La teoría celular es uno de los conceptos biológicos más importantes. Las principales disposiciones de la teoría celular moderna son:
·La célula es la unidad más pequeña de los seres vivos, la unidad básica de estructura y desarrollo de todos los organismos vivos.
Células de todos los unicelulares y organismos multicelulares similar en estructura composición química, manifestaciones básicas de la vida y el metabolismo.
· Cada nueva célula se forma como resultado de la división de la célula madre original.
Las células de los organismos multicelulares están especializadas y realizan varias funciones y forman los tejidos que forman los órganos.
· Las células de los organismos multicelulares son totipotentes, es decir:
a) son equivalentes en términos de cantidad de información genética y tienen todas las capacidades de un determinado tipo de organismo;
b) se diferencian entre sí por la diferente expresión (actividad) de los genes.
La teoría celular es una idea generalizada de la estructura de las células como unidades vivas, su reproducción y su papel en la formación de organismos multicelulares.
El surgimiento y formulación de determinadas disposiciones de la teoría celular fue precedido por un período bastante largo (más de trescientos años) de acumulación de observaciones sobre la estructura de diversos organismos unicelulares y multicelulares de plantas y animales. Este período estuvo asociado con el desarrollo del uso y mejora de diversos métodos de investigación óptica.
Robert Hooke (1665) fue el primero en observar la división del tejido del corcho en “células” o “células” mediante lentes de aumento. Sus descripciones dieron lugar a estudios sistemáticos de la anatomía de las plantas (Malpighi, 1671; Grew, 1671), que confirmaron las observaciones de Robert Hooke y demostraron que varias partes de las plantas consisten en "vesículas" o "sacos" muy próximos entre sí. Posteriormente A. Leeuwenhoek (1680) descubrió el mundo. organismos unicelulares y vio células animales (eritrocitos) por primera vez. Las células animales fueron descritas posteriormente por F. Fontana (1781); pero estos y otros numerosos estudios no condujeron en ese momento a una comprensión de la universalidad estructura celular, para aclarar ideas sobre qué es una célula. Los avances en el estudio de la microanatomía y las células están asociados con el desarrollo de la microscopía en el siglo XIX. En ese momento, las ideas sobre la estructura de las células habían cambiado: lo principal en la organización de la célula comenzó a considerarse no pared celular, y su contenido real, protoplasma (Purkinya, 1830). Un componente permanente de la célula, el núcleo, fue descubierto en el protoplasma (Brown, 1833). Todas estas numerosas observaciones permitieron a T. Schwann hacer una serie de generalizaciones en 1838. Demostró que las células vegetales y animales son fundamentalmente similares entre sí (homólogas). “El mérito de T. Schwann no fue que descubriera las células como tales, sino que enseñó a los investigadores a comprender su significado” (Waldeyer, 1909). Estas ideas se desarrollaron aún más en los trabajos de R. Virchow (1858). La creación de la teoría celular se convirtió en el acontecimiento más importante de la biología, una de las pruebas decisivas de la unidad de toda la naturaleza viva. La teoría celular tuvo un impacto significativo en el desarrollo de la biología y sirvió como base principal para el desarrollo de disciplinas como la embriología, la histología y la fisiología. Proporcionó la base para comprender la vida, explicar las relaciones entre organismos y comprender el desarrollo individual.
Los principios básicos de la teoría celular han conservado su importancia hasta el día de hoy, aunque a lo largo de más de ciento cincuenta años se ha obtenido nueva información sobre la estructura, la actividad vital y el desarrollo de las células. Actualmente teoría celular postulados:
La célula es la unidad elemental de la vida: - fuera de la célula no hay vida.
Jaula - sistema unificado, que consta de muchos elementos naturalmente conectados entre sí, que representa una determinada formación integral que consta de conjugados unidades funcionales- orgánulos u orgánulos.
Las células son similares (homólogas) en estructura y propiedades básicas.
Las células aumentan en número al dividir la célula original después de duplicar su material genético (ADN): célula por célula.
Un organismo multicelular es nuevo sistema, un conjunto complejo de muchas células unidas e integradas en sistemas de tejidos y órganos, conectadas entre sí a través de factores químicos, humorales y nerviosos (regulación molecular).
Las células de los organismos multicelulares son totipotentes, es decir. Tienen el potencial genético de todas las células. de un organismo determinado, son equivalentes en información genética, pero se diferencian entre sí en la diferente expresión (operación) de varios genes, lo que conduce a su diversidad morfológica y funcional, a la diferenciación.
1. La vida existe sólo en forma de células.
2. la base de la continuidad de la vida es la célula.
3. El principio de complementariedad (relación entre estructura y función).
CELDA - UNIDAD DE VIDA ELEMENTAL
Celúla es una estructura aislada, más pequeña, que se caracteriza por todo el conjunto de propiedades de la vida y que, en condiciones adecuadas, puede ambiente mantener estas propiedades en uno mismo, así como transmitirlas de generación en generación. La célula transporta así descripción completa vida. No hay actividad de la vida real fuera de la célula. Por tanto, en la naturaleza del planeta juega un papel. Unidad elemental estructural, funcional y genética.
Esto significa que la célula forma la base. estructuras, vida Y desarrollo todas las formas de vida: unicelulares, multicelulares e incluso no celulares. Gracias a los mecanismos que contiene, la célula asegura el metabolismo, el uso de la información biológica, la reproducción, las propiedades de herencia y variabilidad, determinando así las cualidades de unidad y diversidad inherentes al mundo orgánico.
Ocupando la posición de unidad elemental en el mundo de los seres vivos, la célula es diferente estructura compleja. Además, en todas las células sin excepción se encuentran determinadas características que caracterizan los aspectos más importantes. organización celular tal como.
TEORÍA CELULAR
La teoría celular fue formulada por el investigador alemán, el zoólogo T. Schwann (1839). Dado que Schwann utilizó ampliamente los trabajos del botánico M. Schleiden al crear esta teoría, este último es considerado legítimamente el coautor de la teoría celular. Partiendo del supuesto de la similitud (homología) de las células vegetales y animales, probada por el mismo mecanismo de su origen, Schwann resumió numerosos datos en forma de una teoría según la cual Las células son la base estructural y funcional de los seres vivos.
A finales del siglo XIX, el patólogo alemán R. Virchow, basándose en nuevos hechos, revisó la teoría celular. Llega a la conclusión de que una célula sólo puede surgir de una célula preexistente. También creó el concepto de "estado celular", que ha suscitado críticas, según el cual un organismo multicelular está formado por unidades (células) relativamente independientes, que dependen estrechamente unas de otras en su actividad vital.
Teoría celular en forma moderna incluye tres disposiciones principales.
La primera posición relaciona a la célula con la naturaleza viva del planeta en su conjunto. Afirma que la vida, no importa cuán compleja o simple sea su forma (por ejemplo, los virus), en su estructural, funcional y genéticamente asegurado en última instancia, sólo una célula. El papel destacado de la célula como fuente primaria de vida está determinado por el hecho de que es la unidad biológica con cuya ayuda se realiza la extracción de ambiente externo, transformación y utilización de energía y sustancias por los organismos. La información biológica se almacena y utiliza directamente en la célula.
La disposición segunda indica que en estas condiciones la única La forma en que surgen nuevas células es mediante la división de células preexistentes. en justificación naturaleza celular vida en la Tierra, la tesis sobre la uniformidad de las rutas de origen celular juega un papel especial. Fue esta tesis la que utilizaron M. Schleiden y T. Schwann para fundamentar la idea de homología. diferentes tipos células. biología moderna amplió el rango de evidencia para esto. Independientemente de las características estructurales y funcionales individuales, todas las células de la misma manera: a) almacenan información biológica, b) duplican material genético con el fin de transmitirlo a lo largo de una serie de generaciones, c) utilizan información para llevar a cabo sus funciones a partir de proteínas. síntesis, d) almacenar y transferir energía, e) convertir energía en trabajo, f) regular el metabolismo.
La tercera posición de la teoría celular correlaciona la célula con los organismos multicelulares, que se caracterizan por el principio de integridad y organización sistémica. Un sistema se caracteriza por la presencia de nuevas cualidades debido a la influencia mutua y la interacción de las unidades que lo componen. Las unidades estructurales y funcionales de las criaturas multicelulares son las células. Al mismo tiempo, un organismo multicelular se caracteriza por una serie de propiedades especiales, que no se puede reducir a las propiedades y cualidades de las células individuales. En la tercera posición de la teoría celular encontramos el problema de la relación entre la parte y el todo.
Enfoque sistemático como dirección científica utilizado en investigación biológica desde principios del siglo pasado. La naturaleza sistemática de la organización y el funcionamiento es característica no solo del organismo, sino también de otras formaciones biológicas importantes: genoma, célula, población, biogeocenosis, biosfera.
9.Membrana biológica, organización molecular y funciones. Transporte de sustancias a través de la membrana (modelos de transporte).
Celúla- un sistema de membranas que delimitan áreas del espacio intracelular. Las membranas participan en varios procesos. Membranas de células nerviosas - generación de impulsos nerviosos, membranas del tracto gastrointestinal - absorción y digestión de alimentos, membranas celulares músculos esqueléticos y células del miocardio - relajación y contracción, membranas de las células de los órganos sensoriales - transformación de un tipo de irritación en otro. Las proteínas naturales de la membrana son poco solubles en agua y forman complejos con los lípidos. Funciones: receptor, estructural, transporte, catalítico (la mayoría de las proteínas - enzimas - inmunoglobulinas - proteínas con mayor actividad). Modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana (bicapa lipídica, proteínas: periférica, sumergida, integral). El transporte de sustancias no siempre se produce por difusión o gradiente. Hay proteínas de transporte.
ATP---ADP+P
El transporte activo es la transferencia de sustancias a través de una membrana con el consumo de ATP y con la participación de proteínas de transporte. Transporte acoplado activo (mismas proteínas – varias sustancias). Puede haber 2 proteínas periféricas, las sustancias pueden fluir a través del canal, 2-3 transportadores, el transporte puede estar desacoplado. Hay excitosis (pinocitosis y fagocitosis). La existencia de difusión de intercambio (utilizando un gradiente de concentración),
EN células eucariotas La membrana endoplásmica es integral con las membranas intracelulares (membranas citoplasmáticas). Las membranas citoplasmáticas forman un canal con una red compleja de canales y vesículas entrelazados (Carter 1959). Los canales del RE son sistemas de comunicación temporal involucrados en el movimiento de vesículas desde la célula hacia el exterior. Las membranas GEPR tienen estructuras tubulares (un tipo evolutivo más joven). papel biológico: hidrólisis de fosfolípidos, síntesis hormonas esteroides, síntesis de lípidos, etc. Al igual que la membrana plasmática, la membrana citoplasmática pasa al complejo nuclear y de Golgi (1898 It. Golgi) característica principal– ausencia de ribosomas. Estos son tanques planos paralelos, burbujas. El complejo está especializado en la síntesis de proteínas. Las proteínas celulares patentadas, las proteínas secretoras, se sintetizan en la mayoría de las células. La mayoría de las proteínas son complejas, tienen partes de carbohidratos y proteínas: glicoproteínas y proteoglicanos. El complejo de Golgi interviene en la síntesis de azúcares complejos a partir de monosacáridos simples, que luego se unen a las proteínas que entran en el complejo, aparecen las glicoproteínas, una vez formadas, se liberan y se produce la exocitosis. Los lisosomas se forman en el complejo de Golgi. El complejo de Golgi proporciona el material necesario para la formación de surcos de escisión en las células animales.
El alto orden del contenido interno de una célula eucariota se logra mediante compartimentación su volumen se divide en “células” que difieren en los detalles de su composición química (enzimática). La compartimentación (fig. 2.3) promueve la separación espacial de sustancias y procesos en la célula. Un compartimento separado está representado por un orgánulo (lisosoma) o parte de él (el espacio delimitado por la membrana interna de la mitocondria).
Arroz. 2.3. Compartimentación del volumen celular mediante membranas:
1 -centro, 2- citoplasmático rugoso hay, 3- mitocondrias, 4- transportar vesícula citoplasmática, 5- lisosoma, 6- complejo laminar, 7 - gránulo de secreción
Arroz. 2.4. organización molecular membrana biológica:
1 - capa bimolecular de lípidos, 2 - ardillas
Se han propuesto varios esquemas para la relación entre los principales componentes químicos- proteínas y lípidos, así como sustancias ubicadas en la superficie de la membrana. El punto de vista actualmente aceptado es que la membrana está compuesta de capa bimolecular de lípidos. Las regiones hidrófobas de sus moléculas están orientadas entre sí y las hidrófilas están ubicadas en la superficie de la capa. Variado moléculas de proteína construido en esta capa o colocado sobre sus superficies (Fig. 2.4).
Debido a la compartimentación del volumen celular en una célula eucariota, se observa una división de funciones entre diferentes estructuras. Simultáneamente varias estructuras interactúan naturalmente entre sí.
10.Núcleo. Estructura y funciones.
Una célula tiene un núcleo y un citoplasma. Núcleo celular Consta de membrana, jugo nuclear, nucleolo y cromatina. Rol funcional envoltura nuclear consiste en aislar el material genético (cromosomas) de una célula eucariota del citoplasma con sus numerosas reacciones metabólicas, así como en la regulación de las interacciones bilaterales entre el núcleo y el citoplasma. La envoltura nuclear consta de dos membranas separadas por un espacio perinuclear. Este último puede comunicarse con los túbulos del retículo citoplasmático.
La envoltura nuclear está atravesada por un poro con un diámetro de 80 a 90 nm. La región porosa o complejo de poros con un diámetro de aproximadamente 120 nm tiene una cierta estructura, lo que indica mecanismo complejo regulación de los movimientos nuclear-citoplasmáticos de sustancias y estructuras. El número de poros depende de estado funcional células. cuanto más alto actividad sintética en una celda, mayor es su número. Se estima que en los vertebrados inferiores, en los eritroblastos, donde la hemoglobina se forma y acumula intensamente, hay alrededor de 30 poros por 1 μm 2 de membrana nuclear. En los eritrocitos maduros de estos animales, que conservan núcleos, quedan hasta cinco poros por 1 µg de membrana, es decir, 6 veces menos.
En la zona del complejo plumario se encuentra el llamado plato denso - la capa de proteína que subyace a toda la membrana interna de la envoltura nuclear. Esta estructura cumple principalmente una función de soporte, ya que en su presencia la forma del núcleo se conserva incluso si se destruyen ambas membranas de la envoltura nuclear. También se supone que la conexión regular con la sustancia de la lámina densa contribuye a la disposición ordenada de los cromosomas en el núcleo en interfase.
la base jugo nuclear, o matriz, formar proteínas. Formas de jugo nuclear. ambiente interno núcleos, por eso juega papel importante en proporcionar funcionamiento normal material genético. El jugo nuclear contiene filamentoso, o fibrilares, proteínas, con el que está asociado el desempeño de la función de soporte: la matriz también contiene los productos primarios de transcripción de la información genética: ARN heteronucleares (hn-ARN), que también se procesan aquí y se convierten en ARNm (ver 3.4.3.2).
nucleolo Representa la estructura en la que se produce la formación y la maduración. ribosomal ARN (ARNr). Los genes de ARNr ocupan ciertas secciones (según el tipo de animal) de uno o más cromosomas (en los humanos hay 13-15 y 21-22 pares): organizadores nucleolares, en cuya zona se forman los nucléolos. Estas áreas en los cromosomas en metafase parecen estrechamientos y se denominan constricciones secundarias. CON Utilizando un microscopio electrónico, se identifican los componentes filamentosos y granulares en el nucléolo. El componente filamentoso (fibrilar) está representado por complejos de proteínas y moléculas precursoras de ARN gigantes, a partir de las cuales luego se forman moléculas más pequeñas de ARNr maduro. Durante el proceso de maduración, las fibrillas se transforman en granos de ribonucleoproteína (gránulos), que representan el componente granular.
Estructuras de cromatina en forma de grumos, esparcidas en el nucleoplasma hay una forma de existencia en interfase de los cromosomas celulares (ver 3.5.2.2).
11. Citoplasma. organelos significado general y especiales, su estructura y funciones.
EN citoplasma distinguir entre la sustancia principal (matriz, hialoplasma), inclusiones y orgánulos. Sustancia básica del citoplasma. llena el espacio entre el plasmalema, envoltura nuclear y otras estructuras intracelulares. Un microscopio electrónico ordinario no revela ninguna organización interna. Composición de proteínas El hialoplasma es diverso. Las proteínas más importantes están representadas por enzimas de glucólisis, metabolismo de azúcares, bases nitrogenadas, aminoácidos y lípidos. Varias proteínas hialoplásmicas sirven como subunidades a partir de las cuales se ensamblan estructuras como los microtúbulos.
La sustancia principal del citoplasma forma el verdadero entorno interno de la célula, que une todas las estructuras intracelulares y asegura su interacción entre sí. La realización de una función unificadora y de andamiaje por parte de la matriz puede estar asociada a una red microtrabecular, detectada mediante un microscopio electrónico de alta potencia, formada por finas fibrillas de 2-3 nm de espesor que penetran en todo el citoplasma. Una cantidad significativa de movimiento intracelular de sustancias y estructuras se produce a través del hialoplasma. La sustancia principal del citoplasma debe considerarse de la misma manera que un sistema coloidal complejo capaz de pasar de un estado sol (líquido) a un estado gel. En el proceso de tales transiciones, el trabajo está hecho. Para conocer el significado funcional de tales transiciones, consulte la Sección. 2.3.8.
Inclusiones(Fig. 2.5) llaman a los componentes relativamente inestables del citoplasma que sirven como reserva. nutrientes(grasa, glucógeno), productos a eliminar de la célula (gránulos de secreción), sustancias de lastre (algunos pigmentos).
organelos - Estas son estructuras permanentes del citoplasma que realizan funciones vitales en la célula.
Los orgánulos están aislados. significado general Y especial. Lo último en cantidad significativa presente en células especializadas para realizar una función específica, pero en una pequeña cantidad También puede ocurrir en otros tipos de células. Estos incluyen, por ejemplo, microvellosidades de la superficie de absorción de la célula epitelial intestinal, cilios del epitelio de la tráquea y los bronquios, vesículas sinápticas, sustancias transportadoras: portadores. excitación nerviosa de uno célula nerviosa a otro o a una célula del órgano de trabajo, las miofibrillas, de las que depende la contracción muscular. Un examen detallado de orgánulos especiales es parte del curso de histología.
Los orgánulos de importancia general incluyen elementos del sistema tubular y vacuolar en forma de retículo citoplasmático rugoso y liso, complejo laminar, mitocondrias, ribosomas y polisomas, lisosomas, peroxisomas, microfibrillas y microtúbulos, centriolos del centro celular. EN células vegetales También secretan cloroplastos, en los que se produce la fotosíntesis.
Kanaltsevaya Y sistema vacuolar formado por cavidades comunicantes o separadas tubulares o aplanadas (cisterna), delimitadas por membranas y diseminadas por todo el citoplasma de la célula. A menudo los tanques tienen expansiones en forma de burbujas. En el sistema nombrado hay bruto Y retículo citoplasmático liso(ver figura 2.3). Una peculiaridad de la estructura de la red rugosa es la unión de polisomas a sus membranas. Debido a esto, cumple la función de sintetizar una determinada categoría de proteínas que se eliminan predominantemente de la célula, por ejemplo, las secretadas por las células glandulares. En la zona de la red rugosa se produce la formación de proteínas y lípidos. membranas citoplasmáticas, así como su montaje. Las cisternas de la red rugosa, densamente empaquetadas en una estructura en capas, son los sitios de síntesis de proteínas más activa y se denominan ergastoplasma.
Las membranas del retículo citoplasmático liso carecen de polisomas. Funcionalmente, esta red está asociada con el metabolismo de carbohidratos, grasas y otras sustancias no proteicas, como las hormonas esteroides (en las gónadas, corteza suprarrenal). Las sustancias, en particular el material secretado por la célula glandular, se transportan a través de túbulos y cisternas desde el lugar de síntesis hasta la zona de empaquetamiento en gránulos. En áreas de células hepáticas ricas en estructuras de red lisas, dañinas. sustancias toxicas, algunos medicamentos (barbitúricos). En las vesículas y túbulos de la red lisa de los músculos estriados se almacenan (depositan) iones de calcio, que desempeñan un papel importante en el proceso de contracción.
ribosoma - es una partícula de ribonucleoproteína redonda con un diámetro de 20 a 30 nm. Consta de subunidades pequeñas y grandes, cuya combinación se produce en presencia de ARN mensajero (ARNm). Una molécula de ARNm suele unir varios ribosomas como un collar de cuentas. Esta estructura se llama polisoma. Los polisomas se ubican libremente en la sustancia principal del citoplasma o se unen a las membranas del retículo citoplasmático rugoso. En ambos casos, sirven como sitio de síntesis activa de proteínas. Comparación de la proporción del número de polisomas libres y adheridos a membrana en embriones indiferenciados y células tumorales, por un lado, y en células especializadas de un organismo adulto, por otro, llevaron a la conclusión de que las proteínas para las necesidades propias de la célula (para uso "doméstico") se forman en los polisomas del hialoplasma, mientras que las proteínas eliminadas de la célula se sintetiza en los polisomas de la red granular y se utiliza para las necesidades del cuerpo (por ejemplo, enzimas digestivas, proteínas de la leche materna).
Complejo laminar de Golgi formado por una colección de dictiosomas que van desde varias decenas (generalmente alrededor de 20) hasta varios cientos e incluso miles por célula.
dictiosoma(Figura 2.6, A) está representado por una pila de 3-12 cisternas aplanadas en forma de disco, desde cuyos bordes se entrelazan vesículas (vesículas). La expansión limitada a un área determinada (local) de los tanques da lugar a vesículas (vacuolas) más grandes. En las células diferenciadas de vertebrados y humanos, los dictiosomas generalmente se recolectan en la zona perinuclear del citoplasma. En el complejo laminar se forman vesículas o vacuolas secretoras, cuyo contenido son proteínas y otros compuestos que deben eliminarse de la célula. En este caso, el precursor de la secreción (prosecret), que ingresa al dictiosoma desde la zona de síntesis, sufre en él algunas transformaciones químicas. También se aísla (segrega) en forma de “porciones”, que también están cubiertas con una membrana. Los lisosomas se forman en el complejo laminar. Los dictiosomas sintetizan polisacáridos, así como sus complejos con proteínas (glicoproteínas) y grasas (glicolípidos), que luego se pueden encontrar en el glicocálix de la membrana celular.
La capa mitocondrial consta de dos membranas que se diferencian en su composición química, conjunto de enzimas y funciones. La membrana interna forma invaginaciones en forma de hojas (crestas) o tubulares (túbulos). El espacio delimitado por la membrana interna es matriz orgánulos. Con la ayuda de un microscopio electrónico, se detectan granos con un diámetro de 20 a 40 nm. Acumulan iones de calcio y magnesio, además de polisacáridos como el glucógeno.
La matriz contiene el aparato de biosíntesis de proteínas propio del orgánulo. Está representado por 2 copias de una molécula de ADN circular desprovista de histonas (como en los procariotas), ribosomas, un conjunto de ARN de transferencia (ARNt), enzimas para la replicación del ADN, la transcripción y traducción de información hereditaria. Según las propiedades básicas: el tamaño y la estructura de los ribosomas, la organización de su propio material hereditario, este aparato es similar al de los procariotas y se diferencia del aparato de biosíntesis de proteínas en el citoplasma de una célula eucariota (lo que confirma la hipótesis simbiótica del origen de las mitocondrias; véase el § 1.5). Los genes del ADN propio codifican las secuencias de nucleótidos del ARNr y ARNt mitocondrial, así como las secuencias de aminoácidos de algunas proteínas del orgánulo, principalmente su membrana interna. Las secuencias de aminoácidos (estructura primaria) de la mayoría de las proteínas mitocondriales están codificadas en el ADN. núcleo celular y se forman fuera del orgánulo en el citoplasma.
Función principal Las mitocondrias consisten en la extracción enzimática de ciertos quimicos energía (por su oxidación) y la acumulación de energía en una forma biológicamente utilizable (por la síntesis de moléculas de trifosfato de adenosina -ATP). En general este proceso se llama oxidativo(desbandada. Los componentes de la matriz y la membrana interna participan activamente en la función energética de las mitocondrias. Es con esta membrana que están asociadas la cadena de transporte de electrones (oxidación) y la ATP sintetasa, que cataliza la fosforilación asociada a la oxidación de ADP en ATP. Entre funciones secundarias Se puede decir que las mitocondrias participan en la síntesis de hormonas esteroides y algunos aminoácidos (glutámicos).
lisosomas(Figura 2.6, EN) son burbujas con un diámetro habitual de 0,2-0,4 μm, que contienen un conjunto de enzimas hidrolasas ácidas que catalizan hidrolíticamente (a valores de pH bajos) medio acuático) degradación de ácidos nucleicos, proteínas, grasas, polisacáridos. Su capa está formada por una sola membrana, a veces cubierta por fuera con una capa de proteína fibrosa (en los patrones de difracción de electrones hay burbujas "bordeadas"). La función de los lisosomas es la digestión intracelular del oasis. compuestos químicos y estructuras.
Lisosomas primarios(diámetro 100 nm) se llaman orgánulos inactivos, secundaria - orgánulos en los que se produce el proceso de digestión. Los lisosomas secundarios se forman a partir de los primarios. Están divididos en heterolisosomas(fagolisosomas) y autolisosomas(citolisosomas). En primer lugar (Fig. 2.6, GRAMO) el material que ingresa a la célula desde el exterior se digiere mediante pinocitosis y fagocitosis y, en segundo lugar, se destruyen las estructuras propias de la célula, que han completado su función. Los lisosomas secundarios, en los que se completa el proceso de digestión, se denominan cuerpos residuales(telolisosomas). Carecen de hidrolasas y contienen material no digerido.
Los microcuerpos forman un grupo colectivo de orgánulos. Se trata de vesículas con un diámetro de 0,1 a 1,5 µm, limitadas por una membrana, con una matriz de grano fino y, a menudo, inclusiones de proteínas cristaloides o amorfas. Este grupo incluye, en particular, peroxisomas. Contienen enzimas oxidasas que catalizan la formación de peróxido de hidrógeno, que al ser tóxico es luego destruido por la acción de la enzima peroxidasa. Estas reacciones están involucradas en varios ciclos metabólicos, p. ácido úrico en células de hígado y riñón. En una célula hepática, el número de peroxisomas alcanza entre 70 y 100.
Los orgánulos de importancia general también incluyen algunas estructuras permanentes del citoplasma que carecen de membranas. microtúbulos(Figura 2.6, D) - formaciones tubulares de varias longitudes con un diámetro exterior de 24 nm, un ancho de luz de 15 nm y un espesor de pared de aproximadamente 5 nm. Se encuentra en estado libre en el citoplasma de las células o como elementos estructurales flagelos, cilios, huso mitótico, centríolos. Los microtúbulos libres y los microtúbulos de cilios, flagelos y centriolos tienen diferente resistencia a las influencias destructivas, por ejemplo químicas (colchicina). Los microtúbulos se construyen a partir de subunidades proteicas estereotipadas mediante su polimerización. En una célula viva, los procesos de polimerización ocurren simultáneamente con los procesos de despolimerización. La proporción de estos procesos determina el número de microtúbulos. En estado libre, los microtúbulos realizan una función de soporte, determinan la forma de las células y también son factores en el movimiento direccional de los componentes intracelulares.
Microfilamentos(Figura 2.6, mi) se llaman estructuras largas y delgadas, que a veces forman haces y se encuentran en todo el citoplasma. Hay varios tipos diferentes de microfilamentos. microfilamentos de actina debido a la presencia de proteínas contráctiles (actina) en ellos, se consideran estructuras que proporcionan formas celulares movimientos, como el ameboide. También se les atribuye un papel esquelético y participación en la organización de los movimientos intracelulares de orgánulos y áreas de hialoplasma.
A lo largo de la periferia de las células debajo del plasmalema, así como en la zona perinuclear, se encuentran haces de microfilamentos de 10 nm de espesor. filstents intermedios. En epitelial, nervioso, glial, células musculares, en los fibroblastos se construyen a partir de diferentes proteínas. Los filamentos intermedios aparentemente realizan una función mecánica de andamiaje.
Las microfibrillas de actina y los filamentos intermedios, como los microtúbulos, se forman a partir de subunidades. Debido a esto, su cantidad depende de la proporción de los procesos de polimerización y despolimerización.
Característica de células animales, partes de células vegetales, hongos y algas. centro celular, que contiene centríolos. centríolo(bajo microscopio electrónico) tiene la forma de un cilindro "hueco" con un diámetro de aproximadamente 150 nm y una longitud de 300-500 nm. Su pared está formada por 27 microtúbulos, agrupados en 9 tripletes. La función de los centriolos incluye la formación de hilos del huso mitótico, que también están formados por microtúbulos. Los centríolos polarizan el proceso de división celular, asegurando la separación de las cromátidas hermanas (cromosomas) en la anafase de la mitosis.
Una célula eucariota tiene un esqueleto celular (citoesqueleto) de fibras intracelulares (Anillos) - principios del siglo XX, redescubierto a finales de 1970. Esta estructura permite que la célula tenga su propia forma, cambiándola en ocasiones. El citoplasma está en movimiento. El citoesqueleto participa en el proceso de transferencia de orgánulos y participa en la regeneración celular.
Las mitocondrias son formaciones complejas con una doble membrana (0,2-0,7 µm) y diferentes formas. La membrana interna tiene crestas. Membrana exterior permeable a casi todos los productos químicos, interno, solo transporte activo. Entre las membranas está la matriz. Las mitocondrias se encuentran donde se necesita energía. Las mitocondrias tienen un sistema ribosomático, una molécula de ADN. Pueden ocurrir mutaciones (más de 66 enfermedades). Como regla general, están asociados con una energía insuficiente de ATP, a menudo asociada con insuficiencia cardiovascular, patologías. La cantidad de mitocondrias es diferente (hay 1 mitocondria en una célula tripanosoma). La cantidad depende de la edad, la función y la actividad de los tejidos (hígado, más de 1000).
Los lisosomas son cuerpos rodeados por una membrana elemental. Contiene 60 enzimas (40 lisosomales, hidrolíticas). Dentro del lisosoma hay un ambiente neutral. Se activan con valores bajos de pH, ingresando al citoplasma (autodigestión). Las membranas lisosómicas protegen el citoplasma y la célula de la destrucción. Se forman en el complejo de Golgi (estómago intracelular; pueden reciclar estructuras celulares gastadas). Hay 4 tipos. 1-primaria, 2-4 – secundaria. A través de la endocitosis, una sustancia ingresa a la célula. El lisosoma primario (gránulo de almacenamiento) con un conjunto de enzimas absorbe la sustancia y se forma una vacuola digestiva (con la digestión completa, se descompone en compuestos de bajo peso molecular). Sobras no digeridas permanecen en cuerpos residuales que pueden acumularse (enfermedades por almacenamiento lisosomal). Los cuerpos residuales que se acumulan en el período embrionario provocan gargalismo, deformidades y mucopolisacaridosis. Los lisosomas de autofagia destruyen las propias estructuras de la célula (estructuras innecesarias). Puede contener mitocondrias, partes del complejo de Golgi. A menudo se forma durante el ayuno. Puede ocurrir cuando se expone a otras células (glóbulos rojos).
12. Flujo de información, energía y materia en la célula.
La actividad vital de una célula como unidad de actividad biológica está asegurada por un conjunto de procesos metabólicos interconectados, confinados a determinadas estructuras intracelulares, ordenados en el tiempo y el espacio. Estos procesos forman tres flujos: información, energía y sustancias.
Gracias a la disponibilidad flujo de información una célula, basándose en la experiencia evolutiva centenaria de sus antepasados, adquiere una estructura que cumple con los criterios de un ser vivo, la mantiene en el tiempo y también la transmite a lo largo de una serie de generaciones.
El flujo de información involucra al núcleo (específicamente el ADN de los cromosomas), las macromoléculas que transportan información al citoplasma (ARNm) y el aparato de traducción citoplasmático (ribosomas y polisomas, ARNt, enzimas activadoras de aminoácidos). En la etapa final de este flujo, los polipéptidos sintetizados en polisomas adquieren estructuras terciarias y cuaternarias y se utilizan como catalizadores o proteínas estructurales (fig. 2.7). Además del volumen principal de información contenida en el genoma nuclear, los genomas de las mitocondrias también funcionan en las células eucariotas y, en las plantas verdes, los genomas de los cloroplastos.
Arroz. 2.7. Flujo de información biológica en una célula.
En 1801, Vigía introdujo el concepto de tejido animal, pero aisló el tejido basándose en disección anatómica y no utilizó microscopio. El desarrollo de ideas sobre la estructura microscópica de los tejidos animales se debe principalmente a la investigación de Purkinje, quien fundó su escuela en Breslau.
Purkinje y sus alumnos (debe destacarse especialmente a G. Valentin) identificaron en el primero y más vista general Estructura microscópica de tejidos y órganos de mamíferos (incluidos los humanos). Purkinje y Valentin compararon células vegetales individuales con estructuras de tejido microscópico individuales de animales, que Purkinje llamaba con mayor frecuencia "granos" (para algunas estructuras animales su escuela usaba el término "célula").
En 1837, Purkinje dio una serie de informes en Praga. En ellos informó sus observaciones sobre la estructura de las glándulas gástricas, sistema nervioso etc. En la tabla adjunta a su informe se dan imágenes claras de algunas células de tejidos animales. Sin embargo, Purkinje no pudo establecer la homología entre células vegetales y células animales:
en primer lugar, por granos entendía células o núcleos celulares;
en segundo lugar, el término “célula” se entendía literalmente como “un espacio delimitado por paredes”. 3
Purkinje comparó células vegetales y “granos” animales en términos de analogía y no de homología de estas estructuras (entendiendo los términos “analogía” y “homología” en el sentido moderno).
La escuela de Müller y la obra de Schwann
La segunda escuela donde se estudió la estructura microscópica de los tejidos animales fue el laboratorio de Johannes Müller en Berlín. Müller estudió la estructura microscópica de la cuerda dorsal (notocorda); su alumno Henle publicó un estudio sobre el epitelio intestinal, en el que describía sus distintos tipos y su estructura celular.
Theodor Schwann formuló los principios de la teoría celular. Aquí se llevó a cabo la investigación clásica de Theodor Schwann, que sentó las bases de la teoría celular. El trabajo de Schwann estuvo fuertemente influenciado por la escuela de Purkinje y Henle. Schwann encontró principio correcto comparación de células vegetales y estructuras microscópicas elementales de animales. Schwann pudo establecer homología y demostrar la correspondencia en la estructura y crecimiento de las estructuras microscópicas elementales de plantas y animales.
La importancia del núcleo en una célula de Schwann fue motivada por las investigaciones de Schleiden, quien publicó su trabajo "Materiales sobre fitogénesis" en 1838. Por lo tanto, a Schleiden se le suele llamar coautor de la teoría celular. La idea básica de la teoría celular, la correspondencia entre las células vegetales y las estructuras elementales de los animales, era ajena a Schleiden. Formuló la teoría de la formación de nuevas células a partir de una sustancia sin estructura, según la cual primero se condensa un nucléolo a partir de la granularidad más pequeña y alrededor de él se forma un núcleo, que es el formador de células (citoblasto). Sin embargo, esta teoría se basó en hechos incorrectos. 4
En 1838, Schwann publicó 3 informes preliminares, y en 1839 apareció su obra clásica “Estudios microscópicos sobre la correspondencia en la estructura y crecimiento de animales y plantas”, cuyo título mismo expresa la idea principal de la teoría celular:
La primera parte del libro examina la estructura de la notocorda y el cartílago, mostrando que sus estructuras elementales, las células, se desarrollan de la misma manera. Además demuestra que las estructuras microscópicas de otros tejidos y órganos del cuerpo animal también son células, bastante comparables a las células del cartílago y de la notocorda.
La segunda parte del libro compara células vegetales y animales y muestra su correspondencia.
En la tercera parte se desarrollan posturas teóricas y se formulan los principios de la teoría celular. Fue la investigación de Schwann la que formalizó la teoría celular y demostró (al nivel de conocimiento de esa época y con muchos errores) la unidad de la estructura elemental de animales y plantas.
La teoría celular fue formulada por el científico T. Schwann en 1839. La teoría celular moderna fue complementada significativamente por R. Birzhev y otros. Las principales disposiciones de la teoría celular moderna: 1. La célula es la unidad básica de estructura, funcionamiento y desarrollo de todos. organismos vivos, la unidad más pequeña de seres vivos, capaces de autorreproducirse, autorregularse y autorrenovarse;
2. las células de todos los organismos unicelulares y multicelulares son similares (homólogas) en su estructura, composición química, principales manifestaciones de la actividad vital y metabolismo; 3. la reproducción celular se produce dividiéndolas, cada nueva célula se forma como resultado de la división de la célula original (madre); 3. en los organismos multicelulares complejos, las células están especializadas en las funciones que realizan y forman tejidos; Los tejidos están formados por órganos que están estrechamente interconectados y sujetos a regulación nerviosa y humoral.
Una célula es un sistema vivo elemental. A nivel celular, se manifiestan la mayoría de las propiedades básicas de la materia viva: metabolismo y energía, crecimiento, desarrollo, irritación, autorreproducción. La célula no es sólo una unidad de estructura, sino también una unidad de funcionamiento. Todos sus sistemas están interconectados y funcionan como un todo. Por tanto, la célula es un sistema biológico abierto, la unidad más pequeña de vida: una unidad de estructura, funcionamiento, reproducción de los organismos y su relación con el medio ambiente. Gracias a la presencia de un flujo de información, la célula adquiere una estructura que responde a los criterios de un ser vivo, la mantiene en el tiempo y la transmite a lo largo de una serie de generaciones. Este flujo involucra al núcleo, las macromoléculas que transportan información al citoplasma (ARNm) y el aparato de transcripción citoplasmático (ribosomas y polisomas, ARNt, enzimas de activación de aminoácidos). Posteriormente, los polipéptidos sintetizados en polisomas adquieren estructuras terciarias y cuaternarias y se utilizan como catalizadores o proteínas estructurales. También funcionan los genomas de las mitocondrias y, en las plantas verdes, los cloroplastos. El flujo de energía lo proporcionan los mecanismos de suministro de energía (fermentación, foto) o quimiosíntesis, respiración. El metabolismo respiratorio incluye reacciones de descomposición del "combustible" orgánico bajo en calorías en forma de glucosa, ácidos grasos, aminoácidos y el uso de la energía liberada para la formación de "combustible" celular rico en calorías en forma de trifosfato de adenosina ( ATP). La energía del ATP en varios procesos se convierte en uno u otro tipo de trabajo: químico (síntesis), osmótico (manteniendo diferencias en la concentración de sustancias), eléctrico, mecánico, regulador. La glucólisis anaeróbica es el proceso de descomposición de la glucosa sin oxígeno. Fotosíntesis: mecanismo de conversión de energía. luz del sol