rumah Penonton 4 Fungsi lisosom dan mitokondria. Lisosom dan peroksisom. Mitokondria sel. Fungsi di dalam sel

Fungsi lisosom dan mitokondria. Lisosom dan peroksisom. Mitokondria sel. Fungsi di dalam sel

Lisosom. Mitokondria. Plastida

1. Bagaimana struktur dan fungsinya ATP?
2. Jenis plastida apa yang anda ketahui?

Ketika berbagai nutrisi memasuki sel melalui fagositosis atau pinositosis, nutrisi tersebut harus dicerna. Di mana tupai harus dipecah menjadi asam amino individu, polisakarida - menjadi molekul glukosa atau fruktosa, lemak- menjadi gliserol dan asam lemak. Agar pencernaan intraseluler dapat dilakukan, vesikel fagositik atau pinositik harus menyatu dengan lisosom (Gbr. 25). Lisosom adalah gelembung kecil, hanya berdiameter 0,5-1,0 mikron, berisi sejumlah besar enzim yang mampu menghancurkan nutrisi. Satu lisosom dapat mengandung 30-50 enzim berbeda.

Isi pelajaran catatan pelajaran dan kerangka pendukung metode percepatan penyajian pelajaran dan teknologi interaktif latihan tertutup (hanya untuk digunakan oleh guru) penilaian Praktik tugas dan latihan, tes mandiri, lokakarya, laboratorium, kasus tingkat kesulitan tugas: pekerjaan rumah normal, tinggi, olimpiade Ilustrasi ilustrasi: klip video, audio, foto, grafik, tabel, komik, abstrak multimedia, tips bagi yang penasaran, contekan, humor, perumpamaan, lelucon, ucapan, teka-teki silang, kutipan Pengaya pengujian independen eksternal (ETT) buku teks liburan tematik dasar dan tambahan, artikel slogan fitur nasional kamus istilah lainnya Hanya untuk guru

Berat otak dibandingkan dengan berat badan adalah sekitar 2%, tetapi pada saat yang sama ia mengkonsumsi 12-17% glukosa dan hingga 20% oksigen dari total anggaran tubuh, dan tidak ada yang disimpan untuk penggunaan di masa depan, tetapi segera digunakan. Oksidasi glukosa terjadi di mitokondria, yang berfungsi sebagai stasiun energi sel. Semakin intens aktivitas suatu sel, semakin banyak mitokondria yang dikandungnya. Dalam sel saraf, mereka tersebar cukup merata di sitoplasma, namun dapat berpindah ke sana dan mengubah bentuknya.

Diameter mitokondria berkisar antara 0,4 hingga 1 µm, mempunyai dua membran, bagian luar dan dalam, yang masing-masing sedikit lebih tipis dari membran sel. Membran bagian dalam memiliki banyak tonjolan atau krista seperti rak. Berkat krista ini, permukaan kerja mitokondria meningkat secara signifikan. Di dalam mitokondria terdapat cairan tempat kalsium dan magnesium terakumulasi dalam bentuk butiran padat. Krista dan ruang internal mitokondria mengandung enzim pernapasan yang mengoksidasi produk glikolisis - pemecahan glukosa secara anaerobik, metabolit asam lemak, dan asam amino. Energi yang dilepaskan senyawa ini disimpan dalam molekul asam adenosin trifosfat (ATP), yang dibentuk di mitokondria melalui fosforilasi molekul asam adenosin difosfat (ADP).

Mitokondria memiliki DNA dan RNA sendiri, serta ribosom tempat beberapa protein disintesis. Keadaan ini memberi alasan untuk menyebut mitokondria sebagai organel semi-otonom. Umur mereka pendek dan sekitar setengah dari mitokondria yang ada di dalam sel diperbarui setiap 10-12 hari: mitokondria baru dibentuk untuk menggantikan mitokondria yang telah kehabisan sumber dayanya dan rusak.

Lisosom adalah vesikel dengan diameter 250-500 nm, dibatasi oleh membrannya sendiri, di dalamnya terdapat berbagai proteolitik, yaitu. protein yang memecah enzim. Dengan bantuan enzim ini, molekul protein besar dipecah menjadi molekul kecil atau bahkan asam amino. Enzim lisosom disintesis pada ribosom ER, kemudian masuk ke aparatus Golgi dalam vesikel transpor, di mana komponen karbohidrat sering ditambahkan ke dalamnya, sehingga mengubahnya menjadi glikolipid. Selanjutnya, enzim dikemas ke dalam membran alat Golgi dan berkembang darinya, sehingga berubah menjadi lisosom. Enzim hidrolitik lisosom membersihkan sel dari struktur sitoplasma yang rusak atau rusak serta membran berlebih yang tidak diperlukan lagi. Organel yang aus atau rusak menyatu dengan lisosom dan dicerna oleh enzim lisosom.

Betapa pentingnya aktivitas tersebut dapat dinilai dari manifestasi penyakit yang menyebabkan akumulasi berlebihan zat-zat tertentu di sitoplasma hanya karena zat-zat tersebut berhenti dihancurkan karena kekurangan salah satu enzim lisosom saja. Misalnya, pada penyakit Tay-Sachs yang bersifat herediter, terdapat defisiensi heksosaminidase, suatu enzim yang memecah galaktosida dalam sel saraf. Akibatnya, semua lisosom menjadi padat dengan zat-zat yang tidak tercerna, dan pasien tersebut mengalami gangguan neurologis yang serius. Enzim lisosom mampu memecah zat tidak hanya yang berasal dari internal, endogen, tetapi juga senyawa yang menembus sel dari luar melalui fagositosis atau pinositosis.

Sitoskeleton

Bentuk sel ditentukan oleh jaringan fibrillar, yaitu. protein berserat, yang dapat termasuk dalam salah satu dari tiga jenis: 1) mikrotubulus; 2) neurofilamen; 3) mikrofilamen (Gbr. 1.6). Protein fibrilar dirakit dari unit identik yang berulang - monomer. Jika kita menyatakan monomer dengan huruf M, maka struktur protein fibrilar dapat disederhanakan menjadi M-M-M-M-M... Jadi mikrotubulus dirakit dari molekul tubulin, mikrofilamen dari molekul aktin, dan perakitan serta pembongkaran terjadi sesuai kebutuhan. Dalam sel saraf, banyak, tetapi tidak semua, protein fibrilar berorientasi sepanjang proses - akson atau dendrit.

Mikrotubulus merupakan elemen sitoskeleton yang paling tebal, berbentuk silinder berongga dengan diameter 25-28 nm. Setiap silinder terbentuk dari 13 subunit – protofilamen, setiap protofilamen dirangkai dari molekul tubulin. Lokasi mikrotubulus dalam sel sangat menentukan bentuknya. Mikrotubulus berfungsi sebagai semacam rel stasioner di mana beberapa organel bergerak: vesikel sekretorik, mitokondria, lisosom. Kecepatan pergerakan akson tersebut dapat melebihi 15 mm/jam; jenis transpor aksonal ini disebut cepat.

Kekuatan pendorong di balik transpor cepat adalah protein khusus, kinesin, yang di salah satu ujung molekul terhubung ke organel yang diangkut, dan di ujung lain ke mikrotubulus, di mana ia meluncur, menggunakan energi ATP untuk bergerak. Molekul ATP berhubungan dengan mikrotubulus, dan kinesin memiliki aktivitas ATPase, enzim yang memecah ATP.

Neurofilamen dibentuk oleh untaian monomer yang dipilin berpasangan. Dua lilitan tersebut saling membungkus satu sama lain, membentuk protofilamen. Putaran dua protofilamen disebut protofibril, dan tiga protofibril yang dipilin secara heliks disebut neurofilamen, sejenis tali yang berdiameter sekitar 10 nm. Neurofilamen lebih sering ditemukan di dalam sel daripada protein fibrilar lainnya; struktur bengkok elastisnya menciptakan kerangka utama sitoskeleton.

Mereka mempertahankan perak nitrat dengan baik, dengan bantuan Golgi dan kemudian Ramon y Cajal menodai jaringan saraf, mempelajarinya dan meletakkan dasar bagi teori saraf. Pada beberapa lesi otak degeneratif, seperti pada penyakit Alzheimer, penyebab paling umum dari demensia pikun, bentuk neurofilamen berubah secara signifikan; mereka berkumpul menjadi jalinan khas Alzheimer.

Mikrofilamen adalah salah satu elemen sitoskeleton tertipis, diameternya hanya 3-5 nm. Mereka terbentuk dari molekul aktin bulat yang dirangkai seperti untaian manik ganda. Setiap monomer aktin mengandung molekul ATP, energi yang memberikan kontraksi mikrofilamen. Kontraksi semacam itu dapat mengubah bentuk sel, akson, atau dendritnya.

Ringkasan

Unit dasar semua organisme hidup, sel, dibatasi dari lingkungan oleh membran plasma, yang dibentuk oleh lipid dan beberapa jenis protein yang menentukan individualitas sel. Lintasan berbagai zat melalui membran sel dilakukan keluar melalui beberapa mekanisme transportasi. Inti sel berisi informasi genetik yang dikodekan oleh urutan empat nukleotida DNA. Informasi ini digunakan untuk pembentukan protein yang diperlukan sel dengan partisipasi mRNA. Sintesis protein terjadi pada ribosom, transformasi lebih lanjut molekul protein dilakukan di RE. Butiran sekretori terbentuk di peralatan Golgi, yang dirancang untuk mengirimkan informasi ke sel lain. Mitokondria menyediakan sel dengan jumlah energi yang diperlukan, sementara lisosom menghilangkan komponen sel yang tidak diperlukan. Protein sitoskeletal menciptakan bentuk sel dan berpartisipasi dalam mekanisme transportasi intraseluler.

Lisosom adalah vesikel yang dipisahkan dari badan Golgi dan tersuspensi di sitoplasma. Lisosom membentuk sistem pencernaan intraseluler yang memungkinkan sel memproses: (1) struktur sel yang rusak; (2) partikel nutrisi ditangkap oleh sel; (3) unsur yang tidak diinginkan seperti bakteri. Lisosom sel yang berbeda berbeda secara signifikan satu sama lain, namun diameternya biasanya 250-750 nm.

Lisosom dikelilingi oleh lapisan ganda lipid biasa dan mengandung sejumlah besar butiran kecil dengan diameter 5 hingga 8 nm. Isi butiran diwakili oleh agregat protein yang mengandung sekitar 40 hidrolase berbeda (enzim pengurai). Enzim hidrolitik mampu memecah zat organik menjadi dua atau lebih fragmen dengan menambahkan proton pada salah satunya dan ion hidroksil pada fragmen lainnya.
Ya, tupai menghidrolisis menjadi asam amino, glikogen - menjadi glukosa, lemak - menjadi gliserol dan asam lemak.

Selaput lisosom, sebagai aturan, mencegah enzim masuk langsung ke sitoplasma, sehingga mencegah sel mencerna sendiri. Namun, dalam beberapa kasus, integritas membran lisosom terganggu, sehingga enzim dapat keluar ke sitosol. Enzim-enzim ini kemudian memecah bahan organik yang berada di dekatnya menjadi monomer kecil yang mudah berdifusi seperti asam amino dan glukosa. Beberapa fungsi khusus lisosom diuraikan di bawah ini.

Peroksisom menyerupai lisosom Namun, ada dua perbedaan penting. Pertama, diyakini bahwa mereka terbentuk bukan dari badan Golgi, tetapi dari retikulum endoplasma melalui penyalinan sendiri atau tunas. Kedua, mereka lebih banyak mengandung oksidase daripada hidrolase. Banyak oksidase yang mampu mengubah oksigen dan proton yang dihasilkan dalam reaksi seluler menjadi hidrogen peroksida (H2O2).

Hidrogen peroksida- zat pengoksidasi kuat, yang bersama dengan katalase (salah satu oksidase peroksisom), digunakan oleh sel untuk mengoksidasi banyak zat berbahaya. Jadi, dengan menggunakan mekanisme ini, peroksisom sel hati menghancurkan sekitar setengah volume alkohol yang masuk ke dalam tubuh.

Salah satu fungsi penting dari banyak sel adalah sekresi zat tertentu. Hampir semua zat ini diproduksi dengan bantuan retikulum endoplasma dan aparatus Golgi, kemudian dilepaskan oleh retikulum endoplasma ke dalam sitoplasma dalam bentuk fasilitas penyimpanan khusus - vesikel sekretori, atau butiran sekretori. Vesikel ini menyimpan proenzim (enzim dalam keadaan tidak aktif), yang kemudian dilepaskan melalui membran sel ke luar dan masuk ke saluran pankreas, dan dari sana ke duodenum, di mana mereka diaktifkan dan digunakan untuk mencerna makanan.

Butiran sekretorik (vesikel sekretorik) sel asinar pankreas.

Mitokondria sel

Mitokondria secara kiasan disebut “stasiun energi” sel, tanpanya sel tidak akan mampu mengekstraksi energi dari nutrisi dan menjalankan fungsinya.

Mitokondria terletak di seluruh bagian sitoplasma, tetapi jumlah totalnya bergantung pada kebutuhan energi sel tertentu dan berkisar antara beberapa puluh hingga beberapa ribu keping. Selain itu, kepadatan distribusi mitokondria di sitoplasma paling tinggi di wilayah dengan aktivitas metabolisme tertinggi. Mitokondria dapat memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda. Mereka bisa berbentuk bulat (dengan diameter hanya beberapa ratus nanometer), memanjang (panjangnya sekitar 7 mikron dan diameter lebih dari 1 mikron), serta bercabang dan berserabut.

Struktur dasar mitokondria diwakili oleh dua membran - luar dan dalam, yang masing-masing terdiri dari lapisan ganda lipid dan protein. Banyak lipatan pada membran bagian dalam membentuk tonjolan yang disebut krista, tempat enzim oksidatif berikatan.

Selain itu, izinnya mitokondria diisi dengan matriks yang mengandung sejumlah besar enzim terlarut yang diperlukan untuk proses ekstraksi energi dari nutrisi. Enzim-enzim ini, bersama dengan enzim oksidatif yang juga terletak di krista, mendorong oksidasi nutrisi menjadi karbon dioksida dan air, yang mengarah pada pelepasan energi yang digunakan untuk sintesis zat berenergi tinggi - adenosin trifosfat (ATP). ATP yang dihasilkan berpindah dari mitokondria ke area sel yang memerlukan energi untuk menjalankan fungsi apa pun.

Mitokondria diklasifikasikan sebagai struktur yang dapat bereproduksi sendiri. Artinya, satu mitokondria, ketika kebutuhan energi ATP meningkat, dapat terpecah menjadi dua, tiga, dan seterusnya. Pembelahan terjadi karena adanya molekul asam deoksiribonukleat di mitokondria – sama seperti di inti sel. Di mitokondria, DNA melakukan fungsi serupa, mengatur reproduksi dirinya.

Video edukasi: struktur mitokondria dan fungsinya

Jika Anda mengalami masalah saat menonton, unduh video dari halaman tersebut

Isi artikel

SEL, satuan dasar makhluk hidup. Sel dibatasi dari sel lain atau dari lingkungan luar oleh membran khusus dan memiliki nukleus atau sejenisnya, di mana sebagian besar informasi kimia yang mengontrol hereditas terkonsentrasi. Sitologi mempelajari struktur sel, dan fisiologi berkaitan dengan fungsinya. Ilmu yang mempelajari jaringan yang tersusun atas sel disebut histologi.

Ada organisme uniseluler yang seluruh tubuhnya terdiri dari satu sel. Kelompok ini mencakup bakteri dan protista (protozoa dan alga uniseluler). Kadang-kadang mereka juga disebut aseluler, namun istilah uniseluler lebih sering digunakan. Hewan multiseluler sejati (Metazoa) dan tumbuhan (Metaphyta) mengandung banyak sel.

Sebagian besar jaringan terdiri dari sel, namun ada beberapa pengecualian. Tubuh jamur lendir (myxomycetes), misalnya, terdiri dari zat homogen yang tidak terbagi menjadi sel-sel dengan banyak inti. Beberapa jaringan hewan, khususnya otot jantung, disusun dengan cara yang sama. Tubuh vegetatif (thallus) jamur dibentuk oleh benang mikroskopis - hifa, sering tersegmentasi; setiap utas tersebut dapat dianggap setara dengan sel, meskipun bentuknya tidak lazim.

Beberapa struktur tubuh yang tidak ikut serta dalam metabolisme, khususnya cangkang, mutiara atau dasar mineral tulang, tidak dibentuk oleh sel, tetapi oleh produk sekresinya. Lainnya, seperti kayu, kulit kayu, tanduk, rambut dan lapisan luar kulit, tidak berasal dari sekretorik, tetapi terbentuk dari sel-sel mati.

Organisme kecil, seperti rotifera, hanya terdiri dari beberapa ratus sel. Sebagai perbandingan: di dalam tubuh manusia terdapat sekitar. 10 14 sel, setiap detik 3 juta sel darah merah mati dan digantikan oleh yang baru, dan ini hanya sepersepuluh juta dari jumlah sel tubuh.

Biasanya, ukuran sel tumbuhan dan hewan berdiameter 5 hingga 20 mikron. Sel bakteri pada umumnya jauh lebih kecil—kira-kira. 2 mikron, dan yang terkecil yang diketahui adalah 0,2 mikron.

Beberapa sel yang hidup bebas, seperti protozoa seperti foraminifera, bisa mencapai beberapa sentimeter; mereka selalu memiliki banyak inti. Sel-sel serat tumbuhan tipis mencapai panjang satu meter, dan prosesus sel saraf mencapai beberapa meter pada hewan besar. Dengan panjang sebesar itu, volume sel-sel tersebut kecil, namun permukaannya sangat besar.

Sel terbesar adalah telur burung yang tidak dibuahi dan diisi kuning telur. Telur terbesar (dan karenanya sel terbesar) milik burung besar yang telah punah - apyornis ( Aepyornis). Agaknya kuning telurnya memiliki berat kira-kira. 3,5kg. Telur terbesar di antara spesies hidup adalah milik burung unta; kuning telurnya memiliki berat kira-kira. 0,5kg.

Biasanya, sel hewan dan tumbuhan besar hanya sedikit lebih besar dari sel organisme kecil. Seekor gajah lebih besar dari tikus bukan karena selnya lebih besar, tetapi terutama karena selnya sendiri lebih banyak. Ada kelompok hewan, seperti rotifera dan nematoda, yang jumlah sel dalam tubuhnya tetap. Jadi, meskipun spesies nematoda besar memiliki jumlah sel yang lebih banyak daripada spesies kecil, perbedaan utama dalam ukuran dalam hal ini disebabkan oleh ukuran sel yang lebih besar.

Dalam tipe sel tertentu, ukurannya biasanya bergantung pada ploidi, yaitu pada jumlah set kromosom yang ada dalam nukleus. Sel tetraploid (dengan empat set kromosom) memiliki volume dua kali lebih besar dibandingkan sel diploid (dengan dua set kromosom). Ploidi suatu tanaman dapat ditingkatkan dengan memasukkan obat herbal colchicine ke dalamnya. Karena tanaman yang terkena efek ini memiliki sel yang lebih besar, maka tanaman itu sendiri juga lebih besar. Namun, fenomena ini hanya dapat diamati pada poliploid yang baru muncul. Pada tumbuhan poliploid purba yang berevolusi, ukuran sel mengalami “pengaturan terbalik” menuju nilai normal meskipun ada peningkatan jumlah kromosom.

STRUKTUR SEL

Pada suatu waktu, sel dianggap sebagai setetes bahan organik yang kurang lebih homogen, yang disebut protoplasma atau zat hidup. Istilah ini menjadi usang setelah ditemukan bahwa sel terdiri dari banyak struktur yang jelas berbeda yang disebut organel seluler (“organ kecil”).

Komposisi kimia.

Biasanya, 70–80% massa sel adalah air, di mana berbagai garam dan senyawa organik dengan berat molekul rendah dilarutkan. Komponen sel yang paling khas adalah protein dan asam nukleat. Beberapa protein adalah komponen struktural sel, yang lain adalah enzim, mis. katalis yang menentukan kecepatan dan arah reaksi kimia yang terjadi dalam sel. Asam nukleat berfungsi sebagai pembawa informasi herediter, yang diwujudkan dalam proses sintesis protein intraseluler.

Seringkali sel mengandung sejumlah zat penyimpan yang berfungsi sebagai cadangan makanan. Sel tumbuhan terutama menyimpan pati, suatu bentuk polimer karbohidrat. Polimer karbohidrat lainnya, glikogen, disimpan di sel hati dan otot. Makanan yang sering disimpan juga mengandung lemak, meskipun beberapa lemak mempunyai fungsi berbeda, yaitu berfungsi sebagai komponen struktural penting. Protein di dalam sel (kecuali sel benih) biasanya tidak disimpan.

Tidak mungkin menggambarkan komposisi khas suatu sel, terutama karena terdapat perbedaan besar dalam jumlah makanan dan air yang disimpan. Sel hati misalnya mengandung 70% air, 17% protein, 5% lemak, 2% karbohidrat, dan 0,1% asam nukleat; 6% sisanya berasal dari garam dan senyawa organik dengan berat molekul rendah, khususnya asam amino. Sel tumbuhan biasanya mengandung lebih sedikit protein, lebih banyak karbohidrat, dan lebih banyak air; pengecualiannya adalah sel-sel yang berada dalam keadaan istirahat. Sel istirahat dari biji gandum, yang merupakan sumber nutrisi bagi embrio, mengandung kira-kira. 12% protein (kebanyakan protein tersimpan), 2% lemak, dan 72% karbohidrat. Jumlah air mencapai tingkat normal (70–80%) hanya pada awal perkecambahan biji-bijian.

Bagian utama sel.

Beberapa sel, kebanyakan tumbuhan dan bakteri, memiliki dinding sel luar. Pada tumbuhan tingkat tinggi terdiri dari selulosa. Dinding mengelilingi sel itu sendiri, melindunginya dari tekanan mekanis. Sel, terutama sel bakteri, juga dapat mengeluarkan zat lendir sehingga membentuk kapsul di sekelilingnya, yang seperti halnya dinding sel, mempunyai fungsi pelindung.

Kematian banyak bakteri di bawah pengaruh penisilin dikaitkan dengan penghancuran dinding sel. Faktanya adalah bahwa di dalam sel bakteri konsentrasi garam dan senyawa bermolekul rendah sangat tinggi, oleh karena itu, jika tidak ada dinding penguat, masuknya air ke dalam sel yang disebabkan oleh tekanan osmotik dapat menyebabkan pecahnya sel. Penisilin, yang mencegah pembentukan dindingnya selama pertumbuhan sel, menyebabkan pecahnya sel (lisis).

Dinding sel dan kapsul tidak ikut serta dalam metabolisme dan seringkali dapat dipisahkan tanpa membunuh sel. Dengan demikian, mereka dapat dianggap sebagai bagian tambahan eksternal sel. Sel hewan biasanya tidak memiliki dinding sel dan kapsul.

Sel itu sendiri terdiri dari tiga bagian utama. Di bawah dinding sel, jika ada, terdapat membran sel. Membran mengelilingi bahan heterogen yang disebut sitoplasma. Inti bulat atau oval terbenam di sitoplasma. Di bawah ini kita akan melihat lebih detail struktur dan fungsi bagian-bagian sel tersebut.

MEMBRAN SEL

Membran sel merupakan bagian sel yang sangat penting. Ini menyatukan semua komponen seluler dan menggambarkan lingkungan internal dan eksternal. Selain itu, lipatan membran sel yang dimodifikasi membentuk banyak organel sel.

Membran sel adalah lapisan ganda molekul (lapisan bimolekuler, atau bilayer). Ini terutama molekul fosfolipid dan zat lain yang terkait dengannya. Molekul lipid memiliki sifat ganda, yang diwujudkan dalam perilakunya dalam kaitannya dengan air. Kepala molekul bersifat hidrofilik, yaitu. memiliki afinitas terhadap air, dan ekor hidrokarbonnya bersifat hidrofobik. Oleh karena itu, bila dicampur dengan air, lipid membentuk lapisan pada permukaannya yang mirip dengan lapisan minyak; Selain itu, semua molekulnya berorientasi dengan cara yang sama: kepala molekul berada di dalam air, dan ekor hidrokarbon berada di atas permukaannya.

Ada dua lapisan seperti itu di dalam membran sel, dan di masing-masing lapisan itu kepala molekul menghadap ke luar, dan ekornya menghadap ke dalam membran, satu menghadap yang lain, sehingga tidak bersentuhan dengan air. Ketebalan membran tersebut kira-kira. 7nm. Selain komponen lipid utama, ia mengandung molekul protein besar yang mampu “mengambang” dalam lapisan ganda lipid dan disusun sedemikian rupa sehingga satu sisi menghadap ke dalam sel, dan sisi lainnya bersentuhan dengan lingkungan luar. Beberapa protein hanya terdapat pada bagian luar atau hanya pada permukaan dalam membran, atau hanya terendam sebagian dalam lapisan ganda lipid.

Fungsi utama membran sel adalah mengatur pengangkutan zat masuk dan keluar sel. Karena membran secara fisik agak mirip dengan minyak, zat yang larut dalam minyak atau pelarut organik, seperti eter, dapat melewatinya dengan mudah. Hal yang sama berlaku untuk gas seperti oksigen dan karbon dioksida. Pada saat yang sama, membran ini praktis kedap terhadap sebagian besar zat yang larut dalam air, khususnya gula dan garam. Berkat sifat tersebut, ia mampu menjaga lingkungan kimia di dalam sel yang berbeda dengan di luar. Misalnya, di dalam darah konsentrasi ion natrium tinggi dan ion kalium rendah, sedangkan di cairan intraseluler ion-ion ini terdapat dalam perbandingan yang berlawanan. Situasi serupa juga terjadi pada banyak senyawa kimia lainnya.

Namun jelas bahwa sel tidak dapat sepenuhnya diisolasi dari lingkungan, karena sel harus menerima zat-zat yang diperlukan untuk metabolisme dan membuang produk akhirnya. Selain itu, lapisan ganda lipid tidak sepenuhnya kedap bahkan terhadap zat yang larut dalam air, dan zat yang menembusnya. Protein “pembentuk saluran” menciptakan pori-pori, atau saluran, yang dapat membuka dan menutup (tergantung pada perubahan konformasi protein) dan, dalam keadaan terbuka, menghantarkan ion tertentu (Na +, K +, Ca 2+) sepanjang gradien konsentrasi . Akibatnya, perbedaan konsentrasi di dalam dan di luar sel tidak dapat dipertahankan hanya karena rendahnya permeabilitas membran. Faktanya, ia mengandung protein yang menjalankan fungsi “pompa” molekuler: mereka mengangkut zat-zat tertentu ke dalam dan ke luar sel, bekerja melawan gradien konsentrasi. Akibatnya, ketika konsentrasi, misalnya asam amino di dalam sel tinggi dan rendah di luar, asam amino tetap dapat mengalir dari lingkungan luar ke lingkungan internal. Perpindahan ini disebut transpor aktif, dan menggunakan energi yang disuplai oleh metabolisme. Pompa membran sangat spesifik: masing-masing pompa hanya mampu mengangkut ion logam tertentu, atau asam amino, atau gula. Saluran ion membran juga spesifik.

Permeabilitas selektif seperti itu secara fisiologis sangat penting, dan ketidakhadirannya merupakan bukti pertama kematian sel. Hal ini mudah diilustrasikan dengan contoh bit. Jika akar bit hidup direndam dalam air dingin, pigmennya tetap dipertahankan; jika bit direbus, sel-selnya mati, menjadi mudah ditembus dan kehilangan pigmennya, sehingga air menjadi merah.

Sel dapat “menelan” molekul besar seperti protein. Di bawah pengaruh protein tertentu, jika ada dalam cairan yang mengelilingi sel, terjadi invaginasi pada membran sel, yang kemudian menutup, membentuk vesikel - vakuola kecil yang berisi molekul air dan protein; Setelah itu, selaput di sekitar vakuola pecah, dan isinya masuk ke dalam sel. Proses ini disebut pinositosis (secara harfiah berarti “meminum sel”), atau endositosis.

Partikel yang lebih besar, seperti partikel makanan, dapat diserap dengan cara yang sama selama disebut. fagositosis. Biasanya, vakuola yang terbentuk selama fagositosis berukuran lebih besar, dan makanan dicerna oleh enzim lisosom di dalam vakuola sebelum membran di sekitarnya pecah. Jenis nutrisi ini khas pada protozoa, misalnya amuba, yang memakan bakteri. Namun, kemampuan fagositosis merupakan ciri sel usus hewan tingkat rendah dan fagosit, salah satu jenis sel darah putih (leukosit) vertebrata. Dalam kasus terakhir, arti dari proses ini bukan pada nutrisi fagosit itu sendiri, tetapi pada penghancuran bakteri, virus, dan bahan asing lainnya yang berbahaya bagi tubuh.

Fungsi vakuola mungkin berbeda. Misalnya, protozoa yang hidup di air tawar mengalami aliran air osmotik yang konstan, karena konsentrasi garam di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di luar. Mereka mampu mengeluarkan air ke dalam vakuola ekskretoris khusus (kontraktil), yang secara berkala mendorong isinya keluar.

Sel tumbuhan sering kali memiliki satu vakuola sentral besar yang menempati hampir seluruh sel; sitoplasma hanya membentuk lapisan yang sangat tipis antara dinding sel dan vakuola. Salah satu fungsi vakuola tersebut adalah untuk menampung air, sehingga ukuran sel dapat bertambah dengan cepat. Kemampuan ini terutama diperlukan pada saat jaringan tanaman tumbuh dan membentuk struktur berserat.

Dalam jaringan, di tempat sel-sel terhubung erat, membrannya mengandung banyak pori-pori yang dibentuk oleh protein yang menembus membran - yang disebut. koneksi. Pori-pori sel yang berdekatan terletak saling berhadapan, sehingga zat bermolekul rendah dapat berpindah dari sel ke sel - sistem komunikasi kimia ini mengoordinasikan aktivitas vitalnya. Salah satu contoh koordinasi tersebut adalah pembelahan sel tetangga yang kurang lebih sinkron yang diamati di banyak jaringan.

SITOPLASM

Sitoplasma mengandung membran dalam yang mirip dengan membran luar dan membentuk berbagai jenis organel. Membran ini dapat dianggap sebagai lipatan membran luar; kadang-kadang membran dalam merupakan satu kesatuan dengan membran luar, tetapi sering kali lipatan dalam tidak terikat dan kontak dengan membran luar terputus. Namun, meskipun kontak tetap terjaga, membran dalam dan luar tidak selalu identik secara kimia. Secara khusus, komposisi protein membran berbeda pada organel seluler yang berbeda.

Retikulum endoplasma.

Jaringan membran internal yang terdiri dari tubulus dan vesikel membentang dari permukaan sel hingga nukleus. Jaringan ini disebut retikulum endoplasma. Seringkali diketahui bahwa tubulus terbuka pada permukaan sel, dan retikulum endoplasma memainkan peran sebagai alat mikrosirkulasi di mana lingkungan luar dapat berinteraksi langsung dengan seluruh isi sel. Interaksi ini telah ditemukan di beberapa sel, khususnya sel otot, namun belum jelas apakah bersifat universal. Bagaimanapun, pengangkutan sejumlah zat melalui tubulus ini dari satu bagian sel ke bagian sel lainnya sebenarnya terjadi.

Benda kecil yang disebut ribosom menutupi permukaan retikulum endoplasma, terutama di dekat nukleus. Diameter ribosom kira-kira. 15 nm, mereka terdiri dari setengah protein, setengah asam ribonukleat. Fungsi utamanya adalah sintesis protein; messenger RNA dan asam amino yang terkait dengan transfer RNA melekat pada permukaannya. Daerah retikulum yang ditutupi ribosom disebut retikulum endoplasma kasar, dan yang tidak memiliki ribosom disebut halus. Selain ribosom, berbagai enzim teradsorpsi pada retikulum endoplasma atau melekat padanya, termasuk sistem enzim yang memastikan penggunaan oksigen untuk pembentukan sterol dan untuk netralisasi racun tertentu. Dalam kondisi yang tidak menguntungkan, retikulum endoplasma dengan cepat mengalami degenerasi, dan oleh karena itu kondisinya berfungsi sebagai indikator sensitif kesehatan sel.

Aparat Golgi.

Aparatus Golgi (kompleks Golgi) adalah bagian khusus dari retikulum endoplasma, terdiri dari kantung membran datar bertumpuk. Ini terlibat dalam sekresi protein oleh sel (di dalamnya terjadi pengemasan protein yang disekresikan menjadi butiran) dan oleh karena itu terutama dikembangkan dalam sel yang melakukan fungsi sekretori. Fungsi penting aparatus Golgi juga mencakup perlekatan gugus karbohidrat ke protein dan penggunaan protein tersebut untuk membangun membran sel dan membran lisosom. Pada beberapa alga, serat selulosa disintesis di alat Golgi.

Lisosom

- Ini adalah gelembung kecil yang dikelilingi oleh satu membran. Mereka bertunas dari badan Golgi dan mungkin dari retikulum endoplasma. Lisosom mengandung berbagai enzim yang memecah molekul besar, khususnya protein. Karena tindakan destruktifnya, enzim-enzim ini seolah-olah “terkunci” di lisosom dan dilepaskan hanya jika diperlukan. Jadi, selama pencernaan intraseluler, enzim dilepaskan dari lisosom ke dalam vakuola pencernaan. Lisosom juga diperlukan untuk penghancuran sel; misalnya, selama transformasi kecebong menjadi katak dewasa, pelepasan enzim lisosom memastikan penghancuran sel ekor. Dalam hal ini, ini normal dan bermanfaat bagi tubuh, tetapi terkadang kerusakan sel tersebut bersifat patologis. Misalnya, debu asbes yang terhirup dapat menembus sel paru-paru, kemudian lisosom pecah, kerusakan sel, dan penyakit paru berkembang.

Mitokondria dan kloroplas.

Mitokondria adalah struktur mirip kantung yang relatif besar dengan struktur yang agak rumit. Mereka terdiri dari matriks yang dikelilingi oleh membran dalam, ruang antar membran dan membran luar. Membran bagian dalam terlipat menjadi lipatan yang disebut krista. Kelompok protein terletak pada krista. Banyak di antaranya merupakan enzim yang mengkatalisis oksidasi produk pemecahan karbohidrat; yang lain mengkatalisis reaksi sintesis dan oksidasi lemak. Enzim tambahan yang terlibat dalam proses ini dilarutkan dalam matriks mitokondria.

Oksidasi zat organik terjadi di mitokondria, ditambah dengan sintesis adenosin trifosfat (ATP). Pemecahan ATP menjadi adenosin difosfat (ADP) disertai dengan pelepasan energi, yang digunakan untuk berbagai proses vital, misalnya pada sintesis protein dan asam nukleat, pengangkutan zat masuk dan keluar sel, transmisi. impuls saraf atau kontraksi otot. Mitokondria merupakan stasiun energi yang memproses “bahan bakar” – lemak dan karbohidrat – menjadi bentuk energi yang dapat digunakan oleh sel, dan juga tubuh secara keseluruhan.

Sel tumbuhan juga mengandung mitokondria, tetapi sumber energi utama selnya adalah cahaya. Energi cahaya digunakan oleh sel-sel ini untuk menghasilkan ATP dan mensintesis karbohidrat dari karbon dioksida dan air. Klorofil, pigmen yang mengakumulasi energi cahaya, ditemukan di kloroplas. Kloroplas, seperti mitokondria, memiliki membran dalam dan luar. Dari pertumbuhan membran bagian dalam selama perkembangan kloroplas, muncul apa yang disebut kloroplas. membran tilakoid; yang terakhir berbentuk kantong pipih, dikumpulkan dalam tumpukan seperti kolom koin; tumpukan ini, disebut grana, mengandung klorofil. Selain klorofil, kloroplas mengandung semua komponen lain yang diperlukan untuk fotosintesis.

Beberapa kloroplas khusus tidak melakukan fotosintesis, namun memiliki fungsi lain, seperti menyimpan pati atau pigmen.

Otonomi relatif.

Dalam beberapa hal, mitokondria dan kloroplas berperilaku seperti organisme otonom. Misalnya, seperti halnya sel itu sendiri, yang hanya muncul dari sel, mitokondria dan kloroplas hanya terbentuk dari mitokondria dan kloroplas yang sudah ada sebelumnya. Hal ini ditunjukkan dalam percobaan pada sel tumbuhan, di mana pembentukan kloroplas ditekan oleh antibiotik streptomisin, dan pada sel ragi, di mana pembentukan mitokondria ditekan oleh obat lain. Setelah dampak seperti itu, sel tidak pernah memulihkan organel yang hilang. Alasannya adalah mitokondria dan kloroplas mengandung sejumlah materi genetik (DNA) sendiri yang mengkode sebagian strukturnya. Jika DNA ini hilang, yang terjadi ketika pembentukan organel ditekan, maka struktur tersebut tidak dapat diciptakan kembali. Kedua jenis organel ini memiliki sistem sintesis proteinnya sendiri (ribosom dan RNA transfer), yang agak berbeda dari sistem sintesis protein utama sel; misalnya diketahui bahwa sistem organel yang mensintesis protein dapat ditekan dengan bantuan antibiotik, namun tidak berpengaruh pada sistem utama.

Organel DNA bertanggung jawab atas sebagian besar pewarisan ekstrachromosomal, atau sitoplasma. Keturunan ekstrachromosomal tidak mematuhi hukum Mendel, karena ketika sel membelah, DNA organel ditransmisikan ke sel anak dengan cara yang berbeda dari kromosom. Studi tentang mutasi yang terjadi pada DNA organel dan DNA kromosom menunjukkan bahwa DNA organel hanya bertanggung jawab atas sebagian kecil struktur organel; sebagian besar protein mereka dikodekan dalam gen yang terletak pada kromosom.

Otonomi genetik parsial dari organel yang dipertimbangkan dan ciri-ciri sistem sintesis proteinnya menjadi dasar asumsi bahwa mitokondria dan kloroplas berasal dari bakteri simbiosis yang menetap di sel 1-2 miliar tahun yang lalu. Contoh modern dari simbiosis tersebut adalah alga fotosintetik kecil yang hidup di dalam sel beberapa karang dan moluska. Alga memberikan oksigen kepada inangnya dan menerima nutrisi darinya.

Struktur fibrilar.

Sitoplasma sel adalah cairan kental, sehingga tegangan permukaan akan menyebabkan sel dianggap berbentuk bola kecuali sel-sel tersebut tersusun rapat. Namun, hal ini biasanya tidak diperhatikan. Banyak protozoa memiliki integumen atau membran padat yang memberikan sel bentuk non-bola yang spesifik. Namun demikian, bahkan tanpa membran, sel dapat mempertahankan bentuk non-bola karena sitoplasma disusun menggunakan banyak serat paralel yang agak kaku. Yang terakhir ini dibentuk oleh mikrotubulus berongga, yang terdiri dari unit protein yang disusun dalam bentuk spiral.

Beberapa protozoa membentuk pseudopodia - proyeksi sitoplasma yang panjang dan tipis yang digunakan untuk menangkap makanan. Pseudopodia mempertahankan bentuknya karena kekakuan mikrotubulus. Jika tekanan hidrostatik meningkat hingga kira-kira 100 atmosfer, mikrotubulus akan hancur dan sel berbentuk tetesan. Ketika tekanan kembali normal, mikrotubulus berkumpul kembali dan sel membentuk pseudopodia. Banyak sel lain bereaksi dengan cara yang sama terhadap perubahan tekanan, yang menegaskan partisipasi mikrotubulus dalam mempertahankan bentuk sel. Perakitan dan disintegrasi mikrotubulus, yang diperlukan agar sel dapat berubah bentuk dengan cepat, terjadi bahkan tanpa adanya perubahan tekanan.

Mikrotubulus juga membentuk struktur fibrilar yang berfungsi sebagai organ pergerakan sel. Beberapa sel memiliki tonjolan seperti cambuk yang disebut flagela, atau silia - pemukulannya memastikan pergerakan sel di dalam air. Jika sel tidak bergerak, struktur ini mendorong air, partikel makanan, dan partikel lain menuju atau menjauhi sel. Flagelanya relatif besar, dan biasanya sel hanya mempunyai satu, terkadang beberapa, flagela. Silia jauh lebih kecil dan menutupi seluruh permukaan sel. Meskipun struktur-struktur ini terutama merupakan karakteristik yang paling sederhana, mereka juga dapat hadir dalam bentuk-bentuk yang sangat terorganisir. Pada tubuh manusia, seluruh saluran pernafasan dilapisi oleh silia. Partikel kecil yang masuk biasanya tertahan oleh lendir di permukaan sel, dan silia mendorongnya bersama lendir keluar, sehingga melindungi paru-paru. Sel reproduksi jantan pada sebagian besar hewan dan beberapa tumbuhan tingkat rendah bergerak dengan bantuan flagel.

Ada jenis pergerakan seluler lainnya. Salah satunya adalah gerakan amoeboid. Amoeba, serta beberapa sel organisme multiseluler, “mengalir” dari satu tempat ke tempat lain, mis. bergerak karena arus isi sel. Arus materi yang konstan juga ada di dalam sel tumbuhan, namun tidak menyebabkan pergerakan sel secara keseluruhan. Jenis gerakan seluler yang paling banyak dipelajari adalah kontraksi sel otot; itu dilakukan dengan menggeser fibril (benang protein) relatif satu sama lain, yang menyebabkan pemendekan sel.

INTI

Nukleus dikelilingi oleh membran ganda. Ruang yang sangat sempit (sekitar 40 nm) antara dua membran disebut perinuklear. Membran inti masuk ke dalam membran retikulum endoplasma, dan ruang perinuklear terbuka ke dalam ruang retikuler. Biasanya membran inti mempunyai pori-pori yang sangat sempit. Rupanya, molekul besar diangkut melaluinya, seperti messenger RNA, yang disintesis pada DNA dan kemudian memasuki sitoplasma.

Sebagian besar materi genetik terletak di kromosom inti sel. Kromosom terdiri dari rantai panjang DNA beruntai ganda, tempat melekatnya protein basa (yaitu basa). Kadang-kadang kromosom memiliki beberapa untai DNA identik yang terletak bersebelahan - kromosom seperti itu disebut politen (beruntai banyak). Jumlah kromosom bervariasi antar spesies. Sel diploid tubuh manusia mengandung 46 kromosom atau 23 pasang.

Dalam sel yang tidak membelah, kromosom menempel pada satu atau lebih titik pada membran inti. Dalam keadaan normalnya yang tidak melingkar, kromosom sangat tipis sehingga tidak terlihat di bawah mikroskop cahaya. Di lokus (bagian) tertentu dari satu atau lebih kromosom, tubuh padat terbentuk, yang terdapat di inti sebagian besar sel - yang disebut. nukleolus. Di dalam nukleolus, terjadi sintesis dan akumulasi RNA yang digunakan untuk membangun ribosom, serta beberapa jenis RNA lainnya.

PEMBELAHAN SEL

Meskipun semua sel muncul dari pembelahan sel sebelumnya, tidak semua sel terus membelah. Misalnya, sel-sel saraf di otak, setelah terbentuk, tidak membelah. Jumlah mereka secara bertahap berkurang; Jaringan otak yang rusak tidak dapat pulih melalui regenerasi. Jika sel terus membelah, maka ditandai dengan siklus sel yang terdiri dari dua tahap utama: interfase dan mitosis.

Interfase sendiri terdiri dari tiga fase: G 1, S dan G 2. Di bawah ini adalah durasinya, tipikal sel tumbuhan dan hewan.

G 1 (4–8 jam). Fase ini dimulai segera setelah kelahiran sel. Selama fase G1, sel, kecuali kromosom (yang tidak berubah), meningkatkan massanya. Jika sel tidak membelah lebih lanjut, ia tetap berada dalam fase ini.

S (6–9 jam). Massa sel terus bertambah, dan terjadi penggandaan (duplikasi) DNA kromosom. Namun, struktur kromosom tetap tunggal, meskipun massanya berlipat ganda, karena dua salinan dari setiap kromosom (kromatid) masih terhubung satu sama lain di sepanjang panjangnya.

G2. Massa sel terus bertambah hingga kira-kira dua kali massa aslinya, dan kemudian terjadi mitosis.

Setelah kromosom diduplikasi, masing-masing sel anak akan menerima satu set kromosom lengkap. Pembelahan sel sederhana tidak dapat mencapai hal ini - hasil ini dicapai melalui proses yang disebut mitosis. Tanpa menjelaskan secara rinci, awal dari proses ini harus dianggap sebagai penyelarasan kromosom pada bidang ekuator sel. Kemudian setiap kromosom membelah secara longitudinal menjadi dua kromatid, yang mulai menyimpang ke arah yang berlawanan, menjadi kromosom independen. Akibatnya, satu set kromosom lengkap terletak di kedua ujung sel. Sel kemudian membelah menjadi dua, dan setiap sel anak menerima satu set kromosom lengkap.

Berikut ini adalah gambaran mitosis pada tipikal sel hewan. Biasanya dibagi menjadi empat tahap.

I. Profase. Struktur seluler khusus - sentriol - berlipat ganda (terkadang penggandaan ini terjadi pada periode S-interfase), dan kedua sentriol mulai menyimpang ke kutub inti yang berlawanan. Membran nuklir hancur; pada saat yang sama, protein khusus bergabung (agregat), membentuk mikrotubulus dalam bentuk benang. Sentriol, yang sekarang terletak di kutub sel yang berlawanan, memiliki efek pengorganisasian pada mikrotubulus, yang akibatnya berbaris secara radial, membentuk struktur yang menyerupai bunga aster (“bintang”). Benang mikrotubulus lainnya membentang dari satu sentriol ke sentriol lainnya, membentuk apa yang disebut. spindel fisi. Pada saat ini, kromosom berada dalam keadaan spiral menyerupai pegas. Mereka terlihat jelas di mikroskop cahaya, terutama setelah pewarnaan. Dalam profase, kromosom dibelah, tetapi kromatid masih tetap berpasangan di zona sentromer - organel kromosom yang fungsinya mirip dengan sentriol. Sentromer juga mempunyai efek pengorganisasian pada filamen gelendong, yang sekarang membentang dari sentriol ke sentromer dan dari sentriol ke sentriol lainnya.

II. Metafase. Kromosom-kromosom yang sampai saat ini tersusun secara acak, mulai bergerak, seolah-olah ditarik oleh benang-benang gelendong yang menempel pada sentromernya, dan lambat laun berbaris pada bidang yang sama pada posisi tertentu dan pada jarak yang sama dari kedua kutub. Sentromer yang terletak pada bidang yang sama bersama dengan kromosom membentuk apa yang disebut. lempeng khatulistiwa. Sentromer yang menghubungkan pasangan kromatid membelah, setelah itu kromosom saudaranya terpisah sepenuhnya.

AKU AKU AKU. Anafase. Kromosom masing-masing pasangan bergerak berlawanan arah menuju kutub, seolah-olah ditarik oleh benang gelendong. Dalam hal ini, benang juga terbentuk di antara sentromer kromosom berpasangan.

IV. Telofase. Segera setelah kromosom mendekati kutub yang berlawanan, sel itu sendiri mulai membelah di sepanjang bidang tempat lempeng khatulistiwa berada. Hasilnya, dua sel terbentuk. Benang gelendong hancur, kromosom terlepas dan menjadi tidak terlihat, dan membran inti terbentuk di sekelilingnya. Sel kembali ke fase interfase G 1. Seluruh proses mitosis memakan waktu sekitar satu jam.

Rincian mitosis agak berbeda-beda di antara jenis sel yang berbeda. Sel tumbuhan yang khas membentuk gelendong tetapi tidak memiliki sentriol. Pada jamur, mitosis terjadi di dalam nukleus, tanpa terlebih dahulu disintegrasi membran nukleus.

Pembelahan sel itu sendiri, yang disebut sitokinesis, tidak memiliki hubungan yang erat dengan mitosis. Terkadang satu atau lebih mitosis terjadi tanpa pembelahan sel; Akibatnya, terbentuk sel berinti banyak, yang sering ditemukan pada alga. Jika inti telur bulu babi dikeluarkan melalui mikromanipulasi, gelendong akan terus terbentuk dan telur akan terus membelah. Hal ini menunjukkan bahwa keberadaan kromosom bukanlah syarat mutlak terjadinya pembelahan sel.

Reproduksi secara mitosis disebut reproduksi aseksual, reproduksi vegetatif atau kloning. Aspek terpentingnya adalah genetik: dengan reproduksi seperti itu, tidak ada perbedaan faktor keturunan pada keturunannya. Sel anak yang dihasilkan secara genetik sama persis dengan sel induk. Mitosis adalah satu-satunya cara reproduksi diri pada spesies yang tidak memiliki reproduksi seksual, seperti banyak organisme bersel tunggal. Namun, bahkan pada spesies dengan reproduksi seksual, sel-sel tubuh membelah melalui mitosis dan berasal dari satu sel, yaitu sel telur yang telah dibuahi, dan oleh karena itu semuanya identik secara genetik. Tumbuhan tingkat tinggi dapat bereproduksi secara aseksual (menggunakan mitosis) melalui bibit dan sulur (contoh yang terkenal adalah stroberi).

Reproduksi seksual organisme dilakukan dengan bantuan sel khusus, yang disebut. gamet - oosit (telur) dan sperma (sperma). Gamet menyatu membentuk satu sel - zigot. Setiap gamet bersifat haploid, mis. mempunyai satu set kromosom. Dalam himpunan tersebut, semua kromosom berbeda, tetapi setiap kromosom sel telur berhubungan dengan salah satu kromosom sperma. Oleh karena itu, zigot sudah mengandung sepasang kromosom yang bersesuaian satu sama lain, yang disebut homolog. Kromosom homolog serupa karena memiliki gen atau varian (alel) yang sama yang menentukan ciri-ciri tertentu. Misalnya, salah satu kromosom berpasangan mungkin memiliki gen yang mengkode golongan darah A, dan yang lainnya mungkin memiliki varian yang mengkode golongan darah B. Kromosom zigot yang berasal dari sel telur adalah kromosom ibu, dan kromosom yang berasal dari sperma adalah kromosom ayah.

Sebagai hasil dari pembelahan mitosis yang berulang, organisme multiseluler atau banyak sel yang hidup bebas muncul dari zigot yang dihasilkan, seperti yang terjadi pada protozoa yang bereproduksi secara seksual dan pada alga uniseluler.

Selama pembentukan gamet, set kromosom diploid yang ada dalam zigot harus dikurangi setengahnya. Jika hal ini tidak terjadi, maka pada setiap generasi peleburan gamet akan menyebabkan penggandaan set kromosom. Pengurangan jumlah kromosom haploid terjadi sebagai akibat dari pembelahan reduksi - yang disebut. meiosis, yang merupakan varian dari mitosis.

Pembelahan dan rekombinasi.

Keunikan meiosis adalah bahwa selama pembelahan sel, lempeng ekuator dibentuk oleh pasangan kromosom homolog, dan bukan oleh duplikasi kromosom individu, seperti pada mitosis. Kromosom berpasangan, yang masing-masing tetap tunggal, menyimpang ke kutub sel yang berlawanan, sel membelah, dan sebagai hasilnya, sel anak menerima setengah set kromosom dibandingkan dengan zigot.

Misalnya, asumsikan bahwa himpunan haploid terdiri dari dua kromosom. Di dalam zigot (dan karenanya di semua sel organisme yang menghasilkan gamet) terdapat kromosom ibu A dan B serta kromosom ayah A" dan B". Selama meiosis mereka dapat membelah sebagai berikut:

Hal terpenting dalam contoh ini adalah kenyataan bahwa ketika kromosom menyimpang, himpunan ibu dan ayah yang asli belum tentu terbentuk, namun rekombinasi gen dimungkinkan, seperti pada gamet AB" dan A"B pada diagram di atas.

Sekarang anggaplah pasangan kromosom AA" mengandung dua alel - A Dan B– gen yang menentukan golongan darah A dan B. Demikian pula, pasangan kromosom “BB” mengandung alel M Dan N gen lain yang menentukan golongan darah M dan N. Pemisahan alel tersebut dapat dilakukan sebagai berikut:

Jelasnya, gamet yang dihasilkan dapat mengandung salah satu kombinasi alel kedua gen berikut: saya, bn, bm atau sebuah.

Jika jumlah kromosom lebih banyak, maka pasangan alel akan memisah secara independen menurut prinsip yang sama. Artinya, zigot yang sama dapat menghasilkan gamet dengan kombinasi alel gen yang berbeda dan menimbulkan genotipe yang berbeda pada keturunannya.

Divisi Meiotik.

Kedua contoh tersebut menggambarkan prinsip meiosis. Faktanya, meiosis adalah proses yang jauh lebih kompleks, karena melibatkan dua pembelahan yang berurutan. Hal utama dalam meiosis adalah kromosom hanya berlipat ganda satu kali, sedangkan sel membelah dua kali, akibatnya jumlah kromosom berkurang dan himpunan diploid berubah menjadi haploid.

Selama profase pembelahan pertama, kromosom homolog berkonjugasi, yaitu berpasangan. Sebagai hasil dari proses yang sangat tepat ini, setiap gen berakhir berlawanan dengan homolognya pada kromosom lain. Kedua kromosom kemudian berlipat ganda, tetapi kromatid tetap terhubung satu sama lain melalui sentromer yang sama.

Dalam metafase, keempat kromatid yang terhubung berbaris membentuk lempeng ekuator, seolah-olah mereka adalah satu kromosom yang diduplikasi. Bertentangan dengan apa yang terjadi pada mitosis, sentromer tidak membelah. Akibatnya, setiap sel anak menerima sepasang kromatid yang masih dihubungkan oleh sentromer. Selama pembelahan kedua, kromosom-kromosom, yang sudah menjadi individu, berbaris kembali, membentuk, seperti pada mitosis, lempeng ekuator, tetapi penggandaannya tidak terjadi selama pembelahan ini. Sentromer kemudian membelah dan setiap sel anak menerima satu kromatid.

Pembelahan sitoplasma.

Sebagai hasil dari dua pembelahan meiosis sel diploid, terbentuk empat sel. Ketika sel reproduksi pria terbentuk, diperoleh empat sperma dengan ukuran yang kira-kira sama. Ketika telur terbentuk, pembelahan sitoplasma terjadi sangat tidak merata: satu sel tetap besar, sedangkan tiga sel lainnya sangat kecil sehingga hampir seluruhnya ditempati oleh nukleus. Sel-sel kecil ini, yang disebut. badan kutub hanya berfungsi untuk menampung kelebihan kromosom yang terbentuk akibat meiosis. Sebagian besar sitoplasma yang diperlukan untuk zigot tetap berada dalam satu sel - sel telur.

Konjugasi dan pindah silang.

Selama konjugasi, kromatid kromosom homolog dapat pecah dan kemudian bergabung dalam tatanan baru, bertukar bagian sebagai berikut:

Pertukaran bagian kromosom homolog ini disebut pindah silang. Seperti ditunjukkan di atas, pindah silang menyebabkan munculnya kombinasi baru alel gen terkait. Jadi, jika kromosom aslinya memiliki kombinasi AB Dan ab, kemudian setelah menyeberang mereka akan berisi Ab Dan aB. Mekanisme munculnya kombinasi gen baru ini melengkapi efek penyortiran kromosom independen yang terjadi selama meiosis. Perbedaannya adalah pindah silang memisahkan gen-gen pada kromosom yang sama, sedangkan penyortiran independen hanya memisahkan gen-gen pada kromosom berbeda.

PERGANTIAN GENERASI

SEL PRIMITIF: PROKARYOT

Semua hal di atas berlaku untuk sel tumbuhan, hewan, protozoa, dan alga bersel tunggal, yang secara kolektif disebut eukariota. Eukariota berevolusi dari bentuk yang lebih sederhana, prokariota, yang sekarang diwakili oleh bakteri, termasuk archaebacteria dan cyanobacteria (yang terakhir sebelumnya disebut ganggang biru-hijau). Dibandingkan dengan sel eukariotik, sel prokariotik lebih kecil dan memiliki lebih sedikit organel seluler. Mereka memiliki membran sel tetapi tidak memiliki retikulum endoplasma, dan ribosom mengapung bebas di sitoplasma. Mitokondria tidak ada, tetapi enzim oksidatif biasanya menempel pada membran sel, sehingga setara dengan mitokondria. Prokariota juga kekurangan kloroplas, dan klorofil, jika ada, hadir dalam bentuk butiran yang sangat kecil.

Prokariota tidak memiliki inti yang tertutup membran, meskipun lokasi DNA dapat diidentifikasi berdasarkan kepadatan optiknya. Setara dengan kromosom adalah untaian DNA, biasanya berbentuk lingkaran, dengan lebih sedikit protein yang menempel. Rantai DNA melekat pada membran sel pada satu titik. Tidak ada mitosis pada prokariota. Ini digantikan oleh proses berikut: DNA berlipat ganda, setelah itu membran sel mulai tumbuh di antara titik-titik perlekatan dua salinan molekul DNA yang berdekatan, yang akibatnya secara bertahap menyimpang. Sel akhirnya membelah di antara titik perlekatan molekul DNA, membentuk dua sel, masing-masing dengan salinan DNA sendiri.

PEMBEDAAN SEL

Tumbuhan dan hewan multiseluler berevolusi dari organisme bersel tunggal yang sel-selnya, setelah membelah, tetap bersatu membentuk koloni. Awalnya, semua sel adalah identik, namun evolusi selanjutnya memunculkan diferensiasi. Pertama-tama, sel somatik (yaitu sel tubuh) dan sel germinal dibedakan. Diferensiasi lebih lanjut menjadi lebih rumit - semakin banyak jenis sel yang berbeda muncul. Ontogenesis - perkembangan individu organisme multiseluler - secara umum mengulangi proses evolusi ini (filogeni).

Secara fisiologis, sel berdiferensiasi sebagian dengan meningkatkan satu atau beberapa ciri umum pada semua sel. Misalnya, fungsi kontraktil ditingkatkan pada sel otot, yang mungkin disebabkan oleh perbaikan mekanisme yang melakukan gerakan amoeboid atau jenis gerakan lain pada sel yang kurang terspesialisasi. Contoh serupa adalah sel akar berdinding tipis dengan prosesnya, yang disebut. rambut akar, yang berfungsi menyerap garam dan air; sampai taraf tertentu, fungsi ini melekat pada semua sel. Terkadang spesialisasi dikaitkan dengan perolehan struktur dan fungsi baru - contohnya adalah perkembangan organ lokomotor (flagel) pada sperma.

Diferensiasi pada tingkat sel atau jaringan telah dipelajari secara rinci. Kita tahu, misalnya, bahwa kadang-kadang hal itu terjadi secara mandiri, yaitu. satu jenis sel dapat berubah menjadi sel lain, apa pun jenis sel sel tetangganya. Namun, yang disebut induksi embrio adalah fenomena di mana satu jenis jaringan merangsang sel-sel jenis lain untuk berdiferensiasi ke arah tertentu.

Secara umum, diferensiasi tidak dapat diubah, yaitu. sel yang sangat berdiferensiasi tidak dapat berubah menjadi jenis sel lain. Namun hal ini tidak selalu terjadi, terutama pada sel tumbuhan.

Perbedaan struktur dan fungsi pada akhirnya ditentukan oleh jenis protein apa yang disintesis di dalam sel. Karena sintesis protein dikendalikan oleh gen, dan kumpulan gen di semua sel tubuh adalah sama, diferensiasi harus bergantung pada aktivasi atau inaktivasi gen tertentu di berbagai jenis sel. Regulasi aktivitas gen terjadi pada tingkat transkripsi, yaitu. pembentukan messenger RNA menggunakan DNA sebagai cetakan. Hanya gen yang ditranskripsi yang menghasilkan protein. Protein yang disintesis dapat memblokir transkripsi, tetapi terkadang juga mengaktifkannya. Selain itu, karena protein adalah produk gen, beberapa gen dapat mengontrol transkripsi gen lain. Hormon, khususnya steroid, juga terlibat dalam regulasi transkripsi. Gen yang sangat aktif dapat diduplikasi (digandakan) berkali-kali untuk menghasilkan lebih banyak RNA pembawa pesan.

Perkembangan tumor ganas sering dianggap sebagai kasus khusus diferensiasi sel. Namun munculnya sel ganas merupakan akibat dari perubahan struktur DNA (mutasi), dan bukan proses transkripsi dan translasi menjadi protein DNA normal.

METODE MEMPELAJARI SEL

Mikroskop cahaya.

Dalam mempelajari bentuk dan struktur sel, alat pertama adalah mikroskop cahaya. Daya pisahnya dibatasi oleh dimensi yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya (0,4–0,7 μm untuk cahaya tampak). Namun, banyak elemen struktur seluler yang ukurannya jauh lebih kecil.

Kesulitan lainnya adalah sebagian besar komponen seluler bersifat transparan dan memiliki indeks bias hampir sama dengan air. Untuk meningkatkan visibilitas, pewarna yang memiliki afinitas berbeda terhadap komponen seluler berbeda sering digunakan. Pewarnaan juga digunakan untuk mempelajari kimia sel. Misalnya, beberapa pewarna lebih disukai berikatan dengan asam nukleat dan dengan demikian menunjukkan lokasinya di dalam sel. Sebagian kecil pewarna—disebut pewarna intravital—dapat digunakan untuk mewarnai sel hidup, namun biasanya sel harus diperbaiki terlebih dahulu (menggunakan zat penggumpal protein) sebelum dapat diwarnai. Cm. HISTOLOGI.

Sebelum pengujian, sel atau potongan jaringan biasanya dibenamkan dalam parafin atau plastik lalu dipotong menjadi beberapa bagian yang sangat tipis menggunakan mikrotom. Metode ini banyak digunakan di laboratorium klinis untuk mengidentifikasi sel tumor. Selain mikroskop cahaya konvensional, metode optik lain untuk mempelajari sel telah dikembangkan: mikroskop fluoresensi, mikroskop fase kontras, spektroskopi, dan analisis difraksi sinar-X.

Mikroskop elektron.

Mikroskop elektron memiliki resolusi kira-kira. 1–2nm. Ini cukup untuk mempelajari molekul protein besar. Biasanya objek perlu diwarnai dan dikontraskan dengan garam logam atau logam. Karena alasan ini, dan juga karena objek diperiksa dalam ruang hampa, hanya sel-sel mati yang dapat dipelajari dengan menggunakan mikroskop elektron.

Autoradiografi.

Jika isotop radioaktif yang diserap oleh sel selama metabolisme ditambahkan ke media, lokalisasi intraselulernya kemudian dapat dideteksi menggunakan autoradiografi. Dengan metode ini, bagian sel yang tipis ditempatkan pada film. Film ini menjadi gelap di bawah tempat di mana isotop radioaktif berada.

Sentrifugasi.

Untuk studi biokimia komponen seluler, sel harus dihancurkan - secara mekanis, kimia, atau ultrasonik. Komponen yang dilepaskan tersuspensi dalam cairan dan dapat diisolasi dan dimurnikan dengan sentrifugasi (paling sering dalam gradien kepadatan). Biasanya, komponen yang dimurnikan tersebut mempertahankan aktivitas biokimia yang tinggi.

Kultur sel.

Beberapa jaringan dapat dibagi menjadi sel-sel individual sehingga sel-sel tersebut tetap hidup dan seringkali mampu bereproduksi. Fakta ini secara definitif menegaskan gagasan sel sebagai suatu unit kehidupan. Spons, organisme multiseluler primitif, dapat dipisahkan menjadi sel-sel dengan menggosokkannya melalui saringan. Setelah beberapa waktu, sel-sel ini menyambung kembali dan membentuk spons. Jaringan embrio hewan dapat dibuat untuk berdisosiasi menggunakan enzim atau cara lain yang melemahkan ikatan antar sel.

Ahli embriologi Amerika R. Harrison (1879–1959) adalah orang pertama yang menunjukkan bahwa sel embrionik dan bahkan beberapa sel dewasa dapat tumbuh dan berkembang biak di luar tubuh dalam lingkungan yang sesuai. Teknik ini, yang disebut kultur sel, disempurnakan oleh ahli biologi Perancis A. Carrel (1873–1959). Sel tumbuhan juga dapat ditumbuhkan dalam kultur, namun dibandingkan dengan sel hewan, sel tersebut membentuk rumpun yang lebih besar dan melekat lebih kuat satu sama lain, sehingga jaringan terbentuk seiring pertumbuhan kultur, bukan sel individual. Dalam kultur sel, seluruh tanaman dewasa, seperti wortel, dapat ditumbuhkan dari satu sel.

Bedah Mikro.

Dengan menggunakan mikromanipulator, setiap bagian sel dapat dihilangkan, ditambah, atau dimodifikasi dengan cara tertentu. Sel amuba besar dapat dibagi menjadi tiga komponen utama – membran sel, sitoplasma dan nukleus, dan kemudian komponen-komponen ini dapat disusun kembali untuk membentuk sel hidup. Dengan cara ini, sel buatan yang terdiri dari komponen berbagai jenis amuba dapat diperoleh.

Jika kita memperhitungkan bahwa beberapa komponen seluler dapat disintesis secara artifisial, maka eksperimen dalam merakit sel buatan mungkin merupakan langkah pertama menuju penciptaan bentuk kehidupan baru di laboratorium. Karena setiap organisme berkembang dari satu sel, metode pembuatan sel buatan pada prinsipnya memungkinkan pembuatan organisme dari jenis tertentu, jika pada saat yang sama menggunakan komponen yang sedikit berbeda dari yang ditemukan pada sel yang sudah ada. Namun kenyataannya, sintesis lengkap seluruh komponen seluler tidak diperlukan. Struktur sebagian besar, jika tidak seluruh, komponen sel ditentukan oleh asam nukleat. Dengan demikian, masalah penciptaan organisme baru bermuara pada sintesis asam nukleat jenis baru dan penggantiannya dengan asam nukleat alami dalam sel tertentu.

Fusi sel.

Jenis sel buatan lainnya dapat diperoleh dengan menggabungkan sel dari spesies yang sama atau berbeda. Untuk mencapai fusi, sel-sel terkena enzim virus; dalam hal ini, permukaan luar dua sel direkatkan, dan membran di antara keduanya dihancurkan, dan sel terbentuk di mana dua set kromosom terbungkus dalam satu inti. Dimungkinkan untuk menggabungkan sel-sel dari jenis yang berbeda atau pada tahap pembelahan yang berbeda. Dengan menggunakan metode ini, dimungkinkan untuk memperoleh sel hibrida dari tikus dan ayam, manusia dan tikus, serta manusia dan katak. Sel-sel tersebut hanya bersifat hibrid pada awalnya, dan setelah banyak pembelahan sel, mereka kehilangan sebagian besar kromosom dari salah satu jenis atau jenis lainnya. Produk akhir, misalnya, pada dasarnya adalah sel tikus yang tidak memiliki atau hanya memiliki sedikit gen manusia. Yang menarik adalah perpaduan sel normal dan ganas. Dalam beberapa kasus, hibrida menjadi ganas, pada kasus lain tidak, yaitu. kedua sifat tersebut dapat memanifestasikan dirinya sebagai dominan dan resesif. Hal ini merupakan hal yang tidak terduga, karena keganasan dapat disebabkan oleh berbagai faktor dan memiliki mekanisme yang kompleks.

Literatur:

Ham A., Cormack D. Histologi, jilid 1.M., 1982
Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. Biologi sel molekuler, jilid 1.M., 1994

Berat otak dibandingkan dengan berat badan adalah sekitar 2%, namun pada saat yang sama ia mengkonsumsi 12-17% glukosa dan hingga 20% oksigen dari total anggaran tubuh, tidak ada satupun yang disimpan untuk penggunaan di masa depan. tetapi digunakan segera. Oksidasi glukosa terjadi di mitokondria, yang berfungsi sebagai stasiun energi sel. Semakin intens aktivitas suatu sel, semakin banyak pula mitokondria yang dikandungnya.Dalam sel saraf, mereka tersebar cukup merata di sitoplasma, tetapi mereka dapat berpindah ke sana dan mengubah bentuknya.

Lisosom adalah vesikel dengan diameter 250-500 nm, dibatasi oleh membrannya sendiri, di dalamnya terdapat berbagai proteolitik, yaitu. protein yang memecah enzim. Dengan bantuan enzim ini, molekul protein besar dipecah menjadi molekul kecil atau bahkan asam amino. Enzim lisosom disintesis pada ribosom RE, kemudian dalam vesikel transpor memasuki aparatus Golgi, di mana komponen karbohidrat sering ditambahkan ke dalamnya, sehingga mengubahnya menjadi glikolipid. Selanjutnya, enzim dikemas ke dalam membran alat Golgi dan berkembang darinya, sehingga berubah menjadi lisosom. Enzim hidrolitik lisosom membersihkan sel dari struktur sitoplasma yang rusak atau rusak serta membran berlebih yang tidak diperlukan lagi. Organel yang aus atau rusak menyatu dengan lisosom dan dicerna oleh enzim lisosom.