραγωγή των χρωμοσωμάτων. Αυτό το φαινόμενο δεν εμφανίζεται στο επιθήλιο του σπέρματος, στα εντεροκύτταρα και στα εμβρυϊκά κύτταρα λόγω της παρουσίας του ενζύμου τελομεράση, το οποίο αποκαθιστά το μήκος των τελομερών μετά από κάθε διαίρεση. Στα περισσότερα κύτταρα των ενήλικων οργανισμών, η τελομεράση είναι αποκλεισμένη, αλλά, δυστυχώς, ενεργοποιείται σε κύτταρα όγκου.
Η σύνδεση του πυρήνα με το κυτταρόπλασμα και η μεταφορά ουσιών και προς τις δύο κατευθύνσεις πραγματοποιείται μέσω πόρων στην πυρηνική μεμβράνη με τη συμμετοχή ειδικών συστημάτων μεταφοράς που καταναλώνουν ενέργεια. Με αυτόν τον τρόπο, ενέργεια και πλαστικές ουσίες, μόρια σηματοδότησης (παράγοντες μεταγραφής) μεταφέρονται στον πυρήνα. Η αντίστροφη ροή μεταφέρει στο κυτταρόπλασμα μόρια mRNA και μεταφοράς RNA (tRNA), ριβοσώματα απαραίτητα για την πρωτεϊνική σύνθεση στο κύτταρο. Η ίδια οδός μεταφοράς ουσιών είναι επίσης εγγενής στους ιούς, ιδίως όπως ο HIV. Μεταφέρουν το γενετικό τους υλικό στον πυρήνα του κυττάρου ξενιστή με την περαιτέρω ενσωμάτωσή του στο γονιδίωμα του ξενιστή και τη μεταφορά του νεοσχηματισμένου ιικού RNA στο κυτταρόπλασμα για περαιτέρω σύνθεση πρωτεϊνών νέων ιικών σωματιδίων.
Παραβίαση των διαδικασιών σύνθεσης
Οι διαδικασίες πρωτεϊνοσύνθεσης συμβαίνουν σε στέρνες του ενδοπλασματικού δικτύου, στενά συνδεδεμένες με πόρους στην πυρηνική μεμβράνη, μέσω των οποίων τα ριβοσώματα, το tRNA και το mRNA εισέρχονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Εδώ πραγματοποιείται η σύνθεση πολυπεπτιδικών αλυσίδων, οι οποίες στη συνέχεια αποκτούν την τελική τους μορφή στο κοκκώδες ενδοπλασματικό δίκτυο και στο φυλλωτό σύμπλεγμα (σύμπλεγμα Golgi), όπου υφίστανται μετα-μεταφραστική τροποποίηση και συνδυάζονται με μόρια υδατανθράκων και λιπιδίων. Τα νεοσχηματισμένα πρωτεϊνικά μόρια δεν παραμένουν στη θέση της σύνθεσης, αλλά μέσω μιας πολύπλοκης ρυθμισμένης διαδικασίας που ονομάζεται πρωτεϊνοκίνηση, μεταφέρονται ενεργά σε εκείνο το απομονωμένο τμήμα του κυττάρου όπου θα εκτελέσουν την προβλεπόμενη λειτουργία τους. Σε αυτή την περίπτωση, ένα πολύ σημαντικό βήμα είναι η δόμηση του μεταφερόμενου μορίου σε μια κατάλληλη χωρική διαμόρφωση ικανή να εκτελέσει την εγγενή του λειτουργία. Αυτή η δόμηση συμβαίνει με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων ή σε μια μήτρα εξειδικευμένων πρωτεϊνικών μορίων - συνοδών, που βοηθούν το μόριο πρωτεΐνης, νεοσχηματισμένο ή αλλαγμένο λόγω εξωτερικής επιρροής, να αποκτήσει τη σωστή τρισδιάστατη δομή. Σε περίπτωση δυσμενούς επίδρασης στο κύτταρο, όταν υπάρχει πιθανότητα διαταραχής της δομής των μορίων πρωτεΐνης (για παράδειγμα, με αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος, μολυσματική διαδικασία, δηλητηρίαση), η συγκέντρωση των συνοδών στο κύτταρο αυξάνεται απότομα. Επομένως, τέτοια μόρια ονομάζονται επίσης πρωτεΐνες στρες, ή πρωτεΐνες θερμικού σοκ. Η παραβίαση της δομής ενός μορίου πρωτεΐνης οδηγεί στον σχηματισμό χημικά αδρανών συσσωματωμάτων, τα οποία εναποτίθενται στο κύτταρο ή έξω από αυτό κατά την αμυλοείδωση, τη νόσο του Alzheimer κ.λπ. Μερικές φορές ένα προδομημένο παρόμοιο μόριο μπορεί να χρησιμεύσει ως μήτρα, και σε αυτό Σε περίπτωση που η κύρια δόμηση συμβεί λανθασμένα, όλα τα επόμενα μόρια θα είναι επίσης ελαττωματικά. Αυτή η κατάσταση εμφανίζεται στις λεγόμενες ασθένειες πριόν (τρομώδης νόσος σε πρόβατα, λυσσασμένες αγελάδες, kuru, νόσος Creutzfeldt-Jakob στον άνθρωπο), όταν ένα ελάττωμα σε μία από τις πρωτεΐνες της μεμβράνης ενός νευρικού κυττάρου προκαλεί την επακόλουθη συσσώρευση αδρανών μαζών μέσα στο κύτταρο και διαταραχή των ζωτικών λειτουργιών του.
Η διακοπή των διαδικασιών σύνθεσης σε ένα κύτταρο μπορεί να συμβεί στα διάφορα στάδια του: μεταγραφή RNA στον πυρήνα, μετάφραση πολυπεπτιδίων στα ριβοσώματα, μετα-μεταφραστική τροποποίηση, υπερμεθυλίωση και γλυκοζυλίωση του μπεζ μορίου, μεταφορά και κατανομή πρωτεϊνών στο κύτταρο και απομάκρυνσή τους προς τα έξω. Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί κανείς να παρατηρήσει μια αύξηση ή μείωση του αριθμού των ριβοσωμάτων, τη διάσπαση των πολυριβοσωμάτων, την επέκταση των δεξαμενών του κοκκώδους ενδοπλασματικού δικτύου, την απώλεια ριβοσωμάτων και το σχηματισμό κυστιδίων και κενοτοπίων. Έτσι, όταν δηλητηριάζεται από ένα ωχρό βλέμμα, το ένζυμο πολυμεράσης RNA καταστρέφεται, γεγονός που διακόπτει τη μεταγραφή. Η τοξίνη της διφθερίτιδας, αδρανοποιώντας τον παράγοντα επιμήκυνσης, διαταράσσει τις διαδικασίες μετάφρασης, προκαλώντας βλάβη στο μυοκάρδιο. Η αιτία της διακοπής της σύνθεσης ορισμένων συγκεκριμένων πρωτεϊνικών μορίων μπορεί να είναι μολυσματικοί παράγοντες. Για παράδειγμα, οι ιοί του έρπητα αναστέλλουν τη σύνθεση και την έκφραση των μορίων του αντιγόνου MHC, γεγονός που τους επιτρέπει να αποφεύγουν εν μέρει τον ανοσοποιητικό έλεγχο· οι βάκιλοι της πανώλης - η σύνθεση μεσολαβητών της οξείας φλεγμονής. Η εμφάνιση ασυνήθιστων πρωτεϊνών μπορεί να σταματήσει την περαιτέρω διάσπασή τους και να οδηγήσει στη συσσώρευση αδρανούς ή ακόμα και τοξικού υλικού. Αυτό μπορεί, σε κάποιο βαθμό, να διευκολυνθεί με τη διακοπή των διαδικασιών αποσύνθεσης.
Διαταραχή των διαδικασιών αποσύνθεσης
Ταυτόχρονα με τη σύνθεση της πρωτεΐνης στο κύτταρο, η διάσπασή της συμβαίνει συνεχώς. Υπό κανονικές συνθήκες, αυτό έχει σημαντική ρυθμιστική και διαμορφωτική σημασία, για παράδειγμα, κατά την ενεργοποίηση ανενεργών μορφών ενζύμων, πρωτεϊνικών ορμονών και πρωτεϊνών του μιτωτικού κύκλου. Η φυσιολογική ανάπτυξη και ανάπτυξη των κυττάρων απαιτεί μια καλά ελεγχόμενη ισορροπία μεταξύ της σύνθεσης και της αποδόμησης των πρωτεϊνών και των οργανιδίων. Ωστόσο, στη διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης, λόγω σφαλμάτων στη λειτουργία της συσκευής σύνθεσης, μη φυσιολογικής δομής του μορίου πρωτεΐνης και βλάβης του από χημικούς και βακτηριακούς παράγοντες, σχηματίζεται συνεχώς ένας αρκετά μεγάλος αριθμός ελαττωματικών μορίων. Σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις, το μερίδιό τους είναι περίπου το ένα τρίτο όλων των συντιθέμενων πρωτεϊνών.
Τα κύτταρα των θηλαστικών έχουν πολλά κύρια Τρόποι καταστροφής πρωτεϊνών:μέσω των λυσοσωμικών πρωτεασών (πεντιδικές υδρολάσες), των εξαρτώμενων από ασβέστιο πρωτεϊνασών (ενδοπεπτιδάσες) και του συστήματος πρωτεασωμάτων. Επιπλέον, υπάρχουν και εξειδικευμένες πρωτεϊνάσες, όπως οι κασπάσες. Το κύριο οργανίδιο στο οποίο λαμβάνει χώρα η αποικοδόμηση των ουσιών στα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι το λυσόσωμα, το οποίο περιέχει πολυάριθμα υδρολυτικά ένζυμα. Λόγω των διεργασιών της ενδοκυττάρωσης και των διαφόρων τύπων αυτοφαγίας σε λυσοσώματα και φαγολυσοσώματα, καταστρέφονται τόσο ελαττωματικά πρωτεϊνικά μόρια όσο και ολόκληρα οργανίδια: κατεστραμμένα μιτοχόνδρια, τμήματα της πλασματικής μεμβράνης, ορισμένες εξωκυτταρικές πρωτεΐνες και το περιεχόμενο εκκριτικών κόκκων.
Ένας σημαντικός μηχανισμός για την αποικοδόμηση της πρωτεΐνης είναι το πρωτεάσωμα, μια πολυκαταλυτική δομή πρωτεϊνάσης πολύπλοκης δομής που εντοπίζεται στο κυτταρόπλασμα, τον πυρήνα, το ενδοπλασματικό δίκτυο και την κυτταρική μεμβράνη. Αυτό το ενζυμικό σύστημα είναι υπεύθυνο για τη διάσπαση των κατεστραμμένων πρωτεϊνών καθώς και των υγιών πρωτεϊνών που πρέπει να αφαιρεθούν για την κανονική λειτουργία των κυττάρων. Σε αυτή την περίπτωση, οι πρωτεΐνες που πρόκειται να καταστραφούν συνδυάζονται προκαταρκτικά με ένα συγκεκριμένο πολυπεπτίδιο, την ουβικιτίνη. Ωστόσο, οι μη ουμπικιτινοποιημένες πρωτεΐνες μπορούν επίσης να καταστραφούν εν μέρει στα πρωτεοσώματα. Η διάσπαση των πρωτεϊνικών μορίων στα πρωτεασώματα σε βραχέα πολυπεπτίδια (επεξεργασία) με την επακόλουθη παρουσίασή τους μαζί με μόρια MHC τύπου Ι είναι ένας σημαντικός κρίκος στον ανοσοποιητικό έλεγχο της αντιγονικής ομοιόστασης στο σώμα. Όταν η λειτουργία του πρωτεασώματος εξασθενεί, καταστρέφονται και συσσωρεύονται περιττές πρωτεΐνες, οι οποίες συνοδεύουν τη γήρανση των κυττάρων. Η παραβίαση της αποικοδόμησης των εξαρτώμενων από κυκλίνη πρωτεϊνών οδηγεί σε διαταραχή της κυτταρικής διαίρεσης, αποικοδόμηση των εκκριτικών πρωτεϊνών - στην ανάπτυξη κυστοΐνωσης. Αντίθετα, η αύξηση της λειτουργίας των πρωτεασωμάτων συνοδεύει την εξάντληση του οργανισμού (AIDS, καρκίνος).
Με γενετικά καθορισμένες διαταραχές αποικοδόμησης πρωτεϊνών, ο οργανισμός δεν είναι βιώσιμος και πεθαίνει στα αρχικά στάδια της εμβρυογένεσης. Εάν διαταραχθεί η διάσπαση των λιπών ή των υδατανθράκων, εμφανίζονται ασθένειες αποθήκευσης (θησαυρισμός). Σε αυτή την περίπτωση, μια υπερβολική ποσότητα ορισμένων ουσιών ή προϊόντων της ατελούς διάσπασής τους - λιπίδια, πολυσακχαρίτες - συσσωρεύεται στο εσωτερικό του κυττάρου, γεγονός που βλάπτει σημαντικά τη λειτουργία του κυττάρου. Τις περισσότερες φορές αυτό παρατηρείται σε επιθηλιακά κύτταρα του ήπατος (ηπατοκύτταρα), νευρώνες, ινοβλάστες και μακροφαγοκύτταρα.
Επίκτητες διαταραχές των διαδικασιών διάσπασης ουσιών μπορεί να προκύψουν ως αποτέλεσμα παθολογικών διεργασιών (για παράδειγμα, εκφυλισμός πρωτεϊνών, λίπους, υδατανθράκων και χρωστικών) και συνοδεύονται από το σχηματισμό ασυνήθιστων ουσιών. Οι διαταραχές στο σύστημα λυσοσωμικής πρωτεόλυσης οδηγούν σε μειωμένη προσαρμογή κατά τη διάρκεια της νηστείας ή σε αυξημένο στρες και στην εμφάνιση ορισμένων ενδοκρινικών δυσλειτουργιών - μειωμένα επίπεδα ινσουλίνης, θυρεοσφαιρίνης, κυτοκινών και των υποδοχέων τους. Η μειωμένη αποικοδόμηση πρωτεϊνών επιβραδύνει τον ρυθμό επούλωσης του τραύματος, προκαλεί την ανάπτυξη αθηροσκλήρωσης και επηρεάζει την ανοσολογική απόκριση. Με υποξία, αλλαγές στο ενδοκυτταρικό pH, τραυματισμό ακτινοβολίας, που χαρακτηρίζεται από αυξημένη υπεροξείδωση των λιπιδίων της μεμβράνης, καθώς και υπό την επίδραση λυσοσωματοτρόπων ουσιών - βακτηριακές ενδοτοξίνες, μεταβολίτες τοξικών μυκήτων (sporofusarin), κρύσταλλοι οξειδίου του πυριτίου - σταθερότητα της μεμβράνης του λυσοσώματος αλλαγές, ενεργοποιημένα λυσοσωμικά ένζυμα απελευθερώνονται στο κυτταρόπλασμα, γεγονός που προκαλεί καταστροφή των κυτταρικών δομών και τον θάνατό του.
§ 2. Κύρια συστατικά ενός ευκαρυωτικού κυττάρου
Τα ευκαρυωτικά κύτταρα (Εικ. 8 και 9) είναι οργανωμένα πολύ πιο πολύπλοκα από τα προκαρυωτικά. Είναι πολύ διαφορετικά σε μέγεθος (από αρκετά μικρόμετρα έως αρκετά εκατοστά), σε σχήμα και σε δομικά χαρακτηριστικά (Εικ. 10).
Ρύζι. 8. Δομή ευκαρυωτικού κυττάρου. Γενικευμένο σχήμα
Ρύζι. 9. Δομή κυττάρων σύμφωνα με ηλεκτρονική μικροσκοπία
Ρύζι. 10. Διάφορα ευκαρυωτικά κύτταρα: 1 – επιθηλιακά; 2 – αίμα (e – ερυθρίτιδα, / – λευκίτιδα). 3 – χόνδρος; 4 – οστά; 5 – λείοι μυς. 6 – συνδετικός ιστός. 7 – νευρικά κύτταρα. 8 – ραβδωτές μυϊκές ίνες
Ωστόσο, η γενική οργάνωση και η παρουσία των θεμελιωδών συστατικών είναι η ίδια σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα (Εικ. 11).
Ρύζι. 11. Ευκαρυωτικό κύτταρο (διάγραμμα)
Plasmalemma (εξωτερική κυτταρική μεμβράνη).Η βάση της πλασματικής μεμβράνης, όπως και άλλες μεμβράνες στα κύτταρα (για παράδειγμα, μιτοχόνδρια, πλαστίδια κ.λπ.), είναι ένα στρώμα λιπιδίων που έχει δύο σειρές μορίων (Εικ. 12). Δεδομένου ότι τα μόρια λιπιδίων είναι πολικά (ο ένας πόλος είναι υδρόφιλος, δηλαδή έλκεται από το νερό και ο άλλος είναι υδρόφοβος, δηλ. απωθείται από το νερό), είναι διατεταγμένα με μια ορισμένη σειρά. Τα υδρόφιλα άκρα των μορίων μιας στιβάδας κατευθύνονται προς το υδατικό περιβάλλον - στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και η άλλη στιβάδα - προς τα έξω από το κύτταρο - προς τη μεσοκυτταρική ουσία (σε πολυκύτταρους οργανισμούς) ή το υδατικό περιβάλλον (σε μονοκύτταρους οργανισμούς ).
Ρύζι. 12. Δομή της κυτταρικής μεμβράνης σύμφωνα με το μοντέλο υγρού μωσαϊκού. Οι πρωτεΐνες και οι γλυκοπρωτεΐνες βυθίζονται σε ένα διπλό στρώμα μορίων λιπιδίων, με τα υδρόφιλα άκρα (κύκλους) τους στραμμένα προς τα έξω και τα υδρόφοβα άκρα (κυματιστές γραμμές) στραμμένα βαθιά στη μεμβράνη.
Τα μόρια πρωτεΐνης ενσωματώνονται μωσαϊκά σε ένα διμοριακό στρώμα λιπιδίων. Στο εξωτερικό του ζωικού κυττάρου, μόρια πολυσακχαρίτη συνδέονται με τα λιπίδια και τα πρωτεϊνικά μόρια του πλάσματος, σχηματίζοντας γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες.
Αυτό το άθροισμα σχηματίζει ένα στρώμα γλυκοκάλυκα.Συνδέεται μαζί του λειτουργία υποδοχέαμεμβράνες πλάσματος (βλ. παρακάτω). μπορεί επίσης να συσσωρεύσει διάφορες ουσίες που χρησιμοποιούνται από το κύτταρο. Επιπλέον, ο γλυκοκάλυκας ενισχύει τη μηχανική σταθερότητα του πλάσματος.
Στα κύτταρα των φυτών και των μυκήτων υπάρχει επίσης ένα κυτταρικό τοίχωμα που παίζει υποστηρικτικό και προστατευτικό ρόλο. Στα φυτά αποτελείται από κυτταρίνη και στους μύκητες από χιτίνη.
Η εξωτερική κυτταρική μεμβράνη εκτελεί μια σειρά από λειτουργίες, όπως:
♦ μηχανικός(υποστήριξη, δημιουργία φόρμας).
♦ εμπόδιο-μεταφορά(επιλεκτική διαπερατότητα σε διαφορετικές ουσίες: είσοδος στο κύτταρο απαραίτητων ουσιών και αφαίρεση περιττών και επιβλαβών).
♦ αισθητήριο νεύρο(προσδιορισμός διαφόρων χημικών ουσιών που βρίσκονται σε κοντινή απόσταση από το κύτταρο, αντίληψη σημάτων με τη μορφή ορμονών, αναγνώριση «ξένης» πρωτεΐνης από κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος κ.λπ.).
Η ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντος πραγματοποιείται με διαφορετικούς τρόπους - παθητικό και ενεργητικό.
Μόρια νερού και διάφορα ιόντα παθητικά (λόγω διάχυσης, όσμωσης), χωρίς το κύτταρο να ξοδεύει ενέργεια, εισέρχονται μέσω ειδικών πόρων - αυτοί είναι παθητική μεταφορά.Μακρομόρια όπως πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες, ακόμη και ολόκληρα κύτταρα, παρέχονται από φαγοκυττάρωσηΚαι πινοκυττάρωσημε κατανάλωση ενέργειας – ενεργή μεταφορά.
Με τη φαγοκυττάρωση καταπίνονται ολόκληρα κύτταρα ή μεγάλα σωματίδια (για παράδειγμα, σκεφτείτε τη διατροφή στις αμοιβάδες ή τη φαγοκυττάρωση από προστατευτικά αιμοσφαίρια βακτηρίων). Κατά τη διάρκεια της πινοκυττάρωσης, απορροφώνται μικρά σωματίδια ή σταγονίδια μιας υγρής ουσίας. Κοινό και στις δύο διαδικασίες είναι ότι οι απορροφούμενες ουσίες περιβάλλονται από μια κολπική εξωτερική μεμβράνη για να σχηματίσουν ένα κενοτόπιο, το οποίο στη συνέχεια μετακινείται βαθιά στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου.
Η εξωκυττάρωση είναι μια διαδικασία (που είναι επίσης ενεργή μεταφορά) αντίθετη προς την κατεύθυνση της φαγοκυττάρωσης και της πινοκύττωσης (Εικ. 13). Με τη βοήθειά του, τα άπεπτα τρόφιμα παραμένουν στα πρωτόζωα ή μπορούν να αφαιρεθούν βιολογικά δραστικές ουσίες που σχηματίζονται στο εκκριτικό κύτταρο.
Κυτόπλασμα.Το κυτταρόπλασμα είναι το περιεχόμενο του κυττάρου, που περιορίζεται από το πλάσμα, με εξαίρεση τον πυρήνα. Περιέχει αλεσμένη ουσία (υαλόπλασμα), οργανίδιαΚαι εγκλείσματα.
Υαλόπλασμα- ένα παχύρρευστο υγρό που μπορεί να βρίσκεται σε κατάσταση από τα δύο Ζολά(υγρό), ή γέλη(σαν ζελέ).
Εάν είναι απαραίτητο, το κυτταρόπλασμα είναι ικανό να μεταβαίνει αναστρέψιμα από τη μια κατάσταση στην άλλη. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της κίνησης των αμοιβοειδών (θυμηθείτε την ενότητα "Πρωτόζωα" από το μάθημα της ζωολογίας), κατά τη διάρκεια του σχηματισμού ενός ψευδόποδου, συμβαίνουν γρήγορες μεταβάσεις του κυτταροπλάσματος από γέλη σε διάλυμα και αντίστροφα. Αυτό οφείλεται στην παρουσία στο κυτταρόπλασμα μεγάλου αριθμού μορίων νηματοειδούς πρωτεΐνης ακτίνα.Όταν συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα τρισδιάστατο δίκτυο, το κυτταρόπλασμα βρίσκεται σε κατάσταση γέλης και όταν το δίκτυο αποσυντίθεται, βρίσκεται σε κατάσταση sol.
Το υαλόπλασμα περιέχει διάφορες ουσίες - ένζυμα, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λίπη και άλλες, οργανικές και μεταλλικές. Εδώ λαμβάνουν χώρα διάφορες χημικές διεργασίες - η διάσπαση των ουσιών, η σύνθεση και οι τροποποιήσεις τους (αλλαγές).
Οργανοειδή.Αυτά είναι μόνιμα συστατικά ενός κυττάρου με συγκεκριμένη δομή και λειτουργίες, που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμά του. Σε αυτό που ακολουθεί θα μιλήσουμε για οργανοειδή γενικής χρήσης,εγγενές σε όλους τους τύπους κυττάρων όλων των ευκαρυωτών. Συνδέονται με τη διασφάλιση των ζωτικών λειτουργιών του τελευταίου. Οργανοειδή ειδικού σκοπούβρίσκεται μόνο σε κύτταρα συγκεκριμένου (άκρως εξειδικευμένου) τύπου - για παράδειγμα, μυοϊνίδια στα μυϊκά κύτταρα.
Τα οργανίδια γενικής χρήσης έχουν την ίδια δομή ανεξάρτητα από τα κύτταρα και σε ποιους οργανισμούς ανήκουν. Αλλά ανάμεσά τους υπάρχουν ομάδες με μεμβράνη (ενδοπλασματικό δίκτυο, συσκευή Golgi, μιτοχόνδρια, πλαστίδια, λυσοσώματα, κενοτόπια),καθώς και μη μεμβράνης ( ριβοσώματα, κυτταρικό κέντρο)δομή.
Ενδοπλασματικό δίκτυο (ER).Το EPS αποτελείται από μεμβράνες και είναι ένα πολύπλοκο διακλαδισμένο σύστημα σωληναρίων και δεξαμενών που διαπερνά ολόκληρο το κυτταρόπλασμα του κυττάρου (Εικ. 14). Υπάρχουν δύο τύποι EPS - τραχύςΚαι λείος.Τα ριβοσώματα προσκολλώνται στις τραχιές μεμβράνες (από την κυτταροπλασματική πλευρά), ενώ δεν υπάρχουν στις λείες μεμβράνες.
Ρύζι. 14. Ενδοπλασματικό δίκτυο
Το ενδοπλασματικό δίκτυο εκτελεί μια σειρά από σημαντικές λειτουργίες σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο:
♦ οριοθετώντας(διαίρεση του εσωτερικού όγκου του κυττάρου σε διάφορους χώρους αντίδρασης).
♦ συμμετοχή στη σύνθεση οργανικών ουσιών(τα ριβοσώματα βρίσκονται στις μεμβράνες του ακατέργαστου ER και τα σύμπλοκα ενζύμων βρίσκονται στις λείες, εξασφαλίζοντας τη σύνθεση λιπιδίων, υδατανθράκων κ.λπ.).
♦ συμμετοχή στο σχηματισμό στοιχείων της συσκευής Golgi, λυσοσωμάτων.
♦ μεταφορά ουσιών.
Συσκευή Golgi.Η συσκευή Golgi (AG) είναι ένα σύστημα δεξαμενές(επίπεδα κενοτόπια) και φυσαλίδες(κυστίδια), που βρίσκονται σε άμεση γειτνίαση με τον κυτταρικό πυρήνα, τα οποία σχηματίζονται λόγω του EPS ως αποτέλεσμα του διαχωρισμού των μικρών θραυσμάτων του (Εικ. 15). Όταν αυτά τα θραύσματα συγχωνεύονται, δημιουργούνται νέες στέρνες της συσκευής Golgi, ενώ από το EPS μεταφέρονται διάφορες ουσίες, οι οποίες εμπλέκονται στη συναρμολόγηση σύνθετων οργανικών ενώσεων (πρωτεΐνες + υδατάνθρακες, πρωτεΐνες + λιπίδια κ.λπ.), οι οποίες αφαιρούνται με βοήθεια του AG έξω από το κελί. Αυτές οι βιολογικά δραστικές ουσίες είτε απομακρύνονται από το κύτταρο (χρησιμοποιώντας εκκριτικά κενοτόπια με εξωκυττάρωση) είτε αποτελούν μέρος των λυσοσωμάτων (βλ. παρακάτω) που σχηματίζονται από το AG.
Ρύζι. 15. Συσκευή Golgi:
Η συσκευή Golgi εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:
♦ σύνθεσηβιολογικά δραστικές ουσίες που παράγονται από το κύτταρο.
♦ έκκριση (αφαίρεση από το κύτταρο) διαφόρων ουσιών(ορμόνες, ένζυμα, ουσίες από τις οποίες είναι χτισμένο το κυτταρικό τοίχωμα κ.λπ.)
♦ συμμετοχή στο σχηματισμό λυσοσωμάτων.
Μιτοχόνδρια.Όλοι οι τύποι ευκαρυωτικών κυττάρων έχουν μιτοχόνδρια (Εικ. 16). Μοιάζουν είτε με στρογγυλά σώματα είτε με ράβδους, λιγότερο συχνά με κλωστές. Τα μεγέθη τους κυμαίνονται από 1 έως 7 μικρά. Ο αριθμός των μιτοχονδρίων σε ένα κύτταρο κυμαίνεται από αρκετές εκατοντάδες έως δεκάδες χιλιάδες (σε μεγάλα πρωτόζωα).
Ρύζι. 16. Μιτοχόνδρια. Πάνω - μιτοχόνδρια (α) στα ουροποιητικά κανάλια, ορατά σε μικροσκόπιο φωτός. Παρακάτω είναι ένα τρισδιάστατο μοντέλο μιτοχονδριακής οργάνωσης: 1 – cristae; 2 – εξωτερική μεμβράνη. 3 – εσωτερική μεμβράνη. 4 – μήτρα
Το μιτοχόνδριο σχηματίζεται από δύο μεμβράνες - εξωτερικόςΚαι εσωτερικός,μεταξύ των οποίων βρίσκεται διαμεμβρανικός χώρος.Η εσωτερική μεμβράνη σχηματίζει πολλές εισβολές - cristae, οι οποίες είναι είτε πλάκες είτε σωλήνες. Αυτή η οργάνωση παρέχει μια τεράστια περιοχή της εσωτερικής μεμβράνης. Περιέχει ένζυμα που εξασφαλίζουν τη μετατροπή της ενέργειας που περιέχεται σε οργανικές ουσίες (υδατάνθρακες, λιπίδια) σε ενέργεια ATP, απαραίτητη για τη ζωή του κυττάρου. Επομένως, η λειτουργία των μιτοχονδρίων είναι να συμμετέχουν ενέργειακυτταρικές διεργασίες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένας μεγάλος αριθμός μιτοχονδρίων είναι εγγενής, για παράδειγμα, σε μυϊκά κύτταρα που εκτελούν πολλή εργασία.
Πλασίδια.Στα φυτικά κύτταρα, εντοπίζονται ειδικά οργανίδια - πλαστίδια, τα οποία συχνά έχουν σχήμα ατράκτου ή στρογγυλεμένο, μερικές φορές πιο περίπλοκο. Υπάρχουν τρεις τύποι πλαστιδίων - χλωροπλάστες (Εικ. 17), χρωμοπλάστες και λευκοπλάστες.
Χλωροπλάστεςδιαφέρουν στο πράσινο χρώμα, το οποίο οφείλεται στη χρωστική ουσία - χλωροφύλλη,διασφαλίζοντας τη διαδικασία φωτοσύνθεση,δηλ. τη σύνθεση οργανικών ουσιών από νερό (H 2 O) και διοξείδιο του άνθρακα (CO 2) χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ηλιακού φωτός. Οι χλωροπλάστες βρίσκονται κυρίως στα κύτταρα των φύλλων (στα ανώτερα φυτά). Σχηματίζονται από δύο μεμβράνες που βρίσκονται παράλληλα μεταξύ τους, που περιβάλλουν το περιεχόμενο των χλωροπλαστών - στρώμα.Η εσωτερική μεμβράνη σχηματίζει πολλούς πεπλατυσμένους σάκους - θυλακοειδή,που είναι στοιβαγμένα (όπως μια στοίβα νομισμάτων) - δημητριακά -και ξαπλώστε στο στρώμα. Είναι τα θυλακοειδή που περιέχουν χλωροφύλλη.
Χρωμοπλάστεςπροσδιορίζουν το κίτρινο, πορτοκαλί και κόκκινο χρώμα πολλών λουλουδιών και καρπών, στα κύτταρα των οποίων υπάρχουν σε μεγάλες ποσότητες. Οι κύριες χρωστικές στη σύνθεσή τους είναι καροτίνες.Ο λειτουργικός σκοπός των χρωμοπλαστών είναι να προσελκύουν ζώα με χρώμα, διασφαλίζοντας την επικονίαση των λουλουδιών και τη διασπορά των σπόρων.
Ρύζι. 17. Πλασίδια: α – χλωροπλάστες στα κύτταρα του φύλλου Elodea, ορατοί σε μικροσκόπιο φωτός. β – διάγραμμα της εσωτερικής δομής του χλωροπλάστη με grana, που είναι στοίβες επίπεδων σάκων που βρίσκονται κάθετα στην επιφάνεια του χλωροπλάστη. γ – ένα πιο λεπτομερές διάγραμμα που δείχνει σωλήνες αναστομώσεως που συνδέουν μεμονωμένους θαλάμους ανεμιστήρα
Λευκοπλάστεςείναι άχρωμα πλαστίδια που περιέχονται στα κύτταρα των υπόγειων τμημάτων των φυτών (για παράδειγμα, στους κονδύλους της πατάτας), στους σπόρους και στον πυρήνα των στελεχών. Στους λευκοπλάστες, το άμυλο σχηματίζεται κυρίως από γλυκόζη και συσσωρεύεται στα αποθηκευτικά όργανα των φυτών.
Τα πλαστίδια ενός τύπου μπορούν να μεταμορφωθούν σε άλλο. Για παράδειγμα, όταν τα φύλλα αλλάζουν χρώμα το φθινόπωρο, οι χλωροπλάστες μετατρέπονται σε χρωμοπλάστες.
Λυσοσώματα.Αυτά τα οργανίδια μοιάζουν με κυστίδια που περιβάλλονται από μια μεμβράνη με διάμετρο έως και 2 μικρά. Περιέχουν αρκετές δεκάδες ένζυμα που διασπούν πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, πολυσακχαρίτες και λιπίδια. Η λειτουργία των λυσοσωμάτων είναι να συμμετέχουν στις διεργασίες ενδοκυτταρικής διάσπασης πολύπλοκων οργανικών ενώσεων (για παράδειγμα, θρεπτικών ουσιών ή ουσιών «εξαντλημένων» κυτταρικών συστατικών). Τα λυσοσώματα συντήκονται με φαγοκυτταρικά (ή πινοκυτταρικά) κενοτόπια για να σχηματίσουν ένα πεπτικό κενοτόπιο.
Ο σχηματισμός λυσοσωμάτων συμβαίνει λόγω εκβλάστησης από τις δεξαμενές της συσκευής Golgi.
Ριβοσώματα.Τα ριβοσώματα (Εικ. 18) υπάρχουν στα κύτταρα τόσο των ευκαρυωτών όσο και των προκαρυωτικών, καθώς εκτελούν σημαντική λειτουργία σε βιοσύνθεση πρωτεϊνών(βλ. κεφάλαιο 5). Κάθε κύτταρο περιέχει δεκάδες, εκατοντάδες χιλιάδες (έως και αρκετά εκατομμύρια) από αυτά τα μικρά στρογγυλά οργανίδια.
Ρύζι. 18. Σχέδιο της δομής ενός ριβοσώματος που κάθεται στη μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου: 1 – μικρή υπομονάδα. 2 – tRNA; 3 – αμινοακυλο-tRNA; 4 – αμινοξύ; 5 – μεγάλη υπομονάδα. 6 – μεμβράνη ενδοπλασματικού δικτύου. 7 – συνθετική πολυπεπτιδική αλυσίδα
Το ριβόσωμα αποτελείται από δύο άνισες υπομονάδες (μέρη). Σχηματίζονται χωριστά και συνδυάζονται, «περικλείοντας» το αγγελιοφόρο RNA, κατά τη σύνθεση ενός μορίου πρωτεΐνης. Τα ριβοσώματα περιέχουν διάφορες πρωτεΐνες και ριβοσωμικά RNA.
Κυτταρικά εγκλείσματα.Αυτό είναι το όνομα που δίνεται στα μη μόνιμα συστατικά στο κύτταρο, που υπάρχουν στην κύρια ουσία του κυτταροπλάσματος με τη μορφή κόκκων, κόκκων ή σταγονιδίων. Τα εγκλείσματα μπορεί ή όχι να περιβάλλονται από μια μεμβράνη.
Λειτουργικά, υπάρχουν τρεις τύποι εγκλεισμάτων: αποθεματικά θρεπτικά συστατικά(άμυλο, γλυκογόνο, λίπη, πρωτεΐνες), εκκριτικά εγκλείσματα(ουσίες χαρακτηριστικές των αδενικών κυττάρων που παράγονται από αυτά - ορμόνες των ενδοκρινών αδένων κ.λπ.) και συμπερίληψη ειδικού σκοπού(σε εξαιρετικά εξειδικευμένα κύτταρα, για παράδειγμα αιμοσφαιρίνη στα ερυθρά αιμοσφαίρια).
§ 3. Οργάνωση του κυτταρικού πυρήνα. Χρωμοσώματα
Ο πυρήνας του κυττάρου (βλ. Εικ. 8 και 9) είναι υψίστης σημασίας στη ζωή του κυττάρου, καθώς χρησιμεύει ως αποθήκη κληρονομικών πληροφοριών που περιέχονται στα χρωμοσώματα (βλ. παρακάτω).
Ο πυρήνας οριοθετείται από ένα πυρηνικό περίβλημα που χωρίζει το περιεχόμενό του (καρυόπλασμα)από το κυτταρόπλασμα. Το κέλυφος αποτελείται από δύο μεμβράνες που χωρίζονται από ένα κενό. Και οι δύο διαποτίζονται από πολλούς πόρους, χάρη στους οποίους είναι δυνατή η ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος. Στον κυτταρικό πυρήνα των περισσότερων ευκαρυωτών υπάρχουν από 1 έως 7 πυρήνες.Οι διαδικασίες σύνθεσης RNA και tRNA συνδέονται με αυτές.
Κύρια στοιχεία πυρήνα – χρωμοσώματα,που σχηματίζεται από ένα μόριο DNA και διάφορες πρωτεΐνες. Σε ένα μικροσκόπιο φωτός είναι καθαρά ορατά μόνο κατά την περίοδο της κυτταρικής διαίρεσης (μίτωση, μείωση).Σε ένα κύτταρο που δεν διαιρείται, τα χρωμοσώματα μοιάζουν με μακριές λεπτές κλωστές κατανεμημένες σε ολόκληρο τον όγκο του πυρήνα.
Κατά τη διαίρεση των κυττάρων, οι χρωμοσωμικοί κλώνοι σχηματίζουν πυκνές σπείρες, με αποτέλεσμα να γίνονται ορατές (με τη χρήση συμβατικού μικροσκοπίου) με τη μορφή ράβδων, «φουρκέτες». Ολόκληρος ο όγκος της γενετικής πληροφορίας κατανέμεται μεταξύ των χρωμοσωμάτων του πυρήνα. Στη διαδικασία της μελέτης τους, εντοπίστηκαν τα ακόλουθα μοτίβα:
♦ στους πυρήνες των σωματικών κυττάρων (δηλαδή, κύτταρα του σώματος, μη σεξουαλικά) όλα τα άτομα του ίδιου είδους περιέχουν τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων που αποτελούν σύνολο χρωμοσωμάτων(Εικ. 19);
Ρύζι. 19. Χρωμοσώματα διαφορετικών ειδών φυτών και ζώων, που απεικονίζονται στην ίδια κλίμακα: 1,2 – αμοιβάδα. 3,4 – διάτομα; 5–8, 18,19 – πράσινα φύκια. 9 – μύγα αγαρικό? 10 – φλαμουριά; 11–12 – Drosophila; 13 – σολομός; 14 – σκέρδα (οικογένεια Asteraceae); 15 – φυτό από την οικογένεια των αροειδών. 16 – πεταλούδα corydalis. 17 – έντομο από την οικογένεια των ακρίδων. 20 – ζωύφιο με δρομέα νερού. 21 – ζωύφιο λουλουδιών. 22 – αμφίβιο αμβύστωμα; 23 – αλόη (οικογένεια κρίνων)
♦ κάθε είδος χαρακτηρίζεται από το δικό του σύνολο χρωμοσωμάτων ανάλογα με τον αριθμό τους (για παράδειγμα, ένας άνθρωπος έχει 46 χρωμοσώματα, μια μύγα Drosophila έχει 8, ένας στρογγυλός σκώληκας έχει 4, μια καραβίδα έχει 196, ένα άλογο έχει 66 και το καλαμπόκι έχει 104).
♦ Τα χρωμοσώματα στους πυρήνες των σωματικών κυττάρων μπορούν να ομαδοποιηθούν σε ζεύγη που ονομάζονται ομόλογα χρωμοσώματαμε βάση την ομοιότητά τους (σε δομή και λειτουργία).
♦ Στους πυρήνες των γεννητικών κυττάρων (γαμήτες), κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων περιέχει μόνο ένα, δηλαδή, το σύνολο των χρωμοσωμάτων είναι το μισό από αυτό των σωματικών κυττάρων.
♦ ένα μόνο σύνολο χρωμοσωμάτων στα γεννητικά κύτταρα ονομάζεται απλοειδήςκαι συμβολίζεται με το γράμμα n, και στα σωματικά - διπλοειδής(2n).
Από τα παραπάνω είναι σαφές ότι κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων σχηματίζεται από την ένωση πατρικών και μητρικών χρωμοσωμάτων κατά τη γονιμοποίηση, δηλαδή τη σύντηξη των σεξουαλικών κυττάρων (γαμήτες). Αντίθετα, κατά τον σχηματισμό των γεννητικών κυττάρων, από κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων μόνο ένα εισέρχεται στον γαμίτη.
Χρωμοσώματα διαφορετικόςτα ομόλογα ζεύγη διαφέρουν σε μέγεθος και σχήμα (Εικ. 20 και 21).
Ρύζι. 20. Δομή και τύποι χρωμοσωμάτων: α – εμφάνιση 1 – κεντρομερές. 2 – κοντός ώμος. 3 - μακρύς ώμος). εσωτερική δομή του ίδιου χρωμοσώματος (1 – κεντρομερίδιο, – μόρια DNA). γ – τύποι χρωμοσωμάτων (1 – μονής βραχίονας, διαφορετικού βραχίονα, 3 – ίσου βραχίονα: X – βραχίονας, V – κεντρομερής)
Ρύζι. 21. Ένα χρωμόσωμα αποτελείται από DNA και πρωτεΐνες. Το μόριο DNA αντιγράφεται. Δύο πανομοιότυπες διπλές έλικες DNA παραμένουν συνδεδεμένες στην περιοχή του κεντρομερούς. Αυτά τα αντίγραφα γίνονται ξεχωριστά χρωμοσώματα αργότερα κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης
Στο σώμα των χρωμοσωμάτων υπάρχουν η πρωταρχική συστολή (ονομάζεται κεντρομερές),στο οποίο συνδέονται τα νήματα άξονες σχάσης.Διαιρεί το χρωμόσωμα στα δύο ώμοςΤα χρωμοσώματα μπορεί να είναι ίσου βραχίονα, άνισου βραχίονα ή μονόπλευρου.
Κεφάλαιο 5. Μεταβολισμός
§ 1. Ο μεταβολισμός ως ενότητα αφομοίωσης και αφομοίωσης
Όλα τα κύτταρα και οι ζωντανοί οργανισμοί είναι ανοιχτά συστήματα, δηλαδή βρίσκονται σε κατάσταση συνεχούς ανταλλαγής ενεργειών και ουσιών με το περιβάλλον. Υπάρχουν ανοιχτά συστήματα στην άψυχη φύση, αλλά η ύπαρξή τους είναι ποιοτικά διαφορετική από τους ζωντανούς οργανισμούς. Σκεφτείτε αυτό το παράδειγμα: ένα καιόμενο κομμάτι αυτοφυούς θείου βρίσκεται σε κατάσταση ανταλλαγής με το περιβάλλον. Όταν καίγεται, απορροφάται O 2 και απελευθερώνεται SO 2 και ενέργεια (με τη μορφή θερμότητας). Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, ένα κομμάτι θείου ως φυσικό σώμα καταστρέφεται και χάνει την πρωταρχική του δομή.
Για τους ζωντανούς οργανισμούς, η ανταλλαγή με το περιβάλλον αποδεικνύεται προϋπόθεση για τη διατήρηση και τη διατήρηση της δομικής τους οργάνωσης μέσω της αυτοανανέωσης όλων των ουσιών και συστατικών από τα οποία αποτελούνται.
Ο μεταβολισμός (μεταβολισμός) είναι ένα σύνολο διεργασιών που συμβαίνουν στους ζωντανούς οργανισμούς (κατανάλωση, μετασχηματισμός, συσσώρευση και απελευθέρωση ουσιών και ενέργειας) που εξασφαλίζουν τη ζωτική τους δραστηριότητα, ανάπτυξη, ανάπτυξη, αναπαραγωγή. Κατά τη διάρκεια της μεταβολικής διαδικασίας, τα μόρια που αποτελούν τα κύτταρα διασπώνται και συντίθενται. ανανέωση των κυτταρικών δομών και της μεσοκυτταρικής ουσίας.
Ο μεταβολισμός βασίζεται σε αλληλένδετες διαδικασίες αφομοίωση(αναβολισμός) και αφομοίωση(καταβολισμός). Κατά την αφομοίωση (πλαστική ανταλλαγή), συντίθενται σύνθετες ουσίες από απλές. Χάρη σε αυτό δημιουργούνται όλες οι οργανικές ουσίες στο κύτταρο που είναι απαραίτητες για την κατασκευή των δομικών του συστατικών, των ενζυμικών συστημάτων κ.λπ. Η αφομοίωση γίνεται πάντα με τη δαπάνη ενέργειας.
Κατά την αφομοίωση (ενεργειακός μεταβολισμός), οι σύνθετες οργανικές ουσίες διασπώνται σε απλούστερες ή ανόργανες. Σε αυτή την περίπτωση απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία ξοδεύεται από το κύτταρο για να εκτελέσει διάφορες διεργασίες που εξασφαλίζουν τη ζωτική του δραστηριότητα (σύνθεση και μεταφορά ουσιών, μηχανική εργασία κ.λπ.).
Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: αυτότροφοιΚαι ετερότροφα,που διαφέρουν ως προς τις πηγές ενέργειας και τις απαραίτητες ουσίες για τη διασφάλιση των ζωτικών λειτουργιών τους.
Αυτότροφοι– οργανισμοί που συνθέτουν οργανικές ενώσεις από ανόργανες ουσίες χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ηλιακού φωτός (όπως φωτότροφα– φυτά, κυανοβακτήρια) ή ενέργεια που λαμβάνεται από την οξείδωση ορυκτών (ανόργανων) ουσιών (όπως π.χ. χημειοτροφικά– βακτήρια θείου, βακτήρια σιδήρου κ.λπ.). Κατά συνέπεια, είναι σε θέση να δημιουργήσουν ανεξάρτητα τις ουσίες που απαιτούνται για τη δραστηριότητα της ζωής τους.
§ 2. Αφομοίωση σε αναερόβιους και αερόβιους οργανισμούς
Οι οργανισμοί μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες και ανάλογα με τη φύση της αφομοίωσης - αερόβιαΚαι αναερόβια. Aerobes (από τα ελληνικά. δαίμονας– αέρας) απαιτούν ελεύθερο οξυγόνο για τη ζωή. Στα αναερόβια (ελλ. μετα Χριστον– αρνητικό σωματίδιο) δεν είναι απαραίτητο. Σε αυτά, η αφομοίωση πραγματοποιείται με ζύμωση - χωρίς οξυγόνο, ενζυματική διάσπαση της οργανικής ύλης με το σχηματισμό απλούστερων οργανικών ουσιών και την απελευθέρωση ενέργειας. Για παράδειγμα:
♦ ζύμωση γαλακτικού οξέος:
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2PH + 2ATP + 2H 2 O;
♦ αλκοολική ζύμωση:
C 6 H 12 O 6 + 2PH + 2ADP → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 2ATP + 2H 2 O.
Οι ουσίες που σχηματίζονται κατά τη ζύμωση είναι οργανικές και επομένως εξακολουθούν να περιέχουν πολλή ενέργεια.
Ρύζι. 22. Σχέσεις αφομοίωσης και αφομοίωσης σε αυτότροφους και ετερότροφους οργανισμούς
Στους αερόβιους οργανισμούς, κατά τη διαδικασία της αναπνοής στα μιτοχόνδρια, λαμβάνει χώρα πλήρης διάσπαση οργανικών ουσιών (με χρήση O 2) στα φτωχά σε ενέργεια τελικά προϊόντα CO 2 και H 2 O και απελευθερώνεται σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας:
C 6 H 12 0 6 (γλυκόζη) + 0 2 > 6C0 2 + 6H 2 0 + ενέργεια (εξαιτίας της οποίας συντίθενται 38 μόρια ATP).
Ας εξετάσουμε με τη μορφή γενικευμένων σχημάτων τον μεταβολισμό των αυτότροφων και ετερότροφων αερόβιων οργανισμών (Εικ. 22).
Αφομοίωση.Οι πιο σημαντικές διαδικασίες του είναι φωτοσύνθεσηΚαι βιοσύνθεση πρωτεϊνών.
Σας προσκαλούμε να εξοικειωθείτε με τα υλικά και.
: μεμβράνη κυτταρίνης, μεμβράνη, κυτταρόπλασμα με οργανίδια, πυρήνας, κενοτόπια με κυτταρικό χυμό.Η παρουσία πλαστιδίων είναι το κύριο χαρακτηριστικό ενός φυτικού κυττάρου.
Λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης- καθορίζει το σχήμα του κυττάρου, προστατεύει από περιβαλλοντικούς παράγοντες.
Μεμβράνη πλάσματος- μια λεπτή μεμβράνη, που αποτελείται από αλληλεπιδρώντα μόρια λιπιδίων και πρωτεϊνών, οριοθετεί το εσωτερικό περιεχόμενο από το εξωτερικό περιβάλλον, εξασφαλίζει τη μεταφορά νερού, μετάλλων και οργανικών ουσιών στο κύτταρο με όσμωση και ενεργή μεταφορά και επίσης απομακρύνει τα άχρηστα προϊόντα.
Κυτόπλασμα- το εσωτερικό ημι-υγρό περιβάλλον του κυττάρου, στο οποίο βρίσκονται ο πυρήνας και τα οργανίδια, παρέχει συνδέσεις μεταξύ τους και συμμετέχει σε βασικές διαδικασίες της ζωής.
Ενδοπλασματικό δίκτυο- ένα δίκτυο διακλαδιζόμενων καναλιών στο κυτταρόπλασμα. Συμμετέχει στη σύνθεση πρωτεϊνών, λιπιδίων και υδατανθράκων και στη μεταφορά ουσιών. Τα ριβοσώματα είναι σώματα που βρίσκονται στο ER ή στο κυτταρόπλασμα, που αποτελούνται από RNA και πρωτεΐνη και εμπλέκονται στη σύνθεση πρωτεϊνών. Το EPS και τα ριβοσώματα είναι μια ενιαία συσκευή για τη σύνθεση και τη μεταφορά πρωτεϊνών.
Μιτοχόνδρια- οργανίδια που οριοθετούνται από το κυτταρόπλασμα με δύο μεμβράνες. Σε αυτά οξειδώνονται οργανικές ουσίες και συντίθενται μόρια ΑΤΡ με τη συμμετοχή ενζύμων. Αύξηση της επιφάνειας της εσωτερικής μεμβράνης στην οποία βρίσκονται τα ένζυμα λόγω κρυστάλλων. Το ATP είναι μια οργανική ουσία πλούσια σε ενέργεια.
Πλασίδια(χλωροπλάστες, λευκοπλάστες, χρωμοπλάστες), η περιεκτικότητά τους στο κύτταρο είναι το κύριο χαρακτηριστικό του φυτικού οργανισμού. Οι χλωροπλάστες είναι πλαστίδια που περιέχουν την πράσινη χρωστική ουσία χλωροφύλλη, η οποία απορροφά την φωτεινή ενέργεια και τη χρησιμοποιεί για να συνθέσει οργανικές ουσίες από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό. Οι χλωροπλάστες διαχωρίζονται από το κυτταρόπλασμα με δύο μεμβράνες, πολυάριθμες αποφύσεις - grana στην εσωτερική μεμβράνη, στην οποία βρίσκονται μόρια και ένζυμα χλωροφύλλης.
συγκρότημα Golgi- ένα σύστημα κοιλοτήτων που οριοθετούνται από το κυτταρόπλασμα με μια μεμβράνη. Η συσσώρευση πρωτεϊνών, λιπών και υδατανθράκων σε αυτά. Πραγματοποίηση σύνθεσης λιπών και υδατανθράκων στις μεμβράνες.
Λυσοσώματα- σώματα που οριοθετούνται από το κυτταρόπλασμα με μία μόνο μεμβράνη. Τα ένζυμα που περιέχουν επιταχύνουν τη διάσπαση πολύπλοκων μορίων σε απλά: πρωτεΐνες σε αμινοξέα, σύνθετους υδατάνθρακες σε απλά, λιπίδια σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα και επίσης καταστρέφουν νεκρά μέρη του κυττάρου και ολόκληρα κύτταρα.
κενοτόπια- κοιλότητες στο κυτταρόπλασμα γεμάτες με κυτταρικό χυμό, τόπος συσσώρευσης αποθεματικών θρεπτικών ουσιών και επιβλαβών ουσιών. ρυθμίζουν την περιεκτικότητα σε νερό στο κύτταρο.
Πυρήνας- το κύριο μέρος της κυψέλης, καλυμμένο εξωτερικά με πυρηνικό περίβλημα δύο μεμβρανών, διάτρητο από πόρους. Οι ουσίες εισέρχονται στον πυρήνα και απομακρύνονται από αυτόν μέσω των πόρων. Τα χρωμοσώματα είναι φορείς κληρονομικών πληροφοριών σχετικά με τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού, τις κύριες δομές του πυρήνα, καθένα από τα οποία αποτελείται από ένα μόριο DNA σε συνδυασμό με πρωτεΐνες. Ο πυρήνας είναι η θέση σύνθεσης DNA, mRNA και r-RNA.
Η παρουσία μιας εξωτερικής μεμβράνης, κυτταροπλάσματος με οργανίδια και πυρήνα με χρωμοσώματα.
Εξωτερική ή πλασματική μεμβράνη- οριοθετεί τα περιεχόμενα του κυττάρου από το περιβάλλον (άλλα κύτταρα, μεσοκυττάρια ουσία), αποτελείται από μόρια λιπιδίων και πρωτεϊνών, διασφαλίζει την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων, τη μεταφορά ουσιών στο κύτταρο (πινοκύττωση, φαγοκυττάρωση) και έξω από το κύτταρο.
Κυτόπλασμα- το εσωτερικό ημι-υγρό περιβάλλον του κυττάρου, το οποίο παρέχει επικοινωνία μεταξύ του πυρήνα και των οργανιδίων που βρίσκονται σε αυτό. Οι κύριες διεργασίες ζωής λαμβάνουν χώρα στο κυτταρόπλασμα.
Κυτταρικά οργανίδια:
1) ενδοπλασματικό δίκτυο (ER)- ένα σύστημα διακλαδιζόμενων σωληναρίων, συμμετέχει στη σύνθεση πρωτεϊνών, λιπιδίων και υδατανθράκων, στη μεταφορά ουσιών στο κύτταρο.
2) ριβοσώματα- Τα σώματα που περιέχουν rRNA βρίσκονται στο ER και στο κυτταρόπλασμα και συμμετέχουν στη σύνθεση πρωτεϊνών. Το EPS και τα ριβοσώματα είναι μια ενιαία συσκευή για τη σύνθεση και τη μεταφορά πρωτεϊνών.
3) μιτοχόνδρια- «σταθμοί παραγωγής ενέργειας» του κυττάρου, οριοθετημένοι από το κυτταρόπλασμα από δύο μεμβράνες. Το εσωτερικό σχηματίζει cristae (διπλώσεις), αυξάνοντας την επιφάνειά του. Τα ένζυμα στα cristae επιταχύνουν την οξείδωση των οργανικών ουσιών και τη σύνθεση των πλούσιων σε ενέργεια μορίων ATP.
4) συγκρότημα Golgi- μια ομάδα κοιλοτήτων που οριοθετούνται από μια μεμβράνη από το κυτταρόπλασμα, γεμάτη με πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες, οι οποίοι είτε χρησιμοποιούνται σε ζωτικές διαδικασίες είτε απομακρύνονται από το κύτταρο. Οι μεμβράνες του συμπλέγματος πραγματοποιούν τη σύνθεση λιπών και υδατανθράκων.
5) λυσοσώματα- σώματα γεμάτα με ένζυμα επιταχύνουν τη διάσπαση των πρωτεϊνών σε αμινοξέα, των λιπιδίων σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα, των πολυσακχαριτών σε μονοσακχαρίτες. Στα λυσοσώματα, τα νεκρά μέρη του κυττάρου, ολόκληρα κύτταρα, καταστρέφονται.
Κυτταρικά εγκλείσματα- συσσωρεύσεις αποθεματικών θρεπτικών ουσιών: πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες.
Πυρήνας- το πιο σημαντικό μέρος του κυττάρου. Καλύπτεται με ένα κέλυφος διπλής μεμβράνης με πόρους, μέσω του οποίου ορισμένες ουσίες διεισδύουν στον πυρήνα και άλλες εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα. Τα χρωμοσώματα είναι οι κύριες δομές του πυρήνα, φορείς κληρονομικών πληροφοριών για τα χαρακτηριστικά του οργανισμού. Μεταδίδεται κατά τη διαίρεση του μητρικού κυττάρου στα θυγατρικά κύτταρα και με τα γεννητικά κύτταρα στους θυγατρικούς οργανισμούς. Ο πυρήνας είναι η θέση σύνθεσης DNA, mRNA και rRNA.
Ασκηση:
Εξηγήστε γιατί τα οργανίδια ονομάζονται εξειδικευμένες κυτταρικές δομές;
Απάντηση:Τα οργανίδια ονομάζονται εξειδικευμένες κυτταρικές δομές, καθώς εκτελούν αυστηρά καθορισμένες λειτουργίες, οι κληρονομικές πληροφορίες αποθηκεύονται στον πυρήνα, το ATP συντίθεται στα μιτοχόνδρια, η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε χλωροπλάστες κ.λπ.
Εάν έχετε ερωτήσεις σχετικά με την κυτταρολογία, μπορείτε να επικοινωνήσετε
Θεωρία για την εργασία 5 από την Ενιαία Κρατική Εξέταση στη βιολογία
Κυτταρική δομή. Η σχέση μεταξύ της δομής και των λειτουργιών των μερών και των οργανιδίων ενός κυττάρου είναι η βάση της ακεραιότητάς του
Κυτταρική δομή
Δομή προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων
Τα κύρια δομικά συστατικά των κυττάρων είναι η πλασματική μεμβράνη, το κυτταρόπλασμα και η κληρονομική συσκευή. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του οργανισμού, διακρίνονται δύο κύριοι τύποι κυττάρων: τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά. Η κύρια διαφορά μεταξύ των προκαρυωτικών κυττάρων και των ευκαρυωτικών κυττάρων είναι η οργάνωση της κληρονομικής τους συσκευής: στα προκαρυωτικά εντοπίζεται απευθείας στο κυτταρόπλασμα (αυτή η περιοχή του κυτταροπλάσματος ονομάζεται νουκλεοειδές) και δεν διαχωρίζεται από αυτό με δομές μεμβράνης, ενώ στους ευκαρυώτες το μεγαλύτερο μέρος του DNA είναι συγκεντρωμένο στον πυρήνα, που περιβάλλεται από μια διπλή μεμβράνη. Επιπλέον, οι γενετικές πληροφορίες των προκαρυωτικών κυττάρων, που βρίσκονται στο νουκλεοειδές, γράφονται σε ένα κυκλικό μόριο DNA, ενώ στους ευκαρυώτες τα μόρια του DNA είναι ανοιχτά.
Σε αντίθεση με τα ευκαρυωτικά, το κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών κυττάρων περιέχει επίσης μικρό αριθμό οργανιδίων, ενώ τα ευκαρυωτικά κύτταρα χαρακτηρίζονται από μια σημαντική ποικιλία αυτών των δομών.
Δομή και λειτουργίες βιολογικών μεμβρανών
Η δομή της βιομεμβράνης.Οι μεμβράνες που δεσμεύουν τα κύτταρα και τα μεμβρανικά οργανίδια των ευκαρυωτικών κυττάρων έχουν κοινή χημική σύνθεση και δομή. Περιλαμβάνουν λιπίδια, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες. Τα λιπίδια της μεμβράνης αντιπροσωπεύονται κυρίως από φωσφολιπίδια και χοληστερόλη. Οι περισσότερες μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι σύνθετες πρωτεΐνες, όπως οι γλυκοπρωτεΐνες. Οι υδατάνθρακες δεν εμφανίζονται ανεξάρτητα στη μεμβράνη· συνδέονται με πρωτεΐνες και λιπίδια. Το πάχος των μεμβρανών είναι 7-10 nm.
Σύμφωνα με το επί του παρόντος γενικά αποδεκτό μοντέλο ρευστού μωσαϊκού δομής μεμβράνης, τα λιπίδια σχηματίζουν ένα διπλό στρώμα ή λιπιδική διπλοστιβάδα, στο οποίο τα υδρόφιλα «κεφάλια» των μορίων λιπιδίων είναι στραμμένα προς τα έξω και οι υδρόφοβες «ουρές» είναι κρυμμένες μέσα στη μεμβράνη. Αυτές οι «ουρές», λόγω της υδροφοβικότητας τους, εξασφαλίζουν τον διαχωρισμό των υδατικών φάσεων του εσωτερικού περιβάλλοντος του κυττάρου και του περιβάλλοντος του. Οι πρωτεΐνες συνδέονται με τα λιπίδια μέσω διαφόρων τύπων αλληλεπιδράσεων. Ορισμένες πρωτεΐνες βρίσκονται στην επιφάνεια της μεμβράνης. Τέτοιες πρωτεΐνες ονομάζονται περιφερειακός, ή επιπόλαιος. Άλλες πρωτεΐνες είναι εν μέρει ή πλήρως βυθισμένες στη μεμβράνη - αυτές είναι αναπόσπαστο,ή βυθισμένες πρωτεΐνες. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες εκτελούν δομικές, μεταφορικές, καταλυτικές, υποδοχείς και άλλες λειτουργίες.
Οι μεμβράνες δεν είναι σαν τους κρυστάλλους· τα συστατικά τους βρίσκονται συνεχώς σε κίνηση, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται κενά μεταξύ των μορίων λιπιδίων - πόροι μέσω των οποίων διάφορες ουσίες μπορούν να εισέλθουν ή να εξέλθουν από το κύτταρο.
Οι βιολογικές μεμβράνες διαφέρουν ως προς τη θέση τους στο κύτταρο, τη χημική σύσταση και τις λειτουργίες τους. Οι κύριοι τύποι μεμβρανών είναι το πλάσμα και οι εσωτερικές. Μεμβράνη πλάσματοςπεριέχει περίπου 45% λιπίδια (συμπεριλαμβανομένων γλυκολιπιδίων), 50% πρωτεΐνες και 5% υδατάνθρακες. Πάνω από την επιφάνεια της μεμβράνης προεξέχουν αλυσίδες υδατανθράκων, που αποτελούν μέρος σύνθετων πρωτεϊνών-γλυκοπρωτεϊνών και πολύπλοκων λιπιδίων-γλυκολιπιδίων. Οι γλυκοπρωτεΐνες του πλάσματος είναι εξαιρετικά ειδικές. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται για την αμοιβαία αναγνώριση των κυττάρων, συμπεριλαμβανομένου του σπέρματος και του ωαρίου.
Στην επιφάνεια των ζωικών κυττάρων, οι αλυσίδες υδατανθράκων σχηματίζουν ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα - γλυκοκάλυκα.Ανιχνεύεται σχεδόν σε όλα τα ζωικά κύτταρα, αλλά ο βαθμός έκφρασής του ποικίλλει (10-50 μm). Ο γλυκοκάλυκας παρέχει άμεση επικοινωνία μεταξύ του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος, όπου λαμβάνει χώρα η εξωκυτταρική πέψη. Οι υποδοχείς βρίσκονται στον γλυκοκάλυκα. Εκτός από το πλάσμα, τα κύτταρα των βακτηρίων, των φυτών και των μυκήτων περιβάλλονται επίσης από κυτταρικές μεμβράνες.
Εσωτερικές μεμβράνεςτα ευκαρυωτικά κύτταρα οριοθετούν διαφορετικά μέρη του κυττάρου, σχηματίζοντας περίεργα "διαμερίσματα" - διαμερίσματα, που προάγει τον διαχωρισμό διαφόρων μεταβολικών και ενεργειακών διεργασιών. Μπορεί να διαφέρουν ως προς τη χημική σύσταση και τις λειτουργίες τους, αλλά το γενικό δομικό τους σχέδιο παραμένει το ίδιο.
Λειτουργίες μεμβράνης:
- Περιορισμός.Η ιδέα είναι ότι διαχωρίζουν τον εσωτερικό χώρο του κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον. Η μεμβράνη είναι ημιπερατή, δηλαδή μόνο εκείνες οι ουσίες που χρειάζεται το κύτταρο μπορούν να περάσουν ελεύθερα από αυτήν και υπάρχουν μηχανισμοί για τη μεταφορά των απαραίτητων ουσιών.
- Αισθητήριο νεύρο.Συνδέεται κυρίως με την αντίληψη των περιβαλλοντικών σημάτων και τη μεταφορά αυτών των πληροφοριών στο κύτταρο. Ειδικές πρωτεΐνες υποδοχέα είναι υπεύθυνες για αυτή τη λειτουργία. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι επίσης υπεύθυνες για την κυτταρική αναγνώριση σύμφωνα με την αρχή του «φίλου ή εχθρού», καθώς και για το σχηματισμό μεσοκυττάριων συνδέσεων, οι πιο μελετημένες από τις οποίες είναι οι συνάψεις των νευρικών κυττάρων.
- Καταλυτικός.Στις μεμβράνες εντοπίζονται πολυάριθμα σύμπλοκα ενζύμων, με αποτέλεσμα να συμβαίνουν σε αυτές έντονες συνθετικές διεργασίες.
- Μετασχηματισμός ενέργειας.Συνδέεται με το σχηματισμό ενέργειας, την αποθήκευση της με τη μορφή ATP και την κατανάλωση.
- Διαμερισματικοποίηση.Οι μεμβράνες οριοθετούν επίσης τον χώρο μέσα στο κύτταρο, διαχωρίζοντας έτσι τις πρώτες ύλες της αντίδρασης και τα ένζυμα που μπορούν να πραγματοποιήσουν τις αντίστοιχες αντιδράσεις.
- Σχηματισμός μεσοκυττάριων επαφών.Παρά το γεγονός ότι το πάχος της μεμβράνης είναι τόσο μικρό που δεν μπορεί να διακριθεί με γυμνό μάτι, αφενός χρησιμεύει ως ένα αρκετά αξιόπιστο φράγμα για τα ιόντα και τα μόρια, ιδιαίτερα τα υδατοδιαλυτά, και αφετέρου , εξασφαλίζει τη μεταφορά τους μέσα και έξω από το κελί.
- Μεταφορά.
Μεταφορά μεμβράνης.Λόγω του γεγονότος ότι τα κύτταρα, ως στοιχειώδη βιολογικά συστήματα, είναι ανοιχτά συστήματα, για τη διασφάλιση του μεταβολισμού και της ενέργειας, τη διατήρηση της ομοιόστασης, της ανάπτυξης, της ευερεθιστότητας και άλλων διεργασιών, απαιτείται η μεταφορά ουσιών μέσω της μεμβράνης - μεταφορά μεμβράνης. Επί του παρόντος, η μεταφορά ουσιών μέσω της κυτταρικής μεμβράνης χωρίζεται σε ενεργητική, παθητική, ενδο- και εξωκυττάρωση.
Παθητική μεταφορά- Πρόκειται για ένα είδος μεταφοράς που πραγματοποιείται χωρίς κατανάλωση ενέργειας από υψηλότερες σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Λιπιδοδιαλυτά μικρά μη πολικά μόρια (O 2, CO 2) διεισδύουν εύκολα στο κύτταρο με απλή διάχυση. Αυτά που είναι αδιάλυτα στα λιπίδια, συμπεριλαμβανομένων των φορτισμένων μικρών σωματιδίων, συλλέγονται από πρωτεΐνες φορείς ή περνούν μέσω ειδικών διαύλων (γλυκόζη, αμινοξέα, K+, PO 4 3-). Αυτός ο τύπος παθητικής μεταφοράς ονομάζεται διευκολυνόμενη διάχυση. Το νερό εισέρχεται στο κύτταρο μέσω των πόρων στη λιπιδική φάση, καθώς και μέσω ειδικών καναλιών επενδεδυμένων με πρωτεΐνες. Η μεταφορά του νερού μέσω μιας μεμβράνης ονομάζεται με όσμωση.
Η όσμωση είναι εξαιρετικά σημαντική στη ζωή ενός κυττάρου, γιατί αν τοποθετηθεί σε διάλυμα με μεγαλύτερη συγκέντρωση αλάτων από ότι στο κυτταρικό διάλυμα, τότε το νερό θα αρχίσει να φεύγει από το κύτταρο και ο όγκος των ζωντανών περιεχομένων θα αρχίσει να μειώνεται. Στα ζωικά κύτταρα, το κύτταρο στο σύνολό του συρρικνώνεται και στα φυτικά κύτταρα, το κυτταρόπλασμα υστερεί πίσω από το κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο ονομάζεται πλασμόλυση. Όταν ένα κύτταρο τοποθετείται σε ένα διάλυμα λιγότερο συμπυκνωμένο από το κυτταρόπλασμα, η μεταφορά νερού γίνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση - μέσα στο κύτταρο. Ωστόσο, υπάρχουν όρια στην εκτασιμότητα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης και ένα ζωικό κύτταρο τελικά σπάει, ενώ ένα φυτικό κύτταρο δεν επιτρέπει να συμβεί αυτό λόγω του ισχυρού κυτταρικού του τοιχώματος. Το φαινόμενο της πλήρωσης ολόκληρου του εσωτερικού χώρου ενός κυττάρου με κυτταρικό περιεχόμενο ονομάζεται αποπλασμόλυση. Η ενδοκυτταρική συγκέντρωση των αλάτων θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την παρασκευή φαρμάκων, ειδικά για ενδοφλέβια χορήγηση, καθώς αυτό μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη στα αιμοσφαίρια (για αυτό, χρησιμοποιείται αλατούχο διάλυμα με συγκέντρωση χλωριούχου νατρίου 0,9%). Αυτό δεν είναι λιγότερο σημαντικό όταν καλλιεργούνται κύτταρα και ιστοί, καθώς και όργανα ζώων και φυτών.
Ενεργή μεταφοράπροχωρά με τη δαπάνη ενέργειας ATP από μια χαμηλότερη συγκέντρωση μιας ουσίας σε μια υψηλότερη. Πραγματοποιείται με τη χρήση ειδικών πρωτεϊνών αντλίας. Οι πρωτεΐνες αντλούν K + , Na + , Ca 2+ και άλλα ιόντα μέσω της μεμβράνης, γεγονός που προάγει τη μεταφορά απαραίτητων οργανικών ουσιών, καθώς και την εμφάνιση νευρικών ερεθισμάτων κ.λπ.
Ενδοκυττάρωση- αυτή είναι μια ενεργή διαδικασία απορρόφησης ουσιών από το κύτταρο, κατά την οποία η μεμβράνη σχηματίζει κολπισμούς και στη συνέχεια σχηματίζει μεμβρανικά κυστίδια - φαγοσώματα, που περιέχουν τα απορροφημένα αντικείμενα. Στη συνέχεια το πρωτογενές λυσόσωμα συγχωνεύεται με το φαγόσωμα και σχηματίζεται δευτερογενές λυσόσωμα, ή φαγολυσοσώμα, ή πεπτικό κενοτόπιο. Τα περιεχόμενα του κυστιδίου πέπτονται από ένζυμα λυσοσώματος και τα προϊόντα διάσπασης απορροφώνται και αφομοιώνονται από το κύτταρο. Τα άπεπτα υπολείμματα απομακρύνονται από το κύτταρο με εξωκυττάρωση. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ενδοκυττάρωσης: η φαγοκυττάρωση και η πινοκύττωση.
Φαγοκυττάρωσηείναι η διαδικασία σύλληψης από την επιφάνεια του κυττάρου και απορρόφησης στερεών σωματιδίων από το κύτταρο, και πινοκυττάρωση- υγρά. Η φαγοκυττάρωση εμφανίζεται κυρίως σε ζωικά κύτταρα (μονοκύτταρα ζώα, ανθρώπινα λευκοκύτταρα), παρέχει τη διατροφή τους και συχνά προστατεύει τον οργανισμό. Με την πινοκύττωση, πρωτεΐνες, σύμπλοκα αντιγόνου-αντισώματος απορροφώνται κατά τις ανοσολογικές αντιδράσεις κ.λπ. Ωστόσο, πολλοί ιοί εισέρχονται στο κύτταρο επίσης με πινοκύττωση ή φαγοκυττάρωση. Στα φυτικά και μυκητιακά κύτταρα, η φαγοκυττάρωση είναι πρακτικά αδύνατη, αφού περιβάλλονται από ανθεκτικές κυτταρικές μεμβράνες.
Εξωκυττάρωση- διαδικασία αντίστροφη προς την ενδοκυττάρωση. Με αυτόν τον τρόπο, τα υπολείμματα τροφής που δεν έχουν υποστεί πέψη απελευθερώνονται από τα πεπτικά κενοτόπια και αφαιρούνται οι απαραίτητες για τη ζωή του κυττάρου και του σώματος συνολικά. Για παράδειγμα, η μετάδοση των νευρικών ερεθισμάτων συμβαίνει λόγω της απελευθέρωσης χημικών αγγελιοφόρων από τον νευρώνα που στέλνει την ώθηση - μεσολαβητές, και στα φυτικά κύτταρα έτσι εκκρίνονται οι βοηθητικοί υδατάνθρακες της κυτταρικής μεμβράνης.
Κυτταρικά τοιχώματα φυτικών κυττάρων, μυκήτων και βακτηρίων.Έξω από τη μεμβράνη, το κύτταρο μπορεί να εκκρίνει ένα ισχυρό πλαίσιο - κυτταρική μεμβράνη,ή κυτταρικό τοίχωμα.
Στα φυτά, η βάση του κυτταρικού τοιχώματος είναι κυτταρίνη, συσκευασμένο σε δέσμες των 50-100 μορίων. Οι χώροι μεταξύ τους γεμίζουν με νερό και άλλους υδατάνθρακες. Το τοίχωμα των φυτικών κυττάρων είναι διαποτισμένο με σωληνάρια - πλασμοδεσματα, από το οποίο διέρχονται οι μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου. Τα Plasmodesmata πραγματοποιούν τη μεταφορά ουσιών μεταξύ των κυττάρων. Ωστόσο, η μεταφορά ουσιών, όπως το νερό, μπορεί επίσης να συμβεί κατά μήκος των ίδιων των κυτταρικών τοιχωμάτων. Με την πάροδο του χρόνου, διάφορες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων τανινών ή ουσιών που μοιάζουν με λίπος, συσσωρεύονται στο κυτταρικό τοίχωμα των φυτών, γεγονός που οδηγεί σε λιγνίωση ή υποβέρνωση του ίδιου του κυτταρικού τοιχώματος, μετατόπιση του νερού και θάνατο του κυτταρικού περιεχομένου. Ανάμεσα στα κυτταρικά τοιχώματα των γειτονικών φυτικών κυττάρων υπάρχουν αποστάτες που μοιάζουν με ζελέ - μεσαίες πλάκες που τα συγκρατούν μεταξύ τους και τσιμεντώνουν το σώμα του φυτού στο σύνολό του. Καταστρέφονται μόνο κατά τη διαδικασία ωρίμανσης των καρπών και όταν πέφτουν τα φύλλα.
Τα κυτταρικά τοιχώματα των μυκητιακών κυττάρων σχηματίζονται χιτίνη- ένας υδατάνθρακας που περιέχει άζωτο. Είναι αρκετά δυνατά και αποτελούν τον εξωτερικό σκελετό του κυττάρου, αλλά παρόλα αυτά, όπως στα φυτά, εμποδίζουν τη φαγοκυττάρωση.
Στα βακτήρια, το κυτταρικό τοίχωμα περιέχει υδατάνθρακες με θραύσματα πεπτιδίων - mureinΩστόσο, η περιεκτικότητά του ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των διαφόρων ομάδων βακτηρίων. Άλλοι πολυσακχαρίτες μπορούν επίσης να εκκριθούν στην κορυφή του κυτταρικού τοιχώματος, σχηματίζοντας μια βλεννώδη κάψουλα που προστατεύει τα βακτήρια από εξωτερικές επιδράσεις.
Η μεμβράνη καθορίζει το σχήμα του κυττάρου, χρησιμεύει ως μηχανικό στήριγμα, εκτελεί προστατευτική λειτουργία, παρέχει τις οσμωτικές ιδιότητες του κυττάρου, περιορίζοντας το τέντωμα του ζωντανού περιεχομένου και αποτρέποντας τη ρήξη του κυττάρου, η οποία αυξάνεται λόγω της εισόδου νερού . Επιπλέον, το νερό και οι ουσίες που διαλύονται σε αυτό ξεπερνούν το κυτταρικό τοίχωμα πριν εισέλθουν στο κυτταρόπλασμα ή, αντίθετα, όταν φεύγουν από αυτό, ενώ το νερό μεταφέρεται μέσω των κυτταρικών τοιχωμάτων γρηγορότερα παρά μέσω του κυτταροπλάσματος.
Κυτόπλασμα
Κυτόπλασμα- Αυτό είναι το εσωτερικό περιεχόμενο του κελιού. Όλα τα κυτταρικά οργανίδια, ο πυρήνας και διάφορα απόβλητα είναι βυθισμένα σε αυτό.
Το κυτταρόπλασμα συνδέει όλα τα μέρη του κυττάρου μεταξύ τους και σε αυτό λαμβάνουν χώρα πολυάριθμες μεταβολικές αντιδράσεις. Το κυτταρόπλασμα διαχωρίζεται από το περιβάλλον και χωρίζεται σε διαμερίσματα με μεμβράνες, δηλαδή τα κύτταρα έχουν δομή μεμβράνης. Μπορεί να είναι σε δύο καταστάσεις - sol και gel. Σολ- αυτή είναι μια ημι-υγρή, ζελατινώδης κατάσταση του κυτταροπλάσματος, στην οποία οι ζωτικές διεργασίες προχωρούν πιο εντατικά, και γέλη- μια πιο πυκνή, ζελατινώδης κατάσταση που εμποδίζει την εμφάνιση χημικών αντιδράσεων και τη μεταφορά ουσιών.
Το υγρό μέρος του κυτταροπλάσματος χωρίς οργανίδια ονομάζεται υαλόπλασμα. Το υαλόπλασμα, ή κυτταρόπλασμα, είναι ένα κολλοειδές διάλυμα στο οποίο υπάρχει ένα είδος αιωρήματος αρκετά μεγάλων σωματιδίων, για παράδειγμα πρωτεϊνών, που περιβάλλονται από δίπολα μορίων νερού. Η καθίζηση αυτού του αιωρήματος δεν συμβαίνει λόγω του ότι έχουν το ίδιο φορτίο και απωθούν το ένα το άλλο.
Οργανοειδή
Οργανοειδή- Αυτά είναι μόνιμα συστατικά του κυττάρου που εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες.
Ανάλογα με τα δομικά τους χαρακτηριστικά διακρίνονται σε μεμβρανικά και μη. ΜεμβράνηΤα οργανίδια, με τη σειρά τους, ταξινομούνται ως μονομεμβρανικά (ενδοπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα Golgi και λυσοσώματα) ή διπλής μεμβράνης (μιτοχόνδρια, πλαστίδια και πυρήνας). Μη μεμβράνηΤα οργανίδια είναι ριβοσώματα, μικροσωληνίσκοι, μικρονημάτια και το κυτταρικό κέντρο. Από τα αναφερόμενα οργανίδια, μόνο τα ριβοσώματα είναι εγγενή στα προκαρυωτικά.
Δομή και λειτουργίες του πυρήνα. Πυρήνας- ένα μεγάλο οργανίδιο διπλής μεμβράνης που βρίσκεται στο κέντρο του κυττάρου ή στην περιφέρειά του. Οι διαστάσεις του πυρήνα μπορεί να κυμαίνονται από 3-35 μικρά. Το σχήμα του πυρήνα είναι τις περισσότερες φορές σφαιρικό ή ελλειψοειδές, αλλά υπάρχουν επίσης ράβδοι, ατρακτοειδής, φασολοειδής, λοβωτοί και ακόμη και τμηματικοί πυρήνες. Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι το σχήμα του πυρήνα αντιστοιχεί στο σχήμα του ίδιου του κυττάρου.
Τα περισσότερα κύτταρα έχουν έναν πυρήνα, αλλά, για παράδειγμα, στα κύτταρα του ήπατος και της καρδιάς μπορεί να υπάρχουν δύο από αυτά, και σε έναν αριθμό νευρώνων - έως και 15. Οι σκελετικές μυϊκές ίνες συνήθως περιέχουν πολλούς πυρήνες, αλλά δεν είναι κύτταρα με την πλήρη έννοια της λέξης, αφού σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της σύντηξης πολλών κυττάρων.
Ο πυρήνας περιβάλλεται πυρηνικός φάκελος, και ο εσωτερικός του χώρος γεμίζει πυρηνικό χυμό, ή πυρηνόπλασμα (καρυόπλασμα), στο οποίο είναι βυθισμένα χρωματίνηΚαι πυρήνας. Ο πυρήνας εκτελεί τόσο σημαντικές λειτουργίες όπως η αποθήκευση και η μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, καθώς και ο έλεγχος της ζωής του κυττάρου.
Ο ρόλος του πυρήνα στη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών αποδείχθηκε πειστικά σε πειράματα με το πράσινο φύκι Acetabularia. Σε ένα μόνο γιγαντιαίο κύτταρο, που φτάνει σε μήκος τα 5 cm, διακρίνονται ένα καπέλο, ένα κοτσάνι και ένας ριζοειδής. Επιπλέον, περιέχει μόνο έναν πυρήνα που βρίσκεται στο ριζοειδή. Στη δεκαετία του 1930, ο I. Hemmerling μεταφύτευσε τον πυρήνα ενός είδους κοτύλης με πράσινο χρώμα στο ριζοειδή ενός άλλου είδους, με καφέ χρώμα, από το οποίο είχε αφαιρεθεί ο πυρήνας. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το φυτό με τον μεταμοσχευμένο πυρήνα απέκτησε ένα νέο καπάκι, όπως τα φύκια δότη πυρήνα. Ταυτόχρονα, το καπάκι ή το κοτσάνι, που χωρίστηκε από το ριζοειδή και δεν περιείχε πυρήνα, πέθανε μετά από κάποιο χρονικό διάστημα.
Πυρηνικό φάκελοσχηματίζεται από δύο μεμβράνες - εξωτερική και εσωτερική, μεταξύ των οποίων υπάρχει χώρος. Ο διαμεμβρανικός χώρος επικοινωνεί με την κοιλότητα του τραχιού ενδοπλασματικού δικτύου και η εξωτερική μεμβράνη του πυρήνα μπορεί να μεταφέρει ριβοσώματα. Το πυρηνικό περίβλημα διαποτίζεται από πολλούς πόρους επενδεδυμένους με ειδικές πρωτεΐνες. Η μεταφορά των ουσιών γίνεται μέσω των πόρων: οι απαραίτητες πρωτεΐνες (συμπεριλαμβανομένων των ενζύμων), τα ιόντα, τα νουκλεοτίδια και άλλες ουσίες εισέρχονται στον πυρήνα και τα μόρια RNA, οι εξαντλημένες πρωτεΐνες και οι υπομονάδες ριβοσωμάτων τον αφήνουν. Έτσι, οι λειτουργίες του πυρηνικού περιβλήματος είναι ο διαχωρισμός του περιεχομένου του πυρήνα από το κυτταρόπλασμα, καθώς και η ρύθμιση του μεταβολισμού μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος.
Πυρηνόπλασμαονομάζεται το περιεχόμενο του πυρήνα, στον οποίο είναι βυθισμένη η χρωματίνη και ο πυρήνας. Είναι ένα κολλοειδές διάλυμα, που χημικά θυμίζει κυτταρόπλασμα. Ένζυμα του πυρηνοπλάσματος καταλύουν την ανταλλαγή αμινοξέων, νουκλεοτιδίων, πρωτεϊνών κ.λπ. Το νουκλεόπλασμα συνδέεται με το υαλόπλασμα μέσω πυρηνικών πόρων. Οι λειτουργίες του πυρηνοπλάσματος, όπως και του υαλοπλάσματος, είναι η διασφάλιση της διασύνδεσης όλων των δομικών συστατικών του πυρήνα και η διεξαγωγή ενός αριθμού ενζυματικών αντιδράσεων.
Χρωματίνηονομάζεται μια συλλογή λεπτών νημάτων και κόκκων που βυθίζονται στο πυρηνόπλασμα. Μπορεί να ανιχνευθεί μόνο με χρώση, καθώς οι δείκτες διάθλασης της χρωματίνης και του πυρηνοπλάσματος είναι περίπου οι ίδιοι. Το νηματώδες συστατικό της χρωματίνης ονομάζεται ευχρωματίνηκαι κοκκώδη - ετεροχρωματίνη. Η ευχρωματίνη συμπιέζεται ασθενώς, καθώς διαβάζονται κληρονομικές πληροφορίες από αυτήν, ενώ η πιο σπειροειδής ετεροχρωματίνη είναι γενετικά ανενεργή.
Η χρωματίνη είναι μια δομική τροποποίηση των χρωμοσωμάτων σε έναν μη διαιρούμενο πυρήνα. Έτσι, τα χρωμοσώματα υπάρχουν συνεχώς στον πυρήνα· μόνο η κατάστασή τους αλλάζει ανάλογα με τη λειτουργία που εκτελεί ο πυρήνας τη δεδομένη στιγμή.
Η σύνθεση της χρωματίνης περιλαμβάνει κυρίως πρωτεΐνες νουκλεοπρωτεϊνών (δεοξυριβονουκλεοπρωτεΐνες και ριβονουκλεοπρωτεΐνες), καθώς και ένζυμα, τα σημαντικότερα από τα οποία σχετίζονται με τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, και ορισμένες άλλες ουσίες.
Οι λειτουργίες της χρωματίνης συνίστανται, πρώτον, στη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων ειδικών για έναν δεδομένο οργανισμό, τα οποία κατευθύνουν τη σύνθεση συγκεκριμένων πρωτεϊνών, και δεύτερον, στη μεταφορά κληρονομικών ιδιοτήτων από το μητρικό κύτταρο στα θυγατρικά κύτταρα, για τον οποίο Τα νήματα της χρωματίνης συσκευάζονται σε χρωμοσώματα κατά τη διαδικασία διαίρεσης.
Nucleolus- ένα σφαιρικό σώμα, καθαρά ορατό στο μικροσκόπιο, με διάμετρο 1-3 μικρά. Σχηματίζεται σε τμήματα χρωματίνης στα οποία κωδικοποιούνται πληροφορίες σχετικά με τη δομή του rRNA και των ριβοσωμικών πρωτεϊνών. Συχνά υπάρχει μόνο ένας πυρήνας στον πυρήνα, αλλά σε εκείνα τα κύτταρα όπου συμβαίνουν έντονες ζωτικές διεργασίες, μπορεί να υπάρχουν δύο ή περισσότεροι πυρήνες. Οι λειτουργίες των πυρήνων είναι η σύνθεση του rRNA και η συγκρότηση ριβοσωμικών υπομονάδων συνδυάζοντας το rRNA με πρωτεΐνες που προέρχονται από το κυτταρόπλασμα.
Μιτοχόνδρια- οργανίδια διπλής μεμβράνης στρογγυλής, ωοειδούς ή ραβδοειδούς μορφής, αν και βρίσκονται και σπειροειδή (στο σπέρμα). Η διάμετρος των μιτοχονδρίων είναι μέχρι 1 μm και το μήκος έως 7 μm. Ο χώρος μέσα στα μιτοχόνδρια είναι γεμάτος με μήτρα. Μήτρα- Αυτή είναι η κύρια ουσία των μιτοχονδρίων. Ένα κυκλικό μόριο DNA και ριβοσώματα είναι βυθισμένα σε αυτό. Η εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων είναι λεία και αδιαπέραστη από πολλές ουσίες. Η εσωτερική μεμβράνη έχει προεξοχές - cristas, αυξάνοντας την επιφάνεια των μεμβρανών για να συμβούν χημικές αντιδράσεις. Στην επιφάνεια της μεμβράνης υπάρχουν πολυάριθμα πρωτεϊνικά σύμπλοκα που συνθέτουν τη λεγόμενη αναπνευστική αλυσίδα, καθώς και ένζυμα συνθετάσης ATP σε σχήμα μανιταριού. Το αερόβιο στάδιο της αναπνοής εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια, κατά το οποίο συντίθεται το ATP.
Πλασίδια- μεγάλα οργανίδια διπλής μεμβράνης, χαρακτηριστικά μόνο των φυτικών κυττάρων. Ο εσωτερικός χώρος των πλαστιδίων γεμίζει στρώμα, ή μήτρα. Το στρώμα περιέχει ένα περισσότερο ή λιγότερο ανεπτυγμένο σύστημα μεμβρανικών κυστιδίων - θυλακοειδή, που συλλέγονται σε σωρούς - δημητριακά, καθώς και το δικό του κυκλικό μόριο DNA και ριβοσώματα. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι πλαστιδίων: χλωροπλάστες, χρωμοπλάστες, λευκοπλάστες και προπλαστίδια.
Χλωροπλάστες- πρόκειται για πράσινα πλαστίδια με διάμετρο 3-10 μικρά, σαφώς ορατά στο μικροσκόπιο. Βρίσκονται μόνο στα πράσινα μέρη των φυτών - φύλλα, νεαρούς μίσχους, άνθη και καρπούς. Οι χλωροπλάστες έχουν γενικά ωοειδές ή ελλειψοειδές σχήμα, αλλά μπορούν επίσης να έχουν σχήμα κυπέλλου, σπειροειδές ή ακόμα και λοβωτό. Ο αριθμός των χλωροπλαστών σε ένα κύτταρο είναι κατά μέσο όρο από 10 έως 100 τεμάχια. Ωστόσο, για παράδειγμα, σε ορισμένα φύκια μπορεί να είναι ένα, να έχει σημαντικές διαστάσεις και πολύπλοκο σχήμα - τότε ονομάζεται χρωματοφόρα. Σε άλλες περιπτώσεις, ο αριθμός των χλωροπλαστών μπορεί να φτάσει αρκετές εκατοντάδες, ενώ τα μεγέθη τους είναι μικρά. Το χρώμα των χλωροπλαστών οφείλεται στην κύρια χρωστική ουσία της φωτοσύνθεσης - χλωροφύλλη, αν και περιέχουν επίσης πρόσθετες χρωστικές - καροτενοειδή. Τα καροτενοειδή γίνονται αισθητά μόνο το φθινόπωρο, όταν διασπάται η χλωροφύλλη στα γηράσκοντα φύλλα. Η κύρια λειτουργία των χλωροπλαστών είναι η φωτοσύνθεση. Οι φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης συμβαίνουν στις θυλακοειδείς μεμβράνες, στις οποίες είναι προσκολλημένα μόρια χλωροφύλλης και οι σκοτεινές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στο στρώμα, όπου περιέχονται πολλά ένζυμα.
Χρωμοπλάστες- Αυτά είναι κίτρινα, πορτοκαλί και κόκκινα πλαστίδια που περιέχουν καροτενοειδή χρωστικές. Το σχήμα των χρωμοπλαστών μπορεί επίσης να ποικίλλει σημαντικά: μπορεί να είναι σωληνοειδή, σφαιρικά, κρυσταλλικά κ.λπ. Οι χρωμοπλάστες δίνουν χρώμα στα άνθη και τους καρπούς των φυτών, προσελκύοντας επικονιαστές και διανομείς σπόρων και καρπών.
Λευκοπλάστες- Πρόκειται για λευκά ή άχρωμα πλαστίδια, κυρίως στρογγυλά ή ωοειδή. Είναι κοινά σε μη φωτοσυνθετικά μέρη φυτών, για παράδειγμα στο δέρμα των φύλλων, στους κονδύλους της πατάτας κ.λπ. Αποθηκεύουν θρεπτικά συστατικά, πιο συχνά άμυλο, αλλά σε ορισμένα φυτά μπορεί να είναι πρωτεΐνες ή λάδι.
Τα πλαστίδια σχηματίζονται στα φυτικά κύτταρα από προπλαστίδια, τα οποία υπάρχουν ήδη στα κύτταρα του εκπαιδευτικού ιστού και είναι μικρά σώματα διπλής μεμβράνης. Στα αρχικά στάδια ανάπτυξης, διαφορετικοί τύποι πλαστιδίων είναι ικανοί να μεταμορφωθούν μεταξύ τους: όταν εκτίθενται στο φως, οι λευκοπλάστες ενός κονδύλου πατάτας και οι χρωμοπλάστες μιας ρίζας καρότου γίνονται πράσινοι.
Τα πλαστίδια και τα μιτοχόνδρια ονομάζονται ημιαυτόνομα οργανίδια του κυττάρου, καθώς έχουν τα δικά τους μόρια DNA και ριβοσώματα, πραγματοποιούν πρωτεϊνική σύνθεση και διαιρούνται ανεξάρτητα από την κυτταρική διαίρεση. Αυτά τα χαρακτηριστικά εξηγούνται από την προέλευσή τους από μονοκύτταρους προκαρυωτικούς οργανισμούς. Ωστόσο, η «ανεξαρτησία» των μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων είναι περιορισμένη, καθώς το DNA τους περιέχει πολύ λίγα γονίδια για ελεύθερη ύπαρξη, ενώ οι υπόλοιπες πληροφορίες κωδικοποιούνται στα χρωμοσώματα του πυρήνα, γεγονός που του επιτρέπει να ελέγχει αυτά τα οργανίδια.
Ενδοπλασματικό δίκτυο (ER), ή ενδοπλασματικό δίκτυο (ER), είναι ένα οργανίδιο μιας μεμβράνης, το οποίο είναι ένα δίκτυο μεμβρανικών κοιλοτήτων και σωληναρίων που καταλαμβάνει έως και το 30% του περιεχομένου του κυτταροπλάσματος. Η διάμετρος των σωληναρίων EPS είναι περίπου 25-30 nm. Υπάρχουν δύο τύποι EPS - τραχύ και λείο. Τραχύ XPSφέρει ριβοσώματα, όπου λαμβάνει χώρα η πρωτεϊνοσύνθεση. Ομαλό XPSστερείται ριβοσωμάτων. Η λειτουργία του είναι η σύνθεση λιπιδίων και υδατανθράκων, καθώς και η μεταφορά, αποθήκευση και εξουδετέρωση τοξικών ουσιών. Αναπτύσσεται ιδιαίτερα σε εκείνα τα κύτταρα όπου συμβαίνουν έντονες μεταβολικές διεργασίες, για παράδειγμα στα ηπατικά κύτταρα -ηπατοκύτταρα- και στις σκελετικές μυϊκές ίνες. Οι ουσίες που συντίθενται στο ER μεταφέρονται στη συσκευή Golgi. Η συναρμολόγηση των κυτταρικών μεμβρανών συμβαίνει επίσης στο ER, αλλά ο σχηματισμός τους ολοκληρώνεται στη συσκευή Golgi.
Συσκευή Golgi,ή συγκρότημα Golgi, είναι ένα οργανίδιο μιας μεμβράνης που σχηματίζεται από ένα σύστημα επίπεδων δεξαμενών, σωληναρίων και κυστιδίων που αποσπώνται από αυτά. Η δομική μονάδα της συσκευής Golgi είναι δικτυόσωμα- μια στοίβα δεξαμενών, στον έναν πόλο των οποίων προέρχονται ουσίες από το EPS και από τον αντίθετο πόλο, έχοντας υποστεί ορισμένους μετασχηματισμούς, συσκευάζονται σε κυστίδια και αποστέλλονται σε άλλα μέρη του κυττάρου. Η διάμετρος των δεξαμενών είναι περίπου 2 μικρά και η διάμετρος των μικρών φυσαλίδων είναι περίπου 20-30 μικρά. Οι κύριες λειτουργίες του συμπλέγματος Golgi είναι η σύνθεση ορισμένων ουσιών και η τροποποίηση (αλλαγή) πρωτεϊνών, λιπιδίων και υδατανθράκων που προέρχονται από το ER, ο τελικός σχηματισμός μεμβρανών, καθώς και η μεταφορά ουσιών σε όλο το κύτταρο, η ανανέωση των δομών του. και ο σχηματισμός λυσοσωμάτων. Η συσκευή Golgi έλαβε το όνομά της προς τιμήν του Ιταλού επιστήμονα Camillo Golgi, ο οποίος ανακάλυψε για πρώτη φορά αυτό το οργανίδιο (1898).
Λυσοσώματα- μικρά οργανίδια μιας μεμβράνης διαμέτρου έως 1 μm, τα οποία περιέχουν υδρολυτικά ένζυμα που εμπλέκονται στην ενδοκυτταρική πέψη. Οι μεμβράνες των λυσοσωμάτων είναι ελάχιστα διαπερατές σε αυτά τα ένζυμα, επομένως τα λυσοσώματα εκτελούν τις λειτουργίες τους με μεγάλη ακρίβεια και στοχευμένα. Έτσι, παίρνουν ενεργό μέρος στη διαδικασία της φαγοκυττάρωσης, σχηματίζοντας πεπτικά κενοτόπια και σε περίπτωση ασιτίας ή βλάβης σε ορισμένα μέρη του κυττάρου, τα χωνεύουν χωρίς να επηρεάζουν άλλα. Ο ρόλος των λυσοσωμάτων στις διαδικασίες κυτταρικού θανάτου ανακαλύφθηκε πρόσφατα.
Κυτταρικό κενόείναι μια κοιλότητα στο κυτταρόπλασμα των φυτικών και ζωικών κυττάρων, οριοθετημένη από μια μεμβράνη και γεμάτη με υγρό. Πεπτικά και συσταλτικά κενοτόπια βρίσκονται σε κύτταρα πρωτόζωων. Τα πρώτα συμμετέχουν στη διαδικασία της φαγοκυττάρωσης, καθώς διασπούν τα θρεπτικά συστατικά. Τα τελευταία εξασφαλίζουν τη διατήρηση της ισορροπίας νερού-αλατιού λόγω της ωσμορύθμισης. Στα πολυκύτταρα ζώα εντοπίζονται κυρίως πεπτικά κενοτόπια.
Στα φυτικά κύτταρα, τα κενοτόπια είναι πάντα παρόντα· περιβάλλονται από μια ειδική μεμβράνη και γεμίζουν με κυτταρικό χυμό. Η μεμβράνη που περιβάλλει το κενοτόπιο είναι παρόμοια σε χημική σύνθεση, δομή και λειτουργίες με την πλασματική μεμβράνη. Χυμός κυττάρωνείναι ένα υδατικό διάλυμα διαφόρων ανόργανων και οργανικών ουσιών, συμπεριλαμβανομένων ανόργανων αλάτων, οργανικών οξέων, υδατανθράκων, πρωτεϊνών, γλυκοσιδίων, αλκαλοειδών κ.λπ. Το κενοτόπιο μπορεί να καταλάβει έως και το 90% του όγκου των κυττάρων και να ωθήσει τον πυρήνα προς την περιφέρεια. Αυτό το τμήμα του κυττάρου εκτελεί αποθηκευτικές, απεκκριτικές, οσμωτικές, προστατευτικές, λυσοσωμικές και άλλες λειτουργίες, καθώς συσσωρεύει θρεπτικά συστατικά και άχρηστα προϊόντα, εξασφαλίζει την παροχή νερού και διατηρεί το σχήμα και τον όγκο του κυττάρου και επίσης περιέχει ένζυμα για τη διάσπαση του πολλά κυτταρικά συστατικά. Επιπλέον, οι βιολογικά δραστικές ουσίες των κενοτοπίων μπορούν να εμποδίσουν πολλά ζώα να φάνε αυτά τα φυτά. Σε ορισμένα φυτά, λόγω της διόγκωσης των κενοτοπίων, η ανάπτυξη των κυττάρων συμβαίνει με επιμήκυνση.
Τα κενοτόπια υπάρχουν επίσης στα κύτταρα ορισμένων μυκήτων και βακτηρίων, αλλά στους μύκητες εκτελούν μόνο τη λειτουργία της ωσμορύθμισης, ενώ στα κυανοβακτήρια διατηρούν την άνωση και συμμετέχουν στη διαδικασία αφομοίωσης του αζώτου από τον αέρα.
Ριβοσώματα- μικρά οργανίδια μη μεμβράνης με διάμετρο 15-20 μικρά, αποτελούμενα από δύο υπομονάδες - μεγάλες και μικρές. Οι ευκαρυωτικές ριβοσωμικές υπομονάδες συναρμολογούνται στον πυρήνα και στη συνέχεια μεταφέρονται στο κυτταρόπλασμα. Τα ριβοσώματα στα προκαρυωτικά, τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια είναι μικρότερα σε μέγεθος από τα ριβοσώματα στους ευκαρυώτες. Οι ριβοσωμικές υπομονάδες περιλαμβάνουν rRNA και πρωτεΐνες.
Ο αριθμός των ριβοσωμάτων σε ένα κύτταρο μπορεί να φτάσει αρκετές δεκάδες εκατομμύρια: στο κυτταρόπλασμα, τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια βρίσκονται σε ελεύθερη κατάσταση και στο τραχύ ER - σε δεσμευμένη κατάσταση. Συμμετέχουν στη σύνθεση πρωτεϊνών, συγκεκριμένα, πραγματοποιούν τη διαδικασία της μετάφρασης - τη βιοσύνθεση μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε ένα μόριο mRNA. Τα ελεύθερα ριβοσώματα συνθέτουν τις πρωτεΐνες του υαλοπλάσματος, των μιτοχονδρίων, των πλαστιδίων και των δικών τους ριβοσωμικών πρωτεϊνών, ενώ τα ριβοσώματα που είναι προσαρτημένα στο ακατέργαστο ER πραγματοποιούν τη μετάφραση πρωτεϊνών για απομάκρυνση από τα κύτταρα, συγκρότηση μεμβράνης και σχηματισμό λυσοσωμάτων και κενοτοπίων.
Τα ριβοσώματα μπορούν να βρεθούν μεμονωμένα στο υαλόπλασμα ή να συναρμολογηθούν σε ομάδες κατά τη διάρκεια της ταυτόχρονης σύνθεσης πολλών πολυπεπτιδικών αλυσίδων σε ένα mRNA. Τέτοιες ομάδες ριβοσωμάτων ονομάζονται πολυριβοσώματα, ή πολυσώματα.
Μικροσωληνίσκοι- Πρόκειται για κυλινδρικά κούφια μη μεμβρανώδη οργανίδια που διαπερνούν ολόκληρο το κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Η διάμετρός τους είναι περίπου 25 nm, το πάχος του τοιχώματος είναι 6-8 nm. Σχηματίζονται από πολλά μόρια πρωτεΐνης τουμπουλίνη,που σχηματίζουν πρώτα 13 νήματα που μοιάζουν με χάντρες και μετά συναρμολογούνται σε μικροσωληνίσκο. Οι μικροσωληνίσκοι σχηματίζουν ένα κυτταροπλασματικό δίκτυο, το οποίο δίνει στο κύτταρο σχήμα και όγκο, συνδέει την πλασματική μεμβράνη με άλλα μέρη του κυττάρου, εξασφαλίζει τη μεταφορά ουσιών σε όλο το κύτταρο, συμμετέχει στην κίνηση του κυττάρου και των ενδοκυτταρικών συστατικών, καθώς και στο η διαίρεση του γενετικού υλικού. Αποτελούν μέρος του κυτταρικού κέντρου και των οργανιδίων κίνησης - μαστίγια και βλεφαρίδες.
μικρονημάτια,ή μικρονήματα, είναι επίσης οργανίδια μη μεμβράνης, ωστόσο, έχουν νηματώδες σχήμα και σχηματίζονται όχι από τουμπουλίνη, αλλά ακτίνη. Συμμετέχουν στις διαδικασίες μεταφοράς μεμβράνης, μεσοκυττάριας αναγνώρισης, διαίρεσης του κυτταρικού κυτταροπλάσματος και στην κίνησή του. Στα μυϊκά κύτταρα, η αλληλεπίδραση των μικρονημάτων ακτίνης με τα νημάτια μυοσίνης μεσολαβεί στη συστολή.
Οι μικροσωληνίσκοι και τα μικρονημάτια σχηματίζουν τον εσωτερικό σκελετό του κυττάρου - κυτταροσκελετός. Είναι ένα πολύπλοκο δίκτυο ινών που παρέχουν μηχανική υποστήριξη για την πλασματική μεμβράνη, καθορίζει το σχήμα του κυττάρου, τη θέση των κυτταρικών οργανιδίων και την κίνησή τους κατά την κυτταρική διαίρεση.
Κέντρο κυττάρων- ένα μη μεμβρανικό οργανίδιο που βρίσκεται σε ζωικά κύτταρα κοντά στον πυρήνα. απουσιάζει στα φυτικά κύτταρα. Το μήκος του είναι περίπου 0,2-0,3 μικρά και η διάμετρός του είναι 0,1-0,15 μικρά. Το κυτταρικό κέντρο σχηματίζεται από δύο κεντρόλες, που βρίσκεται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα, και ακτινοβόλο σφαίρααπό μικροσωληνίσκους. Κάθε κεντριόλιο σχηματίζεται από εννέα ομάδες μικροσωληνίσκων, που συλλέγονται σε ομάδες των τριών, δηλ. τριπλέτες. Το κυτταρικό κέντρο συμμετέχει στις διαδικασίες συναρμολόγησης μικροσωληνίσκων, διαίρεσης του κληρονομικού υλικού του κυττάρου, καθώς και στο σχηματισμό μαστιγίων και βλεφαρίδων.
Οργανίδια κίνησης. ΜαστίγιαΚαι βλεφαρίδεςΕίναι κυτταρικές εκβολές καλυμμένες με πλάσμα. Η βάση αυτών των οργανιδίων αποτελείται από εννέα ζεύγη μικροσωληνίσκων που βρίσκονται κατά μήκος της περιφέρειας και δύο ελεύθερους μικροσωληνίσκους στο κέντρο. Οι μικροσωληνίσκοι διασυνδέονται με διάφορες πρωτεΐνες, διασφαλίζοντας τη συντονισμένη απόκλισή τους από τον άξονα - ταλάντωση. Οι ταλαντώσεις εξαρτώνται από την ενέργεια, δηλαδή, η ενέργεια των δεσμών ATP υψηλής ενέργειας δαπανάται σε αυτή τη διαδικασία. Η αποκατάσταση των χαμένων μαστιγίων και βλεφαρίδων είναι μια λειτουργία βασικά σώματα, ή κινετοσώματαπου βρίσκονται στη βάση τους.
Το μήκος των βλεφαρίδων είναι περίπου 10-15 nm και το μήκος των μαστιγίων είναι 20-50 μm. Λόγω των αυστηρά κατευθυνόμενων κινήσεων των μαστιγίων και των βλεφαρίδων, δεν συμβαίνει μόνο η κίνηση μονοκύτταρων ζώων, σπερματοζωαρίων κ.λπ., αλλά και ο καθαρισμός της αναπνευστικής οδού και η κίνηση του ωαρίου μέσω των σαλπίγγων, αφού όλα αυτά τα μέρη του ανθρώπινου σώματος είναι επενδεδυμένα με βλεφαροφόρο επιθήλιο.
εγκλείσματα
εγκλείσματα- Αυτά είναι μη μόνιμα συστατικά του κυττάρου που σχηματίζονται και εξαφανίζονται κατά τη διάρκεια της ζωής του. Αυτές περιλαμβάνουν και τις δύο εφεδρικές ουσίες, για παράδειγμα, κόκκους αμύλου ή πρωτεΐνης στα φυτικά κύτταρα, κόκκους γλυκογόνου στα κύτταρα ζώων και μυκήτων, βολουτίνη στα βακτήρια, σταγόνες λίπους σε όλους τους τύπους κυττάρων και απόβλητα προϊόντα, ιδίως υπολείμματα τροφίμων άπεπτο ως αποτέλεσμα φαγοκυττάρωσης, σχηματίζοντας τα λεγόμενα υπολειμματικά σώματα.
Η σχέση μεταξύ της δομής και των λειτουργιών των μερών και των οργανιδίων ενός κυττάρου είναι η βάση της ακεραιότητάς του
Καθένα από τα μέρη του κυττάρου, αφενός, είναι μια ξεχωριστή δομή με συγκεκριμένη δομή και λειτουργίες, και από την άλλη, ένα συστατικό ενός πιο πολύπλοκου συστήματος που ονομάζεται κύτταρο. Οι περισσότερες από τις κληρονομικές πληροφορίες ενός ευκαρυωτικού κυττάρου συγκεντρώνονται στον πυρήνα, αλλά ο ίδιος ο πυρήνας δεν είναι σε θέση να εξασφαλίσει την εφαρμογή του, καθώς αυτό απαιτεί τουλάχιστον το κυτταρόπλασμα, το οποίο ενεργεί ως η κύρια ουσία, και τα ριβοσώματα στα οποία λαμβάνει χώρα αυτή η σύνθεση. . Τα περισσότερα ριβοσώματα βρίσκονται στο κοκκώδες ενδοπλασματικό δίκτυο, από όπου οι πρωτεΐνες μεταφέρονται συχνότερα στο σύμπλεγμα Golgi και στη συνέχεια, μετά από τροποποίηση, σε εκείνα τα μέρη του κυττάρου για τα οποία προορίζονται ή απεκκρίνονται. Η μεμβρανική συσκευασία πρωτεϊνών και υδατανθράκων μπορεί να ενσωματωθεί στις μεμβράνες των οργανιδίων και στην κυτταροπλασματική μεμβράνη, διασφαλίζοντας τη συνεχή ανανέωσή τους. Τα λυσοσώματα και τα κενοτόπια, που εκτελούν σημαντικές λειτουργίες, αποσπώνται επίσης από το σύμπλεγμα Golgi. Για παράδειγμα, χωρίς λυσοσώματα, τα κύτταρα θα μετατρέπονταν γρήγορα σε ένα είδος χωματερής για μόρια και δομές αποβλήτων.
Η εμφάνιση όλων αυτών των διεργασιών απαιτεί ενέργεια που παράγεται από τα μιτοχόνδρια και στα φυτά από τους χλωροπλάστες. Και παρόλο που αυτά τα οργανίδια είναι σχετικά αυτόνομα, αφού έχουν τα δικά τους μόρια DNA, ορισμένες από τις πρωτεΐνες τους εξακολουθούν να κωδικοποιούνται από το πυρηνικό γονιδίωμα και να συντίθενται στο κυτταρόπλασμα.
Έτσι, το κύτταρο είναι μια άρρηκτη ενότητα των συστατικών του, καθένα από τα οποία εκτελεί τη δική του μοναδική λειτουργία.
Ο μεταβολισμός και η μετατροπή της ενέργειας είναι ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών. Ενέργεια και πλαστικός μεταβολισμός, η σχέση τους. Στάδια μεταβολισμού ενέργειας. Ζύμωση και αναπνοή. Φωτοσύνθεση, η σημασία της, κοσμικός ρόλος. Φάσεις φωτοσύνθεσης. Φωτεινές και σκοτεινές αντιδράσεις φωτοσύνθεσης, η σχέση τους. Χημειοσύνθεση. Ο ρόλος των χημειοσυνθετικών βακτηρίων στη Γη
Μεταβολισμός και μετατροπή ενέργειας - ιδιότητες ζωντανών οργανισμών
Ένα κύτταρο μπορεί να παρομοιαστεί με ένα μικροσκοπικό χημικό εργοστάσιο στο οποίο συμβαίνουν εκατοντάδες και χιλιάδες χημικές αντιδράσεις.
Μεταβολισμός- ένα σύνολο χημικών μετασχηματισμών που στοχεύουν στη διατήρηση και την αυτοαναπαραγωγή βιολογικών συστημάτων.
Περιλαμβάνει την πρόσληψη ουσιών στο σώμα κατά τη διάρκεια της διατροφής και της αναπνοής, τον ενδοκυτταρικό μεταβολισμό ή μεταβολισμός, καθώς και την απομόνωση τελικών μεταβολικών προϊόντων.
Ο μεταβολισμός είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με τις διαδικασίες μετατροπής ενός τύπου ενέργειας σε άλλο. Για παράδειγμα, κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η φωτεινή ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή ενέργειας χημικών δεσμών πολύπλοκων οργανικών μορίων και κατά τη διαδικασία της αναπνοής απελευθερώνεται και δαπανάται για τη σύνθεση νέων μορίων, μηχανική και οσμωτική εργασία. διαχέεται με τη μορφή θερμότητας κ.λπ.
Η εμφάνιση χημικών αντιδράσεων σε ζωντανούς οργανισμούς εξασφαλίζεται χάρη σε βιολογικούς καταλύτες πρωτεϊνικής φύσης - ένζυμα, ή ένζυμα. Όπως και άλλοι καταλύτες, τα ένζυμα επιταχύνουν την εμφάνιση χημικών αντιδράσεων σε ένα κύτταρο κατά δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες φορές, και μερικές φορές ακόμη και τις καθιστούν δυνατές, αλλά δεν αλλάζουν τη φύση ή τις ιδιότητες του τελικού προϊόντος της αντίδρασης και το κάνουν δεν αλλάζουν οι ίδιοι. Τα ένζυμα μπορεί να είναι απλές και σύνθετες πρωτεΐνες, οι οποίες, εκτός από το πρωτεϊνικό μέρος, περιλαμβάνουν επίσης ένα μη πρωτεϊνικό μέρος - συμπαράγοντας (συνένζυμο). Παραδείγματα ενζύμων είναι η αμυλάση του σάλιου, η οποία διασπά τους πολυσακχαρίτες κατά τη διάρκεια της παρατεταμένης μάσησης και η πεψίνη, η οποία εξασφαλίζει την πέψη των πρωτεϊνών στο στομάχι.
Τα ένζυμα διαφέρουν από τους μη πρωτεϊνικούς καταλύτες ως προς την υψηλή ειδικότητα δράσης τους, τη σημαντική αύξηση του ρυθμού αντίδρασης με τη βοήθειά τους, καθώς και την ικανότητα ρύθμισης της δράσης αλλάζοντας τις συνθήκες της αντίδρασης ή την αλληλεπίδραση διαφόρων ουσιών μαζί τους. Επιπλέον, οι συνθήκες υπό τις οποίες λαμβάνει χώρα η ενζυματική κατάλυση διαφέρουν σημαντικά από εκείνες υπό τις οποίες λαμβάνει χώρα η μη ενζυματική κατάλυση: η βέλτιστη θερμοκρασία για τη λειτουργία των ενζύμων στο ανθρώπινο σώμα είναι $37°C$, η πίεση πρέπει να είναι κοντά στην ατμοσφαιρική και η Το $pH$ του περιβάλλοντος μπορεί να διστάσει σημαντικά. Έτσι, η αμυλάση απαιτεί ένα αλκαλικό περιβάλλον και η πεψίνη απαιτεί ένα όξινο περιβάλλον.
Ο μηχανισμός δράσης των ενζύμων είναι η μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης των ουσιών (υποστρωμάτων) που εισέρχονται σε μια αντίδραση λόγω του σχηματισμού ενδιάμεσων συμπλεγμάτων ενζύμου-υποστρώματος.
Ενέργεια και πλαστικός μεταβολισμός, η σχέση τους
Ο μεταβολισμός αποτελείται από δύο διεργασίες που συμβαίνουν ταυτόχρονα στο κύτταρο: το πλαστικό και το μεταβολισμό ενέργειας.
Πλαστικός μεταβολισμός (αναβολισμός, αφομοίωση)είναι ένα σύνολο αντιδράσεων σύνθεσης που περιλαμβάνουν τη δαπάνη ενέργειας ΑΤΡ. Στη διαδικασία του πλαστικού μεταβολισμού, συντίθενται οργανικές ουσίες απαραίτητες για το κύτταρο. Παραδείγματα αντιδράσεων πλαστικής ανταλλαγής είναι η φωτοσύνθεση, η βιοσύνθεση πρωτεϊνών και η αντιγραφή του DNA (αυτοδιπλασιασμός).
Ενεργειακός μεταβολισμός (καταβολισμός, αφομοίωση)είναι ένα σύνολο αντιδράσεων που διασπούν πολύπλοκες ουσίες σε απλούστερες. Ως αποτέλεσμα του ενεργειακού μεταβολισμού, η ενέργεια απελευθερώνεται και αποθηκεύεται με τη μορφή ATP. Οι πιο σημαντικές διαδικασίες του ενεργειακού μεταβολισμού είναι η αναπνοή και η ζύμωση.
Οι ανταλλαγές πλαστικού και ενέργειας είναι άρρηκτα συνδεδεμένες, αφού στη διαδικασία της πλαστικής ανταλλαγής συντίθενται οργανικές ουσίες και αυτό απαιτεί ενέργεια ATP, και κατά τη διαδικασία ανταλλαγής ενέργειας διασπώνται οργανικές ουσίες και απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία στη συνέχεια θα δαπανηθεί για διαδικασίες σύνθεσης .
Οι οργανισμοί λαμβάνουν ενέργεια κατά τη διαδικασία της διατροφής, την απελευθερώνουν και τη μετατρέπουν σε προσιτή μορφή κυρίως κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Σύμφωνα με τη μέθοδο διατροφής, όλοι οι οργανισμοί χωρίζονται σε αυτότροφους και ετερότροφους. Αυτότροφοιικανό να συνθέτει ανεξάρτητα οργανικές ουσίες από ανόργανες και ετερότροφαχρησιμοποιούν αποκλειστικά παρασκευασμένες οργανικές ουσίες.
Στάδια μεταβολισμού ενέργειας
Παρά την πολυπλοκότητα των αντιδράσεων του ενεργειακού μεταβολισμού, χωρίζεται συμβατικά σε τρία στάδια: προπαρασκευαστικό, αναερόβιο (χωρίς οξυγόνο) και αερόβιο (οξυγόνο).
Επί προπαρασκευαστικό στάδιομόρια πολυσακχαριτών, λιπιδίων, πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων διασπώνται σε απλούστερα, για παράδειγμα, γλυκόζη, γλυκερίνη και λιπαρά οξέα, αμινοξέα, νουκλεοτίδια κ.λπ. Αυτό το στάδιο μπορεί να συμβεί απευθείας στα κύτταρα ή στα έντερα, από όπου το σπασμένο Οι κάτω ουσίες απελευθερώνονται μέσω της κυκλοφορίας του αίματος.
Αναερόβιο στάδιοο ενεργειακός μεταβολισμός συνοδεύεται από περαιτέρω διάσπαση των μονομερών οργανικών ενώσεων σε ακόμη πιο απλά ενδιάμεσα προϊόντα, για παράδειγμα, πυροσταφυλικό οξύ ή πυροσταφυλικό. Δεν απαιτεί την παρουσία οξυγόνου και για πολλούς οργανισμούς που ζουν στη λάσπη των βάλτων ή στα ανθρώπινα έντερα, είναι ο μόνος τρόπος για να αποκτήσουν ενέργεια. Το αναερόβιο στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα.
Διάφορες ουσίες μπορούν να υποστούν διάσπαση χωρίς οξυγόνο, αλλά αρκετά συχνά το υπόστρωμα των αντιδράσεων είναι η γλυκόζη. Η διαδικασία της διάσπασής του χωρίς οξυγόνο ονομάζεται γλυκόλυση. Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, ένα μόριο γλυκόζης χάνει τέσσερα άτομα υδρογόνου, δηλαδή οξειδώνεται, και σχηματίζονται δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος, δύο μόρια ATP και δύο μόρια του ανηγμένου φορέα υδρογόνου $NADH + H^(+)$:
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.
Ο σχηματισμός του ATP από το ADP συμβαίνει λόγω της άμεσης μεταφοράς ανιόντος φωσφορικού από προφωσφορυλιωμένο σάκχαρο και ονομάζεται φωσφορυλίωση υποστρώματος.
Αερόβιο στάδιοΗ ανταλλαγή ενέργειας μπορεί να συμβεί μόνο παρουσία οξυγόνου, ενώ οι ενδιάμεσες ενώσεις που σχηματίζονται κατά τη διάσπαση χωρίς οξυγόνο οξειδώνονται στα τελικά προϊόντα (διοξείδιο του άνθρακα και νερό) και απελευθερώνεται το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που αποθηκεύεται στους χημικούς δεσμούς των οργανικών ενώσεων. Μετατρέπεται σε ενέργεια δεσμών υψηλής ενέργειας 36 μορίων ATP. Αυτό το στάδιο ονομάζεται επίσης αναπνοή των ιστών. Ελλείψει οξυγόνου, οι ενδιάμεσες ενώσεις μετατρέπονται σε άλλες οργανικές ουσίες, μια διαδικασία που ονομάζεται ζύμωση.
Αναπνοή
Ο μηχανισμός της κυτταρικής αναπνοής απεικονίζεται σχηματικά στο Σχ.
Η αερόβια αναπνοή συμβαίνει στα μιτοχόνδρια, με το πυροσταφυλικό οξύ να χάνει πρώτα ένα άτομο άνθρακα, το οποίο συνοδεύεται από τη σύνθεση ενός αναγωγικού ισοδυνάμου $NADH + H^(+)$ και ενός μορίου ακετυλο συνενζύμου Α (ακετυλο-CoA):
$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.
Το ακετυλο-CoA στη μιτοχονδριακή μήτρα εμπλέκεται σε μια αλυσίδα χημικών αντιδράσεων, το σύνολο των οποίων ονομάζεται Κύκλος Krebs (κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος, κύκλος κιτρικού οξέος). Κατά τη διάρκεια αυτών των μετασχηματισμών, σχηματίζονται δύο μόρια ATP, το ακετυλο-CoA οξειδώνεται πλήρως σε διοξείδιο του άνθρακα και τα ιόντα υδρογόνου και τα ηλεκτρόνια του προστίθενται στους φορείς υδρογόνου $NADH + H^(+)$ και $FADH_2$. Οι φορείς μεταφέρουν πρωτόνια και ηλεκτρόνια υδρογόνου στις εσωτερικές μεμβράνες των μιτοχονδρίων, σχηματίζοντας κρίστες. Με τη βοήθεια μεταφορικών πρωτεϊνών, τα πρωτόνια υδρογόνου αντλούνται στον διαμεμβρανικό χώρο και τα ηλεκτρόνια μεταδίδονται μέσω της λεγόμενης αναπνευστικής αλυσίδας ενζύμων που βρίσκεται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων και απορρίπτονται σε άτομα οξυγόνου:
$O_2+2e^(-)→O_2^-$.
Πρέπει να σημειωθεί ότι ορισμένες πρωτεΐνες της αναπνευστικής αλυσίδας περιέχουν σίδηρο και θείο.
Από τον διαμεμβρανικό χώρο, τα πρωτόνια υδρογόνου μεταφέρονται πίσω στη μιτοχονδριακή μήτρα με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων - συνθασών ATP, και η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση δαπανάται για τη σύνθεση 34 μορίων ATP από κάθε μόριο γλυκόζης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση. Στη μιτοχονδριακή μήτρα, τα πρωτόνια υδρογόνου αντιδρούν με ρίζες οξυγόνου για να σχηματίσουν νερό:
$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.
Το σύνολο των αντιδράσεων της αναπνοής οξυγόνου μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
$2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$
Η συνολική εξίσωση αναπνοής μοιάζει με αυτό:
$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$
Ζύμωση
Σε περίπτωση απουσίας οξυγόνου ή ανεπάρκειάς του, συμβαίνει ζύμωση. Η ζύμωση είναι μια εξελικτικά προγενέστερη μέθοδος λήψης ενέργειας από την αναπνοή, αλλά είναι ενεργειακά λιγότερο ωφέλιμη επειδή η ζύμωση παράγει οργανικές ουσίες που εξακολουθούν να είναι πλούσιες σε ενέργεια. Υπάρχουν διάφοροι κύριοι τύποι ζύμωσης: γαλακτικό οξύ, αλκοολικό, οξικό οξύ κ.λπ. Έτσι, στους σκελετικούς μύες απουσία οξυγόνου κατά τη ζύμωση, το πυροσταφυλικό οξύ ανάγεται σε γαλακτικό οξύ, ενώ τα προηγουμένως σχηματισμένα αναγωγικά ισοδύναμα καταναλώνονται και μόνο δύο μόρια ATP παραμένουν:
$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.
Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης με τη βοήθεια μαγιάς, το πυροσταφυλικό οξύ παρουσία οξυγόνου μετατρέπεται σε αιθυλική αλκοόλη και μονοξείδιο του άνθρακα (IV):
$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.
Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης με τη βοήθεια μικροοργανισμών, από το πυροσταφυλικό οξύ μπορούν επίσης να σχηματιστούν οξικό, βουτυρικό, μυρμηκικό οξύ κ.λπ.
Το ATP, που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα του ενεργειακού μεταβολισμού, δαπανάται στο κύτταρο για διάφορους τύπους εργασίας: χημική, οσμωτική, ηλεκτρική, μηχανική και ρυθμιστική. Η χημική εργασία περιλαμβάνει τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών, λιπιδίων, υδατανθράκων, νουκλεϊκών οξέων και άλλων ζωτικών ενώσεων. Η ωσμωτική εργασία περιλαμβάνει τις διαδικασίες απορρόφησης από το κύτταρο και απομάκρυνσης από αυτό ουσιών που βρίσκονται στον εξωκυτταρικό χώρο σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από ό,τι στο ίδιο το κύτταρο. Το ηλεκτρικό έργο είναι στενά αλληλένδετο με το οσμωτικό έργο, αφού ως αποτέλεσμα της κίνησης φορτισμένων σωματιδίων μέσω των μεμβρανών σχηματίζεται ένα φορτίο μεμβράνης και αποκτώνται οι ιδιότητες διεγερσιμότητας και αγωγιμότητας. Η μηχανική εργασία περιλαμβάνει την κίνηση ουσιών και δομών μέσα στο κύτταρο, καθώς και στο κύτταρο στο σύνολό του. Το ρυθμιστικό έργο περιλαμβάνει όλες τις διαδικασίες που στοχεύουν στον συντονισμό των διαδικασιών στο κύτταρο.
Φωτοσύνθεση, η σημασία της, κοσμικός ρόλος
Φωτοσύνθεσηείναι η διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε ενέργεια χημικών δεσμών οργανικών ενώσεων με τη συμμετοχή της χλωροφύλλης.
Ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, παράγονται περίπου 150 δισεκατομμύρια τόνοι οργανικής ύλης και περίπου 200 δισεκατομμύρια τόνοι οξυγόνου ετησίως. Αυτή η διαδικασία διασφαλίζει τον κύκλο του άνθρακα στη βιόσφαιρα, αποτρέποντας τη συσσώρευση διοξειδίου του άνθρακα και συνεπώς αποτρέποντας το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την υπερθέρμανση της Γης. Οι οργανικές ουσίες που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης δεν καταναλώνονται πλήρως από άλλους οργανισμούς· ένα σημαντικό μέρος αυτών κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών έχει σχηματίσει κοιτάσματα ορυκτών (σκληρός και καφές άνθρακας, πετρέλαιο). Πρόσφατα, το κραμβέλαιο («βιοντίζελ») και η αλκοόλη που λαμβάνεται από φυτικά υπολείμματα άρχισαν επίσης να χρησιμοποιούνται ως καύσιμο. Το όζον σχηματίζεται από οξυγόνο υπό την επίδραση ηλεκτρικών εκκενώσεων, το οποίο σχηματίζει μια οθόνη όζοντος που προστατεύει όλη τη ζωή στη Γη από τις καταστροφικές επιπτώσεις των υπεριωδών ακτίνων.
Ο συμπατριώτης μας, ο εξαιρετικός φυτοφυσιολόγος K. A. Timiryazev (1843-1920), ονόμασε τον ρόλο της φωτοσύνθεσης «κοσμικό», αφού συνδέει τη Γη με τον Ήλιο (διάστημα), παρέχοντας εισροή ενέργειας στον πλανήτη.
Φάσεις φωτοσύνθεσης. Φωτεινές και σκοτεινές αντιδράσεις φωτοσύνθεσης, η σχέση τους
Το 1905, ο Άγγλος φυσιολόγος φυτών F. Blackman ανακάλυψε ότι ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης δεν μπορεί να αυξάνεται επ' αόριστον· κάποιος παράγοντας τον περιορίζει. Με βάση αυτό, υπέθεσε ότι υπάρχουν δύο φάσεις της φωτοσύνθεσης: φωςΚαι σκοτάδι. Σε χαμηλή ένταση φωτός, ο ρυθμός των αντιδράσεων φωτός αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της έντασης φωτός και, επιπλέον, αυτές οι αντιδράσεις δεν εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, καθώς δεν απαιτούν ένζυμα για να συμβούν. Αντιδράσεις φωτός συμβαίνουν στις θυλακοειδείς μεμβράνες.
Ο ρυθμός των σκοτεινών αντιδράσεων, αντίθετα, αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, ωστόσο, όταν φτάσει σε ένα όριο θερμοκρασίας $30°C$, αυτή η αύξηση σταματά, γεγονός που δείχνει την ενζυματική φύση αυτών των μετασχηματισμών που συμβαίνουν στο στρώμα. Πρέπει να σημειωθεί ότι το φως έχει μια ορισμένη επίδραση και στις σκοτεινές αντιδράσεις, παρά το γεγονός ότι ονομάζονται σκοτεινές αντιδράσεις.
Η ελαφριά φάση της φωτοσύνθεσης εμφανίζεται σε θυλακοειδή μεμβράνες που φέρουν διάφορους τύπους πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων, τα κυριότερα από τα οποία είναι τα φωτοσυστήματα I και II, καθώς και η συνθάση ATP. Τα φωτοσυστήματα περιλαμβάνουν σύμπλοκα χρωστικών, τα οποία εκτός από χλωροφύλλη περιέχουν και καροτενοειδή. Τα καροτενοειδή συλλαμβάνουν το φως σε περιοχές του φάσματος όπου η χλωροφύλλη δεν το κάνει, και επίσης προστατεύουν τη χλωροφύλλη από την καταστροφή από το φως υψηλής έντασης.
Εκτός από τα σύμπλοκα χρωστικών, τα φωτοσυστήματα περιλαμβάνουν επίσης έναν αριθμό πρωτεϊνών δέκτη ηλεκτρονίων, οι οποίες μεταφέρουν διαδοχικά ηλεκτρόνια από μόρια χλωροφύλλης το ένα στο άλλο. Η αλληλουχία αυτών των πρωτεϊνών ονομάζεται αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων των χλωροπλαστών.
Ένα ειδικό σύμπλεγμα πρωτεϊνών συνδέεται επίσης με το φωτοσύστημα II, το οποίο εξασφαλίζει την απελευθέρωση οξυγόνου κατά τη φωτοσύνθεση. Αυτό το σύμπλεγμα απελευθέρωσης οξυγόνου περιέχει ιόντα μαγγανίου και χλωρίου.
ΣΕ ελαφριά φάσηκβάντα φωτός, ή φωτόνια, που πέφτουν σε μόρια χλωροφύλλης που βρίσκονται στις θυλακοειδή μεμβράνες, τα μεταφέρουν σε διεγερμένη κατάσταση, που χαρακτηρίζεται από υψηλότερη ενέργεια ηλεκτρονίων. Σε αυτή την περίπτωση, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια από τη χλωροφύλλη του φωτοσυστήματος Ι μεταφέρονται μέσω μιας αλυσίδας ενδιάμεσων στο φορέα υδρογόνου NADP, ο οποίος συνδέει πρωτόνια υδρογόνου, πάντα παρόντα σε ένα υδατικό διάλυμα:
$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.
Το μειωμένο $NADPH + H^(+)$ θα χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια στο σκοτεινό στάδιο. Τα ηλεκτρόνια από τη χλωροφύλλη του φωτοσυστήματος ΙΙ μεταφέρονται επίσης κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων, αλλά γεμίζουν τις «ηλεκτρονικές τρύπες» της χλωροφύλλης του φωτοσυστήματος Ι. Η έλλειψη ηλεκτρονίων στη χλωροφύλλη του φωτοσυστήματος ΙΙ συμπληρώνεται αφαιρώντας μόρια νερού, τα οποία συμβαίνει με τη συμμετοχή του συμπλέγματος απελευθέρωσης οξυγόνου που αναφέρθηκε ήδη παραπάνω. Ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης των μορίων του νερού, η οποία ονομάζεται φωτόλυση, σχηματίζονται πρωτόνια υδρογόνου και απελευθερώνεται μοριακό οξυγόνο, το οποίο είναι υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης:
$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.
Γενετική πληροφορία σε ένα κύτταρο. Γονίδια, γενετικός κώδικας και οι ιδιότητές του. Φύση μήτρας αντιδράσεων βιοσύνθεσης. Βιοσύνθεση πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων
Γενετική πληροφορία σε ένα κύτταρο
Η αναπαραγωγή του είδους του είναι μια από τις θεμελιώδεις ιδιότητες των ζωντανών όντων. Χάρη σε αυτό το φαινόμενο, υπάρχει ομοιότητα όχι μόνο μεταξύ των οργανισμών, αλλά και μεταξύ μεμονωμένων κυττάρων, καθώς και των οργανιδίων τους (μιτοχόνδρια και πλαστίδια). Η υλική βάση αυτής της ομοιότητας είναι η μεταφορά γενετικής πληροφορίας κρυπτογραφημένης στη νουκλεοτιδική αλληλουχία του DNA, η οποία πραγματοποιείται μέσω των διαδικασιών αντιγραφής του DNA (αυτοδιπλασιασμός). Όλα τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες των κυττάρων και των οργανισμών πραγματοποιούνται χάρη στις πρωτεΐνες, η δομή των οποίων καθορίζεται κυρίως από την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων του DNA. Επομένως, η βιοσύνθεση νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών παίζει πρωταρχική σημασία στις μεταβολικές διεργασίες. Η δομική μονάδα των κληρονομικών πληροφοριών είναι το γονίδιο.
Γονίδια, γενετικός κώδικας και οι ιδιότητές του
Οι κληρονομικές πληροφορίες σε ένα κύτταρο δεν είναι μονολιθικές· χωρίζονται σε ξεχωριστές «λέξεις» - γονίδια.
Γονίδιοείναι μια στοιχειώδης μονάδα γενετικής πληροφορίας.
Η εργασία στο πρόγραμμα «Ανθρώπινο Γονιδίωμα», το οποίο πραγματοποιήθηκε ταυτόχρονα σε πολλές χώρες και ολοκληρώθηκε στις αρχές αυτού του αιώνα, μας έδωσε να καταλάβουμε ότι ένα άτομο έχει μόνο περίπου 25-30 χιλιάδες γονίδια, αλλά πληροφορίες από το μεγαλύτερο μέρος του DNA μας δεν διαβάζεται ποτέ, καθώς περιέχει έναν τεράστιο αριθμό ανούσιων ενοτήτων, επαναλήψεων και γονιδίων που κωδικοποιούν χαρακτηριστικά που έχουν χάσει το νόημα για τον άνθρωπο (ουρά, τρίχες σώματος κ.λπ.). Επιπλέον, έχει αποκρυπτογραφηθεί μια σειρά από γονίδια που είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη κληρονομικών ασθενειών, καθώς και γονίδια-στόχοι φαρμάκων. Ωστόσο, η πρακτική εφαρμογή των αποτελεσμάτων που προέκυψαν κατά την εφαρμογή αυτού του προγράμματος αναβάλλεται μέχρι να αποκρυπτογραφηθούν τα γονιδιώματα περισσότερων ανθρώπων και να γίνει σαφές πώς διαφέρουν.
Τα γονίδια που κωδικοποιούν την πρωτογενή δομή της πρωτεΐνης, του ριβοσωμικού ή του RNA μεταφοράς ονομάζονται κατασκευαστικόςκαι γονίδια που παρέχουν ενεργοποίηση ή καταστολή της ανάγνωσης πληροφοριών από δομικά γονίδια - ρυθμιστικές. Ωστόσο, ακόμη και τα δομικά γονίδια περιέχουν ρυθμιστικές περιοχές.
Οι κληρονομικές πληροφορίες των οργανισμών είναι κρυπτογραφημένες στο DNA με τη μορφή ορισμένων συνδυασμών νουκλεοτιδίων και της αλληλουχίας τους - γενετικός κώδικας. Οι ιδιότητές του είναι: τριπλότητα, ειδικότητα, καθολικότητα, πλεονασμός και μη επικάλυψη. Επιπλέον, δεν υπάρχουν σημεία στίξης στον γενετικό κώδικα.
Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται στο DNA από τρία νουκλεοτίδια - τρίδυμα,για παράδειγμα, η μεθειονίνη κωδικοποιείται από την τριπλέτα TAC, δηλαδή ο κωδικός είναι τριπλός. Από την άλλη πλευρά, κάθε τρίδυμο κωδικοποιεί μόνο ένα αμινοξύ, το οποίο είναι η ειδικότητα ή η μη αμφισημία του. Ο γενετικός κώδικας είναι παγκόσμιος για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, δηλαδή, οι κληρονομικές πληροφορίες για τις ανθρώπινες πρωτεΐνες μπορούν να διαβαστούν από τα βακτήρια και το αντίστροφο. Αυτό δείχνει την ενότητα προέλευσης του οργανικού κόσμου. Ωστόσο, 64 συνδυασμοί τριών νουκλεοτιδίων αντιστοιχούν σε μόνο 20 αμινοξέα, ως αποτέλεσμα των οποίων ένα αμινοξύ μπορεί να κωδικοποιηθεί από 2-6 τριάδες, δηλαδή ο γενετικός κώδικας είναι περιττός ή εκφυλισμένος. Τρεις τρίδυμες δεν έχουν αντίστοιχα αμινοξέα, ονομάζονται κωδικόνια διακοπής, αφού υποδεικνύουν το τέλος της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Η αλληλουχία των βάσεων στο DNA τριπλέτες και τα αμινοξέα που κωδικοποιούν
*Κωδόνιο διακοπής, που υποδεικνύει το τέλος της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Συντομογραφίες για ονόματα αμινοξέων:
Ala - αλανίνη
Arg - αργινίνη
Asn - ασπαραγίνη
Asp - ασπαρτικό οξύ
Val - βαλίνη
Του - ιστιδίνη
Gly - γλυκίνη
Gln - γλουταμίνη
Glu - γλουταμινικό οξύ
Ile - ισολευκίνη
Leu - λευκίνη
Liz - λυσίνη
Meth - μεθειονίνη
Προ - προλίνη
Ser - σερίνη
Tyr - τυροσίνη
Tre - θρεονίνη
Τρεις - τρυπτοφάνη
Fen - φαινυλαλανίνη
Cis - κυστεΐνη
Εάν αρχίσετε να διαβάζετε γενετικές πληροφορίες όχι από το πρώτο νουκλεοτίδιο της τριάδας, αλλά από το δεύτερο, τότε όχι μόνο θα μετατοπιστεί το πλαίσιο ανάγνωσης, αλλά η πρωτεΐνη που συντίθεται με αυτόν τον τρόπο θα είναι εντελώς διαφορετική όχι μόνο στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων, αλλά και στην δομή και ιδιότητες. Δεν υπάρχουν σημεία στίξης μεταξύ των τριδύμων, επομένως δεν υπάρχουν εμπόδια στη μετατόπιση του πλαισίου ανάγνωσης, που ανοίγει χώρο για την εμφάνιση και τη διατήρηση μεταλλάξεων.
Φύση μήτρας αντιδράσεων βιοσύνθεσης
Τα βακτηριακά κύτταρα είναι ικανά να διπλασιάζονται κάθε 20-30 λεπτά, και τα ευκαρυωτικά κύτταρα - κάθε μέρα και ακόμη πιο συχνά, κάτι που απαιτεί υψηλή ταχύτητα και ακρίβεια της αντιγραφής του DNA. Επιπλέον, κάθε κύτταρο περιέχει εκατοντάδες και χιλιάδες αντίγραφα πολλών πρωτεϊνών, ιδιαίτερα ενζύμων, επομένως, η «αποσπασματική» μέθοδος παραγωγής τους είναι απαράδεκτη για την αναπαραγωγή τους. Μια πιο προοδευτική μέθοδος είναι η σφράγιση, η οποία σας επιτρέπει να αποκτήσετε πολλά ακριβή αντίγραφα του προϊόντος και επίσης να μειώσετε το κόστος του. Για τη σφράγιση, απαιτείται μια μήτρα από την οποία γίνεται η εντύπωση.
Στα κύτταρα, η αρχή της σύνθεσης εκμαγείου είναι ότι νέα μόρια πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων συντίθενται σύμφωνα με το πρόγραμμα που είναι ενσωματωμένο στη δομή των προϋπαρχόντων μορίων των ίδιων νουκλεϊκών οξέων (DNA ή RNA).
Βιοσύνθεση πρωτεϊνών και νουκλεϊκών οξέων
Αντιγραφή DNA.Το DNA είναι ένα δίκλωνο βιοπολυμερές, τα μονομερή του οποίου είναι νουκλεοτίδια. Εάν η βιοσύνθεση του DNA γινόταν βάσει της αρχής της φωτοτυπίας, τότε αναπόφευκτα θα προέκυπταν πολυάριθμες παραμορφώσεις και λάθη στις κληρονομικές πληροφορίες, που θα οδηγούσαν τελικά στο θάνατο νέων οργανισμών. Επομένως, η διαδικασία του διπλασιασμού του DNA συμβαίνει διαφορετικά, με ημισυντηρητικό τρόπο: το μόριο του DNA ξετυλίγεται και μια νέα αλυσίδα συντίθεται σε καθεμία από τις αλυσίδες σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Η διαδικασία αυτο-αναπαραγωγής ενός μορίου DNA, που διασφαλίζει την ακριβή αντιγραφή κληρονομικών πληροφοριών και τη μετάδοσή τους από γενιά σε γενιά, ονομάζεται αντιγραφή(από λατ. replicationo- επανάληψη). Ως αποτέλεσμα της αντιγραφής, σχηματίζονται δύο απολύτως ακριβή αντίγραφα του μητρικού μορίου DNA, καθένα από τα οποία φέρει ένα αντίγραφο του μητρικού μορίου DNA.
Η διαδικασία αντιγραφής είναι στην πραγματικότητα εξαιρετικά περίπλοκη, αφού σε αυτήν εμπλέκονται πολλές πρωτεΐνες. Μερικά από αυτά ξετυλίγουν τη διπλή έλικα του DNA, άλλα σπάζουν τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των νουκλεοτιδίων των συμπληρωματικών αλυσίδων, άλλα (για παράδειγμα, το ένζυμο DNA πολυμεράση) επιλέγουν νέα νουκλεοτίδια με βάση την αρχή της συμπληρωματικότητας κ.λπ. Δύο μόρια DNA σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αντιγραφής αποκλίνουν σε δύο κατά τη διαίρεση που σχηματίστηκαν νεοσύστατα θυγατρικά κύτταρα.
Τα σφάλματα στη διαδικασία αντιγραφής συμβαίνουν εξαιρετικά σπάνια, αλλά εάν συμβούν, εξαλείφονται πολύ γρήγορα τόσο από πολυμεράσες DNA όσο και από ειδικά επισκευαστικά ένζυμα, καθώς οποιοδήποτε σφάλμα στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων μπορεί να οδηγήσει σε μη αναστρέψιμη αλλαγή στη δομή και τις λειτουργίες της πρωτεΐνης και, τελικά, επηρεάζουν δυσμενώς τη βιωσιμότητα ενός νέου κυττάρου ή ακόμα και ενός ατόμου.
Βιοσύνθεση πρωτεϊνών.Όπως είπε μεταφορικά ο εξαιρετικός φιλόσοφος του 19ου αιώνα Φ. Ένγκελς: «Η ζωή είναι μια μορφή ύπαρξης πρωτεϊνικών σωμάτων». Η δομή και οι ιδιότητες των μορίων πρωτεΐνης καθορίζονται από την πρωτογενή δομή τους, δηλαδή την αλληλουχία αμινοξέων που κωδικοποιείται στο DNA. Όχι μόνο η ύπαρξη του ίδιου του πολυπεπτιδίου, αλλά και η λειτουργία του κυττάρου στο σύνολό του εξαρτάται από την ακρίβεια της αναπαραγωγής αυτής της πληροφορίας, επομένως η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης έχει μεγάλη σημασία. Φαίνεται να είναι η πιο περίπλοκη διαδικασία σύνθεσης στο κύτταρο, καθώς περιλαμβάνει έως και τριακόσια διαφορετικά ένζυμα και άλλα μακρομόρια. Επιπλέον, ρέει με μεγάλη ταχύτητα, κάτι που απαιτεί ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια.
Υπάρχουν δύο κύρια στάδια στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών: η μεταγραφή και η μετάφραση.
Μεταγραφή(από λατ. μεταγραφή- επανεγγραφή) είναι η βιοσύνθεση μορίων mRNA σε μια μήτρα DNA.
Δεδομένου ότι το μόριο DNA περιέχει δύο αντιπαράλληλες αλυσίδες, η ανάγνωση πληροφοριών και από τις δύο αλυσίδες θα οδηγούσε στον σχηματισμό εντελώς διαφορετικών mRNA, επομένως η βιοσύνθεσή τους είναι δυνατή μόνο σε μία από τις αλυσίδες, η οποία ονομάζεται κωδικοποίηση ή κωδικογονική, σε αντίθεση με τη δεύτερη, μη κωδικοποιητικό ή μη κωδικογονικό. Η διαδικασία επανεγγραφής εξασφαλίζεται από ένα ειδικό ένζυμο, την RNA πολυμεράση, το οποίο επιλέγει τα νουκλεοτίδια RNA σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Αυτή η διαδικασία μπορεί να συμβεί τόσο στον πυρήνα όσο και σε οργανίδια που έχουν το δικό τους DNA - μιτοχόνδρια και πλαστίδια.
Τα μόρια mRNA που συντίθενται κατά τη μεταγραφή υποβάλλονται σε μια πολύπλοκη διαδικασία προετοιμασίας για μετάφραση (τα μιτοχονδριακά και πλαστιδικά mRNA μπορούν να παραμείνουν μέσα στα οργανίδια, όπου συμβαίνει το δεύτερο στάδιο της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών). Κατά τη διαδικασία ωρίμανσης του mRNA, τα τρία πρώτα νουκλεοτίδια (AUG) και μια ουρά νουκλεοτιδίων αδενυλίου συνδέονται σε αυτό, το μήκος των οποίων καθορίζει πόσα αντίγραφα της πρωτεΐνης μπορούν να συντεθούν σε ένα δεδομένο μόριο. Μόνο τότε τα ώριμα mRNA εγκαταλείπουν τον πυρήνα μέσω των πυρηνικών πόρων.
Παράλληλα, στο κυτταρόπλασμα λαμβάνει χώρα η διαδικασία ενεργοποίησης αμινοξέων, κατά την οποία το αμινοξύ ενώνεται με το αντίστοιχο ελεύθερο tRNA. Αυτή η διαδικασία καταλύεται από ένα ειδικό ένζυμο και απαιτεί ATP.
Αναμετάδοση(από λατ. αναμετάδοση- μεταφορά) είναι η βιοσύνθεση μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε μια μήτρα mRNA, κατά την οποία οι γενετικές πληροφορίες μεταφράζονται στην αλληλουχία αμινοξέων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Το δεύτερο στάδιο της πρωτεϊνικής σύνθεσης εμφανίζεται συχνότερα στο κυτταρόπλασμα, για παράδειγμα στο ακατέργαστο ER. Για την εμφάνισή του είναι απαραίτητη η παρουσία ριβοσωμάτων, η ενεργοποίηση του tRNA, κατά την οποία προσκολλώνται τα αντίστοιχα αμινοξέα, η παρουσία ιόντων Mg2+, καθώς και οι βέλτιστες περιβαλλοντικές συνθήκες (θερμοκρασία, pH, πίεση κ.λπ.).
Για να ξεκινήσετε τη μετάδοση ( την έναρξη) μια μικρή ριβοσωματική υπομονάδα συνδέεται με ένα μόριο mRNA έτοιμο για σύνθεση και στη συνέχεια, σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας με το πρώτο κωδικόνιο (AUG), επιλέγεται ένα tRNA που φέρει το αμινοξύ μεθειονίνη. Μόνο μετά από αυτό συνδέεται η μεγάλη ριβοσωματική υπομονάδα. Μέσα στο συναρμολογημένο ριβόσωμα υπάρχουν δύο κωδικόνια mRNA, το πρώτο από τα οποία είναι ήδη κατειλημμένο. Ένα δεύτερο tRNA, που φέρει επίσης ένα αμινοξύ, προστίθεται στο κωδικόνιο που βρίσκεται δίπλα του, μετά από το οποίο σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός μεταξύ των υπολειμμάτων αμινοξέων με τη βοήθεια ενζύμων. Το ριβόσωμα μετακινεί ένα κωδικόνιο του mRNA. το πρώτο tRNA που ελευθερώνεται από ένα αμινοξύ επιστρέφει στο κυτταρόπλασμα μετά το επόμενο αμινοξύ και ένα θραύσμα της μελλοντικής πολυπεπτιδικής αλυσίδας κρέμεται, όπως ήταν, στο υπόλοιπο tRNA. Το επόμενο tRNA συνδέεται με το νέο κωδικόνιο που βρίσκεται μέσα στο ριβόσωμα, η διαδικασία επαναλαμβάνεται και βήμα προς βήμα η πολυπεπτιδική αλυσίδα επιμηκύνεται, δηλ. επιμήκυνση.
Τέλος της πρωτεϊνοσύνθεσης ( λήξη) εμφανίζεται μόλις μια συγκεκριμένη νουκλεοτιδική αλληλουχία συναντηθεί στο μόριο mRNA που δεν κωδικοποιεί ένα αμινοξύ (κωδικόνιο διακοπής). Μετά από αυτό, το ριβόσωμα, το mRNA και η πολυπεπτιδική αλυσίδα διαχωρίζονται και η νεοσυντιθέμενη πρωτεΐνη αποκτά την κατάλληλη δομή και μεταφέρεται στο τμήμα του κυττάρου όπου θα εκτελέσει τις λειτουργίες της.
Η μετάφραση είναι μια πολύ ενεργοβόρα διαδικασία, καθώς η ενέργεια ενός μορίου ATP καταναλώνεται για τη σύνδεση ενός αμινοξέος στο tRNA και πολλά άλλα χρησιμοποιούνται για τη μετακίνηση του ριβοσώματος κατά μήκος του μορίου mRNA.
Για να επιταχυνθεί η σύνθεση ορισμένων πρωτεϊνικών μορίων, πολλά ριβοσώματα μπορούν να συνδεθούν διαδοχικά σε ένα μόριο mRNA, τα οποία σχηματίζουν μια ενιαία δομή - πολυσωμα.
Ένα κύτταρο είναι η γενετική μονάδα ενός ζωντανού πράγματος. Τα χρωμοσώματα, η δομή τους (σχήμα και μέγεθος) και οι λειτουργίες τους. Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων και η σταθερότητα του είδους τους. Σωματικά και γεννητικά κύτταρα. Κύκλος ζωής των κυττάρων: μεσόφαση και μίτωση. Η μίτωση είναι η διαίρεση των σωματικών κυττάρων. Μείωση. Φάσεις μίτωσης και μείωσης. Ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων σε φυτά και ζώα. Η κυτταρική διαίρεση είναι η βάση για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των οργανισμών. Ο ρόλος της μείωσης και της μίτωσης
Ένα κύτταρο είναι η γενετική μονάδα ενός ζωντανού πράγματος.
Παρά το γεγονός ότι τα νουκλεϊκά οξέα είναι ο φορέας της γενετικής πληροφορίας, η εφαρμογή αυτών των πληροφοριών είναι αδύνατη εκτός κυττάρου, κάτι που αποδεικνύεται εύκολα με το παράδειγμα των ιών. Αυτοί οι οργανισμοί, που συχνά περιέχουν μόνο DNA ή RNA, δεν μπορούν να αναπαραχθούν ανεξάρτητα· για να το κάνουν αυτό, πρέπει να χρησιμοποιήσουν την κληρονομική συσκευή του κυττάρου. Δεν μπορούν καν να διεισδύσουν σε ένα κύτταρο χωρίς τη βοήθεια του ίδιου του κυττάρου, παρά μόνο μέσω της χρήσης μηχανισμών μεταφοράς μεμβράνης ή λόγω κυτταρικής βλάβης. Οι περισσότεροι ιοί είναι ασταθείς· πεθαίνουν μετά από λίγες μόνο ώρες έκθεσης στο ύπαιθρο. Κατά συνέπεια, ένα κύτταρο είναι μια γενετική μονάδα ενός ζωντανού πράγματος, το οποίο έχει ένα ελάχιστο σύνολο συστατικών για τη διατήρηση, την αλλαγή και την εφαρμογή κληρονομικών πληροφοριών, καθώς και τη μετάδοσή τους στους απογόνους.
Οι περισσότερες γενετικές πληροφορίες ενός ευκαρυωτικού κυττάρου βρίσκονται στον πυρήνα. Η ιδιαιτερότητα της οργάνωσής του είναι ότι, σε αντίθεση με το DNA ενός προκαρυωτικού κυττάρου, τα μόρια DNA των ευκαρυωτικών δεν είναι κλειστά και σχηματίζουν πολύπλοκα σύμπλοκα με πρωτεΐνες - χρωμοσώματα.
Τα χρωμοσώματα, η δομή τους (σχήμα και μέγεθος) και οι λειτουργίες τους
Χρωμόσωμα(από τα ελληνικά χρώμιο- χρώμα, χρωματισμός και σόμα- σώμα) είναι η δομή του κυτταρικού πυρήνα, που περιέχει γονίδια και φέρει ορισμένες κληρονομικές πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες του οργανισμού.
Μερικές φορές τα κυκλικά μόρια DNA των προκαρυωτών ονομάζονται επίσης χρωμοσώματα. Τα χρωμοσώματα είναι ικανά να αυτοδιπλασιάζονται, έχουν δομική και λειτουργική ατομικότητα και τη διατηρούν για γενεές. Κάθε κύτταρο μεταφέρει όλες τις κληρονομικές πληροφορίες του σώματος, αλλά μόνο ένα μικρό μέρος λειτουργεί σε αυτό.
Η βάση ενός χρωμοσώματος είναι ένα δίκλωνο μόριο DNA γεμάτο με πρωτεΐνες. Στους ευκαρυώτες, οι πρωτεΐνες ιστόνης και μη ιστόνης αλληλεπιδρούν με το DNA, ενώ στους προκαρυώτες, οι πρωτεΐνες ιστόνης απουσιάζουν.
Τα χρωμοσώματα φαίνονται καλύτερα κάτω από ένα μικροσκόπιο φωτός κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, όταν, ως αποτέλεσμα της συμπίεσης, παίρνουν την εμφάνιση σωμάτων σε σχήμα ράβδου που χωρίζονται από μια πρωτογενή στένωση - κεντρομερίδιο — στους ώμους. Σε ένα χρωμόσωμα μπορεί επίσης να υπάρχει δευτερογενής συστολή, που σε ορισμένες περιπτώσεις διαχωρίζει τα λεγόμενα δορυφόρος. Τα άκρα των χρωμοσωμάτων ονομάζονται τελομερή. Τα τελομερή εμποδίζουν τα άκρα των χρωμοσωμάτων να κολλήσουν μεταξύ τους και εξασφαλίζουν την προσκόλλησή τους στην πυρηνική μεμβράνη σε ένα μη διαιρούμενο κύτταρο. Στην αρχή της διαίρεσης, τα χρωμοσώματα διπλασιάζονται και αποτελούνται από δύο θυγατρικά χρωμοσώματα - χρωματιδική, στερεωμένο στο κεντρόμετρο.
Ανάλογα με το σχήμα τους, τα χρωμοσώματα χωρίζονται σε χρωμοσώματα με ίσους βραχίονες, άνισα οπλισμένα και σε σχήμα ράβδου. Τα μεγέθη των χρωμοσωμάτων ποικίλλουν σημαντικά, αλλά το μέσο χρωμόσωμα έχει διαστάσεις 5 $×$ 1,4 μικρά.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα χρωμοσώματα, ως αποτέλεσμα πολυάριθμων διπλασιασμών του DNA, περιέχουν εκατοντάδες και χιλιάδες χρωματίδες: τέτοια γιγάντια χρωμοσώματα ονομάζονται πολυτένιο. Βρίσκονται στους σιελογόνους αδένες των προνυμφών Drosophila, καθώς και στους πεπτικούς αδένες των στρογγυλών σκουληκιών.
Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων και η σταθερότητα του είδους τους. Σωματικά και γεννητικά κύτταρα
Σύμφωνα με την κυτταρική θεωρία, ένα κύτταρο είναι μια μονάδα δομής, ζωτικής δραστηριότητας και ανάπτυξης ενός οργανισμού. Έτσι, τέτοιες σημαντικές λειτουργίες των ζωντανών όντων όπως η ανάπτυξη, η αναπαραγωγή και η ανάπτυξη του οργανισμού παρέχονται σε κυτταρικό επίπεδο. Τα κύτταρα των πολυκύτταρων οργανισμών μπορούν να χωριστούν σε σωματικά και αναπαραγωγικά κύτταρα.
Σωματικά κύτταρα- αυτά είναι όλα τα κύτταρα του σώματος που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της μιτωτικής διαίρεσης.
Η μελέτη των χρωμοσωμάτων κατέστησε δυνατό να διαπιστωθεί ότι τα σωματικά κύτταρα του σώματος κάθε βιολογικού είδους χαρακτηρίζονται από σταθερό αριθμό χρωμοσωμάτων. Για παράδειγμα, ένα άτομο έχει 46. Το σύνολο των χρωμοσωμάτων των σωματικών κυττάρων ονομάζεται διπλοειδής(2n) ή διπλό.
Σεξουαλικά κύτταρα, ή γαμετές, είναι εξειδικευμένα κύτταρα που χρησιμοποιούνται για τη σεξουαλική αναπαραγωγή.
Οι γαμέτες περιέχουν πάντα τα μισά χρωμοσώματα από τα σωματικά κύτταρα (στον άνθρωπο - 23), επομένως το σύνολο των χρωμοσωμάτων των γεννητικών κυττάρων ονομάζεται απλοειδής(n), ή single. Ο σχηματισμός του σχετίζεται με τη μειοτική κυτταρική διαίρεση.
Η ποσότητα του DNA στα σωματικά κύτταρα ορίζεται ως 2c και στα κύτταρα του φύλου - 1c. Ο γενετικός τύπος των σωματικών κυττάρων γράφεται ως 2n2c και των σεξουαλικών κυττάρων - 1n1c.
Στους πυρήνες ορισμένων σωματικών κυττάρων, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μπορεί να διαφέρει από τον αριθμό τους στα σωματικά κύτταρα. Αν αυτή η διαφορά είναι μεγαλύτερη από ένα, δύο, τρία κ.λπ. απλοειδών συνόλων, τότε τέτοια κύτταρα ονομάζονται πολυπλοειδές(τρι-, τετρα-, πενταπλοειδές, αντίστοιχα). Σε τέτοια κύτταρα, οι μεταβολικές διεργασίες συνήθως προχωρούν πολύ εντατικά.
Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων από μόνος του δεν είναι χαρακτηριστικό του είδους, αφού διαφορετικοί οργανισμοί μπορούν να έχουν ίσο αριθμό χρωμοσωμάτων, αλλά οι συγγενείς μπορούν να έχουν διαφορετικό αριθμό. Για παράδειγμα, το πλασμώδιο της ελονοσίας και το στρογγυλό σκουλήκι του αλόγου έχουν το καθένα δύο χρωμοσώματα, ενώ οι άνθρωποι και οι χιμπατζήδες έχουν 46 και 48, αντίστοιχα.
Τα ανθρώπινα χρωμοσώματα χωρίζονται σε δύο ομάδες: αυτοσώματα και φυλετικά χρωμοσώματα (ετεροχρωμοσώματα). Autosomeστα ανθρώπινα σωματικά κύτταρα υπάρχουν 22 ζεύγη, είναι τα ίδια για άνδρες και γυναίκες, και φυλετικά χρωμοσώματαμόνο ένα ζευγάρι, αλλά είναι αυτό που καθορίζει το φύλο του ατόμου. Υπάρχουν δύο τύποι φυλετικών χρωμοσωμάτων - Χ και Υ. Τα κύτταρα του σώματος των γυναικών φέρουν δύο χρωμοσώματα Χ και των ανδρών - Χ και Υ.
Καρυότυπος- αυτό είναι ένα σύνολο χαρακτηριστικών του συνόλου χρωμοσωμάτων ενός οργανισμού (ο αριθμός των χρωμοσωμάτων, το σχήμα και το μέγεθός τους).
Η υπό όρους εγγραφή ενός καρυότυπου περιλαμβάνει τον συνολικό αριθμό των χρωμοσωμάτων, τα φυλετικά χρωμοσώματα και τις πιθανές αποκλίσεις στο σύνολο των χρωμοσωμάτων. Για παράδειγμα, ο καρυότυπος ενός κανονικού άνδρα γράφεται ως 46, XY, και ο καρυότυπος μιας κανονικής γυναίκας είναι 46, XX.
Κύκλος ζωής των κυττάρων: μεσόφαση και μίτωση
Τα κύτταρα δεν αναδύονται εκ νέου κάθε φορά, σχηματίζονται μόνο ως αποτέλεσμα της διαίρεσης των μητρικών κυττάρων. Μετά τη διαίρεση, τα θυγατρικά κύτταρα χρειάζονται λίγο χρόνο για να σχηματίσουν οργανίδια και να αποκτήσουν την κατάλληλη δομή που θα εξασφάλιζε την εκτέλεση μιας συγκεκριμένης λειτουργίας. Αυτή η χρονική περίοδος ονομάζεται ωρίμανση.
Ονομάζεται το χρονικό διάστημα από την εμφάνιση ενός κυττάρου ως αποτέλεσμα της διαίρεσης μέχρι τη διαίρεση ή το θάνατό του κύκλος ζωής ενός κυττάρου.
Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, ο κύκλος ζωής χωρίζεται σε δύο κύρια στάδια: τη μεσόφαση και τη μίτωση.
Ενδιάμεση φάση- αυτή είναι μια χρονική περίοδος στον κύκλο ζωής κατά την οποία το κύτταρο δεν διαιρείται και λειτουργεί κανονικά. Η ενδιάμεση φάση χωρίζεται σε τρεις περιόδους: περιόδους G 1 -, S- και G 2 -.
G 1 -περίοδος(προσυνθετική, μεταμιτωτική) είναι μια περίοδος κυτταρικής ανάπτυξης και ανάπτυξης κατά την οποία λαμβάνει χώρα ενεργή σύνθεση RNA, πρωτεϊνών και άλλων ουσιών που είναι απαραίτητες για την πλήρη υποστήριξη της ζωής του νεοσχηματισμένου κυττάρου. Προς το τέλος αυτής της περιόδου, το κύτταρο μπορεί να αρχίσει να προετοιμάζεται για να αντιγράψει το DNA του.
ΣΕ S-περίοδος(συνθετικό) συμβαίνει η ίδια η διαδικασία αντιγραφής του DNA. Το μόνο μέρος του χρωμοσώματος που δεν υφίσταται αντιγραφή είναι το κεντρομερίδιο, επομένως τα μόρια DNA που προκύπτουν δεν αποκλίνουν εντελώς, αλλά παραμένουν συγκρατημένα σε αυτό και στην αρχή της διαίρεσης το χρωμόσωμα έχει μια εμφάνιση σε σχήμα Χ. Ο γενετικός τύπος ενός κυττάρου μετά τον διπλασιασμό του DNA είναι 2n4c. Επίσης στην περίοδο S, τα κεντριόλια του κυτταρικού κέντρου διπλασιάζονται.
G 2 -περίοδος(μετασυνθετικό, προμιτωτικό) χαρακτηρίζεται από εντατική σύνθεση RNA, πρωτεϊνών και ATP που είναι απαραίτητα για τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης, καθώς και από το διαχωρισμό κεντρολίων, μιτοχονδρίων και πλαστιδίων. Μέχρι το τέλος της μεσόφασης, η χρωματίνη και ο πυρήνας παραμένουν σαφώς διακριτοί, η ακεραιότητα του πυρηνικού περιβλήματος δεν διαταράσσεται και τα οργανίδια δεν αλλάζουν.
Μερικά από τα κύτταρα του σώματος είναι σε θέση να εκτελούν τις λειτουργίες τους σε όλη τη διάρκεια της ζωής του σώματος (νευρώνες του εγκεφάλου μας, μυϊκά κύτταρα της καρδιάς), ενώ άλλα υπάρχουν για μικρό χρονικό διάστημα και μετά πεθαίνουν (εντερικά επιθηλιακά κύτταρα, επιδερμικά κύτταρα το δέρμα). Κατά συνέπεια, το σώμα πρέπει συνεχώς να υποβάλλεται σε διαδικασίες κυτταρικής διαίρεσης και σχηματισμού νέων που θα αντικαθιστούσαν τα νεκρά. Τα κύτταρα που μπορούν να διαιρεθούν ονομάζονται στέλεχος. Στο ανθρώπινο σώμα βρίσκονται στον κόκκινο μυελό των οστών, στα βαθιά στρώματα της επιδερμίδας του δέρματος και σε άλλα σημεία. Χρησιμοποιώντας αυτά τα κύτταρα, μπορείτε να αναπτύξετε ένα νέο όργανο, να επιτύχετε αναζωογόνηση και επίσης να κλωνοποιήσετε το σώμα. Οι προοπτικές χρήσης βλαστοκυττάρων είναι απολύτως σαφείς, αλλά οι ηθικές και ηθικές πτυχές αυτού του προβλήματος εξακολουθούν να συζητούνται, καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα που λαμβάνονται από ανθρώπινα έμβρυα που θανατώθηκαν κατά την άμβλωση.
Η διάρκεια της μεσόφασης στα φυτικά και ζωικά κύτταρα είναι κατά μέσο όρο 10-20 ώρες, ενώ η μίτωση διαρκεί περίπου 1-2 ώρες.
Κατά τη διάρκεια διαδοχικών διαιρέσεων σε πολυκύτταρους οργανισμούς, τα θυγατρικά κύτταρα γίνονται ολοένα και πιο διαφορετικά καθώς διαβάζουν πληροφορίες από έναν αυξανόμενο αριθμό γονιδίων.
Ορισμένα κύτταρα σταματούν να διαιρούνται με την πάροδο του χρόνου και πεθαίνουν, κάτι που μπορεί να οφείλεται στην ολοκλήρωση ορισμένων λειτουργιών, όπως στην περίπτωση των επιδερμικών κυττάρων του δέρματος και των αιμοσφαιρίων, ή λόγω βλάβης σε αυτά τα κύτταρα από περιβαλλοντικούς παράγοντες, ιδιαίτερα παθογόνα. Ο γενετικά προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος ονομάζεται απόπτωση, ενώ θάνατος από ατύχημα - νέκρωση.
Η μίτωση είναι η διαίρεση των σωματικών κυττάρων. Φάσεις μίτωσης
Μίτωσις- μέθοδος έμμεσης διαίρεσης σωματικών κυττάρων.
Κατά τη μίτωση, το κύτταρο περνά από μια σειρά διαδοχικών φάσεων, με αποτέλεσμα κάθε θυγατρικό κύτταρο να λαμβάνει το ίδιο σύνολο χρωμοσωμάτων όπως στο μητρικό κύτταρο.
Η μίτωση χωρίζεται σε τέσσερις κύριες φάσεις: πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση και τελόφαση. Προφάση- το μεγαλύτερο στάδιο της μίτωσης, κατά το οποίο η χρωματίνη συμπυκνώνεται, με αποτέλεσμα τα χρωμοσώματα σε σχήμα Χ που αποτελούνται από δύο χρωματίδες (θυγατρικά χρωμοσώματα) να γίνονται ορατά. Σε αυτή την περίπτωση, ο πυρήνας εξαφανίζεται, τα κεντρόλια αποκλίνουν στους πόλους του κυττάρου και αρχίζει να σχηματίζεται μια άτρακτος αχρωματίνης (άτρακτος διαίρεσης) από μικροσωληνίσκους. Στο τέλος της προφάσης, η πυρηνική μεμβράνη αποσυντίθεται σε ξεχωριστά κυστίδια.
ΣΕ μετάφασηΤα χρωμοσώματα παρατάσσονται κατά μήκος του ισημερινού του κυττάρου με τα κεντρομερή τους, στα οποία συνδέονται οι μικροσωληνίσκοι της πλήρως σχηματισμένης ατράκτου. Σε αυτό το στάδιο διαίρεσης, τα χρωμοσώματα είναι πιο συμπαγή και έχουν ένα χαρακτηριστικό σχήμα, το οποίο καθιστά δυνατή τη μελέτη του καρυότυπου.
ΣΕ ανάφασηΗ ταχεία αντιγραφή του DNA συμβαίνει στα κεντρομερή, ως αποτέλεσμα του οποίου τα χρωμοσώματα διασπώνται και οι χρωματίδες αποκλίνουν προς τους πόλους του κυττάρου, που τεντώνονται από μικροσωληνίσκους. Η κατανομή των χρωματιδίων πρέπει να είναι απολύτως ίση, αφού αυτή η διαδικασία είναι που εξασφαλίζει τη διατήρηση ενός σταθερού αριθμού χρωμοσωμάτων στα κύτταρα του σώματος.
Στη σκηνή τελοφάσειςΤα θυγατρικά χρωμοσώματα συγκεντρώνονται στους πόλους, σχηματίζονται γύρω τους απελευθέρωση, πυρηνικές μεμβράνες από κυστίδια και πυρήνες εμφανίζονται στους νεοσχηματισμένους πυρήνες.
Μετά την πυρηνική διαίρεση, εμφανίζεται κυτταροπλασματική διαίρεση - κυτταροκίνηση,κατά τη διάρκεια της οποίας εμφανίζεται λίγο πολύ ομοιόμορφη κατανομή όλων των οργανιδίων του μητρικού κυττάρου.
Έτσι, ως αποτέλεσμα της μίτωσης, σχηματίζονται δύο θυγατρικά κύτταρα από ένα μητρικό κύτταρο, καθένα από τα οποία είναι ένα γενετικό αντίγραφο του μητρικού κυττάρου (2n2c).
Σε άρρωστα, κατεστραμμένα, γερασμένα κύτταρα και εξειδικευμένους ιστούς του σώματος, μπορεί να συμβεί μια ελαφρώς διαφορετική διαδικασία διαίρεσης - αμίτωση. Αμίτωσηονομάζεται άμεση διαίρεση των ευκαρυωτικών κυττάρων, στην οποία δεν λαμβάνει χώρα ο σχηματισμός γενετικά ισοδύναμων κυττάρων, καθώς τα κυτταρικά συστατικά κατανέμονται άνισα. Βρίσκεται στα φυτά στο ενδοσπέρμιο και στα ζώα - στο ήπαρ, τον χόνδρο και τον κερατοειδή χιτώνα του ματιού.
Μείωση. Φάσεις μείωσης
Μείωσηείναι μια μέθοδος έμμεσης διαίρεσης των πρωτογενών γεννητικών κυττάρων (2n2c), που έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό απλοειδών κυττάρων (1n1c), τις περισσότερες φορές γεννητικών κυττάρων.
Σε αντίθεση με τη μίτωση, η μείωση αποτελείται από δύο διαδοχικές κυτταρικές διαιρέσεις, κάθε μία από τις οποίες προηγείται από τη μεσοφάση. Η πρώτη διαίρεση της μείωσης (meiosis I) ονομάζεται αναγωγικός, αφού σε αυτή την περίπτωση ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μειώνεται στο μισό και η δεύτερη διαίρεση (μείωση II) - εξισωτική, αφού στη διαδικασία του διατηρείται ο αριθμός των χρωμοσωμάτων.
Μεσοφάση Ιπροχωρά σαν τη μεσοφάση της μίτωσης. Μείωση Ιχωρίζεται σε τέσσερις φάσεις: πρόφαση Ι, μεταφάση Ι, ανάφαση Ι και τελόφαση Ι. Β προφαση ΙΣυμβαίνουν δύο σημαντικές διαδικασίες: η σύζευξη και η διασταύρωση. Σύζευξη- Αυτή είναι η διαδικασία σύντηξης ομόλογων (ζευγών) χρωμοσωμάτων σε όλο το μήκος. Τα ζεύγη των χρωμοσωμάτων που σχηματίζονται κατά τη σύζευξη διατηρούνται μέχρι το τέλος της μεταφάσης Ι.
Πέρασμα- αμοιβαία ανταλλαγή ομόλογων περιοχών ομόλογων χρωμοσωμάτων. Ως αποτέλεσμα της διασταύρωσης, τα χρωμοσώματα που λαμβάνει το σώμα και από τους δύο γονείς αποκτούν νέους συνδυασμούς γονιδίων, γεγονός που προκαλεί την εμφάνιση γενετικά διαφορετικών απογόνων. Στο τέλος της προφάσης Ι, όπως και στην πρόφαση της μίτωσης, ο πυρήνας εξαφανίζεται, τα κεντρόλια αποκλίνουν στους πόλους του κυττάρου και η πυρηνική μεμβράνη αποσυντίθεται.
ΣΕ μεταφάση Ιζεύγη χρωμοσωμάτων ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του ισημερινού του κυττάρου και οι μικροσωληνίσκοι της ατράκτου συνδέονται με τα κεντρομερή τους.
ΣΕ ανάφαση ΙΟλόκληρα ομόλογα χρωμοσώματα, αποτελούμενα από δύο χρωματίδες, αποκλίνουν προς τους πόλους.
ΣΕ τελοφάση ΙΟι πυρηνικές μεμβράνες σχηματίζονται γύρω από συστάδες χρωμοσωμάτων στους πόλους του κυττάρου και σχηματίζονται πυρήνες.
Κυτοκίνηση Ιεξασφαλίζει τον διαχωρισμό των κυτταροπλασμάτων των θυγατρικών κυττάρων.
Τα θυγατρικά κύτταρα (1n2c) που σχηματίστηκαν ως αποτέλεσμα της μείωσης I είναι γενετικά ετερογενή, καθώς τα χρωμοσώματά τους, τυχαία διασκορπισμένα στους κυτταρικούς πόλους, περιέχουν διαφορετικά γονίδια.
Συγκριτικά χαρακτηριστικά μίτωσης και μείωσης
| Σημάδι | Μίτωσις | Μείωση | |
| Ποια κύτταρα αρχίζουν να διαιρούνται; | Σωματικό (2n) | Πρωτογενή γεννητικά κύτταρα (2n) | |
| Αριθμός τμημάτων | 1 | 2 | |
| Πόσα και τι είδους κύτταρα σχηματίζονται κατά τη διαίρεση; | 2 σωματικά (2n) | 4 σεξουαλικά (n) | |
| Ενδιάμεση φάση | Προετοιμασία του κυττάρου για διαίρεση, διπλασιασμός του DNA | Πολύ σύντομα, δεν συμβαίνει διπλασιασμός του DNA | |
| Φάσεις | Μείωση Ι | Μείωση II | |
| Προφάση | Μπορεί να συμβεί συμπύκνωση χρωμοσωμάτων, εξαφάνιση του πυρήνα, αποσύνθεση της πυρηνικής μεμβράνης, σύζευξη και διασταύρωση | Συμπύκνωση χρωμοσωμάτων, εξαφάνιση του πυρήνα, διάσπαση της πυρηνικής μεμβράνης | |
| Μεταφάση | Ζεύγη χρωμοσωμάτων βρίσκονται κατά μήκος του ισημερινού, σχηματίζεται μια άτρακτος | Τα χρωμοσώματα παρατάσσονται κατά μήκος του ισημερινού, σχηματίζεται μια άτρακτος | |
| Ανάφαση | Ομόλογα χρωμοσώματα από δύο χρωματίδες κινούνται προς τους πόλους | Οι χρωματίδες κινούνται προς τους πόλους | |
| Τελόφαση | Τα χρωμοσώματα απελευθερώνονται, σχηματίζονται νέες πυρηνικές μεμβράνες και πυρήνες | Τα χρωμοσώματα απελευθερώνονται, σχηματίζονται νέες πυρηνικές μεμβράνες και πυρήνες | |
Μεσοφάση IIπολύ σύντομο, αφού δεν συμβαίνει διπλασιασμός του DNA σε αυτό, δηλαδή δεν υπάρχει περίοδος S.
Μείωση IIχωρίζεται επίσης σε τέσσερις φάσεις: πρόφαση II, μετάφαση II, ανάφαση II και τελόφαση II. ΣΕ προφάση IIσυμβαίνουν οι ίδιες διαδικασίες όπως στην προφάση Ι, με εξαίρεση τη σύζευξη και τη διασταύρωση.
ΣΕ μετάφαση IIτα χρωμοσώματα βρίσκονται κατά μήκος του ισημερινού του κυττάρου.
ΣΕ ανάφαση IIΤα χρωμοσώματα χωρίζονται στα κεντρομερή και οι χρωματίδες τεντώνονται προς τους πόλους.
ΣΕ τελοφάση IIΟι πυρηνικές μεμβράνες και οι πυρήνες σχηματίζονται γύρω από συστάδες θυγατρικών χρωμοσωμάτων.
Μετά κυτταροκίνηση IIΟ γενετικός τύπος και των τεσσάρων θυγατρικών κυττάρων είναι 1n1c, αλλά όλα έχουν ένα διαφορετικό σύνολο γονιδίων, το οποίο είναι αποτέλεσμα της διασταύρωσης και του τυχαίου συνδυασμού χρωμοσωμάτων των μητρικών και πατρικών οργανισμών στα θυγατρικά κύτταρα.
Ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων σε φυτά και ζώα
Γαμετογένεση(από τα ελληνικά γαμέτη- σύζυγος, γαμετές- σύζυγος και γένεση- προέλευση, ανάδυση) είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμων γεννητικών κυττάρων.
Δεδομένου ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή απαιτεί συνήθως δύο άτομα - ένα θηλυκό και ένα αρσενικό, που παράγουν διαφορετικά κύτταρα φύλου - ωάρια και σπέρμα, τότε οι διαδικασίες σχηματισμού αυτών των γαμετών πρέπει να είναι διαφορετικές.
Η φύση της διαδικασίας εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από το αν συμβαίνει σε φυτικό ή ζωικό κύτταρο, αφού στα φυτά συμβαίνει μόνο μίτωση κατά το σχηματισμό γαμετών και στα ζώα συμβαίνει και μίτωση και μείωση.
Ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων στα φυτά.Στα αγγειόσπερμα, ο σχηματισμός αρσενικών και θηλυκών αναπαραγωγικών κυττάρων συμβαίνει σε διαφορετικά μέρη του άνθους - τους στήμονες και τα ύπερα, αντίστοιχα.
Πριν από το σχηματισμό των ανδρικών αναπαραγωγικών κυττάρων - μικρογαμετογένεση(από τα ελληνικά micros- μικρό) - συμβαίνει μικροσπορογένεση, δηλαδή ο σχηματισμός μικροσπορίων στους ανθήρες των στήμονων. Αυτή η διαδικασία σχετίζεται με τη μειωτική διαίρεση του μητρικού κυττάρου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τέσσερα απλοειδή μικροσπόρια. Η μικρογαμετογένεση σχετίζεται με τη μιτωτική διαίρεση του μικροσπορίου, δίνοντας ένα αρσενικό γαμετόφυτο από δύο κύτταρα - ένα μεγάλο βλαστικός(σιφωνογενές) και ρηχό γεννητικός. Μετά τη διαίρεση, το αρσενικό γαμετόφυτο καλύπτεται με πυκνές μεμβράνες και σχηματίζει έναν κόκκο γύρης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ακόμη και κατά τη διαδικασία ωρίμανσης της γύρης, και μερικές φορές μόνο μετά τη μεταφορά στο στίγμα του υπεριού, το γεννητικό κύτταρο διαιρείται μιτωτικά για να σχηματίσει δύο ακίνητα αρσενικά γεννητικά κύτταρα - σπέρμα. Μετά την επικονίαση, σχηματίζεται ένας σωλήνας γύρης από το βλαστικό κύτταρο, μέσω του οποίου το σπέρμα διεισδύει στην ωοθήκη του ύπερου για γονιμοποίηση.
Η ανάπτυξη θηλυκών γεννητικών κυττάρων στα φυτά ονομάζεται μεγαγαμετογένεση(από τα ελληνικά μέγας- μεγάλο). Εμφανίζεται στην ωοθήκη του ύπερου, του οποίου προηγείται μεγασπορογένεση, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται τέσσερα μεγασπόρια από το μητρικό κύτταρο του μεγασπόρου που βρίσκεται στον πυρήνα μέσω μειοτικής διαίρεσης. Ένα από τα μεγασπόρια διαιρείται μιτωτικά τρεις φορές, δίνοντας στο θηλυκό γαμετόφυτο - έναν εμβρυϊκό σάκο με οκτώ πυρήνες. Με τον επακόλουθο διαχωρισμό των κυτταροπλασμάτων των θυγατρικών κυττάρων, ένα από τα προκύπτοντα κύτταρα γίνεται ωάριο, στις πλευρές του οποίου βρίσκονται τα λεγόμενα συνεργεία, στο αντίθετο άκρο του εμβρυϊκού σάκου σχηματίζονται τρεις αντίποδες και στο κέντρο , ως αποτέλεσμα της σύντηξης δύο απλοειδών πυρήνων, σχηματίζεται ένα διπλοειδές κεντρικό κύτταρο.
Ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων σε ζώα.Στα ζώα, υπάρχουν δύο διαδικασίες σχηματισμού γεννητικών κυττάρων - σπερματογένεση και ωογένεση.
Σπερματογένεση(από τα ελληνικά σπέρμα, σπέρμα- σπόρος και γένεση- προέλευση, εμφάνιση) είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμων ανδρικών γεννητικών κυττάρων - σπέρματος. Στους ανθρώπους, εμφανίζεται στους όρχεις, ή στους όρχεις, και χωρίζεται σε τέσσερις περιόδους: αναπαραγωγή, ανάπτυξη, ωρίμανση και σχηματισμό.
ΣΕ περίοδος αναπαραγωγήςτα αρχέγονα γεννητικά κύτταρα διαιρούνται μιτωτικά, με αποτέλεσμα το σχηματισμό διπλοειδούς σπερματογονία. ΣΕ περίοδο ανάπτυξηςΗ σπερματογονία συσσωρεύει θρεπτικά συστατικά στο κυτταρόπλασμα, αυξάνεται σε μέγεθος και μετατρέπεται σε πρωτογενή σπερματοκύτταρα, ή Σπερματοκύτταρα 1ης τάξης. Μόνο μετά από αυτό εισέρχονται σε μείωση ( περίοδο ωρίμανσης), με αποτέλεσμα να σχηματιστούν τα δύο πρώτα δευτερογενές σπερματοκύτταρο, ή Σπερματοκύτταρο 2ης τάξης, και μετά - τέσσερα απλοειδή κύτταρα με ακόμα αρκετά μεγάλη ποσότητα κυτταροπλάσματος - σπερματίδες. ΣΕ περίοδος σχηματισμούχάνουν σχεδόν όλο το κυτταρόπλασμά τους και σχηματίζουν ένα μαστίγιο, μετατρέποντας σε σπέρμα.
Σπέρμα, ή ζωηράδες, - πολύ μικρά κινητά ανδρικά αναπαραγωγικά κύτταρα με κεφάλι, λαιμό και ουρά.
ΣΕ κεφάλι, εκτός από τον πυρήνα, είναι ακρόσωμος- ένα τροποποιημένο σύμπλεγμα Golgi που εξασφαλίζει τη διάλυση των μεμβρανών των ωαρίων κατά τη γονιμοποίηση. ΣΕ τράχηλος της μήτραςείναι τα κεντρόλια του κέντρου του κυττάρου και η βάση αλογοουράσχηματίζουν μικροσωληνίσκους που υποστηρίζουν άμεσα την κίνηση του σπέρματος. Περιέχει επίσης μιτοχόνδρια, τα οποία παρέχουν στο σπέρμα ενέργεια ATP για κίνηση.
Ωογένεση(από τα ελληνικά Ηνωμένα Έθνη- αυγό και γένεση- προέλευση, εμφάνιση) είναι η διαδικασία σχηματισμού ώριμων γυναικείων γεννητικών κυττάρων - ωαρίων. Στον άνθρωπο, εμφανίζεται στις ωοθήκες και αποτελείται από τρεις περιόδους: αναπαραγωγή, ανάπτυξη και ωρίμανση. Περίοδοι αναπαραγωγής και ανάπτυξης, παρόμοιες με αυτές της σπερματογένεσης, συμβαίνουν κατά την ενδομήτρια ανάπτυξη. Σε αυτή την περίπτωση, διπλοειδή κύτταρα σχηματίζονται από πρωτογενή γεννητικά κύτταρα ως αποτέλεσμα μίτωσης. ωογόνια, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε διπλοειδή πρωτογενή ωοκύτταρα, ή ωοκύτταρα 1ης τάξης. Μείωση και επακόλουθη κυτταροκίνηση που εμφανίζεται σε περίοδο ωρίμανσης, χαρακτηρίζονται από ανομοιόμορφη διαίρεση του κυτταροπλάσματος του μητρικού κυττάρου, έτσι ώστε αρχικά να προκύπτει ένα δευτερογενές ωάριο, ή ωοκύτταρο 2ης τάξης, Και πρώτο πολικό σώμα, και στη συνέχεια από το δευτερεύον ωοκύτταρο - το αυγό, το οποίο διατηρεί ολόκληρη την παροχή θρεπτικών ουσιών, και το δεύτερο πολικό σώμα, ενώ το πρώτο πολικό σώμα χωρίζεται σε δύο. Τα πολικά σώματα προσλαμβάνουν περίσσεια γενετικού υλικού.
Στον άνθρωπο τα αυγά παράγονται με μεσοδιάστημα 28-29 ημερών. Ο κύκλος που σχετίζεται με την ωρίμανση και την απελευθέρωση των ωαρίων ονομάζεται έμμηνος ρύση.
Αυγό- ένα μεγάλο θηλυκό αναπαραγωγικό κύτταρο που φέρει όχι μόνο ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων, αλλά και μια σημαντική παροχή θρεπτικών ουσιών για την μετέπειτα ανάπτυξη του εμβρύου.
Το αυγό στα θηλαστικά καλύπτεται με τέσσερις μεμβράνες, οι οποίες μειώνουν την πιθανότητα βλάβης από διάφορους παράγοντες. Η διάμετρος του αυγού στον άνθρωπο φτάνει τα 150-200 μικρά, ενώ σε μια στρουθοκάμηλο μπορεί να είναι αρκετά εκατοστά.
Η κυτταρική διαίρεση είναι η βάση για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των οργανισμών. Ο ρόλος της μίτωσης και της μείωσης
Εάν στους μονοκύτταρους οργανισμούς η κυτταρική διαίρεση οδηγεί σε αύξηση του αριθμού των ατόμων, δηλαδή στην αναπαραγωγή, τότε στους πολυκύτταρους οργανισμούς αυτή η διαδικασία μπορεί να έχει διαφορετικές σημασίες. Έτσι, η διαίρεση των εμβρυϊκών κυττάρων, ξεκινώντας από τον ζυγώτη, είναι η βιολογική βάση των διασυνδεδεμένων διαδικασιών ανάπτυξης και ανάπτυξης. Παρόμοιες αλλαγές παρατηρούνται στον άνθρωπο κατά την εφηβεία, όταν ο αριθμός των κυττάρων όχι μόνο αυξάνεται, αλλά συμβαίνει και μια ποιοτική αλλαγή στο σώμα. Η αναπαραγωγή πολυκύτταρων οργανισμών βασίζεται επίσης στην κυτταρική διαίρεση, για παράδειγμα, στην ασεξουαλική αναπαραγωγή, χάρη σε αυτή τη διαδικασία, ένα ολόκληρο μέρος του οργανισμού αποκαθίσταται και στη σεξουαλική αναπαραγωγή, στη διαδικασία της γαμετογένεσης, σχηματίζονται σεξουαλικά κύτταρα, τα οποία στη συνέχεια δημιουργούν έναν νέο οργανισμό. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι κύριες μέθοδοι διαίρεσης ενός ευκαρυωτικού κυττάρου - μίτωση και μείωση - έχουν διαφορετικές σημασίες στους κύκλους ζωής των οργανισμών.
Ως αποτέλεσμα της μίτωσης, υπάρχει μια ομοιόμορφη κατανομή του κληρονομικού υλικού μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων - ακριβή αντίγραφα της μητέρας. Χωρίς μίτωση, η ύπαρξη και η ανάπτυξη πολυκύτταρων οργανισμών που αναπτύσσονται από ένα μόνο κύτταρο, τον ζυγώτη, θα ήταν αδύνατη, αφού όλα τα κύτταρα τέτοιων οργανισμών πρέπει να περιέχουν την ίδια γενετική πληροφορία.
Κατά τη διαδικασία της διαίρεσης, τα θυγατρικά κύτταρα γίνονται ολοένα και πιο διαφορετικά στη δομή και τις λειτουργίες, γεγονός που σχετίζεται με την ενεργοποίηση ολοένα και περισσότερων νέων ομάδων γονιδίων σε αυτά λόγω της διακυτταρικής αλληλεπίδρασης. Έτσι, η μίτωση είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη του οργανισμού.
Αυτή η μέθοδος κυτταρικής διαίρεσης είναι απαραίτητη για τις διαδικασίες ασεξουαλικής αναπαραγωγής και αναγέννησης (αποκατάστασης) κατεστραμμένων ιστών, καθώς και οργάνων.
Η μείωση, με τη σειρά της, εξασφαλίζει τη σταθερότητα του καρυότυπου κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, καθώς μειώνει στο μισό το σύνολο των χρωμοσωμάτων πριν από τη σεξουαλική αναπαραγωγή, το οποίο στη συνέχεια αποκαθίσταται ως αποτέλεσμα της γονιμοποίησης. Επιπλέον, η μείωση οδηγεί στην εμφάνιση νέων συνδυασμών γονικών γονιδίων λόγω διασταύρωσης και τυχαίου συνδυασμού χρωμοσωμάτων στα θυγατρικά κύτταρα. Χάρη σε αυτό, οι απόγονοι αποδεικνύονται γενετικά διαφορετικοί, γεγονός που παρέχει υλικό για φυσική επιλογή και αποτελεί την υλική βάση για την εξέλιξη. Μια αλλαγή στον αριθμό, το σχήμα και το μέγεθος των χρωμοσωμάτων, αφενός, μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση διαφόρων αποκλίσεων στην ανάπτυξη του οργανισμού, ακόμη και στον θάνατό του, και από την άλλη, μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση ατόμων πιο προσαρμοσμένο στο περιβάλλον.
Έτσι, το κύτταρο είναι η μονάδα ανάπτυξης, ανάπτυξης και αναπαραγωγής των οργανισμών.
περίληψη άλλων παρουσιάσεων«Μέθοδοι διδασκαλίας της βιολογίας» - Σχολική ζωολογία. Εισαγωγή των μαθητών στη χρήση επιστημονικών ζωολογικών δεδομένων. ΗΘΙΚΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ. Πρόσθετη ευλογία του κοτέτσι. Επιλογή μεθόδων. Διαδικασίες ζωής. Ψάρια ενυδρείου. Θρέψη. Περιβαλλοντική εκπαίδευση. Υλικότητα των διαδικασιών ζωής. Αρνητικά αποτελέσματα. Προσοχή μαθητές. Υποχρεωτικό έντυπο. Κοιτάζοντας μικρά ζώα. Στόχοι και στόχοι της βιολογίας. Ιστορία.
«Μάθηση βάσει προβλημάτων στα μαθήματα βιολογίας» - Γνώση. Νέα σχολικά βιβλία. Ο δρόμος προς τη λύση. Πρόβλημα. Σεμινάρια. Τι είναι μια εργασία; Άλμπρεχτ Ντύρερ. Μάθηση με βάση το πρόβλημα στα μαθήματα βιολογίας. Μη τυπικά μαθήματα. Τι σημαίνει μάθηση βάσει προβλημάτων; Η ποιότητα ζωής. Η βιολογία ως ακαδημαϊκό μάθημα. Ερώτηση. Μάθημα επίλυσης προβλημάτων. Μειωμένο ενδιαφέρον για το θέμα. Εργαστηριακά μαθήματα βασισμένα σε προβλήματα.
«Κριτική σκέψη στα μαθήματα βιολογίας» - Τεχνολογία «κριτικής σκέψης». Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία της «ανάπτυξης κριτικής σκέψης». Τραπέζι για το μάθημα. Κίνητρο για μελέτη. Οικοσυστήματα. Η έννοια της «ανάπτυξης κριτικής σκέψης». Σημάδια τεχνολογίας. Τεχνολογία RKM. Δομή μαθήματος. Κύριες κατευθύνσεις. Ιστορία της τεχνολογίας. Παιδαγωγικές τεχνολογίες. Κανόνες τεχνολογίας. Εργασίες βιολογίας. Φωτοσύνθεση. Τεχνικές που χρησιμοποιούνται σε διάφορα στάδια του μαθήματος.
«Μαθήματα βιολογίας με διαδραστικό πίνακα» - Ηλεκτρονικά εγχειρίδια. Οφέλη για μαθητές. Ένας διαδραστικός πίνακας βοηθά στη μετάδοση πληροφοριών σε κάθε μαθητή. Διδακτικές εργασίες. Επίλυση βιολογικών προβλημάτων. Πλεονεκτήματα της εργασίας με διαδραστικούς πίνακες. Εργασία με παρουσιάσεις. Εργαστείτε για τη σύγκριση αντικειμένων. Κινούμενα αντικείμενα. Χρήση υπολογιστικών φύλλων. Χρήση διαδραστικού πίνακα στη διαδικασία διδασκαλίας των μαθητών. Οφέλη για τους εκπαιδευτικούς.
«Προσέγγιση συστημικής δραστηριότητας στη βιολογία» - Ερωτήσεις σεμιναρίου. Μέθοδος δραστηριότητας. Δρυόπιθηκος. Εξωγήινο μονοπάτι ανθρώπινης προέλευσης. Λυσοσώματα. Χημική οργάνωση. Γυμνόσπερμοι. Μεταβολισμός. Αναλυτές. Προσέγγιση συστημικής δραστηριότητας στη διδασκαλία της βιολογίας. Χρωμοσώματα. Κυτόπλασμα. Τύφλωση. Μήκος αυτιού. Ταξινόμηση ενός ατόμου. Σκελετός θηλαστικού. Μονοπάτια της ανθρώπινης εξέλιξης. Μίτωσις. Επιφανειακό σύμπλεγμα. Προβληματική ερώτηση. Nucleolus. Πυρηνικό φάκελο.
«Ο υπολογιστής στη Βιολογία» - Συνεργατική δραστηριότητα μαθητών. Οικογένειες αγγειόσπερμων. Διαδραστική εκπαίδευση. Μοντέλα μάθησης. Ένα παράδειγμα συστήματος αξιολόγησης. Ερωτήσεις για την κάρτα οδηγιών. Παράδειγμα κάρτας οδηγιών. Ερευνητές. Μικροομάδες. Διαδραστικές τεχνολογίες μάθησης. Στροβιλοδρόμιο. Διαδραστικές τεχνολογίες μάθησης. Διαδραστικές προσεγγίσεις στα μαθήματα βιολογίας. Ομαδική μορφή εργασίας. Εργασίες για ομάδες «ερευνητών».
