Moderna experimentella studier har fastställt att cellen är den mest komplexa strukturella och funktionella enheten av nästan alla levande organismer, med undantag för virus, som är icke-cellulära livsformer. Cytologi studerar strukturen, såväl som cellens vitala aktivitet: andning, näring, reproduktion, tillväxt. Dessa processer kommer att behandlas i detta dokument.
Cellstruktur
Genom att använda ett ljus- och elektronmikroskop har biologer fastställt att växt- och djurceller innehåller en ytapparat (supramembran- och submembrankomplex), cytoplasma och organeller. I djurceller finns en glykokalyx ovanför membranet, som innehåller enzymer och ger näring till cellen utanför cytoplasman. I växtceller, prokaryoter (bakterier och cyanobakterier), samt svampar, bildas en cellvägg ovanför membranet, som består av cellulosa, lignin eller murein.
Kärnan är en viktig organelleukaryoter. Den innehåller ärftligt material - DNA, som ser ut som kromosomer. Bakterier och cyanobakterier innehåller en nukleoid som fungerar som en bärare av deoxiribonukleinsyra. Alla av dem utför strikt specifika funktioner som bestämmer de metaboliska cellulära processerna.
Vad menar vi med cellulär näring
En cells vitala manifestationer är inget annat än överföringen av energi och dess omvandling från en form till en annan (enligt termodynamikens första lag). Energin som finns i näringsämnen i ett latent, d.v.s. bundet tillstånd, passerar in i ATP-molekyler. På frågan om vad som är cellnäring inom biologi finns ett svar som tar hänsyn till följande postulat:
- Cellen, som är ett öppet biosystem, kräver en konstant tillförsel av energi från den yttre miljön.
- Ekologiska ämnen som behövs för näring, cellen kan få i sig på två sätt:
a) från det intercellulära mediet, i form av färdiga föreningar;
b) självständigt syntetisera proteiner, kolhydrater och fetter från koldioxid, ammoniak, etc.
Därför delas alla organismer in i heterotrofa och autotrofa, vars metabola egenskaper studeras av biokemi.
Metabolism och energi
Organiska ämnen som kommer in i cellen spjälkas, vilket gör att energi frigörs i form av ATP- eller NADP-H2-molekyler. Hela uppsättningen av assimilerings- och dissimileringsreaktioner är metabolism. Nedan kommer vi att överväga de stadier av energimetabolism som ger näring till heterotrofa celler. Först proteiner, kolhydrater och lipiderbryts ner till sina monomerer: aminosyror, glukos, glycerol och fettsyror. Sedan, under syrefri rötning, genomgår de ytterligare nedbrytning (anaerob rötning).
På detta sätt matas intracellulära parasiter: rickettsia, klamydia och patogena bakterier, som clostridium. Encelliga jästsvampar bryter ner glukos till etylalkohol, mjölksyrabakterier till mjölksyra. Således är glykolys, alkohol, smörsyra, mjölksyrajäsning exempel på cellnäring på grund av anaerob nedbrytning i heterotrofer.
Autotrofi och egenskaper hos metaboliska processer
För organismer som lever på jorden är den huvudsakliga energikällan solen. Tack vare honom tillgodoses behoven hos invånarna på vår planet. Vissa av dem syntetiserar näringsämnen på grund av ljusenergi, de kallas fototrofer. Andra - med hjälp av energin från redoxreaktioner kallas de för kemotrofer. Hos encelliga alger sker näringen av cellen, vars foto presenteras nedan, fotosyntetiskt.
Gröna växter innehåller klorofyll, som är en del av kloroplaster. Den spelar rollen som en antenn som fångar ljuskvanta. I fotosyntesens ljusa och mörka faser inträffar enzymatiska reaktioner (Calvincykeln), som resulterar i att alla organiska ämnen som används för näring bildas från koldioxid. Därför cellen, som får näringpå grund av användningen av ljusenergi, kallas autotrofisk eller fototrofisk.
Encelliga organismer, kallade kemosyntetika, använder energin som frigörs som ett resultat av kemiska reaktioner för att bilda organiska ämnen, till exempel oxiderar järnbakterier järnföreningar till järn(III) och den frigjorda energin går till syntesen av glukos molekyler.
Således fångar fotosyntetiska organismer ljusenergi och omvandlar den till energin av kovalenta bindningar av mono- och polysackarider. Sedan, längs länkarna i näringskedjorna, överförs energi till cellerna i heterotrofa organismer. Med andra ord, tack vare fotosyntesen existerar alla strukturella element i biosfären. Man kan säga att en cell, vars näring sker på ett autotrofiskt sätt, "matar" inte bara sig själv, utan också allt som lever på planeten jorden.
Hur heterotrofa organismer äter
En cell vars näring beror på intag av organiska ämnen från den yttre miljön kallas heterotrof. Organismer som svampar, djur, människor och parasitbakterier bryter ner kolhydrater, proteiner och fetter med matsmältningsenzymer.
Då absorberas de resulterande monomererna av cellen och används av den för att bygga upp sina organeller och liv. Upplösta näringsämnen kommer in i cellen genom pinocytos, medan fasta födopartiklar kommer in i cellen genom fagocytos. Heterotrofa organismer kan delas in i saprotrofer och parasiter. De förra (till exempel jordbakterier, svampar, vissa insekter) livnär sig på dött organiskt material, de senare (patogena bakterier, helminter, parasitsvampar) livnär sig på celler och vävnader från levande organismer.
Mixotrofer, deras utbredning i naturen
Blandad typ av näring i naturen är ganska sällsynt och är en form av anpassning (idioadaptation) till olika miljöfaktorer. Huvudvillkoret för mixotrofi är närvaron i cellen av båda organeller som innehåller klorofyll för fotosyntes, och ett system av enzymer som bryter ner färdiga näringsämnen som kommer från miljön. Till exempel innehåller det encelliga djuret Euglena green kromatoforer med klorofyll i hyaloplasman.
När reservoaren som Euglena lever i är väl upplyst, matar den som en växt, d.v.s. autotrofiskt, genom fotosyntes. Som ett resultat syntetiseras glukos från koldioxid, som cellen använder som föda. Euglena äter heterotrofiskt på natten och bryter ner organiskt material med hjälp av enzymer som finns i matsmältningsvakuolerna. Således anser forskare att cellens mixotrofiska näring är ett bevis på enheten mellan växter och djurs ursprung.
Celltillväxt och dess förhållande till trofism
En ökning av längden, massan, volymen av både hela organismen och dess individuella organ och vävnader kallas tillväxt. Det är omöjligt utan en konstant tillförsel av näringsämnen till cellerna, som fungerar som byggmaterial. För att få svar på frågan om hur en cell växer, vars näringsker autotrofiskt är det nödvändigt att klargöra om det är en självständig organism eller om den ingår i en flercellig individ som en strukturell enhet. I det första fallet kommer tillväxt att utföras under mellanfasen av cellcykeln. Processerna för plastutbyte sker intensivt i den. Näringen av heterotrofa organismer är korrelerad med närvaron av mat som kommer från den yttre miljön. Tillväxten av en flercellig organism sker på grund av aktiveringen av biosyntes i utbildningsvävnader, såväl som övervikten av anabola reaktioner över katabolismprocesser.
Syrets roll i näringen av heterotrofa celler
Aeroba organismer: Vissa bakterier, svampar, djur och människor använder syre för att fullständigt bryta ner näringsämnen som glukos till koldioxid och vatten (Krebs-cykeln). Det förekommer i matrisen av mitokondrier som innehåller det enzymatiska systemet H + -ATP-as, som syntetiserar ATP-molekyler från ADP. Hos prokaryota organismer som aeroba bakterier och cyanobakterier sker syredissimileringssteget vid cellernas plasmamembran.
Specifik näring av könsceller
Inom molekylärbiologi och cytologi kan cellnäring kortfattat beskrivas som processen där näringsämnen kommer in i den, deras splittring och syntesen av en viss del av energin i form av ATP-molekyler. Trofismen hos könsceller: ägg och spermier har vissa egenskaper som är förknippade med den höga specificiteten hos deras funktioner. Det gäller särskilt den kvinnliga könscellen som tvingas samla på sig ett stort utbud av näringsämnen, främst i form aväggula.
Efter befruktningen kommer hon att använda dem för att krossa och bilda ett embryo. Spermatozoer i mognadsprocessen (spermatogenes) får organiska ämnen från Sertoli-celler som finns i seminiferous tubuli. Sålunda har båda typerna av könsceller en hög nivå av metabolism, vilket är möjligt på grund av aktiv cellulär trofism.
Mineralnäringens roll
Metaboliska processer är omöjliga utan inflödet av katjoner och anjoner som ingår i minerals alter. Till exempel är magnesiumjoner nödvändiga för fotosyntes, kalium- och kalciumjoner är nödvändiga för driften av mitokondriella enzymsystem, och närvaron av natriumjoner, såväl som karbonatanjoner, är nödvändig för att bibehålla buffertegenskaperna hos hyaloplasman. Lösningar av minerals alter kommer in i cellen genom pinocytos eller diffusion genom cellmembranet. Mineralnäring är inneboende i både autotrofa och heterotrofa celler.
Sammanfattningsvis är vi övertygade om att vikten av cellnäring verkligen är stor, eftersom denna process leder till bildning av byggmaterial (kolhydrater, proteiner och fetter) från koldioxid i autotrofa organismer. Heterotrofa celler livnär sig på organiska ämnen som bildas som ett resultat av den vitala aktiviteten hos autotrofer. De använder den mottagna energin för reproduktion, tillväxt, rörelse och andra livsprocesser.
