Teoria komórki jest jedną z najważniejszych koncepcji biologicznych. Główne postanowienia współczesnej teorii komórek to:
Komórka jest najmniejszą jednostką życia, podstawową jednostką budowy i rozwoju wszystkich żywych organizmów.
Komórki wszystkich jednokomórkowych i Organizmy wielokomórkowe podobna w strukturze skład chemiczny, główne przejawy aktywności życiowej i metabolizmu.
Każda nowa komórka powstaje w wyniku podziału pierwotnej komórki matki.
Komórki organizmów wielokomórkowych są wyspecjalizowane różne funkcje i tworzą tkanki tworzące narządy.
Komórki organizmów wielokomórkowych są totipotencjalne, tj.:
a) są równoważne pod względem ilości informacji genetycznej i posiadają wszystkie możliwości danego typu organizmu;
b) różnią się od siebie odmienną ekspresją (aktywnością) genów.
Teoria komórkowa to uogólniona koncepcja struktury komórek jako żywych jednostek, ich reprodukcji i roli w tworzeniu organizmów wielokomórkowych.
Pojawienie się i sformułowanie poszczególnych postanowień teorii komórki poprzedził dość długi (ponad trzysta lat) okres gromadzenia obserwacji dotyczących budowy różnych organizmów jedno- i wielokomórkowych roślin i zwierząt. Okres ten wiązał się z rozwojem zastosowań i doskonaleniem różnych optycznych metod badawczych.
Robert Hooke (1665) jako pierwszy zaobserwował, używając soczewek powiększających, podział tkanki korka na „komórki” lub „komórki”. Jego opisy dały impuls do powstania systematycznych badań anatomii roślin (Malpighi, 1671; Grew, 1671), które potwierdziły obserwacje Roberta Hooke'a i wykazały, że różne części roślin składają się z blisko rozmieszczonych „pęcherzyków” lub „woreczków”. Później świat odkrył A. Leeuwenhoek (1680). Jednokomórkowe organizmy i po raz pierwszy zobaczył komórki zwierzęce (erytrocyty). Później komórki zwierzęce opisał F. Fontana (1781); ale te i inne liczne badania nie prowadziły wówczas do zrozumienia uniwersalności struktura komórkowa, aby wyjaśnić, czym jest komórka. Postęp w badaniach mikroanatomii i komórek związany jest z rozwojem mikroskopii w XIX wieku. Do tego czasu zmieniły się poglądy na temat struktury komórek: najważniejsze w organizacji komórki uznano za nie Ściana komórkowa, ale właściwie jego zawartość, protoplazma (Purkinya, 1830). W protoplazmie odkryto stały składnik komórki, jądro (Brown, 1833). Wszystkie te liczne obserwacje pozwoliły T. Schwannowi w 1838 r. na dokonanie szeregu uogólnień. Pokazał, że komórki roślinne i zwierzęce są do siebie zasadniczo podobne (homologiczne). „Zasługą T. Schwanna nie było to, że odkrył komórki jako takie, ale to, że nauczył badaczy zrozumienia ich znaczenia” (Waldeyer, 1909). Idee te zostały rozwinięte w pracach R. Virchowa (1858). Stworzenie teorii komórki stało się ważnym wydarzeniem w biologii, jednym z decydujących dowodów jedności całej żywej przyrody. Teoria komórki wywarła znaczący wpływ na rozwój biologii, była głównym fundamentem rozwoju takich dyscyplin jak embriologia, histologia i fizjologia. Dało podstawy do zrozumienia życia, do wyjaśnienia pokrewieństwa organizmów, do zrozumienia indywidualnego rozwoju.
Główne założenia teorii komórki zachowały swoje znaczenie do dziś, chociaż przez ponad sto pięćdziesiąt lat zdobywano nowe informacje o budowie, czynności życiowej i rozwoju komórek. Obecnie teoria komórki postulaty:
Komórka jest podstawową jednostką życia: - poza komórką nie ma życia.
komórka - jeden system, składający się z zestawu naturalnie połączonych ze sobą elementów, reprezentujących pewną holistyczną formację, składającą się ze sprzężonych jednostki funkcjonalne- organelle lub organelle.
Komórki są podobne - homologiczne - pod względem struktury i podstawowych właściwości.
Liczba komórek zwiększa się, dzieląc pierwotną komórkę po podwojeniu jej materiału genetycznego (DNA): komórka po komórce.
Organizm wielokomórkowy jest nowy system, złożony zespół wielu komórek, połączonych i zintegrowanych w układy tkanek i narządów, połączonych ze sobą za pomocą czynników chemicznych, humoralnych i nerwowych (regulacja molekularna).
Komórki organizmów wielokomórkowych są totipotencjalne, tj. posiadają potencjał genetyczny wszystkich komórek dany organizm, są równoważne w informacji genetycznej, ale różnią się od siebie odmienną ekspresją (pracą) różnych genów, co prowadzi do ich zróżnicowania morfologicznego i funkcjonalnego - do zróżnicowania.
1. Życie istnieje tylko w postaci komórek.
2. Podstawą ciągłości życia jest komórka.
3. Zasada komplementarności (związek struktury z funkcją).
KOMÓRKA - PODSTAWOWA JEDNOSTKA ŻYCIA
Komórka jest oddzielną, najmniejszą strukturą, która jest nieodłączną częścią całości właściwości życia i która może, w odpowiednich warunkach środowisko zachować te właściwości w sobie, a także przekazać je wielu pokoleniom. W ten sposób komórka przenosi pełny opisżycie. Poza komórką nie ma prawdziwej aktywności życiowej. Dlatego w naturze planety ma swoją rolę elementarna jednostka strukturalna, funkcjonalna i genetyczna.
Oznacza to, że komórka jest podstawą budynki, życie I rozwój wszystkie żywe formy - jednokomórkowe, wielokomórkowe, a nawet niekomórkowe. Dzięki wbudowanym w nią mechanizmom komórka zapewnia metabolizm, wykorzystanie informacji biologicznej, rozmnażanie, właściwości dziedziczności i zmienności, określając w ten sposób cechy jedności i różnorodności właściwe dla świata organicznego.
Zajmując pozycję jednostki elementarnej w świecie istot żywych, komórka jest inna złożona struktura. Jednocześnie pewne cechy występują we wszystkich komórkach bez wyjątku, charakteryzujących najważniejsze aspekty organizacja komórkowa takie jak.
TEORIA KOMÓRKI
Teorię komórkową sformułował niemiecki badacz, zoolog T. Schwann (1839). Ponieważ Schwann tworząc tę teorię szeroko korzystał z prac botanika M. Schleidena, ten ostatni jest słusznie uważany za współautora teorii komórkowej. Opierając się na założeniu podobieństwa (homologii) komórek roślinnych i zwierzęcych, czego dowodzi ten sam mechanizm ich powstania, Schwann zebrał liczne dane w postaci teorii, według której Komórki są strukturalną i funkcjonalną podstawą żywych istot.
Pod koniec XIX wieku niemiecki patolog R. Virchow zrewidował teorię komórkową na podstawie nowych faktów. Jest właścicielem wniosku, że komórka może powstać tylko z wcześniej istniejącej komórki. Stworzył również koncepcję „stanu komórki”, która wywołała krytykę, zgodnie z którą organizm wielokomórkowy składa się ze stosunkowo niezależnych jednostek (komórek), które w swojej aktywności życiowej są od siebie ściśle zależne.
Teoria komórkowa w nowoczesna forma zawiera trzy główne przepisy.
Pierwsza pozycja wiąże komórkę z żywą naturą planety jako całości. Stwierdza, że życie, bez względu na to, jak złożone lub proste (na przykład wirusy) przybiera formy, w swoim pod względem strukturalnym, funkcjonalnym i genetycznym jest zapewniona ostatecznie tylko komórka. O wyjątkowej roli komórki jako podstawowego źródła życia decyduje fakt, że jest ona jednostką biologiczną, dzięki której ekstrakcja z otoczenie zewnętrzne, przemiany i wykorzystanie energii i substancji przez organizmy. Informacje biologiczne są przechowywane i wykorzystywane bezpośrednio w komórce.
Drugi przepis wskazuje, że w obecnych warunkach tylko sposobem na pojawienie się nowych komórek jest podział komórek już istniejących. Uzasadnienie charakter komórkowyżycia na Ziemi szczególną rolę odgrywa teza o jednolitości sposobów powstawania komórek. To właśnie ta teza została wykorzystana przez M. Schleidena i T. Schwanna do uzasadnienia koncepcji homologii różne rodzaje komórki. nowoczesna biologia rozszerzył zakres dowodów na to. Niezależnie od indywidualnych cech strukturalnych i funkcjonalnych, wszystkie komórki w ten sam sposób: a) przechowują informację biologiczną, b) podwajają materiał genetyczny w celu jego przekazywania w wielu pokoleniach, c) wykorzystują informację do realizacji swoich funkcji opartych na białku synteza, d) magazynowanie i przenoszenie energii, e) przekształcanie energii w pracę, f) regulowanie metabolizmu.
Trzecie stanowisko teorii komórkowej koreluje komórkę z organizmami wielokomórkowymi, które charakteryzują się zasadą integralności i organizacji systemowej. System charakteryzuje się obecnością nowych jakości dzięki wzajemnemu wpływowi i interakcji jednostek tworzących ten system. Strukturalnymi i funkcjonalnymi jednostkami stworzeń wielokomórkowych są komórki. Jednak organizm wielokomórkowy charakteryzuje się wieloma specjalne właściwości, których nie da się sprowadzić do właściwości i jakości poszczególnych komórek. W trzeciej pozycji teorii komórkowej spotykamy się z problemem relacji między częścią a całością.
Podejście systemowe jako kierunek naukowy stosuje się w badania biologiczne od początku ubiegłego wieku. Systemowy charakter organizacji i funkcjonowania jest charakterystyczny nie tylko dla ciała, ale także dla innych głównych formacji biologicznych - genomu, komórki, populacji, biogeocenozy, biosfery.
9. Błona biologiczna, organizacja i funkcje cząsteczki. Transport substancji przez błonę (modele transportu).
Komórka- system błon, które wyznaczają obszary przestrzeni wewnątrzkomórkowej. Membrany biorą udział w różnych procesach. Błony komórek nerwowych - wytwarzanie impulsów nerwowych, błony przewodu pokarmowego - wchłanianie i trawienie pokarmu, błony komórkowe mięśnie szkieletowe i komórki mięśnia sercowego – rozkurcz i rozkurcz, błony komórkowe narządów zmysłów – przemiana jednego rodzaju podrażnienia w drugi. Białka błon naturalnych są słabo rozpuszczalne w wodzie i tworzą kompleksy z lipidami. Funkcje: receptorowa, strukturalna, transportowa, katalityczna (większość białek - enzymy - immunoglobuliny - białka o największej aktywności). Fluidowo-mozaikowy model budowy błony (dwuwarstwa lipidowa, białka - obwodowe, zanurzone, integralne). Transport substancji nie zawsze odbywa się na zasadzie dyfuzji lub gradientu. Istnieją białka transportowe.
ATP---ADP+F
Transport aktywny - przenoszenie substancji przez błonę przy zużyciu ATP i przy udziale białek transportowych. Aktywny transport sprzężony (te same białka - kilka substancji). Mogą istnieć 2 białka obwodowe, substancje mogą przechodzić przez kanał, 2-3 nośniki, transport może być nieskoniugowany. Występuje ekscytoza (pinocytoza i fagocytoza). Istnienie dyfuzji wymiennej (za pomocą gradientu stężeń),
W komórki eukariotyczne błona endoplazmatyczna jest integralna z błonami wewnątrzkomórkowymi (błonami cytoplazmatycznymi). Błony cytoplazmatyczne tworzą kanał ze złożoną siecią przeplatających się kanałów i pęcherzyków (1959 Carter) Kanały EPR są tymczasowymi systemami komunikacji zaangażowanymi w przemieszczanie się pęcherzyków z komórki na zewnątrz. Membrany HREP mają struktury rurowe (młodszy typ ewolucyjny). Rola biologiczna: hydroliza fosfolipidów, synteza hormony steroidowe, synteza lipidów itp. podobnie jak błona plazmatyczna, błona cytoplazmatyczna przechodzi do kompleksu jądrowego i Golgiego (1898 r. Golgi) główna cecha- Brak rybosomów. Są to płasko-równoległe zbiorniki, bąbelki. Kompleks specjalizuje się w syntezie białek. Własne białka komórkowe, białka wydzielnicze są syntetyzowane w większości komórek. Większość białek jest złożona, ma części węglowodanowe i białkowe - glikoproteiny i proteoglikany. Kompleks Golgiego bierze udział w syntezie złożonych cukrów z prostych monosacharydów, które następnie wiążą się z białkami, które weszły do kompleksu, pojawiają się glikoproteiny, które powstały, są splecione i zachodzi egzocytoza. Lizosomy powstają w zespole Golgiego. Kompleks Golgiego dostarcza materiału niezbędnego do tworzenia bruzd rozszczepiających w komórce zwierzęcej.
Wysokie uporządkowanie wewnętrznej zawartości komórki eukariotycznej osiąga się przez przedziały jego objętość – podziały na „komórki”, różniące się szczegółami składu chemicznego (enzymatycznego). Podział (ryc. 2.3) przyczynia się do przestrzennego oddzielenia substancji i procesów w komórce. Oddzielny przedział jest reprezentowany przez organelle (lizosom) lub jego część (przestrzeń wyznaczona wewnętrzną błoną mitochondriów).
Ryż. 2.3. Podział objętości komórki za pomocą membran:
1 -rdzeń, 2- szorstka cytoplazmatyczna jest, 3- mitochondrium, 4- transportujący pęcherzyk cytoplazmatyczny, 5- lizosom, 6- kompleks blaszkowaty, 7 - tajna granulka
Ryż. 2.4. Organizacja molekularna błona biologiczna:
1 - dwucząsteczkowa warstwa lipidów, 2 - wiewiórki
Kilka schematów relacji w błonie głównej składniki chemiczne- białka i lipidy oraz substancje znajdujące się na powierzchni błony. Obecnie przyjmuje się punkt widzenia, zgodnie z którym składa się membrana dwucząsteczkowa warstwa lipidów. Hydrofobowe regiony ich cząsteczek są zwrócone ku sobie, podczas gdy hydrofilowe znajdują się na powierzchni warstwy. Różnorodny cząsteczki białka osadzone w tej warstwie lub umieszczone na jej powierzchni (ryc. 2.4).
Ze względu na kompartmentację objętości komórki w komórce eukariotycznej obserwuje się podział funkcji między różnymi strukturami. Jednocześnie różne struktury naturalnie wchodzą ze sobą w interakcje.
10. Rdzeń. Struktura i funkcje.
Komórka ma jądro i cytoplazmę. Jądro komórkowe składa się z błony, soku jądrowego, jąderka i chromatyny. Rola funkcjonalna otoczka jądrowa polega na oddzieleniu materiału genetycznego (chromosomów) komórki eukariotycznej od cytoplazmy z jej licznymi reakcjami metabolicznymi, a także regulacji dwustronnych oddziaływań między jądrem a cytoplazmą. Otoczka jądrowa składa się z dwóch błon oddzielonych przestrzenią okołojądrową (okołojądrową). Ten ostatni może komunikować się z kanalikami retikulum cytoplazmatycznego.
Otoczka jądrowa jest przebita progiem o średnicy 80-90 nm. Obszar porów lub kompleks porów o średnicy około 120 nm ma określoną strukturę, na co wskazuje złożony mechanizm regulacja ruchów jądrowo-cytoplazmatycznych substancji i struktur. Liczba porów zależy od stan funkcjonalny komórki. Wyższy aktywność syntetyczna w komórce, tym większa ich liczba. Szacuje się, że u kręgowców niższych w erytroblastach, gdzie hemoglobina jest intensywnie formowana i akumulowana, na 1 μm 2 otoczki jądrowej przypada około 30 porów. W dojrzałych erytrocytach tych zwierząt, które zachowują jądro, na 1 μg błony pozostaje do pięciu porów, tj. 6 razy mniej.
W rejonie kompleksu pierzastego tzw gruba płyta - warstwa białkowa, która leży u podstaw całej długości wewnętrznej błony błony jądrowej. Ta struktura pełni przede wszystkim funkcję wspierającą, ponieważ w jej obecności kształt jądra zostaje zachowany, nawet jeśli obie błony otoczki jądrowej zostaną zniszczone. Przyjmuje się również, że regularne połączenie z substancją gęstej płytki przyczynia się do uporządkowanego ułożenia chromosomów w jądrze interfazy.
podstawa sok nuklearny, Lub matryca, tworzą białka. Formy soku jądrowego środowisko wewnętrzne rdzeń, w związku z którym gra ważna rola w dostarczaniu normalne funkcjonowanie materiał genetyczny. Skład soku jądrowego zawiera nitkowaty, Lub fibrylarne, białkowe, z którym związana jest realizacja funkcji wsparcia: macierz zawiera również podstawowe produkty transkrypcji informacji genetycznej - heterojądrowe RNA (hnRNA), które są tutaj przetwarzane, zamieniając się w mRNA (patrz 3.4.3.2).
jąderko jest strukturą, w której zachodzi formacja i dojrzewanie rybosomalny RNA (rRNA). Geny rRNA zajmują określone obszary (w zależności od rodzaju zwierzęcia) jednego lub więcej chromosomów (u ludzi 13-15 i 21-22 par) - organizatorzy jąderka, w obszarze, w którym tworzą się jąderka. Takie regiony w chromosomach metafazowych wyglądają jak przewężenia i są nazywane rozstępy wtórne. Z Za pomocą mikroskopu elektronowego w jąderku ujawnia się włókniste i ziarniste składniki. Składnik nitkowaty (fibrylarny) jest reprezentowany przez kompleksy cząsteczek prekursorowych białka i gigantycznego RNA, z których następnie powstają mniejsze cząsteczki dojrzałego rRNA. W procesie dojrzewania fibryle przekształcają się w ziarna rybonukleoproteiny (granulki), które stanowią składnik ziarnisty.
Struktury chromatyny w postaci grudek, rozproszone w nukleoplazmie są interfazowymi formami istnienia chromosomów komórkowych (patrz 3.5.2.2).
11. Cytoplazma. Organelle Ogólne znaczenie i specjalne, ich strukturę i funkcje.
W cytoplazma rozróżnić substancję główną (matrycę, hialoplazmę), inkluzje i organelle. Główna substancja cytoplazmy wypełnia przestrzeń między plazmalemmą, otoczka jądrowa i inne struktury wewnątrzkomórkowe. Zwykły mikroskop elektronowy nie wykrywa żadnego wewnętrzna organizacja. Skład białka hialoplazma jest różnorodna. Najważniejsze z białek to enzymy haikolizy, metabolizmu cukrów, zasad azotowych, aminokwasów i lipidów. Szereg białek hialoplazmatycznych służy jako podjednostki, z których składają się struktury, takie jak mikrotubule.
Główna substancja cytoplazmy tworzy prawdziwe środowisko wewnętrzne komórki, które łączy wszystkie struktury wewnątrzkomórkowe i zapewnia ich wzajemne oddziaływanie. Pełnienie przez matrix funkcji unifikujących i rusztowania można wiązać z wykrywaną za pomocą supermocnego mikroskopu elektronowego siecią mikrobeleczkową, utworzoną z cienkich fibryli o grubości 2–3 nm, penetrujących całą cytoplazmę. Przez hialoplazmę przeprowadzana jest znaczna ilość wewnątrzkomórkowych ruchów substancji i struktur. Główną substancję cytoplazmy należy rozpatrywać w taki sam sposób, jak złożony układ koloidalny zdolny do przejścia ze stanu podobnego do zolu (płynnego) do stanu żelowego. W trakcie takich przejść praca jest wykonywana. Funkcjonalne znaczenie takich przejść można znaleźć w rozdz. 2.3.8.
inkluzje(Ryc. 2.5) nazywane są względnie niestabilnymi składnikami cytoplazmy, które służą jako zapas składniki odżywcze(tłuszcz, glikogen), produkty usuwane z komórki (tajne granulki), substancje balastowe (niektóre pigmenty).
Organelle - Są to trwałe struktury cytoplazmy, które pełnią funkcje życiowe w komórce.
Wyizoluj organelle Ogólne znaczenie I specjalny. Najnowsze w znacząca ilość obecne w komórkach wyspecjalizowanych w określonej funkcji, ale w mała ilość można również znaleźć w innych typach komórek. Należą do nich np. mikrokosmki powierzchni ssącej komórki nabłonka jelitowego, rzęski nabłonka tchawicy i oskrzeli, pęcherzyki synaptyczne transportujące substancje – nośniki nerwowe podniecenie jeden komórka nerwowa na inną lub komórkę pracującego narządu, miofibryle, od których zależy skurcz mięśnia. Szczegółowe rozważenie specjalnych organelli jest zawarte w zadaniu przebiegu histologii.
Do organelli o znaczeniu ogólnym należą elementy układu kanalikowego i wakuolowego w postaci szorstkiej i gładkiej retikulum cytoplazmatycznego, kompleks blaszkowaty, mitochondria, rybosomy i polisomy, lizosomy, peroksysomy, mikrofibryle i mikrotubule, centriole centrum komórki. W komórki roślinne Wydzielają również chloroplasty, w których zachodzi fotosynteza.
rurowy I układ wakuolowy utworzone przez połączone lub oddzielne cylindryczne lub spłaszczone (cysterny) wnęki, ograniczone błonami i rozprzestrzeniające się w cytoplazmie komórki. Często zbiorniki mają rozszerzenia przypominające bąbelki. W tym systemie są surowy I siateczka cytoplazmatyczna gładka(Patrz rysunek 2.3). Cechą struktury szorstkiej sieci jest przyłączenie polisomów do jej błon. Z tego powodu pełni funkcję syntezy pewnej kategorii białek, które są głównie usuwane z komórki, na przykład wydzielane przez komórki gruczołowe. W obszarze szorstkiej sieci dochodzi do powstawania białek i lipidów. błony cytoplazmatyczne i ich montaż. Gęsto upakowane w warstwową strukturę cysterny o szorstkiej sieci są miejscami najbardziej aktywnej syntezy białek i nazywane są ergastoplazma.
Błony siateczki cytoplazmatycznej gładkiej pozbawione są polisomów. Funkcjonalnie ta sieć jest związana z metabolizmem węglowodanów, tłuszczów i innych substancji niebiałkowych, takich jak hormony steroidowe (w gonadach, korze nadnerczy). Poprzez kanaliki i cysterny substancje przemieszczają się, w szczególności materiał wydzielany przez komórkę gruczołową, z miejsca syntezy do miejsca upakowania do granulek. W obszarach komórek wątroby bogatych w gładkie struktury sieciowe niszczone i neutralizowane są szkodliwe substancje. substancje toksyczne niektóre leki (barbiturany). W pęcherzykach i kanalikach sieci gładkiej mięśni poprzecznie prążkowanych magazynowane (odkładane) są jony wapnia, które odgrywają ważną rolę w procesie skurczu.
Rybosom - jest to zaokrąglona cząsteczka rybonukleoproteiny o średnicy 20-30 nm. Składa się z małych i dużych podjednostek, których połączenie zachodzi w obecności informacyjnego (wiadomościowego) RNA (mRNA). Jedna cząsteczka mRNA zwykle łączy kilka rybosomów jak sznur perełek. Taka konstrukcja nazywa się polisom. Polisomy są swobodnie zlokalizowane w substancji podstawowej cytoplazmy lub przyczepione do błon szorstkiej retikulum cytoplazmatycznego. W obu przypadkach służą jako miejsce syntezy aktywnych białek. Porównanie stosunku liczby wolnych i przyczepionych do błony polisomów w niezróżnicowanych i niezróżnicowanych zarodkach komórki nowotworowe z jednej strony, a w wyspecjalizowanych komórkach dorosłego organizmu z drugiej, doprowadziły do wniosku, że białka powstają na polisomach hialoplazmy na własne potrzeby (do „domowego” użytku) tej komórki, podczas gdy na w polisomach sieci ziarnistej syntetyzowane są białka, które są wydalane z komórki i wykorzystywane na potrzeby organizmu (np. enzymy trawienne, białka mleka matki).
kompleks płytkowy Golgiego utworzone przez zbiór dictyosomów od kilkudziesięciu (zwykle około 20) do kilkuset, a nawet tysięcy na komórkę.
Dictyosom(ryc. 2.6, A) jest reprezentowany przez stos 3-12 spłaszczonych cystern w kształcie dysku, z których krawędzi odchodzą pęcherzyki (pęcherzyki). Ograniczona do pewnego obszaru (lokalna) ekspansja zbiorników daje większe pęcherzyki (wakuole). W zróżnicowanych komórkach kręgowców i ludzi dictyosomy są zwykle gromadzone w strefie okołojądrowej cytoplazmy. W kompleksie blaszkowatym tworzą się pęcherzyki wydzielnicze lub wakuole, których zawartością są białka i inne związki, które mają być usunięte z komórki. Jednocześnie prekursor tajemnicy (prosecret), który wchodzi do dictyosomu ze strefy syntezy, ulega w nim pewnym przemianom chemicznym. Separuje też (segreguje) w postaci "porcji", które tutaj są ubrane w otoczkę membranową. Lizosomy tworzą się w kompleksie lamelarnym. W dictyosomach syntetyzowane są polisacharydy, a także ich kompleksy z białkami (glikoproteinami) i tłuszczami (glikolipidami), które następnie można znaleźć w glikokaliksie błony komórkowej.
Otoczka mitochondriów składa się z dwóch błon różniących się składem chemicznym, zestawem enzymów i funkcjami. Błona wewnętrzna tworzy inwazje o kształcie liściastym (cristae) lub rurkowatym (kanaliki). Przestrzeń ograniczona wewnętrzną membraną to matryca organelle. Za pomocą mikroskopu elektronowego wykrywa się w nim ziarna o średnicy 20-40 nm. Gromadzą jony wapnia i magnezu, a także polisacharydy, takie jak glikogen.
Matryca zawiera własny aparat do biosyntezy białek organelli. Jest reprezentowana przez 2 kopie kolistej i wolnej od histonów (jak u prokariontów) cząsteczki DNA, rybosomy, zestaw transportowego RNA (tRNA), enzymy do replikacji DNA, transkrypcji i translacji informacji dziedzicznej. Pod względem swoich głównych właściwości: wielkości i struktury rybosomów, organizacji własnego materiału dziedzicznego, aparat ten jest podobny do prokariontów i różni się od aparatu do biosyntezy białek cytoplazmy komórki eukariotycznej (co potwierdza symbiotyczny hipoteza pochodzenia mitochondriów; patrz § 1.5). Geny własnego DNA kodują sekwencje nukleotydowe mitochondrialnego rRNA i tRNA, a także sekwencje aminokwasowe niektórych białek organelli, głównie jej błony wewnętrznej. Sekwencje aminokwasowe (struktura pierwotna) większości białek mitochondrialnych są zakodowane w DNA Jądro komórkowe i powstają na zewnątrz organelli w cytoplazmie.
Główna funkcja mitochondriów polega na enzymatycznej ekstrakcji z niektórych substancje chemiczne energii (poprzez ich utlenianie) oraz gromadzenie energii w biologicznie użytecznej formie (poprzez syntezę cząsteczek trójfosforanu adenozyny -ATP). Ogólnie proces ten nazywa się utleniające(rozwiązanie. Składniki macierzy i błony wewnętrznej są aktywnie zaangażowane w funkcję energetyczną mitochondriów. To z tą membraną łączy się łańcuch transportu elektronów (utlenianie) i syntetaza ATP, katalizująca związaną z utlenianiem fosforylację ADP do ATP. Wśród funkcje poboczne mitochondria można nazwać udziałem w syntezie hormonów steroidowych i niektórych aminokwasów (glutaminy).
Lizosomy(ryc. 2.6, W) to pęcherzyki o średnicy zwykle 0,2-0,4 μm, które zawierają zestaw enzymów hydrolazy kwasowej, katalizujących procesy hydrolityczne (w środowisko wodne) rozszczepianie kwasów nukleinowych, białek, tłuszczów, polisacharydów. Ich skorupa jest utworzona przez pojedynczą membranę, czasami pokrytą na zewnątrz włóknistą warstwą białka (na wzorach dyfrakcji elektronów „obrzeżone” pęcherzyki). Funkcją lizosomów jest wewnątrzkomórkowe trawienie różnych związki chemiczne i struktury.
Pierwotne lizosomy(średnica 100 nm) nazywane są nieaktywnymi organellami, wtórny - organelli, w których zachodzi trawienie. Lizosomy wtórne powstają z lizosomów pierwotnych. Dzielą się na heterolizosomy(fagolizosomy) i autolizosomy(cytolizosomy). W pierwszym (ryc. 2.6, G) materiał wchodzący do komórki z zewnątrz jest trawiony przez pinocytozę i fagocytozę, po drugie, niszczone są własne struktury komórki, które spełniły swoją funkcję. Nazywa się lizosomy wtórne, w których proces trawienia jest zakończony pozostałości ciał(telolizosomy). Brakuje im hydrolaz i zawierają niestrawiony materiał.
Mikrociała tworzą grupę organelli. Są to pęcherzyki ograniczone jedną membraną o średnicy 0,1-1,5 mikrona z drobnoziarnistą matrycą i często krystaloidalnymi lub amorficznymi wtrąceniami białkowymi. Do tej grupy należą w szczególności peroksysomy. Zawierają enzymy oksydazy, które katalizują tworzenie nadtlenku wodoru, który będąc toksycznym, jest następnie niszczony przez działanie enzymu peroksydazy. Reakcje te są zawarte w różnych cyklach metabolicznych, na przykład w wymianie kwas moczowy w komórkach wątroby i nerek. W komórce wątroby liczba peroksysomów sięga 70-100.
Do organelli o znaczeniu ogólnym należą również pewne trwałe struktury cytoplazmy, pozbawione błon. mikrotubule(ryc. 2.6, D) - formacje rurowe o różnej długości, o średnicy zewnętrznej 24 nm, szerokości światła 15 nm i grubości ścianki około 5 nm. Występuje w stanie wolnym w cytoplazmie komórek lub jako elementy konstrukcyjne wici, rzęski, wrzeciono mitotyczne, centriole. Wolne mikrotubule i mikrotubule rzęsek, wici i centrioli mają różną odporność na szkodliwe działanie, np. chemiczne (kolchicyna). Mikrotubule są zbudowane ze stereotypowych podjednostek białkowych w wyniku polimeryzacji. W żywej komórce procesy polimeryzacji przebiegają jednocześnie z procesami depolimeryzacji. Stosunek tych procesów określa liczbę mikrotubul. W stanie wolnym mikrotubule pełnią funkcję podporową, determinując kształt komórek, a także są czynnikami ukierunkowanego ruchu składników wewnątrzkomórkowych.
Mikrofilamenty(ryc. 2.6, mi) nazywane są długimi, cienkimi formacjami, czasami tworzącymi wiązki i występującymi w całej cytoplazmie. Istnieje kilka różnych typów mikrofilamentów. mikrofilamenty aktynowe ze względu na obecność w nich białek kurczliwych (aktyny) uważane są za struktury dostarczające formy komórkowe ruchy takie jak ameboidalne. Przypisuje się im również rolę ramową i udział w organizacji ruchu wewnątrzkomórkowego organelli i skrawków hialoplazmy.
Wzdłuż obwodu komórek pod plazmalemmą, a także w strefie okołojądrowej, znajdują się wiązki mikrowłókien o grubości 10 nm - filtry pośrednie. W komórkach nabłonkowych, nerwowych, glejowych, Komórki mięśniowe, fibroblasty zbudowane są z różnych białek. Filamenty pośrednie najwyraźniej pełnią funkcję mechaniczną, szkieletową.
Mikrofibryle aktynowe i włókna pośrednie, takie jak mikrotubule, zbudowane są z podjednostek. Z tego powodu ich liczba zależy od stosunku procesów polimeryzacji i depolimeryzacji.
Dla komórek zwierzęcych, części komórek roślinnych, grzybów i alg, ośrodek komórkowy, który zawiera centriole. Centriola(pod mikroskop elektronowy) ma postać „wydrążonego” cylindra o średnicy około 150 nm i długości 300-500 nm. Jego ściana jest utworzona przez 27 mikrotubul zgrupowanych w 9 trojaczków. Funkcją centrioli jest tworzenie mitotycznych włókien wrzeciona, które są również tworzone przez mikrotubule. Centriole polaryzują proces podziału komórki, zapewniając rozdział siostrzanych chromatyd (chromosomów) w anafazie mitozy.
Komórka eukariotyczna ma szkielet komórkowy (cytoszkielet) z włókien wewnątrzkomórkowych (Koltsov) - początek XX wieku, został ponownie odkryty pod koniec 1970 roku. Ta struktura pozwala komórce mieć swój kształt, czasami go zmieniając. Cytoplazma jest w ruchu. Cytoszkielet bierze udział w procesie przenoszenia organelli, bierze udział w regeneracji komórek.
Mitochondria to złożone formacje z podwójną membraną (0,2-0,7 mikrona) i inna forma. Błona wewnętrzna ma cristae. zewnętrzna męmbrana jest przepuszczalny dla prawie wszystkich chemikaliów, wewnętrzny - tylko transport aktywny. Pomiędzy membranami znajduje się matrix. Mitochondria znajdują się tam, gdzie potrzebna jest energia. Mitochondria mają system rybosomów, cząsteczkę DNA. Mogą wystąpić mutacje (ponad 66 chorób). Z reguły są one związane z niewystarczającą energią ATP, często kojarzoną z tzw niewydolność krążenia, patologie. Liczba mitochondriów jest różna (w komórce trypanosomu - 1 mitochondrium). Ilość zależy od wieku, funkcji, aktywności tkanek (wątroba - powyżej 1000).
Lizosomy to ciała otoczone elementarną błoną. Zawierają 60 enzymów (40 lizosomalnych, hydrolitycznych). Wewnątrz lizosomu panuje neutralne środowisko. Są aktywowane przez niskie wartości pH, opuszczając cytoplazmę (samotrawienie). Błony lizosomów chronią cytoplazmę i komórki przed zniszczeniem. Powstają w kompleksie Golgiego (żołądek wewnątrzkomórkowy, mogą przetwarzać komórki, które opracowały swoje struktury). Istnieją 4 rodzaje. 1-podstawowy, 2-4 - drugorzędny. Substancja dostaje się do komórki na drodze endocytozy. Pierwotny lizosom (granulat magazynujący) wraz z zestawem enzymów wchłania substancję i tworzy się wakuola trawienna (przy całkowitym strawieniu rozszczepienie przechodzi do związków niskocząsteczkowych). niestrawione resztki pozostają w szczątkowych ciałach, które mogą się gromadzić (lizosomalne choroby spichrzeniowe). Ciała resztkowe, które gromadzą się w okresie embrionalnym, prowadzą do gargalizmu, deformacji i mukopolisacharydoz. Lizosomy autofagiczne niszczą własne struktury komórki (struktury niepotrzebne). Może zawierać mitochondria, części kompleksu Golgiego. Często powstaje podczas głodu. Może wystąpić po ekspozycji na inne komórki (erytrocyty).
12. Przepływ informacji, energii i materii w komórce.
Aktywność życiową komórki jako jednostki aktywności biologicznej zapewnia zespół wzajemnie powiązanych procesów wymiennych (metabolicznych) ograniczonych do określonych struktur wewnątrzkomórkowych, uporządkowanych w czasie i przestrzeni. Procesy te tworzą trzy strumienie: informacji, energii i substancji.
Dzięki obecności przepływ informacji Na podstawie wielowiekowego doświadczenia ewolucyjnego przodków komórka uzyskuje strukturę spełniającą kryteria życia, utrzymuje ją w czasie, a także przekazuje dalej wielu pokoleniom.
W przepływie informacji uczestniczą jądro (szczególnie DNA chromosomów), makrocząsteczki przenoszące informacje do cytoplazmy (mRNA), cytoplazmatyczny aparat translacyjny (rybosomy i polisomy, tRNA, enzymy aktywujące aminokwasy). W końcowym etapie tego przepływu polipeptydy syntetyzowane na polisomach uzyskują struktury trzeciorzędowe i czwartorzędowe i są wykorzystywane jako katalizatory lub białka strukturalne (ryc. 2.7). Oprócz genomu jądrowego, który jest główną informacją zawartą w tomie, w komórkach eukariotycznych funkcjonują także genomy mitochondriów, aw roślinach zielonych chloroplastów.
Ryż. 2.7. Przepływ informacji biologicznej w komórce
W 1801 r. Vigia wprowadził pojęcie tkanek zwierzęcych, ale wyizolował tkanki na podstawie preparatu anatomicznego i nie posługiwał się mikroskopem. Rozwój idei mikroskopowej budowy tkanek zwierzęcych związany jest przede wszystkim z badaniami Purkinjego, który założył we Wrocławiu swoją szkołę.
Purkinje i jego uczniowie (zwłaszcza należy wyróżnić G. Valentina) ujawnili w pierwszej i najbardziej ogólna perspektywa budowa mikroskopowa tkanek i narządów ssaków (w tym człowieka). Purkinje i Valentin porównywali poszczególne komórki roślinne z określonymi mikroskopijnymi strukturami tkanek zwierzęcych, które Purkinje najczęściej nazywał „nasionami” (w przypadku niektórych struktur zwierzęcych w jego szkole używano terminu „komórka”).
W 1837 roku Purkinje wygłosił w Pradze serię raportów. W nich relacjonował swoje obserwacje dotyczące budowy gruczołów żołądkowych, system nerwowy itp. W tabeli dołączonej do jego raportu podano wyraźne obrazy niektórych komórek tkanek zwierzęcych. Niemniej jednak Purkinje nie mógł ustalić homologii komórek roślinnych i komórek zwierzęcych:
po pierwsze, przez ziarna rozumiał albo komórki, albo jądra komórkowe;
po drugie, termin „komórka” był wówczas rozumiany dosłownie jako „przestrzeń ograniczona ścianami”. 3
Purkinje porównywał komórki roślinne i „nasiona” zwierząt pod względem analogii, a nie homologii tych struktur (rozumiejąc terminy „analogia” i „homologia” we współczesnym znaczeniu).
Szkoła Müllera i praca Schwanna
Drugą szkołą, w której badano mikroskopową strukturę tkanek zwierzęcych, było laboratorium Johannesa Müllera w Berlinie. Müller badał mikroskopową strukturę struny grzbietowej (cięciwy); jego uczeń Henle opublikował pracę na temat nabłonka jelitowego, w której opisał różne jego typy i ich budowę komórkową.
Theodor Schwann sformułował zasady teorii komórki. Tutaj przeprowadzono klasyczne badania Theodora Schwanna, kładąc podwaliny pod teorię komórkową. Na twórczość Schwanna duży wpływ wywarła szkoła Purkinjego i Henlego. Schwanna znaleziono słuszna zasada porównanie komórek roślinnych i elementarnych struktur mikroskopowych zwierząt. Schwann był w stanie ustalić homologię i udowodnić zgodność w strukturze i wzroście elementarnych struktur mikroskopowych roślin i zwierząt.
Znaczenie jądra komórkowego w komórce Schwanna podsunęły badania Schleidena, który w 1838 roku opublikował pracę „Materiały o fitogenezie”. Dlatego Schleiden jest często nazywany współtwórcą teorii komórki. Podstawowa idea teorii komórek - zgodność komórek roślinnych i elementarnych struktur zwierząt - była obca Schleidenowi. Sformułował teorię powstawania nowej komórki z substancji pozbawionej struktury, zgodnie z którą najpierw jąderko kondensuje się od najmniejszej ziarnistości, a wokół niego tworzy się jądro, które jest poprzednikiem komórki (cytoblast). Teoria ta została jednak oparta na błędnych faktach. 4
W 1838 r. Schwann opublikował 3 wstępne raporty, aw 1839 r. ukazała się jego klasyczna praca „Badania mikroskopowe nad korespondencją w strukturze i wzroście zwierząt i roślin”, w której samym tytule wyrażona jest główna idea teorii komórkowej :
W pierwszej części książki omówiono budowę struny grzbietowej i chrząstki, pokazując, że ich elementarne struktury - komórki rozwijają się w ten sam sposób. Ponadto dowodzi, że mikroskopijne struktury innych tkanek i narządów organizmu zwierzęcego są również komórkami, całkiem porównywalnymi z komórkami chrząstki i struny.
Druga część książki porównuje komórki roślinne i zwierzęce oraz pokazuje ich zgodność.
Trzecia część rozwija teoretyczne założenia i formułuje zasady teorii komórki. To badania Schwanna sformalizowały teorię komórkową i dowiodły (na ówczesnym poziomie wiedzy iz wieloma błędami) jedności budowy elementarnej zwierząt i roślin.
Teorię komórkową sformułował naukowiec T. Schwann w 1839 r. Współczesna teoria komórkowa została zasadniczo uzupełniona przez R. Birżewa i innych. , samoregulacja i samoodnowa; 2. komórki wszystkich organizmów jednokomórkowych i wielokomórkowych są podobne (homologie) pod względem budowy, składu chemicznego, głównych przejawów aktywności życiowej i metabolizmu; 3. rozmnażanie komórek następuje poprzez ich podział, każda nowa komórka powstaje w wyniku podziału komórki pierwotnej (matki); 3. w złożonych organizmach wielokomórkowych komórki specjalizują się w swoich funkcjach i tworzą tkanki; tkanki składają się z narządów, które są ze sobą ściśle połączone i podlegają regulacji nerwowej i humoralnej. Przydziel prokariotyczne i eukariotyczne typy organizacji komórkowej. Komórki typu prokariotycznego charakteryzują się małymi rozmiarami, brakiem oddzielnego jądra, dzięki czemu materiał genetyczny w postaci DNA nie jest oddzielony od cytoplazmy błoną. Aparat genetyczny jest reprezentowany przez DNA pojedynczego chromosomu pierścieniowego, który jest pozbawiony głównych białek - histonów (histony są białkami jąder komórkowych). Różnice w obecności histonów w komórkach prokariotycznych i eukariotycznych wskazują na odmienne mechanizmy regulacji funkcji materiału genetycznego. Komórki prokariotyczne nie mają centrum komórkowego. Czas potrzebny do powstania dwóch komórek potomnych od matki (czas generacji) jest stosunkowo mały i wynosi kilkadziesiąt minut. Typ komórek prokariotycznych obejmuje bakterie i niebiesko-zielone algi. Eukariotyczny typ organizacji komórkowej jest reprezentowany przez dwa podtypy. Cechą organizmów pierwotniakowych jest to, że (poza formami kolonialnymi) odpowiadają one strukturalnie poziomowi jednej komórki, a fizjologicznie pełnoprawnemu osobnikowi. W tradycyjnym ujęciu komórka organizmu roślinnego lub zwierzęcego jest opisywana jako obiekt ograniczony otoczką, z którego wyodrębnione jest jądro i cytoplazma.
4. Komórka jako system otwarty. Przepływ informacji, energii i materii w komórce. Rola struktur wewnątrzkomórkowych w metabolizmie energetycznym i plastycznym.
Komórka jest elementarnym żywym systemem. Na poziomie komórkowym manifestuje się większość podstawowych właściwości żywej materii - metabolizm i energia, wzrost, rozwój, podrażnienie, samoreprodukcja. Komórka jest nie tylko jednostką struktury, ale także jednostką funkcjonowania. Wszystkie jego systemy są ze sobą połączone i funkcjonują jako całość. Komórka jest więc otwartym systemem biologicznym, najmniejszą jednostką życia – jednostką struktury funkcjonowania, reprodukcji organizmów i ich relacji ze środowiskiem. Dzięki obecności przepływu informacji komórka nabywa strukturę spełniającą kryteria istoty żywej, utrzymuje ją w czasie i przekazuje w szeregu pokoleń. Przepływ ten obejmuje jądro, makrocząsteczki przenoszące informacje do cytoplazmy (mRNA), cytoplazmatyczny aparat transkrypcji (rybosomy i polisomy, tRNA, enzymy aktywujące aminokwasy). Później polipeptydy syntetyzowane na polisomach uzyskują strukturę trzeciorzędową i czwartorzędową i są wykorzystywane jako katalizatory lub białka strukturalne. Funkcjonują również genomy mitochondriów, aw roślinach zielonych chloroplastów. Przepływ energii zapewniają mechanizmy dostarczania energii - fermentacja, foto - lub chemosynteza, oddychanie. Metabolizm oddechowy obejmuje reakcje rozszczepienia niskokalorycznego „paliwa” organicznego w postaci glukozy, kwasów tłuszczowych, aminokwasów, wykorzystanie uwolnionej energii do wytworzenia wysokokalorycznego „paliwa” komórkowego w postaci trójfosforanu adenozyny (ATP). Energia ATP w różnych procesach jest przekształcana w jeden lub inny rodzaj pracy - chemiczną (syntezę), osmotyczną (utrzymanie różnic w stężeniu substancji), elektryczną, mechaniczną, regulacyjną. Glikoliza beztlenowa to proces beztlenowego rozpadu glukozy. Fotosynteza - mechanizm konwersji energii światło słoneczne w energię wiązań chemicznych substancji organicznych. Metabolizm oddechowy stanowi jednocześnie wiodące ogniwo w przepływie substancji, które łączy szlaki metaboliczne rozkładu i tworzenia węglowodanów, białek, tłuszczów i kwasów nukleinowych.