Šiuolaikiniai eksperimentiniai tyrimai parodė, kad ląstelė yra sudėtingiausias struktūrinis ir funkcinis beveik visų gyvų organizmų vienetas, išskyrus virusus, kurie yra neląstelinės gyvybės formos. Citologija tiria ląstelės sandarą, taip pat gyvybinę veiklą: kvėpavimą, mitybą, dauginimąsi, augimą. Šie procesai bus nagrinėjami šiame dokumente.
Ląstelių struktūra
Naudodami šviesos ir elektronų mikroskopą, biologai nustatė, kad augalų ir gyvūnų ląstelėse yra paviršiaus aparatas (viršutinės membranos ir submembraniniai kompleksai), citoplazma ir organelės. Gyvūnų ląstelėse virš membranos yra glikokaliksas, kuriame yra fermentų ir kuris aprūpina ląstelę už citoplazmos ribų. Augalų ląstelėse, prokariotuose (bakterijose ir cianobakterijose), taip pat grybuose virš membranos susidaro ląstelės sienelė, kurią sudaro celiuliozė, ligninas arba mureinas.
Branduolys yra esminė organelėeukariotų. Jame yra paveldima medžiaga – DNR, kuri atrodo kaip chromosomos. Bakterijose ir cianobakterijose yra nukleoido, kuris veikia kaip dezoksiribonukleino rūgšties nešiklis. Visi jie atlieka griežtai specifines funkcijas, kurios lemia medžiagų apykaitos procesus ląstelėse.
Ką reiškia ląstelių mityba
Gyvybinės ląstelės apraiškos yra ne kas kita, kaip energijos perkėlimas ir jos keitimas iš vienos formos į kitą (pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį). Energija, randama maistinėse medžiagose latentinėje, ty surištoje būsenoje, pereina į ATP molekules. Į klausimą, kas yra ląstelių mityba biologijoje, yra atsakymas, kuriame atsižvelgiama į šiuos postulatus:
- Ląstelė, būdama atvira biosistema, reikalauja nuolatinės energijos tiekimo iš išorinės aplinkos.
- Organinių medžiagų, reikalingų mitybai, ląstelė gali gauti dviem būdais:
a) iš tarpląstelinės terpės paruoštų junginių pavidalu;
b) nepriklausomai sintetina b altymus, angliavandenius ir riebalus iš anglies dioksido, amoniako ir kt.
Todėl visi organizmai skirstomi į heterotrofinius ir autotrofinius, kurių medžiagų apykaitos ypatumus tiria biochemija.
Metabolizmas ir energija
Organinės medžiagos, patenkančios į ląstelę, skyla, todėl energija išsiskiria ATP arba NADP-H2 molekulių pavidalu. Visas asimiliacijos ir disimiliacijos reakcijų rinkinys yra medžiagų apykaita. Žemiau apžvelgsime energijos apykaitos etapus, kurie aprūpina heterotrofines ląsteles. Pirmiausia b altymai, angliavandeniai ir lipidaiyra suskaidomi į savo monomerus: aminorūgštis, gliukozę, glicerolį ir riebalų rūgštis. Tada bedeguonies virškinimo metu jie toliau skaidomi (anaerobinis virškinimas).
Tokiu būdu maitinami viduląsteliniai parazitai: riketsija, chlamidijos ir patogeninės bakterijos, tokios kaip klostridija. Vienaląsčiai mielių grybai gliukozę skaido iki etilo alkoholio, pieno rūgšties bakterijas – iki pieno rūgšties. Taigi glikolizė, alkoholio, sviesto, pieno rūgšties fermentacija yra ląstelių mitybos pavyzdžiai dėl anaerobinio virškinimo heterotrofuose.
Autotrofija ir medžiagų apykaitos procesų ypatumai
Žemėje gyvenantiems organizmams pagrindinis energijos š altinis yra Saulė. Jo dėka patenkinami mūsų planetos gyventojų poreikiai. Kai kurios iš jų dėl šviesos energijos sintetina maistines medžiagas, jos vadinamos fototrofais. Kiti – redokso reakcijų energijos pagalba vadinami chemotrofais. Vienaląsčiuose dumbliuose ląstelės, kurios nuotrauka pateikta žemiau, mityba atliekama fotosintezės būdu.
Žaliuose augaluose yra chlorofilo, kuris yra chloroplastų dalis. Jis atlieka antenos, fiksuojančios šviesos kvantus, vaidmenį. Šviesiojoje ir tamsiojoje fotosintezės fazėse vyksta fermentinės reakcijos (Kalvino ciklas), kurių metu iš anglies dvideginio susidaro visos mitybai naudojamos organinės medžiagos. Todėl ląstelė, kuri yra maitinamadėl šviesos energijos naudojimo vadinama autotrofine arba fototrofine.
Vienaląsčiai organizmai, vadinami chemosintetikais, cheminių reakcijų metu išsiskiriančią energiją naudoja organinėms medžiagoms sudaryti, pavyzdžiui, geležies bakterijos oksiduoja geležies junginius į geležies geležį, o išsiskirianti energija patenka į gliukozės sintezę. molekulės.
Taigi fotosintetiniai organizmai fiksuoja šviesos energiją ir paverčia ją kovalentinių monosacharidų ir polisacharidų ryšių energija. Tada išilgai mitybos grandinių grandžių energija perduodama heterotrofinių organizmų ląstelėms. Kitaip tariant, fotosintezės dėka egzistuoja visi struktūriniai biosferos elementai. Galima sakyti, kad ląstelė, kurios mityba vyksta autotrofiniu būdu, „maitina“ne tik save, bet ir viską, kas gyva Žemės planetoje.
Kaip valgo heterotrofiniai organizmai
Ląstelė, kurios mityba priklauso nuo iš išorinės aplinkos gaunamų organinių medžiagų, vadinama heterotrofine. Tokie organizmai kaip grybai, gyvūnai, žmonės ir parazitinės bakterijos skaido angliavandenius, b altymus ir riebalus, naudodami virškinimo fermentus.
Tada susidariusius monomerus sugeria ląstelė ir ji naudoja savo organelėms ir gyvybei kurti. Ištirpusios maistinės medžiagos į ląstelę patenka pinocitozės būdu, o kietos maisto dalelės į ląstelę patenka fagocitozės būdu. Heterotrofinius organizmus galima suskirstyti į saprotrofus ir parazitus. Pirmieji (pavyzdžiui, dirvožemio bakterijos, grybai, kai kurie vabzdžiai) minta negyva organine medžiaga, antrieji (patogeninės bakterijos, helmintai, parazitiniai grybai) minta gyvų organizmų ląstelėmis ir audiniais.
Miksotrofai, jų paplitimas gamtoje
Mišrus mitybos tipas gamtoje yra gana retas ir yra prisitaikymo (idioadaptacijos) prie įvairių aplinkos veiksnių forma. Pagrindinė miksotrofijos sąlyga yra abiejų organelių, turinčių chlorofilo, buvimas ląstelėje fotosintezei, ir fermentų, kurie skaido paruoštas maistines medžiagas, gaunamas iš aplinkos, sistema. Pavyzdžiui, vienaląsčio gyvūno Euglena green hialoplazmoje yra chromatoforų su chlorofilu.
Kai rezervuaras, kuriame gyvena euglena, yra gerai apšviestas, ji maitinasi kaip augalas, t. y. autotrofiškai, fotosintezės būdu. Dėl to gliukozė sintetinama iš anglies dioksido, kurį ląstelė naudoja kaip maistą. Euglena naktį maitinasi heterotrofiškai, virškinimo vakuolėse esančių fermentų pagalba skaidydama organines medžiagas. Taigi, mokslininkai mano, kad mišrainė ląstelės mityba yra augalų ir gyvūnų kilmės vienovės įrodymas.
Ląstelių augimas ir jo ryšys su trofizmu
Tiek viso organizmo, tiek atskirų jo organų ir audinių ilgio, masės, tūrio padidėjimas vadinamas augimu. Tai neįmanoma be nuolatinio maistinių medžiagų tiekimo į ląsteles, kurios tarnauja kaip statybinė medžiaga. Gauti atsakymą į klausimą, kaip auga ląstelė, kurios mitybaatsiranda autotrofiškai, reikia išsiaiškinti, ar tai savarankiškas organizmas, ar jis yra daugialąsčio individo dalis kaip struktūrinis vienetas. Pirmuoju atveju augimas vyks ląstelės ciklo tarpfazės metu. Joje intensyviai vyksta plastinių mainų procesai. Heterotrofinių organizmų mityba yra susijusi su maisto, gaunamo iš išorinės aplinkos, buvimu. Daugialąsčio organizmo augimas vyksta dėl biosintezės suaktyvėjimo ugdymo audiniuose, taip pat dėl anabolinių reakcijų vyravimo prieš katabolizmo procesus.
Deguonies vaidmuo heterotrofinių ląstelių mityboje
Aerobiniai organizmai: kai kurios bakterijos, grybai, gyvūnai ir žmonės naudoja deguonį, kad visiškai suskaidytų maistines medžiagas, pvz., gliukozę, į anglies dioksidą ir vandenį (Krebso ciklas). Jis atsiranda mitochondrijų matricoje, kurioje yra fermentinė sistema H + -ATP-azė, kuri sintetina ATP molekules iš ADP. Prokariotiniuose organizmuose, tokiuose kaip aerobinės bakterijos ir cianobakterijos, deguonies disimiliacijos etapas vyksta ląstelių plazminėje membranoje.
Speciali lytinių ląstelių mityba
Molekulinėje biologijoje ir citologijoje ląstelių mitybą galima trumpai apibūdinti kaip maistinių medžiagų patekimo į ją procesą, jų skilimą ir tam tikros energijos dalies sintezę ATP molekulių pavidalu. Lytinių ląstelių trofizmas: kiaušinėliai ir spermatozoidai turi tam tikrų savybių, susijusių su dideliu jų funkcijų specifiškumu. Tai ypač pasakytina apie moterišką lytinę ląstelę, kuri yra priversta sukaupti daug maistinių medžiagų, daugiausiatrynys.
Po apvaisinimo ji juos naudos embrionui sutraiškyti ir suformuoti. Brendimo (spermatogenezės) procese spermatozoidai gauna organines medžiagas iš Sertoli ląstelių, esančių sėkliniuose kanalėliuose. Taigi abiejų tipų gametos pasižymi aukštu metabolizmo lygiu, o tai įmanoma dėl aktyvaus ląstelių trofizmo.
Mineralinės mitybos vaidmuo
Metaboliniai procesai neįmanomi be katijonų ir anijonų, kurie yra mineralinių druskų dalis, antplūdžio. Pavyzdžiui, magnio jonai būtini fotosintezei, kalio ir kalcio jonai – mitochondrijų fermentų sistemų veiklai, o natrio jonų, taip pat karbonato anijonų buvimas – norint išlaikyti buferines hialoplazmos savybes. Mineralinių druskų tirpalai į ląstelę patenka pinocitozės arba difuzijos būdu per ląstelės membraną. Mineralinė mityba būdinga ir autotrofinėms, ir heterotrofinėms ląstelėms.
Apibendrinant, esame įsitikinę, kad ląstelių mitybos svarba yra tikrai didelė, nes dėl šio proceso autotrofiniuose organizmuose iš anglies dioksido susidaro statybinės medžiagos (angliavandeniai, b altymai ir riebalai). Heterotrofinės ląstelės minta organinėmis medžiagomis, susidarančiomis dėl autotrofų gyvybinės veiklos. Gautą energiją jie naudoja dauginimuisi, augimui, judėjimui ir kitiems gyvenimo procesams.
