Celula este unitatea elementară de bază a tuturor ființelor vii, prin urmare, toate proprietățile organismelor vii sunt inerente în ea: o structură foarte ordonată, care primește energie din exterior și o folosește pentru a lucra și a menține ordinea, metabolismul, un răspuns activ la stimulare, creștere, dezvoltare, reproducere, duplicare și transfer de informații biologice către descendenți, regenerare (restaurarea structurilor deteriorate), adaptare la mediu.

La mijlocul secolului al XIX-lea, omul de știință german T. Schwann a creat o teorie celulară, principalele dispoziții ale cărei indică faptul că toate țesuturile și organele sunt compuse din celule; celulele vegetale și animale sunt fundamental similare unele cu altele, toate apar în același mod; activitatea organismelor este suma activității vitale a celulelor individuale. Marele om de știință german R. Virchow a avut o mare influență asupra dezvoltării în continuare a teoriei celulare și, în general, asupra teoriei celulei. El nu numai că a reunit toate numeroasele fapte disparate, dar a arătat convingător că celulele sunt o structură constantă și apar doar prin reproducere.

Teoria celulară în interpretarea modernă include următoarele prevederi principale: celula este o unitate elementară universală a vieții; celulele tuturor organismelor sunt fundamental similare în structura, funcția și compoziția lor chimică; celulele se reproduc numai prin divizarea celulei originale; organismele multicelulare sunt ansambluri celulare complexe care formează sisteme integrale.

Datorită metodelor moderne de cercetare, două tipuri principale de celule: celule eucariote mai organizate mai complex, foarte diferențiate (plante, animale și unele protozoare, alge, ciuperci și licheni) și celule procariote mai puțin organizate complex (alge albastre-verzi, actinomicete, bacterii, spirochete, micoplasme, rickettsiae, chlamydia).

Spre deosebire de procariotă, celula eucariotă are un nucleu, limitat de o membrană nucleară dublă și un număr mare de organite membranare.

ATENŢIE!

Celula este principala unitate structurală și funcțională a organismelor vii, care realizează creșterea, dezvoltarea, metabolismul și energia, stocarea, prelucrarea și realizarea informațiilor genetice. Din punct de vedere al morfologiei, o celulă este un sistem complex de biopolimeri, separați de mediul extern printr-o membrană plasmatică (plasmolemă) și constând dintr-un nucleu și citoplasmă, în care se află organite și incluziuni (granule).

Ce fel de celule există?

Celulele sunt diverse prin formă, structură, compoziție chimică și natura metabolismului.

Toate celulele sunt omoloage, adică au o serie de caracteristici structurale comune de care depinde performanța funcțiilor de bază. Celulele se caracterizează prin unitatea structurii, metabolismul (metabolismul) și compoziția chimică.

În același timp, diferite celule au, de asemenea, structuri specifice. Acest lucru se datorează îndeplinirii de către aceștia a unor funcții speciale.

Structura celulei

Structura celulară ultramicroscopică:

1 - citolema (membrana plasmatică); 2 - vezicule pinocitare; 3 - centru celular centrosom (citocentru); 4 - hialoplasmă; 5 - reticul endoplasmatic: a - membrana reticulului granular; b - ribozomi; 6 - conexiunea spațiului perinuclear cu cavitățile reticulului endoplasmatic; 7 - miez; 8 - pori nucleari; 9 - reticul endoplasmatic negranat (neted); 10 - nucleol; 11 - aparat de plasă internă (complexul Golgi); 12 - vacuole secretoare; 13 - mitocondrie; 14 - lipozomi; 15 - trei etape consecutive de fagocitoză; 16 - conexiunea membranei celulare (citolema) cu membranele reticulului endoplasmatic.

Chimia celulelor

Celula conține mai mult de 100 de elemente chimice, dintre care patru reprezintă aproximativ 98% din masă, acestea sunt organogeni: oxigen (65-75%), carbon (15-18%), hidrogen (8-10%) și azot (1, 5-3,0%). Restul elementelor sunt împărțite în trei grupe: macronutrienți - conținutul lor în organism depășește 0,01%); microelemente (0,00001-0,01%) și ultramicroelemente (mai puțin de 0,00001).

Macronutrienții includ sulf, fosfor, clor, potasiu, sodiu, magneziu, calciu.

Pentru microelemente - există fier, zinc, cupru, iod, fluor, aluminiu, cupru, mangan, cobalt etc.

Ultramicroelemente - seleniu, vanadiu, siliciu, nichel, litiu, argint și peste. În ciuda conținutului foarte redus, oligoelementele și ultraelementele joacă un rol foarte important. Acestea afectează în principal metabolismul. Fără ele, funcționarea normală a fiecărei celule și a organismelor în ansamblu este imposibilă.

Celula este compusă din substanțe anorganice și organice. Dintre anorganici, cea mai mare cantitate de apă. Cantitatea relativă de apă din cușcă este de 70 până la 80%. Apa este un solvent universal; toate reacțiile biochimice din celulă au loc în ea. Cu participarea apei, se efectuează reglarea căldurii. Substanțele care se dizolvă în apă (săruri, baze, acizi, proteine, carbohidrați, alcooli etc.) se numesc hidrofile. Substanțele hidrofobe (grăsimi și grăsimi) nu se dizolvă în apă. Alte substanțe anorganice (săruri, acizi, baze, ioni pozitivi și negativi) variază de la 1,0 la 1,5%.

Proteinele (10-20%), grăsimile sau lipidele (1-5%), glucidele (0,2-2,0%), acizii nucleici (1-2%) predomină printre substanțele organice. Conținutul de substanțe cu greutate moleculară mică nu depășește 0,5%.

O moleculă de proteină este un polimer care constă dintr-un număr mare de unități repetate de monomeri. Monomerii proteinelor aminoacizi (20 dintre aceștia) sunt interconectați prin legături peptidice, formând un lanț polipeptidic (structură proteică primară). Se răsucește într-o spirală, formând, la rândul său, structura secundară a proteinei. Datorită unei anumite orientări spațiale a lanțului polipeptidic, apare o structură terțiară a proteinei, care determină specificitatea și activitatea biologică a moleculei de proteină. Mai multe structuri terțiare se combină între ele pentru a forma o structură cuaternară.

Proteinele îndeplinesc funcții esențiale. Enzimele - catalizatori biologici care cresc viteza reacțiilor chimice în celulă de sute de mii de ori, sunt proteine. Proteinele, care fac parte din toate structurile celulare, îndeplinesc o funcție de plastic (clădire). De asemenea, proteinele efectuează mișcări celulare. Acestea asigură transportul substanțelor în celulă, din celulă și în interiorul celulei. Funcția de protecție a proteinelor (anticorpi) este importantă. Proteinele sunt una dintre sursele de energie Glucidele sunt clasificate în monozaharide și polizaharide. Acestea din urmă sunt construite din monozaharide, care, la fel ca aminoacizii, sunt monomeri. Dintre monozaharidele din celulă, cele mai importante sunt glucoza, fructoza (conține șase atomi de carbon) și pentoză (cinci atomi de carbon). Pentozele fac parte din acizii nucleici. Monozaharidele sunt ușor solubile în apă. Polizaharidele sunt slab solubile în apă (glicogen în celulele animale, amidon și celuloză în celulele vegetale. Glucidele sunt o sursă de energie, glucidele complexe combinate cu proteine ​​(glicoproteine), grăsimi (glicolipide), participă la formarea suprafețelor celulare și a interacțiunilor celulare .

Lipidele includ grăsimi și substanțe asemănătoare grăsimilor. Moleculele de grăsime sunt construite din glicerol și acizi grași. Substanțele asemănătoare grăsimilor includ colesterolul, unii hormoni, lecitina. Lipidele, care sunt componenta principală a membranelor celulare, îndeplinesc astfel o funcție de construcție. Lipidele sunt cele mai importante surse de energie. Deci, dacă cu oxidarea completă a 1 g de proteine ​​sau carbohidrați, se eliberează 17,6 kJ de energie, atunci cu oxidarea completă a 1 g de grăsime - 38,9 kJ. Lipidele efectuează termoreglarea, protejează organele (capsulele de grăsime).

ADN și ARN

Acizii nucleici sunt molecule polimerice formate din monomeri nucleotidici. Nucleotida constă dintr-o bază purină sau pirimidină, un zahăr (pentoză) și un reziduu de acid fosforic. În toate celulele, există două tipuri de acizi nucleici: dezoxiribonuleic (ADN) și ribonucleic (ARN), care diferă prin compoziția bazelor și a zaharurilor.

Structura spațială a acizilor nucleici:

(conform B. Alberts și colab., cu modificările ulterioare) I - ARN; II - ADN; benzi - coloane vertebrale zahăr-fosfat; A, C, G, T, U - baze azotate, rețele între ele - legături de hidrogen.

Molecula ADN

O moleculă de ADN este formată din două lanțuri polinucleotidice răsucite unul în jurul celuilalt sub forma unei spirale duble. Bazele azotate ale ambelor lanțuri sunt interconectate prin legături complementare de hidrogen. Adenina se combină numai cu timina, iar citozina cu guanina (A - T, G - C). ADN-ul conține informații genetice care determină specificitatea proteinelor sintetizate de celulă, adică secvența aminoacizilor din lanțul polipeptidic. ADN-ul moștenește toate proprietățile celulei. ADN-ul se găsește în nucleu și mitocondrii.

Molecula de ARN

O moleculă de ARN este formată dintr-un singur lanț polinucleotidic. Există trei tipuri de ARN în celule. ARNt informativ sau ARNm ARNm (din engleza messenger - „mediator”), care transferă informații despre secvența nucleotidică a ADN-ului în ribozomi (vezi mai jos). ARN de transport (ARNt) care transportă aminoacizii către ribozom. ARN ribozomal (ARNr), care este implicat în formarea ribozomilor. ARN-ul este conținut în nucleu, ribozomi, citoplasmă, mitocondrii, cloroplaste.

Compoziția acidului nucleic.

Celulă

Din punctul de vedere al conceptului de sisteme vii după A. Lehninger.

O celulă vie este un sistem izotermic de molecule organice capabil de autoreglare și auto-reproducere, extragând energie și resurse din mediu.

Un număr mare de reacții secvențiale au loc în celulă, a căror rată este reglată chiar de celulă.

Celula se menține într-o stare dinamică staționară, departe de echilibrul cu mediul.

Celulele funcționează în conformitate cu principiul consumului minim de componente și procese.

Acea. o celulă este un sistem viu viu elementar capabil de existență, reproducere și dezvoltare independentă. Este o unitate structurală și funcțională elementară a tuturor organismelor vii.

Compoziția chimică a celulelor.

Dintre cele 110 elemente ale sistemului periodic al lui Mendeleev, 86 se găsesc constant prezente în corpul uman. 25 dintre ele sunt necesare pentru viața normală, iar 18 dintre ele sunt absolut necesare, iar 7 sunt utile. În conformitate cu procentul din celulă, elementele chimice sunt împărțite în trei grupe:

Macronutrienți Elementele principale (organogene) sunt hidrogenul, carbonul, oxigenul, azotul. Concentrație: 98 - 99,9%. Acestea sunt componente universale ale compușilor organici ai celulei.

Oligoelemente - sodiu, magneziu, fosfor, sulf, clor, potasiu, calciu, fier. Concentrația lor este de 0,1%.

Ultramicroelemente - bor, siliciu, vanadiu, mangan, cobalt, cupru, zinc, molibden, seleniu, iod, brom, fluor. Acestea afectează metabolismul. Absența lor este cauza bolilor (zinc - diabet zaharat, iod - gușă endemică, fier - anemie pernicioasă etc.).

Medicina modernă cunoaște faptele interacțiunii negative a vitaminelor și mineralelor:

Zincul reduce absorbția cuprului și concurează pentru absorbție cu fierul și calciul; (și deficitul de zinc determină o slăbire a sistemului imunitar, o serie de condiții patologice din partea glandelor endocrine).

Calciul și fierul reduc absorbția manganului;

Vitamina E este slab combinată cu fierul, iar vitamina C cu vitaminele B.

Influență reciprocă pozitivă:

Vitamina E și seleniul, precum și calciul și vitamina K, acționează sinergic;

Vitamina D este necesară pentru absorbția calciului;

Cuprul favorizează absorbția și crește eficiența utilizării fierului în organism.

Componentele anorganice ale celulei.

Apă- cea mai importantă componentă a celulei, mediul universal de dispersie al materiei vii. Celulele active ale organismelor terestre sunt 60 - 95% apă. În celulele și țesuturile în repaus (semințe, spori) apa este de 10 - 20%. Apa din celulă este în două forme - liberă și legată de coloizi celulari. Apa liberă este un solvent și mediu de dispersie al sistemului coloidal al protoplasmei. Este de 95%. Apa legată (4 - 5%) din toată apa celulară formează legături fragile de hidrogen și hidroxil cu proteinele.

Proprietățile apei:

Apa este un solvent natural pentru ioni minerali și alte substanțe.

Apa este faza dispersată a sistemului coloidal al protoplasmei.

Apa este un mediu pentru reacțiile metabolismului celular, deoarece procesele fiziologice apar într-un mediu exclusiv acvatic. Oferă reacții de hidroliză, hidratare, umflare.

Participă la multe reacții enzimatice ale celulei și se formează în procesul de metabolism.

Apa este o sursă de ioni de hidrogen în timpul fotosintezei la plante.

Semnificația biologică a apei:

Majoritatea reacțiilor biochimice au loc numai într-o soluție apoasă; multe substanțe intră și sunt îndepărtate din celule sub formă dizolvată. Aceasta caracterizează funcția de transport a apei.

Apa oferă reacții de hidroliză - descompunerea proteinelor, grăsimilor, carbohidraților sub acțiunea apei.

Datorită căldurii ridicate de evaporare, corpul este răcit. De exemplu, transpirația la om sau transpirația la plante.

Capacitatea termică ridicată și conductivitatea termică a apei contribuie la o distribuție uniformă a căldurii în celulă.

Datorită forțelor de aderență (apă - sol) și de coeziune (apă - apă), apa are proprietatea capilarității.

Incompresibilitatea apei determină starea stresată a pereților celulari (turgor), scheletul hidrostatic la viermi rotunzi.

Celulă- o unitate elementară de viață pe Pământ. Are toate caracteristicile unui organism viu: crește, se înmulțește, schimbă substanțe și energie cu mediul și reacționează la stimulii externi. Începutul evoluției biologice este asociat cu apariția formelor de viață celulare pe Pământ. Organismele unicelulare sunt celule care există separat una de alta. Corpul tuturor organismelor multicelulare - animale și plante - este construit din mai multe sau mai puține celule, care sunt un fel de blocuri care alcătuiesc un organism complex. Indiferent dacă o celulă este un sistem viu integral - un organism separat sau doar o parte a acestuia, este dotată cu un set de trăsături și proprietăți comune tuturor celulelor.

Chimia celulelor

Aproximativ 60 de elemente ale sistemului periodic al lui Mendeleev, găsite în natura neînsuflețită, au fost găsite în celule. Aceasta este una dintre dovezile caracterului comun al naturii animate și neînsuflețite. La organismele vii, cele mai frecvente hidrogen, oxigen, carbonși azot, care reprezintă aproximativ 98% din masa celulară. Acest lucru se datorează particularităților proprietăților chimice ale hidrogenului, oxigenului, carbonului și azotului, drept urmare s-au dovedit a fi cele mai potrivite pentru formarea moleculelor care îndeplinesc funcții biologice. Aceste patru elemente sunt capabile să formeze legături covalente foarte puternice prin împerecherea electronilor aparținând a doi atomi. Atomii de carbon legați covalent pot forma coloana vertebrală a nenumărate molecule organice diferite. Deoarece atomii de carbon formează cu ușurință legături covalente cu oxigenul, hidrogenul, azotul și, de asemenea, cu sulful, moleculele organice ating o complexitate și o diversitate structurală excepționale.

În plus față de cele patru elemente principale, celula în cantități vizibile (fracțiunile 10 și 100 de procente) conține fier, potasiu, sodiu, calciu, magneziu, clor, fosforși sulf... Toate celelalte elemente ( zinc, cupru, iod, fluor, cobalt, manganși altele) se află în celulă în cantități foarte mici și sunt, prin urmare, numite oligoelemente.

Elementele chimice fac parte din compuși anorganici și organici. Compușii anorganici includ apă, săruri minerale, dioxid de carbon, acizi și baze. Compușii organici sunt proteine, acizi nucleici, glucide, grăsimi(lipide) și lipoide.

Unele proteine ​​conțin sulf... O parte integrantă a acizilor nucleici este fosfor... Molecula de hemoglobină include fier, magneziu participă la construirea unei molecule clorofilă... Oligoelementele, în ciuda conținutului extrem de redus din organismele vii, joacă un rol important în procesele vitale. Iod o parte a hormonului tiroidian - tiroxina, cobalt- în compoziția vitaminei B 12, hormonul părții insulare a pancreasului - insulină - conține zinc... La unii pești, cuprul ia locul fierului în moleculele de pigment care transportă oxigenul.

Substanțe anorganice

Apă

H2O este cel mai frecvent compus din organismele vii. Conținutul său în diferite celule variază destul de mult: de la 10% în smalțul dinților la 98% în corpul unei meduze, dar în medie este de aproximativ 80% din greutatea corporală. Rolul extrem de important al apei în asigurarea proceselor vitale se datorează proprietăților sale fizico-chimice. Polaritatea moleculelor și capacitatea de a forma legături de hidrogen fac din apă un bun solvent pentru un număr imens de substanțe. Majoritatea reacțiilor chimice care au loc în celulă pot avea loc numai în soluție apoasă. Apa este, de asemenea, implicată în multe transformări chimice.

Numărul total de legături de hidrogen între moleculele de apă variază cu t °. La t ° topirea gheții distruge aproximativ 15% din legăturile de hidrogen, la t ° 40 ° C - jumătate. Când intrați în stare gazoasă, toate legăturile de hidrogen sunt distruse. Aceasta explică capacitatea termică specifică ridicată a apei. Când temperatura mediului extern se schimbă, apa absoarbe sau eliberează căldură datorită ruperii sau formării noi a legăturilor de hidrogen. În acest fel, fluctuațiile de temperatură din interiorul celulei sunt mai mici decât în ​​mediul înconjurător. Căldura ridicată de vaporizare este baza unui mecanism eficient de transfer de căldură la plante și animale.

Apa ca solvent ia parte la fenomenele de osmoză, care joacă un rol important în activitatea vitală a celulei corpului. Osmoza este pătrunderea moleculelor de solvent printr-o membrană semipermeabilă într-o soluție a unei substanțe. Membranele semipermeabile sunt cele care permit trecerea moleculelor solventului, dar nu permit trecerea moleculelor (sau ionilor) unui solut. În consecință, osmoza este o difuzie unidirecțională a moleculelor de apă în direcția unei soluții.

Saruri minerale

Majoritatea celulelor anorganice in-in sunt sub formă de săruri într-o stare solidă sau disociată. Concentrația de cationi și anioni în celulă și în mediul său nu este aceeași. Celula conține destul de mult K și mult Na. În mediul extracelular, de exemplu, în plasma sanguină, în apa de mare, dimpotrivă, există mult sodiu și puțin potasiu. Iritabilitatea celulei depinde de raportul dintre concentrațiile de ioni Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. În țesuturile animalelor multicelulare, K este o parte a unei substanțe multicelulare care asigură coeziunea celulelor și dispunerea ordonată a acestora. Presiunea osmotică din celulă și proprietățile sale de tamponare depind în mare măsură de concentrația sărurilor. Tamponarea este capacitatea unei celule de a menține o reacție ușor alcalină a conținutului său la un nivel constant. Tamponarea în interiorul celulei este asigurată în principal de ionii H 2 PO 4 și HPO 4 2-. În fluidele extracelulare și în sânge, H 2 CO 3 și HCO 3 - joacă rolul unui tampon. Anionii leagă ioni H și ioni hidroxid (OH -), datorită cărora reacția din interiorul celulei fluidelor extracelulare nu se schimbă practic. Sărurile minerale insolubile (de exemplu, fosfatul de calciu) oferă rezistență țesutului osos al vertebratelor și al cojilor de moluște.

Materia organică celulară

Proteină

Printre substanțele organice ale celulei, proteinele sunt pe primul loc atât în ​​ceea ce privește cantitatea (10 - 12% din masa totală a celulei), cât și în valoare. Proteinele sunt polimeri cu greutate moleculară mare (cu o greutate moleculară de la 6000 la 1 milion și mai mult), ai căror monomeri sunt aminoacizi. Organismele vii folosesc 20 de aminoacizi, deși sunt mult mai mulți. Orice aminoacid conține o grupare amino (-NH2), care are proprietăți bazice, și o grupă carboxil (-COOH), care are proprietăți acide. Doi aminoacizi sunt combinați într-o singură moleculă prin stabilirea unei legături HN-CO cu eliberarea unei molecule de apă. Legătura dintre grupa amino a unui aminoacid și carboxilul altuia se numește legătură peptidică. Proteinele sunt polipeptide care conțin zeci sau sute de aminoacizi. Moleculele diferitelor proteine ​​diferă unele de altele în ceea ce privește greutatea moleculară, numărul, compoziția aminoacizilor și secvența aranjării lor în lanțul polipeptidic. Prin urmare, este clar că proteinele sunt foarte diverse, numărul lor în toate tipurile de organisme vii este estimat la 10 10 - 10 12.

Un lanț de legături de aminoacizi conectat covalent prin legături peptidice într-o secvență specifică se numește structura primară a unei proteine. În celule, proteinele sunt sub formă de fibre răsucite în spirală sau bile (globule). Acest lucru se datorează faptului că într-o proteină naturală lanțul polipeptidic este așezat într-un mod strict definit, în funcție de structura chimică a aminoacizilor săi constituenți.

Inițial, lanțul polipeptidic se înfășoară. Atracția apare între atomii buclelor vecine și se formează legături de hidrogen, în special între grupările NH- și CO- situate pe buclele adiacente. Un lanț de aminoacizi, răsucit într-o spirală, formează structura secundară a proteinei. Ca urmare a plierii ulterioare a helixului, apare o configurație specifică fiecărei proteine, numită structură terțiară. Structura terțiară se datorează acțiunii forțelor de coeziune dintre radicalii hidrofobi prezenți în unii aminoacizi și legăturile covalente între grupările SH ale aminoacizului cisteină (legături S-S). Numărul de aminoacizi de către radicalii hidrofobi și cisteina, precum și ordinea aranjării lor în lanțul polipeptidic, sunt specifice fiecărei proteine. În consecință, caracteristicile structurii terțiare a unei proteine ​​sunt determinate de structura sa primară. Proteina prezintă activitate biologică numai sub forma unei structuri terțiare. Prin urmare, înlocuirea chiar și a unui aminoacid în lanțul polipeptidic poate duce la o schimbare a configurației proteinei și la o scădere sau pierdere a activității sale biologice.

În unele cazuri, moleculele de proteine ​​se combină între ele și își pot îndeplini funcția numai sub formă de complexe. Astfel, hemoglobina este un complex de patru molecule și numai în această formă este capabilă să atașeze și să transporte oxigen.Agregate similare reprezintă structura cuaternară a proteinei. Prin compoziția lor, proteinele sunt împărțite în două clase principale - simple și complexe. Proteinele simple constau numai din aminoacizi acizi nucleici (nucleotide), lipide (lipoproteine), Me (metaloproteine), P (fosfoproteine).

Funcțiile proteinelor din celulă sunt extrem de diverse. Una dintre cele mai importante este funcția de construcție: proteinele sunt implicate în formarea tuturor membranelor celulare și a organelor celulare, precum și a structurilor intracelulare. Rolul enzimatic (catalitic) al proteinelor este extrem de important. Enzimele accelerează reacțiile chimice în celulă cu 10 ki și 100 nu de un milion de ori. Funcția motorie este asigurată de proteine ​​contractile speciale. Aceste proteine ​​sunt implicate în toate tipurile de mișcări pe care celulele și organismele le pot face: clipirea cililor și bătăile flagelilor în protozoare, contracția musculară la animale, mișcarea frunzelor în plante etc. Funcția de transport a proteinelor este de a atașa elemente chimice. (de exemplu, hemoglobina atașează O) sau substanțe biologic active (hormoni) și le transferă în țesuturile și organele corpului. Funcția de protecție se exprimă sub forma producerii de proteine ​​speciale numite anticorpi ca răspuns la pătrunderea proteinelor sau a celulelor străine în organism. Anticorpii leagă și neutralizează substanțele străine. Proteinele joacă un rol important ca surse de energie. Cu decolteu complet, 1g. proteinele sunt eliberate 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).

Carbohidrați

Carbohidrați sau zaharide - substanțe organice cu formula generală (CH2O) n. Majoritatea carbohidraților au de două ori numărul de atomi de H decât moleculele de apă. Prin urmare, aceste substanțe au fost numite carbohidrați. Într-o celulă vie, carbohidrații se găsesc în cantități care nu depășesc 1-2, uneori 5% (în ficat, în mușchi). Celulele vegetale sunt cele mai bogate în carbohidrați, unde conținutul lor în unele cazuri atinge 90% din masa de substanță uscată (semințe, tuberculi de cartof etc.).

Glucidele sunt simple și complexe. Glucidele simple se numesc monozaharide. În funcție de numărul de atomi de carbohidrați din moleculă, monozaharidele sunt numite trioze, tetroze, pentoze sau hexoze. Dintre cele șase monozaharide de carbon - hexoze - cele mai importante sunt glucoza, fructoza și galactoza. Glucoza se găsește în sânge (0,1-0,12%). Pentozele de riboză și dezoxiriboză fac parte din acizii nucleici și ATP. Dacă două monozaharide sunt combinate într-o moleculă, un astfel de compus se numește dizaharidă. Zaharul comestibil, obținut din trestie sau sfeclă de zahăr, este format dintr-o moleculă de glucoză și o moleculă de fructoză, zahărul din lapte este format din glucoză și galactoză.

Glucidele complexe, formate din multe monozaharide, se numesc polizaharide. Monomerul unor astfel de polizaharide precum amidonul, glicogenul, celuloza este glucoza. Glucidele îndeplinesc două funcții principale: construcția și energia. Celuloza formează pereții celulelor vegetale. Chitina polizaharidă complexă servește ca principală componentă structurală a scheletului extern al artropodelor. Chitina îndeplinește, de asemenea, funcția de construcție în ciuperci. Glucidele joacă rolul sursei principale de energie din celulă. În procesul de oxidare a 1 g de carbohidrați, se eliberează 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). Amidonul din plante și glicogenul la animale sunt depuse în celule și servesc drept rezervă de energie.

Acizi nucleici

Importanța acizilor nucleici în celulă este foarte mare. Particularitățile structurii lor chimice oferă posibilitatea de a stoca, transfera și transmite informații despre structura moleculelor de proteine, care sunt sintetizate în fiecare țesut într-un anumit stadiu de dezvoltare individuală, prin moștenirea celulelor fiice. Deoarece majoritatea proprietăților și caracteristicilor celulelor sunt determinate de proteine, este clar că stabilitatea acizilor nucleici este cea mai importantă condiție pentru funcționarea normală a celulelor și a organismelor întregi. Orice schimbări în structura celulelor sau în activitatea proceselor fiziologice din ele, afectând astfel activitatea vitală. Studiul structurii acizilor nucleici este extrem de important pentru înțelegerea moștenirii trăsăturilor din organisme și a modelelor de funcționare atât a celulelor individuale, cât și a sistemelor celulare - țesuturi și organe.

Există 2 tipuri de acizi nucleici - ADN și ARN. ADN-ul este un polimer format din două spirale nucleotidice, închise în așa fel încât se formează o spirală dublă. Monomerii moleculelor de ADN sunt nucleotide formate dintr-o bază azotată (adenină, timină, guanină sau citozină), un carbohidrat (dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. Bazele azotate din molecula ADN sunt interconectate printr-un număr inegal de legături H și sunt dispuse în perechi: adenina (A) este întotdeauna împotriva timinei (T), guanina (G) împotriva citozinei (C).

Nucleotidele sunt legate între ele nu întâmplător, ci selectiv. Capacitatea de a interacționa selectiv adenină cu timină și guanină cu citozină se numește complementaritate. Interacțiunea complementară a anumitor nucleotide se explică prin particularitățile aranjamentului spațial al atomilor din moleculele lor, care le permit să se apropie unul de altul și să formeze legături H. În lanțul polinucleotidic, nucleotidele adiacente sunt legate prin zahăr (dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. ARN-ul, ca și ADN-ul, este un polimer, ai cărui monomeri sunt nucleotide. Bazele azotate ale celor trei nucleotide sunt aceleași cu cele care alcătuiesc ADN-ul (A, G, C); al patrulea - uracil (U) - este prezent în molecula de ARN în loc de timină. Nucleotidele ARN diferă de nucleotidele ADN și în structura glucidelor incluse în ele (riboză în loc de disoxiriboză).

În lanțul ARN, nucleotidele sunt legate prin formarea de legături covalente între riboza unei nucleotide și restul de acid fosforic al altuia. Două ARN-uri catenare diferă ca structură. ARN-urile bicatenare sunt custodele informațiilor genetice dintr-o serie de viruși, adică îndeplinesc funcțiile cromozomilor. ARN-urile monocatenare efectuează transferul de informații despre structura proteinelor de la cromozom la locul sintezei lor și sunt implicate în sinteza proteinelor.

Există mai multe tipuri de ARN monocatenar. Numele lor se datorează funcției îndeplinite sau locației din celulă. Majoritatea ARN-ului citoplasmei (până la 80-90%) este ARN ribozomal (ARNr) conținut în ribozomi. Moleculele de ARNr sunt relativ mici și constau dintr-o medie de 10 nucleotide. Un alt tip de ARN (ARNm) care transportă informații despre secvența aminoacizilor din proteine ​​care urmează să fie sintetizate în ribozomi. Mărimea acestor ARN-uri depinde de lungimea segmentului de ADN în care au fost sintetizate. ARN-urile de transport îndeplinesc mai multe funcții. Ele livrează aminoacizi la locul sintezei proteinelor, „recunosc” (după principiul complementarității) tripletul și ARN-ul corespunzător aminoacidului transferat și realizează orientarea exactă a aminoacidului pe ribozom.

Grăsimi și lipide

Grăsimile sunt compuși cu acizi grași cu greutate moleculară mare și alcool glicerol trihidric. Grăsimile nu se dizolvă în apă - sunt hidrofobe. Celula conține întotdeauna alte substanțe complexe asemănătoare grăsimilor hidrofobe numite lipoide. Una dintre principalele funcții ale grăsimilor este energia. În timpul împărțirii a 1 g de grăsimi la CO 2 și H 2 O, o cantitate mare de energie este eliberată - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Conținutul de grăsime din celulă variază între 5-15% din greutatea substanței uscate. În celulele țesuturilor vii, cantitatea de grăsime crește la 90%. Funcția principală a grăsimilor în lumea animală (și parțial vegetală) este depozitarea.

Odată cu oxidarea completă a 1 g de grăsime (la dioxid de carbon și apă), se eliberează aproximativ 9 kcal de energie. (1 kcal = 1000 calorii; caloria (cal, cal) este o unitate nesistemică de lucru și energie, egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 ml de apă la 1 ° C la o presiune atmosferică standard de 101,325 kPa; 1 kcal = 4.19 kJ) ... În timpul oxidării (în organism) 1 g de proteine ​​sau carbohidrați este eliberat doar aproximativ 4 kcal / g. Într-o mare varietate de organisme acvatice - de la diatomee unicelulare până la rechini uriași - grăsimile plutesc, reducând densitatea medie a corpului. Densitatea grăsimilor animale este de aproximativ 0,91-0,95 g / cm³. Densitatea osoasă a vertebratelor este apropiată de 1,7-1,8 g / cm³, iar densitatea medie a celorlalte țesuturi este apropiată de 1 g / cm³. Este clar că este nevoie de multă grăsime pentru a „echilibra” un schelet greu.

Grăsimile și lipidele îndeplinesc, de asemenea, o funcție de construcție: fac parte din membranele celulare. Datorită conductivității sale termice slabe, grăsimea este capabilă de o funcție de protecție. La unele animale (foci, balene), acesta se depune în țesutul adipos subcutanat, formând un strat de până la 1 m grosime. Formarea unor lipoizi precede sinteza unui număr de hormoni. În consecință, aceste substanțe au și funcția de reglare a proceselor metabolice.

Biologia celulei este, în general, cunoscută de fiecare din programa școlară. Vă invităm să vă amintiți ce ați învățat cândva, precum și să descoperiți ceva nou despre ea. Numele de „cușcă” a fost propus încă din 1665 de englezul R. Hooke. Cu toate acestea, abia în secolul al XIX-lea a început să fie studiat sistematic. Oamenii de știință au fost interesați, printre altele, și de rolul celulei în corp. Ele pot fi în compoziția multor organe și organisme diferite (ouă, bacterii, nervi, eritrocite) sau pot fi organisme independente (protozoare). În ciuda diversității lor, există multe în comun în ceea ce privește funcțiile și structura lor.

Funcțiile celulare

Toate sunt diferite ca formă și adesea ca funcție. Celulele țesuturilor și organelor unui organism pot diferi destul de puternic. Cu toate acestea, biologia celulară distinge funcții inerente tuturor soiurilor lor. Aici are loc întotdeauna sinteza proteinelor. Acest proces este controlat.O celulă care nu sintetizează proteinele este în esență moartă. O celulă vie este una ale cărei componente se schimbă constant. Cu toate acestea, principalele clase de substanțe rămân neschimbate.

Toate procesele din celulă sunt efectuate folosind energie. Acestea sunt nutriția, respirația, reproducerea, metabolismul. Prin urmare, o celulă vie se caracterizează prin faptul că schimbul de energie are loc în ea tot timpul. Fiecare dintre ele are o proprietate comună cea mai importantă - capacitatea de a stoca energie și de a o cheltui. Alte funcții includ divizarea și iritabilitatea.

Toate celulele vii pot răspunde la schimbările chimice sau fizice din mediul lor. Această proprietate se numește excitabilitate sau iritabilitate. În celule, atunci când sunt excitate, rata de descompunere a substanțelor și biosinteza, temperatura și consumul de oxigen se schimbă. În această stare, ei îndeplinesc funcțiile inerente lor.

Structura celulei

Structura sa este destul de complexă, deși este considerată cea mai simplă formă de viață într-o astfel de știință precum biologia. Celulele sunt localizate în substanța intercelulară. Le oferă respirație, nutriție și rezistență mecanică. Nucleul și citoplasma sunt principalele elemente de bază ale fiecărei celule. Fiecare dintre ele este acoperită cu o membrană, elementul de construcție pentru care este o moleculă. Biologia a stabilit că membrana este compusă din mai multe molecule. Sunt dispuse în mai multe straturi. Datorită membranei, substanțele pătrund selectiv. În citoplasmă se află organite - cele mai mici structuri. Acestea sunt reticulul endoplasmatic, mitocondriile, ribozomii, centrul celular, complexul Golgi, lizozomii. Veți avea o mai bună înțelegere a aspectului celulelor prin studierea desenelor prezentate în acest articol.

Membrană

Reticul endoplasmatic

Acest organoid a fost denumit astfel deoarece se află în partea centrală a citoplasmei (din limba greacă cuvântul „endon” este tradus prin „interior”). EPS este un sistem foarte ramificat de vezicule, tubuli, tubuli de diferite forme și dimensiuni. Sunt delimitate de membrane.

Există două tipuri de EPS. Primul este granular, care constă din cisterne și tubuli, a căror suprafață este presărată cu granule (boabe). Al doilea tip de EPS este agranular, adică neted. Granele sunt ribozomi. Este curios că EPS în principal granular este observat în celulele embrionilor de animale, în timp ce în formele adulte este de obicei agranular. După cum știți, ribozomii sunt locul sintezei proteinelor în citoplasmă. Pe baza acestui fapt, se poate presupune că EPS granular apare predominant în celulele în care are loc sinteza activă a proteinelor. Se consideră că rețeaua agranulară este reprezentată în principal în acele celule în care are loc sinteza activă a lipidelor, adică a grăsimilor și a diferitelor substanțe asemănătoare grăsimilor.

Ambele tipuri de EPS nu participă doar la sinteza substanțelor organice. Aici aceste substanțe sunt acumulate și, de asemenea, transportate în locurile necesare. EPS reglează, de asemenea, metabolismul care apare între mediu și celulă.

Ribozomi

Mitocondriile

Organitele energetice includ mitocondriile (în imaginea de mai sus) și cloroplastele. Mitocondriile sunt un fel de stație de energie în fiecare celulă. În ele se extrage energia din nutrienți. Mitocondriile au o formă variabilă, dar cel mai adesea sunt granule sau filamente. Numărul și dimensiunea lor nu sunt constante. Depinde de care este activitatea funcțională a unei anumite celule.

Dacă vă uitați la o micrografie electronică, puteți vedea că mitocondriile au două membrane: una interioară și una exterioară. Cel interior formează excrescențe (criste) acoperite cu enzime. Datorită prezenței cristelor, suprafața mitocondrială totală crește. Acest lucru este important pentru ca activitatea enzimelor să continue în mod activ.

În mitocondrii, oamenii de știință au descoperit ribozomi și ADN specifici. Acest lucru permite acestor organite să se înmulțească independent în timpul diviziunii celulare.

Cloroplastele

În ceea ce privește cloroplastele, în formă este un disc sau o sferă cu o coajă dublă (interioară și exterioară). În interiorul acestui organoid există, de asemenea, ribozomi, ADN și grana - formațiuni membranare speciale asociate atât cu membrana interioară, cât și între ele. Clorofila se găsește exact în membranele granulare. Datorită acestuia, energia luminii solare este transformată în energie chimică adenozin trifosfat (ATP). În cloroplaste, este utilizat pentru sinteza glucidelor (formate din apă și dioxid de carbon).

De acord, informațiile prezentate mai sus trebuie să le cunoașteți nu numai pentru a trece testul în biologie. Celula este materialul de construcție din care este făcut corpul nostru. Și toată natura vie este o colecție complexă de celule. După cum puteți vedea, există multe componente care se remarcă în ele. La prima vedere, poate părea că studierea structurii unei celule nu este o sarcină ușoară. Cu toate acestea, dacă te uiți la el, acest subiect nu este atât de dificil. Trebuie să o cunoașteți pentru a fi bine versat într-o știință precum biologia. Compoziția celulei este una dintre temele sale fundamentale.

La fel ca toate ființele vii, corpul uman este format din celule. Datorită structurii celulare a corpului, este posibilă creșterea, reproducerea, refacerea organelor și țesuturilor deteriorate și a altor forme de activitate. Forma și dimensiunea celulelor sunt diferite și depind de funcția pe care o îndeplinesc.

În fiecare celulă, se disting două părți principale - citoplasma și nucleul, citoplasma, la rândul ei, conține organite - cele mai mici structuri celulare care asigură activitatea sa vitală (mitocondrii, ribozomi, centrul celular etc.). În nucleu, înainte de diviziunea celulară, se formează corpuri speciale asemănătoare firelor - cromozomi. Exteriorul celulei este acoperit cu o membrană care separă o celulă de alta. Spațiul dintre celule este umplut cu substanță intercelulară lichidă. Funcția principală a membranei este aceea că asigură intrarea selectivă a diferitelor substanțe în celulă și îndepărtarea produselor metabolice din aceasta.

Celulele corpului uman sunt compuse dintr-o varietate de substanțe anorganice (apă, săruri minerale) și organice (carbohidrați, grăsimi, proteine ​​și acizi nucleici).

Glucidele sunt formate din carbon, hidrogen și oxigen; multe dintre ele sunt ușor solubile în apă și sunt principalele surse de energie pentru implementarea proceselor vitale.

Grăsimile sunt formate din aceleași elemente chimice ca și carbohidrații; sunt insolubile în apă. Grăsimile fac parte din membranele celulare și servesc, de asemenea, ca sursă esențială de energie în organism.

Proteinele sunt principalele elemente de bază ale celulelor. Structura proteinelor este complexă: o moleculă proteică este mare și este un lanț format din zeci și sute de compuși mai simpli - aminoacizi. Multe proteine ​​servesc ca enzime care accelerează cursul proceselor biochimice din celulă.

Acizii nucleici produși în nucleul celular sunt compuși din carbon, oxigen, hidrogen și fosfor. Există două tipuri de acizi nucleici:

1) dezoxiribonucleic (ADN) sunt localizate în cromozomi și determină compoziția proteinelor celulare și transferul trăsăturilor și proprietăților ereditare de la părinți la descendenți;

2) acid ribonucleic (ARN) - asociat cu formarea proteinelor caracteristice acestei celule.

FIZIOLOGIA CELULEI

O celulă vie are o serie de proprietăți: capacitatea de metabolizare și reproducere, iritabilitate, creștere și mobilitate, pe baza cărora sunt îndeplinite funcțiile întregului organism.

Citoplasma și nucleul celular sunt compuse din substanțe care intră în organism prin sistemul digestiv. În procesul de digestie, descompunerea chimică a substanțelor organice complexe are loc cu formarea de compuși mai simpli, care sunt aduși în celulă cu sângele. Energia eliberată în timpul descompunerii chimice este utilizată pentru a menține activitatea vitală a celulelor. În procesul de biosinteză, substanțele simple care intră în celulă sunt procesate în ea în compuși organici complecși. Produse reziduale - dioxid de carbon, apă și alți compuși - sângele iese din celulă către rinichi, plămâni și piele, care le eliberează în mediul extern. Ca urmare a acestui metabolism, compoziția celulelor este reînnoită constant: unele substanțe se formează în ele, altele sunt distruse.

Celula, ca unitate elementară a unui sistem viu, are iritabilitate, adică capacitatea de a răspunde la influențele externe și interne.

Majoritatea celulelor din corpul uman se înmulțesc prin diviziune indirectă. Înainte de divizare, fiecare cromozom este completat de substanțele prezente în nucleu și devine dublu.

Procesul de fisiune indirectă constă în mai multe faze.

1. Creșterea volumului miezului; separarea cromozomilor fiecărei perechi una de cealaltă și dispersarea acestora în celulă; formarea din centrul celular al fusului de diviziune.

2. Alinierea cromozomilor unul față de celălalt în planul ecuatorului celular și atașarea firelor axului la acestea.

3. Divergența cromozomilor împerecheați de la centru la polii opuși ai celulei.

4. Formarea a doi nuclei din cromozomii separați, apariția unei constricții și apoi a unui sept pe corpul celulei.

Ca urmare a unei astfel de diviziuni, se asigură o distribuție exactă a cromozomilor - purtători de trăsături ereditare și proprietăți ale organismului - între cele două celule fiice.

Celulele pot crește prin creșterea volumului, iar unele au capacitatea de a se mișca.