La cellule est l'unité élémentaire de base de tous les êtres vivants, par conséquent, toutes les propriétés des organismes vivants lui sont inhérentes : une structure hautement ordonnée, recevant de l'énergie de l'extérieur et l'utilisant pour faire du travail et maintenir l'ordre, le métabolisme, une réponse active à la stimulation, la croissance, le développement, la reproduction, la duplication et le transfert d'informations biologiques à la descendance, la régénération (restauration des structures endommagées), l'adaptation à l'environnement.

Au milieu du 19ème siècle, le scientifique allemand T. Schwann a créé une théorie cellulaire, dont les principales dispositions indiquaient que tous les tissus et organes sont composés de cellules ; les cellules végétales et animales sont fondamentalement similaires, elles apparaissent toutes de la même manière ; l'activité des organismes est la somme de l'activité vitale des cellules individuelles. Le grand scientifique allemand R. Virchow a eu une grande influence sur le développement ultérieur de la théorie cellulaire et, en général, sur la théorie de la cellule. Il a non seulement rassemblé tous les nombreux faits disparates, mais a également montré de manière convaincante que les cellules sont une structure constante et n'apparaissent que par la reproduction.

La théorie cellulaire dans l'interprétation moderne comprend les principales dispositions suivantes : la cellule est une unité élémentaire universelle du vivant ; les cellules de tous les organismes sont fondamentalement similaires dans leur structure, leur fonction et leur composition chimique ; les cellules ne se reproduisent qu'en divisant la cellule d'origine ; les organismes multicellulaires sont des assemblages cellulaires complexes qui forment des systèmes intégraux.

Grâce aux méthodes de recherche modernes, deux principaux types de cellules: cellules eucaryotes d'organisation plus complexe et hautement différenciées (plantes, animaux et certains protozoaires, algues, champignons et lichens) et cellules procaryotes d'organisation moins complexe (algues bleu-vert, actinomycètes, bactéries, spirochètes, mycoplasmes, rickettsies, chlamydia).

Contrairement à la cellule procaryote, la cellule eucaryote possède un noyau, limité par une double membrane nucléaire, et un grand nombre d'organites membranaires.

ATTENTION!

La cellule est la principale unité structurelle et fonctionnelle des organismes vivants, assurant la croissance, le développement, le métabolisme et l'énergie, stockant, traitant et réalisant l'information génétique. Du point de vue de la morphologie, une cellule est un système complexe de biopolymères, séparé du milieu extérieur par une membrane plasmique (plasmolemme) et constitué d'un noyau et d'un cytoplasme, dans lesquels se trouvent des organites et des inclusions (granules).

Quels types de cellules existe-t-il ?

Les cellules sont diverses dans leur forme, leur structure, leur composition chimique et la nature de leur métabolisme.

Toutes les cellules sont homologues, c'est-à-dire ont un certain nombre de caractéristiques structurelles communes dont dépend l'exécution des fonctions de base. Les cellules sont caractérisées par l'unité de structure, de métabolisme (métabolisme) et de composition chimique.

Dans le même temps, différentes cellules ont également des structures spécifiques. Cela est dû à l'exécution de fonctions spéciales par eux.

Structure cellulaire

Structure cellulaire ultramicroscopique :

1 - cytolemme (membrane plasmique); 2 - vésicules pinocytaires; 3 - centre cellulaire du centrosome (cytocentre); 4 - hyaloplasme; 5 - réticulum endoplasmique : a - membrane du réticulum granulaire ; b - ribosomes; 6 - connexion de l'espace périnucléaire avec les cavités du réticulum endoplasmique; 7 - noyau; 8 - pores nucléaires; 9 - réticulum endoplasmique non granuleux (lisse); 10 - nucléole; 11 - appareil à mailles internes (complexe de Golgi); 12 - vacuoles sécrétoires; 13 - mitochondrie; 14 - liposomes; 15 - trois stades consécutifs de phagocytose; 16 - connexion de la membrane cellulaire (cytolemme) avec les membranes du réticulum endoplasmique.

Chimie cellulaire

La cellule contient plus de 100 éléments chimiques, quatre d'entre eux représentent environ 98% de la masse, ce sont des organogènes : oxygène (65-75%), carbone (15-18%), hydrogène (8-10%) et azote (1, 5-3,0%). Le reste des éléments est divisé en trois groupes : macronutriments - leur teneur dans le corps dépasse 0,01%) ; microéléments (0,00001-0,01%) et ultramicroéléments (moins de 0,00001).

Les macronutriments comprennent le soufre, le phosphore, le chlore, le potassium, le sodium, le magnésium et le calcium.

Pour les microéléments - il y a le fer, le zinc, le cuivre, l'iode, le fluor, l'aluminium, le cuivre, le manganèse, le cobalt, etc.

Ultramicroéléments - sélénium, vanadium, silicium, nickel, lithium, argent et plus. Malgré leur très faible teneur, les oligo-éléments et ultra oligo-éléments jouent un rôle très important. Ils affectent principalement le métabolisme. Sans eux, le fonctionnement normal de chaque cellule et organisme dans son ensemble est impossible.

La cellule est composée de substances inorganiques et organiques. Parmi les inorganiques, la plus grande quantité d'eau. La quantité relative d'eau dans la cage est de 70 à 80 %. L'eau est un solvant universel, toutes les réactions biochimiques de la cellule s'y déroulent. Avec la participation de l'eau, la régulation de la chaleur est effectuée. Les substances qui se dissolvent dans l'eau (sels, bases, acides, protéines, glucides, alcools, etc.) sont dites hydrophiles. Les substances hydrophobes (graisses et assimilées) ne se dissolvent pas dans l'eau. Les autres substances inorganiques (sels, acides, bases, ions positifs et négatifs) varient de 1,0 à 1,5 %.

Les protéines (10 à 20 %), les graisses ou les lipides (1 à 5 %), les glucides (0,2 à 2,0 %), les acides nucléiques (1 à 2 %) prédominent parmi les substances organiques. La teneur en substances de faible poids moléculaire ne dépasse pas 0,5%.

Une molécule de protéine est un polymère constitué d'un grand nombre d'unités répétitives de monomères. Les monomères protéiques d'acides aminés (20 d'entre eux) sont interconnectés par des liaisons peptidiques, formant une chaîne polypeptidique (structure protéique primaire). Il se tord en une spirale, formant, à son tour, la structure secondaire de la protéine. En raison d'une certaine orientation spatiale de la chaîne polypeptidique, une structure tertiaire de la protéine apparaît, qui détermine la spécificité et l'activité biologique de la molécule de protéine. Plusieurs structures tertiaires se combinent pour former une structure quaternaire.

Les protéines remplissent des fonctions essentielles. Les enzymes - les catalyseurs biologiques qui augmentent le taux de réactions chimiques dans la cellule des centaines de milliers de fois, sont des protéines. Les protéines, faisant partie de toutes les structures cellulaires, remplissent une fonction plastique (de construction). Les protéines effectuent également des mouvements cellulaires. Ils assurent le transport des substances dans la cellule, depuis la cellule et à l'intérieur de la cellule. La fonction protectrice des protéines (anticorps) est importante. Les protéines sont l'une des sources d'énergie.Les glucides sont classés en monosaccharides et polysaccharides. Ces derniers sont construits à partir de monosaccharides, qui, comme les acides aminés, sont des monomères. Parmi les monosaccharides de la cellule, les plus importants sont le glucose, le fructose (contient six atomes de carbone) et le pentose (cinq atomes de carbone). Les pentoses font partie des acides nucléiques. Les monosaccharides sont facilement solubles dans l'eau. Les polysaccharides sont peu solubles dans l'eau (glycogène dans les cellules animales, amidon et cellulose dans les cellules végétales. Les glucides sont une source d'énergie, les glucides complexes, associés à des protéines (glycoprotéines), des graisses (glycolipides), participent à la formation des surfaces cellulaires et cellulaires. interactions.

Les lipides comprennent les graisses et les substances similaires aux graisses. Les molécules de graisse sont constituées de glycérol et d'acides gras. Les substances grasses comprennent le cholestérol, certaines hormones, la lécithine. Les lipides, constituant principal des membranes cellulaires, remplissent ainsi une fonction de construction. Les lipides sont les sources d'énergie les plus importantes. Ainsi, si avec l'oxydation complète de 1 g de protéines ou de glucides, 17,6 kJ d'énergie sont libérés, alors avec l'oxydation complète de 1 g de graisse - 38,9 kJ. Les lipides assurent la thermorégulation, protègent les organes (capsules graisseuses).

ADN et ARN

Les acides nucléiques sont des molécules polymères formées par des monomères nucléotidiques. Le nucléotide est constitué d'une base purique ou pyrimidique, d'un sucre (pentose) et d'un résidu d'acide phosphorique. Dans toutes les cellules, il existe deux types d'acides nucléiques : désoxyribonoléique (ADN) et ribonucléique (ARN), qui diffèrent par la composition des bases et des sucres.

Structure spatiale des acides nucléiques :

(d'après B. Alberts et al., tel qu'amendé) I - ARN; II - ADN; bandes - squelettes sucre-phosphate; A, C, G, T, U - bases azotées, réseaux entre eux - liaisons hydrogène.

Molécule d'ADN

Une molécule d'ADN est constituée de deux chaînes polynucléotidiques enroulées l'une autour de l'autre sous la forme d'une double hélice. Les bases azotées des deux chaînes sont interconnectées par des liaisons hydrogène complémentaires. L'adénine se combine uniquement avec la thymine et la cytosine avec la guanine (A - T, G - C). L'ADN contient des informations génétiques qui déterminent la spécificité des protéines synthétisées par la cellule, c'est-à-dire la séquence d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique. L'ADN hérite de toutes les propriétés de la cellule. L'ADN se trouve dans le noyau et les mitochondries.

Molécule d'ARN

Une molécule d'ARN est formée d'une seule chaîne polynucléotidique. Il existe trois types d'ARN dans les cellules. Informationnel, ou ARN messager ARNt (de l'anglais messenger - "médiateur"), qui transfère des informations sur la séquence nucléotidique de l'ADN dans les ribosomes (voir ci-dessous). ARN de transport (ARNt) qui transporte les acides aminés vers le ribosome. L'ARN ribosomique (ARNr), qui est impliqué dans la formation des ribosomes. L'ARN se trouve dans le noyau, les ribosomes, le cytoplasme, les mitochondries, les chloroplastes.

Composition d'acide nucléique.

Cellule

Du point de vue du concept de systèmes vivants selon A. Lehninger.

Une cellule vivante est un système isotherme de molécules organiques capables de s'autoréguler et de se reproduire, extrayant de l'énergie et des ressources de l'environnement.

Un grand nombre de réactions séquentielles ont lieu dans la cellule, dont la vitesse est régulée par la cellule elle-même.

La cellule se maintient dans un état dynamique stationnaire, loin de l'équilibre avec l'environnement.

Les cellules fonctionnent selon le principe de consommation minimale de composants et de processus.

Cette. une cellule est un système ouvert vivant élémentaire capable d'existence, de reproduction et de développement indépendants. C'est une unité structurelle et fonctionnelle élémentaire de tous les organismes vivants.

Composition chimique des cellules.

Sur les 110 éléments du système périodique de Mendeleev, 86 se trouvent constamment présents dans le corps humain. 25 d'entre eux sont nécessaires à la vie normale, et 18 d'entre eux sont absolument nécessaires, et 7 sont utiles. En fonction du pourcentage dans la cellule, les éléments chimiques sont divisés en trois groupes:

Macronutriments Les principaux éléments (organogènes) sont l'hydrogène, le carbone, l'oxygène, l'azote. Concentration : 98 - 99,9%. Ce sont des composants universels des composés organiques de la cellule.

Oligo-éléments - sodium, magnésium, phosphore, soufre, chlore, potassium, calcium, fer. Leur concentration est de 0,1%.

Ultramicroéléments - bore, silicium, vanadium, manganèse, cobalt, cuivre, zinc, molybdène, sélénium, iode, brome, fluor. Ils affectent le métabolisme. Leur absence est à l'origine de maladies (zinc - diabète sucré, iode - goitre endémique, fer - anémie pernicieuse, etc.).

La médecine moderne connaît les faits de l'interaction négative des vitamines et des minéraux :

Le zinc réduit l'absorption du cuivre et rivalise pour l'absorption avec le fer et le calcium ; (et la carence en zinc provoque un affaiblissement du système immunitaire, un certain nombre de conditions pathologiques de la part des glandes endocrines).

Le calcium et le fer réduisent l'absorption du manganèse ;

La vitamine E est mal combinée avec le fer et la vitamine C avec les vitamines B.

Influence mutuelle positive :

La vitamine E et le sélénium, ainsi que le calcium et la vitamine K, agissent en synergie ;

La vitamine D est nécessaire à l'absorption du calcium;

Le cuivre favorise l'absorption et augmente l'efficacité de l'utilisation du fer dans le corps.

Composants inorganiques de la cellule.

L'eau- le composant le plus important de la cellule, le milieu universel de dispersion de la matière vivante. Les cellules actives des organismes terrestres sont constituées de 60 à 95 % d'eau. Dans les cellules et les tissus au repos (graines, spores), l'eau est de 10 à 20 %. L'eau dans la cellule est sous deux formes - libre et liée aux colloïdes cellulaires. L'eau libre est un solvant et un milieu de dispersion du système colloïdal du protoplasme. Ses 95%. L'eau liée (4 à 5 %) de toute l'eau cellulaire forme des liaisons hydrogène et hydroxyle fragiles avec les protéines.

Propriétés de l'eau :

L'eau est un solvant naturel pour les ions minéraux et d'autres substances.

L'eau est la phase dispersée du système colloïdal du protoplasme.

L'eau est un milieu pour les réactions du métabolisme cellulaire, car les processus physiologiques se déroulent dans un environnement exclusivement aquatique. Fournit des réactions d'hydrolyse, d'hydratation, de gonflement.

Participe à de nombreuses réactions enzymatiques de la cellule et se forme au cours du métabolisme.

L'eau est une source d'ions hydrogène lors de la photosynthèse des plantes.

Importance biologique de l'eau :

La plupart des réactions biochimiques n'ont lieu que dans une solution aqueuse, de nombreuses substances pénètrent et sont éliminées des cellules sous forme dissoute. Ceci caractérise la fonction de transport de l'eau.

L'eau fournit des réactions d'hydrolyse - la dégradation des protéines, des graisses, des glucides sous l'action de l'eau.

Grâce à la chaleur élevée d'évaporation, le corps est refroidi. Par exemple, la transpiration chez l'homme ou la transpiration chez les plantes.

La capacité calorifique élevée et la conductivité thermique de l'eau contribuent à une répartition uniforme de la chaleur dans la cellule.

Du fait des forces d'adhésion (eau - sol) et de cohésion (eau - eau), l'eau a la propriété de capillarité.

L'incompressibilité de l'eau détermine l'état de stress des parois cellulaires (turgescence), le squelette hydrostatique chez les vers ronds.

Cellule- une unité élémentaire de la vie sur Terre. Il a toutes les caractéristiques d'un organisme vivant : il grandit, se multiplie, échange des substances et de l'énergie avec l'environnement, et réagit aux stimuli extérieurs. Le début de l'évolution biologique est associé à l'émergence de formes de vie cellulaires sur Terre. Les organismes unicellulaires sont des cellules qui existent séparément les unes des autres. Le corps de tous les organismes multicellulaires - animaux et végétaux - est constitué de plus ou moins de cellules, qui sont en quelque sorte les éléments constitutifs d'un organisme complexe. Indépendamment du fait qu'une cellule soit un système vivant intégral - un organisme séparé ou seulement une partie de celui-ci, elle est dotée d'un ensemble de caractéristiques et de propriétés communes à toutes les cellules.

Chimie cellulaire

Environ 60 éléments du système périodique de Mendeleev, trouvés dans la nature inanimée, ont été trouvés dans les cellules. C'est l'une des preuves de la communité de la nature animée et inanimée. Chez les organismes vivants, la plus courante hydrogène, oxygène, carbone et azote, qui représentent environ 98% de la masse cellulaire. Cela est dû aux particularités des propriétés chimiques de l'hydrogène, de l'oxygène, du carbone et de l'azote, à la suite desquelles ils se sont avérés les plus appropriés pour la formation de molécules remplissant des fonctions biologiques. Ces quatre éléments sont capables de former des liaisons covalentes très fortes grâce à l'appariement d'électrons appartenant à deux atomes. Les atomes de carbone liés par covalence peuvent former la charpente d'innombrables molécules organiques différentes. Étant donné que les atomes de carbone forment facilement des liaisons covalentes avec l'oxygène, l'hydrogène, l'azote et également avec le soufre, les molécules organiques atteignent une complexité et une diversité structurelle exceptionnelles.

En plus des quatre éléments principaux, la cellule en quantités notables (10e et 100e fractions d'un pour cent) contient fer à repasser, potassium, sodium, calcium, magnésium, chlore, phosphore et soufre... Tous les autres éléments ( zinc, le cuivre, iode, fluor, cobalt, manganèse et autres) sont dans la cellule en très petites quantités et sont donc appelés oligo-éléments.

Les éléments chimiques font partie des composés inorganiques et organiques. Les composés inorganiques comprennent l'eau, les sels minéraux, le dioxyde de carbone, les acides et les bases. Les composés organiques sont protéines, acides nucléiques, les glucides, graisses(lipides) et lipoïde.

Certaines protéines contiennent soufre... Une partie intégrante des acides nucléiques est phosphore... La molécule d'hémoglobine comprend fer à repasser, magnésium participe à la construction d'une molécule chlorophylle... Les oligo-éléments, malgré leur teneur extrêmement faible dans les organismes vivants, jouent un rôle important dans les processus vitaux. Iode une partie de l'hormone thyroïdienne - la thyroxine, cobalt- dans la composition de la vitamine B 12, l'hormone de l'îlot du pancréas - l'insuline - contient zinc... Chez certains poissons, le cuivre remplace le fer dans les molécules pigmentaires transportant l'oxygène.

Substances inorganiques

L'eau

H 2 O est le composé le plus courant dans les organismes vivants. Son contenu dans les différentes cellules varie assez largement : de 10 % dans l'émail des dents à 98 % dans le corps d'une méduse, mais il représente en moyenne environ 80 % du poids corporel. Le rôle extrêmement important de l'eau pour assurer les processus vitaux est dû à ses propriétés physico-chimiques. La polarité des molécules et la capacité à former des liaisons hydrogène font de l'eau un bon solvant pour un grand nombre de substances. La plupart des réactions chimiques qui se déroulent dans la cellule ne peuvent avoir lieu qu'en solution aqueuse. L'eau est également impliquée dans de nombreuses transformations chimiques.

Le nombre total de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau varie avec t °. À t ° la fonte des glaces détruit environ 15% des liaisons hydrogène, à t° 40°C - la moitié. Lors du passage à l'état gazeux, toutes les liaisons hydrogène sont détruites. Ceci explique la capacité calorifique spécifique élevée de l'eau. Lorsque la température de l'environnement extérieur change, l'eau absorbe ou libère de la chaleur en raison d'une rupture ou d'une nouvelle formation de liaisons hydrogène. De cette façon, les fluctuations de température à l'intérieur de la cellule sont moindres que dans l'environnement. La chaleur élevée de vaporisation est la base d'un mécanisme de transfert de chaleur efficace chez les plantes et les animaux.

L'eau en tant que solvant participe aux phénomènes d'osmose, qui joue un rôle important dans l'activité vitale de la cellule du corps. L'osmose est la pénétration de molécules de solvant à travers une membrane semi-perméable dans une solution d'une substance. Les membranes semi-perméables sont celles qui laissent passer les molécules de solvant, mais ne laissent pas passer les molécules (ou les ions) d'un soluté. Par conséquent, l'osmose est une diffusion unidirectionnelle de molécules d'eau en direction d'une solution.

Des sels minéraux

La plupart des cellules inorganiques in-in sont sous forme de sels à l'état dissocié ou solide. La concentration de cations et d'anions dans la cellule et dans son environnement n'est pas la même. La cellule contient beaucoup de K et beaucoup de Na. Dans l'environnement extracellulaire, par exemple, dans le plasma sanguin, dans l'eau de mer, au contraire, il y a beaucoup de sodium et peu de potassium. L'irritabilité de la cellule dépend du rapport des concentrations en ions Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+. Dans les tissus des animaux multicellulaires, K fait partie d'une substance multicellulaire qui assure la cohésion des cellules et leur disposition ordonnée. La pression osmotique dans la cellule et ses propriétés tampons dépendent largement de la concentration en sels. Le tamponnage est la capacité d'une cellule à maintenir une réaction légèrement alcaline de son contenu à un niveau constant. Le tampon à l'intérieur de la cellule est assuré principalement par les ions H 2 PO 4 et HPO 4 2-. Dans les fluides extracellulaires et dans le sang, H 2 CO 3 et HCO 3 - jouent le rôle de tampon. Les anions se lient aux ions H et aux ions hydroxyde (OH -), grâce à quoi la réaction à l'intérieur de la cellule des fluides extracellulaires ne change pratiquement pas. Les sels minéraux insolubles (par exemple, le phosphate de calcium) renforcent le tissu osseux des vertébrés et des coquilles de mollusques.

Matière organique cellulaire

Protéine

Parmi les substances organiques de la cellule, les protéines occupent la première place tant en quantité (10 - 12% de la masse totale de la cellule) qu'en valeur. Les protéines sont des polymères de haut poids moléculaire (avec un poids moléculaire de 6000 à 1 million et plus), dont les monomères sont des acides aminés. Les organismes vivants utilisent 20 acides aminés, bien qu'il y en ait beaucoup plus. Tout acide aminé contient un groupe amino (-NH 2), qui a des propriétés basiques, et un groupe carboxyle (-COOH), qui a des propriétés acides. Deux acides aminés sont combinés en une molécule en établissant une liaison HN-CO avec la libération d'une molécule d'eau. La liaison entre le groupe amino d'un acide aminé et le carboxyle d'un autre est appelée liaison peptidique. Les protéines sont des polypeptides contenant des dizaines ou des centaines d'acides aminés. Les molécules de diverses protéines diffèrent les unes des autres par leur poids moléculaire, leur nombre, la composition des acides aminés et la séquence de leur disposition dans la chaîne polypeptidique. Par conséquent, il est clair que les protéines sont très diverses, leur nombre dans tous les types d'organismes vivants est estimé à 10 10 - 10 12.

Une chaîne de liaisons d'acides aminés reliées par des liaisons peptidiques covalentes dans une séquence spécifique est appelée la structure primaire d'une protéine. Dans les cellules, les protéines se présentent sous la forme de fibres ou de boules torsadées en spirale (globules). Cela est dû au fait que dans une protéine naturelle, la chaîne polypeptidique est posée de manière strictement définie, en fonction de la structure chimique de ses acides aminés constitutifs.

Initialement, la chaîne polypeptidique s'enroule. L'attraction se produit entre les atomes des boucles voisines et des liaisons hydrogène se forment, en particulier, entre les groupes NH- et CO- situés sur les boucles adjacentes. Une chaîne d'acides aminés, torsadée en spirale, forme la structure secondaire de la protéine. À la suite d'un repliement supplémentaire de l'hélice, une configuration spécifique à chaque protéine apparaît, appelée structure tertiaire. La structure tertiaire est due à l'action des forces de cohésion entre les radicaux hydrophobes présents dans certains acides aminés et des liaisons covalentes entre les groupes SH de l'acide aminé cystéine (liaisons S-S). Le nombre d'acides aminés par radicaux hydrophobes et cystéine, ainsi que l'ordre de leur disposition dans la chaîne polypeptidique, sont spécifiques à chaque protéine. Par conséquent, les caractéristiques de la structure tertiaire d'une protéine sont déterminées par sa structure primaire. La protéine présente une activité biologique uniquement sous la forme d'une structure tertiaire. Par conséquent, le remplacement d'un seul acide aminé dans la chaîne polypeptidique peut entraîner une modification de la configuration de la protéine et une diminution ou une perte de son activité biologique.

Dans certains cas, les molécules de protéines se combinent entre elles et ne peuvent remplir leur fonction que sous forme de complexes. Ainsi, l'hémoglobine est un complexe de quatre molécules, et ce n'est que sous cette forme qu'elle est capable de fixer et de transporter l'oxygène.Des agrégats similaires représentent la structure quaternaire de la protéine. Par leur composition, les protéines sont divisées en deux classes principales - simples et complexes. Les protéines simples sont constituées uniquement d'acides aminés, d'acides nucléiques (nucléotides), de lipides (lipoprotéines), de Me (métalloprotéines), de P (phosphoprotéines).

Les fonctions des protéines dans la cellule sont extrêmement diverses. L'une des plus importantes est la fonction de construction : les protéines sont impliquées dans la formation de toutes les membranes cellulaires et organites cellulaires, ainsi que dans les structures intracellulaires. Le rôle enzymatique (catalytique) des protéines est extrêmement important. Les enzymes accélèrent les réactions chimiques dans la cellule de 10 ki et 100 pas un million de fois. La fonction motrice est assurée par des protéines contractiles spéciales. Ces protéines sont impliquées dans tous les types de mouvements dont les cellules et les organismes sont capables : clignement des cils et battement des flagelles chez les protozoaires, contraction musculaire chez les animaux, mouvement des feuilles chez les plantes, etc. La fonction de transport des protéines est de fixer des éléments chimiques. (par exemple, l'hémoglobine attache O) ou des substances biologiquement actives (hormones) et les transfère aux tissus et organes du corps. La fonction protectrice s'exprime sous la forme de la production de protéines spéciales appelées anticorps en réponse à la pénétration de protéines ou de cellules étrangères dans le corps. Les anticorps se lient et neutralisent les substances étrangères. Les protéines jouent un rôle important en tant que sources d'énergie. Avec clivage complet, 1g. les protéines sont libérées 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Les glucides

Glucides ou saccharides - substances organiques de formule générale (CH 2 O) n. La plupart des glucides ont deux fois plus d'atomes H que les molécules d'eau. Par conséquent, ces substances ont été appelées glucides. Dans une cellule vivante, les glucides se trouvent en quantités ne dépassant pas 1-2, parfois 5% (dans le foie, dans les muscles). Les cellules végétales sont les plus riches en glucides, où leur teneur atteint dans certains cas 90 % de la masse de matière sèche (graines, tubercules de pomme de terre, etc.).

Les glucides sont simples et complexes. Les glucides simples sont appelés monosaccharides. Selon le nombre d'atomes de glucides dans la molécule, les monosaccharides sont appelés trioses, tétroses, pentoses ou hexoses. Des six monosaccharides de carbone - les hexoses - le glucose, le fructose et le galactose sont les plus importants. Le glucose se trouve dans le sang (0,1-0,12 %). Les pentoses de ribose et de désoxyribose font partie des acides nucléiques et de l'ATP. Si deux monosaccharides sont combinés dans une molécule, un tel composé est appelé disaccharide. Le sucre comestible, obtenu à partir de canne ou de betterave sucrière, est constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose, le sucre de lait est composé de glucose et de galactose.

Les glucides complexes, formés par de nombreux monosaccharides, sont appelés polysaccharides. Le monomère de polysaccharides tels que l'amidon, le glycogène, la cellulose est le glucose. Les glucides remplissent deux fonctions principales : la construction et l'énergie. La cellulose forme les parois des cellules végétales. La chitine polysaccharidique complexe sert de composant structurel principal du squelette externe des arthropodes. La chitine remplit également la fonction de construction dans les champignons. Les glucides jouent le rôle de principale source d'énergie dans la cellule. Lors du processus d'oxydation de 1 g de glucides, 17,6 kJ (~ 4,2 kcal) sont libérés. L'amidon des plantes et le glycogène des animaux se déposent dans les cellules et servent de réserve d'énergie.

Acides nucléiques

L'importance des acides nucléiques dans la cellule est très élevée. Les particularités de leur structure chimique offrent la possibilité de stocker, transférer et transmettre des informations sur la structure des molécules de protéines qui sont synthétisées dans chaque tissu à un certain stade de développement individuel par héritage aux cellules filles. Étant donné que la plupart des propriétés et caractéristiques des cellules sont déterminées par les protéines, il est clair que la stabilité des acides nucléiques est la condition la plus importante pour le fonctionnement normal des cellules et des organismes entiers. Toute modification de la structure des cellules ou de l'activité des processus physiologiques qui s'y trouvent, affectant ainsi l'activité vitale. L'étude de la structure des acides nucléiques est extrêmement importante pour comprendre l'hérédité des traits dans les organismes et les modes de fonctionnement des cellules individuelles et des systèmes cellulaires - tissus et organes.

Il existe 2 types d'acides nucléiques - l'ADN et l'ARN. L'ADN est un polymère constitué de deux hélices nucléotidiques, enfermées de manière à former une double hélice. Les monomères des molécules d'ADN sont des nucléotides constitués d'une base azotée (adénine, thymine, guanine ou cytosine), d'un glucide (désoxyribose) et d'un résidu d'acide phosphorique. Les bases azotées de la molécule d'ADN sont interconnectées par un nombre inégal de liaisons H et sont disposées par paires : l'adénine (A) est toujours contre la thymine (T), la guanine (G) contre la cytosine (C).

Les nucléotides sont liés les uns aux autres non pas par hasard, mais sélectivement. La capacité à interagir sélectivement entre l'adénine et la thymine et la guanine avec la cytosine est appelée complémentarité. L'interaction complémentaire de certains nucléotides s'explique par les particularités de la disposition spatiale des atomes dans leurs molécules, qui leur permettent de se rapprocher et de former des liaisons H. Dans la chaîne polynucléotidique, les nucléotides adjacents sont liés par le sucre (désoxyribose) et un résidu d'acide phosphorique. L'ARN, comme l'ADN, est un polymère dont les monomères sont des nucléotides. Les bases azotées des trois nucléotides sont les mêmes que celles qui composent l'ADN (A, G, C) ; le quatrième - l'uracile (U) - est présent dans la molécule d'ARN au lieu de la thymine. Les nucléotides d'ARN diffèrent des nucléotides d'ADN et par la structure de leur hydrate de carbone constitutif (ribose au lieu de disoxyribose).

Dans la chaîne d'ARN, les nucléotides sont liés par la formation de liaisons covalentes entre le ribose d'un nucléotide et le résidu d'acide phosphorique d'un autre. Les ARN à deux brins diffèrent par leur structure. Les ARN bicaténaires sont les gardiens de l'information génétique dans un certain nombre de virus, c'est-à-dire ils remplissent les fonctions des chromosomes. Les ARN simple brin effectuent le transfert d'informations sur la structure des protéines du chromosome vers le lieu de leur synthèse et sont impliqués dans la synthèse des protéines.

Il existe plusieurs types d'ARN simple brin. Leurs noms sont dus à la fonction exécutée ou à l'emplacement dans la cellule. La majeure partie de l'ARN du cytoplasme (jusqu'à 80-90%) est de l'ARN ribosomique (ARNr) contenu dans les ribosomes. Les molécules d'ARNr sont relativement petites et se composent en moyenne de 10 nucléotides. Un autre type d'ARN (ARNm) qui transporte des informations sur la séquence d'acides aminés dans les protéines à synthétiser aux ribosomes. La taille de ces ARN dépend de la longueur du segment d'ADN dans lequel ils ont été synthétisés. Les ARN de transport remplissent plusieurs fonctions. Ils délivrent des acides aminés au site de synthèse protéique, « reconnaissent » (par le principe de complémentarité) le triplet et l'ARN correspondant à l'acide aminé transféré, et réalisent l'orientation exacte de l'acide aminé sur le ribosome.

Graisses et lipides

Les graisses sont des composés d'acides gras de haut poids moléculaire et d'alcool trihydrique de glycérol. Les graisses ne se dissolvent pas dans l'eau - elles sont hydrophobes. La cellule contient toujours d'autres substances complexes hydrophobes ressemblant à des graisses appelées lipoïdes. L'une des fonctions principales des graisses est l'énergie. Lors de la séparation de 1 g de graisses en CO 2 et H 2 O, une grande quantité d'énergie est libérée - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). La teneur en matière grasse dans la cellule varie de 5 à 15 % du poids de matière sèche. Dans les cellules des tissus vivants, la quantité de graisse augmente jusqu'à 90 %. La fonction principale des graisses dans le monde animal (et en partie végétal) est le stockage.

Avec l'oxydation complète de 1 g de graisse (en dioxyde de carbone et en eau), environ 9 kcal d'énergie sont libérés. (1 kcal = 1000 calories; la calorie (cal, cal) est une unité non systémique de travail et d'énergie, égale à la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer 1 ml d'eau pour 1 ° C à une pression atmosphérique standard de 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ) ... Lors de l'oxydation (dans l'organisme) 1 g de protéines ou de glucides n'est libéré qu'environ 4 kcal/g. Dans une grande variété d'organismes aquatiques - des diatomées unicellulaires aux requins géants - la graisse flotte, réduisant la densité corporelle moyenne. La densité des graisses animales est d'environ 0,91-0,95 g / cm³. La densité osseuse des vertébrés est proche de 1,7-1,8 g/cm³, et la densité moyenne de la plupart des autres tissus est proche de 1 g/cm³. Il est clair qu'il faut beaucoup de graisse pour "équilibrer" un squelette lourd.

Les graisses et les lipides remplissent également une fonction de construction : ils font partie des membranes cellulaires. En raison de sa mauvaise conductivité thermique, la graisse est capable d'une fonction protectrice. Chez certains animaux (phoques, baleines), il se dépose dans le tissu adipeux sous-cutané, formant une couche pouvant atteindre 1 m d'épaisseur.La formation de certains lipoïdes précède la synthèse d'un certain nombre d'hormones. Par conséquent, ces substances ont également pour fonction de réguler les processus métaboliques.

La biologie de la cellule est généralement connue de chacun des cursus scolaires. Nous vous invitons à vous souvenir de ce que vous avez appris une fois, ainsi qu'à découvrir quelque chose de nouveau à son sujet. Le nom "cage" a été proposé dès 1665 par l'Anglais R. Hooke. Cependant, ce n'est qu'au XIXe siècle qu'elle a commencé à être étudiée systématiquement. Les scientifiques se sont intéressés, entre autres, au rôle de la cellule dans l'organisme. Ils peuvent entrer dans la composition de nombreux organes et organismes différents (œufs, bactéries, nerfs, érythrocytes) ou être des organismes indépendants (protozoaires). Malgré toute leur diversité, il y a beaucoup de points communs dans leurs fonctions et leur structure.

Fonctions des cellules

Ils sont tous différents dans la forme et souvent dans la fonction. Les cellules des tissus et les organes d'un organisme peuvent différer assez fortement. Cependant, la biologie cellulaire distingue des fonctions inhérentes à toutes leurs variétés. C'est là que la synthèse des protéines a toujours lieu. Ce processus est contrôlé : une cellule qui ne synthétise pas de protéines est essentiellement morte. Une cellule vivante est une cellule dont les composants changent constamment. Cependant, les principales classes de substances restent inchangées.

Tous les processus dans la cellule sont effectués en utilisant de l'énergie. Ce sont la nutrition, la respiration, la reproduction, le métabolisme. Par conséquent, une cellule vivante se caractérise par le fait que des échanges d'énergie s'y déroulent en permanence. Chacun d'eux a une propriété commune la plus importante - la capacité de stocker de l'énergie et de la dépenser. D'autres fonctions incluent la division et l'irritabilité.

Toutes les cellules vivantes peuvent réagir aux changements chimiques ou physiques de leur environnement. Cette propriété est appelée excitabilité ou irritabilité. Dans les cellules, lorsqu'elles sont excitées, le taux de décomposition des substances et de la biosynthèse, la température et la consommation d'oxygène changent. Dans cet état, ils remplissent les fonctions qui leur sont inhérentes.

Structure cellulaire

Sa structure est assez complexe, bien qu'elle soit considérée comme la forme de vie la plus simple dans une science telle que la biologie. Les cellules sont situées dans la substance intercellulaire. Il leur apporte respiration, nutrition et résistance mécanique. Le noyau et le cytoplasme sont les principaux éléments constitutifs de chaque cellule. Chacun d'eux est recouvert d'une membrane dont l'élément de construction est une molécule. La biologie a établi que la membrane est composée de nombreuses molécules. Ils sont disposés en plusieurs couches. En raison de la membrane, les substances pénètrent sélectivement. Dans le cytoplasme se trouvent des organites - les plus petites structures. Ce sont le réticulum endoplasmique, les mitochondries, les ribosomes, le centre cellulaire, le complexe de Golgi, les lysosomes. Vous comprendrez mieux à quoi ressemblent les cellules en étudiant les images présentées dans cet article.

Membrane

Réticulum endoplasmique

Cet organoïde a été nommé ainsi car il est situé dans la partie centrale du cytoplasme (du grec le mot « endon » se traduit par « à l'intérieur »). L'EPS est un système très ramifié de vésicules, tubules, tubules de différentes formes et tailles. Ils sont délimités par des membranes.

Il existe deux types d'EPS. Le premier est granuleux, constitué de citernes et de tubules dont la surface est parsemée de granulés (grains). Le deuxième type d'EPS est agranulaire, c'est-à-dire lisse. Les granas sont des ribosomes. Il est curieux que l'EPS principalement granulaire soit observé dans les cellules des embryons animaux, alors que dans les formes adultes, il est généralement agranulaire. Comme vous le savez, les ribosomes sont le site de la synthèse des protéines dans le cytoplasme. Sur cette base, on peut supposer que l'EPS granulaire se produit principalement dans les cellules où se produit la synthèse protéique active. On pense que le réseau agranulaire est représenté principalement dans les cellules où a lieu la synthèse active des lipides, c'est-à-dire des graisses et de diverses substances similaires aux graisses.

Les deux types d'EPS ne participent pas seulement à la synthèse de substances organiques. Ici, ces substances s'accumulent et sont également transportées vers les endroits nécessaires. L'EPS régule également le métabolisme qui se produit entre l'environnement et la cellule.

Ribosomes

Mitochondries

Les organites énergétiques comprennent les mitochondries (photo ci-dessus) et les chloroplastes. Les mitochondries sont une sorte de stations énergétiques dans chaque cellule. C'est en eux que l'énergie est extraite des nutriments. Les mitochondries sont de forme variable, mais le plus souvent ce sont des granules ou des filaments. Leur nombre et leur taille ne sont pas constants. Cela dépend de l'activité fonctionnelle d'une cellule particulière.

Si vous regardez une micrographie électronique, vous pouvez voir que les mitochondries ont deux membranes : une interne et une externe. L'intérieur forme des excroissances (crêtes) recouvertes d'enzymes. En raison de la présence de crêtes, la surface mitochondriale totale augmente. Ceci est important pour que l'activité des enzymes se déroule activement.

Dans les mitochondries, les scientifiques ont trouvé des ribosomes et de l'ADN spécifiques. Cela permet à ces organites de se multiplier indépendamment lors de la division cellulaire.

Chloroplastes

Quant aux chloroplastes, de forme c'est un disque ou une sphère à double coque (intérieure et extérieure). À l'intérieur de cet organite, il existe également des ribosomes, de l'ADN et des grains - des formations membranaires spéciales associées à la fois à la membrane interne et entre elles. La chlorophylle se trouve précisément dans les membranes gran. Grâce à lui, l'énergie de la lumière du soleil est convertie en énergie chimique adénosine triphosphate (ATP). Dans les chloroplastes, il est utilisé pour la synthèse des glucides (formés à partir d'eau et de dioxyde de carbone).

D'accord, vous devez connaître les informations présentées ci-dessus non seulement pour réussir le test en biologie. La cellule est le matériau de construction dont est fait notre corps. Et toute nature vivante est une collection complexe de cellules. Comme vous pouvez le voir, il y a de nombreux composants qui se démarquent en eux. À première vue, il peut sembler que l'étude de la structure d'une cellule n'est pas une tâche facile. Cependant, si vous le regardez, ce sujet n'est pas si difficile. Vous devez le connaître pour bien connaître une science telle que la biologie. La composition de la cellule est l'un de ses thèmes fondamentaux.

Comme tous les êtres vivants, le corps humain est constitué de cellules. En raison de la structure cellulaire du corps, sa croissance, sa reproduction, la restauration des organes et des tissus endommagés et d'autres formes d'activité sont possibles. La forme et la taille des cellules sont différentes et dépendent de la fonction qu'elles remplissent.

Dans chaque cellule, on distingue deux parties principales - le cytoplasme et le noyau, le cytoplasme, à son tour, contient des organites - les plus petites structures cellulaires qui assurent son activité vitale (mitochondries, ribosomes, centre cellulaire, etc.). Dans le noyau, avant la division cellulaire, des corps filiformes spéciaux se forment - les chromosomes. L'extérieur de la cellule est recouvert d'une membrane qui sépare une cellule d'une autre. L'espace entre les cellules est rempli de substance intercellulaire liquide. La fonction principale de la membrane est d'assurer l'entrée sélective de diverses substances dans la cellule et l'élimination des produits métaboliques de celle-ci.

Les cellules du corps humain sont composées d'une variété de substances inorganiques (eau, sels minéraux) et organiques (glucides, graisses, protéines et acides nucléiques).

Les glucides sont composés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène; beaucoup d'entre eux sont facilement solubles dans l'eau et sont les principales sources d'énergie pour la mise en œuvre des processus vitaux.

Les graisses sont formées des mêmes éléments chimiques que les glucides ; ils sont insolubles dans l'eau. Les graisses font partie des membranes cellulaires et constituent également une source d'énergie essentielle dans le corps.

Les protéines sont les principaux éléments constitutifs des cellules. La structure des protéines est complexe : une molécule de protéine est grande et est une chaîne composée de dizaines et de centaines de composés plus simples - les acides aminés. De nombreuses protéines servent d'enzymes qui accélèrent le cours des processus biochimiques dans la cellule.

Les acides nucléiques produits dans le noyau cellulaire sont composés de carbone, d'oxygène, d'hydrogène et de phosphore. Il existe deux types d'acides nucléiques :

1) les désoxyribonucléiques (ADN) se trouvent dans les chromosomes et déterminent la composition des protéines cellulaires et le transfert des traits et propriétés héréditaires des parents à la progéniture ;

2) acide ribonucléique (ARN) - associé à la formation de protéines caractéristiques de cette cellule.

PHYSIOLOGIE DE LA CELLULE

Une cellule vivante a un certain nombre de propriétés : la capacité de métaboliser et de se reproduire, l'irritabilité, la croissance et la mobilité, sur la base desquelles s'exercent les fonctions de tout l'organisme.

Le cytoplasme et le noyau cellulaire sont composés de substances qui pénètrent dans le corps par le système digestif. Au cours du processus de digestion, la décomposition chimique de substances organiques complexes se produit avec la formation de composés plus simples, qui sont amenés à la cellule avec le sang. L'énergie libérée lors de la décomposition chimique est utilisée pour maintenir l'activité vitale des cellules. Au cours du processus de biosynthèse, des substances simples entrant dans la cellule y sont transformées en composés organiques complexes. Déchets - dioxyde de carbone, eau et autres composés - que le sang transporte de la cellule vers les reins, les poumons et la peau, qui les libèrent dans l'environnement extérieur. Du fait de ce métabolisme, la composition des cellules est constamment renouvelée : certaines substances s'y forment, d'autres sont détruites.

La cellule, en tant qu'unité élémentaire d'un système vivant, a l'irritabilité, c'est-à-dire la capacité de répondre aux influences externes et internes.

La plupart des cellules du corps humain se multiplient par division indirecte. Avant la division, chaque chromosome est complété par les substances présentes dans le noyau et devient double.

Le processus de fission indirecte se compose de plusieurs phases.

1. Augmentation du volume du noyau ; séparation des chromosomes de chaque paire les uns des autres et leur dispersion dans toute la cellule; formation à partir du centre cellulaire du fuseau de division.

2. Alignement des chromosomes les uns contre les autres dans le plan de l'équateur cellulaire et fixation des fils du fuseau à ceux-ci.

3. Divergence de chromosomes appariés du centre aux pôles opposés de la cellule.

4. La formation de deux noyaux à partir des chromosomes séparés, l'émergence d'une constriction, puis - un septum sur le corps cellulaire.

À la suite d'une telle division, une répartition précise des chromosomes - porteurs des caractéristiques héréditaires et des propriétés de l'organisme - entre les deux cellules filles est assurée.

Les cellules peuvent croître en augmentant de volume, et certaines ont la capacité de se déplacer.