Savremene eksperimentalne studije su utvrdile da je ćelija najsloženija strukturna i funkcionalna jedinica gotovo svih živih organizama, sa izuzetkom virusa, koji su nećelijski oblici života. Citologija proučava strukturu, kao i vitalnu aktivnost ćelije: disanje, ishranu, reprodukciju, rast. Ovi procesi će biti razmotreni u ovom radu.
Struktura ćelije
Upotrebom svjetlosnog i elektronskog mikroskopa, biolozi su ustanovili da biljne i životinjske ćelije sadrže površinski aparat (supramembranski i submembranski kompleksi), citoplazmu i organele. U životinjskim ćelijama iznad membrane se nalazi glikokaliks, koji sadrži enzime i obezbeđuje prehranu ćeliji izvan citoplazme. U biljnim ćelijama, prokariotima (bakterije i cijanobakterije), kao i gljivama, iznad membrane se formira ćelijski zid koji se sastoji od celuloze, lignina ili mureina.
Jezgro je bitna organelaeukarioti. Sadrži nasljedni materijal - DNK, koji izgleda kao hromozom. Bakterije i cijanobakterije sadrže nukleoid koji djeluje kao nosač deoksiribonukleinske kiseline. Svi oni obavljaju striktno specifične funkcije koje određuju metaboličke ćelijske procese.
Šta mislimo pod ćelijskom ishranom
Vitalne manifestacije ćelije nisu ništa drugo do prenos energije i njena transformacija iz jednog oblika u drugi (prema prvom zakonu termodinamike). Energija koja se nalazi u nutrijentima u latentnom, tj. vezanom stanju, prelazi u molekule ATP-a. Na pitanje šta je ishrana ćelija u biologiji, postoji odgovor koji uzima u obzir sledeće postulate:
- Ćelija, budući da je otvoreni biosistem, zahteva konstantno snabdevanje energijom iz spoljašnje sredine.
- Organske supstance potrebne za ishranu ćelije mogu dobiti na dva načina:
a) iz međućelijskog medija, u obliku gotovih jedinjenja;
b) samostalno sintetiziraju proteine, ugljikohidrate i masti iz ugljičnog dioksida, amonijaka, itd.
Stoga, svi organizmi se dijele na heterotrofne i autotrofne, čije metaboličke karakteristike proučava biokemija.
Metabolizam i energija
Organske supstance koje ulaze u ćeliju prolaze kroz cepanje, usled čega se oslobađa energija u obliku ATP ili NADP-H2 molekula. Cijeli skup reakcija asimilacije i disimilacije je metabolizam. U nastavku ćemo razmotriti faze energetskog metabolizma koje obezbeđuju ishranu heterotrofnih ćelija. Prvo proteini, ugljikohidrati i lipidise razlažu na svoje monomere: aminokiseline, glukozu, glicerol i masne kiseline. Zatim, tokom digestije bez kiseonika, oni prolaze dalje razgradnje (anaerobna probava).
Na ovaj način se hrane intracelularni paraziti: rikecije, klamidija i patogene bakterije, poput klostridija. Jednoćelijske gljive kvasca razlažu glukozu do etilnog alkohola, a bakterije mliječne kiseline do mliječne kiseline. Dakle, glikoliza, alkohol, maslačna, mliječna kisela fermentacija su primjeri ishrane ćelija usled anaerobne digestije u heterotrofima.
Autotrofija i karakteristike metaboličkih procesa
Za organizme koji žive na Zemlji, glavni izvor energije je Sunce. Zahvaljujući njemu, zadovoljene su potrebe stanovnika naše planete. Neki od njih sintetiziraju hranjive tvari zahvaljujući svjetlosnoj energiji, nazivaju se fototrofi. Drugi - uz pomoć energije redoks reakcija nazivaju se kemotrofi. U jednoćelijskim algama, ishrana ćelije, čija je fotografija prikazana u nastavku, vrši se fotosintetički.
Zelene biljke sadrže hlorofil, koji je dio hloroplasta. Ona igra ulogu antene koja hvata kvante svjetlosti. U svijetloj i tamnoj fazi fotosinteze dolazi do enzimskih reakcija (Calvinov ciklus), koje rezultiraju stvaranjem svih organskih tvari koje se koriste za ishranu iz ugljičnog dioksida. Dakle, ćelija, koja se hranizbog upotrebe svjetlosne energije, naziva se autotrofnim ili fototrofnim.
Jednoćelijski organizmi, zvani hemosintetici, koriste energiju oslobođenu kao rezultat hemijskih reakcija za formiranje organskih supstanci, na primer, gvožđe bakterije oksidiraju jedinjenja gvožđa u feri gvožđe, a oslobođena energija ide u sintezu glukoze molekuli.
Dakle, fotosintetički organizmi hvataju svjetlosnu energiju i pretvaraju je u energiju kovalentnih veza mono- i polisaharida. Zatim, duž karika lanaca ishrane, energija se prenosi do ćelija heterotrofnih organizama. Drugim riječima, zahvaljujući fotosintezi, postoje svi strukturni elementi biosfere. Može se reći da ćelija, čija se ishrana odvija na autotrofni način, „hrani“ne samo sebe, već i sve što živi na planeti Zemlji.
Kako heterotrofni organizmi jedu
Ćelija čija ishrana zavisi od unosa organskih materija iz spoljašnje sredine naziva se heterotrofna. Organizmi kao što su gljive, životinje, ljudi i parazitske bakterije razgrađuju ugljikohidrate, proteine i masti koristeći probavne enzime.
Tada ćelije apsorbuju rezultirajuće monomere i koriste ih za izgradnju svojih organela i života. Otopljene hranjive tvari ulaze u ćeliju pinocitozom, dok čvrste čestice hrane ulaze u ćeliju fagocitozom. Heterotrofni organizmi se mogu podijeliti na saprotrofe i parazite. Prvi (na primjer, bakterije u tlu, gljive, neki insekti) se hrane mrtvom organskom tvari, a drugi (patogene bakterije, helminti, parazitske gljive) hrane se ćelijama i tkivima živih organizama.
Miksotrofi, njihova rasprostranjenost u prirodi
Mješoviti tip ishrane u prirodi je prilično rijedak i predstavlja oblik adaptacije (idioadaptacije) na različite faktore okoline. Glavni uslov za miksotrofiju je prisustvo u ćeliji obe organele koje sadrže hlorofil za fotosintezu, i sistem enzima koji razgrađuju gotove nutrijente koji dolaze iz okoline. Na primjer, jednoćelijska životinja Euglena green sadrži hromatofore sa hlorofilom u hijaloplazmi.
Kada je rezervoar u kojem živi euglena dobro osvijetljen, hrani se kao biljka, tj. autotrofno, fotosintezom. Kao rezultat toga, glukoza se sintetizira iz ugljičnog dioksida, koji stanica koristi kao hranu. Euglena se noću hrani heterotrofno, razgrađujući organsku materiju uz pomoć enzima koji se nalaze u probavnim vakuolama. Dakle, naučnici smatraju da je miksotrofna ishrana ćelije dokaz jedinstva porekla biljaka i životinja.
Rast ćelije i njegov odnos sa trofizmom
Povećanje dužine, mase, zapremine celog organizma i njegovih pojedinačnih organa i tkiva naziva se rast. Nemoguće je bez stalne opskrbe stanica hranjivim tvarima, koje služe kao građevinski materijal. Da biste dobili odgovor na pitanje kako stanica raste, čija prehranajavlja se autotrofno, potrebno je razjasniti da li se radi o samostalnom organizmu ili je dio višećelijske jedinke kao strukturne jedinice. U prvom slučaju, rast će se odvijati tokom međufaze ćelijskog ciklusa. U njemu se intenzivno odvijaju procesi plastične razmjene. Ishrana heterotrofnih organizama je u korelaciji sa prisustvom hrane koja dolazi iz spoljašnje sredine. Rast višećelijskog organizma nastaje zbog aktivacije biosinteze u obrazovnim tkivima, kao i prevlasti anaboličkih reakcija nad procesima katabolizma.
Uloga kiseonika u ishrani heterotrofnih ćelija
Aerobni organizmi: Neke bakterije, gljive, životinje i ljudi koriste kiseonik da potpuno razgrade nutrijente poput glukoze u ugljen dioksid i vodu (Krebsov ciklus). Javlja se u matriksu mitohondrija koji sadrži enzimski sistem H + -ATP-aze, koji sintetiše ATP molekule iz ADP. U prokariotskim organizmima kao što su aerobne bakterije i cijanobakterije, korak disimilacije kiseonika se dešava na plazma membrani ćelija.
Specifična ishrana gameta
U molekularnoj biologiji i citologiji, ishrana ćelije može se ukratko opisati kao proces ulaska nutrijenata u nju, njihovog cijepanja i sinteze određenog dijela energije u obliku ATP molekula. Trofizam gameta: jajašca i spermatozoida ima neke karakteristike povezane s visokom specifičnošću njihovih funkcija. Ovo se posebno odnosi na žensku zametnu ćeliju, koja je prisiljena da akumulira veliku količinu hranljivih materija, uglavnom u oblikužumanjak.
Nakon oplodnje, ona će ih koristiti da zgnječi i formira embrion. Spermatozoidi u procesu sazrijevanja (spermatogeneze) primaju organske tvari iz Sertolijevih stanica koje se nalaze u sjemenim tubulima. Dakle, oba tipa gameta imaju visok nivo metabolizma, što je moguće zahvaljujući aktivnom ćelijskom trofizmu.
Uloga mineralne ishrane
Metabolički procesi su nemogući bez priliva kationa i anjona koji su dio mineralnih soli. Na primjer, joni magnezija su neophodni za fotosintezu, joni kalija i kalcija neophodni su za rad mitohondrijskih enzimskih sistema, a prisustvo natrijumovih jona, kao i karbonatnih anjona, neophodno je za održavanje puferskih svojstava hijaloplazme. Otopine mineralnih soli ulaze u ćeliju pinocitozom ili difuzijom kroz ćelijsku membranu. Mineralna ishrana je svojstvena i autotrofnim i heterotrofnim ćelijama.
Rezimirajući, uvjereni smo da je značaj ishrane stanica zaista veliki, jer ovaj proces dovodi do stvaranja građevnog materijala (ugljikohidrata, proteina i masti) iz ugljičnog dioksida u autotrofnim organizmima. Heterotrofne stanice se hrane organskim tvarima koje nastaju kao rezultat vitalne aktivnosti autotrofa. Primljenu energiju koriste za reprodukciju, rast, kretanje i druge životne procese.
