Moderne eksperimentelle studier har fastslått at cellen er den mest komplekse strukturelle og funksjonelle enheten av nesten alle levende organismer, med unntak av virus, som er ikke-cellulære livsformer. Cytologi studerer strukturen, så vel som den vitale aktiviteten til cellen: respirasjon, ernæring, reproduksjon, vekst. Disse prosessene vil bli vurdert i denne artikkelen.
Cellestruktur
Ved å bruke et lys- og elektronmikroskop har biologer slått fast at plante- og dyreceller inneholder et overflateapparat (supramembran- og submembrankomplekser), cytoplasma og organeller. I dyreceller ligger en glykokalyx over membranen, som inneholder enzymer og gir næring til cellen utenfor cytoplasmaet. I planteceller, prokaryoter (bakterier og cyanobakterier), samt sopp, dannes en cellevegg over membranen, som består av cellulose, lignin eller murein.
Kjernen er en essensiell organelleukaryoter. Den inneholder arvestoff - DNA, som ser ut som kromosomer. Bakterier og cyanobakterier inneholder en nukleoid som fungerer som en bærer av deoksyribonukleinsyre. Alle av dem utfører strengt spesifikke funksjoner som bestemmer de metabolske cellulære prosessene.
Hva mener vi med cellulær ernæring
De vitale manifestasjonene til en celle er ikke annet enn overføring av energi og dens transformasjon fra en form til en annen (i henhold til termodynamikkens første lov). Energien som finnes i næringsstoffer i en latent, dvs. bundet tilstand, går over i ATP-molekyler. På spørsmålet om hva som er celleernæring i biologi, er det et svar som tar hensyn til følgende postulater:
- Cellen, som er et åpent biosystem, krever konstant tilførsel av energi fra det ytre miljø.
- Organiske stoffer som trengs for ernæring, kan cellen få i seg på to måter:
a) fra det intercellulære mediet, i form av ferdige forbindelser;
b) uavhengig syntetisering av proteiner, karbohydrater og fett fra karbondioksid, ammoniakk osv.
Derfor er alle organismer delt inn i heterotrofe og autotrofe, hvis metabolske egenskaper studeres av biokjemi.
metabolisme og energi
Organiske stoffer som kommer inn i cellen gjennomgår sp altning, som et resultat av at energi frigjøres i form av ATP- eller NADP-H2-molekyler. Hele settet med assimilerings- og dissimileringsreaksjoner er metabolisme. Nedenfor vil vi vurdere stadiene av energimetabolisme som gir næring til heterotrofe celler. Først proteiner, karbohydrater og lipiderbrytes ned til deres monomerer: aminosyrer, glukose, glyserol og fettsyrer. Deretter, under oksygenfri fordøyelse, gjennomgår de ytterligere nedbrytning (anaerob fordøyelse).
På denne måten mates intracellulære parasitter: rickettsia, klamydia og patogene bakterier, som clostridium. Encellede gjærsopp bryter ned glukose til etylalkohol, melkesyrebakterier til melkesyre. Således er glykolyse, alkohol, smør, melkesyregjæring eksempler på cellenæring på grunn av anaerob fordøyelse i heterotrofer.
Autotrofi og funksjoner ved metabolske prosesser
For organismer som lever på jorden er sola den viktigste energikilden. Takket være ham blir behovene til innbyggerne på planeten vår møtt. Noen av dem syntetiserer næringsstoffer på grunn av lysenergi, de kalles fototrofer. Andre - ved hjelp av energien til redoksreaksjoner kalles de kjemotrofer. Hos encellede alger utføres ernæringen til cellen, hvis bilde er presentert nedenfor, fotosyntetisk.
Grønne planter inneholder klorofyll, som er en del av kloroplaster. Den spiller rollen som en antenne som fanger opp lyskvanter. I de lyse og mørke fasene av fotosyntesen oppstår enzymatiske reaksjoner (Calvin-syklusen), som resulterer i dannelse av alle organiske stoffer som brukes til ernæring fra karbondioksid. Derfor er cellen, som får næringpå grunn av bruk av lysenergi, kalles autotrofisk eller fototrofisk.
Encellede organismer, k alt kjemosyntetika, bruker energien som frigjøres som følge av kjemiske reaksjoner til å danne organiske stoffer, for eksempel oksiderer jernbakterier jernholdige forbindelser til jern(III) og den frigjorte energien går til syntese av glukose molekyler.
Dermed fanger fotosyntetiske organismer lysenergi og konverterer den til energien til kovalente bindinger av mono- og polysakkarider. Deretter, langs leddene i næringskjedene, overføres energi til cellene til heterotrofe organismer. Med andre ord, takket være fotosyntesen, eksisterer alle de strukturelle elementene i biosfæren. Det kan sies at en celle, hvis ernæring skjer på en autotrofisk måte, "mater" ikke bare seg selv, men også alt som lever på planeten Jorden.
Hvordan heterotrofe organismer spiser
En celle hvis ernæring er avhengig av inntak av organiske stoffer fra det ytre miljø, kalles heterotrof. Organismer som sopp, dyr, mennesker og parasittiske bakterier bryter ned karbohydrater, proteiner og fett ved å bruke fordøyelsesenzymer.
Så blir de resulterende monomerene absorbert av cellen og brukt av den til å bygge organeller og liv. Oppløste næringsstoffer kommer inn i cellen ved pinocytose, mens faste matpartikler kommer inn i cellen ved fagocytose. Heterotrofe organismer kan deles inn i saprotrofer og parasitter. De førstnevnte (for eksempel jordbakterier, sopp, noen insekter) lever av dødt organisk materiale, sistnevnte (patogene bakterier, helminths, parasittiske sopp) lever av celler og vev fra levende organismer.
Mixotrophs, deres utbredelse i naturen
Blandet type ernæring i naturen er ganske sjelden og er en form for tilpasning (idioadaptasjon) til ulike miljøfaktorer. Hovedbetingelsen for mixotrofi er tilstedeværelsen i cellen av begge organeller som inneholder klorofyll for fotosyntese, og et system av enzymer som bryter ned ferdige næringsstoffer som kommer fra miljøet. For eksempel inneholder det encellede dyret Euglena green kromatoforer med klorofyll i hyaloplasmaet.
Når reservoaret som Euglena lever i er godt opplyst, lever det som en plante, dvs. autotrofisk, gjennom fotosyntese. Som et resultat syntetiseres glukose fra karbondioksid, som cellen bruker som mat. Euglena spiser heterotrofiskt om natten, og bryter ned organisk materiale ved hjelp av enzymer som ligger i fordøyelsesvakuolene. Forskere anser derfor den mixotrofiske ernæringen til cellen som bevis på enheten i opprinnelsen til planter og dyr.
Cellevekst og dens forhold til trofisme
En økning i lengden, massen, volumet av både hele organismen og dens individuelle organer og vev kalles vekst. Det er umulig uten en konstant tilførsel av næringsstoffer til cellene, som tjener som byggemateriale. For å få svar på spørsmålet om hvordan en celle vokser, hvis ernæringskjer autotrofisk, er det nødvendig å avklare om det er en uavhengig organisme eller om det er en del av et flercellet individ som en strukturell enhet. I det første tilfellet vil veksten bli utført under cellesyklusens interfase. Prosessene med plastutveksling foregår intensivt i den. Ernæringen til heterotrofe organismer er korrelert med tilstedeværelsen av mat som kommer fra det ytre miljøet. Veksten av en flercellet organisme skjer på grunn av aktivering av biosyntese i utdanningsvev, samt overvekt av anabole reaksjoner over katabolismeprosesser.
Rollen til oksygen i ernæringen av heterotrofe celler
Aerobe organismer: Noen bakterier, sopp, dyr og mennesker bruker oksygen for å fullstendig bryte ned næringsstoffer som glukose til karbondioksid og vann (Krebs-syklusen). Det forekommer i matrisen til mitokondrier som inneholder det enzymatiske systemet H + -ATP-ase, som syntetiserer ATP-molekyler fra ADP. I prokaryote organismer som aerobe bakterier og cyanobakterier, skjer oksygendissimileringstrinnet ved plasmamembranen til cellene.
Spesifikk ernæring av kjønnsceller
I molekylærbiologi og cytologi kan celleernæring kort beskrives som prosessen med næringsstoffer som kommer inn i den, sp altning og syntese av en viss del av energien i form av ATP-molekyler. Trofismen til kjønnsceller: egg og sædceller har noen funksjoner knyttet til den høye spesifisiteten til funksjonene deres. Dette gjelder spesielt den kvinnelige kjønnscellen, som er tvunget til å samle opp en stor tilførsel av næringsstoffer, hovedsakelig i form aveggeplomme.
Etter befruktning vil hun bruke dem til å knuse og danne et embryo. Spermatozoer i ferd med modning (spermatogenese) mottar organiske stoffer fra Sertoli-celler som ligger i sædrørene. Dermed har begge typer gameter et høyt nivå av metabolisme, noe som er mulig på grunn av aktiv cellulær trofisme.
Rollen til mineralernæring
Metabolske prosesser er umulige uten tilstrømningen av kationer og anioner som er en del av minerals alter. For eksempel er magnesiumioner nødvendige for fotosyntese, kalium- og kalsiumioner er nødvendige for driften av mitokondrielle enzymsystemer, og tilstedeværelsen av natriumioner, så vel som karbonatanioner, er nødvendig for å opprettholde bufferegenskapene til hyaloplasma. Oppløsninger av minerals alter kommer inn i cellen ved pinocytose eller diffusjon gjennom cellemembranen. Mineralernæring er iboende i både autotrofe og heterotrofe celler.
Opsummert er vi overbevist om at betydningen av celleernæring er virkelig stor, siden denne prosessen fører til dannelse av byggematerialer (karbohydrater, proteiner og fett) fra karbondioksid i autotrofe organismer. Heterotrofe celler lever av organiske stoffer dannet som et resultat av den vitale aktiviteten til autotrofer. De bruker den mottatte energien til reproduksjon, vekst, bevegelse og andre livsprosesser.
