Struktura ćelije. Ćelije živih organizama I koja ćelija

Najvrednije što čovek ima je sopstveni život i život njegovih najmilijih. Najvrednija stvar na Zemlji je život uopšte. A u osnovi života, u osnovi svih živih organizama su ćelije. Možemo reći da život na Zemlji ima ćelijsku strukturu. Zato je tako važno znati kako su ćelije strukturirane. Strukturu ćelija proučava citologija - nauka o ćelijama. Ali ideja o ćelijama neophodna je za sve biološke discipline.

Šta je ćelija?

Definicija pojma

Cell je strukturna, funkcionalna i genetska jedinica svih živih bića, koja sadrži nasljedne informacije, koja se sastoji od membranske membrane, citoplazme i organela, sposobna za održavanje, razmjenu, reprodukciju i razvoj. © Sazonov V.F., 2015. © kineziolog.bodhy.ru, 2015..

Ova definicija ćelije, iako kratka, prilično je potpuna. Ona odražava 3 strane univerzalnosti ćelije: 1) strukturnu, tj. kao strukturna jedinica, 2) funkcionalna, tj. kao jedinica aktivnosti, 3) genetski, tj. kao jedinica nasljednosti i generacijske promjene. Važna karakteristika ćelije je prisustvo nasljedne informacije u njoj u obliku nukleinske kiseline - DNK. Definicija također odražava najvažniju karakteristiku ćelijske strukture: prisustvo vanjske membrane (plazmoleme), koja razdvaja ćeliju i njenu okolinu. I, konačno, 4 najvažnija znaka života: 1) održavanje homeostaze, tj. postojanost unutrašnje sredine u uslovima njenog stalnog obnavljanja, 2) razmena sa spoljašnjim okruženjem materije, energije i informacija, 3) sposobnost reprodukcije, tj. na samoreprodukciju, reprodukciju, 4) sposobnost razvoja, tj. na rast, diferencijaciju i morfogenezu.

Kraća, ali nepotpuna definicija: Cell je elementarna (najmanja i najjednostavnija) jedinica života.

Potpuna definicija ćelije:

Cell je uređeni, strukturirani sistem biopolimera omeđen aktivnom membranom, formirajući citoplazmu, jezgro i organele. Ovaj biopolimerni sistem učestvuje u jednom skupu metaboličkih, energetskih i informacionih procesa koji održavaju i reprodukuju čitav sistem kao celinu.

Tekstil je skup ćelija sličnih po strukturi, funkciji i porijeklu, koje zajednički obavljaju zajedničke funkcije. Kod ljudi, u četiri glavne grupe tkiva (epitelno, vezivno, mišićno i nervno), postoji oko 200 različitih tipova specijalizovanih ćelija [Faler D.M., Shields D. Molekularna biologija ćelije: vodič za lekare. / Per. sa engleskog - M.: BINOM-Press, 2004. - 272 str.].

Tkiva, zauzvrat, formiraju organe, a organi formiraju organske sisteme.

Živi organizam počinje od ćelije. Izvan ćelije nema života; van ćelije moguće je samo privremeno postojanje životnih molekula, na primer, u obliku virusa. Ali za aktivno postojanje i reprodukciju, čak i virusima su potrebne ćelije, čak i ako su strane.

Struktura ćelije

Slika ispod prikazuje dijagrame strukture 6 bioloških objekata. Analizirajte koje se od njih mogu smatrati ćelijama, a koje ne, prema dvije opcije za definiranje pojma „ćelija“. Predstavite svoj odgovor u obliku tabele:

Struktura ćelije pod elektronskim mikroskopom

Membrane

Najvažnija univerzalna struktura ćelije je ćelijska membrana (sinonim: plazmalema), pokrivaju ćeliju u obliku tankog filma. Membrana reguliše odnos ćelije i njenog okruženja, i to: 1) delimično odvaja sadržaj ćelije od spoljašnje sredine, 2) povezuje sadržaj ćelije sa spoljašnjom sredinom.

Core

Druga najvažnija i univerzalna ćelijska struktura je jezgro. Nije prisutan u svim ćelijama, za razliku od ćelijske membrane, zbog čega ga stavljamo na drugo mesto. Jezgro sadrži hromozome koji sadrže dvostruke lance DNK (deoksiribonukleinska kiselina). Dijelovi DNK su šabloni za izgradnju glasničke RNK, koji zauzvrat služe kao šabloni za izgradnju svih ćelijskih proteina u citoplazmi. Dakle, jezgro sadrži, takoreći, "nacrte" strukture svih proteina ćelije.

Citoplazma

Ovo je polutečno unutrašnje okruženje ćelije, podeljeno na odeljke intracelularnim membranama. Obično ima citoskelet koji održava određeni oblik i u stalnom je kretanju. Citoplazma sadrži organele i inkluzije.

Na treće mjesto možemo staviti sve ostale ćelijske strukture koje mogu imati svoju membranu i koje se nazivaju organele.

Organele su trajne, nužno prisutne ćelijske strukture koje obavljaju specifične funkcije i imaju specifičnu strukturu. Na osnovu svoje strukture, organele se mogu podijeliti u dvije grupe: membranske organele, koje obavezno uključuju membrane, i nemembranske organele. Zauzvrat, membranske organele mogu biti jednomembranske - ako su formirane od jedne membrane i dvostruke membrane - ako je ljuska organela dvostruka i sastoji se od dvije membrane.

Inkluzije

Inkluzije su nestalne strukture ćelije koje se pojavljuju u njoj i nestaju tokom procesa metabolizma. Postoje 4 vrste inkluzija: trofičke (sa opskrbom hranjivim tvarima), sekretorne (sadrže izlučevine), ekskretorne (sadrže tvari "koje se oslobađaju") i pigmentne (sadrže pigmente - tvari za bojenje).

Stanične strukture, uključujući organele ( )

Inkluzije . Oni nisu klasifikovani kao organele. Inkluzije su nestalne strukture ćelije koje se pojavljuju u njoj i nestaju tokom procesa metabolizma. Postoje 4 vrste inkluzija: trofičke (sa opskrbom hranjivim tvarima), sekretorne (sadrže izlučevine), ekskretorne (sadrže tvari "koje se oslobađaju") i pigmentne (sadrže pigmente - tvari za bojenje).

1. (plazmolema).
2. Nukleus sa nukleolusom .
3. Endoplazmatski retikulum : grubo (granularno) i glatko (agranularno).
4. Golgijev kompleks (aparat) .
5. Mitohondrije .
6. Ribosomi .
7. Lizozomi . Lizozomi (od gr. lysis - “raspadanje, otapanje, dezintegracija” i soma – “tijelo”) su vezikule promjera 200-400 mikrona.
8. Peroksizomi . Peroksizomi su mikrotijela (vezikule) promjera 0,1-1,5 µm, okružena membranom.
9. Proteasomi . Proteazomi su posebne organele za razgradnju proteina.
10. Fagozomi .
11. Mikrofilamenti . Svaki mikrofilament je dvostruka spirala globularnih proteinskih molekula aktina. Stoga sadržaj aktina čak iu ne-mišićnim stanicama dostiže 10% svih proteina.
12. Intermedijarni filamenti . Oni su sastavni dio citoskeleta. Oni su deblji od mikrofilamenata i imaju specifičnost za tkivo:
13. Mikrotubule . Mikrotubule formiraju gustu mrežu u ćeliji. Zid mikrotubula sastoji se od jednog sloja globularnih podjedinica proteina tubulina. Poprečni presjek prikazuje 13 ovih podjedinica koje formiraju prsten.
14. Ćelijski centar .
15. Plastidi .
16. Vakuole . Vakuole su jednomembranske organele. To su membranski "kontejneri", mjehurići ispunjeni vodenim otopinama organskih i neorganskih tvari.
17. Cilia i flagella (posebne organele) . Sastoje se od 2 dijela: bazalnog tijela smještenog u citoplazmi i aksonema - izrasline iznad površine ćelije, koja je sa vanjske strane prekrivena membranom. Omogućavaju kretanje ćelije ili kretanje okoline iznad ćelije.

(nuklearni). Prokariotske ćelije su jednostavnije strukture; izgleda da su nastale ranije u procesu evolucije. Eukariotske ćelije su složenije i nastale su kasnije. Ćelije koje čine ljudsko tijelo su eukariotske.

Unatoč raznolikosti oblika, organizacija ćelija svih živih organizama podliježe zajedničkim strukturnim principima.

Prokariotska ćelija

Eukariotska ćelija

Struktura eukariotske ćelije

Površinski kompleks životinjske ćelije

Sadrži glikokaliks, plazma membrane i kortikalni sloj citoplazme koji se nalazi ispod. Plazma membrana se još naziva i plazmalema, vanjska membrana ćelije. Ovo je biološka membrana, debljine oko 10 nanometara. Pruža prvenstveno funkciju razgraničenja u odnosu na okruženje izvan ćelije. Osim toga, obavlja i transportnu funkciju. Ćelija ne troši energiju da bi održala integritet svoje membrane: molekuli se drže zajedno prema istom principu po kojem se molekule masti drže zajedno - termodinamički je povoljnije da se hidrofobni dijelovi molekula nalaze u neposrednoj blizini jedni drugima. Glikokaliks su molekule oligosaharida, polisaharida, glikoproteina i glikolipida „usidrena“ u plazmalemi. Glikokaliks obavlja funkciju receptora i markera. Plazma membrana životinjskih ćelija se uglavnom sastoji od fosfolipida i lipoproteina isprepletenih proteinskim molekulima, posebno površinskim antigenima i receptorima. U kortikalnom (uz plazma membranu) sloju citoplazme nalaze se specifični citoskeletni elementi - aktinski mikrofilamenti poredani na određeni način. Glavna i najvažnija funkcija kortikalnog sloja (korteksa) su pseudopodijalne reakcije: izbacivanje, pričvršćivanje i kontrakcija pseudopodija. U tom slučaju se mikrofilamenti preuređuju, produžavaju ili skraćuju. Oblik ćelije (na primjer, prisustvo mikrovila) također ovisi o strukturi citoskeleta kortikalnog sloja.

Citoplazmatska struktura

Tekuća komponenta citoplazme naziva se i citosol. Pod svjetlosnim mikroskopom, činilo se da je ćelija ispunjena nečim poput tečne plazme ili sola, u kojem jezgro i druge organele "lebde". Zapravo to nije istina. Unutrašnji prostor eukariotske ćelije je strogo uređen. Kretanje organela koordinira se uz pomoć specijalizovanih transportnih sistema, takozvanih mikrotubula, koji služe kao intracelularni „putevi“ i posebnih proteina dineina i kinezina, koji imaju ulogu „motora“. Pojedinačni proteinski molekuli također ne difundiraju slobodno po cijelom unutarćelijskom prostoru, već se usmjeravaju u potrebne odjeljke pomoću posebnih signala na njihovoj površini, koje prepoznaju transportni sistemi ćelije.

Endoplazmatski retikulum

U eukariotskoj ćeliji postoji sistem membranskih odjeljaka (cijevi i cisterni) koji prelaze jedan u drugi, koji se naziva endoplazmatski retikulum (ili endoplazmatski retikulum, ER ili EPS). Taj dio ER-a, za čije su membrane vezani ribozomi, naziva se granularni(ili grubo) endoplazmatski retikulum, na njegovim membranama se odvija sinteza proteina. Oni odjeljci koji nemaju ribozome na svojim zidovima klasificiraju se kao glatko(ili agranularno) ER, koji učestvuje u sintezi lipida. Unutrašnji prostori glatkog i granularnog ER nisu izolovani, već prelaze jedan u drugi i komuniciraju sa lumenom nuklearnog omotača.

Golgijev aparat

Core

Citoskelet

Centrioles

Mitohondrije

Poređenje pro- i eukariotskih ćelija

Najvažnija razlika između eukariota i prokariota dugo se smatrala prisustvom formiranog jezgra i membranskih organela. Međutim, do 1970-1980-ih. postalo je jasno da je to samo posledica dubljih razlika u organizaciji citoskeleta. Neko vrijeme se vjerovalo da je citoskelet karakterističan samo za eukariote, ali sredinom 1990-ih. proteini homologni glavnim proteinima citoskeleta eukariota također su otkriveni u bakterijama.

To je prisustvo specifično strukturiranog citoskeleta koji omogućava eukariotima da stvore sistem mobilnih organela unutrašnje membrane. Osim toga, citoskelet omogućava nastanak endo- i egzocitoze (pretpostavlja se da su se upravo zahvaljujući endocitozi u eukariotskim stanicama pojavili intracelularni simbionti, uključujući mitohondrije i plastide). Druga važna funkcija eukariotskog citoskeleta je da obezbijedi podjelu jezgra (mitoza i mejoza) i tijela (citotomija) eukariotske ćelije (podjela prokariotskih ćelija je jednostavnije organizirana). Razlike u strukturi citoskeleta objašnjavaju i druge razlike između pro- i eukariota - na primjer, postojanost i jednostavnost oblika prokariotskih ćelija i značajnu raznolikost oblika i sposobnost da se on mijenja u eukariotskim stanicama, kao i relativno velike veličine potonjeg. Tako su veličine prokariotskih ćelija u prosjeku 0,5-5 mikrona, veličine eukariotskih stanica u prosjeku od 10 do 50 mikrona. Osim toga, samo među eukariotima postoje zaista divovske ćelije, kao što su masivna jaja ajkule ili noja (u ptičjem jajetu, cijelo žumance je jedno ogromno jaje), neuroni velikih sisara, čiji procesi ojačani citoskeletom , može doseći desetine centimetara u dužinu.

Anaplazija

Uništavanje stanične strukture (na primjer, kod malignih tumora) naziva se anaplazija.

Istorija otkrića ćelija

Prva osoba koja je vidjela ćelije bio je engleski naučnik Robert Hooke (poznat nam zahvaljujući Hookeovom zakonu). Te godine, pokušavajući da shvati zašto drvo plute tako dobro lebdi, Hooke je počeo da ispituje tanke delove plute koristeći mikroskop koji je unapredio. Otkrio je da je pluta podijeljena na mnogo sićušnih ćelija, što ga je podsjetilo na manastirske ćelije, te je te ćelije nazvao ćelijama (na engleskom cell znači “ćelija, ćelija, kavez”). Iste godine, holandski majstor Anton van Leeuwenhoek (-) prvi put je upotrijebio mikroskop kako bi u kapi vode vidio "životinje" - pokretne žive organizme. Tako su do početka 18. vijeka naučnici znali da biljke pod velikim povećanjem imaju ćelijsku strukturu i vidjeli su neke organizme koji su kasnije nazvani jednoćelijski. Međutim, ćelijska teorija strukture organizama nastala je tek sredinom 19. stoljeća, nakon što su se pojavili moćniji mikroskopi i razvijene metode za fiksiranje i bojenje stanica. Jedan od njegovih osnivača bio je Rudolf Virchow, ali njegove ideje su sadržavale niz pogrešaka: na primjer, pretpostavljao je da su ćelije slabo povezane jedna s drugom i da svaka postoji “za sebe”. Tek kasnije je bilo moguće dokazati integritet ćelijskog sistema.

vidi takođe

• Poređenje stanične strukture bakterija, biljaka i životinja

Linkovi

• Molekularna biologija ćelije, 4. izdanje, 2002. - udžbenik o molekularnoj biologiji na engleskom jeziku
• Citologija i genetika (0564-3783) objavljuje članke na ruskom, ukrajinskom i engleskom po izboru autora, prevedene na engleski (0095-4527)

Wikimedia fondacija. 2010.

Pogledajte šta je “Ćelija (biologija)” u drugim rječnicima:

BIOLOGIJA- BIOLOGIJA. Sadržaj: I. Istorija biologije................. 424 Vitalizam i mašinizam. Pojava empirijskih nauka u 16. i 18. veku. Pojava i razvoj evolucione teorije. Razvoj fiziologije u 19. veku. Razvoj celularne nauke. Rezultati 19. veka... Velika medicinska enciklopedija

- (cellula, cytus), osnovna strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama, elementarni živi sistem. Može postojati kao odjel. organizmu (bakterije, protozoe, određene alge i gljive) ili u tkivima višećelijskih životinja, ... ... Biološki enciklopedijski rječnik

Ćelije aerobnih bakterija koje stvaraju spore su u obliku štapa i, u poređenju sa bakterijama koje ne stvaraju spore, obično su veće veličine. Vegetativni oblici bakterija koje nose spore imaju slabije aktivno kretanje, iako... ... Biološka enciklopedija

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Ćelija (značenja). Ljudske krvne ćelije (HBC) ... Wikipedia

Citologija (grčki κύτος formiranje poput mjehurića i λόγος riječ, nauka) je grana biologije koja proučava žive ćelije, njihove organele, njihovu strukturu, funkcionisanje, procese ćelijske reprodukcije, starenja i smrti. Koriste se i termini mobilni... Wikipedia

U zoru razvoja života na Zemlji, svi ćelijski oblici bili su predstavljeni bakterijama. Oni su apsorbovali organske supstance rastvorene u prvobitnom okeanu kroz površinu tela.

Vremenom su se neke bakterije prilagodile da proizvode organske supstance iz neorganskih. Da bi to učinili, koristili su energiju sunčeve svjetlosti. Nastao je prvi ekološki sistem u kojem su ovi organizmi bili proizvođači. Kao rezultat toga, kisik koji oslobađaju ovi organizmi pojavio se u Zemljinoj atmosferi. Uz njegovu pomoć možete dobiti mnogo više energije iz iste hrane, a dodatnu energiju iskoristiti za komplikaciju strukture tijela: dijeljenje tijela na dijelove.

Jedno od važnih životnih dostignuća je razdvajanje jezgra i citoplazme. Nukleus sadrži nasljedne informacije. Posebna membrana oko jezgre omogućila je zaštitu od slučajnog oštećenja. Po potrebi, citoplazma prima komande od jezgra koje usmjeravaju život i razvoj ćelije.

Organizmi u kojima je jezgro odvojeno od citoplazme formirali su nuklearno nadkraljevstvo (to uključuje biljke, gljive i životinje).

Tako je stanica - osnova organizacije biljaka i životinja - nastala i razvila se u toku biološke evolucije.

Čak i golim okom, ili još bolje pod lupom, možete vidjeti da se meso zrele lubenice sastoji od vrlo sitnih zrnaca, ili zrna. To su ćelije - najmanji "građevni blokovi" koji čine tijela svih živih organizama, uključujući biljke.

Život biljke odvija se kombinovanom aktivnošću njenih ćelija, stvarajući jedinstvenu celinu. Kod višećelijskog dijela biljnih dijelova dolazi do fiziološke diferencijacije njihovih funkcija, specijalizacije različitih stanica ovisno o njihovoj lokaciji u biljnom tijelu.

Biljna ćelija se razlikuje od životinjske po tome što ima gustu membranu koja sa svih strana prekriva unutrašnji sadržaj. Ćelija nije ravna (kako se obično prikazuje), najvjerovatnije izgleda kao vrlo mali mjehur ispunjen sluzavim sadržajem.

Građa i funkcije biljne ćelije

Razmotrimo ćeliju kao strukturnu i funkcionalnu jedinicu organizma. Spoljašnja strana ćelije prekrivena je gustom ćelijskom stijenkom u kojoj se nalaze tanji dijelovi koji se nazivaju pore. Ispod njega nalazi se vrlo tanak film - membrana koja prekriva sadržaj ćelije - citoplazmu. U citoplazmi postoje šupljine - vakuole ispunjene ćelijskim sokom. U središtu ćelije ili blizu ćelijskog zida nalazi se gusto tijelo - jezgro sa jezgrom. Jezgro je odvojeno od citoplazme nuklearnim omotačem. Mala tijela koja se nazivaju plastidi raspoređena su po citoplazmi.

Struktura biljne ćelije

Struktura i funkcije organela biljnih stanica

Organoid	Crtanje	Opis	Funkcija	Posebnosti
Ćelijski zid ili plazma membrana		Bezbojna, prozirna i vrlo izdržljiva	Prenosi supstance u ćeliju i iz nje.	Ćelijska membrana je polupropusna
Citoplazma		Gusta viskozna supstanca	U njemu se nalaze svi ostali dijelovi ćelije	U stalnom je pokretu
Nukleus (važan dio ćelije)		Okrugla ili ovalna	Osigurava prijenos nasljednih svojstava na ćelije kćeri tokom diobe	Centralni dio ćelije
		Sfernog ili nepravilnog oblika	Učestvuje u sintezi proteina
		Rezervoar odvojen od citoplazme membranom. Sadrži ćelijski sok	Akumuliraju se rezervni hranjivi sastojci i otpadni proizvodi koji ćeliji nisu potrebni.	Kako ćelija raste, male vakuole se spajaju u jednu veliku (centralnu) vakuolu
Plastidi		Hloroplasti	Koriste svjetlosnu energiju sunca i stvaraju organsko od neorganskog	Oblik diskova odvojen od citoplazme dvostrukom membranom
		Hromoplasti	Nastaje kao rezultat nakupljanja karotenoida	Žuta, narandžasta ili smeđa
		Leukoplasti	Bezbojni plastidi
Nuklearni omotač		Sastoji se od dvije membrane (spoljne i unutrašnje) sa porama	Odvaja jezgro od citoplazme	Omogućava razmjenu između jezgra i citoplazme

Živi dio ćelije je membranom vezan, uređen, strukturiran sistem biopolimera i unutrašnjih membranskih struktura uključenih u skup metaboličkih i energetskih procesa koji održavaju i reprodukuju cijeli sistem kao cjelinu.

Važna karakteristika je da ćelija nema otvorene membrane sa slobodnim krajevima. Ćelijske membrane uvijek ograničavaju šupljine ili područja, zatvarajući ih sa svih strana.

Savremeni generalizovani dijagram biljne ćelije

Plazmalema(spoljna ćelijska membrana) je ultramikroskopski film debljine 7,5 nm, koji se sastoji od proteina, fosfolipida i vode. Ovo je vrlo elastičan film koji se dobro vlaži vodom i brzo vraća integritet nakon oštećenja. Ima univerzalnu strukturu, odnosno tipičnu za sve biološke membrane. U biljnim ćelijama, izvan ćelijske membrane postoji jak ćelijski zid koji stvara spoljnu podršku i održava oblik ćelije. Sastoji se od vlakana (celuloze), polisaharida netopivog u vodi.

Plasmodesmata biljne ćelije, su submikroskopski tubuli koji prodiru kroz membrane i obloženi su plazma membranom, koja tako prelazi iz jedne ćelije u drugu bez prekida. Uz njihovu pomoć dolazi do međustanične cirkulacije otopina koje sadrže organske hranjive tvari. Oni također prenose biopotencijale i druge informacije.

Porami nazivaju otvorima u sekundarnoj membrani, gdje su ćelije odvojene samo primarnom membranom i srednjom laminom. Područja primarne membrane i srednje ploče koje razdvajaju susjedne pore susjednih stanica nazivaju se membrana pora ili film za zatvaranje pora. Zatvarajući film pora je probušen plazmodezmalnim tubulima, ali prolazna rupa se obično ne formira u porama. Pore ​​olakšavaju transport vode i otopljenih tvari iz ćelije u ćeliju. Pore ​​se formiraju u zidovima susjednih ćelija, obično jedna naspram druge.

Stanične membrane ima dobro definisanu, relativno debelu ljusku polisaharidne prirode. Ljuska biljne ćelije je proizvod aktivnosti citoplazme. Golgijev aparat i endoplazmatski retikulum aktivno učestvuju u njegovom formiranju.

Struktura ćelijske membrane

Osnova citoplazme je njen matriks, ili hijaloplazma, složeni bezbojni, optički prozirni koloidni sistem sposoban za reverzibilne prijelaze iz sol u gel. Najvažnija uloga hijaloplazme je da ujedini sve ćelijske strukture u jedinstveni sistem i osigura interakciju između njih u procesima ćelijskog metabolizma.

Hyaloplasma(ili citoplazmatski matriks) čini unutrašnje okruženje ćelije. Sastoji se od vode i raznih biopolimera (proteini, nukleinske kiseline, polisaharidi, lipidi), od kojih glavni dio čine proteini različite kemijske i funkcionalne specifičnosti. Hijaloplazma također sadrži aminokiseline, monosaharide, nukleotide i druge tvari male molekularne težine.

Biopolimeri sa vodom formiraju koloidnu podlogu koja, u zavisnosti od uslova, može biti gusta (u obliku gela) ili tečnija (u obliku sola), kako u celoj citoplazmi, tako iu njenim pojedinačnim delovima. U hijaloplazmi su različite organele i inkluzije lokalizirane i međusobno djeluju međusobno i sa okruženjem hijaloplazme. Štaviše, njihova lokacija je najčešće specifična za određene vrste ćelija. Kroz bilipidnu membranu hijaloplazma stupa u interakciju sa vanćelijskom okolinom. Shodno tome, hijaloplazma je dinamično okruženje i igra važnu ulogu u funkcionisanju pojedinih organela i životu ćelija uopšte.

Citoplazmatske formacije - organele

Organele (organele) su strukturne komponente citoplazme. Imaju određeni oblik i veličinu i obavezne su citoplazmatske strukture ćelije. Ako ih nema ili su oštećene, stanica obično gubi sposobnost da nastavi postojati. Mnoge organele su sposobne za diobu i samoreprodukciju. Njihove veličine su toliko male da se mogu vidjeti samo elektronskim mikroskopom.

Core

Jezgro je najistaknutija i obično najveća organela ćelije. Prvi ga je detaljno istražio Robert Brown 1831. Jezgro osigurava najvažnije metaboličke i genetske funkcije ćelije. Prilično je promjenjivog oblika: može biti sfernog, ovalnog, režnjastog ili u obliku sočiva.

Jedro igra značajnu ulogu u životu ćelije. Ćelija iz koje je uklonjeno jezgro više ne luči membranu i prestaje rasti i sintetizirati tvari. U njemu se pojačavaju proizvodi propadanja i razaranja, zbog čega brzo umire. Ne dolazi do stvaranja novog jezgra iz citoplazme. Nova jezgra nastaju samo dijeljenjem ili drobljenjem starog.

Unutrašnji sadržaj jezgra je kariolimfa (nuklearni sok), koji ispunjava prostor između struktura jezgra. Sadrži jednu ili više nukleola, kao i značajan broj molekula DNK povezanih sa specifičnim proteinima - histonima.

Osnovna struktura

Nucleolus

Nukleol, kao i citoplazma, sadrži pretežno RNK i specifične proteine. Njegova najvažnija funkcija je da formira ribozome, koji vrše sintezu proteina u ćeliji.

Golgijev aparat

Golgijev aparat je organela koja je univerzalno raspoređena u svim vrstama eukariotskih ćelija. To je višeslojni sistem ravnih membranskih vrećica, koje se zadebljaju duž periferije i formiraju vezikularne procese. Najčešće se nalazi u blizini nukleusa.

Golgijev aparat

Golgijev aparat nužno uključuje sistem malih vezikula (vezikula), koji se odvajaju od zadebljanih cisterni (diskova) i nalaze se duž periferije ove strukture. Ove vezikule igraju ulogu intracelularnog transportnog sistema za specifične sektorske granule i mogu poslužiti kao izvor ćelijskih lizosoma.

Funkcije Golgijevog aparata također se sastoje od akumulacije, odvajanja i oslobađanja izvan ćelije uz pomoć vezikula produkata intracelularne sinteze, produkata raspadanja i toksičnih tvari. Proizvodi sintetičke aktivnosti ćelije, kao i različite supstance koje iz okoline ulaze u ćeliju kroz kanale endoplazmatskog retikuluma, transportuju se do Golgijevog aparata, akumuliraju se u ovoj organeli, a zatim u obliku kapljica ili zrna ulaze u citoplazmu. i ili ih koristi sama ćelija ili se izlučuju van. U biljnim ćelijama Golgijev aparat sadrži enzime za sintezu polisaharida i sam polisaharidni materijal koji se koristi za izgradnju ćelijskog zida. Vjeruje se da je uključen u formiranje vakuola. Golgijev aparat je dobio ime po italijanskom naučniku Camillu Golgiju, koji ga je prvi otkrio 1897. godine.

Lizozomi

Lizozomi su male vezikule omeđene membranom čija je glavna funkcija obavljanje unutarćelijske probave. Korištenje lizozomalnog aparata nastaje prilikom klijanja sjemena biljke (hidroliza rezervnih nutrijenata).

Struktura lizozoma

Mikrotubule

Mikrotubule su membranske, supramolekularne strukture koje se sastoje od proteinskih globula raspoređenih u spiralne ili ravne redove. Mikrotubule obavljaju pretežno mehaničku (motornu) funkciju, osiguravajući pokretljivost i kontraktilnost ćelijskih organela. Smješteni u citoplazmi, daju ćeliji određeni oblik i osiguravaju stabilnost prostornog rasporeda organela. Mikrotubule olakšavaju kretanje organela na mjesta određena fiziološkim potrebama ćelije. Značajan broj ovih struktura nalazi se u plazmalemi, u blizini ćelijske membrane, gdje učestvuju u formiranju i orijentaciji celuloznih mikrofibrila zidova biljnih stanica.

Struktura mikrotubula

Vacuole

Vakuola je najvažnija komponenta biljnih ćelija. To je svojevrsna šupljina (rezervoar) u masi citoplazme, ispunjena vodenim rastvorom mineralnih soli, aminokiselina, organskih kiselina, pigmenata, ugljikohidrata i odvojena od citoplazme vakuolarnom membranom - tonoplastom.

Citoplazma ispunjava cijelu unutrašnju šupljinu samo u najmlađim biljnim stanicama. Kako stanica raste, prostorni raspored prvobitno kontinuirane mase citoplazme značajno se mijenja: pojavljuju se male vakuole ispunjene ćelijskim sokom, a cijela masa postaje spužvasta. Daljnjim rastom ćelije, pojedinačne vakuole se spajaju, gurajući slojeve citoplazme na periferiju, zbog čega formirana ćelija obično sadrži jednu veliku vakuolu, a citoplazma sa svim organelama nalazi se u blizini membrane.

Vodotopiva organska i mineralna jedinjenja vakuola određuju odgovarajuća osmotska svojstva živih ćelija. Ova otopina određene koncentracije je svojevrsna osmotska pumpa za kontrolirano prodiranje u ćeliju i oslobađanje vode, iona i molekula metabolita iz nje.

U kombinaciji sa slojem citoplazme i njegovim membranama, koje karakterišu polupropusna svojstva, vakuola formira efikasan osmotski sistem. Osmotski su određeni pokazatelji živih biljnih ćelija kao što su osmotski potencijal, usisna sila i turgorski pritisak.

Struktura vakuole

Plastidi

Plastidi su najveće (nakon jezgra) citoplazmatske organele, svojstvene samo ćelijama biljnih organizama. Ne nalaze se samo u gljivama. Plastidi igraju važnu ulogu u metabolizmu. Od citoplazme su odvojene dvostrukom membranskom ljuskom, a neke vrste imaju dobro razvijen i uređen sistem unutrašnjih membrana. Svi plastidi su istog porijekla.

Hloroplasti- najčešći i funkcionalno najvažniji plastidi fotoautotrofnih organizama koji provode fotosintetske procese, što u konačnici dovodi do stvaranja organskih tvari i oslobađanja slobodnog kisika. Kloroplasti viših biljaka imaju složenu unutrašnju strukturu.

Struktura hloroplasta

Veličine hloroplasta u različitim biljkama nisu iste, ali u prosjeku njihov promjer iznosi 4-6 mikrona. Kloroplasti se mogu kretati pod utjecajem kretanja citoplazme. Osim toga, pod utjecajem svjetla, uočava se aktivno kretanje hloroplasta ameboidnog tipa prema izvoru svjetlosti.

Hlorofil je glavna supstanca hloroplasta. Zahvaljujući hlorofilu, zelene biljke mogu koristiti svjetlosnu energiju.

Leukoplasti(bezbojni plastidi) su jasno definisana citoplazmatska tijela. Njihove veličine su nešto manje od veličina hloroplasta. Njihov oblik je također ujednačeniji, približava se sferičnom.

Struktura leukoplasta

Nalazi se u epidermalnim ćelijama, gomoljima i rizomima. Kada su osvijetljeni, vrlo brzo se pretvaraju u hloroplaste sa odgovarajućom promjenom unutrašnje strukture. Leukoplasti sadrže enzime uz pomoć kojih se sintetizira škrob iz viška glukoze nastale fotosintezom, čija se većina taloži u skladišnim tkivima ili organima (krtole, rizomi, sjemenke) u obliku škrobnih zrnaca. U nekim biljkama masti se talože u leukoplastima. Rezervna funkcija leukoplasta povremeno se očituje u formiranju rezervnih proteina u obliku kristala ili amorfnih inkluzija.

Hromoplasti u većini slučajeva su derivati ​​hloroplasta, povremeno - leukoplasta.

Struktura hromoplasta

Sazrevanje šipka, paprike i paradajza praćeno je transformacijom hloro- ili leukoplasta pulpnih ćelija u karatinoidne plastike. Potonji sadrže pretežno žute plastidne pigmente - karotenoide, koji se, kada sazriju, intenzivno sintetiziraju u njima, formirajući obojene lipidne kapljice, čvrste globule ili kristale. U tom slučaju hlorofil je uništen.

Mitohondrije

Mitohondrije su organele karakteristične za većinu biljnih ćelija. Imaju promjenjiv oblik štapića, zrnaca i niti. Otkrio 1894. R. Altman pomoću svjetlosnog mikroskopa, a unutrašnja struktura je kasnije proučavana pomoću elektronskog mikroskopa.

Struktura mitohondrija

Mitohondrije imaju dvostruku membransku strukturu. Vanjska membrana je glatka, unutrašnja formira izrasline različitih oblika - cijevi u biljnim stanicama. Prostor unutar mitohondrija ispunjen je polutečnim sadržajem (matriksom), koji uključuje enzime, proteine, lipide, soli kalcija i magnezija, vitamine, kao i RNK, DNK i ribozome. Enzimski kompleks mitohondrija ubrzava složeni i međusobno povezani mehanizam biohemijskih reakcija koje rezultiraju stvaranjem ATP-a. U ovim organelama ćelije su opskrbljene energijom – energija hemijskih veza nutrijenata pretvara se u visokoenergetske veze ATP-a u procesu ćelijskog disanja. Upravo u mitohondrijima dolazi do enzimske razgradnje ugljikohidrata, masnih kiselina i aminokiselina uz oslobađanje energije i njeno naknadno pretvaranje u ATP energiju. Akumulirana energija se troši na procese rasta, na nove sinteze itd. Mitohondrije se množe diobom i žive oko 10 dana, nakon čega se uništavaju.

Endoplazmatski retikulum

Endoplazmatski retikulum je mreža kanala, cijevi, vezikula i cisterni smještenih unutar citoplazme. Otkrio ga je 1945. godine engleski naučnik K. Porter, to je sistem membrana ultramikroskopske strukture.

Struktura endoplazmatskog retikuluma

Čitava mreža je ujedinjena u jedinstvenu cjelinu sa vanjskom ćelijskom membranom nuklearnog omotača. Postoje glatki i grubi ER, koji nosi ribozome. Na membranama glatke ER nalaze se enzimski sistemi uključeni u metabolizam masti i ugljikohidrata. Ova vrsta membrane prevladava u sjemenskim stanicama bogatim tvarima za skladištenje (proteini, ugljikohidrati, ulja); ribozomi su vezani za granularnu EPS membranu, a tokom sinteze proteinske molekule polipeptidni lanac sa ribosomima je uronjen u EPS kanal. Funkcije endoplazmatskog retikuluma su veoma raznolike: transport supstanci kako unutar ćelije tako i između susednih ćelija; podjela ćelije na zasebne dijelove u kojima se istovremeno odvijaju različiti fiziološki procesi i kemijske reakcije.

Ribosomi

Ribosomi su nemembranske ćelijske organele. Svaki ribosom se sastoji od dvije čestice koje nisu identične veličine i mogu se podijeliti na dva fragmenta, koji i dalje zadržavaju sposobnost sintetiziranja proteina nakon spajanja u cijeli ribosom.

Struktura ribosoma

Ribosomi se sintetiziraju u jezgru, zatim ga napuštaju, krećući se u citoplazmu, gdje su pričvršćeni na vanjsku površinu membrana endoplazmatskog retikuluma ili se nalaze slobodno. Ovisno o vrsti proteina koji se sintetizira, ribozomi mogu funkcionirati sami ili biti kombinirani u komplekse - poliribozome.

Sva živa bića se sastoje od ćelija - malih šupljina zatvorenih membranom ispunjenih koncentrisanim vodenim rastvorom hemikalija. Cell- elementarna jedinica strukture i vitalne aktivnosti svih živih organizama (osim virusa, koji se često nazivaju nećelijskim oblicima života), koji imaju vlastiti metabolizam, sposoban za samostalno postojanje, samoreprodukciju i razvoj. Svi živi organizmi, poput višećelijskih životinja, biljaka i gljiva, sastoje se od mnogih ćelija, ili su, poput mnogih protozoa i bakterija, jednoćelijski organizmi. Grana biologije koja proučava strukturu i funkcionisanje ćelija naziva se citologija. Vjeruje se da su svi organizmi i sve njihove sastavne stanice evoluirale iz zajedničke pre-DNK ćelije.

Približna istorija ćelije

U početku, pod uticajem različitih prirodnih faktora (toplota, ultraljubičasto zračenje, električna pražnjenja), pojavila su se prva organska jedinjenja koja su služila kao materijal za izgradnju živih ćelija.

Ključni trenutak u istoriji razvoja života očigledno je bila pojava prvih molekula replikatora. Replikator je vrsta molekule koja je katalizator za sintezu vlastitih kopija ili matrica, što je primitivni analog reprodukcije u životinjskom svijetu. Od trenutno najčešćih molekula, replikatori su DNK i RNK. Na primjer, molekul DNK smješten u čašu s potrebnim komponentama spontano počinje stvarati vlastite kopije (iako mnogo sporije nego u ćeliji pod utjecajem posebnih enzima).

Pojava molekula replikatora pokrenula je mehanizam hemijske (predbiološke) evolucije. Prvi subjekti evolucije najvjerovatnije su bili primitivni RNK molekuli, koji se sastoje od samo nekoliko nukleotida. Ovu fazu karakteriziraju (iako u vrlo primitivnom obliku) sve glavne karakteristike biološke evolucije: reprodukcija, mutacija, smrt, borba za opstanak i prirodna selekcija.

Hemijska evolucija bila je olakšana činjenicom da je RNK univerzalni molekul. Osim što je replikator (tj. nosilac nasljedne informacije), može obavljati funkcije enzima (na primjer, enzima koji ubrzavaju replikaciju ili enzima koji razgrađuju konkurentske molekule).

U nekom trenutku evolucije, pojavili su se RNA enzimi koji kataliziraju sintezu molekula lipida (tj. masti). Molekuli lipida imaju jedno izvanredno svojstvo: oni su polarni i imaju linearnu strukturu, pri čemu je debljina jednog kraja molekula veća od debljine drugog. Stoga se molekuli lipida u suspenziji spontano sklapaju u ljuske koje su po obliku bliske sferičnom. Tako su RNK koje sintetiziraju lipide mogle da se okruže lipidnom ljuskom, što je značajno poboljšalo otpor RNK na vanjske faktore.

Postupno povećanje dužine RNK dovelo je do pojave multifunkcionalnih RNA, čiji su pojedinačni fragmenti obavljali različite funkcije.

Prve ćelijske diobe su se očito dogodile pod utjecajem vanjskih faktora. Sinteza lipida unutar ćelije dovela je do povećanja njene veličine i gubitka čvrstoće, tako da se velika amorfna membrana podelila na delove pod uticajem mehaničkog naprezanja. Nakon toga se pojavio enzim koji je regulirao ovaj proces.

Svi ćelijski oblici života na Zemlji mogu se podijeliti u dva nadkraljevstva na osnovu strukture njihovih sastavnih ćelija - prokariote (prenuklearne) i eukariote (nuklearne). Prokariotske ćelije su jednostavnije strukture; izgleda da su nastale ranije u procesu evolucije. Eukariotske ćelije su složenije i nastale su kasnije. Ćelije koje čine ljudsko tijelo su eukariotske. Unatoč raznolikosti oblika, organizacija ćelija svih živih organizama podliježe zajedničkim strukturnim principima.

Živi sadržaj ćelije - protoplast - odvojen je od okoline plazma membranom ili plazmalemom. Unutar ćelije ispunjena je citoplazma, u kojoj se nalaze različite organele i stanične inkluzije, kao i genetski materijal u obliku molekule DNK. Svaka od ćelijskih organela obavlja svoju posebnu funkciju, a sve zajedno određuju vitalnu aktivnost stanice kao cjeline.

Prokariotska ćelija

Prokarioti(od latinskog pro - prije, prije i grčkog κάρῠον - jezgro, orah) - organizmi koji, za razliku od eukariota, nemaju formirano ćelijsko jezgro i druge organele unutrašnje membrane (s izuzetkom ravnih tankova kod fotosintetskih vrsta, na primjer, u cijanobakterija). Jedina velika kružna (kod nekih vrsta - linearna) dvolančana molekula DNK, koja sadrži najveći dio genetskog materijala ćelije (tzv. nukleoid), ne formira kompleks sa histonskim proteinima (tzv. kromatin). ). Prokarioti uključuju bakterije, uključujući cijanobakterije (plavo-zelene alge) i arheje. Potomci prokariotskih ćelija su organele eukariotskih ćelija - mitohondrije i plastidi.

Prokariotske ćelije imaju citoplazmatsku membranu, baš kao i eukariotske ćelije. Bakterije imaju dvoslojnu membranu (lipidni dvosloj), dok arheje često imaju jednoslojnu membranu. Arhealna membrana se sastoji od tvari koje se razlikuju od onih koje čine bakterijsku membranu. Površina ćelija može biti prekrivena kapsulom, omotačem ili sluzom. Mogu imati flagele i resice.

Fig.1. Struktura tipične prokariotske ćelije

Prokarioti nemaju jezgro ćelije, kao kod eukariota. DNK se nalazi unutar ćelije, presavijena na uredan način i podržana proteinima. Ovaj DNK-proteinski kompleks naziva se nukleoid. U eubakterijama, proteini koji podržavaju DNK razlikuju se od histona koji formiraju nukleozome (kod eukariota). Ali arhebakterije imaju histone, i na taj način su slične eukariotima. Energetski procesi kod prokariota odvijaju se u citoplazmi i na posebnim strukturama - mezozomima (izrasline ćelijske membrane koje su spiralno uvijene kako bi se povećala površina na kojoj se odvija sinteza ATP-a). Unutar ćelije mogu biti mjehurići plina, rezervne tvari u obliku polifosfatnih granula, granula ugljikohidrata i masnih kapljica. Mogu biti prisutni inkluzije sumpora (nastalih, na primjer, kao rezultat anoksične fotosinteze). Fotosintetske bakterije imaju naborane strukture zvane tilakoidi na kojima se odvija fotosinteza. Dakle, prokarioti, u principu, imaju iste elemente, ali bez pregrada, bez unutrašnjih membrana. One pregrade koje su prisutne su izrasline ćelijske membrane.

Oblik prokariotskih ćelija nije toliko raznolik. Okrugle ćelije nazivaju se koki. I arheje i eubakterije mogu imati ovaj oblik. Streptokoke su koke izdužene u lancu. Stafilokoki su “klasteri” koka, diplokoki su koki udruženi u dvije ćelije, tetrade su četiri, a sarcina osam. Bakterije u obliku štapića nazivaju se bacili. Dva štapića - diplobacili, izduženi u lancu - streptobacili. Ostale vrste uključuju korineformne bakterije (sa toljastim nastavkom na krajevima), spirilu (dugo uvijene ćelije), vibrije (kratke zakrivljene ćelije) i spirohete (kovrčaju se drugačije od spirile). Sve navedeno je ilustrovano u nastavku i data su dva predstavnika arhebakterija. Iako su i arheje i bakterije prokariotski organizmi (bez nuklearne energije), struktura njihovih stanica ima neke značajne razlike. Kao što je gore navedeno, bakterije imaju lipidni dvosloj (kada su hidrofobni krajevi uronjeni u membranu, a nabijene glave vire s obje strane), a arheje mogu imati jednoslojnu membranu (nabijene glave su prisutne s obje strane, a unutra je jedan cijeli molekul; ova struktura može biti čvršća od dvoslojne). Ispod je struktura stanične membrane arhebakterije.

Eukarioti(eukarioti) (od grčkog ευ - dobar, potpuno i κάρῠον - jezgro, orah) - organizmi koji, za razliku od prokariota, imaju formirano ćelijsko jezgro, odvojeno od citoplazme nuklearnom membranom. Genetski materijal je sadržan u nekoliko linearnih dvolančanih DNK molekula (ovisno o vrsti organizma, njihov broj po jezgru može biti od dvije do nekoliko stotina), pričvršćenih iznutra na membranu ćelijskog jezgra i formirajući se u ogromnoj većina (osim dinoflagelata) kompleks sa histonskim proteinima zvanim hromatin. Eukariotske ćelije imaju sistem unutrašnjih membrana koje, pored jezgra, formiraju niz drugih organela (endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat itd.). Osim toga, velika većina ima trajne intracelularne simbionte - prokariote - mitohondrije, a alge i biljke također imaju plastide.

životinjska ćelija

Struktura životinjske ćelije zasniva se na tri glavne komponente - jezgru, citoplazmi i ćelijskoj membrani. Zajedno sa jezgrom, citoplazma formira protoplazmu. Stanična membrana je biološka membrana (septum) koja odvaja ćeliju od vanjskog okruženja, služi kao ljuska za ćelijske organele i jezgro te formira citoplazmatske odjeljke. Ako preparat stavite pod mikroskop, lako možete vidjeti strukturu životinjske stanice. Ćelijska membrana sadrži tri sloja. Vanjski i unutrašnji sloj su proteini, a međusloj je lipidni. U ovom slučaju, lipidni sloj se dijeli na još dva sloja - sloj hidrofobnih molekula i sloj hidrofilnih molekula, koji su raspoređeni određenim redoslijedom. Na površini ćelijske membrane nalazi se posebna struktura - glikokaliks, koja obezbjeđuje selektivnu sposobnost membrane. Školjka propušta potrebne tvari i zadržava one koje uzrokuju štetu.

Fig.2. Struktura životinjske ćelije

Struktura životinjske ćelije je usmjerena na osiguranje zaštitne funkcije već na ovom nivou. Prodor tvari kroz membranu događa se uz direktno sudjelovanje citoplazmatske membrane. Površina ove membrane je prilično značajna zbog zavoja, izraslina, nabora i resica. Citoplazmatska membrana propušta i male i veće čestice. Strukturu životinjske ćelije karakteriše prisustvo citoplazme, koja se uglavnom sastoji od vode. Citoplazma je kontejner za organele i inkluzije.

Osim toga, citoplazma sadrži i citoskelet – proteinske niti koje učestvuju u procesu diobe stanica, omeđuju unutarćelijski prostor i održavaju oblik ćelije i sposobnost kontrakcije. Važna komponenta citoplazme je hijaloplazma, koja određuje viskoznost i elastičnost stanične strukture. Ovisno o vanjskim i unutrašnjim faktorima, hijaloplazma može promijeniti svoj viskozitet - postati tečna ili gelasta. Prilikom proučavanja strukture životinjske ćelije ne može se ne obratiti pažnja na ćelijski aparat - organele koje se nalaze u ćeliji. Sve organele imaju svoju specifičnu strukturu, koja je određena funkcijama koje obavljaju.

Jezgro je centralna ćelijska jedinica, koja sadrži nasljedne informacije i učestvuje u metabolizmu u samoj ćeliji. Ćelijske organele uključuju endoplazmatski retikulum, ćelijski centar, mitohondrije, ribozome, Golgijev kompleks, plastide, lizozome, vakuole. Slične organele nalaze se u svakoj ćeliji, ali, ovisno o funkciji, struktura životinjske stanice može se razlikovati u prisustvu specifičnih struktura.

Funkcije ćelijskih organela: - mitohondrije oksidiraju organska jedinjenja i akumuliraju hemijsku energiju; - endoplazmatski retikulum, zbog prisustva posebnih enzima, sintetiše masti i ugljene hidrate, njegovi kanali olakšavaju transport supstanci unutar ćelije; - ribozomi sintetišu proteine; - Golgijev kompleks koncentrira proteine, zbija sintetizirane masti, polisaharide, formira lizozome i priprema tvari za njihovo uklanjanje iz stanice ili direktnu upotrebu unutar nje; - lizozomi razgrađuju ugljikohidrate, proteine, nukleinske kiseline i masti, u suštini probavljajući nutrijente koji ulaze u ćeliju; - ćelijski centar je uključen u proces diobe ćelije; - vakuole, zbog sadržaja ćelijskog soka, održavaju ćelijski turgor (unutrašnji pritisak).

Struktura žive ćelije je izuzetno složena - na ćelijskom nivou se odvijaju mnogi biohemijski procesi koji zajedno obezbeđuju vitalne funkcije organizma.