Ląstelė yra pagrindinis elementarus visų gyvų daiktų vienetas, todėl turi visas gyvų organizmų savybes: labai sutvarkyta struktūra, gaunanti energiją iš išorės ir naudojanti ją darbui atlikti bei tvarkai palaikyti, medžiagų apykaitai, aktyviai reaguoti į dirginimus, biologinės informacijos augimas, vystymasis, dauginimasis, dauginimasis ir perdavimas palikuonims, regeneracija (pažeistų struktūrų atstatymas), prisitaikymas prie aplinkos.

Vokiečių mokslininkas T. Schwannas XIX amžiaus viduryje sukūrė ląstelių teoriją, kurios pagrindinės nuostatos nurodė, kad visi audiniai ir organai susideda iš ląstelių; augalų ir gyvūnų ląstelės iš esmės yra panašios viena į kitą, visos jos atsiranda vienodai; organizmų veikla yra atskirų ląstelių gyvybinės veiklos suma. Didelė įtakaįjungta tolimesnis vystymas ląstelių teorija ir apskritai didysis vokiečių mokslininkas R. Virchovas padarė įtaką ląstelės teorijai. Jis ne tik sujungė visus daugybę skirtingų faktų, bet ir įtikinamai parodė, kad ląstelės yra nuolatinė struktūra ir atsiranda tik dauginantis.

Ląstelių teorija šiuolaikinė interpretacija apima šias pagrindines nuostatas: ląstelė yra universalus elementarus gyvų daiktų vienetas; visų organizmų ląstelės yra iš esmės panašios savo struktūra, funkcijomis ir chemine sudėtimi; ląstelės dauginasi tik dalijančios pirminę ląstelę; daugialąsčiai organizmai yra sudėtingos ląstelių sąrankos, kurios sudaro vientisas sistemas.

Ačiū šiuolaikiniai metodai buvo nustatyti tyrimai du pagrindiniai ląstelių tipai: sudėtingiau organizuotos, labai diferencijuotos eukariotinės ląstelės (augalai, gyvūnai ir kai kurie pirmuonys, dumbliai, grybai ir kerpės) ir mažiau sudėtingai organizuotos prokariotinės ląstelės (mėlynadumbliai, aktinomicetai, bakterijos, spirochetos, mikoplazmos, riketsijos, chlamidijos).

Skirtingai nuo prokariotinės ląstelės, eukariotinė ląstelė turi branduolį, kurį riboja dviguba branduolio membrana ir didelis skaičius membranos organelės.

DĖMESIO!

Ląstelė yra pagrindinis gyvų organizmų struktūrinis ir funkcinis vienetas, vykdantis augimą, vystymąsi, metabolizmą ir energiją, kaupiantis, apdorojantis ir įgyvendinantis genetinę informaciją. Morfologiniu požiūriu ląstelė yra sudėtinga sistema biopolimerai, atskirti nuo išorinės aplinkos plazmine membrana (plazmolema) ir susidedantys iš branduolio ir citoplazmos, kuriose išsidėstę organelės ir intarpai (granulės).

Kokių tipų ląstelės yra?

Ląstelės yra įvairios savo forma, struktūra, chemine sudėtimi ir medžiagų apykaitos pobūdžiu.

Visos ląstelės yra homologinės, t.y. turi keletą bendrų struktūrinių ypatybių, nuo kurių priklauso pagrindinių funkcijų atlikimas. Ląstelėms būdinga struktūros, metabolizmo (metabolizmo) ir cheminės sudėties vienove.

Tuo pačiu metu skirtingos ląstelės taip pat turi specifines struktūras. Taip yra dėl to, kad jie atlieka specialias funkcijas.

Ląstelių struktūra

Ultramikroskopinė ląstelių struktūra:

1 - citolema (plazminė membrana); 2 - pinocitotinės pūslelės; 3 - centrosoma, ląstelės centras (citocentras); 4 - hialoplazma; 5 - endoplazminis tinklas: a - granuliuoto tinklelio membrana; b – ribosomos; 6 - perinuklearinės erdvės sujungimas su endoplazminio tinklo ertmėmis; 7 - šerdis; 8 - branduolinės poros; 9 - negranuliuotas (lygus) endoplazminis tinklas; 10 - branduolys; 11 - vidinis tinklinis aparatas (Golgi kompleksas); 12 - sekrecijos vakuolės; 13 - mitochondrijos; 14 - liposomos; 15 - trys fagocitozės stadijos iš eilės; 16 - ląstelės membranos (citolemmos) sujungimas su endoplazminio tinklo membranomis.

Cheminė ląstelės sudėtis

Ląstelėje yra daugiau nei 100 cheminių elementų, iš kurių keturi sudaro apie 98% masės; tai organogenai: deguonis (65-75%), anglis (15-18%), vandenilis (8-10%) ir azotas. (1 ,5–3,0 proc.). Likę elementai skirstomi į tris grupes: makroelementai – jų kiekis organizme viršija 0,01 proc.; mikroelementų (0,00001–0,01%) ir ultramikroelementų (mažiau nei 0,00001).

Makroelementai yra siera, fosforas, chloras, kalis, natris, magnis, kalcis.

Mikroelementai yra geležis, cinkas, varis, jodas, fluoras, aliuminis, varis, manganas, kobaltas ir kt.

Ultramikroelementai yra selenas, vanadis, silicis, nikelis, litis, sidabras ir kt. Nepaisant labai mažo kiekio, mikroelementai ir ultramikroelementai atlieka labai svarbų vaidmenį. Jie daugiausia veikia medžiagų apykaitą. Be jų neįmanoma normaliai funkcionuoti kiekvienos ląstelės ir viso organizmo.

Ląstelė susideda iš neorganinių ir organinių medžiagų. Tarp neorganinių didžiausias skaičius vandens. Santykinis vandens kiekis ląstelėje yra nuo 70 iki 80%. Vanduo yra universalus tirpiklis, jame vyksta viskas, kas yra biologinė. cheminės reakcijos narve. Dalyvaujant vandeniui, atliekama termoreguliacija. Medžiagos, kurios tirpsta vandenyje (druskos, bazės, rūgštys, baltymai, angliavandeniai, alkoholiai ir kt.), vadinamos hidrofilinėmis. Hidrofobinės medžiagos (riebalai ir į riebalus panašios medžiagos) netirpsta vandenyje. Kita neorganinių medžiagų(druskos, rūgštys, bazės, teigiamos ir neigiamų jonų) svyruoja nuo 1,0 iki 1,5%.

Iš organinių medžiagų vyrauja baltymai (10-20%), riebalai arba lipidai (1-5%), angliavandeniai (0,2-2,0%), nukleino rūgštys (1-2%). Mažos molekulinės masės medžiagų kiekis neviršija 0,5%.

Baltymų molekulė yra polimeras, susidedantis iš daugybės pasikartojančių monomerų vienetų. Aminorūgščių baltymų monomerai (jų yra 20) yra sujungti vienas su kitu peptidiniais ryšiais, sudarydami polipeptidinę grandinę (pirminė baltymo struktūra). Jis susisuka į spiralę, savo ruožtu sudarydamas antrinę baltymo struktūrą. Dėl specifinės polipeptidinės grandinės erdvinės orientacijos atsiranda tretinė baltymo struktūra, kuri lemia baltymo molekulės specifiškumą ir biologinį aktyvumą. Kelios tretinės struktūros jungiasi viena su kita ir sudaro ketvirtinę struktūrą.

Baltymai atlieka esmines funkcijas. Fermentai – biologiniai katalizatoriai, kurie padidina cheminių reakcijų greitį ląstelėje šimtus tūkstančių milijonų kartų, yra baltymai. Baltymai, būdami visų ląstelių struktūrų dalis, atlieka plastinę (konstrukcinę) funkciją. Ląstelių judėjimą taip pat atlieka baltymai. Jie užtikrina medžiagų transportavimą į ląstelę, iš ląstelės ir ląstelės viduje. Svarbi apsauginė baltymų (antikūnų) funkcija. Baltymai yra vienas iš energijos šaltinių.Angliavandeniai skirstomi į monosacharidus ir polisacharidus. Pastarosios yra pagamintos iš monosacharidų, kurie, kaip ir aminorūgštys, yra monomerai. Iš ląstelėje esančių monosacharidų svarbiausi yra gliukozė, fruktozė (sudėtyje yra šeši anglies atomai) ir pentozė (penki anglies atomai). Pentozės yra įtrauktos nukleino rūgštys. Monosacharidai labai gerai tirpsta vandenyje. Polisacharidai blogai tirpsta vandenyje (gyvūnų ląstelėse glikogenas, augalų ląstelėse – krakmolas ir celiuliozė. Angliavandeniai yra energijos šaltinis, kompleksiniai angliavandeniai, susiję su baltymais (glikoproteinais), riebalais (glikolipidais), dalyvauja formuojantis ląstelių paviršiams ir ląstelių sąveikai.

Lipidai apima riebalus ir į riebalus panašios medžiagos. Riebalų molekulės yra pagamintos iš glicerolio ir riebalų rūgštys. Į riebalus panašios medžiagos yra cholesterolis, kai kurie hormonai ir lecitinas. Lipidai, kurie yra pagrindiniai ląstelių membranų komponentai, atlieka konstravimo funkciją. Lipidai yra svarbiausi energijos šaltiniai. Taigi, jei visiškai oksiduojant 1 g baltymų ar angliavandenių išsiskiria 17,6 kJ energijos, tai visiškai oksidavus 1 g riebalų - 38,9 kJ. Lipidai atlieka termoreguliaciją ir apsaugo organus (riebalų kapsulės).

DNR ir RNR

Nukleorūgštys yra polimerų molekulės, sudarytos iš nukleotidų monomerų. Nukleotidą sudaro purino arba pirimidino bazė, cukrus (pentozė) ir fosforo rūgšties liekanos. Visose ląstelėse yra dviejų tipų nukleino rūgštys: dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) ir ribonukleino rūgštis (RNR), kurios skiriasi bazių ir cukrų sudėtimi.

Erdvinė nukleorūgščių struktūra:

(pagal B. Alberts ir kt., su modifikacija) I - RNR; II – DNR; juostelės - cukraus fosfato stuburai; A, C, G, T, U yra azoto bazės, tarp jų esančios gardelės – vandenilio ryšiai.

DNR molekulė

DNR molekulė susideda iš dviejų polinukleotidų grandinių, susuktų viena aplink kitą dvigubos spiralės pavidalu. Abiejų grandinių azotinės bazės yra sujungtos viena su kita komplementariais vandenilio ryšiais. Adeninas jungiasi tik su timinu, o citozinas – su guaninu (A – T, G – C). DNR yra genetinė informacija, kuri lemia ląstelės sintezuojamų baltymų specifiškumą, tai yra aminorūgščių seką polipeptidinėje grandinėje. DNR paveldėjimo būdu perduoda visas ląstelės savybes. DNR randama branduolyje ir mitochondrijose.

RNR molekulė

RNR molekulę sudaro viena polinukleotidų grandinė. Ląstelėse yra trijų tipų RNR. Informacinė arba pasiuntinio RNR tRNR (iš anglų kalbos pasiuntinio - „tarpininkas“), perduodanti informaciją apie DNR nukleotidų seką į ribosomas (žr. toliau). Perneša RNR (tRNR), kuri perneša aminorūgštis į ribosomas. Ribosominė RNR (rRNR), kuri dalyvauja formuojant ribosomas. RNR randama branduolyje, ribosomose, citoplazmoje, mitochondrijose ir chloroplastuose.

Nukleino rūgščių sudėtis.

Ląstelė

Gyvųjų sistemų sampratos požiūriu pagal A. Lehningerį.

Gyva ląstelė yra izoterminė organinių molekulių sistema, galinti savarankiškai reguliuotis ir savaime daugintis, išgauti energiją ir išteklius iš aplinkos.

Ląstelėje vyksta daug nuoseklių reakcijų, kurių greitį reguliuoja pati ląstelė.

Ląstelė išlaiko save stacionarioje dinaminėje būsenoje, toli nuo pusiausvyros aplinką.

Ląstelės funkcionuoja minimalaus komponentų ir procesų suvartojimo principu.

Tai. Ląstelė yra elementari gyva atvira sistema, galinti savarankiškai egzistuoti, daugintis ir vystytis. Tai elementarus struktūrinis ir funkcinis visų gyvų organizmų vienetas.

Cheminė ląstelių sudėtis.

Iš 110 elementų Periodinė elementų lentelė Mendelejevas rado 86 nuolat esančius žmogaus kūne. 25 iš jų yra būtini normaliam gyvenimui, 18 iš jų yra būtini, o 7 yra naudingi. Pagal procentinį kiekį ląstelėje cheminiai elementai skirstomi į tris grupes:

Makroelementai Pagrindiniai elementai (organogenai) yra vandenilis, anglis, deguonis, azotas. Jų koncentracija: 98 – 99,9%. Jie yra universalūs organinių ląstelių junginių komponentai.

Mikroelementai – natris, magnis, fosforas, siera, chloras, kalis, kalcis, geležis. Jų koncentracija yra 0,1%.

Ultramikroelementai – boras, silicis, vanadis, manganas, kobaltas, varis, cinkas, molibdenas, selenas, jodas, bromas, fluoras. Jie veikia medžiagų apykaitą. Jų nebuvimas sukelia ligas (cinko - diabetas, jodas - endeminis gūžys, geležies - sunki anemijos forma ir tt).

Šiuolaikinė medicina žino faktus apie neigiamą vitaminų ir mineralų sąveiką:

Cinkas mažina vario pasisavinimą ir konkuruoja su geležimi ir kalciu dėl įsisavinimo; (o cinko trūkumas sukelia susilpnėjimą Imuninė sistema, kai kurios endokrininių liaukų patologinės būklės).

Kalcis ir geležis mažina mangano pasisavinimą;

Vitaminas E blogai derinamas su geležimi, o vitaminas C – su B grupės vitaminais.

Teigiama sąveika:

Vitaminas E ir selenas, taip pat kalcis ir vitaminas K veikia sinergiškai;

Vitaminas D būtinas kalciui pasisavinti;

Varis skatina pasisavinimą ir padidina geležies panaudojimo organizme efektyvumą.

Neorganiniai ląstelės komponentai.

Vanduo– svarbiausias ląstelės komponentas, universali gyvosios medžiagos dispersinė terpė. Aktyvios sausumos organizmų ląstelės sudaro 60–95% vandens. Ramybės ląstelėse ir audiniuose (sėklose, sporose) yra 10 - 20% vandens. Vanduo ląstelėje yra dviejų formų – laisvas ir surištas su ląsteliniais koloidais. Laisvas vanduo yra tirpiklis ir dispersinė terpė koloidinė sistema protoplazma. Jos 95 proc. Pririštas vanduo(4 – 5%) viso ląstelių vandens sudaro silpnus vandenilio ir hidroksilo ryšius su baltymais.

Vandens savybės:

Vanduo yra natūralus mineralinių jonų ir kitų medžiagų tirpiklis.

Vanduo yra protoplazmos koloidinės sistemos dispersinė fazė.

Vanduo yra terpė ląstelių metabolinėms reakcijoms, nes fiziologiniai procesai vyksta išskirtinai vandens aplinkoje. Suteikia hidrolizės, hidratacijos, patinimo reakcijas.

Dalyvauja daugelyje fermentinių ląstelės reakcijų ir susidaro metabolizmo metu.

Vanduo yra vandenilio jonų šaltinis fotosintezės metu augaluose.

Biologinė vandens reikšmė:

Dauguma biocheminių reakcijų vyksta tik vandeninis tirpalas, daugelis medžiagų patenka į ląsteles ir iš jos išeina ištirpusios formos. Tai apibūdina vandens transportavimo funkciją.

Vanduo suteikia hidrolizės reakcijas – baltymų, riebalų, angliavandenių skaidymą vandens įtakoje.

Dėl didelio garavimo karščio kūnas vėsinamas. Pavyzdžiui, žmonių prakaitavimas arba augalų transpiracija.

Didelė vandens šiluminė talpa ir šilumos laidumas prisideda prie tolygaus šilumos pasiskirstymo ląstelėje.

Dėl sukibimo (vanduo – dirvožemis) ir sanglaudos (vanduo – vanduo) jėgų vanduo turi kapiliariškumo savybę.

Vandens nesuspaudžiamumas lemia apvaliųjų kirmėlių ląstelių sienelių (turgoro) ir hidrostatinio skeleto įtemptą būseną.

Ląstelė- elementarus gyvybės vienetas Žemėje. Jis turi visas gyvam organizmui būdingas savybes: auga, dauginasi, keičiasi medžiagomis ir energija su aplinka, reaguoja į išorinius dirgiklius. Pradėti biologinė evoliucija susijęs su ląstelių gyvybės formų atsiradimu Žemėje. Vienaląsčiai organizmai Tai ląstelės, kurios egzistuoja atskirai viena nuo kitos. Visų daugialąsčių organizmų – gyvūnų ir augalų – kūnas yra sudarytas iš didesnio ar mažesnio skaičiaus ląstelių, kurios yra tam tikri blokai, sudarantys sudėtingą organizmą. Nepriklausomai nuo to, ar ląstelė yra vientisa gyvoji sistema – atskiras organizmas arba sudaro tik jos dalį, jis turi visoms ląstelėms bendrų savybių ir savybių rinkinį.

Cheminė ląstelės sudėtis

Ląstelėse aptikta apie 60 Mendelejevo periodinės lentelės elementų, kurių yra ir negyvojoje gamtoje. Tai vienas iš gyvosios ir negyvosios gamtos bendrumo įrodymų. Dažniausiai pasitaiko gyvuose organizmuose vandenilis, deguonies, anglies Ir azoto, kurios sudaro apie 98% ląstelių masės. Taip yra dėl savybių cheminės savybės vandenilis, deguonis, anglis ir azotas, dėl ko jie pasirodė tinkamiausi biologines funkcijas atliekančioms molekulėms formuotis. Šie keturi elementai gali sudaryti labai stiprius kovalentinius ryšius, suporuodami elektronus, priklausančius dviem atomams. Kovalentiškai sujungti anglies atomai gali sudaryti daugybę skirtingų organinių molekulių. Kadangi anglies atomai lengvai sudaro kovalentinius ryšius su deguonimi, vandeniliu, azotu, taip pat su siera, organinės molekulės pasiekti išskirtinį sudėtingumą ir struktūros įvairovę.

Be keturių pagrindinių elementų, ląstelėje yra pastebimas kiekis (10 ir 100 procentų dalių) geležies, kalio, natrio, kalcio, magnio, chloro, fosforo Ir sieros. Visi kiti elementai ( cinko, vario, jodo, fluoras, kobalto, mangano ir kt.) ląstelėje yra labai mažais kiekiais, todėl vadinami mikroelementais.

Cheminiai elementai yra neorganinių ir organinių junginių dalis. KAM neorganiniai junginiaiįtraukti vandenį, mineralinės druskos, anglies dioksidas, rūgštys ir bazės. Organiniai junginiai yra voverės, nukleino rūgštys, angliavandenių, riebalų(lipidai) ir lipoidų.

Kai kuriuose baltymuose yra sieros. Neatsiejama dalis nukleino rūgštys yra fosforo. Hemoglobino molekulėje yra geležies, magnio dalyvauja kuriant molekulę chlorofilas. Mikroelementai, nepaisant ekstremalumo mažas turinys gyvuose organizmuose, vaidina svarbų vaidmenį gyvybės procesuose. Jodas hormono dalis Skydliaukė- tiroksinas, kobalto– vitamino B 12 sudėtyje yra kasos salelės dalies hormono – insulino – cinko. Kai kuriose žuvyse varis užima geležies vietą deguonį pernešančiose pigmento molekulėse.

Neorganinės medžiagos

Vanduo

H 2 O yra labiausiai paplitęs junginys gyvuose organizmuose. Jo turinys yra skirtingos ląstelės svyruoja gana plačiai: nuo 10% dantų emalyje iki 98% medūzos kūne, tačiau vidutiniškai ji sudaro apie 80% kūno svorio. Nepaprastai svarbų vandens vaidmenį palaikant gyvybės procesus lemia jo fizikinės ir cheminės savybės. Dėl molekulių poliškumo ir gebėjimo sudaryti vandenilinius ryšius vanduo yra geras tirpiklis didelis kiekis medžiagų. Dauguma cheminių reakcijų, vykstančių ląstelėje, gali vykti tik vandeniniame tirpale. Vanduo taip pat dalyvauja daugelyje cheminių virsmų.

Bendras vandenilinių ryšių tarp vandens molekulių skaičius kinta priklausomai nuo t °. Prie t ° Ledui tirpstant, sunaikinama maždaug 15% vandenilio jungčių, t° 40°C temperatūroje – pusė. Pereinant į dujinę būseną, visi vandenilio ryšiai sunaikinami. Tai paaiškina didelę vandens savitąją šiluminę talpą. Keičiantis išorinės aplinkos temperatūrai, vanduo sugeria arba išskiria šilumą dėl vandenilinių jungčių plyšimo ar naujo susidarymo. Tokiu būdu temperatūros svyravimai ląstelės viduje pasirodo mažesni nei aplinkoje. Pagrindas yra aukšta garavimo šiluma efektyvus mechanizmasšilumos perdavimas augaluose ir gyvūnuose.

Vanduo kaip tirpiklis dalyvauja osmoso reiškiniuose, kurie atlieka svarbų vaidmenį organizmo ląstelių gyvenime. Osmosas – tai tirpiklio molekulių prasiskverbimas per pusiau pralaidžią membraną į medžiagos tirpalą. Pusiau laidžios membranos yra tos, kurios leidžia prasiskverbti tirpiklio molekulėms, bet nepraleidžia pro ją ištirpusių medžiagų (ar jonų) molekulių. Todėl osmozė yra vienpusė vandens molekulių difuzija tirpalo kryptimi.

Mineralinės druskos

Dauguma neorganinių ląstelėse randama disocijuotos arba kietos būsenos druskų pavidalu. Katijonų ir anijonų koncentracija ląstelėje ir jos aplinkoje nėra vienoda. Ląstelėje yra gana daug K ir daug Na. Ekstraląstelinėje aplinkoje, pavyzdžiui, kraujo plazmoje, in jūros vandens, priešingai, yra daug natrio ir mažai kalio. Ląstelių dirglumas priklauso nuo Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ jonų koncentracijų santykio. Daugialąsčių gyvūnų audiniuose K yra daugialąstės medžiagos dalis, užtikrinanti ląstelių sanglaudą ir tvarkingą jų išsidėstymą. Osmosinis slėgis ląstelėje ir jos buferio savybės. Buferis – tai ląstelės gebėjimas palaikyti pastovią šiek tiek šarminę jos turinio reakciją. Buferį ląstelės viduje daugiausia užtikrina H 2 PO 4 ir HPO 4 2- jonai. Ekstraląsteliniuose skysčiuose ir kraujyje buferio vaidmenį atlieka H 2 CO 3 ir HCO 3 -. Anijonai suriša H jonus ir hidroksido jonus (OH -), dėl kurių reakcija tarpląstelinių skysčių ląstelės viduje išlieka beveik nepakitusi. Netirpios mineralinės druskos (pavyzdžiui, Ca fosfatas) suteikia stiprumo kaulinis audinys stuburiniai gyvūnai ir moliuskų kriauklės.

Organinė ląstelių medžiaga

Voverės

Tarp ląstelės organinių medžiagų baltymai yra pirmoje vietoje tiek pagal kiekį (10–12% visos ląstelės masės), tiek pagal svarbą. Baltymai yra didelės molekulinės masės polimerai (su molekulinė masė nuo 6000 iki 1 milijono ir daugiau), kurių monomerai yra aminorūgštys. Gyvi organizmai naudoja 20 aminorūgščių, nors jų yra daug daugiau. Bet kurios aminorūgšties sudėtis apima amino grupę (-NH2), kuri turi bazinių savybių, ir karboksilo grupę (-COOH), kuri turi rūgščių savybių. Dvi aminorūgštys sujungiamos į vieną molekulę, sukuriant HN-CO ryšį, išlaisvinant vandens molekulę. Ryšys tarp vienos aminorūgšties amino grupės ir kitos karboksilo grupės vadinamas peptidine jungtimi. Baltymai yra polipeptidai, kuriuose yra dešimtys ir šimtai aminorūgščių. Įvairių baltymų molekulės skiriasi viena nuo kitos molekuline mase, skaičiumi, aminorūgščių sudėtimi ir jų išsidėstymo polipeptidinėje grandinėje seka. Todėl aišku, kad baltymai yra labai įvairūs, jų skaičius visų tipų gyvuose organizmuose yra 10 10–10 12.

Aminorūgščių vienetų grandinė, kovalentiškai sujungta peptidiniais ryšiais tam tikra seka, vadinama pirmine baltymo struktūra. Ląstelėse baltymai atrodo kaip spirale susisukusios skaidulos arba rutuliukai (globulės). Tai paaiškinama tuo, kad natūraliuose baltymuose polipeptidinė grandinė yra išdėstyta griežtai apibrėžtu būdu, priklausomai nuo cheminė struktūra jame esančios aminorūgštys.

Pirma, polipeptidinė grandinė susilanksto į spiralę. Tarp gretimų posūkių atomų atsiranda trauka ir susidaro vandeniliniai ryšiai, ypač tarp NH- ir CO grupės, esantis gretimuose posūkiuose. Aminorūgščių grandinė, susisukusi spiralės pavidalu, sudaro antrinę baltymo struktūrą. Dėl tolesnio spiralės lankstymo atsiranda kiekvienam baltymui būdinga konfigūracija, vadinama tretine struktūra. Tretinė struktūra atsiranda dėl sanglaudos jėgų tarp hidrofobinių radikalų, esančių kai kuriose aminorūgštyse, ir kovalentinių ryšių tarp aminorūgšties cisteino SH grupių ( S-S jungtys). Aminorūgščių su hidrofobiniais radikalais ir cisteinu skaičius, taip pat jų išsidėstymo polipeptidinėje grandinėje tvarka yra būdinga kiekvienam baltymui. Vadinasi, baltymo tretinės struktūros ypatumus lemia jo pirminė struktūra. Baltymas turi biologinį aktyvumą tik tretinės struktūros pavidalu. Todėl pakeitus net vieną aminorūgštį polipeptidinėje grandinėje, gali pasikeisti baltymo konfigūracija ir sumažėti arba sumažėti jo biologinis aktyvumas.

Kai kuriais atvejais baltymų molekulės susijungia viena su kita ir savo funkciją gali atlikti tik kompleksų pavidalu. Taigi hemoglobinas yra keturių molekulių kompleksas ir tik tokia forma jis gali prijungti ir pernešti deguonį.Tokie agregatai reprezentuoja ketvirtinę baltymo struktūrą. Pagal sudėtį baltymai skirstomi į dvi pagrindines klases – paprastus ir sudėtingus. Paprasti baltymai susideda tik iš aminorūgščių, nukleino rūgščių (nukleotidų), lipidų (lipoproteinų), Me (metaloproteinų), P (fosfoproteinų).

Baltymų funkcijos ląstelėje yra labai įvairios. Viena iš svarbiausių yra konstrukcinė funkcija: baltymai dalyvauja visų ląstelių membranų ir ląstelių organelių formavime, taip pat intraląstelinės struktūros. Išskirtinai svarbu atlieka fermentinį (katalizinį) baltymų vaidmenį. Fermentai ląstelėje vykstančias chemines reakcijas pagreitina 10 ir 100 milijonų kartų. Variklio funkcija teikia specialūs susitraukiantys baltymai. Šie baltymai dalyvauja visų tipų judesiuose, kuriuos gali atlikti ląstelės ir organizmai: pirmuonių blakstienų mirgėjimas ir žvynelių plakimas, gyvūnų raumenų susitraukimas, augalų lapų judėjimas ir kt. Baltymų transportavimo funkcija yra pritvirtina cheminius elementus (pavyzdžiui, hemoglobinas prideda O) arba biologiškai aktyvias medžiagas (hormonus) ir perneša jas į organizmo audinius ir organus. Apsauginė funkcija išreiškiama specialių baltymų, vadinamų antikūnais, gamyba, reaguojant į svetimų baltymų ar ląstelių prasiskverbimą į organizmą. Antikūnai suriša ir neutralizuoja svetimas medžiagas. Baltymai atlieka svarbų vaidmenį kaip energijos šaltinis. Visiškai suskaidžius 1g. Išsiskiria 17,6 kJ (~4,2 kcal) baltymų.

Angliavandeniai

Angliavandeniai arba sacharidai yra organinės medžiagos su bendroji formulė(CH2O) n. Dauguma angliavandenių turi dvigubai daugiau H atomų daugiau numerio O atomai, kaip vandens molekulėse. Štai kodėl šios medžiagos buvo vadinamos angliavandeniais. Gyvoje ląstelėje angliavandenių randama ne daugiau kaip 1-2, kartais 5% (kepenyse, raumenyse). Augalų ląstelės yra turtingiausios angliavandenių, kur jų kiekis kai kuriais atvejais siekia 90% sausųjų medžiagų masės (sėklos, bulvių gumbai ir kt.).

Angliavandeniai yra paprasti ir sudėtingi. Paprasti angliavandeniai vadinami monosacharidais. Priklausomai nuo angliavandenių atomų skaičiaus molekulėje, monosacharidai vadinami triozėmis, tetrozėmis, pentozėmis arba heksozėmis. Iš šešių anglies monosacharidų – heksozių – svarbiausi yra gliukozė, fruktozė ir galaktozė. Gliukozės yra kraujyje (0,1-0,12%). Pentozės ribozė ir dezoksiribozė yra nukleorūgštyse ir ATP. Jei du monosacharidai yra sujungti vienoje molekulėje, junginys vadinamas disacharidu. Stalo cukrus, gaunamas iš cukranendrių arba cukrinių runkelių, susideda iš vienos gliukozės molekulės ir vienos fruktozės molekulės, pieno cukraus– iš gliukozės ir galaktozės.

Sudėtiniai angliavandeniai, susidarantys iš daugelio monosacharidų, vadinami polisacharidais. Polisacharidų, tokių kaip krakmolas, glikogenas, celiuliozė, monomeras yra gliukozė. Angliavandeniai atlieka dvi pagrindines funkcijas: statybos ir energijos. Celiuliozė sudaro augalų ląstelių sieneles. Pagrindinis yra kompleksinis polisacharidas chitinas konstrukcinis komponentas nariuotakojų egzoskeletas. Chitinas taip pat atlieka grybų konstravimo funkciją. Angliavandeniai atlieka pagrindinio energijos šaltinio vaidmenį ląstelėje. Oksiduojant 1 g angliavandenių išsiskiria 17,6 kJ (~4,2 kcal). Krakmolas augaluose ir glikogenas gyvūnuose nusėda ląstelėse ir tarnauja kaip energijos rezervas.

Nukleino rūgštys

Nukleino rūgščių reikšmė ląstelėje yra labai didelė. Jų cheminės struktūros ypatumai suteikia galimybę saugoti, perduoti ir paveldėti dukterinėms ląstelėms informaciją apie baltymų molekulių struktūrą, kurios sintetinamos kiekviename audinyje tam tikrame etape. individualus vystymasis. Kadangi daugumą ląstelių savybių ir savybių lemia baltymai, aišku, kad nukleorūgščių stabilumas yra svarbiausia sąlyga normalus gyvenimas ląstelės ir sveiki organizmai. Bet kokie ląstelių struktūros ar aktyvumo pokyčiai fiziologiniai procesai juose, taip įtakoja gyvenimo veiklą. Nukleino rūgščių struktūros tyrimas yra nepaprastai svarbus norint suprasti organizmų savybių paveldėjimą ir tiek atskirų ląstelių, tiek ląstelių sistemų – audinių ir organų – funkcionavimo modelius.

Yra 2 nukleino rūgščių tipai – DNR ir RNR. DNR yra polimeras, susidedantis iš dviejų nukleotidų spiralių, išdėstytų taip, kad sudarytų dvigubą spiralę. DNR molekulių monomerai yra nukleotidai, susidedantys iš azoto bazės (adenino, timino, guanino arba citozino), angliavandenių (dezoksiribozės) ir fosforo rūgšties liekanos. Azoto bazės DNR molekulėje yra tarpusavyje sujungtos nevienodu H jungčių skaičiumi ir yra išsidėsčiusios poromis: adeninas (A) visada yra prieš timiną (T), guaninas (G) prieš citoziną (C).

Nukleotidai jungiasi vienas su kitu ne atsitiktinai, o selektyviai. Gebėjimas selektyviai sąveikauti adeninui su timinu ir guaninui su citozinu vadinamas komplementarumu. Tam tikrų nukleotidų komplementarioji sąveika paaiškinama jų molekulėse esančių atomų erdvinio išsidėstymo ypatumais, leidžiančiais jiems priartėti ir suformuoti H ryšius. Polinukleotidinėje grandinėje gretimi nukleotidai yra sujungti vienas su kitu per cukrų (dezoksiribozę) ir fosforo rūgšties liekaną. RNR, kaip ir DNR, yra polimeras, kurio monomerai yra nukleotidai. Trijų nukleotidų azotinės bazės yra tokios pačios kaip ir DNR (A, G, C); ketvirtasis – uracilas (U) – yra RNR molekulėje vietoj timino. RNR nukleotidai skiriasi nuo DNR nukleotidų juose esančio angliavandenio struktūra (vietoj dezoksiribozės ribozės).

RNR grandinėje nukleotidai susijungia sudarydami kovalentinius ryšius tarp vieno nukleotido ribozės ir kito fosforo rūgšties liekanos. Dviejų grandžių RNR struktūra skiriasi. Dvigrandės RNR yra daugelio virusų genetinės informacijos saugotojos, t.y. Jie atlieka chromosomų funkcijas. Vienagrandė RNR perduoda informaciją apie baltymų struktūrą iš chromosomos į jų sintezės vietą ir dalyvauja baltymų sintezėje.

Yra keletas vienos grandinės RNR tipų. Jų pavadinimus lemia jų funkcija arba vieta ląstelėje. Dauguma Citoplazminė RNR (iki 80-90%) yra ribosominė RNR (rRNR), esanti ribosomose. rRNR molekulės yra palyginti mažos ir susideda iš vidutiniškai 10 nukleotidų. Kitas RNR tipas (mRNR), pernešantis informaciją apie aminorūgščių seką baltymuose, kurie turi būti sintetinami iki ribosomų. Šių RNR dydis priklauso nuo DNR srities, iš kurios jos buvo susintetintos, ilgio. Perkėlimo RNR atlieka keletą funkcijų. Jie tiekia aminorūgštis į baltymų sintezės vietą, „atpažįsta“ (pagal komplementarumo principą) tripletą ir RNR, atitinkančius perkeltą aminorūgštį, ir tiksliai orientuoja aminorūgštį ribosomoje.

Riebalai ir lipidai

Riebalai yra didelės molekulinės masės riebalų rūgščių ir trihidroalkoholio glicerolio junginiai. Riebalai netirpsta vandenyje – jie yra hidrofobiniai. Ląstelėje visada yra kitų sudėtingų hidrofobinių riebalų panašių medžiagų, vadinamų lipoidais. Viena iš pagrindinių riebalų funkcijų yra energija. 1 g riebalų skaidant į CO 2 ir H 2 O išsiskiria didelis kiekis energijos – 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Riebalų kiekis ląstelėje svyruoja nuo 5-15% sausosios medžiagos masės. Gyvų audinių ląstelėse riebalų kiekis padidėja iki 90 proc. Pagrindinė riebalų funkcija gyvūnų (ir iš dalies augalų) pasaulyje yra saugojimas.

Kai 1 g riebalų visiškai oksiduojasi (iki anglies dioksido ir vandens), išsiskiria apie 9 kcal energijos. (1 kcal = 1000 cal; kalorija (cal, cal) – nesisteminis darbo ir energijos kiekio vienetas, lygus šilumos kiekiui, kurio reikia norint pašildyti 1 ml vandens 1 °C standartiniu režimu Atmosferos slėgis 101,325 kPa; 1 kcal = 4,19 kJ). Oksiduojant (kūne) 1 g baltymų ar angliavandenių išsiskiria tik apie 4 kcal/g. Iš labai skirtingų vandens organizmai- Nuo vienaląsčių diatomų iki ryklių, riebalai „plauks“, sumažindami vidutinį kūno tankį. Gyvūninių riebalų tankis yra apie 0,91–0,95 g/cm³. Stuburinių gyvūnų kaulinio audinio tankis yra artimas 1,7–1,8 g/cm³, o daugumos kitų audinių vidutinis tankis yra artimas 1 g/cm³. Akivaizdu, kad norint „subalansuoti“ sunkų skeletą, reikia nemažai riebalų.

Riebalai ir lipidai taip pat atlieka konstravimo funkciją: jie yra ląstelių membranų dalis. Dėl prasto šilumos laidumo riebalai gali apsauginė funkcija. Kai kuriems gyvūnams (ruoniams, banginiams) jis nusėda į poodinį riebalinį audinį, sudarydamas iki 1 m storio sluoksnį.Kai kurie lipoidai susidaro prieš daugelio hormonų sintezę. Vadinasi, šios medžiagos atlieka ir medžiagų apykaitos procesų reguliavimo funkciją.

Ląstelių biologija bendras kontūras visiems žinomas mokyklos mokymo programa. Kviečiame prisiminti tai, ką kažkada išmokote, ir atrasti kažką naujo. Pavadinimą „ląstelė“ dar 1665 metais pasiūlė anglas R. Hukas. Tačiau sistemingai ji pradėta tyrinėti tik XIX amžiuje. Mokslininkus, be kita ko, domino ląstelių vaidmuo organizme. Jie gali būti įvairių rūšių dalis įvairių organų ir organizmai (kiaušiniai, bakterijos, nervai, raudonieji kraujo kūneliai) arba būti nepriklausomi organizmai (protozojai). Nepaisant visos jų įvairovės, jų funkcijos ir struktūra yra daug bendro.

Ląstelių funkcijos

Visi jie skiriasi forma ir dažnai savo funkcijomis. To paties organizmo audinių ir organų ląstelės gali labai skirtis. Tačiau ląstelių biologija išryškina funkcijas, kurios būdingos visoms jų atmainoms. Čia visada vyksta baltymų sintezė. Šis procesas yra kontroliuojamas.Ląstelė, kuri nesintetina baltymų, iš esmės negyva. Gyva ląstelė yra ta, kurios komponentai nuolat keičiasi. Tačiau pagrindinės medžiagų klasės išlieka nepakitusios.

Visi procesai ląstelėje vyksta naudojant energiją. Tai mityba, kvėpavimas, dauginimasis, medžiagų apykaita. Štai kodėl gyva ląstelė pasižymi tuo, kad jame nuolat vyksta energijos mainai. Kiekvienas iš jų turi bendrą svarbiausią savybę – galimybę kaupti energiją ir ją išleisti. Kitos funkcijos apima susiskaldymą ir dirglumą.

Visos gyvos ląstelės gali reaguoti į chemines ar fiziniai pokyčiai juos supanti aplinka. Ši savybė vadinama jaudrumu arba dirglumu. Ląstelėse susijaudinus kinta medžiagų skilimo ir biosintezės greitis, temperatūra, deguonies suvartojimas. Šioje būsenoje jie atlieka jiems būdingas funkcijas.

Ląstelių struktūra

Jo struktūra gana sudėtinga, nors tokiame moksle kaip biologija ji laikoma paprasčiausia gyvybės forma. Ląstelės yra tarpląstelinėje medžiagoje. Tai suteikia jiems kvėpavimą, mitybą ir mechaninį stiprumą. Branduolys ir citoplazma yra pagrindiniai kiekvienos ląstelės komponentai. Kiekvienas iš jų yra padengtas membrana, kurios statybinis elementas yra molekulė. Biologija nustatė, kad membrana susideda iš daugybės molekulių. Jie yra išdėstyti keliais sluoksniais. Dėl membranos medžiagos prasiskverbia selektyviai. Citoplazmoje yra organelės - mažiausios struktūros. Tai yra endoplazminis tinklas, mitochondrijos, ribosomos, ląstelių centras, Golgi kompleksas, lizosomos. Išstudijavę šiame straipsnyje pateiktas nuotraukas, geriau suprasite, kaip atrodo ląstelės.

Membrana

Endoplazminis Tinklelis

Ši organelė buvo pavadinta taip dėl to, kad ji yra centrinėje citoplazmos dalyje (su graikų kalbažodis „endon“ verčiamas kaip „viduje“). EPS – labai išsišakojusi pūslelių, vamzdelių, kanalėlių sistema įvairių formų ir dydis. Juos riboja membranos.

Yra dviejų tipų EPS. Pirmasis yra granuliuotas, susidedantis iš cisternų ir vamzdelių, kurių paviršius yra išbarstytas granulėmis (grūdelėmis). Antrasis EPS tipas yra agranuliuotas, tai yra lygus. Ribosomos yra grana. Įdomu tai, kad granuliuotas EPS daugiausia stebimas gyvūnų embrionų ląstelėse, o suaugusiųjų formų – agranuliuotas. Kaip žinote, ribosomos yra baltymų sintezės vieta citoplazmoje. Remdamiesi tuo, galime daryti prielaidą, kad granuliuotas EPS dažniausiai atsiranda ląstelėse, kuriose vyksta aktyvi baltymų sintezė. Manoma, kad agranuliarinis tinklas daugiausia yra tose ląstelėse, kuriose vyksta aktyvi lipidų, tai yra riebalų ir įvairių į riebalus panašių medžiagų, sintezė.

Abi EPS rūšys dalyvauja ne tik organinių medžiagų sintezėje. Čia šios medžiagos kaupiasi ir taip pat transportuojamos į reikiamas vietas. EPS taip pat reguliuoja medžiagų apykaitą, vykstančią tarp aplinkos ir ląstelės.

Ribosomos

Mitochondrijos

Energijos organelės apima mitochondrijas (pavaizduota aukščiau) ir chloroplastus. Mitochondrijos yra kiekvienos ląstelės energijos stotis. Būtent juose išgaunama energija maistinių medžiagų. Mitochondrijos skiriasi savo forma, tačiau dažniausiai yra granulės arba gijos. Jų skaičius ir dydis nėra pastovūs. Tai priklauso nuo konkrečios ląstelės funkcinio aktyvumo.

Jei pažvelgsite į elektroninį mikrografą, pastebėsite, kad mitochondrijos turi dvi membranas: vidinę ir išorinę. Vidinė formuoja iškyšas (cristae), padengtas fermentais. Dėl cristae buvimo viso paviršiaus mitochondrijų daugėja. Tai svarbu, kad fermentų veikla vyktų aktyviai.

Mokslininkai mitochondrijose atrado specifines ribosomas ir DNR. Tai leidžia šioms organelėms savarankiškai daugintis ląstelių dalijimosi metu.

Chloroplastai

Kalbant apie chloroplastus, forma yra diskas arba rutulys su dvigubu apvalkalu (vidiniu ir išoriniu). Šios organelės viduje taip pat yra ribosomos, DNR ir grana – specialūs membraniniai dariniai, sujungti tiek su vidine membrana, tiek tarpusavyje. Chlorofilas yra būtent gran membranose. Ačiū jam už energiją saulės šviesa Adenozino trifosfatas (ATP) paverčiamas chemine energija. Chloroplastuose jis naudojamas angliavandenių (susidaro iš vandens ir anglies dioksido) sintezei.

Sutikite, jūs turite žinoti aukščiau pateiktą informaciją ne tik tam, kad išlaikytumėte biologijos testą. Ląstelė yra statybinė medžiaga, iš kurio susideda mūsų kūnas. Taip ir viskas Gyva gamta- sudėtinga ląstelių kolekcija. Kaip matote, yra daug komponentai. Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad ištirti ląstelės sandarą nėra lengva užduotis. Tačiau pažvelgus į tai, ši tema nėra tokia sudėtinga. Tai būtina žinoti, norint gerai išmanyti tokį mokslą kaip biologija. Ląstelės sudėtis yra viena iš pagrindinių jos temų.

Kaip ir visi gyvi daiktai, žmogaus kūnas susideda iš ląstelių. Ačiū ląstelių struktūra galimas kūno augimas, dauginimasis, atstatymas pažeisti organai ir audiniai bei kitos veiklos formos. Ląstelių forma ir dydis skiriasi ir priklauso nuo jų atliekamos funkcijos.

Kiekviena ląstelė turi dvi pagrindines dalis – citoplazmą ir branduolį; citoplazmoje savo ruožtu yra organelės – mažiausios ląstelės struktūros, užtikrinančios jos gyvybines funkcijas (mitochondrijos, ribosomos, ląstelės centras ir kt.). Branduolys iki ląstelių dalijimosi susidaro specialūs į siūlus panašūs kūnai – chromosomos. Ląstelės išorė yra padengta membrana, kuri atskiria vieną ląstelę nuo kitos. Tarpas tarp ląstelių užpildytas skysta tarpląsteline medžiaga. Pagrindinė membranos funkcija yra ta, kad ji užtikrina selektyvų įvairių medžiagų patekimą į ląstelę ir medžiagų apykaitos produktų pašalinimą iš jos.

Žmogaus kūno ląstelės susideda iš įvairių neorganinių (vanduo, mineralinės druskos) ir organinių medžiagų (angliavandenių, riebalų, baltymų ir nukleino rūgščių).

Angliavandeniai susideda iš anglies, vandenilio ir deguonies; daugelis jų gerai tirpsta vandenyje ir yra pagrindiniai gyvybinių procesų energijos šaltiniai.

Riebalai susidaro iš to paties cheminiai elementai, kaip angliavandeniai; jie netirpsta vandenyje. Riebalai yra ląstelių membranų dalis ir taip pat tarnauja svarbiausias šaltinis energijos organizme.

Baltymai yra pagrindinė ląstelių statybinė medžiaga. Baltymų struktūra sudėtinga: baltymo molekulė turi dideli dydžiai ir yra grandinė, susidedanti iš dešimčių ir šimtų kitų paprastos jungtys-- amino rūgštys. Daugelis baltymų tarnauja kaip fermentai, kurie pagreitina tekėjimą biocheminiai procesai narve.

Nukleino rūgštys, pagamintos ląstelės branduolys, susideda iš anglies, deguonies, vandenilio ir fosforo. Yra dviejų tipų nukleino rūgštys:

1) dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) randama chromosomose ir lemia ląstelių baltymų sudėtį bei paveldimų savybių ir savybių perdavimą iš tėvų palikuonims;

2) ribonukleino rūgštis (RNR) – susijusi su šiai ląstelei būdingų baltymų susidarymu.

LĄSTELIŲ FIZIOLOGIJA

Gyva ląstelė turi daugybę savybių: gebėjimą metabolizuotis ir daugintis, dirglumą, augimą ir judrumą, kurių pagrindu atliekamos viso organizmo funkcijos.

Ląstelės citoplazma ir branduolys susideda iš medžiagų, kurios į organizmą patenka per virškinimo organus. Virškinimo proceso metu vyksta sudėtingų organinių medžiagų cheminis skaidymas, kai susidaro paprastesni junginiai, kurie per kraują patenka į ląstelę. Cheminio irimo metu išsiskirianti energija naudojama gyvybinei ląstelių veiklai palaikyti. Vykstant biosintezei, patenkant į ląstelę paprastos medžiagos joje perdirbami į kompleksą organiniai junginiai. Atliekos - anglies dioksidas, vanduo ir kiti junginiai – kraujas išneša juos iš ląstelės į inkstus, plaučius ir odą, kurios išskiria į išorinė aplinka. Dėl šios apykaitos ląstelių sudėtis nuolat atnaujinama: vienos medžiagos jose susidaro, kitos sunaikinamos.

Ląstelė, kaip elementarus gyvos sistemos vienetas, turi dirglumą, t.y., gebėjimą reaguoti į išorinį ir vidinį poveikį.

Dauguma žmogaus kūno ląstelių dauginasi netiesioginio dalijimosi būdu. Prieš dalijimąsi kiekviena chromosoma užbaigiama naudojant branduolyje esančias medžiagas ir tampa dviguba.

Netiesioginis padalijimo procesas susideda iš kelių etapų.

1. Branduolio tūrio padidėjimas; kiekvienos poros chromosomų atskyrimas viena nuo kitos ir jų pasiskirstymas ląstelėje; dalijimosi verpstės susidarymas iš ląstelės centro.

2. Chromosomų išsidėstymas priešais vienas kitą ląstelės pusiaujo plokštumoje ir verpstės gijų tvirtinimas prie jų.

3. Suporuotų chromosomų nukrypimas nuo centro iki priešingų ląstelės polių.

4. Dviejų branduolių susidarymas iš išsiskyrusių chromosomų, susiaurėjimo atsiradimas, o vėliau – pertvara ant ląstelės kūno.

Dėl šio padalijimo užtikrinamas tikslus chromosomų – ​​paveldimų organizmo savybių ir savybių nešėjų – pasiskirstymas tarp dviejų dukterinių ląstelių.

Ląstelės gali augti, didėja jų tūris, o kai kurios turi galimybę judėti.