Ląstelė yra gyvosios medžiagos organizavimo lygis, nepriklausoma biosistema, turinti pagrindines visų gyvų dalykų savybes. Taigi, jis gali vystytis, daugintis, judėti, prisitaikyti ir keistis. Be to, bet kurioms ląstelėms būdinga medžiagų apykaita, specifinė struktūra, struktūrų ir funkcijų tvarkingumas.
Mokslas, tiriantis ląsteles, yra citologija. Jo objektas yra daugialąsčių gyvūnų ir augalų, vienaląsčių organizmų – bakterijų, pirmuonių ir dumblių struktūriniai vienetai, susidedantys tik iš vienos ląstelės.
Jei kalbėtume apie bendrą gyvų organizmų struktūrinių vienetų organizavimą, jie susideda iš apvalkalo ir branduolio su branduoliu. Jie taip pat apima ląstelių organoidus, citoplazmą. Iki šiol yra labai išplėtoti įvairūs tyrimo metodai, tačiau mikroskopija užima pirmaujančią vietą, kuri leidžia ištirti ląstelių struktūrą ir ištirti pagrindinius jos struktūrinius elementus.
Kas yra organoidas?
Organoidai (jie taip pat vadinami organelėmis) yra nuolatiniai bet kurios ląstelės, kuripadaryti jį užbaigtą ir atlikti tam tikras funkcijas. Tai yra struktūros, kurios yra gyvybiškai svarbios, kad ji tęstųsi.
Organoidus sudaro branduolys, lizosomos, endoplazminis tinklas ir Golgi kompleksas, vakuolės ir pūslelės, mitochondrijos, ribosomos ir ląstelės centras (centrosomas). Tai taip pat apima struktūras, kurios sudaro ląstelės citoskeletą (mikrotubulus ir mikrofilamentus), melanosomas. Atskirai reikia išskirti judėjimo organelius. Tai blakstienos, žvyneliai, miofibrilės ir pseudopodai.
Visos šios struktūros yra tarpusavyje susijusios ir užtikrina koordinuotą ląstelių veiklą. Štai kodėl kyla klausimas: "Kas yra organoidas?" - galite atsakyti, kad tai komponentas, kurį galima prilyginti daugialąsčio organizmo organui.
Organelių klasifikacija
Ląstelės skiriasi dydžiu ir forma, taip pat savo funkcijomis, tačiau tuo pat metu jos turi panašią cheminę struktūrą ir vieną organizavimo principą. Tuo pačiu metu gana diskutuotinas klausimas, kas yra organoidas ir kokios tai struktūros. Pavyzdžiui, lizosomos ar vakuolės kartais nėra klasifikuojamos kaip ląstelių organelės.
Jei kalbėsime apie šių ląstelių komponentų klasifikaciją, tada išskiriamos nemembraninės ir membraninės organelės. Ne membrana – tai ląstelės centras ir ribosomos. Judėjimo organelėms (mikrotubulėms ir mikrofilamentams) taip pat trūksta membranų.
Membraninių organelių struktūra pagrįsta biologinės membranos buvimu. Vienos membranos ir dvigubos membranos organelės turi vienos struktūros apvalkalą, kurį sudarodvigubas fosfolipidų ir b altymų molekulių sluoksnis. Jis atskiria citoplazmą nuo išorinės aplinkos, padeda ląstelei išlaikyti formą. Verta prisiminti, kad be membranos augalų ląstelėse yra ir išorinė celiuliozės membrana, kuri vadinama ląstelės sienele. Jis atlieka pagalbinę funkciją.
Membraninės organelės apima EPS, lizosomas ir mitochondrijas, taip pat lizosomas ir plastidus. Jų membranos gali skirtis tik b altymų rinkiniu.
Jei kalbėtume apie organelių funkcinį gebėjimą, tai kai kurios iš jų sugeba sintetinti tam tikras medžiagas. Taigi, svarbios sintezės organelės yra mitochondrijos, kuriose susidaro ATP. Ribosomos, plastidai (chloroplastai) ir šiurkštus endoplazminis tinklas yra atsakingi už b altymų sintezę, lygioji ER – už lipidų ir angliavandenių sintezę.
Panagrinėkime organelių struktūrą ir funkcijas išsamiau.
Pagrindinis
Ši organelė yra nepaprastai svarbi, nes ją pašalinus ląstelės nustoja funkcionuoti ir miršta.
Branduolys turi dvigubą membraną, kurioje yra daug porų. Jų pagalba jis yra glaudžiai susijęs su endoplazminiu tinklu ir citoplazma. Šioje organelėje yra chromatino – chromosomų, kurios yra b altymų ir DNR kompleksas. Atsižvelgdami į tai, galime pasakyti, kad už didžiosios genomo dalies palaikymą atsakingas branduolys yra organelė.
Skystoji branduolio dalis vadinama karioplazma. Jame yra branduolio struktūrų gyvybinės veiklos produktai. Tankiausia zona yra branduolys, kuriame yra ribosomos, kompleksiniai b altymai irRNR, taip pat kalio, magnio, cinko, geležies ir kalcio fosfatų. Branduolys išnyksta prieš ląstelių dalijimąsi ir vėl susidaro paskutinėse šio proceso stadijose.
Endoplazminis tinklas (tinklas)
EPS yra vienos membranos organelė. Jis užima pusę ląstelės tūrio ir susideda iš kanalėlių ir cisternų, kurie yra sujungti vienas su kitu, taip pat su citoplazmine membrana ir išoriniu branduolio apvalkalu. Šio organoido membrana turi tokią pat struktūrą kaip ir plazmalemma. Ši struktūra yra vientisa ir neatsidaro į citoplazmą.
Endoplazminis tinklas yra lygus ir granuliuotas (šiurkštus). Ribosomos yra granuliuoto ER vidiniame apvalkale, kuriame vyksta b altymų sintezė. Lygiojo endoplazminio tinklelio paviršiuje ribosomų nėra, tačiau čia vyksta angliavandenių ir riebalų sintezė.
Visos medžiagos, susidarančios endoplazminiame tinkle, kanalėlių ir kanalėlių sistema transportuojamos į paskirties vietą, kur jos kaupiamos ir vėliau naudojamos įvairiuose biocheminiuose procesuose.
Atsižvelgiant į EPS sintezės gebėjimą, šiurkštus tinklelis yra ląstelėse, kurių pagrindinė funkcija yra b altymų susidarymas, o lygus tinklas yra ląstelėse, kurios sintetina angliavandenius ir riebalus. Be to, lygiajame tinklelyje kaupiasi kalcio jonai, būtini normaliam ląstelių ar viso organizmo funkcionavimui.
Taip pat reikėtų pažymėti, kad ER yra Golgi aparato formavimosi vieta.
Lizosomos, jų funkcijos
Lizosomos yra ląstelių organelės,kuriuos vaizduoja vienos membranos apvalios formos maišeliai su hidroliziniais ir virškinimo fermentais (proteazėmis, lipazėmis ir nukleazėmis). Lizosomų turiniui būdinga rūgštinė aplinka. Šių darinių membranos izoliuoja jas nuo citoplazmos, užkertant kelią kitų struktūrinių ląstelių komponentų sunaikinimui. Kai lizosomos fermentai išsiskiria į citoplazmą, ląstelė savaime susinaikina – autolizė.
Pažymėtina, kad fermentai pirmiausia sintetinami grubiame endoplazminiame tinkle, po kurio jie pereina į Golgi aparatą. Čia jos modifikuojamos, susikaupia į membranines pūsleles ir pradeda atsiskirti, tapdamos nepriklausomais ląstelės komponentais – lizosomomis, kurios yra pirminės ir antrinės.
Pirminės lizosomos yra struktūros, kurios atsiskiria nuo Golgi aparato, o antrinės (virškinimo vakuolės) susidaro susiliejus pirminėms lizosomoms ir endocitinėms vakuolėms.
Atsižvelgdami į tokią struktūrą ir organizaciją, galime išskirti pagrindines lizosomų funkcijas:
- įvairių medžiagų virškinimas ląstelės viduje;
- nereikalingų ląstelių struktūrų sunaikinimas;
- dalyvavimas ląstelių reorganizavimo procesuose.
Vacuoles
Vakuolės yra vienos membranos sferinės organelės, kurios yra vandens ir jame ištirpusių organinių ir neorganinių junginių rezervuarai. Golgi aparatas ir EPS dalyvauja formuojant šias struktūras.
Gyvūnų ląstelių vakuolėseMažai. Jie yra maži ir užima ne daugiau kaip 5% tūrio. Pagrindinis jų vaidmuo – užtikrinti medžiagų pernešimą per ląstelę.
Augalų ląstelės vakuolės yra didelės ir užima iki 90 % tūrio. Brandžioje ląstelėje yra tik viena vakuolė, kuri užima centrinę vietą. Jo membrana vadinama tonoplastu, o turinys – ląstelių sultimis. Pagrindinės augalų vakuolių funkcijos yra užtikrinti ląstelės membranos įtempimą, įvairių junginių ir ląstelės atliekų produktų kaupimąsi. Be to, šios augalų ląstelių organelės tiekia vandenį, reikalingą fotosintezės procesui.
Jei mes kalbame apie ląstelių sulčių sudėtį, tai apima šias medžiagas:
- rezervas - organinės rūgštys, angliavandeniai ir b altymai, atskiros aminorūgštys;
- junginiai, kurie susidaro ląstelių gyvavimo metu ir jose kaupiasi (alkaloidai, taninai ir fenoliai);
- fitoncidai ir fitohormonai;
- pigmentai, dėl kurių vaisiai, šaknys ir gėlių žiedlapiai nuspalvinami atitinkama spalva.
Golgi kompleksas
Organoidų, vadinamų „Golgi aparatu“, struktūra yra gana paprasta. Augalų ląstelėse jie atrodo kaip atskiri kūnai su membrana, gyvūnų ląstelėse juos vaizduoja cisternos, kanalėliai ir pūslės. Struktūrinis Golgi komplekso vienetas yra diktiosoma, kurią vaizduoja 4–6 „cisternų“ir mažų pūslelių, kurios atsiskiria nuo jų ir yra tarpląstelinė transportavimo sistema, krūva, taip pat gali būti lizosomų š altinis. Diktiosomų skaičius gali skirtis nuo vieno iki keliųšimtai.
Golgi kompleksas paprastai yra šalia branduolio. Gyvūnų ląstelėse – šalia ląstelės centro. Pagrindinės šių organelių funkcijos yra šios:
- b altymų, lipidų ir sacharidų sekrecija ir kaupimasis;
- organinių junginių, patenkančių į Golgi kompleksą, modifikavimas;
- šis organoidas yra lizosomų susidarymo vieta.
Reikėtų pažymėti, kad ER, lizosomos, vakuolės ir Golgi aparatas kartu sudaro vamzdinę vakuolinę sistemą, kuri padalija ląstelę į atskiras dalis, turinčias atitinkamas funkcijas. Be to, ši sistema užtikrina nuolatinį membranų atnaujinimą.
Mitochondrijos yra ląstelės energijos stotys
Mitochondrijos yra dviejų membranų lazdelės formos, sferinės arba siūlinės formos organelės, sintezuojančios ATP. Jie turi lygų išorinį paviršių ir vidinę membraną su daugybe raukšlių, vadinamų cristae. Reikėtų pažymėti, kad cristae skaičius mitochondrijose gali skirtis priklausomai nuo ląstelės energijos poreikio. Būtent ant vidinės membranos koncentruojasi daug fermentų kompleksų, sintetinančių adenozino trifosfatą. Čia cheminių ryšių energija paverčiama makroerginiais ATP ryšiais. Be to, mitochondrijos skaido riebalų rūgštis ir angliavandenius, išskirdamos energiją, kuri kaupiama ir naudojama augimui bei sintezei.
Šių organelių vidinė aplinka vadinama matrica. Ji yrayra žiedinės DNR ir RNR, mažos ribosomos. Įdomu tai, kad mitochondrijos yra pusiau autonominės organelės, nes jos priklauso nuo ląstelės veikimo, tačiau tuo pat metu gali išlaikyti tam tikrą nepriklausomybę. Taigi jie gali sintetinti savo b altymus ir fermentus, taip pat daugintis patys.
Manoma, kad mitochondrijos atsirado aerobiniams prokariotiniams organizmams patekus į šeimininko ląstelę, todėl susiformavo specifinis simbiotinis kompleksas. Taigi, mitochondrijų DNR struktūra tokia pati kaip ir šiuolaikinių bakterijų DNR, o b altymų sintezę mitochondrijose ir bakterijose slopina tie patys antibiotikai.
Plastidės – augalų ląstelių organelės
Plastidės yra gana didelės organelės. Jų yra tik augalų ląstelėse ir susidaro iš pirmtakų – proplastidų, yra DNR. Šios organelės vaidina svarbų vaidmenį metabolizme ir yra atskirtos nuo citoplazmos dviguba membrana. Be to, jie gali sudaryti tvarkingą vidinių membranų sistemą.
Plastidės yra trijų tipų:
- Chloroplastai yra daugiausiai plastidų, atsakingų už fotosintezę, kuri gamina organinius junginius ir laisvą deguonį. Šios struktūros turi sudėtingą struktūrą ir gali judėti citoplazmoje šviesos š altinio link. Pagrindinė chloroplastuose esanti medžiaga yra chlorofilas, su kuriuo augalai gali panaudoti saulės energiją. Reikėtų pažymėti, kad chloroplastai, kaip ir mitochondrijos, yra pusiau autonominės struktūros, nes galinepriklausomas jų pačių b altymų dalijimasis ir sintezė.
- Leukoplastai yra bespalviai plastidai, kurie veikiami šviesos virsta chloroplastais. Šiuose ląstelių komponentuose yra fermentų. Jų pagalba gliukozė virsta ir kaupiasi krakmolo grūdelių pavidalu. Kai kuriuose augaluose šie plastidai gali kaupti lipidus arba b altymus kristalų ir amorfinių kūnų pavidalu. Daugiausia leukoplastų yra sutelkta augalų požeminių organų ląstelėse.
- Chromoplastai yra kitų dviejų tipų plastidų dariniai. Jie sudaro karotinoidus (sunaikinant chlorofilą), kurie yra raudoni, geltoni arba oranžiniai. Chromoplastai yra paskutinis plastidų transformacijos etapas. Dauguma jų yra vaisiuose, žiedlapiuose ir rudens lapuose.
Ribosoma
Kas yra organelė, vadinama ribosoma? Ribosomos vadinamos nemembraninėmis organelėmis, susidedančiomis iš dviejų fragmentų (mažų ir didelių subvienetų). Jų skersmuo yra apie 20 nm. Jie randami visų tipų ląstelėse. Tai gyvūnų ir augalų ląstelių organelės, bakterijos. Šios struktūros susidaro branduolyje, po to patenka į citoplazmą, kur laisvai dedamos arba prisitvirtina prie EPS. Priklausomai nuo sintezės savybių, ribosomos funkcionuoja atskirai arba susijungia į kompleksus, sudarydamos poliribosomas. Šiuo atveju šias nemembranines organeles suriša pasiuntinio RNR molekulė.
Ribosomoje yra 4 rRNR molekulės, kurios sudaro jos karkasą, taip pat įvairių b altymų. Pagrindinis šio organoido uždavinys yra surinkti polipeptidinę grandinę, kuri yra pirmasis b altymų sintezės žingsnis. Tuos b altymus, kuriuos sudaro endoplazminio tinklo ribosomos, gali panaudoti visas organizmas. B altymus atskiros ląstelės poreikiams sintetina ribosomos, esančios citoplazmoje. Reikėtų pažymėti, kad ribosomų taip pat yra mitochondrijose ir plastidėse.
Ląstelės citoskeletas
Ląstelių citoskeletas susidaro iš mikrotubulių ir mikrofilamentų. Mikrovamzdeliai yra cilindriniai dariniai, kurių skersmuo 24 nm. Jų ilgis yra 100 µm-1 mm. Pagrindinis komponentas yra b altymas, vadinamas tubulinu. Jis negali susitraukti ir gali būti sunaikintas kolchicinu. Mikrotubulai yra hialoplazmoje ir atlieka šias funkcijas:
- sukurkite elastingą, bet kartu tvirtą narvo karkasą, leidžiantį išlaikyti formą;
- dalyvauk ląstelių chromosomų pasiskirstymo procese;
- užtikrinkite organelių judėjimą;
- yra ląstelės centre, taip pat žvyneliuose ir blakstienose.
Mikrofilamentai yra gijos, esančios po plazmos membrana ir susidedančios iš b altymo aktino arba miozino. Jie gali susitraukti, todėl citoplazma juda arba ląstelės membrana išsikiša. Be to, šie komponentai dalyvauja formuojant susiaurėjimą ląstelių dalijimosi metu.
Ląstelės centras (centrosoma)
Šią organelę sudaro 2 centrioliai ir centrosfera. Cilindrinė centriolė. Jo sieneles sudaro trys mikrovamzdeliai, kurie susilieja vienas su kitu per kryžminius ryšius. Centrioliai yra išdėstyti poromis stačiu kampu vienas kito atžvilgiu. Reikėtų pažymėti, kad aukštesniųjų augalų ląstelėse šių organelių trūksta.
Pagrindinis ląstelių centro vaidmuo – užtikrinti tolygų chromosomų pasiskirstymą ląstelių dalijimosi metu. Tai taip pat yra citoskeleto organizavimo centras.
Judesio organeliai
Judėjimo organelės apima blakstienas ir žvynelius. Tai mažytės išaugos plaukelių pavidalu. Žulykle yra 20 mikrotubulių. Jo pagrindas yra citoplazmoje ir vadinamas baziniu kūnu. Žiedyno ilgis yra 100 µm ar daugiau. Vos 10-20 mikronų dydžio vėliavėlės vadinamos blakstienomis. Kai mikrovamzdeliai slenka, blakstienos ir žvyneliai gali svyruoti, sukeldami pačios ląstelės judėjimą. Citoplazmoje gali būti susitraukiančių fibrilių, vadinamų miofibrilėmis – tai gyvūninės ląstelės organelės. Miofibrilės, kaip taisyklė, yra miocituose – raumenų audinio ląstelėse, taip pat širdies ląstelėse. Jie sudaryti iš mažesnių pluoštų (protofibrilių).
Pažymėtina, kad miofibrilių ryšuliai susideda iš tamsių skaidulų – tai anizotropiniai diskai, taip pat šviesios sritys – tai izotropiniai diskai. Struktūrinis miofibrilės vienetas yra sarkomeras. Tai sritis tarp anizotropinio ir izotropinio disko, kuriame yra aktino ir miozino gijų. Kai jie slysta, sarkomeras susitraukia, o tai lemia visos raumenų skaidulos judėjimą. Attam naudojama ATP ir kalcio jonų energija.
Gyvūnų pirmuonys ir spermatozoidai juda padedami žvynelių. Blakstienos yra blakstienų-batų judėjimo organas. Gyvūnams ir žmonėms jos uždengia kvėpavimo takus ir padeda atsikratyti smulkių kietųjų dalelių, pavyzdžiui, dulkių. Be to, yra ir pseudopodų, kurie užtikrina ameboidų judėjimą ir yra daugelio vienaląsčių ir gyvūnų ląstelių (pvz., leukocitų) elementai.
Dauguma augalų negali judėti erdvėje. Jų judesiai yra augimas, lapų judėjimas ir ląstelių citoplazmos srauto pokyčiai.
Išvada
Nepaisant visos ląstelių įvairovės, jų visų struktūra ir struktūra yra panaši. Organelių struktūra ir funkcijos pasižymi identiškomis savybėmis, užtikrinančiomis normalų tiek atskiros ląstelės, tiek viso organizmo funkcionavimą.
Šis modelis gali būti išreikštas taip.
Lentelė „Eukariotinių ląstelių organoidai“
Organoidas |
Augalų ląstelė |
Gyvūnų narvas |
Pagrindinės funkcijos |
| core | yra | yra | DNR saugojimas, RNR transkripcija ir b altymų sintezė |
| endoplazminis tinklas | yra | yra | b altymų, lipidų ir angliavandenių sintezė, kalcio jonų kaupimasis, Golgi komplekso susidarymas |
| mitochondrijos | yra | yra | ATP, savo fermentų ir b altymų sintezė |
| plastids | yra | ne | dalyvavimas fotosintezėje, krakmolo, lipidų, b altymų, karotinoidų kaupimas |
| ribosomos | yra | yra | polipeptidinės grandinės surinkimas (b altymų sintezė) |
| mikrovamzdeliai ir mikrofilamentai | yra | yra | leisti ląstelei išlaikyti tam tikrą formą, yra neatsiejama ląstelės centro, blakstienų ir žvynelių dalis, užtikrina organelių judėjimą |
| lizosomos | yra | yra | ląstelėje esančių medžiagų virškinimas, nereikalingų jos struktūrų sunaikinimas, dalyvavimas ląstelių reorganizavime, sukelia autolizę |
| didelė centrinė vakuola | yra | ne | suteikia įtampą ląstelės membranoje, kaupia maistines medžiagas ir ląstelės atliekas, fitoncidus ir fitohormonus, taip pat pigmentus, yra vandens rezervuaras |
| Golgi kompleksas | yra | yra | išskiria ir kaupia b altymus, lipidus ir angliavandenius, keičia į ląstelę patenkančias maistines medžiagas,atsakingas už lizosomų susidarymą |
| ląstelinis centras | yra, išskyrus aukštesnius augalus | yra | yra citoskeleto organizavimo centras, užtikrina vienodą chromosomų išsiskyrimą ląstelių dalijimosi metu |
| myofibrilės | ne | yra | užtikrinkite raumenų susitraukimą |
Jei padarytume išvadas, galime teigti, kad tarp gyvūno ir augalo ląstelės yra nedideli skirtumai. Tuo pačiu metu organelių funkcinės savybės ir struktūra (tai patvirtina aukščiau pateikta lentelė) turi bendrą organizavimo principą. Ląstelė veikia kaip darni ir vientisa sistema. Tuo pačiu metu organelių funkcijos yra tarpusavyje susijusios ir nukreiptos į optimalų ląstelės gyvybinės veiklos funkcionavimą ir palaikymą.
