Schimbul de substanțe care intră în celulă sau eliberate de aceasta în exterior, precum și schimbul de diferite semnale cu micro- și macromediul, are loc prin membrana exterioară a celulei. După cum se știe, membrana celulară este un dublu strat lipidic în care sunt înglobate diverse molecule de proteine, acționând ca receptori specializați, canale ionice, dispozitive care transportă sau îndepărtează activ diferite substanțe chimice, contacte intercelulare etc. În celulele eucariote sănătoase, fosfolipidele sunt distribuite în membrana asimetric: suprafața exterioară este formată din sfingomielină și fosfatidilcolină, suprafața interioară - din fosfatidilserina și fosfatidiletanolamină. Menținerea unei astfel de asimetrii necesită cheltuieli de energie. Prin urmare, în cazul deteriorării celulelor, infecției sau lipsei de energie, suprafața exterioară a membranei este îmbogățită cu fosfolipide neobișnuite pentru aceasta, ceea ce devine un semnal pentru alte celule și enzime despre deteriorarea celulelor cu o reacție corespunzătoare la aceasta. Cel mai important rol îl joacă forma solubilă a fosfolipazei A2, care descompune acidul arahidonic și creează lizoforme din fosfolipidele menționate mai sus. Acidul arahidonic este veriga limitatoare pentru crearea de mediatori inflamatori precum eicosanoizii, iar moleculele protectoare - pentraxinele (proteina C reactiva (CRP), precursori ai proteinelor amiloide) - sunt atasate la lizoformele din membrana, urmate de activarea complementului. sistem de-a lungul căii clasice și distrugerea celulelor.

Structura membranei ajută la păstrarea caracteristicilor mediului intern al celulei, a diferențelor sale față de mediul extern. Acest lucru este asigurat de permeabilitatea selectivă a membranei celulare și de existența mecanismelor active de transport în aceasta. Perturbarea lor ca urmare a deteriorării directe, de exemplu, de către tetrodotoxină, ouabaină, tetraetilamoniu sau în cazul unei aprovizionări insuficiente cu energie a „pompelor” corespunzătoare duce la perturbarea compoziției electrolitice a celulei, modificări ale metabolismului acesteia, perturbări. a funcțiilor specifice - contracția, conducerea impulsurilor de excitație etc. Perturbarea canalelor ionice celulare (calciu, sodiu, potasiu și clorură) la om poate fi determinată și genetic de mutația genelor responsabile de structura acestor canale. Așa-numitele canalopatii provoacă boli ereditare ale sistemului nervos, muscular și digestiv. Intrarea excesiva a apei in celula poate duce la ruperea acesteia - citoliza - datorita perforarii membranei atunci cand este activat complementul sau un atac al limfocitelor citotoxice si al celulelor natural killer.

Membrana celulară are mulți receptori încorporați în ea - structuri care, atunci când sunt combinate cu moleculele de semnalizare specifice corespunzătoare (liganzi), transmit un semnal în interiorul celulei. Acest lucru are loc prin diverse cascade de reglare constând din molecule active enzimatic care sunt activate secvenţial şi care în cele din urmă contribuie la implementarea diferitelor programe celulare, cum ar fi creşterea şi proliferarea, diferenţierea, motilitatea, îmbătrânirea şi moartea celulară. Cascadele de reglementare sunt destul de numeroase, dar numărul lor nu a fost încă pe deplin determinat. Sistemul de receptori și cascadele de reglare asociate acestora există și în interiorul celulei; ele creează o rețea de reglementare specifică cu puncte de concentrare, distribuție și selecție a căii ulterioare a semnalului în funcție de starea funcțională a celulei, stadiul dezvoltării acesteia și acțiunea simultană a semnalelor de la alți receptori. Rezultatul acestui lucru poate fi inhibarea sau întărirea semnalului, direcționându-l de-a lungul unei căi de reglementare diferite. Atât aparatul receptor, cât și căile de transducție a semnalului prin cascade de reglare, de exemplu către nucleu, pot fi perturbate ca urmare a unui defect genetic care apare ca defect congenital la nivel de organism sau datorită unei mutații somatice într-un anumit tip de celulă. Aceste mecanisme pot fi deteriorate de agenți infecțioși, toxine și, de asemenea, se pot modifica în timpul procesului de îmbătrânire. Etapa finală a acesteia poate fi o perturbare a funcțiilor celulei, procesele de proliferare și diferențiere a acesteia.

Pe suprafața celulelor există și molecule care joacă un rol important în procesele de interacțiune intercelulară. Acestea pot include proteine ​​de adeziune celulară, antigene de histocompatibilitate, antigeni specifici țesuturilor, de diferențiere etc. Modificările în compoziția acestor molecule determină perturbarea interacțiunilor intercelulare și pot determina activarea mecanismelor adecvate de eliminare a unor astfel de celule, deoarece acestea reprezintă o un anumit pericol pentru integritatea organismului ca rezervor de infecție, în special virală, sau ca potențiali inițiatori ai creșterii tumorii.

Încălcarea alimentării cu energie a celulei

Sursa de energie în celulă este hrana, după descompunerea căreia energia este eliberată în substanțe finale. Principalul loc de producere a energiei este mitocondriile, în care substanțele sunt oxidate cu ajutorul enzimelor din lanțul respirator. Oxidarea este principalul furnizor de energie, deoarece, ca urmare a glicolizei, nu mai mult de 5% din energie este eliberată din aceeași cantitate de substraturi de oxidare (glucoză), în comparație cu oxidarea. Aproximativ 60% din energia eliberată în timpul oxidării este acumulată prin fosforilarea oxidativă în fosfații de înaltă energie (ATP, creatină fosfat), restul este disipat sub formă de căldură. Ulterior, fosfații de înaltă energie sunt utilizați de către celulă pentru procese precum funcționarea pompei, sinteza, diviziunea, mișcarea, secreția etc. Există trei mecanisme, a căror deteriorare poate provoca o întrerupere a aprovizionării cu energie a celulei: primul este mecanism de sinteză a enzimelor de metabolism energetic, al doilea este mecanismul de fosforilare oxidativă, al treilea este mecanismul de utilizare a energiei.

Întreruperea transportului de electroni în lanțul respirator mitocondrial sau decuplarea oxidării și fosforilării ADP cu pierderea potențialului de protoni, forța motrice pentru generarea de ATP, duce la o slăbire a fosforilării oxidative în așa fel încât cea mai mare parte a energiei este disipată sub formă de căldură și numărul compușilor cu energie înaltă scade. Decuplarea oxidării și fosforilării sub influența adrenalinei este folosită de celulele organismelor homeoterme pentru a crește producția de căldură menținând în același timp o temperatură constantă a corpului în timpul răcirii sau creșterea acesteia în timpul febrei. În tireotoxicoză se observă modificări semnificative ale structurii mitocondriale și ale metabolismului energetic. Aceste modificări sunt inițial reversibile, dar după un anumit punct devin ireversibile: mitocondriile se fragmentează, se dezintegrează sau se umflă, pierd cresta, transformându-se în vacuole și în cele din urmă acumulează substanțe precum hialina, feritina, calciul, lipofuscina. La pacienții cu scorbut, mitocondriile fuzionează pentru a forma condriosfere, posibil din cauza leziunii membranei de către compușii peroxid. Deteriorarea semnificativă a mitocondriilor are loc sub influența radiațiilor ionizante în timpul transformării unei celule normale într-una malignă.

Mitocondriile sunt un depozit puternic de ioni de calciu, unde concentrația sa este cu câteva ordine de mărime mai mare decât cea din citoplasmă. Când mitocondriile sunt deteriorate, calciul intră în citoplasmă, provocând activarea proteinazelor cu deteriorarea structurilor intracelulare și întreruperea funcțiilor celulei corespunzătoare, de exemplu, contracturi de calciu sau chiar „moartea calciului” în neuroni. Ca urmare a perturbării capacității funcționale a mitocondriilor, crește brusc formarea compușilor peroxid de radicali liberi, care au o reactivitate foarte mare și, prin urmare, dăunează componente importante ale celulei - acizi nucleici, proteine ​​și lipide. Acest fenomen se observă în timpul așa-numitului stres oxidativ și poate avea consecințe negative asupra existenței celulei. Astfel, deteriorarea membranei exterioare a mitocondriilor este însoțită de eliberarea în citoplasmă a unor substanțe conținute în spațiul intermembranar, în primul rând citocromul C și alte substanțe biologic active, care declanșează reacții în lanț care provoacă moartea celulară programată - apoptoza. Prin deteriorarea ADN-ului mitocondrial, reacțiile radicalilor liberi distorsionează informațiile genetice necesare formării anumitor enzime ale lanțului respirator, care sunt produse în mod specific în mitocondrii. Acest lucru duce la o întrerupere și mai mare a proceselor oxidative. În general, aparatul genetic propriu al mitocondriilor, în comparație cu aparatul genetic al nucleului, este mai puțin protejat de influențele nocive care pot modifica informațiile genetice codificate în acesta. Ca urmare, disfuncția mitocondriilor apare pe tot parcursul vieții, de exemplu, în timpul procesului de îmbătrânire, în timpul transformării maligne a celulei, precum și pe fondul bolilor mitocondriale ereditare asociate cu mutația ADN-ului mitocondrial în ou. În prezent, au fost descrise peste 50 de mutații mitocondriale care cauzează boli degenerative ereditare ale sistemelor nervos și muscular. Ele sunt transmise copilului exclusiv de la mamă, deoarece mitocondriile spermatozoizilor nu fac parte din zigot și, în consecință, din noul organism.

Încălcarea conservării și transmiterii informațiilor genetice

Nucleul celular conține cea mai mare parte a informațiilor genetice și, prin urmare, asigură funcționarea sa normală. Prin expresia selectivă a genelor, coordonează activitatea celulară în timpul interfazei, stochează informații genetice și recreează și transmite materialul genetic în timpul diviziunii celulare. Replicarea ADN-ului și transcripția ARN au loc în nucleu. Diferiți factori patogeni, cum ar fi radiațiile ultraviolete și ionizante, oxidarea radicalilor liberi, substanțele chimice, virușii, pot deteriora ADN-ul. Se estimează că fiecare celulă a unui animal cu sânge cald durează 1 zi. pierde peste 10.000 de baze. Aici ar trebui să adăugăm încălcări la copiere în timpul divizării. Dacă aceste daune ar persista, celula nu ar putea supraviețui. Protecția constă în existența unor sisteme de reparare puternice, cum ar fi endonucleaza ultravioletă, sisteme de reparare de replicare și recombinare, care înlocuiesc deteriorarea ADN-ului. Defectele genetice ale sistemelor de reparare determină dezvoltarea bolilor cauzate de sensibilitatea crescută la factorii care dăunează ADN-ului. Aceasta este xeroderma pigmentosum, precum și unele sindroame de îmbătrânire accelerată, însoțite de o tendință crescută de a dezvolta tumori maligne.

Sistemul de reglare a proceselor de replicare a ADN-ului, transcrierea ARN-ului mesager (ARNm) și traducerea informațiilor genetice din acizii nucleici în structura proteinelor este destul de complex și cu mai multe niveluri. Pe lângă cascadele de reglare care declanșează acțiunea factorilor de transcripție cu un număr total de peste 3000, care activează anumite gene, există și un sistem de reglare pe mai multe niveluri mediat de molecule mici de ARN (ARN interferent; ARNi). Genomul uman, care constă din aproximativ 3 miliarde de baze purinice și pirimidinice, conține doar 2% din genele structurale responsabile de sinteza proteinelor. Restul asigură sinteza ARN-urilor reglatoare, care, simultan cu factorii de transcripție, activează sau blochează activitatea genelor structurale la nivel de ADN în cromozomi sau influențează procesele de translație a ARN-ului mesager (ARNm) în timpul formării unei molecule polipeptidice în citoplasma. Încălcarea informațiilor genetice poate apărea atât la nivelul genelor structurale, cât și la nivelul părții reglatoare a ADN-ului cu manifestări corespunzătoare sub formă de diferite boli ereditare.

Recent, a fost atrasă multă atenție modificările materialului genetic care apar în timpul dezvoltării individuale a unui organism și sunt asociate cu inhibarea sau activarea anumitor secțiuni ale ADN-ului și cromozomilor datorită metilării, acetilării și fosforilării acestora. Aceste modificări persistă mult timp, uneori de-a lungul întregii vieți a organismului, de la embriogeneză până la bătrânețe, și se numesc ereditate epigenomică.

Proliferarea celulelor cu informații genetice modificate este împiedicată și de sistemele (factorii) care controlează ciclul mitotic. Ele interacționează cu proteine ​​kinaze dependente de ciclină și subunitățile lor catalitice - ciclinele - și împiedică celula să treacă prin ciclul mitotic complet, oprind diviziunea la granița dintre fazele presintetice și sintetice (blocul G1/S) până când repararea ADN-ului este finalizată, iar dacă acest lucru este imposibil, ei inițiază celulele morții programate. Acești factori includ gena p53, a cărei mutație provoacă pierderea controlului asupra proliferării celulelor transformate; se observă în aproape 50% dintre cancerele umane. Al doilea punct de control al ciclului mitotic este la granița G2/M. Aici, distribuția corectă a materialului cromozomial între celulele fiice în mitoză sau meioză este controlată folosind un set de mecanisme care controlează fusul celular, centrul și centromerii (kinetocori). Ineficacitatea acestor mecanisme duce la perturbarea distribuției cromozomilor sau a părților acestora, care se manifestă prin absența oricărui cromozom într-una dintre celulele fiice (aneuploidie), prezența unui cromozom suplimentar (poliploidie), separarea unui parte dintr-un cromozom (deleție) și transferul acestuia într-un alt cromozom (translocare). Astfel de procese sunt foarte des observate în timpul proliferării celulelor degenerate și transformate malign. Dacă acest lucru se întâmplă în timpul meiozei cu celule germinale, duce fie la moartea fătului într-un stadiu incipient al dezvoltării embrionare, fie la nașterea unui organism cu o boală cromozomială.

Proliferarea celulară necontrolată în timpul creșterii tumorii are loc ca urmare a mutațiilor în genele care controlează proliferarea celulară și sunt numite oncogene. Dintre cele peste 70 de oncogene cunoscute în prezent, majoritatea aparțin componentelor de reglare a creșterii celulare, unele sunt reprezentate de factori de transcripție care reglează activitatea genelor, precum și de factori care inhibă diviziunea și creșterea celulară. Un alt factor care limitează expansiunea (răspândirea) excesivă a celulelor în proliferare este scurtarea capetelor cromozomilor - telomeri, care nu se pot replica complet ca urmare a interacțiunii pur sterice, prin urmare, după fiecare diviziune celulară, telomerii sunt scurtați cu o anumită parte a bazelor. Astfel, celulele în proliferare ale unui organism adult după un anumit număr de diviziuni (de obicei de la 20 la 100 în funcție de tipul de organism și de vârsta acestuia) epuizează lungimea telomerilor și replicarea ulterioară a cromozomilor se oprește. Acest fenomen nu apare în epiteliul spermatozoizilor, enterocite și celule embrionare datorită prezenței enzimei telomerazei, care restabilește lungimea telomerilor după fiecare diviziune. În majoritatea celulelor organismelor adulte, telomeraza este blocată, dar, din păcate, este activată în celulele tumorale.

Conexiunea dintre nucleu și citoplasmă și transportul substanțelor în ambele direcții se realizează prin porii din membrana nucleară cu participarea unor sisteme speciale de transport care consumă energie. În acest fel, energia și substanțele plastice, moleculele de semnalizare (factori de transcripție) sunt transportate către nucleu. Fluxul invers transportă în citoplasmă molecule de ARNm și ARN de transfer (ARNt), ribozomi necesari pentru sinteza proteinelor în celulă. Aceeași cale de transport al substanțelor este, de asemenea, inerentă virusurilor, în special precum HIV. Ei își transferă materialul genetic în nucleul celulei gazdă cu încorporarea lui în continuare în genomul gazdă și transferul de ARN viral nou format în citoplasmă pentru sinteza ulterioară a proteinelor de noi particule virale.

Încălcarea proceselor de sinteză

Procesele de sinteză a proteinelor au loc în cisterne ale reticulului endoplasmatic, strâns legate de porii din membrana nucleară, prin care ribozomii, ARNt și ARNm intră în reticulul endoplasmatic. Aici se realizează sinteza lanțurilor polipeptidice, care ulterior capătă forma lor finală în reticulul endoplasmatic agranular și complexul lamelar (complexul Golgi), unde suferă modificări post-translaționale și se combină cu moleculele de carbohidrați și lipide. Moleculele proteice nou formate nu rămân la locul sintezei, ci printr-un proces complex reglementat numit proteinkineza, sunt transferate activ în acea parte izolată a celulei unde își vor îndeplini funcția intenționată. În acest caz, un pas foarte important este structurarea moleculei transferate într-o configurație spațială adecvată capabilă să își îndeplinească funcția inerentă. Această structurare are loc cu ajutorul unor enzime speciale sau pe o matrice de molecule proteice specializate - chaperone, care ajută molecula proteică, nou formată sau modificată ca urmare a influenței externe, să dobândească structura tridimensională corectă. În cazul unui efect advers asupra celulei, atunci când există o posibilitate de perturbare a structurii moleculelor de proteine ​​(de exemplu, cu creșterea temperaturii corpului, un proces infecțios, intoxicație), concentrația de însoțitori în celulă crește brusc. Prin urmare, astfel de molecule sunt numite și proteine ​​de stres, sau proteine ​​de șoc termic. Încălcarea structurării unei molecule proteice duce la formarea de conglomerate inerte chimic, care se depun în celulă sau în afara acesteia în timpul amiloidozei, bolii Alzheimer etc. Uneori, o moleculă similară pre-structurată poate servi ca matrice, iar în aceasta În cazul în care structurarea primară are loc incorect, toate moleculele ulterioare vor fi, de asemenea, defecte. Această situație apare în așa-numitele boli prionice (scrapie la oi, vaci turbate, kuru, boala Creutzfeldt-Jakob la om), când un defect al uneia dintre proteinele membranei celulei nervoase determină acumularea ulterioară de mase inerte în interiorul celulei. și perturbarea funcțiilor sale vitale.

Perturbarea proceselor de sinteză într-o celulă poate apărea în diferitele sale etape: transcripția ARN-ului în nucleu, translația polipeptidelor în ribozomi, modificarea post-translațională, hipermetilarea și glicozilarea moleculei bej, transportul și distribuția proteinelor în celulă și îndepărtarea acestora. spre exterior. În acest caz, se poate observa o creștere sau scădere a numărului de ribozomi, descompunerea poliribozomilor, extinderea cisternelor reticulului endoplasmatic granular, pierderea ribozomilor și formarea veziculelor și vacuolelor. Astfel, atunci când este otrăvită de un greb palid, enzima ARN polimerază este deteriorată, ceea ce perturbă transcripția. Toxina difterică, prin inactivarea factorului de alungire, perturbă procesele de translație, provocând leziuni miocardice. Cauza perturbării sintezei unor molecule specifice de proteine ​​pot fi agenți infecțioși. De exemplu, virusurile herpetice inhibă sinteza și exprimarea moleculelor de antigen MHC, ceea ce le permite să evite parțial controlul imun; bacilii ciumei - sinteza mediatorilor inflamației acute. Apariția unor proteine ​​neobișnuite poate opri descompunerea lor ulterioară și poate duce la acumularea de material inert sau chiar toxic. Acest lucru poate fi, într-o anumită măsură, facilitat de întreruperea proceselor de dezintegrare.

Perturbarea proceselor de degradare

Concomitent cu sinteza proteinelor în celulă, are loc continuu descompunerea acesteia. În condiții normale, acest lucru are o semnificație de reglementare și formativă importantă, de exemplu, în timpul activării formelor inactive de enzime, hormoni proteici și proteine ​​ciclului mitotic. Creșterea și dezvoltarea celulară normală necesită un echilibru fin controlat între sinteza și degradarea proteinelor și a organelelor. Cu toate acestea, în procesul de sinteză a proteinelor, din cauza erorilor în funcționarea aparatului de sinteză, a structurii anormale a moleculei de proteine ​​și a deteriorării acesteia de către agenți chimici și bacterieni, se formează în mod constant un număr destul de mare de molecule defecte. Potrivit unor estimări, ponderea lor este de aproximativ o treime din toate proteinele sintetizate.

Celulele de mamifere au mai multe principale Modalități de distrugere a proteinelor: prin proteaze lizozomale (pentide hidrolaze), proteinaze calciu dependente (endopeptidaze) și sistemul proteazomal. În plus, există și proteinaze specializate, precum caspazele. Principalul organel în care are loc degradarea substanțelor în celulele eucariote este lizozomul, care conține numeroase enzime hidrolitice. Datorită proceselor de endocitoză și diferitelor tipuri de autofagie în lizozomi și fagolizozomi, atât moleculele proteice defecte, cât și organele întregi sunt distruse: mitocondriile deteriorate, secțiunile membranei plasmatice, unele proteine ​​extracelulare și conținutul granulelor secretoare.

Un mecanism important pentru degradarea proteinelor este proteazomul, o structură proteinază multicatalitică cu structură complexă localizată în citosol, nucleu, reticul endoplasmatic și pe membrana celulară. Acest sistem enzimatic este responsabil pentru descompunerea proteinelor deteriorate, precum și a proteinelor sănătoase care trebuie eliminate pentru funcționarea normală a celulelor. În acest caz, proteinele care urmează să fie distruse sunt combinate preliminar cu o polipeptidă specifică, ubiquitina. Cu toate acestea, proteinele non-ubiquitinate pot fi, de asemenea, parțial distruse în proteazomi. Defalcarea moleculelor proteice din proteazomi în polipeptide scurte (procesare) cu prezentarea lor ulterioară împreună cu moleculele MHC de tip I este o legătură importantă în controlul imun al homeostaziei antigenice în organism. Când funcția proteazomului este slăbită, se acumulează proteine ​​deteriorate și inutile, care însoțesc îmbătrânirea celulară. Încălcarea degradării proteinelor dependente de ciclină duce la perturbarea diviziunii celulare, degradarea proteinelor secretoare - la dezvoltarea cistofibrozei. În schimb, o creștere a funcției proteazomului însoțește epuizarea organismului (SIDA, cancer).

Cu tulburări determinate genetic de degradare a proteinelor, organismul nu este viabil și moare în stadiile incipiente ale embriogenezei. Dacă descompunerea grăsimilor sau a carbohidraților este perturbată, apar boli de depozitare (tesaurioză). În acest caz, în interiorul celulei se acumulează o cantitate excesivă de anumite substanțe sau produse ale descompunerii lor incomplete - lipide, polizaharide, ceea ce dăunează semnificativ funcției celulei. Cel mai adesea acest lucru se observă în celulele epiteliale hepatice (hepatocite), neuroni, fibroblaste și macrofagocite.

Tulburările dobândite ale proceselor de descompunere a substanțelor pot apărea ca urmare a proceselor patologice (de exemplu, proteine, grăsimi, carbohidrați și degenerare pigmentară) și sunt însoțite de formarea de substanțe neobișnuite. Tulburările în sistemul de proteoliză lizozomală duc la scăderea adaptării în timpul postului sau la creșterea stresului și la apariția anumitor disfuncții endocrine - scăderea nivelului de insulină, tiroglobuline, citokine și receptorii acestora. Degradarea afectată a proteinelor încetinește rata de vindecare a rănilor, provoacă dezvoltarea aterosclerozei și afectează răspunsul imun. Cu hipoxie, modificări ale pH-ului intracelular, leziuni ale radiațiilor, caracterizate prin peroxidarea crescută a lipidelor membranare, precum și sub influența substanțelor lizozomotrope - endotoxine bacteriene, metaboliți ai ciupercilor toxice (sporofusarină), cristale de oxid de siliciu - stabilitatea membranei lizozomului modificări, enzimele lizozomale activate sunt eliberate în citoplasmă, ceea ce provoacă distrugerea structurilor celulare și moartea acesteia.

Vă invităm să vă familiarizați cu materialele și.

: membrana celulozica, membrana, citoplasma cu organele, nucleul, vacuolele cu seva celulara.

Prezența plastidelor este principala caracteristică a celulei vegetale.

Funcțiile membranei celulare- determină forma celulei, protejează împotriva factorilor de mediu.

Membrană plasmatică- o peliculă subțire, formată din molecule de lipide și proteine ​​care interacționează, delimitează conținutul intern de mediul extern, asigură transportul în celulă al apei, mineralelor și substanțelor organice prin osmoză și transport activ și, de asemenea, îndepărtează deșeurile.

Citoplasma- mediul intern semi-lichid al celulei, în care se află nucleul și organelele, asigură conexiuni între ele și participă la procesele de bază ale vieții.

Reticulul endoplasmatic- o rețea de canale ramificate în citoplasmă. Este implicat în sinteza proteinelor, lipidelor și carbohidraților și în transportul de substanțe. Ribozomii sunt corpuri situate pe RE sau în citoplasmă, formate din ARN și proteine, și sunt implicate în sinteza proteinelor. EPS și ribozomii sunt un singur aparat pentru sinteza și transportul proteinelor.

Mitocondriile- organele delimitate de citoplasmă de două membrane. Substanțele organice sunt oxidate în ele și moleculele de ATP sunt sintetizate cu participarea enzimelor. Creșterea suprafeței membranei interioare pe care se află enzimele din cauza cristei. ATP este o substanță organică bogată în energie.

Plastide(cloroplaste, leucoplaste, cromoplaste), conținutul lor în celulă este principala caracteristică a organismului vegetal. Cloroplastele sunt plastide care conțin pigmentul verde clorofilă, care absoarbe energia luminii și o folosește pentru a sintetiza substanțe organice din dioxid de carbon și apă. Cloroplastele sunt separate de citoplasmă prin două membrane, numeroase excrescențe - grana pe membrana interioară, în care se află moleculele și enzimele de clorofilă.

Complexul Golgi- un sistem de cavităţi delimitate de citoplasmă printr-o membrană. Acumularea de proteine, grăsimi și carbohidrați în ele. Efectuarea sintezei grăsimilor și carbohidraților pe membrane.

Lizozomi- corpuri delimitate de citoplasmă printr-o singură membrană. Enzimele pe care le conțin accelerează descompunerea moleculelor complexe în molecule simple: proteinele în aminoacizi, carbohidrații complecși în molecule simple, lipidele în glicerol și acizi grași și, de asemenea, distrug părțile moarte ale celulei și celulele întregi.

Vacuole- cavități din citoplasmă umplute cu seva celulară, loc de acumulare de nutrienți de rezervă și substanțe nocive; ele reglează conținutul de apă din celulă.

Miez- partea principală a celulei, acoperită la exterior cu o înveliș nuclear cu două membrane, străpuns în pori. Substanțele intră în miez și sunt îndepărtate din acesta prin pori. Cromozomii sunt purtători de informații ereditare despre caracteristicile unui organism, principalele structuri ale nucleului, fiecare dintre ele constând dintr-o moleculă de ADN combinată cu proteine. Nucleul este locul sintezei ADN-ului, ARNm și ARNr.

Prezența unei membrane exterioare, a citoplasmei cu organite și a unui nucleu cu cromozomi.

Membrană exterioară sau plasmatică- delimiteaza continutul celulei de mediu (alte celule, substanta intercelulara), este format din molecule lipidice si proteice, asigura comunicarea intre celule, transportul substantelor in celula (pinocitoza, fagocitoza) si in afara celulei.

Citoplasma- mediul intern semilichid al celulei, care asigură comunicarea între nucleul și organelele aflate în aceasta. Principalele procese de viață au loc în citoplasmă.

Organele celulare:

1) reticul endoplasmatic (RE)- un sistem de tubuli ramificați, participă la sinteza proteinelor, lipidelor și carbohidraților, la transportul de substanțe în celulă;

2) ribozomi- corpurile care conțin ARNr sunt localizate pe RE și în citoplasmă și participă la sinteza proteinelor. EPS și ribozomii sunt un singur aparat pentru sinteza și transportul proteinelor;

3) mitocondriile- „centrale electrice” ale celulei, delimitate de citoplasmă de două membrane. Cea interioară formează crestae (pliuri), mărindu-și suprafața. Enzimele de pe cresta accelerează oxidarea substanțelor organice și sinteza moleculelor de ATP bogate în energie;

4) Complexul Golgi- un grup de cavități delimitate de o membrană din citoplasmă, umplute cu proteine, grăsimi și carbohidrați, care fie sunt utilizate în procesele vitale, fie sunt îndepărtate din celulă. Membranele complexului realizează sinteza grăsimilor și carbohidraților;

5) lizozomi- corpurile pline cu enzime accelerează descompunerea proteinelor în aminoacizi, a lipidelor în glicerol și acizi grași, a polizaharidelor în monozaharide. În lizozomi, părțile moarte ale celulei, celulele întregi, sunt distruse.

Incluziuni celulare- acumulări de nutrienți de rezervă: proteine, grăsimi și carbohidrați.

Miez- cea mai importantă parte a celulei. Este acoperit cu o înveliș cu membrană dublă cu pori, prin care unele substanțe pătrund în nucleu, iar altele intră în citoplasmă. Cromozomii sunt principalele structuri ale nucleului, purtători de informații ereditare despre caracteristicile organismului. Se transmite în timpul diviziunii celulei mamă la celulele fiice și cu celulele germinale la organismele fiice. Nucleul este locul sintezei ADN-ului, ARNm și ARNr.

Exercițiu:

Explicați de ce organelele sunt numite structuri celulare specializate?

Răspuns: Organelele sunt numite structuri celulare specializate, deoarece îndeplinesc funcții strict definite, informațiile ereditare sunt stocate în nucleu, ATP este sintetizat în mitocondrii, fotosinteza are loc în cloroplaste etc.

Dacă aveți întrebări despre citologie, puteți contacta

Legătura organismului cu mediul, din punct de vedere fizico-chimic, este un sistem deschis, adică un sistem în care procesele biochimice sunt în desfășurare. Substanțele inițiale provin din mediul înconjurător, iar substanțele care se formează continuu sunt transportate în exterior. Echilibrul dintre viteza și concentrația produselor reacțiilor multidirecționale din organism este condiționat, imaginar, deoarece aportul și eliminarea substanțelor nu se oprește. Conexiunea continuă cu mediul ne permite să considerăm un organism viu ca un sistem deschis.

Pentru toate celulele vii, sursa de energie este Soarele. Celulele vegetale captează energia din lumina soarelui cu ajutorul clorofilei, folosind-o pentru reacții de asimilare în timpul procesului de fotosinteză. Celulele animalelor, ciupercilor și bacteriilor folosesc energia solară indirect, în timpul descompunerii substanțelor organice sintetizate de plantele pământești.

Unele dintre substanțele nutritive ale celulei sunt descompuse în timpul respirației celulare, furnizând astfel energia necesară pentru diferite tipuri de activitate celulară. Acest proces are loc în organele numite mitocondrii. Mitocondriile sunt formate din două membrane: cea exterioară, care separă organele de citoplasmă, și cea interioară, formând numeroase pliuri. Produsul principal al respirației este ATP. Paraseste mitocondriile si este folosita ca sursa de energie pentru multe reactii chimice din citoplasma si membrana celulara. Dacă pentru respirația celulară este necesar oxigen, atunci respirația se numește aerobă, dar dacă reacțiile apar în absența oxigenului, atunci vorbim de respirație anaerobă.

Pentru orice tip de muncă efectuată într-o celulă, energia este utilizată într-o singură formă - sub formă de energie din legăturile de fosfat ale ATP. ATP este un compus ușor mobil. Formarea de ATP are loc pe membrana interioară a mitocondriilor. ATP este sintetizat în toate celulele în timpul respirației datorită energiei de oxidare a carbohidraților, grăsimilor și altor substanțe organice. În celulele vegetale verzi, cantitatea principală de ATP este sintetizată în cloroplaste datorită energiei solare. În timpul fotosintezei, ele produc de multe ori mai mult ATP decât mitocondriile. ATP se descompune prin ruperea legăturilor fosfor-oxigen și eliberarea de energie. Acest lucru se întâmplă sub acțiunea enzimei ATPază în timpul hidrolizei ATP - adăugarea de apă cu eliminarea unei molecule de acid fosforic. Ca rezultat, ATP este transformat în ADP, iar dacă două molecule de acid fosforic sunt separate, atunci în AMP. Reacția de eliminare a fiecărei molecule gram de acid este însoțită de eliberarea a 40 kJ. Aceasta este o ieșire de energie foarte mare, motiv pentru care legăturile fosfor-oxigen ale ATP sunt de obicei numite macroergistice (de înaltă energie).

Utilizarea ATP în reacțiile de schimb plastic se realizează prin cuplarea lor cu hidroliza ATP. Moleculele diferitelor substanțe sunt încărcate cu energie prin atașarea grupării fosfor eliberate în timpul hidrolizei din molecula de ATP, adică prin fosforilare.

Particularitatea derivaților de fosfat este că nu pot părăsi celula, deși formele lor „descărcate” trec liber prin membrană. Datorită acestui fapt, moleculele fosforilate rămân în celulă până când sunt utilizate în reacții adecvate.

Procesul invers de conversie a ADP în ATP are loc prin adăugarea unei molecule de acid fosforic la ADP, eliberând apă și absorbind o cantitate mare de energie.

Astfel, ATP este o sursă universală și directă de energie pentru activitatea celulară. Acest lucru creează un singur bazin celular de energie și face posibilă redistribuirea și transportul acesteia dintr-o zonă a celulei în alta.

Transferul grupării fosfat joacă un rol important în reacțiile chimice precum asamblarea macromoleculelor din monomeri. De exemplu, aminoacizii pot fi combinați în peptide numai după ce au fost fosforilați anterior. Procesele mecanice de contracție sau mișcare, transportul unei substanțe dizolvate împotriva unui gradient de concentrație și alte procese presupun consumul de energie stocată în ATP.

Procesul de metabolism energetic poate fi reprezentat astfel. Substanțele organice cu molecul mare din citoplasmă sunt transformate enzimatic, prin hidroliză, în altele mai simple din care constau: proteine ​​- în aminoacizi, poli- și dizaharide - în monozaharide (+ glucoză), grăsimile în glicerol și acizi grași. Nu există procese oxidative, se eliberează puțină energie, care nu este folosită și intră în formă termică. Majoritatea celulelor folosesc carbohidrații mai întâi. Polizaharidele (amidonul la plante și glicogenul la animale) sunt hidrolizate la glucoză. Oxidarea glucozei are loc in trei faze: glicoliza, decarboxilarea oxidativa (ciclul Krebs - ciclul acidului citric) si fosforilarea oxidativa (lantul respirator). În citoplasmă are loc glicoliza, în urma căreia o moleculă de glucoză este împărțită în două molecule de acid piruvic cu eliberarea a două molecule de ATP. În absența oxigenului, acidul piruvic este transformat fie în etanol (fermentare), fie în acid lactic (respirație anaerobă).

Când glicoliza are loc în celulele animale, molecula de glucoză cu șase atomi de carbon se descompune în două molecule de acid lactic. Acest proces este în mai multe etape. Se efectuează secvenţial de către 13 enzime. În timpul fermentației alcoolice, dintr-o moleculă de glucoză se formează două molecule de etanol și două molecule de CO2.

Glicoliza este o fază comună respirației anaerobe și aerobe; celelalte două apar numai în condiții aerobe. Procesul de oxidare fără oxigen, în care doar o parte din energia metaboliților este eliberată și utilizată, este final pentru organismele anaerobe. În prezența oxigenului, acidul piruvic trece în mitocondrii, unde, ca urmare a unui număr de reacții secvențiale, este complet oxidat aerob la H2O și CO2 cu fosforilarea simultană a ADP la ATP. În acest caz, două molecule de ATP sunt produse prin glicoliză, două prin ciclul Krebs și 34 prin lanțul respirator. Randamentul net pentru oxidarea completă a unei molecule de glucoză la H2O și CO2 este de 38 de molecule.

Astfel, la organismele aerobe, descompunerea finală a substanțelor organice se realizează prin oxidarea lor cu oxigen atmosferic în substanțe anorganice simple: CO2 și H2O. Acest proces are loc pe cresta mitocondriilor. În acest caz, cantitatea maximă de energie liberă este eliberată, o parte semnificativă din care este rezervată în moleculele de ATP. Este ușor de observat că oxidarea aerobă oferă celulei energie liberă în cea mai mare măsură.

Ca urmare a catabolismului, moleculele de ATP bogate în energie se acumulează în celulă, iar CO2 și excesul de apă sunt eliberate în mediul extern.

Moleculele de zahăr care nu sunt necesare pentru respirație pot fi stocate în celulă. Lipidele în exces sunt fie descompuse, după care produsele defalcării lor intră în mitocondrii ca substrat pentru respirație, fie sunt depuse ca rezerve în citoplasmă sub formă de picături de grăsime. Proteinele sunt construite din aminoacizii care intră în celulă. Sinteza proteinelor are loc în organele numite ribozomi. Fiecare ribozom este format din două subparticule - mari și mici: ambele subparticule includ molecule de proteine ​​și molecule de ARN.

Ribozomii sunt adesea atașați la un sistem membranar special format din cisterne și vezicule - așa-numitul reticul endoplasmatic (ER); în celulele care produc multe proteine, reticulul endoplasmatic este adesea foarte bine dezvoltat și acoperit cu ribozomi. Unele enzime sunt eficiente doar dacă sunt atașate de o membrană. Cele mai multe dintre enzimele implicate în sinteza lipidelor se află aici. Astfel, reticulul endoplasmatic este ca un fel de banc de lucru cu celule.

În plus, ER împarte citoplasma în compartimente separate, adică separă diferite procese chimice care au loc simultan în citoplasmă și, prin urmare, reduce probabilitatea ca aceste procese să interfereze între ele.

Produsele produse de o anumită celulă sunt adesea folosite în afara celulei. În astfel de cazuri, proteinele sintetizate pe ribozomi trec prin membranele reticulului endoplasmatic și sunt împachetate în vezicule membranare care se formează în jurul lor, care sunt apoi desprinse din RE. Aceste vezicule, aplatizate și stivuite una peste alta, precum clătitele stivuite, formează o structură caracteristică numită complexul Golgi sau aparatul Golgi. În timpul șederii lor în aparatul Golgi, proteinele suferă anumite modificări. Când vine momentul să părăsească celula, veziculele membranei se contopesc cu membrana celulară și sunt golite, revărsându-și conținutul, adică secreția are loc prin exocitoză.

Aparatul Golgi produce, de asemenea, lizozomi - saci membranari care conțin enzime digestive. A afla cum o celulă produce, împachetează și exportă anumite proteine ​​și cum „știe” ce proteine ​​ar trebui să păstreze pentru ea însăși, este una dintre cele mai fascinante ramuri ale citologiei moderne.

Membranele oricărei celule se mișcă și se schimbă în mod constant. Membranele ER se deplasează lent în întreaga celulă. Secțiuni individuale ale acestor membrane se separă și formează vezicule, care devin temporar parte a aparatului Golgi și apoi, prin procesul de exocitoză, fuzionează cu membrana celulară.

Mai târziu, materialul membranei este returnat în citoplasmă, unde este folosit din nou.

Teoria pentru sarcina 5 din examenul de stat unificat în biologie

Structura celulară. Relația dintre structura și funcțiile părților și organelelor unei celule stă la baza integrității acesteia

Structura celulară

Structura celulelor procariote și eucariote

Principalele componente structurale ale celulelor sunt membrana plasmatică, citoplasma și aparatul ereditar. În funcție de caracteristicile organizației, se disting două tipuri principale de celule: procariote și eucariote. Principala diferență dintre celulele procariote și celulele eucariote este organizarea aparatului lor ereditar: la procariote este situat direct în citoplasmă (această zonă a citoplasmei se numește nucleoid) și nu este separat de acesta prin structuri membranare, în timp ce la eucariote cea mai mare parte a ADN-ului este concentrat în nucleu, înconjurat de o membrană dublă. În plus, informația genetică a celulelor procariote, situate în nucleoid, este scrisă într-o moleculă circulară de ADN, în timp ce la eucariote moleculele de ADN sunt deschise.

Spre deosebire de eucariote, citoplasma celulelor procariote conține, de asemenea, un număr mic de organite, în timp ce celulele eucariote sunt caracterizate printr-o varietate semnificativă a acestor structuri.

Structura și funcțiile membranelor biologice

Structura biomembranei. Membranele care limitează celulele și organelele membranare ale celulelor eucariote au o compoziție chimică și o structură comune. Acestea includ lipide, proteine ​​și carbohidrați. Lipidele membranare sunt reprezentate în principal de fosfolipide și colesterol. Majoritatea proteinelor membranare sunt proteine ​​complexe, cum ar fi glicoproteinele. Carbohidrații nu apar independent în membrană; ei sunt asociați cu proteine ​​și lipide. Grosimea membranelor este de 7-10 nm.

Conform modelului de mozaic fluid, general acceptat în prezent, al structurii membranei, lipidele formează un strat dublu sau dublu strat lipidic, în care „capetele” hidrofile ale moleculelor de lipide sunt orientate spre exterior, iar „cozile” hidrofobe sunt ascunse în interiorul membranei. Aceste „cozi”, datorită hidrofobicității lor, asigură separarea fazelor apoase din mediul intern al celulei și mediul acesteia. Proteinele sunt asociate cu lipide prin diferite tipuri de interacțiuni. Unele proteine ​​sunt situate pe suprafața membranei. Astfel de proteine ​​sunt numite periferic, sau superficial. Alte proteine ​​sunt parțial sau complet scufundate în membrană - acestea sunt integral, sau proteine ​​scufundate. Proteinele membranei îndeplinesc funcții structurale, de transport, catalitice, de receptor și alte funcții.

Membranele nu sunt ca cristalele; componentele lor sunt în permanență în mișcare, drept urmare între moleculele de lipide apar goluri - pori prin care diferite substanțe pot intra sau ieși din celulă.

Membranele biologice diferă prin localizarea lor în celulă, compoziția chimică și funcțiile. Principalele tipuri de membrane sunt plasmatice și interne. Membrană plasmatică conține aproximativ 45% lipide (inclusiv glicolipide), 50% proteine ​​și 5% carbohidrați. Lanțurile de carbohidrați, care fac parte din proteine ​​complexe-glicoproteine ​​și lipide-glicolipide complexe, ies deasupra suprafeței membranei. Glicoproteinele plasmalemma sunt extrem de specifice. De exemplu, ele sunt folosite pentru recunoașterea reciprocă a celulelor, inclusiv a spermei și a ovulelor.

Pe suprafața celulelor animale, lanțurile de carbohidrați formează un strat subțire de suprafață - glicocalix. Este detectat în aproape toate celulele animale, dar gradul său de exprimare variază (10-50 µm). Glicocalixul asigură comunicarea directă între celulă și mediul extern, unde are loc digestia extracelulară; Receptorii sunt localizați în glicocalix. Pe lângă plasmalemă, celulele bacteriilor, plantelor și ciupercilor sunt, de asemenea, înconjurate de membrane celulare.

Membrane interne celulele eucariote delimitează diferite părți ale celulei, formând „compartimente” deosebite - compartimente, care promovează separarea diferitelor procese metabolice și energetice. Ele pot diferi în compoziție chimică și funcții, dar planul lor structural general rămâne același.

Functiile membranei:

1. Limitare. Ideea este că ele separă spațiul intern al celulei de mediul extern. Membrana este semipermeabilă, adică numai acele substanțe de care celula are nevoie pot trece liber prin ea și există mecanisme de transport a substanțelor necesare.
2. Receptor. Este asociat în primul rând cu percepția semnalelor de mediu și cu transferul acestor informații în celulă. Proteinele speciale ale receptorilor sunt responsabile de această funcție. Proteinele membranei sunt, de asemenea, responsabile pentru recunoașterea celulară conform principiului „prieten sau dușman”, precum și pentru formarea conexiunilor intercelulare, dintre care cele mai studiate sunt sinapsele celulelor nervoase.
3. catalitic. Numeroase complexe enzimatice sunt localizate pe membrane, în urma cărora au loc procese sintetice intensive.
4. Transformarea energiei. Asociat cu formarea energiei, stocarea acesteia sub formă de ATP și consum.
5. Compartimentare. Membranele delimitează, de asemenea, spațiul din interiorul celulei, separând astfel materiile prime ale reacției și enzimele care pot efectua reacțiile corespunzătoare.
6. Formarea de contacte intercelulare.În ciuda faptului că grosimea membranei este atât de mică încât nu poate fi distinsă cu ochiul liber, aceasta, pe de o parte, servește ca o barieră destul de sigură pentru ionii și molecule, în special pentru cele solubile în apă, iar pe de altă parte. , asigură transportul lor în și în afara celulei.
7. Transport.

Transport pe membrană. Datorită faptului că celulele, ca sisteme biologice elementare, sunt sisteme deschise, pentru a asigura metabolismul și energia, menține homeostazia, creșterea, iritabilitatea și alte procese, este necesar transferul de substanțe prin membrană - transportul membranar. În prezent, transportul de substanțe prin membrana celulară este împărțit în activ, pasiv, endo- și exocitoză.

Transport pasiv- Acesta este un tip de transport care are loc fără consum de energie de la concentrații mai mari la mai mici. Moleculele mici nepolare solubile în lipide (O 2, CO 2) pătrund cu ușurință în celulă prin difuzie simplă. Cele insolubile în lipide, inclusiv particulele mici încărcate, sunt preluate de proteinele purtătoare sau trec prin canale speciale (glucoză, aminoacizi, K+, PO 4 3-). Acest tip de transport pasiv se numește difuzie facilitată. Apa intră în celulă prin pori în faza lipidică, precum și prin canale speciale căptușite cu proteine. Transportul apei printr-o membrană se numește prin osmoză.

Osmoza este extrem de importantă în viața unei celule, deoarece dacă este plasată într-o soluție cu o concentrație mai mare de săruri decât în ​​soluția celulară, atunci apa va începe să părăsească celula și volumul conținutului viu va începe să scadă. În celulele animale, celula în ansamblu se micșorează, iar în celulele vegetale, citoplasma rămâne în urma peretelui celular, care se numește plasmoliza. Când o celulă este plasată într-o soluție mai puțin concentrată decât citoplasma, transportul apei are loc în direcția opusă - în celulă. Cu toate acestea, există limite ale extensibilității membranei citoplasmatice și o celulă animală se rupe în cele din urmă, în timp ce o celulă vegetală nu permite acest lucru din cauza peretelui său celular puternic. Fenomenul de umplere a întregului spațiu intern al unei celule cu conținut celular se numește deplasmoliza. Concentrația intracelulară a sărurilor trebuie luată în considerare la prepararea medicamentelor, în special pentru administrarea intravenoasă, deoarece aceasta poate duce la deteriorarea celulelor sanguine (pentru aceasta, se utilizează soluție salină cu o concentrație de clorură de sodiu de 0,9%). Acest lucru nu este mai puțin important atunci când se cultivă celule și țesuturi, precum și organele animale și vegetale.

Transport activ procedează cu cheltuirea energiei ATP de la o concentrație mai mică a unei substanțe la una mai mare. Se efectuează folosind proteine ​​speciale de pompă. Proteinele pompează K+, Na+, Ca 2+ și alți ioni prin membrană, ceea ce favorizează transportul substanțelor organice esențiale, precum și apariția impulsurilor nervoase etc.

Endocitoza- acesta este un proces activ de absorbție a substanțelor de către celulă, în care membrana formează invaginări și apoi formează vezicule membranare - fagozomii, care conțin obiectele absorbite. Apoi lizozomul primar fuzionează cu fagozomul și se formează lizozom secundar, sau fagolizozom, sau vacuola digestivă. Conținutul veziculei este digerat de enzimele lizozomice, iar produsele de descompunere sunt absorbite și asimilate de celulă. Reziduurile nedigerate sunt îndepărtate din celulă prin exocitoză. Există două tipuri principale de endocitoză: fagocitoză și pinocitoză.

Fagocitoză este procesul de captare de către suprafața celulei și de absorbție a particulelor solide de către celulă și pinocitoza- lichide. Fagocitoza apare în principal în celulele animale (animale unicelulare, leucocite umane), le asigură hrănirea și adesea protejează organismul. Prin pinocitoză, proteinele, complexele antigen-anticorp sunt absorbite în timpul reacțiilor imune etc. Cu toate acestea, mulți virusuri intră în celulă și prin pinocitoză sau fagocitoză. În celulele vegetale și fungice, fagocitoza este practic imposibilă, deoarece sunt înconjurate de membrane celulare durabile.

exocitoză- un proces invers la endocitoză. În acest fel, resturile alimentare nedigerate sunt eliberate din vacuolele digestive, iar substanțele necesare vieții celulei și organismului în ansamblu sunt îndepărtate. De exemplu, transmiterea impulsurilor nervoase are loc datorită eliberării de mesageri chimici de către neuronul care trimite impulsul - mediatori, iar în celulele vegetale așa sunt secretați carbohidrații auxiliari ai membranei celulare.

Pereții celulari ai celulelor vegetale, ciupercilor și bacteriilor.În afara membranei, celula poate secreta un cadru puternic - membrana celulara, sau perete celular.

La plante, baza peretelui celular este celuloză, ambalate în mănunchiuri de 50-100 de molecule. Spațiile dintre ele sunt umplute cu apă și alți carbohidrați. Peretele celular al plantei este pătruns cu tubuli - plasmodesmate, prin care trec membranele reticulului endoplasmatic. Plasmodesmatele efectuează transportul de substanțe între celule. Cu toate acestea, transportul de substanțe, cum ar fi apa, poate avea loc și de-a lungul pereților celulari. În timp, în peretele celular al plantelor se acumulează diverse substanțe, inclusiv taninuri sau substanțe asemănătoare grăsimilor, ceea ce duce la lignificarea sau suberizarea peretelui celular în sine, deplasarea apei și moartea conținutului celular. Între pereții celulelor celulelor vegetale învecinate există distanțiere asemănătoare jeleului - plăci de mijloc care le țin împreună și cimentează corpul plantei în ansamblu. Ele sunt distruse numai în timpul procesului de coacere a fructelor și când cad frunzele.

Se formează pereții celulari ai celulelor fungice chitină- un carbohidrat care contine azot. Sunt destul de puternice și reprezintă scheletul extern al celulei, dar totuși, ca la plante, previn fagocitoza.

La bacterii, peretele celular conține carbohidrați cu fragmente de peptide - murein Cu toate acestea, conținutul său variază semnificativ între diferitele grupuri de bacterii. Alte polizaharide pot fi, de asemenea, secretate deasupra peretelui celular, formând o capsulă mucoasă care protejează bacteriile de influențele externe.

Membrana determină forma celulei, servește ca suport mecanic, îndeplinește o funcție de protecție, asigură proprietățile osmotice ale celulei, limitând întinderea conținutului viu și împiedicând ruperea celulei, care crește datorită pătrunderii apei. . În plus, apa și substanțele dizolvate în ea depășesc peretele celular înainte de a intra în citoplasmă sau, dimpotrivă, la părăsirea acestuia, în timp ce apa este transportată prin pereții celulari mai repede decât prin citoplasmă.

Citoplasma

Citoplasma- Acesta este conținutul intern al celulei. Toate organitele celulare, nucleul și diverse produse reziduale sunt scufundate în ea.

Citoplasma conectează toate părțile celulei între ele și în ea au loc numeroase reacții metabolice. Citoplasma este separată de mediu și împărțită în compartimente prin membrane, adică celulele au o structură membranară. Poate fi în două stări - sol și gel. Sol- aceasta este o stare semi-lichidă, asemănătoare cu jeleu, a citoplasmei, în care procesele vitale au loc cel mai intens și gel- o stare mai densa, gelatinoasa care impiedica aparitia reactiilor chimice si transportul substantelor.

Se numește partea lichidă a citoplasmei fără organele hialoplasma. Hialoplasma, sau citosolul, este o soluție coloidală în care există un fel de suspensie de particule destul de mari, de exemplu proteine, înconjurate de dipoli de molecule de apă. Precipitarea acestei suspensii nu are loc din cauza faptului că au aceeași sarcină și se resping reciproc.

Organoizi

Organoizi- Acestea sunt componente permanente ale celulei care îndeplinesc funcții specifice.

În funcție de caracteristicile lor structurale, ele sunt împărțite în membrană și non-membrană. Membrană Organele, la rândul lor, sunt clasificate ca cu o singură membrană (reticul endoplasmatic, complex Golgi și lizozomi) sau cu dublă membrană (mitocondrii, plastide și nucleu). Non-membrană Organelele sunt ribozomi, microtubuli, microfilamente și centrul celular. Dintre organelele enumerate, numai ribozomii sunt inerenți procariotelor.

Structura și funcțiile nucleului. Miez- un organel mare cu membrană dublă situată în centrul celulei sau la periferia acesteia. Dimensiunile nucleului pot varia de la 3-35 microni. Forma nucleului este cel mai adesea sferică sau elipsoidală, dar există și nuclei în formă de baston, fuziformi, în formă de fasole, lobate și chiar segmentați. Unii cercetători cred că forma nucleului corespunde formei celulei în sine.

Majoritatea celulelor au un singur nucleu, dar, de exemplu, în celulele ficatului și inimii pot fi două dintre ele, iar într-un număr de neuroni - până la 15. Fibrele musculare scheletice conțin de obicei mulți nuclei, dar nu sunt celule. în sensul deplin al cuvântului, deoarece se formează în rezultatul fuziunii mai multor celule.

Miezul este inconjurat plic nuclear, iar spațiul său interior este umplut suc nuclear, sau nucleoplasmă (carioplasmă), în care sunt scufundați cromatinaȘi nucleol. Nucleul îndeplinește funcții atât de importante precum stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, precum și controlul vieții celulei.

Rolul nucleului în transmiterea informațiilor ereditare a fost dovedit convingător în experimentele cu alga verde Acetabularia. Într-o singură celulă gigantică, care atinge o lungime de 5 cm, se disting un capac, o tulpină și un rizoid. Mai mult, conține un singur nucleu situat în rizoid. În anii 1930, I. Hemmerling a transplantat nucleul unei specii de acetabularia cu o culoare verde în rizoidul unei alte specii, cu o culoare maro, din care fusese îndepărtat nucleul. După ceva timp, planta cu nucleul transplantat a crescut un nou capac, precum algele donatoare de nucleu. În același timp, capacul sau tulpina, separată de rizoid și neconținând un nucleu, a murit după ceva timp.

Plic nuclear format din două membrane - exterioară și interioară, între care există spațiu. Spațiul intermembranar comunică cu cavitatea reticulului endoplasmatic rugos, iar membrana exterioară a nucleului poate transporta ribozomi. Învelișul nuclear este pătruns cu numeroși pori căptușiți cu proteine ​​speciale. Transportul substanțelor are loc prin pori: proteinele necesare (inclusiv enzimele), ionii, nucleotidele și alte substanțe intră în nucleu, iar moleculele de ARN, proteinele uzate și subunitățile ribozomilor părăsesc acesta. Astfel, funcțiile învelișului nuclear sunt separarea conținutului nucleului de citoplasmă, precum și reglarea metabolismului dintre nucleu și citoplasmă.

Nucleoplasma numit conținutul nucleului, în care sunt scufundate cromatina și nucleolul. Este o soluție coloidală, care amintește chimic de citoplasmă. Enzimele nucleoplasmei catalizează schimbul de aminoacizi, nucleotide, proteine ​​etc. Nucleoplasma este legată de hialoplasmă prin pori nucleari. Funcțiile nucleoplasmei, ca și hialoplasma, sunt de a asigura interconectarea tuturor componentelor structurale ale nucleului și de a efectua o serie de reacții enzimatice.

Cromatina numită o colecție de filamente și granule subțiri scufundate în nucleoplasmă. Poate fi detectat doar prin colorare, deoarece indicii de refracție ai cromatinei și nucleoplasmei sunt aproximativ aceiași. Componenta filamentoasă a cromatinei se numește eucromatinași granular - heterocromatina. Eucromatina este slab compactată, deoarece informațiile ereditare sunt citite din ea, în timp ce heterocromatina mai spiralată este inactivă genetic.

Cromatina este o modificare structurală a cromozomilor dintr-un nucleu care nu se divide. Astfel, cromozomii sunt prezenți în mod constant în nucleu; doar starea lor se modifică în funcție de funcția pe care o îndeplinește în acest moment nucleul.

Compoziția cromatinei include în principal proteine ​​nucleoproteice (dezoxiribonucleoproteine ​​și ribonucleoproteine), precum și enzime, dintre care cele mai importante sunt asociate cu sinteza acizilor nucleici și alte substanțe.

Funcțiile cromatinei constau, în primul rând, în sinteza acizilor nucleici specifici unui organism dat, care direcționează sinteza proteinelor specifice și, în al doilea rând, în transferul proprietăților ereditare de la celula mamă la celulele fiice, scop în care firele de cromatină sunt împachetate în cromozomi în timpul procesului de divizare.

Nucleol- un corp sferic, clar vizibil la microscop, cu diametrul de 1-3 microni. Se formează pe secțiuni ale cromatinei în care sunt codificate informații despre structura ARNr și proteinele ribozomale. Adesea există un singur nucleol în nucleu, dar în acele celule în care au loc procese vitale intensive, pot exista doi sau mai mulți nucleoli. Funcțiile nucleolilor sunt sinteza ARNr și asamblarea subunităților ribozomale prin combinarea ARNr cu proteinele provenite din citoplasmă.

Mitocondriile- organele cu membrană dublă de formă rotundă, ovală sau în formă de tijă, deși se găsesc și în formă de spirală (în spermatozoizi). Diametrul mitocondriilor este de până la 1 µm, iar lungimea este de până la 7 µm. Spațiul din interiorul mitocondriilor este umplut cu matrice. Matrice- Aceasta este substanța principală a mitocondriilor. În ea sunt scufundate o moleculă circulară de ADN și ribozomi. Membrana exterioară a mitocondriilor este netedă și impermeabilă la multe substanțe. Membrana interioară are proeminențe - cristas, crescând suprafața membranelor pentru a avea loc reacții chimice. Pe suprafața membranei există numeroase complexe proteice care alcătuiesc așa-numitul lanț respirator, precum și enzime ATP sintetaze în formă de ciupercă. Stadiul aerob al respirației are loc în mitocondrii, în timpul căruia este sintetizat ATP.

Plastide- organite mari cu membrană dublă, caracteristice doar celulelor vegetale. Spațiul intern al plastidelor este umplut stroma, sau matrice. Stroma conține un sistem mai mult sau mai puțin dezvoltat de vezicule membranare - tilacoizi, care sunt adunate în grămezi - boabe, precum și propria moleculă circulară de ADN și ribozomi. Există patru tipuri principale de plastide: cloroplaste, cromoplaste, leucoplaste și proplastide.

Cloroplaste- sunt plastide verzi cu diametrul de 3-10 microni, clar vizibile la microscop. Se găsesc numai în părțile verzi ale plantelor - frunze, tulpini tinere, flori și fructe. Cloroplastele au, în general, o formă ovală sau elipsoidală, dar pot fi, de asemenea, în formă de cupă, în formă de spirală sau chiar lobate. Numărul de cloroplaste dintr-o celulă este în medie de la 10 la 100 de bucăți. Cu toate acestea, de exemplu, în unele alge poate fi una, să aibă dimensiuni semnificative și o formă complexă - atunci se numește cromatofor. În alte cazuri, numărul de cloroplaste poate ajunge la câteva sute, în timp ce dimensiunile lor sunt mici. Culoarea cloroplastelor se datorează pigmentului principal al fotosintezei - clorofilă, deși conțin și pigmenți suplimentari - carotenoide. Carotenoidele devin vizibile doar toamna, când clorofila din frunzele îmbătrânite se descompune. Funcția principală a cloroplastelor este fotosinteza. Reacțiile luminoase ale fotosintezei au loc pe membranele tilacoide, pe care sunt atașate moleculele de clorofilă, iar reacțiile întunecate au loc în stromă, unde sunt conținute numeroase enzime.

Cromoplastele- Acestea sunt plastide galbene, portocalii și roșii care conțin pigmenți carotenoizi. Forma cromoplastelor poate varia și ea semnificativ: pot fi tubulare, sferice, cristaline etc. Cromoplastele dau culoare florilor și fructelor plantelor, atrăgând polenizatori și distribuitori de semințe și fructe.

Leucoplaste- Acestea sunt plastide albe sau incolore, mai ales de formă rotundă sau ovală. Sunt frecvente în părțile nefotosintetice ale plantelor, de exemplu în pielea frunzelor, a tuberculilor de cartofi etc. Ele stochează nutrienți, cel mai adesea amidon, dar la unele plante pot fi proteine ​​sau ulei.

Plastidele se formează în celulele vegetale din proplastide, care sunt deja prezente în celulele țesutului educațional și sunt corpuri mici cu membrană dublă. În primele etape de dezvoltare, diferite tipuri de plastide sunt capabile să se transforme unele în altele: atunci când sunt expuse la lumină, leucoplastele unui tubercul de cartof și cromoplastele unei rădăcini de morcov devin verzi.

Plastidele și mitocondriile sunt numite organite semi-autonome ale celulei, deoarece au propriile lor molecule de ADN și ribozomi, realizează sinteza proteinelor și se divid independent de diviziunea celulară. Aceste caracteristici sunt explicate prin originea lor din organisme procariote unicelulare. Cu toate acestea, „independența” mitocondriilor și plastidelor este limitată, deoarece ADN-ul lor conține prea puține gene pentru existența liberă, în timp ce restul informațiilor este codificată în cromozomii nucleului, ceea ce îi permite să controleze aceste organite.

Reticul endoplasmatic (RE), sau reticul endoplasmatic (RE), este un organel cu o singură membrană, care este o rețea de cavități membranare și tubuli care ocupă până la 30% din conținutul citoplasmei. Diametrul tubilor EPS este de aproximativ 25-30 nm. Există două tipuri de EPS - aspru și neted. XPS dur poartă ribozomi, unde are loc sinteza proteinelor. XPS neted lipsit de ribozomi. Funcția sa este sinteza lipidelor și carbohidraților, precum și transportul, depozitarea și neutralizarea substanțelor toxice. Este dezvoltat în special în acele celule în care au loc procese metabolice intensive, de exemplu în celulele hepatice - hepatocite - și fibrele musculare scheletice. Substanțele sintetizate în RE sunt transportate în aparatul Golgi. Asamblarea membranelor celulare are loc și în ER, dar formarea lor este finalizată în aparatul Golgi.

Aparate Golgi, sau Complexul Golgi, este un organel monomembranar format dintr-un sistem de cisterne plate, tubuli si vezicule desprinse din acestea. Unitatea structurală a aparatului Golgi este dictiozom- o stivă de rezervoare, la un pol din care provin substanțe din EPS, iar de la polul opus, suferind anumite transformări, sunt împachetate în vezicule și trimise în alte părți ale celulei. Diametrul rezervoarelor este de aproximativ 2 microni, iar diametrul bulelor mici este de aproximativ 20-30 microni. Principalele funcții ale complexului Golgi sunt sinteza anumitor substanțe și modificarea (modificarea) proteinelor, lipidelor și carbohidraților proveniți din RE, formarea finală a membranelor, precum și transportul substanțelor în întreaga celulă, reînnoirea structurilor acesteia. și formarea lizozomilor. Aparatul Golgi și-a primit numele în onoarea savantului italian Camillo Golgi, care a descoperit pentru prima dată acest organel (1898).

Lizozomi- organele mici, monomembranare, de până la 1 μm diametru, care conţin enzime hidrolitice implicate în digestia intracelulară. Membranele lizozomilor sunt slab permeabile la aceste enzime, astfel încât lizozomii își îndeplinesc funcțiile foarte precis și țintit. Astfel, ei iau parte activ în procesul de fagocitoză, formând vacuole digestive, iar în caz de înfometare sau deteriorare a anumitor părți ale celulei, le digeră fără a le afecta pe altele. Rolul lizozomilor în procesele de moarte celulară a fost descoperit recent.

Vacuole este o cavitate din citoplasma celulelor vegetale și animale, delimitată de o membrană și umplută cu lichid. Vacuolele digestive și contractile se găsesc în celulele protozoare. Primii participă la procesul de fagocitoză, deoarece descompun nutrienții. Acestea din urmă asigură menținerea echilibrului apă-sare datorită osmoreglarii. La animalele pluricelulare se găsesc în principal vacuole digestive.

În celulele vegetale, vacuolele sunt întotdeauna prezente; ele sunt înconjurate de o membrană specială și umplute cu seva celulară. Membrana care înconjoară vacuola este similară ca compoziție chimică, structură și funcții cu membrana plasmatică. Seva celulară este o soluție apoasă din diverse substanțe anorganice și organice, inclusiv săruri minerale, acizi organici, carbohidrați, proteine, glicozide, alcaloizi etc. Vacuola poate ocupa până la 90% din volumul celulei și împinge nucleul la periferie. Această parte a celulei îndeplinește funcții de depozitare, excreție, osmotică, de protecție, lizozomală și alte funcții, deoarece acumulează nutrienți și produse reziduale, asigură furnizarea de apă și menține forma și volumul celulei și, de asemenea, conține enzime pentru descompunerea celulei. multe componente celulare. În plus, substanțele biologic active ale vacuolelor pot împiedica multe animale să mănânce aceste plante. La o serie de plante, din cauza umflării vacuolelor, creșterea celulară are loc prin alungire.

Vacuolele sunt prezente și în celulele unor ciuperci și bacterii, dar la ciuperci îndeplinesc doar funcția de osmoreglare, în timp ce la cianobacterii mențin flotabilitatea și participă la procesul de asimilare a azotului din aer.

Ribozomi- organele mici nemembranare cu diametrul de 15-20 microni, formate din două subunități - mari și mici. Subunitățile ribozomale eucariote sunt asamblate în nucleol și apoi transportate în citoplasmă. Ribozomii din procariote, mitocondrii și plastide au dimensiuni mai mici decât ribozomii din eucariote. Subunitățile ribozomale includ ARNr și proteine.

Numărul de ribozomi dintr-o celulă poate ajunge la câteva zeci de milioane: în citoplasmă, mitocondrii și plastide sunt în stare liberă, iar pe ER brut - în stare legată. Ei participă la sinteza proteinelor, în special, efectuează procesul de translație - biosinteza unui lanț polipeptidic pe o moleculă de ARNm. Ribozomii liberi sintetizează proteinele hialoplasmei, mitocondriilor, plastidelor și propriile proteine ​​ribozomale, în timp ce ribozomii atașați la ER dur realizează traducerea proteinelor pentru îndepărtarea din celule, asamblarea membranei și formarea lizozomilor și vacuolelor.

Ribozomii pot fi găsiți individual în hialoplasmă sau asamblați în grupuri în timpul sintezei simultane a mai multor lanțuri polipeptidice pe un ARNm. Astfel de grupuri de ribozomi sunt numite poliribozomi, sau polizomi.

Microtubuli- Acestea sunt organite cilindrice goale, nemembranare, care pătrund în întreaga citoplasmă a celulei. Diametrul lor este de aproximativ 25 nm, grosimea peretelui este de 6-8 nm. Sunt formate din numeroase molecule de proteine tubulina, care formează mai întâi 13 fire asemănătoare mărgele și apoi se adună într-un microtubul. Microtubulii formează un reticul citoplasmatic, care dă formă și volum celulei, conectează membrana plasmatică cu alte părți ale celulei, asigură transportul substanțelor în întreaga celulă, participă la mișcarea celulei și a componentelor intracelulare, precum și în împărțirea materialului genetic. Ele fac parte din centrul celular și organele de mișcare - flageli și cili.

Microfilamente, sau microfile, sunt, de asemenea, organele nemembranare, cu toate acestea, au o formă filamentoasă și sunt formate nu din tubulină, ci actina. Ei iau parte la procesele de transport membranar, recunoaștere intercelulară, diviziunea citoplasmei celulare și la mișcarea acesteia. În celulele musculare, interacțiunea microfilamentelor de actină cu filamentele de miozină mediază contracția.

Microtubulii și microfilamentele formează scheletul intern al celulei - citoscheletul. Este o rețea complexă de fibre care asigură suport mecanic membranei plasmatice, determină forma celulei, localizarea organelelor celulare și mișcarea acestora în timpul diviziunii celulare.

Centrul celular- un organel nemembranar situat în celulele animale din apropierea nucleului; este absent în celulele vegetale. Lungimea sa este de aproximativ 0,2-0,3 microni, iar diametrul său este de 0,1-0,15 microni. Centrul celular este format din doi centrioli, situate în planuri reciproc perpendiculare și sferă radiantă din microtubuli. Fiecare centriol este format din nouă grupuri de microtubuli, colectate în grupuri de trei, adică tripleți. Centrul celular participă la procesele de asamblare a microtubulilor, diviziunea materialului ereditar al celulei, precum și la formarea flagelilor și cililor.

Organele de mișcare. FlageliiȘi cili Sunt excrescente celulare acoperite cu plasmalema. Baza acestor organite este formată din nouă perechi de microtubuli situate de-a lungul periferiei și doi microtubuli liberi în centru. Microtubulii sunt interconectați prin diferite proteine, asigurând abaterea lor coordonată de la axa - oscilație. Oscilațiile sunt dependente de energie, adică energia legăturilor ATP de înaltă energie este cheltuită în acest proces. Restaurarea flagelilor și cililor pierdute este o funcție corpuri bazale, sau kinetozomii situate la baza lor.

Lungimea cililor este de aproximativ 10-15 nm, iar lungimea flagelilor este de 20-50 µm. Datorită mișcărilor strict dirijate ale flagelilor și cililor, are loc nu numai mișcarea animalelor unicelulare, spermatozoizilor etc., ci și curățarea căilor respiratorii și deplasarea oului prin trompele uterine, deoarece toate aceste părți ale corpului uman sunt căptușite cu epiteliu ciliat.

Incluziuni

Incluziuni- Acestea sunt componente nepermanente ale celulei care se formează și dispar în timpul vieții sale. Acestea includ atât substanțe de rezervă, de exemplu, boabe de amidon sau proteine ​​din celulele vegetale, granule de glicogen în celulele animalelor și ciupercilor, volutina în bacterii, picături de grăsime în toate tipurile de celule, cât și deșeuri, în special reziduuri alimentare. nedigerat ca urmare a fagocitozei, formând așa-numitele corpuri reziduale.

Relația dintre structura și funcțiile părților și organelelor unei celule stă la baza integrității acesteia

Fiecare dintre părțile celulei, pe de o parte, este o structură separată, cu o structură și funcții specifice, iar pe de altă parte, o componentă a unui sistem mai complex numit celulă. Majoritatea informațiilor ereditare ale unei celule eucariote sunt concentrate în nucleu, dar nucleul în sine nu este capabil să asigure implementarea acesteia, deoarece aceasta necesită cel puțin citoplasma, care acționează ca substanță principală, și ribozomi, pe care are loc această sinteză. . Majoritatea ribozomilor sunt localizați pe reticulul endoplasmatic granular, de unde proteinele sunt cel mai adesea transportate în complexul Golgi și apoi, după modificare, în acele părți ale celulei pentru care sunt destinate sau sunt excretate. Ambalarea membranară a proteinelor și carbohidraților poate fi încorporată în membranele organelelor și membrana citoplasmatică, asigurând reînnoirea lor constantă. Din complexul Golgi se desprind si lizozomii si vacuolele, care indeplinesc functii importante. De exemplu, fără lizozomi, celulele s-ar transforma rapid într-un fel de gunoi pentru molecule și structuri de deșeuri.

Apariția tuturor acestor procese necesită energie produsă de mitocondrii, iar în plante, de cloroplaste. Și deși aceste organite sunt relativ autonome, deoarece au propriile molecule de ADN, unele dintre proteinele lor sunt încă codificate de genomul nuclear și sintetizate în citoplasmă.

Astfel, celula este o unitate inextricabilă a componentelor sale constitutive, fiecare dintre acestea îndeplinind propria sa funcție unică.

Metabolismul și conversia energiei sunt proprietăți ale organismelor vii. Metabolismul energetic și plastic, relația lor. Etape ale metabolismului energetic. Fermentația și respirația. Fotosinteza, semnificația ei, rolul cosmic. Fazele fotosintezei. Reacții luminoase și întunecate ale fotosintezei, relația lor. Chemosinteza. Rolul bacteriilor chemosintetice pe Pământ

Metabolismul și conversia energiei - proprietăți ale organismelor vii

O celulă poate fi asemănată cu o fabrică chimică în miniatură în care au loc sute și mii de reacții chimice.

Metabolism- un set de transformări chimice care vizează conservarea și autoreproducția sistemelor biologice.

Include aportul de substanțe în organism în timpul nutriției și respirației, metabolismul intracelular sau metabolism, precum și izolarea produselor metabolice finale.

Metabolismul este indisolubil legat de procesele de conversie a unui tip de energie în altul. De exemplu, în timpul procesului de fotosinteză, energia luminii este stocată sub forma energiei legăturilor chimice ale moleculelor organice complexe, iar în timpul procesului de respirație este eliberată și cheltuită pentru sinteza de noi molecule, lucru mecanic și osmotic, disipate sub formă de căldură etc.

Apariția reacțiilor chimice în organismele vii este asigurată datorită catalizatorilor biologici de natură proteică - enzime, sau enzime. Ca și alți catalizatori, enzimele accelerează apariția reacțiilor chimice într-o celulă de zeci și sute de mii de ori și uneori chiar le fac posibile, dar nu schimbă natura sau proprietățile produsului (produselor) finale ale reacției și nu nu se schimba singuri. Enzimele pot fi atât proteine ​​simple, cât și complexe, care, pe lângă partea proteică, includ și o parte neproteică - cofactor (coenzima). Exemple de enzime sunt amilaza salivară, care descompune polizaharidele în timpul mestecării prelungite, și pepsina, care asigură digestia proteinelor în stomac.

Enzimele diferă de catalizatorii non-proteici prin specificitatea lor ridicată de acțiune, o creștere semnificativă a vitezei de reacție cu ajutorul lor, precum și capacitatea de a regla acțiunea prin modificarea condițiilor de reacție sau interacțiunea diferitelor substanțe cu acestea. În plus, condițiile în care are loc cataliza enzimatică diferă semnificativ de cele în care are loc cataliza neenzimatică: temperatura optimă pentru funcționarea enzimelor în corpul uman este de $37°C$, presiunea ar trebui să fie apropiată de cea atmosferică, iar $pH$ a mediului poate ezita semnificativ. Astfel, amilaza necesită un mediu alcalin, iar pepsina necesită un mediu acid.

Mecanismul de acțiune al enzimelor este reducerea energiei de activare a substanțelor (substratelor) care intră într-o reacție datorită formării unor complexe intermediare enzimă-substrat.

Metabolismul energetic și plastic, relația lor

Metabolismul constă în două procese care au loc simultan în celulă: metabolismul plastic și cel energetic.

Metabolism plastic (anabolism, asimilare) este un set de reacții de sinteză care implică cheltuirea energiei ATP. În procesul metabolismului plastic, sunt sintetizate substanțe organice necesare celulei. Exemple de reacții de schimb plastic sunt fotosinteza, biosinteza proteinelor și replicarea ADN-ului (autoduplicare).

Metabolismul energetic (catabolism, disimilare) este un set de reacții care descompun substanțele complexe în altele mai simple. Ca rezultat al metabolismului energetic, energia este eliberată și stocată sub formă de ATP. Cele mai importante procese ale metabolismului energetic sunt respirația și fermentația.

Schimburile plastice și energetice sunt indisolubil legate, deoarece în procesul de schimb plastic substanțele organice sunt sintetizate și aceasta necesită energie ATP, iar în procesul de schimb de energie substanțele organice sunt descompuse și este eliberată energie, care va fi apoi cheltuită în procesele de sinteză. .

Organismele primesc energie în timpul procesului de nutriție și o eliberează și o transformă într-o formă accesibilă, în principal în timpul procesului de respirație. Conform metodei de nutriție, toate organismele sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe. Autotrofi capabil să sintetizeze în mod independent substanțele organice din cele anorganice și heterotrofi utilizați exclusiv substanțe organice preparate.

Etape ale metabolismului energetic

În ciuda complexității reacțiilor de metabolism energetic, acesta este împărțit în mod convențional în trei etape: pregătitoare, anaerobă (fără oxigen) și aerobă (oxigen).

Pe etapa pregătitoare moleculele de polizaharide, lipide, proteine, acizi nucleici se descompun în altele mai simple, de exemplu, glucoză, glicerol și acizi grași, aminoacizi, nucleotide, etc. Această etapă poate apărea direct în celule sau în intestine, de unde rupte. substanțele puf sunt livrate prin fluxul sanguin.

Etapa anaerobă metabolismul energetic este însoțit de descompunerea în continuare a monomerilor compușilor organici în produse intermediare și mai simple, de exemplu, acid piruvic sau piruvat. Nu necesită prezența oxigenului, iar pentru multe organisme care trăiesc în noroiul mlaștinilor sau în intestinele umane, este singura modalitate de a obține energie. Etapa anaerobă a metabolismului energetic are loc în citoplasmă.

Diverse substanțe pot suferi clivaj fără oxigen, dar destul de des substratul reacțiilor este glucoza. Procesul de scindare fără oxigen se numește glicoliza. În timpul glicolizei, o moleculă de glucoză pierde patru atomi de hidrogen, adică se oxidează și se formează două molecule de acid piruvic, două molecule de ATP și două molecule de purtător de hidrogen redus $NADH + H^(+)$:

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD → 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.

Formarea ATP din ADP are loc datorită transferului direct al anionului fosfat din zahărul prefosforilat și se numește fosforilarea substratului.

Etapa aerobă schimbul de energie poate avea loc numai în prezența oxigenului, în timp ce compușii intermediari formați în timpul clivajului fără oxigen sunt oxidați în produșii finali (dioxid de carbon și apă) și cea mai mare parte a energiei stocate în legăturile chimice ale compușilor organici este eliberată. Se transformă în energia legăturilor de înaltă energie a 36 de molecule de ATP. Această etapă se mai numește respirația tisulară. În absența oxigenului, compușii intermediari sunt transformați în alte substanțe organice, proces numit fermentaţie.

Suflare

Mecanismul respirației celulare este descris schematic în Fig.

Respirația aerobă are loc în mitocondrii, acidul piruvic pierzând mai întâi un atom de carbon, care este însoțit de sinteza unui echivalent reducător de $NADH + H^(+)$ și a unei molecule de acetil coenzima A (acetil-CoA):

$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.

Acetil-CoA din matricea mitocondrială este implicat într-un lanț de reacții chimice, a căror totalitate se numește Ciclul Krebs (ciclul acidului tricarboxilic, ciclul acidului citric). În timpul acestor transformări, se formează două molecule de ATP, acetil-CoA este complet oxidat la dioxid de carbon, iar ionii și electronii săi de hidrogen sunt adăugați la purtătorii de hidrogen $NADH + H^(+)$ și $FADH_2$. Purtătorii transportă protoni și electroni de hidrogen către membranele interioare ale mitocondriilor, formând crestae. Cu ajutorul proteinelor purtătoare, protonii de hidrogen sunt pompați în spațiul intermembranar, iar electronii sunt transmiși prin așa-numitul lanț respirator de enzime situat pe membrana interioară a mitocondriilor și descărcați pe atomii de oxigen:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Trebuie remarcat faptul că unele proteine ​​ale lanțului respirator conțin fier și sulf.

Din spațiul intermembranar, protonii de hidrogen sunt transportați înapoi în matricea mitocondrială cu ajutorul unor enzime speciale - ATP sintaze, iar energia eliberată în acest caz este cheltuită pentru sinteza a 34 de molecule de ATP din fiecare moleculă de glucoză. Acest proces se numește fosforilarea oxidativă. În matricea mitocondrială, protonii de hidrogen reacţionează cu radicalii de oxigen pentru a forma apă:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Setul de reacții ale respirației oxigenului poate fi exprimat astfel:

$2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$

Ecuația generală a respirației arată astfel:

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$

Fermentaţie

În absența oxigenului sau a deficienței acestuia, are loc fermentația. Fermentarea este o metodă evolutivă mai timpurie de obținere a energiei decât respirația, dar este mai puțin benefică din punct de vedere energetic, deoarece fermentația produce substanțe organice care sunt încă bogate în energie. Există mai multe tipuri principale de fermentație: acid lactic, alcoolic, acid acetic etc. Astfel, în mușchii scheletici în absența oxigenului în timpul fermentației, acidul piruvic se reduce la acid lactic, în timp ce echivalentii reducători formați anterior sunt consumați și numai rămân două molecule de ATP:

$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

În timpul fermentației cu ajutorul drojdiei, acidul piruvic în prezența oxigenului este transformat în alcool etilic și monoxid de carbon (IV):

$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.

În timpul fermentației cu ajutorul microorganismelor, din acidul piruvic se pot forma și acizi acetic, butiric, formic etc.

ATP, obținut ca urmare a metabolismului energetic, este cheltuit în celulă pentru diferite tipuri de muncă: chimice, osmotice, electrice, mecanice și de reglementare. Lucrările chimice implică biosinteza proteinelor, lipidelor, carbohidraților, acizilor nucleici și a altor compuși vitali. Munca osmotică include procesele de absorbție de către celulă și îndepărtarea din aceasta a substanțelor care se află în spațiul extracelular în concentrații mai mari decât în ​​celula însăși. Munca electrică este strâns legată de munca osmotică, deoarece, ca urmare a mișcării particulelor încărcate prin membrane, se formează o sarcină membranară și se dobândesc proprietățile de excitabilitate și conductivitate. Munca mecanică implică mișcarea substanțelor și structurilor în interiorul celulei, precum și a celulei în ansamblu. Munca de reglementare include toate procesele care vizează coordonarea proceselor din celulă.

Fotosinteza, semnificația ei, rolul cosmic

Fotosinteză este procesul de transformare a energiei luminii în energia legăturilor chimice ale compușilor organici cu participarea clorofilei.

Ca rezultat al fotosintezei, se produc anual aproximativ 150 de miliarde de tone de materie organică și aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen. Acest proces asigură ciclul carbonului în biosferă, împiedicând acumularea dioxidului de carbon și prevenind astfel efectul de seră și supraîncălzirea Pământului. Substanțele organice formate ca urmare a fotosintezei nu sunt consumate complet de alte organisme; o parte semnificativă din ele de-a lungul a milioane de ani au format depozite de minerale (cărbune tare și brun, petrol). Recent, uleiul de rapiță („biodiesel”) și alcoolul obținut din reziduuri vegetale au început să fie și ele folosite drept combustibil. Ozonul se formează din oxigen sub influența descărcărilor electrice, care formează un ecran de ozon care protejează toată viața de pe Pământ de efectele distructive ale razelor ultraviolete.

Compatriotul nostru, remarcabilul fiziolog al plantelor K. A. Timiryazev (1843-1920), a numit rolul fotosintezei „cosmic”, deoarece conectează Pământul cu Soarele (spațiul), oferind un aflux de energie planetei.

Fazele fotosintezei. Reacții luminoase și întunecate ale fotosintezei, relația lor

În 1905, fiziologul englez F. Blackman a descoperit că rata fotosintezei nu poate crește la infinit, ci un factor o limitează. Pe baza acestui fapt, el a emis ipoteza că există două faze ale fotosintezei: ușoarăȘi întuneric. La intensitate scăzută a luminii, viteza reacțiilor luminii crește proporțional cu creșterea intensității luminii și, în plus, aceste reacții nu depind de temperatură, deoarece nu necesită enzime pentru a se produce. Reacțiile luminoase au loc pe membranele tilacoide.

Viteza reacțiilor întunecate, dimpotrivă, crește odată cu creșterea temperaturii, totuși, la atingerea unui prag de temperatură de $30°C$, această creștere se oprește, ceea ce indică natura enzimatică a acestor transformări care au loc în stromă. Trebuie remarcat faptul că lumina are și un anumit efect asupra reacțiilor întunecate, în ciuda faptului că sunt numite reacții întunecate.

Faza ușoară a fotosintezei are loc pe membranele tilacoide care poartă mai multe tipuri de complexe proteice, dintre care principalele sunt fotosistemele I și II, precum și ATP sintaza. Fotosistemele includ complexe pigmentare, care, pe lângă clorofilă, conțin și carotenoizi. Carotenoizii captează lumina în zonele din spectru unde clorofila nu o face și, de asemenea, protejează clorofila de distrugerea de către lumina de mare intensitate.

Pe lângă complexele pigmentare, fotosistemele includ și o serie de proteine ​​acceptoare de electroni, care transferă secvenţial electroni de la moleculele de clorofilă unele la altele. Secvența acestor proteine ​​se numește lanțul de transport de electroni al cloroplastelor.

Un complex special de proteine ​​este asociat și cu fotosistemul II, care asigură eliberarea de oxigen în timpul fotosintezei. Acest complex care eliberează oxigen conține ioni de mangan și clor.

ÎN faza luminoasa cuantele de lumină, sau fotonii, care cad pe moleculele de clorofilă situate pe membranele tilacoide, le transferă într-o stare excitată, caracterizată prin energie electronică mai mare. În acest caz, electronii excitați din clorofila fotosistemului I sunt transferați printr-un lanț de intermediari către purtătorul de hidrogen NADP, care atașează protonii de hidrogen, întotdeauna prezenți într-o soluție apoasă:

$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.

Reducerea $NADPH + H^(+)$ va fi ulterior utilizată în stadiul întunecat. Electronii din clorofila fotosistemului II sunt, de asemenea, transferați de-a lungul lanțului de transport de electroni, dar ei umplu „găurile de electroni” ale clorofilei fotosistemului I. Lipsa de electroni din clorofila fotosistemului II este umplută prin îndepărtarea moleculelor de apă, care apare cu participarea complexului de eliberare a oxigenului deja menționat mai sus. Ca urmare a descompunerii moleculelor de apă, care se numește fotoliză, se formează protoni de hidrogen și se eliberează oxigen molecular, care este un produs secundar al fotosintezei:

$H_2O → 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)O_2$.

Informații genetice într-o celulă. Genele, codul genetic și proprietățile sale. Natura matriceală a reacțiilor de biosinteză. Biosinteza proteinelor și acizilor nucleici

Informații genetice într-o celulă

Reproducerea de tipul propriu este una dintre proprietățile fundamentale ale viețuitoarelor. Datorită acestui fenomen, există similitudini nu numai între organisme, ci și între celulele individuale, precum și organitele lor (mitocondrii și plastide). Baza materială a acestei asemănări este transferul de informații genetice criptate în secvența de nucleotide ADN, care se realizează prin procesele de replicare a ADN-ului (autoduplicare). Toate caracteristicile și proprietățile celulelor și organismelor sunt realizate datorită proteinelor, a căror structură este determinată în primul rând de secvența nucleotidelor ADN. Prin urmare, biosinteza acizilor nucleici și proteinelor joacă o importanță capitală în procesele metabolice. Unitatea structurală a informațiilor ereditare este gena.

Genele, codul genetic și proprietățile sale

Informațiile ereditare dintr-o celulă nu sunt monolitice; sunt împărțite în „cuvinte” separate - gene.

Gene este o unitate elementară de informație genetică.

Lucrările la programul „Genom uman”, care s-a desfășurat simultan în mai multe țări și a fost finalizat la începutul acestui secol, ne-a permis să înțelegem că o persoană are doar aproximativ 25-30 de mii de gene, dar informații din cea mai mare parte a ADN-ului nostru. nu se citește niciodată, deoarece conține un număr mare de secțiuni fără sens, repetări și gene care codifică trăsături care și-au pierdut sensul pentru oameni (coada, părul de pe corp etc.). În plus, au fost descifrate o serie de gene responsabile de dezvoltarea bolilor ereditare, precum și gene țintă pentru medicamente. Cu toate acestea, aplicarea practică a rezultatelor obținute în timpul implementării acestui program este amânată până când genomurile mai multor persoane sunt descifrate și devine clar cum diferă.

Se numesc gene care codifică structura primară a proteinei, ARN-ului ribozomal sau de transfer structuralși gene care asigură activarea sau suprimarea citirii informațiilor din genele structurale - de reglementare. Cu toate acestea, chiar și genele structurale conțin regiuni reglatoare.

Informațiile ereditare ale organismelor sunt criptate în ADN sub formă de anumite combinații de nucleotide și secvența lor - cod genetic. Proprietățile sale sunt: ​​tripletitate, specificitate, universalitate, redundanță și nesuprapunere. În plus, nu există semne de punctuație în codul genetic.

Fiecare aminoacid este codificat în ADN de trei nucleotide - triplet, de exemplu, metionina este codificată de tripletul TAC, adică codul este triplet. Pe de altă parte, fiecare triplet codifică doar un aminoacid, care este specificitatea sau neambiguitatea sa. Codul genetic este universal pentru toate organismele vii, adică informațiile ereditare despre proteinele umane pot fi citite de bacterii și invers. Aceasta indică unitatea de origine a lumii organice. Cu toate acestea, 64 de combinații de trei nucleotide corespund doar la 20 de aminoacizi, drept urmare un aminoacid poate fi codificat de 2-6 tripleți, adică codul genetic este redundant sau degenerat. Trei tripleți nu au aminoacizi corespunzători, se numesc codoni de oprire, deoarece indică sfârșitul sintezei lanțului polipeptidic.

Secvența de baze din tripletele ADN și aminoacizii pe care îi codifică

*Codon stop, indicând sfârșitul sintezei lanțului polipeptidic.

Abrevieri pentru denumirile aminoacizilor:

Ala - alanina

Arg - arginină

Asn - asparagină

Asp - acid aspartic

Val - valină

A lui - histidina

Gly - glicină

Gln - glutamina

Glu - acid glutamic

Ile - izoleucină

Leu - leucină

Liz - lizină

Meth - metionină

Pro - prolină

Ser - serină

Tyr - tirozină

Tre - treonina

Trei - triptofan

Fen - fenilalanina

Cis - cisteină

Dacă începeți să citiți informații genetice nu de la prima nucleotidă din triplet, ci de la a doua, atunci nu numai că cadrul de citire se va schimba, dar proteina sintetizată în acest fel va fi complet diferită nu numai în secvența de nucleotide, ci și în structura si proprietatile. Nu există semne de punctuație între tripleți, deci nu există obstacole în calea deplasării cadrului de citire, ceea ce deschide spațiu pentru apariția și menținerea mutațiilor.

Natura matriceală a reacțiilor de biosinteză

Celulele bacteriene sunt capabile să se dubleze la fiecare 20-30 de minute, iar celulele eucariote - în fiecare zi și chiar mai des, ceea ce necesită viteză mare și acuratețe a replicării ADN-ului. În plus, fiecare celulă conține sute și mii de copii ale multor proteine, în special enzime, prin urmare, metoda „pe bucată” de producere a acestora este inacceptabilă pentru reproducerea lor. O metodă mai progresivă este ștanțarea, care vă permite să obțineți numeroase copii exacte ale produsului și, de asemenea, să reduceți costul acestuia. Pentru ștanțare, este necesară o matrice din care se face amprenta.

În celule, principiul sintezei șablonului este că moleculele noi de proteine ​​și acizi nucleici sunt sintetizate în conformitate cu programul încorporat în structura moleculelor preexistente ale acelorași acizi nucleici (ADN sau ARN).

Biosinteza proteinelor și acizilor nucleici

Replicarea ADN-ului. ADN-ul este un biopolimer dublu catenar, ai cărui monomeri sunt nucleotide. Dacă biosinteza ADN-ului ar avea loc pe principiul fotocopii, atunci ar apărea în mod inevitabil numeroase distorsiuni și erori ale informațiilor ereditare, care ar duce în cele din urmă la moartea unor noi organisme. Prin urmare, procesul de dublare a ADN-ului are loc diferit, într-un mod semi-conservator: molecula de ADN se desfășoară, iar pe fiecare lanț este sintetizat un nou lanț conform principiului complementarității. Procesul de auto-reproducere a unei molecule de ADN, care asigură copierea exactă a informațiilor ereditare și transmiterea acesteia de la o generație la alta, se numește replicare(din lat. replicare- repetare). Ca rezultat al replicării, se formează două copii absolut exacte ale moleculei de ADN mamă, fiecare dintre ele poartă o copie a moleculei de ADN mamă.

Procesul de replicare este de fapt extrem de complex, deoarece în el sunt implicate o serie de proteine. Unele dintre ele desfășoară dubla helix a ADN-ului, altele rup legăturile de hidrogen dintre nucleotidele lanțurilor complementare, altele (de exemplu, enzima ADN polimeraza) selectează noi nucleotide pe principiul complementarității etc. Două molecule de ADN s-au format ca un rezultatul replicării diverge în două în timpul diviziunii celulele fiice nou formate.

Erorile în procesul de replicare apar extrem de rar, dar dacă apar, ele sunt eliminate foarte repede atât de ADN polimeraze, cât și de enzimele speciale de reparare, deoarece orice eroare în secvența de nucleotide poate duce la o modificare ireversibilă a structurii și funcțiilor proteinei. și, în cele din urmă, afectează negativ viabilitatea unei noi celule sau chiar a unui individ.

Biosinteza proteinelor. După cum a spus figurativ remarcabilul filozof al secolului al XIX-lea F. Engels: „Viața este o formă de existență a corpurilor proteice”. Structura și proprietățile moleculelor de proteine ​​sunt determinate de structura lor primară, adică de secvența de aminoacizi codificați în ADN. Nu numai existența polipeptidei în sine, ci și funcționarea celulei în ansamblu depinde de acuratețea reproducerii acestor informații, astfel încât procesul de sinteză a proteinelor este de mare importanță. Pare a fi cel mai complex proces de sinteză din celulă, deoarece implică până la trei sute de enzime diferite și alte macromolecule. În plus, curge cu viteză mare, ceea ce necesită o precizie și mai mare.

Există două etape principale în biosinteza proteinelor: transcripția și translația.

Transcriere(din lat. transcriere- rescriere) este biosinteza moleculelor de ARNm pe o matrice de ADN.

Deoarece molecula de ADN conține două lanțuri antiparalele, citirea informațiilor din ambele lanțuri ar duce la formarea de ARNm complet diferite, astfel încât biosinteza lor este posibilă doar pe unul dintre lanțuri, care se numește codificator, sau codogen, spre deosebire de cel de-al doilea, necodificatoare sau non-codogenă. Procesul de rescriere este asigurat de o enzimă specială, ARN polimeraza, care selectează nucleotidele ARN după principiul complementarității. Acest proces poate avea loc atât în ​​nucleu, cât și în organele care au propriul ADN - mitocondrii și plastide.

Moleculele de ARNm sintetizate în timpul transcripției suferă un proces complex de pregătire pentru translație (ARNm mitocondrial și plastid pot rămâne în interiorul organelelor, unde are loc a doua etapă a biosintezei proteinelor). În timpul procesului de maturare a ARNm, i se atașează primele trei nucleotide (AUG) și o coadă de nucleotide adenil, a căror lungime determină câte copii ale proteinei pot fi sintetizate pe o moleculă dată. Abia atunci ARNm-urile mature părăsesc nucleul prin porii nucleari.

În paralel, în citoplasmă are loc procesul de activare a aminoacizilor, timp în care aminoacidul se unește cu ARNt-ul liber corespunzător. Acest proces este catalizat de o enzimă specială și necesită ATP.

Difuzare(din lat. difuzat- transfer) este biosinteza unui lanț polipeptidic pe o matrice de ARNm, în timpul căreia informația genetică este tradusă în secvența de aminoacizi a lanțului polipeptidic.

A doua etapă a sintezei proteinelor are loc cel mai adesea în citoplasmă, de exemplu pe ER brut. Pentru apariția acestuia, sunt necesare prezența ribozomilor, activarea ARNt, în timpul căreia aceștia atașează aminoacizii corespunzători, prezența ionilor de Mg2+, precum și condiții optime de mediu (temperatură, pH, presiune etc.).

Pentru a începe difuzarea ( iniţiere) o mică subunitate ribozomală este atașată la o moleculă de ARNm gata de sinteză și apoi, conform principiului complementarității cu primul codon (AUG), este selectat un ARNt care poartă aminoacidul metionină. Abia după aceasta se atașează subunitatea ribozomală mare. În ribozomul asamblat există doi codoni ARNm, primul dintre care este deja ocupat. Un al doilea ARNt, purtând și un aminoacid, este adăugat la codonul adiacent acestuia, după care se formează o legătură peptidică între resturile de aminoacizi cu ajutorul enzimelor. Ribozomul mută un codon al ARNm; primul ARNt eliberat dintr-un aminoacid revine în citoplasmă după următorul aminoacid, iar un fragment al viitoarei lanțuri polipeptidice atârnă, parcă, de ARNt rămas. Următorul ARNt este atașat la noul codon care se găsește în ribozom, procesul se repetă și pas cu pas lanțul polipeptidic se prelungește, adică. elongaţie.

Sfârșitul sintezei proteinelor ( rezilierea) apare de îndată ce o anumită secvență de nucleotide este întâlnită în molecula de ARNm care nu codifică un aminoacid (codon stop). După aceasta, ribozomul, ARNm și lanțul polipeptidic sunt separate, iar proteina nou sintetizată capătă structura adecvată și este transportată în partea celulei unde își va îndeplini funcțiile.

Traducerea este un proces foarte consumator de energie, deoarece energia unei molecule de ATP este consumată pentru a atașa un aminoacid la ARNt și mai mulți sunt folosiți pentru a muta ribozomul de-a lungul moleculei de ARNm.

Pentru a accelera sinteza anumitor molecule de proteine, mai mulți ribozomi pot fi atașați succesiv la o moleculă de ARNm, care formează o singură structură - polizom.

O celulă este unitatea genetică a unui lucru viu. Cromozomii, structura lor (forma și dimensiunea) și funcțiile. Numărul de cromozomi și constanța speciei lor. Celulele somatice și germinale. Ciclul de viață al celulei: interfaza și mitoza. Mitoza este diviziunea celulelor somatice. Meioză. Fazele mitozei și meiozei. Dezvoltarea celulelor germinale la plante și animale. Diviziunea celulară este baza creșterii, dezvoltării și reproducerii organismelor. Rolul meiozei și mitozei

O celulă este unitatea genetică a unui lucru viu.

În ciuda faptului că acizii nucleici sunt purtătorii de informații genetice, implementarea acestei informații este imposibilă în afara celulei, ceea ce este ușor de demonstrat prin exemplul virușilor. Aceste organisme, care conțin adesea doar ADN sau ARN, nu se pot reproduce independent; pentru a face acest lucru, trebuie să utilizeze aparatul ereditar al celulei. Ele nu pot pătrunde nici măcar într-o celulă fără ajutorul celulei în sine, decât prin utilizarea mecanismelor de transport membranar sau din cauza leziunilor celulare. Majoritatea virusurilor sunt instabili; mor după doar câteva ore de expunere în aer liber. În consecință, o celulă este o unitate genetică a unui lucru viu, care are un set minim de componente pentru păstrarea, modificarea și implementarea informațiilor ereditare, precum și transmiterea acesteia către descendenți.

Majoritatea informațiilor genetice ale unei celule eucariote se află în nucleu. Particularitatea organizării sale este că, spre deosebire de ADN-ul unei celule procariote, moleculele de ADN ale eucariotelor nu sunt închise și formează complexe complexe cu proteine ​​- cromozomi.

Cromozomii, structura lor (forma și dimensiunea) și funcțiile

Cromozom(din greaca crom- culoare, colorare și soma- corp) este structura nucleului celular, care conține gene și poartă anumite informații ereditare despre caracteristicile și proprietățile organismului.

Uneori, moleculele circulare de ADN ale procariotelor sunt numite și cromozomi. Cromozomii sunt capabili de auto-duplicare; au individualitate structurală și funcțională și o păstrează de-a lungul generațiilor. Fiecare celulă poartă toate informațiile ereditare ale corpului, dar doar o mică parte lucrează în ea.

Baza unui cromozom este o moleculă de ADN dublu catenară plină de proteine. La eucariote, proteinele histonice și non-histone interacționează cu ADN-ul, în timp ce la procariote, proteinele histonice sunt absente.

Cromozomii se văd cel mai bine la microscopul optic în timpul diviziunii celulare, când, ca urmare a compactării, capătă aspectul unor corpuri în formă de tije separate printr-o constricție primară - centromer — pe umeri. Pe un cromozom poate exista și constricție secundară, care în unele cazuri separă așa-numitul satelit. Capetele cromozomilor sunt numite telomerii. Telomerii împiedică capetele cromozomilor să se lipească între ele și asigură atașarea lor la membrana nucleară într-o celulă care nu se divide. La începutul diviziunii, cromozomii sunt dublați și constau din doi cromozomi fiice - cromatidă, fixat la centromer.

După forma lor, cromozomii sunt împărțiți în cromozomi cu brațe egale, cu brațe inegale și cromozomi în formă de tijă. Dimensiunile cromozomilor variază semnificativ, dar cromozomul mediu are dimensiuni de 5 $×$ 1,4 microni.

În unele cazuri, cromozomii, ca urmare a numeroaselor duplicări ADN, conțin sute și mii de cromatide: astfel de cromozomi giganți sunt numiți politen. Se găsesc în glandele salivare ale larvelor de Drosophila, precum și în glandele digestive ale viermilor rotunzi.

Numărul de cromozomi și constanța speciei lor. Celulele somatice și germinale

Conform teoriei celulare, o celulă este o unitate de structură, activitate vitală și dezvoltare a unui organism. Astfel, funcții atât de importante ale viețuitoarelor precum creșterea, reproducerea și dezvoltarea organismului sunt asigurate la nivel celular. Celulele organismelor multicelulare pot fi împărțite în celule somatice și celule reproductive.

Celule somatice- acestea sunt toate celulele corpului formate ca urmare a diviziunii mitotice.

Studiul cromozomilor a făcut posibilă stabilirea faptului că celulele somatice ale corpului fiecărei specii biologice sunt caracterizate de un număr constant de cromozomi. De exemplu, o persoană are 46. Setul de cromozomi ai celulelor somatice se numește diploid(2n) sau dublu.

Celulele sexuale, sau gameti, sunt celule specializate utilizate pentru reproducerea sexuală.

Gameții conțin întotdeauna jumătate din mai mulți cromozomi decât celulele somatice (la om - 23), de aceea setul de cromozomi ai celulelor germinale se numește haploid(n) sau singur. Formarea sa este asociată cu diviziunea celulară meiotică.

Cantitatea de ADN din celulele somatice este desemnată ca 2c, iar în celulele sexuale - 1c. Formula genetică a celulelor somatice este scrisă ca 2n2c, iar celulele sexuale - 1n1c.

În nucleele unor celule somatice, numărul de cromozomi poate diferi de numărul lor din celulele somatice. Dacă această diferență este mai mare decât unul, două, trei, etc. seturi haploide, atunci se numesc astfel de celule poliploid(tri-, tetra-, pentaploid, respectiv). În astfel de celule, procesele metabolice decurg de obicei foarte intens.

Numărul de cromozomi în sine nu este o caracteristică specifică speciei, deoarece organisme diferite pot avea un număr egal de cromozomi, dar cele înrudite pot avea un număr diferit. De exemplu, plasmodiul malariei și viermele rotund al calului au fiecare doi cromozomi, în timp ce oamenii și cimpanzeii au 46 și, respectiv, 48.

Cromozomii umani sunt împărțiți în două grupe: autozomi și cromozomi sexuali (heterocromozomi). Autozomîn celulele somatice umane există 22 de perechi, sunt aceleași pentru bărbați și femei și cromozomi sexuali doar o pereche, dar aceasta este cea care determină sexul individului. Există două tipuri de cromozomi sexuali - X și Y. Celulele corpului femeilor poartă doi cromozomi X, iar bărbații - X și Y.

Cariotip- acesta este un set de caracteristici ale setului de cromozomi al unui organism (numărul de cromozomi, forma și dimensiunea acestora).

Înregistrarea condiționată a unui cariotip include numărul total de cromozomi, cromozomi sexuali și posibilele abateri ale setului de cromozomi. De exemplu, cariotipul unui bărbat normal este scris ca 46, XY, iar cariotipul unei femei normale este 46, XX.

Ciclul de viață al celulei: interfaza și mitoza

Celulele nu apar din nou de fiecare dată, ele se formează doar ca rezultat al diviziunii celulelor mamă. După diviziune, celulele fiice au nevoie de ceva timp pentru a forma organele și a dobândi structura adecvată care să asigure îndeplinirea unei anumite funcții. Această perioadă de timp se numește maturare.

Se numește perioada de timp de la apariția unei celule ca urmare a diviziunii până la divizarea sau moartea acesteia ciclul de viață al unei celule.

În celulele eucariote, ciclul de viață este împărțit în două etape principale: interfaza și mitoza.

Interfaza- aceasta este o perioadă de timp din ciclul de viață în care celula nu se împarte și funcționează normal. Interfaza este împărțită în trei perioade: perioadele G 1 -, S- și G 2 -.

G 1 -perioada(presintetic, postmitotic) este o perioadă de creștere și dezvoltare celulară în care are loc sinteza activă de ARN, proteine ​​și alte substanțe necesare pentru susținerea completă a vieții celulei nou formate. Spre sfârșitul acestei perioade, celula poate începe să se pregătească pentru a-și duplica ADN-ul.

ÎN Perioada S(sintetic) are loc însuși procesul de replicare a ADN-ului. Singura parte a cromozomului care nu suferă replicare este centromerul, astfel încât moleculele de ADN rezultate nu diverg complet, ci rămân ținute împreună în el, iar la începutul diviziunii cromozomul are un aspect în formă de X. Formula genetică a unei celule după dublarea ADN-ului este 2n4c. De asemenea, în perioada S, centriolii centrului celular sunt dublați.

G 2 -perioada(postsintetic, premitotic) se caracterizează prin sinteza intensivă de ARN, proteine ​​și ATP necesare procesului de diviziune celulară, precum și separarea centriolilor, mitocondriilor și plastidelor. Până la sfârșitul interfazei, cromatina și nucleolul rămân clar distinse, integritatea învelișului nuclear nu este perturbată și organelele nu se modifică.

Unele dintre celulele corpului sunt capabile să-și îndeplinească funcțiile pe toată durata vieții corpului (neuroni ai creierului nostru, celulele musculare ale inimii), în timp ce altele există pentru o perioadă scurtă de timp, după care mor (celule epiteliale intestinale, celule epidermice ale pielea). În consecință, organismul trebuie să sufere în mod constant procese de diviziune celulară și formarea altora noi care să le înlocuiască pe cele moarte. Celulele capabile să se divizeze se numesc tulpina. În corpul uman se găsesc în măduva osoasă roșie, în straturile profunde ale epidermei pielii și în alte locuri. Folosind aceste celule, puteți crește un nou organ, puteți obține întinerire și, de asemenea, puteți clona corpul. Perspectivele utilizării celulelor stem sunt absolut clare, dar aspectele morale și etice ale acestei probleme sunt încă în discuție, deoarece în majoritatea cazurilor se folosesc celule stem embrionare obținute din embrioni umani uciși în timpul avortului.

Durata interfazei în celulele vegetale și animale este în medie de 10-20 de ore, în timp ce mitoza durează aproximativ 1-2 ore.

În timpul diviziunilor succesive în organismele multicelulare, celulele fiice devin din ce în ce mai diverse pe măsură ce citesc informații dintr-un număr tot mai mare de gene.

Unele celule încetează să se divizeze în timp și mor, ceea ce se poate datora îndeplinirii anumitor funcții, ca în cazul celulelor epidermice ale pielii și al celulelor sanguine, sau din cauza deteriorării acestor celule de către factorii de mediu, în special agenții patogeni. Se numește moartea celulară programată genetic apoptoza, în timp ce moartea accidentală - necroză.

Mitoza este diviziunea celulelor somatice. Fazele mitozei

Mitoză- o metodă de diviziune indirectă a celulelor somatice.

În timpul mitozei, celula trece printr-o serie de faze succesive, în urma cărora fiecare celulă fiică primește același set de cromozomi ca în celula mamă.

Mitoza este împărțită în patru faze principale: profază, metafază, anafază și telofază. Profaza- cea mai lungă etapă de mitoză, în timpul căreia cromatina se condensează, rezultând cromozomi în formă de X formați din două cromatide (cromozomi fiice) devenind vizibili. În acest caz, nucleolul dispare, centriolii diverg către polii celulei și începe să se formeze un fus de acromatină (fus de diviziune) din microtubuli. La sfârșitul profazei, membrana nucleară se dezintegrează în vezicule separate.

ÎN metafaza Cromozomii sunt aliniați de-a lungul ecuatorului celulei cu centromerii lor, de care sunt atașați microtubulii fusului complet format. În această etapă de diviziune, cromozomii sunt cei mai compactați și au o formă caracteristică, ceea ce face posibilă studierea cariotipului.

ÎN anafaza Replicarea rapidă a ADN-ului are loc la centromeri, în urma căreia cromozomii sunt divizați și cromatidele diverg către polii celulei, întinse de microtubuli. Distribuția cromatidelor trebuie să fie absolut egală, deoarece acest proces asigură menținerea unui număr constant de cromozomi în celulele corpului.

Pe scena telofaze cromozomii fiice se adună la poli, în jurul lor se formează membrane nucleare despirale din vezicule, iar în nucleii nou formați apar nucleoli.

După diviziunea nucleară, are loc diviziunea citoplasmatică - citokineza, timp în care are loc o distribuţie mai mult sau mai puţin uniformă a tuturor organitelor celulei mamă.

Astfel, ca urmare a mitozei, dintr-o celulă mamă se formează două celule fiice, fiecare dintre acestea fiind o copie genetică a celulei mamă (2n2c).

În celulele bolnave, deteriorate, îmbătrânite și țesuturile specializate ale corpului, poate apărea un proces de divizare ușor diferit - amitoza. Amitoza numită diviziune directă a celulelor eucariote, în care nu are loc formarea de celule echivalente genetic, deoarece componentele celulare sunt distribuite neuniform. Se găsește în plante în endosperm și la animale - în ficat, cartilaj și corneea ochiului.

Meioză. Fazele meiozei

Meioză este o metodă de diviziune indirectă a celulelor germinale primare (2n2c), care are ca rezultat formarea de celule haploide (1n1c), cel mai adesea celule germinale.

Spre deosebire de mitoză, meioza constă din două diviziuni celulare succesive, fiecare dintre acestea fiind precedată de interfaza. Prima diviziune a meiozei (meioza I) se numește reducţionist, deoarece în acest caz numărul de cromozomi este redus la jumătate, iar a doua diviziune (meioza II) - ecuațională, deoarece în procesul său se păstrează numărul de cromozomi.

Interfaza I decurge ca interfaza mitozei. Meioza I este împărțit în patru faze: profaza I, metafaza I, anafaza I și telofaza I. B profaza I Au loc două procese importante: conjugarea și încrucișarea. Conjugare- Acesta este procesul de fuziune a cromozomilor omologi (pereche) pe toată lungimea. Perechile de cromozomi formate în timpul conjugării sunt păstrate până la sfârșitul metafazei I.

Trecere peste- schimb reciproc de regiuni omoloage ale cromozomilor omologi. Ca urmare a încrucișării, cromozomii primiți de organism de la ambii părinți dobândesc noi combinații de gene, ceea ce provoacă apariția unor descendenți diversi din punct de vedere genetic. La sfârşitul profezei I, ca şi în profaza mitozei, nucleolul dispare, centriolii diverg către polii celulei, iar membrana nucleară se dezintegrează.

ÎN metafaza I perechile de cromozomi sunt aliniate de-a lungul ecuatorului celulei, iar microtubulii fusului sunt atașați de centromerii lor.

ÎN anafaza I Cromozomi omologi întregi, formați din două cromatide, diverg către poli.

ÎN telofaza I Membranele nucleare se formează în jurul unor grupuri de cromozomi la polii celulei și se formează nucleoli.

Citokineza I asigură separarea citoplasmelor celulelor fiice.

Celulele fiice (1n2c) formate ca urmare a meiozei I sunt eterogene din punct de vedere genetic, deoarece cromozomii lor, dispersați aleatoriu în polii celulari, conțin gene diferite.

Caracteristici comparative ale mitozei și meiozei

Semn	Mitoză	Meioză
Ce celule încep să se dividă?	Somatic (2n)	Celule germinale primare (2n)
Numărul de diviziuni	1	2
Câte și ce fel de celule se formează în timpul diviziunii?	2 somatic (2n)	4 sexual (n)
Interfaza		Pregătirea celulei pentru diviziune, dublarea ADN-ului	Foarte scurt, dublarea ADN-ului nu are loc
faze		Meioza I	Meioza II
Profaza		Poate apărea condensarea cromozomilor, dispariția nucleolului, dezintegrarea membranei nucleare, conjugarea și încrucișarea	Condensarea cromozomilor, dispariția nucleolului, dezintegrarea membranei nucleare
Metafaza		Perechile de cromozomi sunt situate de-a lungul ecuatorului, se formează un fus	Cromozomii se aliniază de-a lungul ecuatorului, se formează un fus
Anafaza		Cromozomii omologi de la două cromatide se deplasează spre poli	Cromatidele se deplasează spre poli
Telofază		Cromozomii despirați, se formează noi membrane nucleare și nucleoli	Cromozomii despirați, se formează noi membrane nucleare și nucleoli

Interfaza II foarte scurt, deoarece dublarea ADN-ului nu are loc în el, adică nu există perioadă S.

Meioza II de asemenea, împărțit în patru faze: profaza II, metafaza II, anafaza II și telofaza II. ÎN profaza II au loc aceleași procese ca și în profaza I, cu excepția conjugării și a încrucișării.

ÎN metafaza II cromozomii sunt localizați de-a lungul ecuatorului celulei.

ÎN anafaza II cromozomii sunt divizați la centromeri și cromatidele sunt întinse spre poli.

ÎN telofaza II Membranele nucleare și nucleolii se formează în jurul unor grupuri de cromozomi fiice.

După citokineza II Formula genetică a tuturor celor patru celule fiice este 1n1c, dar toate au un set diferit de gene, care este rezultatul încrucișării și al combinației aleatorii de cromozomi ai organismelor materne și paterne din celulele fiice.

Dezvoltarea celulelor germinale la plante și animale

Gametogeneza(din greaca gametul- soție, gameti- sotul si geneză- origine, apariţie) este procesul de formare a celulelor germinale mature.

Deoarece reproducerea sexuală necesită cel mai adesea doi indivizi - o femeie și un bărbat, producând celule sexuale diferite - ouă și spermatozoizi, atunci procesele de formare a acestor gameți trebuie să fie diferite.

Natura procesului depinde într-o măsură semnificativă dacă are loc într-o celulă vegetală sau animală, deoarece la plante numai mitoza are loc în timpul formării gameților, iar la animale apar atât mitoza, cât și meioza.

Dezvoltarea celulelor germinale la plante. La angiosperme, formarea celulelor reproducătoare masculine și feminine are loc în diferite părți ale florii - stamine și, respectiv, pistil.

Înainte de formarea celulelor reproducătoare masculine - microgametogeneza(din greaca micros- mic) - se întâmplă microsporogeneza, adică formarea de microspori în anterele staminelor. Acest proces este asociat cu diviziunea meiotică a celulei mamă, care are ca rezultat patru microspori haploizi. Microgametogeneza este asociată cu diviziunea mitotică a microsporului, dând un gametofit masculin din două celule - un mare vegetativ(sifonogen) și superficial generativ. După divizare, gametofitul masculin devine acoperit cu membrane dense și formează un grăunte de polen. În unele cazuri, chiar și în timpul procesului de maturare a polenului și uneori numai după transferul la stigmatizarea pistilului, celula generatoare se împarte mitotic pentru a forma două celule germinale masculine imobile - sperma. După polenizare, din celula vegetativă se formează un tub de polen, prin care spermatozoizii pătrund în ovarul pistilului pentru fertilizare.

Dezvoltarea celulelor germinale feminine la plante se numește megagametogeneza(din greaca megas- mare). Apare în ovarul pistilului, care este precedat de megasporogeneza, în urma cărora se formează patru megaspori din celula mamă a megasporului aflat în nucelul prin diviziune meiotică. Unul dintre megaspori se divide mitotic de trei ori, dând gametofitului feminin - un sac embrionar cu opt nuclee. Odată cu separarea ulterioară a citoplasmelor celulelor fiice, una dintre celulele rezultate devine un ou, pe ale cărui părți se află așa-numitele sinergide, la capătul opus al sacului embrionar se formează trei antipozi, iar în centru , ca urmare a fuziunii a doi nuclei haploizi, se formează o celulă centrală diploidă.

Dezvoltarea celulelor germinale la animale. La animale, există două procese de formare a celulelor germinale - spermatogeneza și oogeneza.

Spermatogeneza(din greaca spermatozoizi, spermatozoizi- sămânță și geneză- origine, apariție) este procesul de formare a celulelor germinale masculine mature - spermatozoizi. La om, apare la nivelul testiculelor sau testiculelor și este împărțit în patru perioade: reproducere, creștere, maturare și formare.

ÎN sezonul de împerechere celulele germinale primordiale se divid mitotic, rezultând formarea diploidelor spermatogonie. ÎN perioada de crestere spermatogoniile acumulează nutrienți în citoplasmă, cresc în dimensiune și se transformă în spermatocite primare, sau spermatocite de ordinul I. Abia după aceasta intră în meioză ( perioada de maturare), în urma căruia se formează primele două spermatocitul secundar, sau spermatocitul de ordinul IIși apoi - patru celule haploide cu o cantitate destul de mare de citoplasmă - spermatide. ÎN perioada de formareîși pierd aproape toată citoplasma și formează un flagel, transformându-se în spermatozoizi.

sperma, sau vioi, - celule reproductive masculine mobile foarte mici, cu cap, gât și coadă.

ÎN cap, pe lângă miez, este acrozom- un complex Golgi modificat care asigura dizolvarea membranelor ovulelor in timpul fertilizarii. ÎN colul uterin sunt centriolii centrului celular și baza coadă de cal formează microtubuli care susțin direct mișcarea spermatozoizilor. De asemenea, conține mitocondrii, care furnizează spermatozoizilor energie ATP pentru mișcare.

Oogeneza(din greaca ONU- ou și geneză- origine, apariție) este procesul de formare a celulelor germinale feminine mature - ouă. La om, apare în ovare și constă din trei perioade: reproducere, creștere și maturare. Perioadele de reproducere și creștere, similare cu cele din spermatogeneză, apar în timpul dezvoltării intrauterine. În acest caz, celulele diploide sunt formate din celule germinale primare ca urmare a mitozei. oogonie, care apoi se transformă în primar diploid ovocite, sau ovocite de ordinul I. Meioza și citokineza ulterioară care apar în perioada de maturare, sunt caracterizate prin diviziunea neuniformă a citoplasmei celulei mamă, astfel încât, ca rezultat, la început se obține una ovocit secundar, sau ovocitul de ordinul 2, Și primul corp polar, iar apoi din ovocitul secundar - oul, care reține întregul aport de nutrienți, și al doilea corp polar, în timp ce primul corp polar este împărțit în două. Corpurile polare preiau excesul de material genetic.

La om, ouăle sunt produse cu un interval de 28-29 de zile. Ciclul asociat cu maturarea și eliberarea ouălor se numește menstrual.

Ou- o celulă mare de reproducere feminină care poartă nu numai un set haploid de cromozomi, ci și un aport semnificativ de nutrienți pentru dezvoltarea ulterioară a embrionului.

Oul la mamifere este acoperit cu patru membrane, care reduc probabilitatea de deteriorare de către diverși factori. Diametrul oului la om ajunge la 150-200 de microni, în timp ce la un struț poate fi de câțiva centimetri.

Diviziunea celulară este baza creșterii, dezvoltării și reproducerii organismelor. Rolul mitozei și meiozei

Dacă în organismele unicelulare diviziunea celulară duce la o creștere a numărului de indivizi, adică la reproducere, atunci în organismele multicelulare acest proces poate avea semnificații diferite. Astfel, divizarea celulelor embrionare, pornind de la zigot, este baza biologică a proceselor interconectate de creștere și dezvoltare. Schimbări similare se observă la om în timpul adolescenței, când numărul de celule nu numai că crește, dar are loc și o schimbare calitativă în organism. Reproducerea organismelor multicelulare se bazează și pe diviziunea celulară, de exemplu, în reproducerea asexuată, datorită acestui proces, o întreagă parte a organismului este restabilită, iar în reproducerea sexuală, în procesul de gametogeneză, se formează celule sexuale, care ulterior dau naștere unui nou organism. Trebuie remarcat faptul că principalele metode de divizare a unei celule eucariote - mitoza și meioza - au semnificații diferite în ciclurile de viață ale organismelor.

Ca urmare a mitozei, există o distribuție uniformă a materialului ereditar între celulele fiice - copii exacte ale mamei. Fără mitoză, existența și creșterea organismelor multicelulare care se dezvoltă dintr-o singură celulă, zigotul, ar fi imposibilă, deoarece toate celulele unor astfel de organisme trebuie să conțină aceeași informație genetică.

În timpul procesului de diviziune, celulele fiice devin din ce în ce mai diverse ca structură și funcții, ceea ce este asociat cu activarea din ce în ce mai multe grupuri noi de gene în ele datorită interacțiunii intercelulare. Astfel, mitoza este necesară pentru dezvoltarea organismului.

Această metodă de diviziune celulară este necesară pentru procesele de reproducere asexuată și regenerare (restaurare) a țesuturilor deteriorate, precum și a organelor.

Meioza, la rândul său, asigură constanța cariotipului în timpul reproducerii sexuale, deoarece înjumătățește setul de cromozomi înainte de reproducerea sexuală, care este apoi restaurată ca urmare a fertilizării. În plus, meioza duce la apariția de noi combinații de gene parentale datorită încrucișării și combinării aleatorii a cromozomilor în celulele fiice. Datorită acestui fapt, descendenții se dovedesc a fi diversi din punct de vedere genetic, ceea ce oferă material pentru selecția naturală și este baza materială pentru evoluție. O modificare a numărului, formei și mărimii cromozomilor, pe de o parte, poate duce la apariția diferitelor abateri în dezvoltarea organismului și chiar la moartea acestuia, iar pe de altă parte, poate duce la apariția unor indivizi. mai adaptate la mediu.

Astfel, celula este unitatea de creștere, dezvoltare și reproducere a organismelor.

A treia etapă de evoluție este apariția celulei.
Moleculele de proteine ​​și acizi nucleici (ADN și ARN) formează o celulă biologică, cea mai mică unitate a viețuitoarelor. Celulele biologice sunt „componentele de bază” ale tuturor organismelor vii și conțin toate codurile materiale ale dezvoltării.
Multă vreme, oamenii de știință au considerat structura celulei ca fiind extrem de simplă. Dicționarul enciclopedic sovietic interpretează conceptul de celulă după cum urmează: „O celulă este un sistem viu elementar, baza structurii și activității vitale a tuturor animalelor și plantelor”. Trebuie remarcat faptul că termenul „elementar” nu înseamnă în niciun caz „cel mai simplu.” Dimpotrivă, o celulă este o creație fractală unică a lui Dumnezeu, izbitoare prin complexitatea sa și, în același timp, coerența excepțională a lucrării tuturor elementelor sale. .
Când am reușit să privim înăuntru cu ajutorul unui microscop electronic, s-a dovedit că structura celei mai simple celule este la fel de complexă și de neînțeles ca și Universul însuși. Astăzi s-a stabilit deja că „Celula este o chestiune specială a Universului, o chestiune specială a Cosmosului”. O singură celulă conține informații care pot fi conținute doar în câteva zeci de mii de volume ale Marii Enciclopedii Sovietice. Acestea. o celulă, printre altele, este un imens „biorezervor” de informații.”
Autorul teoriei moderne a evoluției moleculare, Manfred Eigen, scrie: „Pentru ca o moleculă de proteină să se formeze întâmplător, natura ar trebui să facă aproximativ 10.130 de teste și să cheltuiască pentru aceasta un număr de molecule care ar fi suficient pentru 1027. Universuri. Dacă proteina a fost construită în mod inteligent, adică „că validitatea fiecărei mișcări ar putea fi verificată printr-un fel de mecanism de selecție, atunci aceasta a necesitat doar aproximativ 2000 de încercări. Ajungem la o concluzie paradoxală: programul de construire a unui” celula vie primitivă” este codificată undeva la nivelul particulelor elementare”.
Și cum ar putea fi altfel? Fiecare celulă, care posedă ADN, este înzestrată cu conștiință, este conștientă de sine și de alte celule și este în contact cu Universul, fiind, de fapt, o parte a acestuia. Și, deși numărul și diversitatea celulelor din corpul uman este uimitoare (aproximativ 70 de trilioane), toate sunt auto-asemănătoare, la fel cum toate procesele care au loc în celule sunt auto-asemănătoare. După cum spune omul de știință german Roland Glaser, designul celulelor biologice este „foarte bine gândit”. Bine gândit de cine?
Răspunsul este simplu: proteinele, acizii nucleici, celulele vii și toate sistemele biologice sunt produsul activității creatoare a unui Creator inteligent.

Ce este interesant: la nivel atomic nu există diferențe între compoziția chimică a lumii organice și anorganice. Cu alte cuvinte, la nivel atomic, o celulă este creată din aceleași elemente ca natura neînsuflețită. Diferențele se găsesc la nivel molecular. În corpurile vii, alături de substanțele anorganice și de apă, există și proteine, carbohidrați, grăsimi, acizi nucleici, enzima ATP sintaza și alți compuși organici cu molecul scăzut.
Până în prezent, celula a fost literalmente dezasamblată în atomi în scopul studiului. Cu toate acestea, nu este niciodată posibil să se creeze nici măcar o celulă vie, deoarece a crea o celulă înseamnă a crea o particulă a Universului viu. Academician V.P. Kaznacheev crede că „o celulă este un organism cosmoplanetar... Celulele umane sunt anumite sisteme de biocolisionare eter-torsionare. În acești biocolisionatori au loc procese necunoscute nouă, are loc materializarea formelor cosmice de fluxuri, cosmotransformarea lor și datorită acestui fapt. , particulele sunt materializate.”
Apă.
Aproape 80% din masa celulei este apă. Potrivit doctorului în științe biologice S. Zenin, apa, datorită structurii sale cluster, este o matrice informațională pentru controlul proceselor biochimice. În plus, apa este „ținta” principală cu care interacționează vibrațiile frecvenței sonore. Ordinea apei celulare este atât de mare (aproape de ordinea unui cristal) încât se numește cristal lichid.
Veverițe.
Proteinele joacă un rol important în viața biologică. O celulă conține câteva mii de proteine ​​unice pentru acest tip de celulă (cu excepția celulelor stem). Capacitatea de a sintetiza exact propriile proteine ​​este moștenită de la celulă la celulă și persistă de-a lungul vieții. În timpul vieții unei celule, proteinele își schimbă treptat structura și funcția lor este perturbată. Aceste proteine ​​uzate sunt îndepărtate din celulă și înlocuite cu altele noi, datorită cărora se menține activitatea vitală a celulei.
Să remarcăm, în primul rând, funcția de construcție a proteinelor, deoarece acestea sunt materialul de construcție din care sunt compuse membranele celulelor și organelelor celulare, pereții vaselor de sânge, tendoanele, cartilajele etc.
Funcția de semnalizare a proteinelor este extrem de interesantă. Se dovedește că proteinele pot servi ca substanțe de semnalizare, transmitând semnale între țesuturi, celule sau organisme. Funcția de semnalizare este îndeplinită de proteinele hormonale. Celulele pot interacționa între ele la distanță folosind proteine ​​de semnalizare transmise prin substanța intercelulară.
Proteinele au și o funcție motorie. Toate tipurile de mișcare de care sunt capabile celulele, cum ar fi contracția musculară, sunt efectuate de proteine ​​contractile speciale. Proteinele îndeplinesc și o funcție de transport. Ei sunt capabili să atașeze diferite substanțe și să le transfere dintr-un loc în celulă în altul. De exemplu, hemoglobina proteică din sânge atașează oxigenul și îl transportă către toate țesuturile și organele corpului. În plus, proteinele au și o funcție protectoare. Când proteinele sau celulele străine sunt introduse în organism, acesta produce proteine ​​speciale care leagă și neutralizează celulele și substanțele străine. Și, în sfârșit, funcția energetică a proteinelor este aceea că, odată cu descompunerea completă a 1 g de proteine, energia este eliberată în cantitate de 17,6 kJ.

Structura celulară.
Celula este formată din trei părți indisolubil legate: membrana, citoplasma și nucleul, iar structura și funcția nucleului sunt diferite în diferite perioade ale vieții celulei. Pentru că viața unei celule include două perioade: diviziune, care are ca rezultat formarea a două celule fiice, și perioada dintre diviziuni, care se numește interfază.
Membrana celulară interacționează direct cu mediul extern și interacționează cu celulele învecinate. Este format dintr-un strat exterior și o membrană plasmatică situată sub acesta. Stratul de suprafață al celulelor animale se numește glicocalis. Comunică celulele cu mediul extern și cu toate substanțele din jurul acestuia. Grosimea sa este mai mică de 1 micron.

Structura celulară
Membrana celulară este o parte foarte importantă a celulei. Menține toate componentele celulare împreună și delimitează mediul extern și cel intern.
Există un schimb constant de substanțe între celule și mediul extern. Apa, diverse săruri sub formă de ioni individuali și molecule anorganice și organice intră în celulă din mediul extern. Produsele metabolice, precum și substanțele sintetizate în celulă: proteine, carbohidrați, hormoni care sunt produși în celulele diferitelor glande, sunt îndepărtate în mediul extern prin membrana din celulă. Transportul substanțelor este una dintre funcțiile principale ale membranei plasmatice.
Citoplasma- mediu intern semilichid în care au loc principalele procese metabolice. Studii recente au arătat că citoplasma nu este un fel de soluție, ale cărei componente interacționează între ele prin ciocniri aleatorii. Poate fi comparat cu jeleul, care începe să „tremure” ca răspuns la influențele externe. Acesta este modul în care citoplasma percepe și transmite informații.
Citoplasma conține nucleul și diverse organite, care sunt unite de acesta într-un întreg, care asigură interacțiunea lor și activitatea celulei ca un singur sistem integrat. Nucleul este situat în partea centrală a citoplasmei. Întreaga zonă internă a citoplasmei este umplută cu reticulul endoplasmatic, care este un organel celular: un sistem de tubuli, vezicule și „cisterne” delimitate de membrane. Reticulul endoplasmatic este implicat în procesele metabolice, asigurând transportul substanțelor din mediu în citoplasmă și între structurile intracelulare individuale, dar funcția sa principală este participarea la sinteza proteinelor, care are loc în ribozomi. - corpuri rotunde microscopice cu diametrul de 15-20 nm. Proteinele sintetizate se acumulează mai întâi în canalele și cavitățile reticulului endoplasmatic și apoi sunt transportate în organele și locurile celulare unde sunt consumate.
Pe lângă proteine, citoplasma conține și mitocondrii, corpuri mici de 0,2-7 microni, care sunt numite „centrale electrice” ale celulelor. Reacțiile redox au loc în mitocondrii, oferind celulelor energie. Numărul de mitocondrii dintr-o celulă variază de la câteva la câteva mii.
Miez- partea vitală a celulei, controlează sinteza proteinelor și prin acestea toate procesele fiziologice din celulă. În nucleul unei celule care nu se divide, se disting o înveliș nuclear, seva nucleară, nucleol și cromozomi. Prin învelișul nuclear are loc un schimb continuu de substanțe între nucleu și citoplasmă. Sub învelișul nuclear se află seva nucleară (substanță semi-lichidă), care conține nucleolul și cromozomii. Nucleolul este un corp rotund dens, ale cărui dimensiuni pot varia foarte mult, de la 1 la 10 μm sau mai mult. Este format în principal din ribonucleoproteine; participă la formarea ribozomilor. De obicei, într-o celulă există 1-3 nucleoli, uneori până la câteva sute. Nucleolul conține ARN și proteine.
Odată cu apariția celulei pe Pământ, Viața a apărut!

Va urma...