Struttura esterna ed interna della cellula. Miracolo nella cellula: la struttura e la forma della cellula umana. Proprietà vitali di una cellula umana

TEORIA DELLE CELLULE: Il creatore di questa teoria è lo scienziato tedesco T. Schwann, che, basandosi sul lavoro di M. Schleiden, L. Oken , v 1838 -1839 Con ha rilasciato le seguenti dichiarazioni:

TEORIA CELLULARE MODERNA:

eucarioti (nucleare) costituiscono anche il super-regno. Unisce i regni di funghi, animali, piante.

Argomento: La struttura e le funzioni della cellula

Struttura cellulare. Sistema strutturale del citoplasma

Cellula- l'unità elementare di un sistema vivente. Varie strutture di una cellula vivente, responsabili dell'esecuzione di una particolare funzione, sono chiamate organelli, come gli organi dell'intero organismo. Funzioni specifiche nella cellula sono distribuite tra organelli, strutture intracellulari che hanno una certa forma, come il nucleo cellulare, i mitocondri, ecc.

Strutture cellulari:

Citoplasma. Parte obbligatoria della cellula, racchiusa tra la membrana plasmatica e il nucleo. Citosol- è viscoso soluzione acquosa vari sali e sostanze organiche, permeati da un sistema di filamenti proteici - citoscheletri. La maggior parte dei processi chimici e fisiologici della cellula avvengono nel citoplasma. Struttura: citosol, citoscheletro. Funzioni: comprende vari organelli, l'ambiente interno della cellula
membrana plasmatica. Ogni cellula di animali, piante, è limitata dall'ambiente o da altre cellule dalla membrana plasmatica. Lo spessore di questa membrana è così piccolo (circa 10 nm) che può essere visto solo con un microscopio elettronico.

Lipidi formano un doppio strato nella membrana e le proteine ​​​​penetrano tutto il suo spessore, sono immerse a diverse profondità nello strato lipidico o si trovano sulla superficie esterna e interna della membrana. La struttura delle membrane di tutti gli altri organelli è simile alla membrana plasmatica. Struttura: un doppio strato di lipidi, proteine, carboidrati. Funzioni: restrizione, conservazione della forma della cellula, protezione contro i danni, regolatore dell'assunzione e rimozione delle sostanze.

Lisosomi. I lisosomi sono organelli membranosi. Hanno una forma ovale e un diametro di 0,5 micron. Contengono una serie di enzimi che scompongono la materia organica. La membrana dei lisosomi è molto forte e impedisce la penetrazione dei propri enzimi nel citoplasma della cellula, ma se il lisosoma è danneggiato da qualsiasi influenze esterne, quindi l'intera cellula o parte di essa viene distrutta.
I lisosomi si trovano in tutte le cellule di piante, animali e funghi.

Effettuando la digestione di varie particelle organiche, i lisosomi forniscono ulteriori "materie prime" per i processi chimici ed energetici nella cellula. Durante la fame, le cellule dei lisosomi digeriscono alcuni organelli senza uccidere la cellula. Tale digestione parziale fornisce alla cellula il minimo necessario di nutrienti per un certo periodo. A volte i lisosomi digeriscono cellule intere e gruppi di cellule, che svolgono un ruolo essenziale nei processi di sviluppo negli animali. Un esempio è la perdita della coda durante la trasformazione di un girino in una rana. Struttura: vescicole di forma ovale, membrana all'esterno, enzimi all'interno. Funzioni: scomposizione delle sostanze organiche, distruzione degli organelli morti, distruzione delle cellule esaurite.

Complesso di Golgi. I prodotti della biosintesi che entrano nei lumi delle cavità e dei tubuli del reticolo endoplasmatico vengono concentrati e trasportati nell'apparato di Golgi. Questo organello ha una dimensione di 5-10 µm.

Struttura: cavità circondate da membrane (vescicole). Funzioni: accumulo, impaccamento, escrezione di sostanze organiche, formazione di lisosomi

Reticolo endoplasmatico. Il reticolo endoplasmatico è un sistema per la sintesi e il trasporto di sostanze organiche nel citoplasma di una cellula, che è una struttura traforata di cavità collegate.
attaccato alle membrane del reticolo endoplasmatico grande numero i ribosomi sono gli organelli più piccoli della cellula, aventi la forma di una sfera con un diametro di 20 nm. e costituito da RNA e proteine. I ribosomi sono dove avviene la sintesi proteica. Quindi le proteine ​​appena sintetizzate entrano nel sistema di cavità e tubuli, attraverso i quali si muovono all'interno della cellula. Cavità, tubuli, tubuli delle membrane, sulla superficie delle membrane dei ribosomi. Funzioni: sintesi di sostanze organiche con l'ausilio di ribosomi, trasporto di sostanze.

Ribosomi. I ribosomi sono attaccati alle membrane del reticolo endoplasmatico o si trovano liberamente nel citoplasma, sono disposti in gruppi e su di essi vengono sintetizzate le proteine. Composizione proteica, RNA ribosomiale Funzioni: fornisce la biosintesi proteica (assemblaggio di una molecola proteica da).
Mitocondri. I mitocondri sono organelli energetici. La forma dei mitocondri è diversa, possono essere il resto, a forma di bastoncello, filamentosi con un diametro medio di 1 micron. e 7 µm di lunghezza. Il numero di mitocondri dipende dall'attività funzionale della cellula e può raggiungere decine di migliaia nei muscoli volanti degli insetti. I mitocondri sono delimitati esternamente da una membrana esterna, sotto di essa c'è una membrana interna che forma numerose escrescenze - creste.

All'interno dei mitocondri ci sono RNA, DNA e ribosomi. Nelle sue membrane sono integrati enzimi specifici, con l'aiuto dei quali l'energia delle sostanze alimentari viene convertita in energia ATP nei mitocondri, necessaria per la vita della cellula e dell'organismo nel suo insieme.

Membrana, matrice, escrescenze - creste. Funzioni: sintesi di una molecola di ATP, sintesi delle proprie proteine, acidi nucleici, carboidrati, lipidi, formazione dei propri ribosomi.

plastidi. Solo nella cellula vegetale: leucoplasti, cloroplasti, cromoplasti. Funzioni: accumulo di sostanze organiche di riserva, attrazione di insetti impollinatori, sintesi di ATP e carboidrati. I cloroplasti hanno la forma di un disco o di una palla con un diametro di 4-6 micron. Con una doppia membrana - esterna e interna. All'interno del cloroplasto ci sono ribosomi del DNA e speciali strutture di membrana - grana, collegate tra loro e alla membrana interna del cloroplasto. Ogni cloroplasto contiene circa 50 grani, sfalsati per una migliore cattura della luce. La clorofilla si trova nelle gran membrane, grazie alle quali l'energia della luce solare viene convertita nell'energia chimica dell'ATP. L'energia dell'ATP viene utilizzata nei cloroplasti per la sintesi di composti organici, principalmente carboidrati.
Cromoplasti. Pigmenti di rosso e colore giallo, localizzati nei cromoplasti, conferiscono a varie parti della pianta un colore rosso e giallo. carote, frutti di pomodoro.

I leucoplasti sono il luogo di accumulo di un nutriente di riserva: l'amido. Ci sono soprattutto molti leucoplasti nelle cellule dei tuberi di patata. Alla luce, i leucoplasti possono trasformarsi in cloroplasti (a seguito dei quali le cellule della patata diventano verdi). In autunno, i cloroplasti si trasformano in cromoplasti e foglie verdi e frutti diventano gialli e rossi.

Centro cellulare. Consiste di due cilindri, centrioli, situati perpendicolarmente l'uno all'altro. Funzioni: supporto per filettature mandrino

Le inclusioni cellulari compaiono nel citoplasma o scompaiono durante la vita della cellula.

Denso, sotto forma di granuli, le inclusioni contengono pezzi di ricambio nutrienti(amido, proteine, zuccheri, grassi) o prodotti di scarto della cellula che non possono ancora essere rimossi. Tutti i plastidi delle cellule vegetali hanno la capacità di sintetizzare e accumulare nutrienti di riserva. Nelle cellule vegetali, l'accumulo di nutrienti di riserva avviene nei vacuoli.

Grani, granuli, gocce Funzioni: formazioni non permanenti che immagazzinano materia organica ed energia

Nucleo. Busta nucleare di due membrane, succo nucleare, nucleolo. Funzioni: conservazione delle informazioni ereditarie nella cellula e sua riproduzione, sintesi dell'RNA - informativa, trasporto, ribosomiale. Le spore si trovano nella membrana nucleare, attraverso la quale avviene uno scambio attivo di sostanze tra il nucleo e il citoplasma. Il nucleo immagazzina informazioni ereditarie non solo su tutte le caratteristiche e proprietà di una data cellula, sui processi che dovrebbero procedere ad essa (ad esempio la sintesi proteica), ma anche sulle caratteristiche dell'organismo nel suo insieme. Le informazioni sono registrate nelle molecole di DNA, che sono la parte principale dei cromosomi. Il nucleo contiene un nucleolo. Il nucleo, per la presenza in esso di cromosomi contenenti informazioni ereditarie, svolge le funzioni di un centro che controlla tutta l'attività vitale e lo sviluppo della cellula.

Cellula- un'unità elementare della struttura e dell'attività vitale di tutti gli organismi viventi (ad eccezione dei virus, spesso indicati come forme di vita non cellulari), dotata di un proprio metabolismo, capace di esistenza indipendente, auto-riproduzione e sviluppo. Tutti gli organismi viventi, come animali multicellulari, piante e funghi, sono costituiti da molte cellule o, come molti protozoi e batteri, sono organismi unicellulari. La branca della biologia che si occupa dello studio della struttura e dell'attività delle cellule si chiama citologia. IN Ultimamenteè anche consuetudine parlare di biologia della cellula, o biologia cellulare (ing. Biologia cellulare).

Struttura cellulare Tutte le forme di vita cellulare sulla terra possono essere divise in due regni in base alla struttura delle loro cellule costituenti: procarioti (pre-nucleari) ed eucarioti (nucleari). Le cellule procariotiche hanno una struttura più semplice, a quanto pare, sono sorte prima nel processo di evoluzione. Le cellule eucariotiche - più complesse, sono sorte in seguito. Le cellule che compongono il corpo umano sono eucariotiche. Nonostante la varietà delle forme, l'organizzazione delle cellule di tutti gli organismi viventi è soggetta a principi strutturali uniformi. Il contenuto vivente della cellula - il protoplasto - è separato dall'ambiente dalla membrana plasmatica, o plasmalemma. All'interno della cellula è pieno di citoplasma, che contiene vari organelli e inclusioni cellulari, nonché materiale genetico sotto forma di una molecola di DNA. Ciascuno degli organelli della cellula svolge la propria funzione speciale e insieme determinano l'attività vitale della cellula nel suo insieme.

cellula procariota

procarioti(dal latino pro - prima, a e greco κάρῠον - nucleo, noce) - organismi che, a differenza degli eucarioti, non hanno un nucleo cellulare formato e altri organelli di membrana interna (ad eccezione dei serbatoi piatti nelle specie fotosintetiche, ad esempio, in cianobatteri). L'unica grande molecola di DNA a doppio filamento circolare (in alcune specie - lineare), che contiene la parte principale del materiale genetico della cellula (il cosiddetto nucleoide) non forma un complesso con le proteine ​​\u200b\u200bdell'istone (la cosiddetta cromatina). I procarioti includono batteri, inclusi cianobatteri (alghe blu-verdi) e archaea. I discendenti delle cellule procariotiche sono gli organelli delle cellule eucariotiche: mitocondri e plastidi.

cellula eucariotica

eucarioti(eucarioti) (dal greco ευ - buono, completamente e κάρῠον - nucleo, noce) - organismi che, a differenza dei procarioti, hanno un nucleo cellulare ben formato, delimitato dal citoplasma dalla membrana nucleare. Il materiale genetico è racchiuso in più molecole lineari di DNA a doppio filamento (a seconda del tipo di organismi, il loro numero per nucleo può variare da due a diverse centinaia), attaccate dall'interno alla membrana del nucleo cellulare e formandosi nel vasto maggioranza (tranne i dinoflagellati) un complesso con proteine ​​istoniche, chiamato cromatina. Le cellule eucariotiche hanno un sistema di membrane interne che formano, oltre al nucleo, una serie di altri organelli (reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, ecc.). Inoltre, la stragrande maggioranza ha simbionti-procarioti intracellulari permanenti - mitocondri e anche alghe e piante hanno plastidi.

membrana cellulare La membrana cellulare è molto una parte importante cellule. Tiene insieme tutti i componenti cellulari e delimita l'ambiente interno ed esterno. Inoltre, le pieghe modificate della membrana cellulare formano molti degli organelli della cellula. La membrana cellulare è un doppio strato di molecole (strato bimolecolare o doppio strato). Fondamentalmente, queste sono molecole di fosfolipidi e altre sostanze vicine a loro. Le molecole lipidiche hanno una duplice natura, manifestata nel modo in cui si comportano in relazione all'acqua. Le teste delle molecole sono idrofile, cioè hanno un'affinità per l'acqua e le loro code di idrocarburi sono idrofobiche. Pertanto, se miscelati con acqua, i lipidi formano sulla sua superficie un film, simile a un film oleoso; allo stesso tempo, tutte le loro molecole sono orientate allo stesso modo: le teste delle molecole sono nell'acqua e le code degli idrocarburi sono sopra la sua superficie. Ci sono due di questi strati nella membrana cellulare, e in ciascuno di essi le teste delle molecole sono rivolte verso l'esterno e le code sono rivolte all'interno della membrana, l'una verso l'altra, senza entrare così in contatto con l'acqua. Lo spessore di questa membrana è di ca. 7nm. Oltre ai principali componenti lipidici, contiene grandi molecole proteiche che sono in grado di "galleggiare" nel doppio strato lipidico e si trovano in modo tale che uno dei loro lati sia rivolto all'interno della cellula e l'altro sia a contatto con l'ambiente esterno. Alcune proteine ​​si trovano solo sulla superficie esterna o solo sulla superficie interna della membrana, oppure sono solo parzialmente immerse nel doppio strato lipidico.

Principale funzione della membrana cellulare Regola il trasporto di sostanze all'interno e all'esterno della cellula. Poiché la membrana è fisicamente simile all'olio in una certa misura, le sostanze solubili nell'olio o nei solventi organici, come l'etere, la attraversano facilmente. Lo stesso vale per i gas come l'ossigeno e l'anidride carbonica. Allo stesso tempo, la membrana è praticamente impermeabile alla maggior parte delle sostanze idrosolubili, in particolare agli zuccheri e ai sali. Grazie a queste proprietà, è in grado di mantenere un ambiente chimico all'interno della cellula diverso da quello esterno. Ad esempio, nel sangue la concentrazione di ioni sodio è alta e quella di ioni potassio è bassa, mentre nel fluido intracellulare questi ioni sono presenti in proporzione opposta. Una situazione simile è tipica per molti altri composti chimici. Ovviamente la cellula però non può essere completamente isolata dall'ambiente, poiché deve ricevere le sostanze necessarie al metabolismo e liberarsi dei suoi prodotti finali. Inoltre il doppio strato lipidico non è completamente impermeabile anche alle sostanze idrosolubili, ma i cosiddetti “strati” lo penetrano. Le proteine ​​"che formano canali" creano pori, o canali, che possono aprirsi e chiudersi (a seconda del cambiamento nella conformazione proteica) e allo stato aperto conducono determinati ioni (Na+, K+, Ca2+) lungo il gradiente di concentrazione. Di conseguenza, la differenza di concentrazioni all'interno e all'esterno della cellula non può essere mantenuta unicamente a causa della bassa permeabilità della membrana. Contiene infatti proteine ​​che svolgono la funzione di una "pompa" molecolare: trasportano determinate sostanze sia all'interno che all'esterno della cellula, agendo contro il gradiente di concentrazione. Di conseguenza, quando la concentrazione, ad esempio, di amminoacidi è alta all'interno della cellula e bassa all'esterno, gli amminoacidi possono ancora essere trasferiti dall'esterno all'interno. Tale trasferimento è chiamato trasporto attivo e su di esso viene consumata l'energia fornita dal metabolismo. Le pompe a membrana sono altamente specifiche: ognuna di esse è in grado di trasportare o solo ioni di un certo metallo, o un amminoacido, o zucchero. Anche i canali ionici della membrana sono specifici. Tale permeabilità selettiva è fisiologicamente molto importante e la sua assenza è la prima prova di morte cellulare. Questo può essere facilmente illustrato con l'esempio delle barbabietole. Se una radice di barbabietola viva è immersa in acqua fredda, allora conserva il suo pigmento; se le barbabietole vengono bollite, le cellule muoiono, diventano facilmente permeabili e perdono il pigmento, che fa diventare rossa l'acqua. Grandi molecole come le cellule proteiche possono "inghiottire". Sotto l'influenza di alcune proteine, se sono presenti nel fluido che circonda la cellula, si verifica un'invaginazione nella membrana cellulare, che poi si chiude formando una bolla, un piccolo vacuolo contenente acqua e molecole proteiche; successivamente, la membrana attorno al vacuolo si rompe e il contenuto entra nella cellula. Questo processo è chiamato pinocitosi (letteralmente "cell drinking") o endocitosi. Le particelle più grandi, come le particelle di cibo, possono essere assorbite in modo simile durante il cosiddetto. fagocitosi. Di norma, il vacuolo formato durante la fagocitosi è più grande e il cibo viene digerito dagli enzimi dei lisosomi all'interno del vacuolo finché la membrana che lo circonda non si rompe. Questo tipo di alimentazione è tipico dei protozoi, ad esempio delle amebe che si nutrono di batteri. Tuttavia, la capacità di fagocitosi è caratteristica sia delle cellule intestinali degli animali inferiori, sia dei fagociti, uno dei tipi di globuli bianchi (leucociti) dei vertebrati. In quest'ultimo caso, il significato di questo processo non è nella nutrizione dei fagociti stessi, ma nella distruzione di batteri, virus e altro materiale estraneo dannoso per l'organismo. Le funzioni dei vacuoli possono essere diverse. Ad esempio, i protozoi che vivono in acqua fresca, subiscono un costante afflusso osmotico di acqua, poiché la concentrazione di sali all'interno della cellula è molto più alta che all'esterno. Sono in grado di secernere acqua in uno speciale vacuolo espulsore (contrattile), che periodicamente spinge fuori il suo contenuto. Nelle cellule vegetali è spesso presente un grande vacuolo centrale che occupa quasi l'intera cellula; il citoplasma forma solo uno strato molto sottile tra la parete cellulare e il vacuolo. Una delle funzioni di un tale vacuolo è l'accumulo di acqua, che consente alla cellula di aumentare rapidamente di dimensioni. Questa capacità è particolarmente necessaria in un momento in cui i tessuti vegetali crescono e formano strutture fibrose. Nei tessuti, nei punti di giunzione stretta delle cellule, le loro membrane contengono numerosi pori formati da proteine ​​​​che penetrano nella membrana - il cosiddetto. connessioni. I pori delle cellule adiacenti si trovano l'uno di fronte all'altro, in modo che le sostanze a basso peso molecolare possano spostarsi da una cellula all'altra: questo sistema di comunicazione chimica coordina la loro attività vitale. Un esempio di tale coordinamento è la divisione più o meno sincrona delle cellule vicine osservata in molti tessuti.

Citoplasma

Nel citoplasma sono presenti membrane interne simili a quelle esterne e formanti organelli di vario tipo. Queste membrane possono essere pensate come pieghe della membrana esterna; a volte le membrane interne formano un tutt'uno con quella esterna, ma spesso la piega interna viene allacciata e il contatto con la membrana esterna viene interrotto. Tuttavia, anche se il contatto viene mantenuto, l'interno e membrana esterna non sono sempre chimicamente identici. In particolare, la composizione delle proteine ​​di membrana in diversi organelli cellulari differisce.

La struttura del citoplasma

La componente liquida del citoplasma è anche chiamata citosol. Sotto un microscopio ottico, sembrava che la cellula fosse piena di qualcosa come plasma liquido o sol, in cui "galleggiavano" il nucleo e altri organelli. In realtà non lo è. Lo spazio interno di una cellula eucariotica è rigorosamente ordinato. Il movimento degli organelli è coordinato con l'ausilio di sistemi di trasporto specializzati, i cosiddetti microtubuli, che fungono da "strade" intracellulari e da speciali proteine ​​dineine e kinesine, che svolgono il ruolo di "motori". Anche le singole molecole proteiche non si diffondono liberamente nello spazio intracellulare, ma sono dirette ai compartimenti necessari utilizzando segnali speciali sulla loro superficie, riconoscibili sistemi di trasporto cellule.

Reticolo endoplasmatico

In una cellula eucariotica esiste un sistema di compartimenti di membrana che passano l'uno nell'altro (tubi e serbatoi), che è chiamato reticolo endoplasmatico (o reticolo endoplasmatico, EPR o EPS). Quella parte dell'EPR, alle cui membrane sono attaccati i ribosomi, è indicata come reticolo endoplasmatico granulare (o ruvido) e la sintesi proteica avviene sulle sue membrane. Quei compartimenti, sulle cui pareti non sono presenti ribosomi, sono indicati come RE liscio (o agranulare), che prende parte alla sintesi lipidica. Gli spazi interni dell'ER liscio e granulare non sono isolati, ma passano l'uno nell'altro e comunicano con il lume dell'involucro nucleare.

apparato del Golgi

L'apparato di Golgi è una pila di cisterne a membrana piatta, leggermente espanse più vicino ai bordi. Nei serbatoi dell'apparato di Golgi maturano alcune proteine ​​sintetizzate sulle membrane del RE granulare e destinate alla secrezione o alla formazione di lisosomi. L'apparato di Golgi è asimmetrico - i serbatoi situati più vicino al nucleo cellulare (cis-Golgi) contengono le proteine ​​​​meno mature, le vescicole di membrana - le vescicole, che germogliano dal reticolo endoplasmatico, sono continuamente attaccate a questi serbatoi. Apparentemente, con l'aiuto delle stesse vescicole, avviene l'ulteriore movimento delle proteine ​​​​in maturazione da un serbatoio all'altro. Alla fine, le vescicole contenenti proteine ​​​​completamente mature si staccano dall'estremità opposta dell'organello (trans-Golgi).

Nucleo

Il nucleo è circondato da una doppia membrana. Uno spazio molto stretto (circa 40 nm) tra due membrane è chiamato perinucleare. Le membrane del nucleo passano nelle membrane del reticolo endoplasmatico e lo spazio perinucleare si apre nel reticolo. Tipicamente, la membrana nucleare ha pori molto stretti. Apparentemente, attraverso di essi vengono trasferite grandi molecole, come l'RNA messaggero, che viene sintetizzato sul DNA e quindi entra nel citoplasma. La parte principale del materiale genetico si trova nei cromosomi del nucleo cellulare. I cromosomi sono costituiti da lunghe catene di DNA a doppio filamento, a cui sono attaccate proteine ​​​​basiche (cioè alcaline). A volte i cromosomi hanno diversi filamenti identici di DNA che giacciono uno accanto all'altro - tali cromosomi sono chiamati politeni (multifilamentosi). Il numero di cromosomi in specie diverse non è lo stesso. Le cellule diploidi del corpo umano contengono 46 cromosomi o 23 coppie. In una cellula non in divisione, i cromosomi sono attaccati in uno o più punti alla membrana nucleare. Nel normale stato non spiralizzato, i cromosomi sono così sottili da non essere visibili al microscopio ottico. In determinati loci (aree) di uno o più cromosomi si forma un corpo denso presente nei nuclei della maggior parte delle cellule - il cosiddetto. nucleolo. Nel nucleolo, l'RNA viene sintetizzato e accumulato, che viene utilizzato per costruire i ribosomi, così come alcuni altri tipi di RNA.

Lisosomi

I lisosomi sono piccole vescicole circondate da un'unica membrana. Germogliano dall'apparato di Golgi e possibilmente dal reticolo endoplasmatico. I lisosomi contengono una varietà di enzimi che scompongono grandi molecole, in particolare le proteine. A causa della loro azione distruttiva, questi enzimi sono, per così dire, "bloccati" nei lisosomi e vengono rilasciati solo se necessario. Quindi, durante la digestione intracellulare, gli enzimi vengono rilasciati dai lisosomi nei vacuoli digestivi. I lisosomi sono necessari anche per la distruzione cellulare; ad esempio, durante la trasformazione di un girino in una rana adulta, il rilascio di enzimi lisosomiali assicura la distruzione delle cellule della coda. In questo caso, questo è normale e benefico per il corpo, ma a volte tale distruzione cellulare è patologica. Ad esempio, quando la polvere di amianto viene inalata, può entrare nelle cellule dei polmoni, quindi i lisosomi si rompono, le cellule vengono distrutte e si sviluppa una malattia polmonare.

citoscheletro

Gli elementi del citoscheletro includono strutture fibrillari proteiche situate nel citoplasma della cellula: microtubuli, actina e filamenti intermedi. I microtubuli prendono parte al trasporto degli organelli, fanno parte dei flagelli e il fuso mitotico è costruito dai microtubuli. I filamenti di actina sono essenziali per mantenere la forma cellulare, reazioni pseudopodiali. Anche il ruolo dei filamenti intermedi sembra essere quello di mantenere la struttura della cellula. Le proteine ​​del citoscheletro costituiscono diverse decine di percento della massa della proteina cellulare.

Centrioli

I centrioli sono strutture proteiche cilindriche situate vicino al nucleo delle cellule animali (le piante non hanno centrioli). Il centriolo è un cilindro superficie laterale che è formato da nove gruppi di microtubuli. Il numero di microtubuli in un insieme può variare per diversi organismi da 1 a 3. Attorno ai centrioli si trova il cosiddetto centro di organizzazione del citoscheletro, l'area in cui sono raggruppate le estremità negative dei microtubuli della cellula. Prima di dividersi, la cellula contiene due centrioli situati ad angolo retto tra loro. Durante la mitosi, divergono a diverse estremità della cellula, formando i poli del fuso di divisione. Dopo la citocinesi, ogni cellula figlia riceve un centriolo, che raddoppia per la divisione successiva. Il raddoppio dei centrioli avviene non per divisione, ma per sintesi di una nuova struttura perpendicolare a quella esistente. I centrioli sembrano essere omologhi ai corpi basali dei flagelli e delle ciglia.

Mitocondri

I mitocondri sono organelli cellulari speciali la cui funzione principale è la sintesi di ATP, un vettore energetico universale. Anche la respirazione (assorbimento di ossigeno e rilascio di anidride carbonica) avviene a causa dei sistemi enzimatici dei mitocondri. Il lume interno dei mitocondri, chiamato matrice, è separato dal citoplasma da due membrane, esterna ed interna, tra le quali vi è uno spazio intermembrana. La membrana interna dei mitocondri forma pieghe, le cosiddette creste. La matrice contiene vari enzimi coinvolti nella respirazione e nella sintesi di ATP. Il potenziale di idrogeno della membrana mitocondriale interna è di fondamentale importanza per la sintesi di ATP. I mitocondri hanno il proprio genoma del DNA e ribosomi procariotici, che indica certamente l'origine simbiotica di questi organelli. Non tutte le proteine ​​mitocondriali sono codificate nel DNA mitocondriale, la maggior parte dei geni delle proteine ​​mitocondriali si trova nel genoma nucleare e i loro prodotti corrispondenti sono sintetizzati nel citoplasma e quindi trasportati nei mitocondri. I genomi mitocondriali variano in dimensioni: ad esempio, il genoma mitocondriale umano contiene solo 13 geni. Il maggior numero di geni mitocondriali (97) degli organismi studiati si trova nel protozoo Reclinomonas americana.

La composizione chimica della cellula

Di solito il 70-80% della massa cellulare è acqua, in cui sono disciolti vari sali e sostanze a basso peso molecolare. composti organici. I componenti più caratteristici di una cellula sono le proteine ​​e gli acidi nucleici. Alcune proteine ​​sono componenti strutturali della cellula, altre sono enzimi, cioè catalizzatori che determinano la velocità e la direzione delle reazioni chimiche che si verificano nelle cellule. Gli acidi nucleici fungono da portatori di informazioni ereditarie, che si realizzano nel processo di sintesi proteica intracellulare. Le cellule contengono spesso una certa quantità di sostanze di riserva che fungono da riserva alimentare. Le cellule vegetali immagazzinano principalmente l'amido, la forma polimerica dei carboidrati. Nelle cellule del fegato e dei muscoli viene immagazzinato un altro polimero di carboidrati, il glicogeno. Anche il grasso è tra gli alimenti comunemente immagazzinati, sebbene alcuni grassi svolgano una funzione diversa, ovvero fungono da componenti strutturali più importanti. Le proteine ​​​​nelle cellule (ad eccezione delle cellule seme) di solito non vengono immagazzinate. Non è possibile descrivere la composizione tipica di una cellula, principalmente perché ci sono grandi differenze nella quantità di cibo e acqua immagazzinati. Le cellule del fegato contengono, ad esempio, il 70% di acqua, il 17% di proteine, il 5% di grassi, il 2% di carboidrati e lo 0,1% di acidi nucleici; il restante 6% sono sali e composti organici a basso peso molecolare, in particolare amminoacidi. Le cellule vegetali di solito contengono meno proteine, molti più carboidrati e un po' più di acqua; l'eccezione sono le cellule che si trovano in uno stato di riposo. Una cellula di riposo di un chicco di grano, che è una fonte di nutrimento per l'embrione, contiene ca. 12% di proteine ​​(principalmente proteine ​​immagazzinate), 2% di grassi e 72% di carboidrati. La quantità di acqua raggiunge un livello normale (70-80%) solo all'inizio della germinazione del grano.

Metodi di studio della cellula

microscopio ottico.

Nello studio della forma e della struttura delle cellule, il primo strumento fu il microscopio ottico. La sua risoluzione è limitata da dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda della luce (0,4-0,7 micron per luce visibile). Tuttavia, molti elementi della struttura cellulare sono di dimensioni molto inferiori. Un'altra difficoltà è che la maggior parte dei componenti cellulari sono trasparenti e il loro indice di rifrazione è quasi uguale a quello dell'acqua. Per migliorare la visibilità, vengono spesso utilizzati coloranti che hanno affinità diverse per i diversi componenti cellulari. La colorazione viene utilizzata anche per studiare la chimica della cellula. Ad esempio, alcuni coloranti si legano prevalentemente agli acidi nucleici e quindi rivelano la loro localizzazione nella cellula. Una piccola parte dei coloranti - sono detti intravitali - può essere utilizzata per colorare cellule viventi, ma solitamente le cellule devono essere prefissate (utilizzando sostanze che coagulano la proteina) e solo successivamente possono essere colorate. Prima del test, le cellule oi pezzi di tessuto vengono solitamente incorporati in paraffina o plastica e quindi tagliati in sezioni molto sottili utilizzando un microtomo. Questo metodo è ampiamente utilizzato nei laboratori clinici per rilevare le cellule tumorali. Oltre alla microscopia ottica convenzionale, altro metodi ottici studi cellulari: microscopia a fluorescenza, microscopia a contrasto di fase, spettroscopia e analisi di diffrazione di raggi X.

Microscopio elettronico.

Il microscopio elettronico ha una risoluzione di ca. 1-2nm. Questo è sufficiente per lo studio di grandi molecole proteiche. Di solito è necessario macchiare e contrastare l'oggetto con sali metallici o metalli. Per questo motivo, e anche perché gli oggetti vengono esaminati nel vuoto, solo le cellule morte possono essere studiate con un microscopio elettronico.

Se al mezzo viene aggiunto un isotopo radioattivo assorbito dalle cellule durante il metabolismo, la sua localizzazione intracellulare può essere rilevata mediante autoradiografia. In questo metodo, sezioni sottili di cellule vengono posizionate su pellicola. Il film si oscura sotto quei luoghi dove ci sono isotopi radioattivi.

centrifugazione.

Per lo studio biochimico dei componenti cellulari, le cellule devono essere distrutte - meccanicamente, chimicamente o mediante ultrasuoni. I componenti rilasciati sono sospesi nel liquido e possono essere isolati e purificati mediante centrifugazione (il più delle volte in un gradiente di densità). Tipicamente, tali componenti purificati mantengono un'elevata attività biochimica.

colture cellulari.

Alcuni tessuti possono essere divisi in singole cellule in modo tale che le cellule rimangano vive e spesso siano in grado di riprodursi. Questo fatto conferma finalmente l'idea di una cellula come unità di vita. Una spugna, un primitivo organismo multicellulare, può essere divisa in cellule strofinandola con un setaccio. Dopo un po', queste cellule si ricombinano e formano una spugna. I tessuti embrionali animali possono essere fatti dissociare usando enzimi o altri mezzi che indeboliscono i legami tra le cellule. L'embriologo americano R. Harrison (1879-1959) fu il primo a dimostrare che le cellule embrionali e anche alcune cellule mature possono crescere e moltiplicarsi al di fuori del corpo in un ambiente adatto. Questa tecnica, chiamata coltura cellulare, fu messa a punto dal biologo francese A. Carrel (1873-1959). Le cellule vegetali possono anche essere coltivate in coltura, ma rispetto alle cellule animali, formano ammassi più grandi e sono più fortemente attaccate l'una all'altra, quindi il tessuto si forma durante la crescita della coltura, piuttosto che le singole cellule. Nella coltura cellulare, un'intera pianta adulta, come una carota, può essere coltivata da una singola cellula.

Microchirurgia.

Con l'aiuto di un micromanipolatore, singole parti della cellula possono essere rimosse, aggiunte o modificate in qualche modo. Una grande cellula di ameba può essere divisa in tre componenti principali: la membrana cellulare, il citoplasma e il nucleo, quindi questi componenti possono essere riassemblati e si ottiene una cellula vivente. In questo modo si possono ottenere cellule artificiali, costituite da componenti di diversi tipi di amebe. Considerando che è possibile sintetizzare artificialmente alcuni componenti cellulari, gli esperimenti sull'assemblaggio di cellule artificiali possono essere il primo passo verso la creazione di nuove forme di vita in laboratorio. Poiché ogni organismo si sviluppa da una singola cellula, il metodo per ottenere cellule artificiali consente in linea di principio la costruzione di organismi di un determinato tipo, se allo stesso tempo si utilizzano componenti leggermente diversi da quelli che si trovano nelle cellule attualmente esistenti. In realtà, tuttavia, non è richiesta la sintesi completa di tutti i componenti cellulari. La struttura della maggior parte, se non di tutti, i componenti di una cellula è determinata dagli acidi nucleici. Pertanto, il problema della creazione di nuovi organismi si riduce alla sintesi di nuovi tipi di acidi nucleici e alla loro sostituzione degli acidi nucleici naturali in alcune cellule.

fusione cellulare.

Un altro tipo di cellule artificiali può essere ottenuto mediante fusione di cellule dello stesso tipo o di tipi diversi. Per ottenere la fusione, le cellule sono esposte agli enzimi virali; in questo caso, le superfici esterne di due cellule si uniscono e la membrana tra di esse collassa e si forma una cellula in cui due gruppi di cromosomi sono racchiusi in un nucleo. Le cellule possono essere drenate tipi diversi o in diverse fasi di divisione. Utilizzando questo metodo, è stato possibile ottenere cellule ibride di topo e pollo, uomo e topo, uomo e rospo. Tali cellule sono ibride solo inizialmente e dopo numerose divisioni cellulari perdono la maggior parte dei cromosomi dell'uno o dell'altro tipo. Prodotto finale diventa, ad esempio, essenzialmente una cellula di topo, dove i geni umani sono assenti o presenti solo in piccole quantità. Di particolare interesse è la fusione di cellule normali e maligne. In alcuni casi gli ibridi diventano maligni, in altri no; entrambe le proprietà possono apparire sia come dominanti che come recessive. Questo risultato non è inaspettato, poiché la malignità può essere causata da vari fattori e ha un meccanismo complesso.

Struttura cellulare

Il corpo umano, come qualsiasi altro organismo vivente, è costituito da cellule. Svolgono uno dei ruoli principali nel nostro corpo. Con l'aiuto delle cellule si verificano crescita, sviluppo e riproduzione.

Ricordiamo ora la definizione di quella che di solito viene chiamata cellula in biologia.

Una cellula è un'unità così elementare che è coinvolta nella struttura e nel funzionamento di tutti gli organismi viventi, ad eccezione dei virus. Ha un proprio metabolismo ed è in grado non solo di esistere in modo indipendente, ma anche di svilupparsi e riprodursi. In breve, possiamo concludere che la cellula è il materiale da costruzione più importante e necessario per qualsiasi organismo.

Ovviamente, ad occhio nudo, è improbabile che tu riesca a vedere la gabbia. Ma con l'aiuto moderne tecnologie una persona ha una grande opportunità non solo di esaminare la cellula stessa al microscopio ottico o elettronico, ma anche di studiarne la struttura, isolare e coltivare i suoi singoli tessuti e persino decodificare l'informazione cellulare genetica.

E ora, con l'aiuto di questa figura, consideriamo visivamente la struttura della cella:

Struttura cellulare

Ma è interessante notare che non tutte le cellule hanno la stessa struttura. C'è una certa differenza tra le cellule di un organismo vivente e le cellule delle piante. Infatti, nelle cellule vegetali ci sono plastidi, una membrana e vacuoli con linfa cellulare. Nell'immagine puoi vedere la struttura cellulare di animali e piante e vedere la differenza tra loro:

Per ulteriori informazioni sulla struttura delle cellule vegetali e animali, imparerai guardando il video

Come puoi vedere, le cellule, sebbene abbiano dimensioni microscopiche, ma la loro struttura è piuttosto complessa. Pertanto, passeremo ora a uno studio più dettagliato della struttura della cellula.

Membrana plasmatica di una cellula

Per dare forma e separare la cellula dal suo genere, attorno alla cellula umana viene posta una membrana.

Poiché la membrana ha la capacità di far passare parzialmente le sostanze attraverso se stessa, per questo motivo le sostanze necessarie entrano nella cellula e da essa vengono rimossi i prodotti di scarto.

Convenzionalmente, possiamo dire che la membrana cellulare è un film ultramicroscopico, costituito da due strati monomolecolari di proteine ​​e uno strato bimolecolare di lipidi, che si trova tra questi strati.

Da ciò possiamo concludere che la membrana cellulare svolge un ruolo importante nella sua struttura, in quanto svolge una serie di funzioni specifiche. Svolge una funzione protettiva, di barriera e di collegamento tra le altre cellule e di comunicazione con l'ambiente.

E ora diamo un'occhiata a una struttura più dettagliata della membrana nella figura:

Citoplasma

Il componente successivo dell'ambiente interno della cellula è il citoplasma. È una sostanza semiliquida in cui altre sostanze si muovono e si dissolvono. Il citoplasma è costituito da proteine ​​e acqua.

All'interno della cellula c'è un movimento costante del citoplasma, che si chiama ciclosi. La ciclosi è circolare o reticolare.

Inoltre, il citoplasma collega diverse parti della cellula. In questo ambiente si trovano gli organelli della cellula.

Gli organelli sono permanenti strutture cellulari con determinate caratteristiche.

Tali organelli includono strutture come la matrice citoplasmatica, il reticolo endoplasmatico, i ribosomi, i mitocondri, ecc.

Ora proveremo a dare un'occhiata più da vicino a questi organelli e scoprire quali funzioni svolgono.

Citoplasma

matrice citoplasmatica

Una delle parti principali della cellula è la matrice citoplasmatica. Grazie ad esso, nella cellula avvengono processi di biosintesi e i suoi componenti contengono enzimi che producono energia.

matrice citoplasmatica

Reticolo endoplasmatico

All'interno, la zona citoplasmatica è costituita da piccoli canali e varie cavità. Questi canali, collegandosi tra loro, formano il reticolo endoplasmatico. Tale rete è eterogenea nella sua struttura e può essere granulare o uniforme.


Reticolo endoplasmatico

nucleo cellulare

La parte più importante, presente in quasi tutte le cellule, è il nucleo cellulare. Le cellule che hanno un nucleo sono chiamate eucarioti. Ogni nucleo cellulare contiene DNA. È la sostanza dell'ereditarietà e in essa sono criptate tutte le proprietà della cellula.

nucleo cellulare

Cromosomi

Se osserviamo la struttura di un cromosoma al microscopio, possiamo vedere che consiste di due cromatidi. Di norma, dopo la divisione nucleare, il cromosoma diventa singolo cromatide. Ma all'inizio della divisione successiva, sul cromosoma appare un altro cromatide.

Cromosomi

Centro cellulare

Revisionando centro cellulare si può vedere che è costituito da centrioli materni e figlie. Ciascuno di questi centrioli è un oggetto cilindrico, le pareti sono formate da nove terzine di tubuli e nel mezzo c'è una sostanza omogenea.

Con l'aiuto di un tale centro cellulare, si verifica la divisione delle cellule animali e vegetali inferiori.

Centro cellulare

Ribosomi

I ribosomi sono organelli universali sia nelle cellule animali che vegetali. La loro funzione principale è la sintesi proteica nel centro funzionale.

Ribosomi

Mitocondri

Anche i mitocondri sono organelli microscopici, ma a differenza dei ribosomi, hanno una struttura a due membrane, in cui la membrana esterna è liscia e quella interna ha escrescenze di varia forma chiamate creste. I mitocondri svolgono il ruolo di centro respiratorio ed energetico

Mitocondri

apparato del Golgi

Ma con l'aiuto dell'apparato di Golgi si verifica l'accumulo e il trasporto di sostanze. Inoltre, grazie a questo apparato, avviene la formazione di lisosomi e la sintesi di lipidi e carboidrati.

Nella struttura, l'apparato di Golgi assomiglia a singoli corpi, che sono a forma di mezzaluna oa forma di bastoncino.

apparato del Golgi

plastidi

Ma i plastidi per cellula vegetale svolgere il ruolo di una centrale elettrica. Tendono a cambiare da una specie all'altra. I plastidi sono divisi in varietà come cloroplasti, cromoplasti, leucoplasti.

plastidi

Lisosomi

Il vacuolo digestivo, che è in grado di dissolvere gli enzimi, è chiamato lisosoma. Sono organelli microscopici a membrana singola con una forma arrotondata. Il loro numero dipende direttamente dalla vitalità della cellula e dalle sue condizioni fisiche.

Nel caso in cui si verifichi la distruzione della membrana del lisosoma, in questo caso la cellula è in grado di digerire se stessa.

Lisosomi

Modi per nutrire la cellula

Ora diamo un'occhiata a come vengono alimentate le cellule:

Come viene alimentata la cellula

Va notato qui che proteine ​​\u200b\u200be polisaccaridi tendono a penetrare nella cellula per fagocitosi, ma gocce liquide - per pinocitosi.

Il metodo di nutrizione delle cellule animali, in cui entrano i nutrienti, è chiamato fagocitosi. E un modo così universale di nutrire qualsiasi cellula, in cui i nutrienti entrano nella cellula già in forma disciolta, è chiamato pinocitosi.

Le cellule sono elementi viventi microscopici che compongono il corpo umano come un edificio in mattoni. Ce ne sono molti: per formare il corpo di un neonato sono necessari circa due trilioni di cellule!

Le cellule sono vari tipi o specie, ad esempio cellule nervose o cellule epatiche, ma ognuna di esse contiene le informazioni necessarie per l'occorrenza e operazione normale corpo umano.

La struttura della cellula umana

La struttura di tutte le cellule del corpo umano è quasi la stessa. Ogni cellula vivente Consiste in un guscio protettivo (si chiama membrana) che circonda una massa gelatinosa: il citoplasma. Piccoli organi o componenti della cellula - organelli - galleggiano nel citoplasma e contengono il "posto di comando" o "centro di controllo" della cellula - il suo nucleo. È nel nucleo che sono contenute le informazioni necessarie al normale funzionamento della cellula e le “istruzioni” su cui si basa il suo lavoro.

divisione cellulare

Ogni secondo il corpo umano si rinnova, milioni di cellule muoiono e vi nascono, sostituendosi a vicenda. Ad esempio, la sostituzione delle vecchie cellule intestinali con quelle nuove avviene al ritmo di un milione al minuto. Ogni nuova cellula nasce dalla divisione di una esistente e questo processo può essere suddiviso in tre fasi:
1. Prima dell'inizio della divisione, la cellula copia le informazioni contenute nel nucleo;
2. Quindi il nucleo cellulare viene diviso in due parti e quindi il citoplasma;
3. Come risultato della divisione, si ottengono due nuove cellule, che sono copie esatte della cellula madre.

Tipi e aspetto delle cellule nel corpo umano

Nonostante la stessa struttura, le cellule umane differiscono per forma e dimensioni, a seconda delle funzioni che svolgono. Utilizzando un microscopio elettronico, gli scienziati hanno scoperto che le cellule possono avere la forma di un parallelepipedo (ad esempio cellule epidermiche), una palla (cellule del sangue), asterischi e persino fili (nervi) e ce ne sono circa 200 tipi.