namai 4 auditorija Lizosomos ir mitochondrijos veikia. Lizosomos ir peroksisomos. Ląstelės mitochondrijos. Funkcijos narve

Lizosomos ir mitochondrijos veikia. Lizosomos ir peroksisomos. Ląstelės mitochondrijos. Funkcijos narve

Lizosomos. Mitochondrijos. plastidai

1. Kokia yra struktūra ir funkcijos ATP?
2. Kokias plastidžių rūšis žinote?

Kai fagocitozės ar pinocitozės būdu į ląstelę patenka įvairios maistinės medžiagos, jos turi būti virškinamos. Kuriame voverės turi suskaidyti į atskiras aminorūgštis, polisacharidus - iki gliukozės ar fruktozės molekulių, lipidai- gliceroliui ir riebalų rūgštims. Kad būtų įmanomas tarpląstelinis virškinimas, fagocitinė arba pinocitinė pūslelė turi susilieti su lizosoma (25 pav.). Lizosoma yra nedidelė, tik 0,5–1,0 mikrono skersmens pūslelė, kurioje yra daug fermentų, galinčių sunaikinti maistines medžiagas. Vienoje lizosomoje gali būti 30-50 skirtingų fermentų.

Pamokos turinys Pamokos metmenys ir pagalbinis rėmas Pamokos pristatymas Akceleraciniai metodai ir interaktyvios technologijos Uždarieji pratimai (tik mokytojams) Vertinimas Praktika užduotys ir pratybos, savianalizės dirbtuvės, laboratorija, atvejai užduočių sudėtingumo lygis: normalus, aukštas, olimpiados namų darbai Iliustracijos iliustracijos: vaizdo klipai, garso įrašai, nuotraukos, grafika, lentelės, komiksai, daugialypės terpės esė lustai, skirti smalsiems lovelių humorui, parabolės, anekdotai, posakiai, kryžiažodžiai, citatos Priedai išorinis nepriklausomas testavimas (VNT) vadovėliai pagrindinės ir papildomos teminės šventės, šūkiai straipsniai nacionalinės ypatybės žodynėlis kiti terminai Tik mokytojams

Smegenų masė, palyginti su kūno svoriu, yra apie 2%, tačiau tuo pat metu jos sunaudoja 12-17% gliukozės ir iki 20% deguonies iš viso kūno biudžeto, ir nė vienas iš jų nėra kaupiamas. būsimam naudojimui, bet naudojamas nedelsiant. Gliukozės oksidacija vyksta mitochondrijose, kurios veikia kaip ląstelės jėgainės. Kuo intensyvesnė ląstelės veikla, tuo daugiau joje yra mitochondrijų. Nervinėse ląstelėse jie gana tolygiai pasiskirstę citoplazmoje, tačiau gali ten judėti ir keisti savo formą.

Mitochondrijų skersmuo svyruoja nuo 0,4 iki 1 mikrono, jie turi dvi membranas, išorinę ir vidinę, kurių kiekviena yra šiek tiek plonesnė už ląstelės membraną. Vidinėje membranoje yra daug į lentyną panašių ataugų arba krislių. Dėl tokių krislų žymiai padidėja mitochondrijų darbinis paviršius. Mitochondrijų viduje yra skystis, kuriame kalcis ir magnis kaupiasi tankių granulių pavidalu. Kristaluose ir vidinėje mitochondrijų erdvėje yra kvėpavimo fermentų, kurių pagalba oksiduojami glikolizės produktai – anaerobinis gliukozės skilimas, riebalų rūgščių metabolitai, aminorūgštys. Šių junginių išsiskyrusi energija kaupiama adenozino trifosforo rūgšties (ATP) molekulėse, kurios susidaro mitochondrijose fosforilinant adenozino difosforo rūgšties (ADP) molekules.

Mitochondrijos turi savo DNR ir RNR, taip pat ribosomas, kuriose sintetinami tam tikri baltymai. Ši aplinkybė suteikia pagrindo mitochondrijas vadinti pusiau autonominėmis organelėmis. Jų gyvenimo trukmė trumpa ir maždaug pusė ląstelėje esančių mitochondrijų atsinaujina kas 10-12 dienų: formuojasi naujos mitochondrijos, kurios pakeis išsekusias ir sunaikintas mitochondrijas.

Lizosomos – tai 250-500 nm skersmens pūslelės, apribotos savo membrana, kuriose yra įvairių proteolitinių, t.y. virškina baltymus, fermentus. Šių fermentų pagalba didelės baltymų molekulės suskirstomos į mažas ar net aminorūgštis. Lizosomų fermentai sintetinami ER ribosomose, tada transportinėse pūslelėse jie patenka į Golgi aparatą, kur dažnai sujungiami angliavandenių komponentu, taip paverčiant juos glikolipidais. Be to, fermentai yra supakuoti į Golgi aparato membraną ir iš jos išsiskiria, taip virsdami lizosoma. Hidroliziniai lizosomų fermentai išvalo ląstelę nuo susidėvėjusių ar griūvančių citoplazminių struktūrų, nuo nereikalingų tapusių membranų pertekliaus. Susidėvėję ar pažeisti organelės susilieja su lizosomomis ir yra virškinamos lizosomų fermentų.

Kiek svarbi tokia veikla, galima spręsti iš ligų, kurios lemia per didelį bet kokių medžiagų kaupimąsi citoplazmoje, apraiškas tik todėl, kad jos nustoja naikinti dėl vos vieno iš lizosomų fermentų trūkumo. Pavyzdžiui, sergant paveldima Tay-Sachs liga, trūksta heksosaminidazės – fermento, kuris skaido galaktozidus nervinėse ląstelėse. Dėl to visos lizosomos yra tankiai prikimštos šių nesuvirškintų medžiagų, tokiems pacientams išsivysto rimti neurologiniai sutrikimai. Lizosomų fermentai geba skaidyti ne tik vidinės, endogeninės kilmės medžiagas, bet ir fagocitozės ar pinocitozės būdu iš išorės į ląstelę prasiskverbiančius junginius.

citoskeletas

Ląstelės formą lemia fibrilinis tinklas, t.y. skaiduliniai baltymai, kurie gali būti vieno iš trijų tipų: 1) mikrovamzdeliai; 2) neurofilamentai; 3) mikrofilamentai (1.6 pav.). Fibriliniai baltymai surenkami iš pasikartojančių identiškų vienetų – monomerų. Jei monomerą žymėsime raide M, tai fibrilinio baltymo struktūrą galima supaprastinti kaip M-M-M-M-M... Taigi mikrovamzdeliai surenkami iš tubulino molekulių, mikrofilamentai - iš aktino molekulių, o surinkimas-išardymas vyksta pagal poreikį. Nervinėse ląstelėse daugelis, bet ne visi, fibrilinių baltymų yra orientuoti pagal procesus - aksonus arba dendritus.

Mikrovamzdeliai yra storiausi citoskeleto elementai, jie yra tuščiavidurių cilindrų, kurių skersmuo 25–28 nm, pavidalu. Kiekvienas cilindras suformuotas iš 13 subvienetų – protofilamentų, kiekvienas protofilamentas surenkamas iš tubulino molekulių. Mikrotubulių vieta ląstelėje daugiausia lemia jos formą. Mikrovamzdeliai tarnauja kaip tam tikri stacionarūs bėgiai, kuriais juda kai kurios organelės: sekrecinės pūslelės, mitochondrijos, lizosomos. Tokio judėjimo greitis aksone gali viršyti 15 mm/val., toks aksonų pernešimas vadinamas greituoju.

Greito transportavimo varomoji jėga yra specialus baltymo kinezinas, kuris viename molekulės gale yra prijungtas prie pernešamos organelės, o kitame gale su mikrotubulu, kuriuo slenka, naudodamas ATP energiją judėjimui. ATP molekulės yra susijusios su mikrovamzdeliais, o kinezinas turi ATPazės – fermento, kuris skaido ATP, aktyvumą.

Neurofilamentai susidaro iš susuktų porų monomerų gijų. Du tokie posūkiai yra susukti vienas aplink kitą, suformuojant protofilamentą. Dviejų protofilamentų posūkis yra protofibrilė, o trys spirališkai susuktos protofibrilės yra neurofilamentas, tam tikra virvė, kurios skersmuo yra apie 10 nm. Neurofilamentai ląstelėje randami dažniau nei kiti fibriliniai baltymai, jų elastinga susukta struktūra sudaro pagrindinį citoskeleto karkasą.

Jie gerai išlaiko sidabro nitratą, kurio pagalba Golgi, o paskui Ramonas y Cajalas nudažė nervinį audinį, jį ištyrė ir padėjo pagrindus nervų teorijai. Esant kai kuriems degeneraciniams smegenų pažeidimams, pavyzdžiui, sergant Alzheimerio liga – dažniausia senatvinės silpnaprotystės priežastimi, labai pasikeičia neurofilamentų forma, jie susirenka į būdingus Alzheimerio raizginius.

Mikrofilamentai yra vieni ploniausių citoskeleto elementų, jų skersmuo yra tik 3-5 nm. Jie yra suformuoti iš sferinių aktino molekulių, surinktų kaip dviguba karoliukų eilutė. Kiekviename aktino monomere yra ATP molekulė, kurios energija užtikrina mikrofilamentų susitraukimą. Tokie susitraukimai gali pakeisti ląstelės formą, jos aksoną ar dendritus.

Santrauka

Elementarus visų gyvų organizmų vienetas – ląstelę nuo aplinkos riboja plazminė membrana, kurią sudaro lipidai ir kelių rūšių baltymai, lemiantys ląstelės individualumą.Atliekamas įvairių medžiagų perėjimas per ląstelės membraną. keliais transportavimo mechanizmais. Ląstelės branduolyje yra genetinė informacija, užkoduota keturių DNR nukleotidų seka. Ši informacija naudojama ląstelei būtinų baltymų formavimui, dalyvaujant mRNR. Baltymų sintezė vyksta ribosomose, tolesnės baltymų molekulių transformacijos vykdomos ER. Golgi aparate susidaro sekrecinės granulės, skirtos perduoti informaciją kitoms ląstelėms. Mitochondrijos aprūpina ląstelės veiklą reikiamu energijos kiekiu, lizosomos pašalina nereikalingus ląstelės komponentus. Citoskeleto baltymai sukuria ląstelės formą, dalyvauja tarpląstelinio transportavimo mechanizmuose.

Lizosomos yra pūslelės, atskirtos nuo Golgi aparato ir suspenduotos citoplazmoje. Lizosomos sudaro tarpląstelinę virškinimo sistemą, kuri leidžia ląstelėms apdoroti: (1) pažeistas ląstelių struktūras; (2) maistinių medžiagų dalelės, kurias sugauna ląstelė; (3) nepageidaujami elementai, tokie kaip bakterijos. Skirtingų ląstelių lizosomos viena nuo kitos labai skiriasi, tačiau jų skersmuo dažniausiai būna 250-750 nm.

Lizosoma yra apsuptas įprasto lipidų dvigubo sluoksnio ir turi daug mažų nuo 5 iki 8 nm skersmens granulių. Granulių kiekį atspindi baltymų agregatai, kuriuose yra apie 40 skirtingų hidrolazių (skaldymo fermentų). Hidroliziniai fermentai gali suskaidyti organines medžiagas į du ar daugiau fragmentų, prie vieno iš jų prijungdami protoną, o prie kito – hidroksido joną.
Taip, voverės hidrolizuotasį aminorūgštis, glikogeną į gliukozę, riebalus į glicerolį ir riebalų rūgštis.

Membrana lizosomos, kaip taisyklė, neleidžia fermentams tiesiogiai patekti į citoplazmą, taip neleidžiant ląstelei savarankiškai virškinti. Tačiau kai kuriais atvejais pažeidžiamas lizosomų membranų vientisumas, dėl kurio fermentai patenka į citozolį. Tada šie fermentai suskaido organines medžiagas arti į mažus, lengvai difuzuojančius monomerus, tokius kaip aminorūgštys ir gliukozė. Kai kurios specifinės lizosomų funkcijos yra aprašytos žemiau.

Peroksisomos primena lizosomos tačiau turi du svarbius skirtumus. Pirma, manoma, kad jie susidaro ne iš Golgi aparato, o iš endoplazminio tinklelio savaime kopijuojant arba formuojant pumpurus. Antra, juose daugiausia yra oksidazių, o ne hidrolazių. Daugelis oksidazių gali paversti deguonį ir protonus, susidariusius ląstelių reakcijose, į vandenilio peroksidą (H2O2).

Vandenilio peroksidas- stiprus oksidatorius, kurį kartu su katalaze (viena iš peroksisomų oksidazių) ląstelė naudoja daugeliui jai kenksmingų medžiagų oksiduoti. Taigi šio mechanizmo pagalba kepenų ląstelių peroksisomos sunaikina apie pusę į organizmą patenkančio alkoholio tūrio.

Viena iš svarbių daugelio ląstelių funkcijų yra tam tikrų medžiagų sekrecija. Beveik visos šios medžiagos gaminamos endoplazminio tinklelio ir Golgi aparato pagalba, vėliau pastarojo išskiriamos į citoplazmą tam tikros saugyklos – sekrecinių pūslelių arba sekrecinių granulių – pavidalu. Šiose pūslelėse kaupiami profermentai (neaktyvios būsenos fermentai), kurie vėliau per ląstelės membraną išsiskiria į išorę ir patenka į kasos lataką, o iš ten – į dvylikapirštę žarną, kur aktyvuojami ir naudojami maistui virškinti.

Kasos acinarinių ląstelių sekrecinės granulės (sekrecinės pūslelės).

Ląstelių mitochondrijos

Mitochondrijos perkeltine prasme vadinamos ląstelės „energetinės stotys“, be jų ląstelė negalėtų išgauti energijos iš maistinių medžiagų ir atlikti savo funkcijų.

Mitochondrijos yra visose citoplazmos skyriuose, tačiau bendras jų skaičius priklauso nuo konkrečios ląstelės energijos poreikių ir svyruoja nuo kelių dešimčių iki kelių tūkstančių vienetų. Be to, mitochondrijų pasiskirstymo tankis citoplazmoje yra didžiausias toje srityje, kurioje yra didžiausias metabolinis aktyvumas. Mitochondrijos gali būti įvairių formų ir dydžių. Jos yra apvalios (tik kelių šimtų nanometrų skersmens), pailgos (apie 7 mikronų ilgio ir daugiau nei 1 mikrono skersmens), taip pat šakotos ir siūliškos.

Pagrindinės struktūros mitochondrijos yra atstovaujamos dviem membranomis - išorine ir vidine, kurių kiekviena susideda iš lipidų dvigubo sluoksnio ir baltymų. Daugybė vidinės membranos raukšlių sudaro iškyšas, vadinamas cristae, prie kurių jungiasi oksidaciniai fermentai.

Be to, šviesa mitochondrijos užpildyta matrica, kurioje yra daug ištirpusių fermentų, reikalingų energijos išgavimo iš maistinių medžiagų procesams. Šie fermentai kartu su oksidaciniais fermentais, taip pat esančiais kristose, skatina maistinių medžiagų oksidaciją iki anglies dioksido ir vandens, todėl išsiskiria energija, kuri naudojama makroerginės medžiagos adenozino trifosfato (ATP) sintezei. Gautas ATP juda iš mitochondrijų į ląstelės sritį, kur reikia energijos bet kuriai funkcijai atlikti.

Mitochondrijos vadinamos savaime besidauginančiomis struktūromis. Tai reiškia, kad vieną mitochondriją, padidėjus ATP energijos poreikiui, galima suskirstyti į dvi, tris ir kt. Dalijimasis įvyksta dėl to, kad mitochondrijose yra dezoksiribonukleino rūgšties molekulių – taip pat kaip ir ląstelės branduolyje. Mitochondrijose DNR atlieka panašią funkciją – reguliuoja jų savaiminį dauginimąsi.

Mokomasis filmukas: mitochondrijų sandara ir jų funkcijos

Jei kyla problemų žiūrint, atsisiųskite vaizdo įrašą iš puslapio

Straipsnio turinys

CELL, elementarus gyvenimo vienetas. Ląstelė nuo kitų ląstelių arba nuo išorinės aplinkos atskirta specialia membrana ir turi branduolį ar jo atitikmenį, kuriame sutelkta pagrindinė paveldimumą valdančios cheminės informacijos dalis. Citologija tiria ląstelės struktūrą, o fiziologija – su funkcionavimu. Mokslas, tiriantis audinių ląsteles, vadinamas histologija.

Yra vienaląsčių organizmų, kurių kūną sudaro tik viena ląstelė. Šiai grupei priklauso bakterijos ir protistai (pirmuoniai ir vienaląsčiai dumbliai). Kartais jie dar vadinami neląsteliniais, tačiau dažniau vartojamas terminas vienaląsčiai. Tikruose daugialąsčiuose gyvūnuose (Metazoa) ir augaluose (Metaphyta) yra daug ląstelių.

Didžiąją daugumą audinių sudaro ląstelės, tačiau yra keletas išimčių. Pavyzdžiui, gleivių pelėsių (miksomicetų) kūnas susideda iš vienalytės, neląstelinės medžiagos su daugybe branduolių. Kai kurie gyvūnų audiniai, ypač širdies raumuo, yra organizuoti panašiai. Grybų vegetatyvinį kūną (talą) sudaro mikroskopiniai siūlai – hifai, dažnai segmentuoti; kiekvienas toks siūlas gali būti laikomas narvelio atitikmeniu, nors ir netipiškos formos.

Kai kurias organizmo struktūras, nedalyvaujančias medžiagų apykaitoje, pavyzdžiui, kriaukles, perlus ar mineralinį kaulų pagrindą, formuoja ne ląstelės, o jų sekrecijos produktai. Kiti, tokie kaip mediena, žievė, ragai, plaukai ir išorinis odos sluoksnis, nėra sekrecinės kilmės, o susidaro iš negyvų ląstelių.

Maži organizmai, tokie kaip rotiferiai, susideda tik iš kelių šimtų ląstelių. Palyginimui: žmogaus organizme yra apie. 10 14 ląstelių, joje kas antrą 3 milijonai eritrocitų miršta ir pakeičiami naujais, ir tai tik dešimt milijonų viso kūno ląstelių skaičiaus.

Paprastai augalų ir gyvūnų ląstelių dydžiai svyruoja nuo 5 iki 20 mikronų skersmens. Tipiška bakterijų ląstelė yra daug mažesnė – apytiksliai. 2 µm, o mažiausias žinomas yra 0,2 µm.

Kai kurios laisvai gyvenančios ląstelės, pavyzdžiui, pirmuonys, tokie kaip foraminifera, gali būti kelių centimetrų ilgio; jie visada turi daug branduolių. Plonų augalų skaidulų ląstelės siekia vieno metro ilgį, o nervinių ląstelių procesai stambiuose gyvūnuose siekia kelis metrus. Esant tokiam ilgiui, šių ląstelių tūris yra mažas, o paviršius yra labai didelis.

Didžiausios ląstelės yra neapvaisinti paukščių kiaušiniai, užpildyti tryniu. Didžiausias kiaušinis (taigi ir didžiausia ląstelė) priklausė išnykusiam didžiuliam paukščiui - epiorniui ( Aepyornis). Manoma, kad jo trynys svėrė apytiksliai. 3,5 kg. Didžiausias gyvų rūšių kiaušinis priklauso stručiui, jo trynys sveria apytiksliai. 0,5 kg.

Paprastai didelių gyvūnų ir augalų ląstelės yra tik šiek tiek didesnės nei mažų organizmų ląstelės. Dramblys yra didesnis už pelę ne todėl, kad jo ląstelės yra didesnės, o daugiausia dėl to, kad pačios ląstelės yra daug didesnės. Yra gyvūnų grupių, tokių kaip rotiferiai ir nematodai, kurių organizme ląstelių skaičius išlieka pastovus. Taigi, nors didelės nematodų rūšys turi didesnį ląstelių skaičių nei mažos, pagrindinis dydžio skirtumas šiuo atveju yra dėl didelio ląstelių dydžio.

Tam tikro tipo ląstelėse jų dydžiai dažniausiai priklauso nuo ploidiškumo, t.y. dėl chromosomų rinkinių, esančių branduolyje, skaičiaus. Tetraploidinės ląstelės (turinčios keturis chromosomų rinkinius) yra 2 kartus didesnės nei diploidinės ląstelės (su dvigubu chromosomų rinkiniu). Augalo ploidiškumą galima padidinti suleidus į jį augalinio preparato kolchicino. Kadangi atviri augalai turi didesnes ląsteles, jie taip pat yra didesni. Tačiau šį reiškinį galima pastebėti tik neseniai atsiradusiems poliploidams. Evoliuciškai senovės poliploidiniuose augaluose ląstelių dydžiai yra „atvirkščiai reguliuojami“ link normalių verčių, nepaisant padidėjusio chromosomų skaičiaus.

LĄSTELĖS STRUKTŪRA

Vienu metu ląstelė buvo laikoma daugiau ar mažiau vienalyčiu organinės medžiagos lašeliu, kuris buvo vadinamas protoplazma arba gyva medžiaga. Šis terminas paseno, kai paaiškėjo, kad ląstelė susideda iš daugybės aiškiai atskirtų struktūrų, vadinamų ląstelių organelėmis ("mažais organais").

Cheminė sudėtis.

Paprastai 70–80% ląstelės masės sudaro vanduo, kuriame yra ištirpusios įvairios druskos ir mažos molekulinės masės organiniai junginiai. Būdingiausi ląstelės komponentai yra baltymai ir nukleorūgštys. Vieni baltymai yra struktūriniai ląstelės komponentai, kiti – fermentai, t.y. katalizatoriai, lemiantys ląstelėse vykstančių cheminių reakcijų greitį ir kryptį. Nukleorūgštys yra paveldimos informacijos, kuri realizuojama tarpląstelinės baltymų sintezės procese, nešėjai.

Ląstelėse dažnai yra tam tikras kiekis rezervinių medžiagų, kurios tarnauja kaip maisto atsargos. Augalų ląstelės pirmiausia kaupia krakmolą, polimerinę angliavandenių formą. Kepenų ir raumenų ląstelėse kaupiasi kitas angliavandenių polimeras – glikogenas. Riebalai taip pat yra tarp dažniausiai kaupiamų maisto produktų, nors kai kurie riebalai atlieka kitokią funkciją, ty yra svarbiausi struktūriniai komponentai. Baltymai ląstelėse (išskyrus sėklines ląsteles) paprastai nėra saugomi.

Neįmanoma apibūdinti tipinės ląstelės sudėties, visų pirma dėl to, kad labai skiriasi laikomo maisto ir vandens kiekis. Kepenų ląstelėse yra, pavyzdžiui, 70 % vandens, 17 % baltymų, 5 % riebalų, 2 % angliavandenių ir 0,1 % nukleino rūgščių; likusieji 6 % yra druskos ir mažos molekulinės masės organiniai junginiai, ypač aminorūgštys. Augalų ląstelėse paprastai yra mažiau baltymų, žymiai daugiau angliavandenių ir šiek tiek daugiau vandens; išimtis yra ląstelės, kurios yra ramybės būsenoje. Kviečių grūdų, kurie yra embriono maistinių medžiagų šaltinis, ramybės ląstelėje yra apie. 12% baltymų (daugiausia saugomi baltymai), 2% riebalų ir 72% angliavandenių. Normalų lygį (70–80%) vandens kiekis pasiekia tik grūdų dygimo pradžioje.

Pagrindinės ląstelės dalys.

Kai kurios ląstelės, daugiausia augalų ir bakterijų, turi išorinę ląstelės sienelę. Aukštesniuose augaluose jis susideda iš celiuliozės. Siena supa pačią ląstelę, apsaugodama ją nuo mechaninių poveikių. Ląstelės, ypač bakterinės, gali išskirti ir gleivines medžiagas, taip aplink jas suformuodamos kapsulę, kuri, kaip ir ląstelės sienelė, atlieka apsauginę funkciją.

Būtent su ląstelių sienelių sunaikinimu siejama daugelio bakterijų mirtis, veikiant penicilinui. Faktas yra tas, kad bakterijos ląstelės viduje druskų ir mažos molekulinės masės junginių koncentracija yra labai didelė, todėl, nesant sutvirtinančios sienelės, dėl osmosinio slėgio į ląstelę patekęs vanduo gali plyšti. Penicilinas, kuris neleidžia susidaryti jo sienelėms augant ląstelėms, tiesiog sukelia ląstelės plyšimą (lizę).

Ląstelių sienelės ir kapsulės nedalyvauja medžiagų apykaitos procese ir dažnai gali būti atskirtos nežudant ląstelės. Taigi jas galima laikyti išorinėmis pagalbinėmis ląstelės dalimis. Gyvūnų ląstelėse ląstelių sienelių ir kapsulių paprastai nėra.

Pati ląstelė susideda iš trijų pagrindinių dalių. Po ląstelės sienele, jei tokia yra, yra ląstelės membrana. Membrana supa nevienalytę medžiagą, vadinamą citoplazma. Apvalus arba ovalus branduolys panardinamas į citoplazmą. Žemiau mes išsamiau aptariame šių ląstelės dalių struktūrą ir funkcijas.

LĄSTELĖS MEMBRANA

Ląstelės membrana yra labai svarbi ląstelės dalis. Jis sujungia visus ląstelių komponentus ir riboja vidinę ir išorinę aplinką. Be to, modifikuotos ląstelės membranos raukšlės sudaro daugybę ląstelės organelių.

Ląstelės membrana yra dvigubas molekulių sluoksnis (dvimolekulinis sluoksnis arba dvisluoksnis). Iš esmės tai yra fosfolipidų ir kitų jiems artimų medžiagų molekulės. Lipidų molekulės turi dvejopą prigimtį, pasireiškiančią tuo, kaip jos elgiasi vandens atžvilgiu. Molekulių galvutės yra hidrofilinės, t.y. turi afinitetą vandeniui, o jų angliavandenilių uodegos yra hidrofobinės. Todėl, susimaišę su vandeniu, lipidai ant jo paviršiaus sudaro plėvelę, panašią į aliejaus plėvelę; tuo pačiu metu visos jų molekulės yra orientuotos vienodai: molekulių galvutės yra vandenyje, o angliavandenilių uodegos yra virš jo paviršiaus.

Ląstelės membranoje yra du tokie sluoksniai ir kiekviename iš jų molekulių galvutės yra pasuktos į išorę, o uodegos – membranos viduje, viena į kitą, taip neliečiant vandens. Šios membranos storis yra maždaug. 7 nm. Be pagrindinių lipidų komponentų, jame yra didelių baltymų molekulių, kurios gali „plaukioti“ lipidų dvisluoksnyje ir išsidėsčiusios taip, kad viena jų pusė būtų pasukta ląstelės viduje, o kita liečiasi su išorine aplinka. Kai kurie baltymai yra tik išoriniame arba tik vidiniame membranos paviršiuje arba yra tik iš dalies panardinti į lipidų dvisluoksnį sluoksnį.

Pagrindinė ląstelės membranos funkcija yra reguliuoti medžiagų transportavimą į ląstelę ir iš jos. Kadangi membrana tam tikru mastu fiziškai panaši į aliejų, pro ją lengvai prasiskverbia aliejuje arba organiniuose tirpikliuose, pavyzdžiui, eteryje, tirpios medžiagos. Tas pats pasakytina apie tokias dujas kaip deguonis ir anglies dioksidas. Tuo pačiu metu membrana praktiškai nepralaidi daugumai vandenyje tirpių medžiagų, ypač cukrų ir druskų. Dėl šių savybių jis sugeba palaikyti ląstelės viduje cheminę aplinką, kuri skiriasi nuo išorės. Pavyzdžiui, kraujyje natrio jonų koncentracija didelė, o kalio jonų maža, o tarpląsteliniame skystyje šių jonų yra priešingu santykiu. Panaši situacija būdinga daugeliui kitų cheminių junginių.

Akivaizdu, kad ląstelė negali būti visiškai izoliuota nuo aplinkos, nes ji turi gauti medžiagų, reikalingų medžiagų apykaitai ir atsikratyti galutinių produktų. Be to, lipidų dvisluoksnis sluoksnis nėra visiškai nepralaidus net vandenyje tirpioms medžiagoms, o į jį prasiskverbiantiems vadinamiesiems „sluoksniams“. „Kanalą formuojantys“ baltymai sukuria poras arba kanalus, kurie gali atsidaryti ir užsidaryti (priklausomai nuo baltymo konformacijos pokyčio) ir atviroje būsenoje per koncentracijos gradientą pravesti tam tikrus jonus (Na +, K +, Ca 2+). Vadinasi, koncentracijų skirtumo ląstelės viduje ir išorėje negalima išlaikyti vien dėl mažo membranos pralaidumo. Tiesą sakant, jame yra baltymų, kurie atlieka molekulinio „siurblio“ funkciją: perneša tam tikras medžiagas ir į ląstelę, ir iš jos, veikdami prieš koncentracijos gradientą. Dėl to, kai, pavyzdžiui, aminorūgščių koncentracija ląstelės viduje yra didelė, o išorėje – maža, aminorūgštys vis tiek gali būti pernešamos iš išorės į vidų. Toks perdavimas vadinamas aktyviuoju transportu, jam eikvojama medžiagų apykaitos tiekiama energija. Membraniniai siurbliai yra labai specifiniai: kiekvienas iš jų gali transportuoti arba tik tam tikro metalo jonus, arba aminorūgštį, arba cukrų. Membraniniai jonų kanalai taip pat yra specifiniai.

Toks selektyvus pralaidumas yra fiziologiškai labai svarbus, o jo nebuvimas yra pirmasis ląstelių mirties įrodymas. Tai galima nesunkiai iliustruoti burokėlių pavyzdžiu. Jei gyva burokėlio šaknis panardinama į šaltą vandenį, ji išlaiko savo pigmentą; jei burokėliai verdami, tada ląstelės žūva, tampa lengvai pralaidžios ir netenka pigmento, dėl kurio vanduo paraudonuoja.

Didelės molekulės, tokios kaip baltymų ląstelės, gali „praryti“. Veikiant tam tikriems baltymams, jei jų yra ląstelę supančiame skystyje, ląstelės membranoje įvyksta invaginacija, kuri vėliau užsidaro ir susidaro burbulas – nedidelė vakuolė, kurioje yra vandens ir baltymų molekulių; po to membrana aplink vakuolę plyšta, o turinys patenka į ląstelę. Šis procesas vadinamas pinocitoze (pažodžiui „ląstelių gėrimas“) arba endocitoze.

Didesnės dalelės, pavyzdžiui, maisto dalelės, gali būti absorbuojamos panašiai per vadinamąjį. fagocitozė. Paprastai fagocitozės metu susidariusi vakuolė yra didesnė, o maistas virškinamas vakuolės viduje esančių lizosomų fermentais, kol plyšta ją supanti membrana. Tokia mityba būdinga pirmuoniams, pavyzdžiui, ameboms, mintančioms bakterijas. Tačiau fagocitozės gebėjimas būdingas tiek žemesniųjų gyvūnų žarnyno ląstelėms, tiek fagocitams, vienai iš stuburinių gyvūnų baltųjų kraujo kūnelių (leukocitų) tipų. Pastaruoju atveju šio proceso prasmė yra ne pačių fagocitų mityboje, o bakterijų, virusų ir kitų organizmui kenksmingų pašalinių medžiagų sunaikinime.

Vakuolių funkcijos gali būti skirtingos. Pavyzdžiui, gėlame vandenyje gyvenantys pirmuonys patiria nuolatinį osmosinį vandens antplūdį, nes druskų koncentracija ląstelės viduje yra daug didesnė nei išorėje. Jie sugeba išskirti vandenį į specialią išskiriančią (susitraukiančią) vakuolę, kuri periodiškai išstumia jo turinį.

Augalų ląstelėse dažnai yra viena didelė centrinė vakuolė, kuri užima beveik visą ląstelę; citoplazma sudaro tik labai ploną sluoksnį tarp ląstelės sienelės ir vakuolės. Viena iš tokios vakuolės funkcijų yra vandens kaupimasis, leidžiantis ląstelei sparčiai didėti. Šis gebėjimas ypač reikalingas tuo metu, kai augalų audiniai auga ir formuojasi pluoštinės struktūros.

Audiniuose, sandarios ląstelių jungties vietose, jų membranose yra daugybė porų, susidarančių pro membraną prasiskverbiančių baltymų – vadinamųjų. jungtys. Gretimų ląstelių poros išsidėsčiusios viena priešais kitą, todėl mažos molekulinės masės medžiagos gali judėti iš ląstelės į ląstelę – ši cheminio ryšio sistema koordinuoja jų gyvybinę veiklą. Vienas tokio koordinavimo pavyzdžių yra daugiau ar mažiau sinchroninis kaimyninių ląstelių dalijimasis, stebimas daugelyje audinių.

CITOPLAZMA

Citoplazmoje yra vidinės membranos, panašios į išorines ir sudaro įvairių tipų organelius. Šios membranos gali būti laikomos išorinės membranos raukšlėmis; kartais vidinės membranos sudaro vientisą visumą su išorine, tačiau dažnai vidinė raukšlė yra suvarstoma, o kontaktas su išorine membrana nutrūksta. Tačiau net jei kontaktas palaikomas, vidinė ir išorinė membranos ne visada yra chemiškai identiškos. Visų pirma skiriasi membraninių baltymų sudėtis įvairiose ląstelių organelėse.

Endoplazminis Tinklelis.

Kanalėlių ir pūslelių tinklas tęsiasi nuo ląstelės paviršiaus iki branduolio. Šis tinklas vadinamas endoplazminiu tinkleliu. Dažnai buvo pastebėta, kad kanalėliai atsidaro ląstelės paviršiuje, todėl endoplazminis tinklas atlieka mikrocirkuliacijos aparato, per kurį išorinė aplinka gali tiesiogiai sąveikauti su visu ląstelės turiniu, vaidmenį. Tokia sąveika buvo nustatyta kai kuriose ląstelėse, ypač raumenų ląstelėse, tačiau dar neaišku, ar ji yra universali. Bet kokiu atveju iš tikrųjų vyksta daugybė medžiagų pernešimas per šiuos kanalėlius iš vienos ląstelės dalies į kitą.

Maži kūnai, vadinami ribosomomis, dengia endoplazminio tinklo paviršių, ypač šalia branduolio. Ribosomos skersmuo apytiksl. 15 nm, jie yra pusiau baltymai, pusiau ribonukleino rūgštys. Pagrindinė jų funkcija – baltymų sintezė; matricos (informacijos) RNR ir aminorūgštys, susijusios su pernešimo RNR, yra prijungtos prie jų paviršiaus. Ribosomomis padengtos tinklo sritys vadinamos šiurkščiu endoplazminiu tinklu, o jos neturinčios – lygiosiomis. Be ribosomų, prie endoplazminio tinklo adsorbuojami ar kitaip prisijungia įvairūs fermentai, tarp jų ir fermentų sistemos, užtikrinančios deguonies panaudojimą sterolių susidarymui ir tam tikrų nuodų neutralizavimui. Esant nepalankioms sąlygoms, endoplazminis tinklas greitai išsigimsta, todėl jo būklė yra jautrus ląstelių sveikatos rodiklis.

Goldžio kompleksas.

Golgi aparatas (Golgi kompleksas) yra specializuota endoplazminio tinklo dalis, susidedanti iš sukrautų plokščių membraninių maišelių. Jis dalyvauja ląstelės baltymų sekrecijoje (joje vyksta išskiriamų baltymų pakavimas į granules), todėl ypač išsivysto ląstelėse, kurios atlieka sekrecijos funkciją. Svarbios Golgi aparato funkcijos taip pat apima angliavandenių grupių prijungimą prie baltymų ir šių baltymų panaudojimą ląstelės membranai ir lizosomų membranai kurti. Kai kuriuose dumbliuose celiuliozės pluoštai sintetinami Golgi aparate.

Lizosomos

yra mažos pūslelės, apsuptos viena membrana. Jie pumpuojasi iš Golgi aparato ir galbūt iš endoplazminio tinklo. Lizosomose yra įvairių fermentų, kurie skaido dideles molekules, ypač baltymus. Dėl savo destruktyvaus veikimo šie fermentai tarsi „užrakinami“ lizosomose ir išsiskiria tik esant poreikiui. Taigi tarpląstelinio virškinimo metu fermentai išsiskiria iš lizosomų į virškinimo vakuoles. Lizosomos taip pat būtinos ląstelių naikinimui; pavyzdžiui, buožgalviui transformuojant į suaugusią varlę, lizosomų fermentų išsiskyrimas užtikrina uodegos ląstelių sunaikinimą. Šiuo atveju tai yra normalu ir naudinga organizmui, tačiau kartais toks ląstelių sunaikinimas yra patologinis. Pavyzdžiui, įkvėpus asbesto dulkių, jos gali patekti į plaučių ląsteles, tada plyšta lizosomos, sunaikinamos ląstelės, išsivysto plaučių ligos.

Mitochondrijos ir chloroplastai.

Mitochondrijos yra gana didelės, panašios į maišelį, gana sudėtingos struktūros dariniai. Jie susideda iš matricos, apsuptos vidinės membranos, tarpmembraninės erdvės ir išorinės membranos. Vidinė membrana yra sulankstyta į raukšles, vadinamas cristae. Baltymų sankaupos yra ant kriostų. Daugelis jų yra fermentai, katalizuojantys angliavandenių skilimo produktų oksidaciją; kiti katalizuoja riebalų sintezės ir oksidacijos reakcijas. Pagalbiniai fermentai, dalyvaujantys šiuose procesuose, ištirpinami mitochondrijų matricoje.

Mitochondrijose vyksta organinių medžiagų oksidacija, kartu su adenozino trifosfato (ATP) sinteze. ATP irimą, kai susidaro adenozino difosfatas (ADP), išsiskiria energija, kuri išleidžiama įvairiems gyvybės procesams, tokiems kaip baltymų ir nukleorūgščių sintezė, medžiagų transportavimas į ląstelę ir iš jos, nervinių impulsų perdavimas arba raumenų susitraukimas. Taigi mitochondrijos yra energijos stotys, kurios perdirba „kurą“ – riebalus ir angliavandenius – į energijos formą, kurią gali panaudoti ląstelė, taigi ir visas kūnas.

Augalų ląstelėse taip pat yra mitochondrijų, tačiau pagrindinis jų ląstelių energijos šaltinis yra šviesa. Šios ląstelės naudoja šviesos energiją ATP formavimui ir angliavandenių sintezei iš anglies dioksido ir vandens. Chlorofilas, pigmentas, kaupiantis šviesos energiją, randamas chloroplastuose. Chloroplastai, kaip ir mitochondrijos, turi vidinę ir išorinę membranas. Iš vidinės membranos ataugų chloroplastų vystymosi procese vadinami. tilakoidinės membranos; pastarieji formuoja suplotus maišus, surenkamus į krūvas kaip monetų stulpą; šiose rietuvėse, vadinamose grana, yra chlorofilo. Be chlorofilo, chloroplastuose yra ir visų kitų fotosintezei būtinų komponentų.

Kai kurie specializuoti chloroplastai nevykdo fotosintezės, bet atlieka kitas funkcijas, pavyzdžiui, saugo krakmolą ar pigmentus.

santykinė autonomija.

Tam tikrais atžvilgiais mitochondrijos ir chloroplastai elgiasi kaip savarankiški organizmai. Pavyzdžiui, kaip ir pačios ląstelės, kurios atsiranda tik iš ląstelių, mitochondrijos ir chloroplastai susidaro tik iš jau egzistuojančių mitochondrijų ir chloroplastų. Tai buvo įrodyta atliekant eksperimentus su augalų ląstelėmis, kurių metu chloroplastų susidarymą slopino antibiotikas streptomicinas, ir mielių ląstelėmis, kur mitochondrijų susidarymą slopino kiti vaistai. Po tokių įtakų ląstelės niekada neatstatė trūkstamų organelių. Priežastis ta, kad mitochondrijose ir chloroplastuose yra tam tikras kiekis savo genetinės medžiagos (DNR), kuri koduoja dalį jų struktūros. Jei ši DNR prarandama, o tai atsitinka, kai organelių formavimasis yra slopinamas, tada struktūra negali būti atkurta. Abiejų tipų organelės turi savo baltymus sintezuojančią sistemą (ribosomas ir pernešančias RNR), kuri šiek tiek skiriasi nuo pagrindinės ląstelės baltymus sintezuojančios sistemos; Pavyzdžiui, žinoma, kad baltymus sintezuojančią organelių sistemą antibiotikai gali slopinti, o pagrindinės sistemos jie neveikia.

Organelių DNR yra atsakinga už didžiąją dalį ekstrachromosominio arba citoplazminio paveldėjimo. Ekstrachromosominis paveldimumas nepaklūsta Mendelio dėsniams, nes ląstelių dalijimosi metu organelių DNR perduodama dukterinėms ląstelėms kitaip nei chromosomos. Tiriant mutacijas, atsirandančias organelių DNR ir chromosomų DNR, nustatyta, kad organelių DNR yra atsakinga tik už nedidelę organelių struktūros dalį; dauguma jų baltymų yra užkoduoti genuose, esančiuose chromosomose.

Nagrinėjamų organelių dalinė genetinė autonomija ir jų baltymų sintezės sistemų ypatybės buvo pagrindas prielaidai, kad mitochondrijos ir chloroplastai atsirado iš simbiotinių bakterijų, kurios ląstelėse apsigyveno prieš 1–2 milijardus metų. Šiuolaikinis tokios simbiozės pavyzdys yra nedideli fotosintetiniai dumbliai, gyvenantys kai kurių koralų ir moliuskų ląstelėse. Dumbliai aprūpina savo šeimininkus deguonimi, o iš jų gauna maistinių medžiagų.

fibrilinės struktūros.

Ląstelės citoplazma yra klampus skystis, todėl dėl paviršiaus įtempimo ląstelė turėtų būti sferinė, išskyrus atvejus, kai ląstelės yra sandariai supakuotos. Tačiau dažniausiai to nepaisoma. Daugelis pirmuonių turi tankius apvalkalus arba membranas, kurios suteikia ląstelei specifinę, ne sferinę formą. Nepaisant to, net ir be membranos ląstelės gali išlaikyti nesferinę formą dėl to, kad citoplazmoje yra daug, gana standžių, lygiagrečių skaidulų. Pastaruosius sudaro tuščiaviduriai mikrovamzdeliai, susidedantys iš baltymų vienetų, išdėstytų spirale.

Kai kurie pirmuonys sudaro pseudopodijas – ilgas plonas citoplazmines ataugas, su kuriomis jie gaudo maistą. Pseudopodijos išlaiko savo formą dėl mikrovamzdelių standumo. Jei hidrostatinis slėgis padidėja iki maždaug 100 atmosferų, mikrovamzdeliai suyra ir ląstelė įgauna lašelio formą. Kai slėgis normalizuojasi, mikrovamzdeliai vėl susirenka ir ląstelėje susidaro pseudopodijos. Daugelis kitų ląstelių panašiai reaguoja į slėgio pokyčius, o tai patvirtina mikrotubulių dalyvavimą išlaikant ląstelės formą. Mikrovamzdeliai, būtini, kad ląstelė greitai pakeistų formą, susirenka ir suyra, nesant slėgio pokyčių.

Mikrotubulai taip pat sudaro fibrilines struktūras, kurios tarnauja kaip ląstelių judėjimo organai. Kai kurios ląstelės turi vytines primenančias ataugas, vadinamas žiuželiais, arba blakstienomis – jų plakimas užtikrina ląstelės judėjimą vandenyje. Jei ląstelė nejuda, šios struktūros varo vandenį, maisto daleles ir kitas daleles link ląstelės arba nuo jos. Žvyneliai yra gana dideli, ir paprastai ląstelėje yra tik viena, kartais kelios žvyneliai. Blakstienos yra daug mažesnės ir dengia visą ląstelės paviršių. Nors šios struktūros daugiausia būdingos pirmuoniams, jos gali būti ir labai organizuotomis formomis. Žmogaus kūne visi kvėpavimo takai yra iškloti blakstienomis. Į jas patekusias smulkias daleles dažniausiai sugauna ląstelės paviršiuje esančios gleivės, o blakstienėlės jas išjudina kartu su gleivėmis, taip apsaugodamos plaučius. Daugumos gyvūnų ir kai kurių žemesnių augalų vyriškosios lytinės ląstelės juda žiuželio pagalba.

Yra ir kitų ląstelių judėjimo tipų. Vienas iš jų – ameboidinis judėjimas. Ameba, kaip ir kai kurios daugialąsčių organizmų ląstelės, „teka“ iš vietos į vietą, t.y. judėti dėl ląstelės turinio srovės. Nuolatinė materijos srovė taip pat egzistuoja augalų ląstelėse, tačiau ji nejudina visos ląstelės. Labiausiai ištirtas ląstelių judėjimo tipas yra raumenų ląstelių susitraukimas; tai atliekama slenkant fibrilles (baltymų gijas) viena kitos atžvilgiu, dėl ko ląstelė sutrumpėja.

ŠERDIS

Branduolys yra apsuptas dviguba membrana. Labai siaura (apie 40 nm) erdvė tarp dviejų membranų vadinama perinuklearine. Branduolio membranos pereina į endoplazminio tinklo membranas, o perinuklearinė erdvė atsiveria į tinklelį. Paprastai branduolinė membrana turi labai siauras poras. Matyt, per jas pernešamos didelės molekulės, pavyzdžiui, pasiuntinio RNR, kuri susintetinama ant DNR ir tada patenka į citoplazmą.

Pagrindinė genetinės medžiagos dalis yra ląstelės branduolio chromosomose. Chromosomos susideda iš ilgų dvigrandžių DNR grandinių, prie kurių yra prijungti baziniai (t. y. šarminiai) baltymai. Kartais chromosomos turi kelias identiškas DNR grandines, kurios išsidėsčiusios viena šalia kitos – tokios chromosomos vadinamos politeninėmis (daugiagijinėmis). Skirtingų rūšių chromosomų skaičius nėra vienodas. Diploidinėse žmogaus kūno ląstelėse yra 46 chromosomos arba 23 poros.

Nesiskiriančioje ląstelėje chromosomos yra prijungtos viename ar keliuose taškuose prie branduolinės membranos. Įprastoje nespiralizuotoje būsenoje chromosomos yra tokios plonos, kad jų nematyti šviesos mikroskopu. Tam tikruose vienos ar kelių chromosomų lokusuose (srityse) susidaro tankus kūnas, esantis daugumos ląstelių branduoliuose – vadinamasis. branduolys. Branduolys yra sintetinama ir kaupiama RNR, kuri naudojama ribosomoms kurti, taip pat kai kurios kitos RNR rūšys.

LĄSTELIŲ SKYRIMAS

Nors visos ląstelės atsiranda pasidalijus prieš tai buvusią ląstelę, ne visos jos toliau dalijasi. Pavyzdžiui, atsiradusios smegenų nervinės ląstelės nebesiskirsto. Jų skaičius palaipsniui mažėja; pažeistas smegenų audinys nepajėgia atsistatyti regeneruojant. Jei ląstelės ir toliau dalijasi, joms būdingas ląstelių ciklas, susidedantis iš dviejų pagrindinių etapų: tarpfazės ir mitozės.

Pati tarpfazė susideda iš trijų fazių: G 1 , S ir G 2 . Žemiau pateikiama jų trukmė, būdinga augalų ir gyvūnų ląstelėms.

G 1 (4–8 val.). Ši fazė prasideda iškart po ląstelės gimimo. G 1 fazės metu ląstelė, išskyrus chromosomas (kurios nesikeičia), padidina savo masę. Jei ląstelė toliau nesidalija, ji lieka šioje fazėje.

S (6–9 val.). Ląstelės masė ir toliau didėja, o chromosomų DNR padvigubėja (dubliuojasi). Tačiau chromosomos išlieka vienos struktūros, nors ir padvigubėjusios masės, nes dvi kiekvienos chromosomos kopijos (chromatidės) vis dar yra sujungtos viena su kita per visą ilgį.

G2. Ląstelės masė toliau didėja, kol ji yra maždaug dvigubai didesnė už pradinę masę, o tada įvyksta mitozė.

Chromosomoms padvigubėjus, kiekviena dukterinė ląstelė turi gauti visą chromosomų rinkinį. Vien dalijantis ląsteles to pasiekti nepavyksta – šis rezultatas pasiekiamas per procesą, vadinamą mitoze. Nesileidžiant į detales, šio proceso pradžia reikėtų laikyti chromosomų išsirikiavimą ląstelės pusiaujo plokštumoje. Tada kiekviena chromosoma išilgai skyla į dvi chromatides, kurios pradeda skirtis priešingomis kryptimis, tapdamos nepriklausomomis chromosomomis. Dėl to dviejuose ląstelės galuose yra visas chromosomų rinkinys. Tada ląstelė dalijasi į dvi ir kiekviena dukterinė ląstelė gauna pilną chromosomų rinkinį.

Toliau pateikiamas mitozės aprašymas tipiškoje gyvūno ląstelėje. Paprastai jis skirstomas į keturis etapus.

I. Profazė. Ypatinga ląstelinė struktūra – centriolė – padvigubėja (kartais šis padvigubėjimas įvyksta tarpfazės S periode), o dvi centriolės pradeda skirtis link priešingų branduolio polių. Branduolinė membrana yra sunaikinta; tuo pačiu metu susijungia (agreguojasi) specialūs baltymai, suformuodami mikrovamzdelius gijų pavidalu. Centrioliai, dabar išsidėstę priešinguose ląstelės poliuose, turi organizacinį poveikį mikrotubulams, kurie dėl to išsirikiuoja radialiai, sudarydami struktūrą, savo išvaizda primenančią astrinę gėlę („žvaigždę“). Kiti mikrovamzdelių siūlai driekiasi nuo vieno centriolio iki kito, suformuodami vadinamąjį. padalijimo velenas. Šiuo metu chromosomos yra spiralinės būsenos, panašios į spyruoklę. Jie aiškiai matomi šviesos mikroskopu, ypač po dažymo. Profazėje chromosomos suskaidomos, tačiau chromatidės vis tiek lieka poromis susijungusios centromero zonoje – chromosomų organelės, panašios į centriolę. Centromerai taip pat turi organizuojantį poveikį verpstės sriegiams, kurie dabar driekiasi nuo centriolės iki centromeros ir nuo jos iki kitos centriolės.

II. Metafazė. Chromosomos, iki šio taško atsitiktinai išsidėsčiusios, pradeda judėti, tarsi traukiamos prie jų centromerų pritvirtintų verpstės sriegių, ir palaipsniui išsirikiuoja į vieną plokštumą tam tikroje padėtyje ir vienodu atstumu nuo abiejų polių. Toje pačioje plokštumoje esantys centromerai kartu su chromosomomis sudaro vadinamąsias. pusiaujo plokštė. Chromatidžių poras jungiančios centromeros dalijasi, po to visiškai atsiskiria seserinės chromosomos.

III. Anafazė. Kiekvienos poros chromosomos juda priešingomis kryptimis link polių, tarsi traukiamos verpstės siūlų. Šiuo atveju siūlai susidaro ir tarp suporuotų chromosomų centromerų.

IV. Telofazė. Kai tik chromosomos priartėja prie priešingų polių, pati ląstelė pradeda dalytis išilgai plokštumos, kurioje buvo pusiaujo plokštė. Dėl to susidaro dvi ląstelės. Verpstės skaidulos suyra, chromosomos išsivynioja ir tampa nematomos, o aplink jas susidaro branduolinė membrana. Ląstelės grįžta į tarpfazės G 1 fazę. Visas mitozės procesas trunka apie valandą.

Skirtingų tipų ląstelėse mitozės detalės šiek tiek skiriasi. Tipiškoje augalo ląstelėje susidaro verpstė, tačiau centriolių nėra. Grybuose mitozė vyksta branduolyje, iš anksto nesuardant branduolinės membranos.

Pačios ląstelės dalijimasis, vadinamas citokineze, nėra griežtai susijęs su mitoze. Kartais viena ar kelios mitozės praeina be ląstelių dalijimosi; dėl to susidaro daugiabranduolės ląstelės, dažnai randamos dumbliuose. Jei šlakio kiaušinėlio branduolys pašalinamas mikromanipuliacijos būdu, toliau formuojasi verpstė ir kiaušinėlis toliau dalijasi. Tai rodo, kad chromosomų buvimas nėra būtina sąlyga ląstelių dalijimuisi.

Dauginimasis mitozės būdu vadinamas nelytiniu dauginimu, vegetatyviniu dauginimu arba klonavimu. Svarbiausias jo aspektas yra genetinis: esant tokiam dauginimuisi, palikuonių paveldimieji veiksniai nesiskiria. Susidariusios dukterinės ląstelės genetiškai yra lygiai tokios pačios kaip ir tėvų ląstelės. Mitozė yra vienintelis savaiminio dauginimosi būdas rūšims, kurios neturi lytinio dauginimosi, pavyzdžiui, daugelyje vienaląsčių organizmų. Tačiau net ir lytiškai besidauginančių rūšių kūno ląstelės dalijasi mitozės būdu ir kyla iš vienos ląstelės – apvaisinto kiaušinėlio, todėl visos yra genetiškai identiškos. Aukštesni augalai gali daugintis nelytiškai (naudodami mitozę) daigais ir ūsais (garsus pavyzdys yra braškės).

Lytinis organizmų dauginimasis atliekamas specializuotų ląstelių, vadinamųjų, pagalba. gametos – kiaušialąstės (kiaušiniai) ir spermatozoidai (spermatozoidai). Gametos susilieja ir sudaro vieną ląstelę, zigotą. Kiekviena gameta yra haploidinė, t.y. turi vieną chromosomų rinkinį. Rinkinyje visos chromosomos yra skirtingos, tačiau kiekviena kiaušinėlio chromosoma atitinka vieną iš spermos chromosomų. Todėl zigotoje jau yra pora tokių viena kitą atitinkančių chromosomų, kurios vadinamos homologinėmis. Homologinės chromosomos yra panašios, nes turi tuos pačius genus arba jų variantus (alelius), kurie lemia specifinius požymius. Pavyzdžiui, vienoje iš suporuotų chromosomų gali būti genas, koduojantis A kraujo grupę, o kitoje – jo variantas, koduojantis B kraujo grupę. Zigotos chromosomos, kilusios iš kiaušinėlio, yra motininės, o iš spermos – tėviškas.

Dėl daugybinio mitozinio dalijimosi iš susidariusios zigotos atsiranda daugialąstelinis organizmas arba daugybė laisvai gyvenančių ląstelių, kaip tai atsitinka lytiškai besidauginčiuose pirmuoniuose ir vienaląsčiuose dumbliuose.

Formuojantis gametoms, diploidinis chromosomų rinkinys, kurį turėjo zigota, turėtų būti sumažintas per pusę (sumažintas). Jei taip neatsitiktų, kiekvienoje kartoje lytinių ląstelių susiliejimas padvigubintų chromosomų rinkinį. Redukcija iki haploidinio chromosomų skaičiaus įvyksta dėl redukcijos dalijimosi – vadinamojo. mejozė, kuri yra mitozės atmaina.

skilimas ir rekombinacija.

Mejozės ypatybė yra ta, kad ląstelių dalijimosi metu pusiaujo plokštelę sudaro homologinių chromosomų poros, o ne dvigubos atskiros chromosomos, kaip mitozės atveju. Suporuotos chromosomos, kurių kiekviena liko viena, nukrypsta į priešingus ląstelės polius, ląstelė dalijasi ir dėl to dukterinės ląstelės gauna pusę chromosomų rinkinio, palyginti su zigota.

Pavyzdžiui, tarkime, kad haploidų rinkinį sudaro dvi chromosomos. Zigotoje (ir atitinkamai visose lytines ląsteles gaminančiose organizmo ląstelėse) yra motinos A ir B chromosomos bei tėvo A „ir B“. Mejozės metu jie gali išsiskirti taip:

Svarbiausia šiame pavyzdyje yra tai, kad chromosomoms išsiskyrus nebūtinai susiformuoja pradinis motinos ir tėvo rinkinys, tačiau įmanoma genų rekombinacija, kaip ir gametose AB „ir A“ B aukščiau pateiktoje diagramoje.

Dabar tarkime, kad chromosomų poroje AA" yra du aleliai - a Ir b- genas, lemiantis A ir B kraujo grupes. Panašiai BB chromosomų poroje yra alelių m Ir n kitas genas, lemiantis M ir N kraujo grupes. Šių alelių atskyrimas gali vykti taip:

Akivaizdu, kad gautose gametose gali būti bet kuris iš šių dviejų genų alelių derinių: esu, mlrd, bm arba an.

Jei chromosomų yra daugiau, alelių poros skirsis nepriklausomai tokiu pačiu būdu. Tai reiškia, kad tos pačios zigotos gali gaminti gametas su skirtingais genų alelių deriniais ir sukelti skirtingus palikuonių genotipus.

mejozinis padalijimas.

Abu šie pavyzdžiai iliustruoja mejozės principą. Tiesą sakant, mejozė yra daug sudėtingesnis procesas, nes jis apima du nuoseklius padalijimus. Pagrindinis dalykas mejozėje yra tai, kad chromosomos dubliuojasi tik vieną kartą, o ląstelė dalijasi du kartus, todėl sumažėja chromosomų skaičius ir diploidinis rinkinys tampa haploidinis.

Pirmojo dalijimosi fazės metu homologinės chromosomos konjuguoja, tai yra, susijungia poromis. Dėl šio labai tikslaus proceso kiekvienas genas yra priešingas savo homologui kitoje chromosomoje. Tada abi chromosomos padvigubėja, tačiau chromatidės lieka sujungtos viena su kita bendra centromera.

Metafazėje keturios sujungtos chromatidės išsirikiuoja ir sudaro pusiaujo plokštelę, tarsi jos būtų viena pasikartojanti chromosoma. Priešingai nei vyksta mitozės metu, centromerai nesiskiria. Dėl to kiekviena dukterinė ląstelė gauna porą chromatidžių, vis dar sujungtų cetromeru. Antrojo dalijimosi metu chromosomos, jau pavienės, vėl išsirikiuoja, suformuodamos, kaip ir mitozės atveju, pusiaujo plokštelę, tačiau jų padvigubėjimas šio dalijimosi metu neįvyksta. Tada centromerai dalijasi ir kiekviena dukterinė ląstelė gauna vieną chromatidę.

citoplazmos dalijimasis.

Dėl dviejų diploidinės ląstelės mejozinio pasiskirstymo susidaro keturios ląstelės. Formuojantis vyriškoms lytinėms ląstelėms, gaunami keturi maždaug vienodo dydžio spermatozoidai. Kiaušialąsčių formavimosi metu citoplazmos dalijimasis vyksta labai netolygiai: viena ląstelė išlieka didelė, o kitos trys tokios mažos, kad jas beveik visas užima branduolys. Šios mažos ląstelės, vadinamosios. poliariniai kūnai, naudojami tik chromosomų, susidariusių dėl mejozės, pertekliaus. Pagrindinė zigotai būtinos citoplazmos dalis lieka vienoje ląstelėje – kiaušinėlyje.

konjugacija ir kirtimas.

Konjugacijos metu homologinių chromosomų chromatidės gali sulūžti ir susijungti nauja tvarka, keisdamosi sekcijomis taip:

Šis homologinių chromosomų sekcijų pasikeitimas vadinamas kryžminiu (crossover). Kaip parodyta aukščiau, perėjimas sukelia naujų susietų genų alelių derinių atsiradimą. Taigi, jei pradinės chromosomos turėjo derinius AB Ir ab, tada perbraukus juose bus Ab Ir aB. Šis naujų genų derinių atsiradimo mechanizmas papildo nepriklausomo chromosomų rūšiavimo, atsirandančio mejozės metu, poveikį. Skirtumas tas, kad kryžminimas atskiria genus toje pačioje chromosomoje, o nepriklausomas rūšiavimas atskiria tik skirtingų chromosomų genus.

KARTŲ KAITOMAS

PRIMITYVIOS LĄSTELĖS: PROKARIOTAI

Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, taikoma augalų, gyvūnų, pirmuonių ir vienaląsčių dumblių ląstelėms, bendrai vadinamoms eukariotais. Eukariotai išsivystė iš paprastesnės formos – prokariotų, kurie dabar yra bakterijos, įskaitant archebakterijas ir melsvadumbles (pastarosios anksčiau buvo vadinamos melsvadumbliais). Palyginti su eukariotų ląstelėmis, prokariotinės ląstelės yra mažesnės ir turi mažiau ląstelių organelių. Jie turi ląstelės membraną, bet neturi endoplazminio tinklo, o ribosomos laisvai plūduriuoja citoplazmoje. Mitochondrijų nėra, tačiau oksidaciniai fermentai paprastai yra prijungti prie ląstelės membranos, kuri taip tampa mitochondrijų ekvivalentu. Prokariotai taip pat neturi chloroplastų, o chlorofilas, jei jo yra, yra labai mažų granulių pavidalu.

Prokariotai neturi membrana uždaro branduolio, nors DNR vietą galima nustatyti pagal jos optinį tankį. Chromosomos atitikmuo yra DNR grandinė, dažniausiai apskrita, su daug mažesniu prijungtų baltymų skaičiumi. DNR grandinė viename taške yra prijungta prie ląstelės membranos. Prokariotuose mitozės nėra. Jis pakeičiamas tokiu procesu: DNR padvigubėja, po to ląstelės membrana pradeda augti tarp gretimų dviejų DNR molekulės kopijų, kurios dėl to palaipsniui skiriasi, tvirtinimo taškų. Galiausiai ląstelė dalijasi tarp DNR molekulių prisijungimo taškų, sudarydama dvi ląsteles, kurių kiekviena turi savo DNR kopiją.

LĄSTELIŲ DIFERENCIACIJA

Daugialąsčiai augalai ir gyvūnai išsivystė iš vienaląsčių organizmų, kurių ląstelės po pasidalijimo išliko kartu ir sudarė koloniją. Iš pradžių visos ląstelės buvo identiškos, tačiau tolesnė evoliucija sukėlė diferenciaciją. Visų pirma, išsiskyrė somatinės ląstelės (t. y. kūno ląstelės) ir lytinės ląstelės. Be to, diferenciacija tapo sudėtingesnė – atsirado vis daugiau skirtingų ląstelių tipų. Ontogenezė – individualus daugialąsčio organizmo vystymasis – bendrais bruožais pakartoja šį evoliucinį procesą (filogenezę).

Fiziologiškai ląstelės dalinai diferencijuojasi sustiprindamos vieną ar kitą visoms ląstelėms būdingą požymį. Pavyzdžiui, raumenų ląstelėse sustiprėja susitraukimo funkcija, o tai gali būti pagerėjus mechanizmui, kuris atlieka ameboidinius ar kitokius judesius mažiau specializuotose ląstelėse. Panašus pavyzdys yra plonasienės šaknų ląstelės su jų procesais, vadinamosios. šaknų plaukeliai, kurie sugeria druskas ir vandenį; vienokiu ar kitokiu laipsniu ši funkcija būdinga bet kurioms ląstelėms. Kartais specializacija siejama su naujų struktūrų ir funkcijų įgijimu – pavyzdys yra judėjimo organo (flagellum) vystymasis spermatozoiduose.

Diferenciacija ląstelių arba audinių lygiu buvo ištirta gana išsamiai. Pavyzdžiui, žinome, kad kartais tai vyksta autonomiškai, t.y. vieno tipo ląstelės gali transformuotis į kitą, nepaisant to, kokio tipo ląstelėms priklauso kaimynai. Tačiau vadinamasis. embrioninė indukcija yra reiškinys, kai vieno tipo audiniai skatina kito tipo ląsteles diferencijuotis tam tikra kryptimi.

Bendru atveju diferenciacija yra negrįžtama, t.y. labai diferencijuotos ląstelės negali transformuotis į kito tipo ląsteles. Tačiau tai ne visada būna, ypač augalų ląstelėse.

Struktūros ir funkcijų skirtumus galiausiai lemia tai, kokių tipų baltymai sintetinami ląstelėje. Kadangi genai kontroliuoja baltymų sintezę, o genų rinkinys visose organizmo ląstelėse yra vienodas, diferenciacija turi priklausyti nuo tam tikrų genų aktyvavimo ar inaktyvavimo skirtingų tipų ląstelėse. Genų aktyvumo reguliavimas vyksta transkripcijos lygyje, t.y. pasiuntinio RNR susidarymas naudojant DNR kaip šabloną. Tik transkribuoti genai gamina baltymus. Sintetinti baltymai gali blokuoti transkripciją, bet kartais ją suaktyvinti. Be to, kadangi baltymai yra genų produktai, kai kurie genai gali kontroliuoti kitų genų transkripciją. Hormonai, ypač steroidiniai hormonai, taip pat dalyvauja reguliuojant transkripciją. Labai aktyvūs genai gali būti daug kartų dubliuojami (padvigubinti), kad susidarytų daugiau pasiuntinio RNR.

Piktybinių navikų vystymasis dažnai buvo laikomas ypatingu ląstelių diferenciacijos atveju. Tačiau piktybinių ląstelių atsiradimas yra DNR struktūros pasikeitimo (mutacijos), o ne transkripcijos ir vertimo į normalų DNR baltymą procesų rezultatas.

LĄSTELIŲ TYRIMO METODAI

Šviesos mikroskopas.

Tiriant ląstelių formą ir struktūrą, pirmasis instrumentas buvo šviesos mikroskopas. Jo skiriamoji geba ribojama iki matmenų, panašių į šviesos bangos ilgį (0,4–0,7 µm matomai šviesai). Tačiau daugelis ląstelių struktūros elementų yra daug mažesnio dydžio.

Kitas sunkumas yra tas, kad dauguma ląstelių komponentų yra skaidrūs ir jų lūžio rodiklis yra beveik toks pat kaip vandens. Siekiant pagerinti matomumą, dažnai naudojami dažai, turintys skirtingą giminingumą skirtingiems ląstelių komponentams. Dažymas taip pat naudojamas ląstelės chemijai tirti. Pavyzdžiui, kai kurie dažai daugiausia jungiasi su nukleino rūgštimis ir taip atskleidžia jų lokalizaciją ląstelėje. Nedidelė dalis dažų – jie vadinami intravitaliniais – gali būti naudojami gyvoms ląstelėms nudažyti, tačiau dažniausiai ląstelės turi būti iš anksto fiksuotos (naudojant medžiagas, kurios koaguliuoja baltymą) ir tik tada jas galima dažyti. Cm. ISTOLOGIJA.

Prieš atliekant tyrimą, ląstelės arba audinių gabalėliai paprastai įterpiami į parafiną arba plastiką ir mikrotomu supjaustomi į labai plonas dalis. Šis metodas plačiai naudojamas klinikinėse laboratorijose navikinėms ląstelėms aptikti. Be įprastos šviesos mikroskopijos, buvo sukurti ir kiti optiniai ląstelių tyrimo metodai: fluorescencinė mikroskopija, fazinė kontrastinė mikroskopija, spektroskopija ir rentgeno spindulių difrakcijos analizė.

Elektroninis mikroskopas.

Elektroninio mikroskopo skiriamoji geba yra apytiksliai. 1-2 nm. To pakanka tiriant dideles baltymų molekules. Dažniausiai reikia nudažyti ir kontrastuoti objektą metalų druskomis ar metalais. Dėl šios priežasties, taip pat dėl to, kad objektai tiriami vakuume, elektroniniu mikroskopu galima tirti tik negyvas ląsteles.

Autoradiografija.

Jei į terpę pridedamas radioaktyvusis izotopas, kurį ląstelės absorbuoja metabolizmo metu, tada jo intraląstelinė lokalizacija gali būti aptikta naudojant autoradiografiją. Šiuo metodu plonos ląstelių dalys dedamos ant plėvelės. Plėvelė tamsėja po tomis vietomis, kur yra radioaktyvių izotopų.

Centrifugavimas.

Biocheminiam ląstelių komponentų tyrimui ląstelės turi būti sunaikintos – mechaniškai, chemiškai arba ultragarsu. Išsiskyrę komponentai yra suspensijoje skystyje ir gali būti išskirti bei išgryninti centrifuguojant (dažniausiai taikant tankio gradientą). Paprastai tokie išgryninti komponentai išlaiko aukštą biocheminį aktyvumą.

Ląstelių kultūros.

Kai kurie audiniai gali būti suskirstyti į atskiras ląsteles taip, kad ląstelės liktų gyvos ir dažnai galėtų daugintis. Šis faktas galutinai patvirtina ląstelės kaip gyvybės vieneto idėją. Kempinę, primityvus daugialąstį organizmą, galima padalyti į ląsteles pertrinant per sietelį. Po kurio laiko šios ląstelės rekombinuoja ir sudaro kempinę. Gyvūnų embrioniniai audiniai gali būti priversti atsiskirti naudojant fermentus ar kitas priemones, kurios susilpnina ryšius tarp ląstelių.

Amerikiečių embriologas R. Harrisonas (1879–1959) pirmasis parodė, kad embrioninės ir net kai kurios subrendusios ląstelės gali augti ir daugintis už kūno ribų tinkamoje aplinkoje. Šią techniką, vadinamą ląstelių kultūra, ištobulino prancūzų biologas A. Carrel (1873-1959). Augalų ląsteles galima auginti ir kultūroje, tačiau, palyginti su gyvūnų ląstelėmis, jos formuoja didesnes sankaupas ir yra stipriau viena prie kitos prisirišusios, todėl augant kultūrai formuojasi audinys, o ne atskiros ląstelės. Ląstelių kultūroje iš vienos ląstelės gali būti išaugintas visas suaugęs augalas, pavyzdžiui, morka.

Mikrochirurgija.

Mikromanipuliatoriaus pagalba atskiros ląstelės dalys gali būti pašalintos, pridedamos ar kaip nors modifikuojamos. Didelę amebos ląstelę galima suskirstyti į tris pagrindinius komponentus – ląstelės membraną, citoplazmą ir branduolį, o tada šiuos komponentus vėl surinkti ir gauti gyvą ląstelę. Tokiu būdu galima gauti dirbtines ląsteles, susidedančias iš skirtingų tipų amebų komponentų.

Atsižvelgiant į tai, kad kai kuriuos ląstelių komponentus galima sintetinti dirbtinai, dirbtinių ląstelių surinkimo eksperimentai gali būti pirmasis žingsnis kuriant naujas gyvybės formas laboratorijoje. Kadangi kiekvienas organizmas vystosi iš vienos ląstelės, dirbtinių ląstelių gavimo metodas iš esmės leidžia sukurti tam tikro tipo organizmus, jei tuo pačiu metu naudojami komponentai, kurie šiek tiek skiriasi nuo tų, kurie yra esamose ląstelėse. Tačiau iš tikrųjų nebūtina visiškai sintezuoti visų ląstelių komponentų. Daugumos, jei ne visų, ląstelės komponentų struktūrą lemia nukleino rūgštys. Taigi naujų organizmų kūrimo problema susiveda iki naujų tipų nukleorūgščių sintezės ir natūralių nukleorūgščių pakeitimo jomis tam tikrose ląstelėse.

Ląstelių susiliejimas.

Kitas dirbtinių ląstelių tipas gali būti gaunamas suliejus to paties ar skirtingų tipų ląsteles. Kad būtų pasiektas susiliejimas, ląstelės veikiamos virusų fermentų; tokiu atveju dviejų ląstelių išoriniai paviršiai sulimpa, o tarp jų esanti membrana suyra ir susidaro ląstelė, kurioje viename branduolyje yra uždengti du chromosomų rinkiniai. Galite sujungti skirtingų tipų ląsteles arba skirtinguose padalijimo etapuose. Naudojant šį metodą buvo galima gauti hibridines ląsteles iš pelės ir vištos, žmogaus ir pelės, žmogaus ir rupūžės. Tokios ląstelės yra hibridinės tik iš pradžių, o po daugybės ląstelių dalijimosi netenka daugumos vieno ar kito tipo chromosomų. Galutinis produktas, pavyzdžiui, iš esmės tampa pelės ląstele, kurioje žmogaus genų nėra arba jų yra tik nedideliais kiekiais. Ypač įdomus yra normalių ir piktybinių ląstelių susiliejimas. Vienais atvejais hibridai supiktėja, kitais – ne; abi savybės gali pasirodyti ir kaip dominuojančios, ir kaip recesyvinės. Šis rezultatas nėra netikėtas, nes piktybinis navikas gali atsirasti dėl įvairių veiksnių ir turi sudėtingą mechanizmą.

Literatūra:

Kumpis A, Cormac D. Histologija, t. 1. M., 1982 m
Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. Ląstelių molekulinė biologija, t. 1. M., 1994 m

Smegenų masė, palyginti su kūno svoriu, yra apie 2%, tačiau tuo pat metu jos sunaudoja 12-17% gliukozės ir iki 20% deguonies iš viso kūno biudžeto, ir nė vienas iš jų nėra saugomas. panaudoti ateityje, bet panaudojama nedelsiant.Gliukozės oksidacija vyksta mitochondrijose, kurios veikia kaip ląstelės jėgainė. Kuo intensyvesnė ląstelės veikla, tuo daugiau joje yra mitochondrijų.Nervinėse ląstelėse jos gana tolygiai pasiskirsto citoplazmoje, tačiau gali ten judėti ir keisti savo formą.

Lizosomos – tai 250-500 nm skersmens pūslelės, apribotos savo membrana, kuriose yra įvairių proteolitinių, t.y. virškina baltymus, fermentus. Šių fermentų pagalba didelės baltymų molekulės suskirstomos į mažas ar net aminorūgštis. Lizosomų fermentai sintetinami ER ribosomose, tada transportinėse pūslelėse jie patenka į Golgi aparatą, kur prie jų dažnai prisijungia angliavandenių komponentas, taip paverčiant juos glikolipidais. Be to, fermentai yra supakuoti į Golgi aparato membraną ir iš jos išsiskiria, taip virsdami lizosoma. Hidroliziniai lizosomų fermentai išvalo ląstelę nuo susidėvėjusių ar griūvančių citoplazminių struktūrų, nuo nereikalingų tapusių membranų pertekliaus. Susidėvėję ar pažeisti organelės susilieja su lizosomomis ir yra virškinamos lizosomų fermentų.