Da cosa è composta una cellula umana: struttura e funzioni. Struttura cellulare: lisosomi, ribosomi, membrana cellulare, citoplasma Da cosa è composta una cellula umana?

28.06.202027.05.2017

Cellula- un'unità elementare di struttura e attività vitale di tutti gli organismi viventi (ad eccezione dei virus, che sono spesso indicati come forme di vita non cellulari), dotata di un proprio metabolismo, capace di esistenza indipendente, autoriproduzione e sviluppo. Tutti gli organismi viventi, come gli animali multicellulari, le piante e i funghi, sono costituiti da molte cellule o, come molti protozoi e batteri, sono organismi unicellulari. La branca della biologia che studia la struttura e il funzionamento delle cellule è chiamata citologia. Recentemente è diventato comune anche parlare di biologia cellulare, o biologia cellulare.

Struttura cellulare Tutte le forme di vita cellulare sulla terra possono essere divise in due superregni in base alla struttura delle cellule che li costituiscono: procarioti (prenucleari) ed eucarioti (nucleari). Le cellule procariotiche hanno una struttura più semplice; apparentemente sono sorte prima nel processo di evoluzione. Le cellule eucariotiche sono più complesse e sono nate più tardi. 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 comuni. Il contenuto vivente della cellula - il protoplasto - è separato dall'ambiente da una membrana plasmatica, o plasmalemma. All'interno della cellula è pieno di citoplasma, in cui si trovano vari organelli e inclusioni cellulari, nonché materiale genetico sotto forma di molecola di DNA. Ciascuno degli organelli cellulari svolge la propria funzione speciale e insieme determinano l'attività vitale della cellula nel suo insieme.

Cellula procariota

Procarioti(dal latino pro - prima, prima e greco κάρῠον - nucleo, noce) - organismi che, a differenza degli eucarioti, non hanno un nucleo cellulare formato e altri organelli della 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 maggior parte del materiale genetico della cellula (il cosiddetto nucleoide), non forma un complesso con le proteine istoniche (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 formato, delimitato dal citoplasma da una membrana nucleare. Il materiale genetico è contenuto in numerose molecole di DNA lineare a doppio filamento (il loro numero per nucleo, a seconda del tipo di organismo, può variare da due a diverse centinaia), attaccate dall'interno alla membrana del nucleo cellulare e formanti nella vasta maggioranza (eccetto i dinoflagellati) un complesso con proteine istoniche chiamato cromatina. Le cellule eucariotiche hanno un sistema di membrane interne che, oltre al nucleo, formano una serie di altri organelli (reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, ecc.). Inoltre, la stragrande maggioranza ha simbionti procarioti intracellulari permanenti: i mitocondri, e anche le alghe e le piante hanno plastidi.

Membrana cellulare La membrana cellulare è una parte molto importante della cellula. Tiene insieme tutti i componenti cellulari e delinea gli ambienti interni ed esterni. Inoltre, le pieghe modificate della membrana cellulare formano molti degli organelli cellulari. La membrana cellulare è un doppio strato di molecole (strato bimolecolare o doppio strato). Si tratta principalmente di molecole di fosfolipidi e altre sostanze ad essi correlate. Le molecole lipidiche hanno una duplice natura, che si manifesta 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, quando miscelati con acqua, i lipidi formano sulla sua superficie una pellicola simile ad una pellicola oleosa; Inoltre, 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, quindi non entrano in contatto con l'acqua. Lo spessore di tale membrana è di ca. 7 miglia nautiche Oltre ai principali componenti lipidici, contiene grandi molecole proteiche che sono in grado di “galleggiare” nel doppio strato lipidico e sono disposte in modo tale che un lato sia rivolto verso l'interno della cellula e l'altro sia in contatto con l'ambiente esterno. Alcune proteine si trovano solo sulla superficie esterna o solo su quella interna della membrana oppure sono immerse solo parzialmente nel doppio strato lipidico.

Principale funzione della membrana cellulare è quello di regolare il trasferimento di sostanze dentro e fuori la cellula. Poiché la membrana è fisicamente in qualche modo simile all'olio, le sostanze solubili nell'olio o nei solventi organici, come l'etere, la attraversano facilmente. Lo stesso vale per gas come ossigeno e anidride carbonica. Allo stesso tempo la membrana è praticamente impermeabile alla maggior parte delle sostanze idrosolubili, in particolare zuccheri e sali. Grazie a queste proprietà è in grado di mantenere all'interno della cellula un ambiente chimico diverso da quello esterno. Ad esempio, nel sangue la concentrazione di ioni sodio è alta e quella di ioni potassio è bassa, mentre nel liquido intracellulare questi ioni sono presenti in rapporto opposto. Una situazione simile è tipica di molti altri composti chimici. È ovvio che 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 nemmeno alle sostanze idrosolubili, e a quelle cosiddette che lo penetrano. Le proteine “che formano canali” creano pori, o canali, che possono aprirsi e chiudersi (a seconda dei cambiamenti nella conformazione delle proteine) e, quando aperti, conducono determinati ioni (Na+, K+, Ca2+) lungo un gradiente di concentrazione. Di conseguenza, la differenza di concentrazione all'interno e all'esterno della cellula non può essere mantenuta esclusivamente a causa della bassa permeabilità della membrana. Contiene infatti proteine che svolgono la funzione di “pompa” molecolare: trasportano determinate sostanze sia dentro che fuori la cellula, lavorando contro un gradiente di concentrazione. Di conseguenza, quando la concentrazione, ad esempio, di aminoacidi all'interno della cellula è alta e bassa all'esterno, gli amminoacidi possono comunque fluire dall'ambiente esterno a quello interno. Questo trasferimento è chiamato trasporto attivo e utilizza l'energia fornita dal metabolismo. Le pompe a membrana sono altamente specifiche: ciascuna di esse è in grado di trasportare solo gli ioni di un determinato metallo, oppure un amminoacido o uno 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 è facile da illustrare con l’esempio delle barbabietole. Se una radice di barbabietola viva viene immersa in acqua fredda, 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. La cellula può “inghiottire” grandi molecole come le proteine. 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 vescicola - 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 “bere la cellula”) o endocitosi. Le particelle più grandi, come le particelle di cibo, possono essere assorbite in modo simile durante il cosiddetto. fagocitosi. Tipicamente, il vacuolo formato durante la fagocitosi è più grande e il cibo viene digerito dagli enzimi lisosomiali all'interno del vacuolo prima che la membrana circostante si rompa. Questo tipo di alimentazione è tipico dei protozoi, come le amebe, che mangiano i batteri. Tuttavia, la capacità di fagocitosi è caratteristica sia delle cellule intestinali degli animali inferiori che 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 altri materiali estranei dannosi per l'organismo. Le funzioni dei vacuoli possono essere diverse. Ad esempio, i protozoi che vivono nell'acqua dolce subiscono un costante afflusso osmotico di acqua, poiché la concentrazione di sali all'interno della cellula è molto più elevata che all'esterno. Sono in grado di secernere acqua in uno speciale vacuolo escretore (contrattile), che periodicamente ne spinge fuori il contenuto. Le cellule vegetali hanno spesso 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, consentendo alla cellula di aumentare rapidamente di dimensioni. Questa capacità è particolarmente necessaria durante il periodo in cui i tessuti vegetali crescono e formano strutture fibrose. Nei tessuti, nei luoghi in cui le cellule sono strettamente collegate, le loro membrane contengono numerosi pori formati da proteine che penetrano nella membrana, le cosiddette. connessioni. I pori delle cellule adiacenti si trovano uno di fronte all'altro, in modo che le sostanze a basso peso molecolare possano passare da una cellula all'altra: questo sistema di comunicazione chimica coordina la loro attività vitale. Un esempio di tale coordinazione è la divisione più o meno sincrona delle cellule vicine osservata in molti tessuti.

Citoplasma

Il citoplasma contiene membrane interne simili alla membrana esterna e formano organelli di vario tipo. Queste membrane possono essere pensate come pieghe della membrana esterna; talvolta le membrane interne sono solidali con quella esterna, ma spesso la piega interna è slacciata e il contatto con la membrana esterna è interrotto. Tuttavia, anche se viene mantenuto il contatto, le membrane interna ed esterna non sono sempre chimicamente identiche. In particolare, la composizione delle proteine di membrana differisce nei diversi organelli cellulari.

Struttura citoplasmatica

La componente liquida del citoplasma è anche chiamata citosol. Al microscopio ottico, sembrava che la cellula fosse piena di qualcosa di simile al plasma liquido o al sol, in cui "galleggiavano" il nucleo e altri organelli. In realtà, questo non è vero. Lo spazio interno di una cellula eucariotica è strettamente ordinato. Il movimento degli organelli è coordinato con l'aiuto di sistemi di trasporto specializzati, i cosiddetti microtubuli, che fungono da "strade" intracellulari e proteine speciali dineine e chinesine, che svolgono il ruolo di "motori". Inoltre, le singole molecole proteiche non si diffondono liberamente in tutto lo spazio intracellulare, ma vengono dirette ai compartimenti necessari utilizzando segnali speciali sulla loro superficie, riconosciuti dai sistemi di trasporto della cellula.

Reticolo endoplasmatico

In una cellula eucariotica esiste un sistema di compartimenti di membrana (tubi e cisterne) che passano l'uno nell'altro, chiamato reticolo endoplasmatico (o reticolo endoplasmatico, ER o EPS). La parte del RE alle cui membrane sono attaccati i ribosomi è detta reticolo endoplasmatico granulare (o ruvido); sulle sue membrane avviene la sintesi proteica. Quei compartimenti che non hanno ribosomi sulle pareti sono classificati come ER liscio (o agranulare), che partecipa alla sintesi dei lipidi. Gli spazi interni del RE 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 verso i bordi. Nelle vasche 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: le cisterne situate più vicine al nucleo cellulare (cis-Golgi) contengono le proteine meno mature; le vescicole di membrana - vescicole che germogliano dal reticolo endoplasmatico - sono continuamente attaccate a queste cisterne. Apparentemente, con l'aiuto delle stesse vescicole, avviene un ulteriore movimento delle proteine in maturazione da un serbatoio all'altro. Alla fine, le vescicole contenenti proteine completamente mature germogliano dall'estremità opposta dell'organello (trans-Golgi).

Nucleo

Il nucleo è circondato da una doppia membrana. Lo spazio molto stretto (circa 40 nm) tra due membrane è chiamato perinucleare. Le membrane nucleari passano nelle membrane del reticolo endoplasmatico e lo spazio perinucleare si apre nello spazio reticolare. Tipicamente la membrana nucleare ha pori molto stretti. Apparentemente attraverso di essi vengono trasportate grandi molecole, come l'RNA messaggero, che viene sintetizzato sul DNA e quindi entra nel citoplasma. La maggior parte 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 di DNA identici che si trovano uno accanto all'altro: tali cromosomi sono chiamati politene (a più filamenti). Il numero di cromosomi varia tra le specie. Le cellule diploidi del corpo umano contengono 46 cromosomi o 23 paia. In una cellula che non si divide, i cromosomi sono attaccati in uno o più punti alla membrana nucleare. Nel loro normale stato non avvolto, i cromosomi sono così sottili che non sono visibili al microscopio ottico. In alcuni loci (sezioni) di uno o più cromosomi si forma un corpo denso, presente nei nuclei della maggior parte delle cellule, il cosiddetto. nucleolo. Nei nucleoli avviene la sintesi e l'accumulo dell'RNA utilizzato per costruire i ribosomi, così come alcuni altri tipi di RNA.

Lisosomi

I lisosomi sono piccole vescicole circondate da un'unica membrana. Gemmano dall'apparato del Golgi ed eventualmente dal reticolo endoplasmatico. I lisosomi contengono una varietà di enzimi che scompongono le 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 quando necessario. Pertanto, 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 garantisce 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 penetrare nelle cellule polmonari e quindi la rottura dei lisosomi, la distruzione cellulare e lo sviluppo di malattie polmonari.

Citoscheletro

Gli elementi del citoscheletro comprendono strutture fibrillari proteiche situate nel citoplasma della cellula: microtubuli, actina e filamenti intermedi. I microtubuli partecipano al trasporto degli organelli, fanno parte dei flagelli e il fuso mitotico è costituito da microtubuli. I filamenti di actina sono essenziali per mantenere la forma cellulare e le reazioni pseudopodiali. Sembra che anche il ruolo dei filamenti intermedi sia quello di mantenere la struttura cellulare. Le proteine del citoscheletro costituiscono diverse decine di per cento della massa proteica 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 la cui superficie laterale è formata da nove serie di microtubuli. Il numero di microtubuli in un insieme può variare da 1 a 3 per diversi organismi. Intorno ai centrioli si trova il cosiddetto centro di organizzazione del citoscheletro, un'area in cui sono raggruppate le estremità negative dei microtubuli della cellula. Prima della divisione, la cellula contiene due centrioli situati ad angolo retto tra loro. Durante la mitosi si spostano alle diverse estremità della cellula, formando i poli del fuso. Dopo la citocinesi, ciascuna cellula figlia riceve un centriolo, che raddoppia per la divisione successiva. La duplicazione dei centrioli non avviene per divisione, ma per sintesi di una nuova struttura perpendicolare a quella esistente. I centrioli sono apparentemente omologhi ai corpi basali dei flagelli e delle ciglia.

Mitocondri

I mitocondri sono speciali organelli cellulari 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 grazie ai sistemi enzimatici dei mitocondri. Il lume interno dei mitocondri, chiamato matrice, è delimitato dal citoplasma da due membrane, esterna ed interna, tra le quali si trova uno spazio intermembrana. La membrana interna del mitocondrio forma delle 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, il che indica certamente l'origine simbiotica di questi organelli. Non tutte le proteine mitocondriali sono codificate nel DNA mitocondriale; la maggior parte dei geni per le proteine mitocondriali si trovano nel genoma nucleare e i prodotti corrispondenti vengono sintetizzati nel citoplasma e poi 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 ha il protozoo Reclinomonas americana.

Composizione chimica della cellula

Tipicamente, il 70-80% della massa cellulare è acqua, in cui sono disciolti vari sali e composti organici a basso peso molecolare. I componenti più caratteristici di una cellula sono le proteine e gli acidi nucleici. Alcune proteine sono componenti strutturali della cellula, altre sono enzimi, ad es. catalizzatori che determinano la velocità e la direzione delle reazioni chimiche che si verificano nelle cellule. Gli acidi nucleici servono come portatori di informazioni ereditarie, che si realizzano nel processo di sintesi proteica intracellulare. Spesso le cellule contengono una certa quantità di sostanze di stoccaggio che fungono da riserva alimentare. Le cellule vegetali immagazzinano principalmente l’amido, una forma polimerica di carboidrati. Un altro polimero dei carboidrati, il glicogeno, è immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari. Gli alimenti conservati di frequente contengono anche grassi, sebbene alcuni grassi svolgano una funzione diversa, ovvero servano come componenti strutturali essenziali. Le proteine nelle cellule (ad eccezione delle cellule seme) solitamente non vengono immagazzinate. Non è possibile descrivere la composizione tipica di una cellula, soprattutto perché esistono 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% proviene da sali e composti organici a basso peso molecolare, in particolare aminoacidi. Le cellule vegetali tipicamente contengono meno proteine, una quantità significativamente maggiore di carboidrati e un po' più acqua; l'eccezione sono le cellule che sono in uno stato di riposo. Una cellula a riposo di un chicco di grano, che è una fonte di nutrienti per l'embrione, contiene ca. 12% di proteine (per la maggior parte proteine immagazzinate), 2% di grassi e 72% di carboidrati. La quantità di acqua raggiunge il livello normale (70-80%) solo all'inizio della germinazione del grano.

Metodi per lo studio delle cellule

Microscopio ottico.

Nello studio della forma e della struttura delle cellule, il primo strumento è stato il microscopio ottico. La sua risoluzione è limitata da dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda della luce (0,4-0,7 μm per la luce visibile). Tuttavia, molti elementi della struttura cellulare sono di dimensioni molto più piccole. Un'altra difficoltà è che la maggior parte dei componenti cellulari sono trasparenti e hanno un indice di rifrazione 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 cellulare. Ad esempio, alcuni coloranti si legano preferibilmente 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 prima essere fissate (utilizzando sostanze coagulanti proteiche) e solo dopo possono essere colorate. Prima del test, le cellule o i 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 identificare le cellule tumorali. Oltre alla microscopia ottica convenzionale, sono stati sviluppati altri metodi ottici per lo studio delle cellule: microscopia a fluorescenza, microscopia a contrasto di fase, spettroscopia e analisi di diffrazione di raggi X.

Microscopio elettronico.

Un microscopio elettronico ha una risoluzione di ca. 1-2 miglia nautiche. Ciò è sufficiente per studiare molecole proteiche di grandi dimensioni. Solitamente è necessario colorare e contrastare l'oggetto con sali metallici o metalli. Per questo motivo, e anche perché gli oggetti vengono esaminati nel vuoto, solo le cellule uccise possono essere studiate utilizzando un microscopio elettronico.

Se al mezzo viene aggiunto un isotopo radioattivo che viene assorbito dalle cellule durante il metabolismo, la sua localizzazione intracellulare può essere rilevata mediante autoradiografia. Con questo metodo, sezioni sottili di cellule vengono posizionate sulla pellicola. Il film si oscura sotto i luoghi in cui si trovano gli 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 (molto spesso in gradiente di densità). Tipicamente, tali componenti purificati mantengono un'elevata attività biochimica.

Colture cellulari.

Alcuni tessuti possono essere divisi in singole cellule in modo che le cellule rimangano vive e spesso siano in grado di riprodursi. Questo fatto conferma definitivamente l’idea della cellula come unità vivente. Una spugna, un organismo multicellulare primitivo, può essere separata in cellule strofinandola attraverso un setaccio. Dopo qualche tempo, queste cellule si riconnettono e formano una spugna. I tessuti embrionali animali possono essere fatti dissociare utilizzando 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 perfezionata dal biologo francese A. Carrel (1873-1959). Le cellule vegetali possono anche essere coltivate in coltura, ma rispetto alle cellule animali formano gruppi più grandi e sono più saldamente attaccate le une alle altre, quindi man mano che la coltura cresce si formano i tessuti, piuttosto che le singole cellule. Nella coltura cellulare, un'intera pianta adulta, come una carota, può essere coltivata da una singola cellula.

Microchirurgia.

Utilizzando un micromanipolatore, singole parti della cellula possono essere rimosse, aggiunte o modificate in qualche modo. Una grande cellula dell'ameba può essere divisa in tre componenti principali: la membrana cellulare, il citoplasma e il nucleo, e quindi questi componenti possono essere riassemblati per formare una cellula vivente. In questo modo si possono ottenere cellule artificiali costituite da componenti di diversi tipi di amebe. Se consideriamo che sembra possibile sintetizzare artificialmente alcuni componenti cellulari, allora gli esperimenti di assemblaggio di cellule artificiali potrebbero 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 di produzione delle cellule artificiali consente in linea di principio la costruzione di organismi di un determinato tipo, se allo stesso tempo utilizzano componenti leggermente diversi da quelli presenti nelle cellule esistenti. In realtà, tuttavia, non è necessaria 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 con acidi nucleici naturali in alcune cellule.

Fusione cellulare.

Un altro tipo di cellule artificiali può essere ottenuto fondendo cellule della stessa specie o di specie diverse. Per ottenere la fusione, le cellule sono esposte agli enzimi virali; in questo caso, le superfici esterne di due cellule vengono incollate insieme e la membrana tra di loro viene distrutta e si forma una cellula in cui due serie di cromosomi sono racchiuse in un nucleo. È possibile fondere cellule di diverso tipo o in diversi stadi di divisione. Utilizzando questo metodo, è stato possibile ottenere cellule ibride di un topo e di un pollo, di un essere umano e di un topo e di un essere umano e di un rospo. Tali cellule sono ibride solo inizialmente e dopo numerose divisioni cellulari perdono la maggior parte dei cromosomi dell'uno o dell'altro tipo. Il prodotto finale diventa, ad esempio, essenzialmente una cellula di topo in cui non sono presenti geni umani o ne sono presenti solo tracce. Di particolare interesse è la fusione di cellule normali e maligne. In alcuni casi gli ibridi diventano maligni, in altri no, ad es. entrambe le proprietà possono manifestarsi sia come dominante che come recessiva. Questo risultato non è inaspettato, poiché la malignità può essere causata da vari fattori e ha un meccanismo complesso.

Hai capito da solo che tipo di corpo sei e come sono strutturati i muscoli umani. È tempo di “Guardare dentro il muscolo”...

Innanzitutto, ricorda (chi ha dimenticato) o capisci (chi non lo sapeva) che esistono tre tipi di tessuto muscolare nel nostro corpo: cardiaco, liscio (muscoli degli organi interni) e scheletrico.

Considereremo i muscoli scheletrici nell'ambito del materiale su questo sito, perché i muscoli scheletrici formano l'immagine di un atleta.

Il tessuto muscolare è una struttura cellulare ed è la cellula, come unità della fibra muscolare, che dobbiamo ora considerare.

Per prima cosa devi comprendere la struttura di qualsiasi cellula umana:

Come si può vedere dalla figura, qualsiasi cellula umana ha una struttura molto complessa. Di seguito darò le definizioni generali che appariranno nelle pagine di questo sito. Per un esame superficiale del tessuto muscolare a livello cellulare saranno sufficienti:

Nucleo- il “cuore” della cellula, che contiene tutte le informazioni ereditarie sotto forma di molecole di DNA. La molecola del DNA è un polimero a forma di doppia elica. A loro volta, le eliche sono un insieme di quattro tipi di nucleotidi (monomeri). Tutte le proteine del nostro corpo sono codificate dalla sequenza di questi nucleotidi.

Citoplasma (sarcoplasma- in una cellula muscolare) - si potrebbe dire, l'ambiente in cui si trova il nucleo. Il citoplasma è il fluido cellulare (citosol) contenente lisosomi, mitocondri, ribosomi e altri organelli.

Mitocondri– organelli che forniscono processi energetici cellulari, come l’ossidazione degli acidi grassi e dei carboidrati. Durante l'ossidazione viene rilasciata energia. Questa energia è finalizzata all’unificazione Adenesina difosfato (ADP) E terzo gruppo fosfato, a seguito del quale si forma Adenesina trifosfato (ATP)– una fonte di energia intracellulare che supporta tutti i processi che avvengono nella cellula (maggiori dettagli). Durante la reazione inversa si forma nuovamente ADP e viene rilasciata energia.

Enzimi- sostanze specifiche di natura proteica che fungono da catalizzatori (acceleratori) di reazioni chimiche, aumentando così in modo significativo la velocità dei processi chimici nel nostro corpo.

Lisosomi- una specie di guscio rotondo contenente enzimi (circa 50). La funzione dei lisosomi è la disgregazione, con l'aiuto di enzimi, delle strutture intracellulari e di tutto ciò che la cellula assorbe dall'esterno.

Ribosomi- i componenti cellulari più importanti che servono a formare una molecola proteica dagli aminoacidi. La formazione di una proteina è determinata dall'informazione genetica della cellula.

Membrana cellulare (membrana)– garantisce l’integrità cellulare ed è in grado di regolare l’equilibrio intracellulare. La membrana è in grado di controllare lo scambio con l’ambiente, cioè una delle sue funzioni è quella di bloccare alcune sostanze e trasportarne altre. Pertanto, lo stato dell'ambiente intracellulare rimane costante.

Anche una cellula muscolare, come qualsiasi cellula del nostro corpo, ha tutti i componenti sopra descritti, tuttavia è estremamente importante comprendere nello specifico la struttura generale della fibra muscolare, descritta nell'articolo.

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Tutti gli esseri viventi e gli organismi non sono costituiti da cellule: piante, funghi, batteri, animali, persone. Nonostante le sue dimensioni minime, tutte le funzioni dell'intero organismo sono svolte dalla cellula. Al suo interno si svolgono processi complessi, dai quali dipendono la vitalità del corpo e il funzionamento dei suoi organi.

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Caratteristiche strutturali

Gli scienziati stanno studiando caratteristiche strutturali della cellula e i principi del suo lavoro. Un esame dettagliato delle caratteristiche strutturali di una cellula è possibile solo con l'aiuto di un potente microscopio.

Tutti i nostri tessuti: pelle, ossa, organi interni, sono costituiti da cellule che lo sono materiale da costruzione, sono disponibili in forme e dimensioni diverse, ogni varietà svolge una funzione specifica, ma le caratteristiche principali della loro struttura sono simili.

Per prima cosa scopriamo cosa c'è dietro organizzazione strutturale delle cellule. Nel corso della loro ricerca, gli scienziati hanno scoperto che il fondamento cellulare è principio della membrana. Si scopre che tutte le cellule sono formate da membrane costituite da un doppio strato di fosfolipidi, in cui le molecole proteiche sono immerse all'esterno e all'interno.

Quale proprietà è caratteristica di tutti i tipi di cellule: la stessa struttura, così come la funzionalità - regolazione del processo metabolico, utilizzo del proprio materiale genetico (presenza e RNA), ricezione e consumo di energia.

L'organizzazione strutturale della cellula si basa sui seguenti elementi che svolgono una funzione specifica:

membrana- membrana cellulare, costituita da grassi e proteine. Il suo compito principale è separare le sostanze all'interno dall'ambiente esterno. La struttura è semipermeabile: può trasmettere anche monossido di carbonio;
nucleo– la regione centrale e componente principale, separata dagli altri elementi da una membrana. È all'interno del nucleo che si trovano le informazioni sulla crescita e sullo sviluppo, il materiale genetico, presentato sotto forma di molecole di DNA che compongono la composizione;
citoplasma- questa è una sostanza liquida che forma l'ambiente interno in cui avvengono vari processi vitali e contiene molti componenti importanti.

In cosa consiste il contenuto cellulare, quali sono le funzioni del citoplasma e i suoi componenti principali:

Ribosoma- l'organello più importante necessario per i processi di biosintesi delle proteine dagli aminoacidi; le proteine svolgono un numero enorme di compiti vitali.
Mitocondri- un altro componente situato all'interno del citoplasma. Può essere descritto in una frase: una fonte di energia. La loro funzione è quella di fornire ai componenti energia per l'ulteriore produzione di energia.
Apparato del Golgiè composto da 5 - 8 borse collegate tra loro. Il compito principale di questo apparato è trasferire le proteine ad altre parti della cellula per fornire potenziale energetico.
Gli elementi danneggiati vengono puliti lisosomi.
Gestisce il trasporto reticolo endoplasmatico, attraverso il quale le proteine muovono molecole di sostanze utili.
Centrioli sono responsabili della riproduzione.

Nucleo

Poiché è un centro cellulare, è necessario prestare particolare attenzione alla sua struttura e alle sue funzioni. Questo componente è l'elemento più importante per tutte le cellule: contiene caratteristiche ereditarie. Senza il nucleo i processi di riproduzione e trasmissione dell'informazione genetica diventerebbero impossibili. Guarda l'immagine raffigurante la struttura del nucleo.

La membrana nucleare, evidenziata in lilla, lascia entrare le sostanze necessarie e le rilascia attraverso i pori, piccoli fori.
Il plasma è una sostanza viscosa e contiene tutti gli altri componenti nucleari.
il nucleo si trova proprio al centro e ha la forma di una sfera. La sua funzione principale è la formazione di nuovi ribosomi.
Se esamini la parte centrale della cellula in sezione trasversale, puoi vedere sottili trame blu: la cromatina, la sostanza principale, che consiste in un complesso di proteine e lunghi filamenti di DNA che trasportano le informazioni necessarie.

Membrana cellulare

Diamo uno sguardo più da vicino al lavoro, alla struttura e alle funzioni di questo componente. Di seguito una tabella che mostra chiaramente l'importanza della calotta esterna.

Cloroplasti

Questo è un altro componente molto importante. Ma perché i cloroplasti non sono stati menzionati prima, chiedi? Sì, perché questo componente si trova solo nelle cellule vegetali. La principale differenza tra animali e piante è il metodo di alimentazione: negli animali è eterotrofo e nelle piante è autotrofo. Ciò significa che gli animali non sono in grado di creare, cioè sintetizzare sostanze organiche da sostanze inorganiche: si nutrono di sostanze organiche già pronte. Le piante, al contrario, sono in grado di eseguire il processo di fotosintesi e contengono componenti speciali: i cloroplasti. Questi sono plastidi verdi contenenti la sostanza clorofilla. Con la sua partecipazione, l'energia luminosa viene convertita nell'energia dei legami chimici delle sostanze organiche.

Interessante! I cloroplasti sono concentrati in grandi quantità principalmente nelle parti fuori terra delle piante: frutti e foglie verdi.

Se ti viene posta la domanda: nominare una caratteristica importante della struttura dei composti organici di una cellula, la risposta può essere data come segue.

molti di essi contengono atomi di carbonio, che hanno proprietà chimiche e fisiche diverse, e sono anche capaci di combinarsi tra loro;
sono portatori, partecipanti attivi a vari processi che si verificano negli organismi o sono i loro prodotti. Questo si riferisce a ormoni, vari enzimi, vitamine;
può formare catene e anelli, che forniscono una varietà di connessioni;
vengono distrutti quando riscaldati e interagiscono con l'ossigeno;
gli atomi all'interno delle molecole si combinano tra loro mediante legami covalenti, non si decompongono in ioni e quindi interagiscono lentamente, le reazioni tra le sostanze richiedono molto tempo - diverse ore e persino giorni.

Struttura del cloroplasto

Tessuti

Le cellule possono esistere una alla volta, come negli organismi unicellulari, ma molto spesso si combinano in gruppi della loro specie e formano varie strutture tissutali che compongono l'organismo. Nel corpo umano esistono diversi tipi di tessuti:

epiteliale– concentrato sulla superficie della pelle, degli organi, degli elementi del tratto digestivo e dell'apparato respiratorio;
muscolare— ci muoviamo grazie alla contrazione dei muscoli del nostro corpo, eseguiamo molteplici movimenti: dal più semplice movimento del mignolo alla corsa ad alta velocità. A proposito, il battito cardiaco avviene anche a causa della contrazione del tessuto muscolare;
tessuto connettivo costituisce fino all'80% della massa di tutti gli organi e svolge un ruolo protettivo e di sostegno;
nervoso- forma fibre nervose. Grazie ad esso, vari impulsi attraversano il corpo.

Processo di riproduzione

Durante tutta la vita di un organismo avviene la mitosi: questo è il nome dato al processo di divisione. composto da quattro fasi:

Profase. I due centrioli della cellula si dividono e si muovono in direzioni opposte. Allo stesso tempo, i cromosomi formano coppie e il guscio nucleare inizia a collassare.
La seconda fase è chiamata metafasi. I cromosomi si trovano tra i centrioli e gradualmente il guscio esterno del nucleo scompare completamente.
Anafaseè la terza fase, durante la quale i centrioli continuano a muoversi nella direzione opposta l'uno dall'altro, e anche i singoli cromosomi seguono i centrioli e si allontanano l'uno dall'altro. Il citoplasma e l'intera cellula iniziano a ridursi.
Telofase- fase finale. Il citoplasma si contrae finché non compaiono due nuove cellule identiche. Attorno ai cromosomi si forma una nuova membrana e in ogni nuova cellula appare una coppia di centrioli.

Conclusione

Hai imparato qual è la struttura di una cellula, la componente più importante del corpo. Miliardi di cellule costituiscono un sistema organizzato in modo sorprendentemente saggio che garantisce le prestazioni e l'attività vitale di tutti i rappresentanti del mondo animale e vegetale.

Cellulaè l'unità strutturale più piccola e basilare degli organismi viventi, capace di autorinnovamento, autoregolamentazione e autoriproduzione.

Dimensioni caratteristiche delle cellule: cellule batteriche - da 0,1 a 15 micron, cellule di altri organismi - da 1 a 100 micron, talvolta raggiungendo 1-10 mm; uova di grandi uccelli - fino a 10-20 cm, processi di cellule nervose - fino a 1 m.

Forma cellulare molto diversificato: ci sono cellule sferiche (cocchi), catena (streptococchi), allungato (bastoncini o bacilli), curvo (vibrioni), aggraffato (spirilla), sfaccettato, con flagelli motori, ecc.

Tipi di cellule: procariotiche(non nucleare) ed eucariotico (con nucleo formato).

Eucariotico le cellule, a loro volta, sono divise in celle animali, piante e funghi.

Organizzazione strutturale di una cellula eucariotica

Protoplasto- questo è tutto il contenuto vivente della cellula. Il protoplasto di tutte le cellule eucariotiche è costituito da un citoplasma (con tutti gli organelli) e un nucleo.

Citoplasma- è il contenuto interno della cellula, ad eccezione del nucleo, costituito da ialoplasma, organelli in esso immersi e (in alcuni tipi di cellule) inclusioni intracellulari (riserva nutritiva e/o prodotti finali del metabolismo).

Ialoplasma- plasma di base, matrice citoplasmatica, la sostanza principale che costituisce l'ambiente interno della cellula ed è una soluzione colloidale incolore viscosa (contenuto di acqua fino all'85%) di varie sostanze: proteine (10%), zuccheri, acidi organici e inorganici, aminoacidi, polisaccaridi, RNA, lipidi, sali minerali, ecc.

■ L'ialoplasma è un mezzo per le reazioni metaboliche intracellulari e un collegamento tra gli organelli cellulari; è capace di transizioni reversibili da sol a gel; la sua composizione determina le proprietà tampone e osmotiche della cellula. Il citoplasma contiene un citoscheletro costituito da microtubuli e filamenti proteici contrattili.

■ Il citoscheletro determina la forma della cellula ed è coinvolto nel movimento intracellulare degli organelli e delle singole sostanze. Il nucleo è l'organello più grande di una cellula eucariotica, contenente cromosomi in cui sono immagazzinate tutte le informazioni ereditarie (vedi sotto per maggiori dettagli).

Componenti strutturali di una cellula eucariotica:

■ plasmalemma (membrana plasmatica),
■ parete cellulare (solo nelle cellule vegetali e fungine),
■ membrane biologiche (elementari),
■ nucleo,
■ reticolo endoplasmatico (reticolo endoplasmatico),
■ mitocondri,
■ Complesso del Golgi,
■ cloroplasti (solo nelle cellule vegetali),
■ lisosomi, s
■ ribosomi,
■ centro cellulare,
■ vacuoli (solo nelle cellule vegetali e fungine),
■ microtubuli,
■ ciglia, flagelli.

Di seguito sono riportati gli schemi della struttura delle cellule animali e vegetali:

Membrane biologiche (elementari).- Questi sono complessi molecolari attivi che separano gli organelli e le cellule intracellulari. Tutte le membrane hanno una struttura simile.

Struttura e composizione delle membrane: spessore 6-10 nm; sono costituiti principalmente da molecole proteiche e fosfolipidi.

■Fosfolipidi formano un doppio strato (bimolecolare) in cui le loro molecole sono rivolte con le loro estremità idrofile (solubili in acqua) verso l'esterno e le loro estremità idrofobiche (insolubili in acqua) verso l'interno della membrana.

■ Molecole proteiche situato su entrambe le superfici del doppio strato lipidico ( proteine periferiche), penetrano in entrambi gli strati di molecole lipidiche ( integrante proteine, la maggior parte delle quali sono enzimi) o solo uno strato di essi (proteine semi-integrali).

Proprietà della membrana: plasticità, asimmetria(la composizione degli strati esterno ed interno sia dei lipidi che delle proteine è diversa), polarità (lo strato esterno è carico positivamente, quello interno è carico negativamente), la capacità di autochiudersi, permeabilità selettiva (in questo caso, idrofobico le sostanze passano attraverso il doppio strato lipidico e quelle idrofile passano attraverso i pori nelle proteine integrali).

Funzioni della membrana: barriera (separa il contenuto di un organoide o cellula dall'ambiente), strutturale (fornisce una certa forma, dimensione e stabilità dell'organoide o cellula), trasporto (assicura il trasporto di sostanze dentro e fuori dall'organoide o cellula), catalitico (garantisce processi biochimici vicino alla membrana), regolatorio (partecipa alla regolazione del metabolismo e dell'energia tra l'organello o la cellula e l'ambiente esterno), partecipa alla conversione dell'energia e al mantenimento del potenziale elettrico transmembrana.

Membrana plasmatica (plasmalemma)

Membrana plasmatica, o plasmalemma, è una membrana biologica o un complesso di membrane biologiche strettamente adiacenti tra loro, che ricoprono la cellula dall'esterno.

La struttura, le proprietà e le funzioni del plasmalemma sono sostanzialmente le stesse delle membrane biologiche elementari.

❖ Caratteristiche strutturali:

■ la superficie esterna della membrana plasmatica contiene il glicocalice, uno strato polisaccaridico di molecole di glicolipoidi e glicoproteine che fungono da recettori per il “riconoscimento” di alcune sostanze chimiche; nelle cellule animali può essere coperto con muco o chitina e nelle cellule vegetali con sostanze cellulosiche o pectiniche;

■ solitamente il plasmalemma forma sporgenze, invaginazioni, pieghe, microvilli, ecc., aumentando la superficie della cellula.

■ Funzioni aggiuntive: recettore (partecipa al “riconoscimento” delle sostanze e alla percezione dei segnali dall'ambiente e alla loro trasmissione alla cellula), garantendo la comunicazione tra le cellule nei tessuti di un organismo multicellulare, partecipazione alla costruzione di speciali strutture cellulari (flagelli, ciglia, ecc.).

Parete cellulare (involucro)

Parete cellulareè una struttura rigida situata all'esterno del plasmalemma e che rappresenta la copertura esterna della cellula. Presente nelle cellule procariotiche e nelle cellule di funghi e piante.

❖Composizione della parete cellulare: cellulosa nelle cellule vegetali e chitina nelle cellule fungine (componenti strutturali), proteine, pectine (che sono coinvolte nella formazione delle placche che tengono insieme le pareti di due cellule vicine), lignina (che tiene insieme le fibre di cellulosa in una struttura molto resistente) , suberina (si deposita sul guscio dall'interno e lo rende praticamente impermeabile all'acqua e alle soluzioni), ecc. La superficie esterna della parete cellulare delle cellule vegetali epidermiche contiene una grande quantità di carbonato di calcio e silice (mineralizzazione) ed è ricoperta con sostanze idrofobiche, cere e cuticola (uno strato di sostanza cutina, permeato di cellulosa e pectine).

❖ Funzioni della parete cellulare: funge da cornice esterna, mantiene il turgore cellulare, svolge funzioni protettive e di trasporto.

Organelli cellulari

Organelli (o organelli)- Si tratta di strutture intracellulari permanenti e altamente specializzate che hanno una struttura specifica e svolgono funzioni corrispondenti.

❖ Intenzionalmente gli organelli si dividono in:
■ organelli di uso generale (mitocondri, complesso di Golgi, reticolo endoplasmatico, ribosomi, centrioli, lisosomi, plastidi) e
■ organelli per scopi speciali (miofibrille, flagelli, ciglia, vacuoli).
❖ Dalla presenza di una membrana gli organelli si dividono in:
■ doppia membrana (mitocondri, plastidi, nucleo cellulare),
■ a membrana singola (reticolo endoplasmatico, complesso di Golgi, lisosomi, vacuoli) e
■ non membrana (ribosomi, centro cellulare).
Il contenuto interno degli organelli di membrana differisce sempre dallo ialoplasma che li circonda.

Mitocondri- organelli a doppia membrana delle cellule eucariotiche che effettuano l'ossidazione delle sostanze organiche in prodotti finali con rilascio di energia immagazzinata nelle molecole di ATP.

■ Struttura: forme bastoncellari, sferiche e filiformi, spessore 0,5-1 µm, lunghezza 2-7 µm; doppia membrana, la membrana esterna è liscia e ha un'elevata permeabilità, la membrana interna forma pieghe - creste, sulle quali sono presenti corpi sferici - alcuni ATP. Gli ioni idrogeno 11, che sono coinvolti nella respirazione dell'ossigeno, si accumulano nello spazio tra le membrane.

■ Contenuti interni (matrice): ribosomi, DNA circolare, RNA, aminoacidi, proteine, enzimi del ciclo di Krebs, enzimi della respirazione tissutale (localizzati sulle creste).

■ Funzioni: ossidazione di sostanze a CO 2 e H 2 O; sintesi di ATP e proteine specifiche; la formazione di nuovi mitocondri a seguito della fissione in due.

Plastidi(disponibile solo nelle cellule vegetali e nei protisti autotrofi).

■ Tipi di plastidi: cloroplasti (verde), leucoplasti (incolore, di forma rotonda), cromoplasti (giallo o arancione); i plastidi possono cambiare da un tipo all'altro.

■Struttura dei cloroplasti: sono a doppia membrana, di forma rotonda o ovale, lunghezza 4-12 µm, spessore 1-4 µm. La membrana esterna è liscia, la membrana interna ha tilacoidi - pieghe che formano invaginazioni chiuse a forma di disco, tra le quali c'è stroma (vedi sotto). Nelle piante superiori, i tilacoidi sono raccolti in pile (come una colonna di monete) cereali , che sono collegati tra loro lamelle (membrane singole).

■ Composizione del cloroplasto: nelle membrane dei tilacoidi e dei grana - grani di clorofilla e altri pigmenti; contenuto interno (stroma): proteine, lipidi, ribosomi, DNA circolare, RNA, enzimi coinvolti nella fissazione della CO 2, sostanze di stoccaggio.

■Funzioni dei plastidi: fotosintesi (cloroplasti contenuti negli organi verdi delle piante), sintesi di proteine specifiche e accumulo di nutrienti di riserva: amido, proteine, grassi (leucoplasti), colorazione dei tessuti vegetali per attirare gli insetti impollinatori e distributori di frutti e semi (cromoplasti ).

Reticolo endoplasmatico (EPS), O endoplasmatico reticolo, presente in tutte le cellule eucariotiche.

■Struttura:è un sistema di tubuli, tubi, cisterne e cavità interconnessi di varie forme e dimensioni, le cui pareti sono formate da membrane biologiche elementari (singole). Esistono due tipi di EPS: granulare (o ruvido), contenente ribosomi sulla superficie di canali e cavità, e agranulare (o liscio), non contenente ribosomi.

■Funzioni: divisione del citoplasma cellulare in compartimenti che impediscono la miscelazione dei processi chimici che si verificano in essi; L'ER ruvido si accumula, si isola per la maturazione e trasporta sulla sua superficie le proteine sintetizzate dai ribosomi, sintetizza le membrane cellulari; EPS liscio sintetizza e trasporta lipidi, carboidrati complessi e ormoni steroidei, rimuove le sostanze tossiche dalla cellula.

Complesso (o apparato) del Golgi - un organello di membrana di una cellula eucariotica, situato vicino al nucleo cellulare, che è un sistema di cisterne e vescicole ed è coinvolto nell'accumulo, immagazzinamento e trasporto di sostanze, nella costruzione della membrana cellulare e nella formazione dei lisosomi.

■Struttura: il complesso è un dictiosoma - una pila di sacchi piatti a forma di disco (cisterne) legati alla membrana, da cui germogliano le vescicole, e un sistema di tubuli di membrana che collega il complesso con i canali e le cavità del RE liscio.

■Funzioni: la formazione di lisosomi, vacuoli, plasmalemma e la parete cellulare di una cellula vegetale (dopo la sua divisione), la secrezione di una serie di sostanze organiche complesse (sostanze pectiniche, cellulosa, ecc. nelle piante; glicoproteine, glicolipidi, collagene, proteine del latte , bile, una serie di ormoni, ecc. animali); accumulo e disidratazione dei lipidi trasportati lungo l'EPS (dall'EPS liscio), modificazione e accumulo di proteine (dall'EPS granulare e dei ribosomi liberi del citoplasma) e dei carboidrati, rimozione di sostanze dalla cellula.

Cisterna dictiosoma matura allacciante vescicole (vacuoli del Golgi), pieno di secrezione, che viene poi utilizzata dalla cellula stessa o rimossa oltre i suoi confini.

❖ Lisosomi- organelli cellulari che assicurano la scomposizione di molecole complesse di sostanze organiche; sono formati da vescicole separate dal complesso del Golgi o ER liscio e sono presenti in tutte le cellule eucariotiche.

■ Struttura e composizione: i lisosomi sono piccole vescicole rotonde monomembrana con diametro di 0,2-2 µm; pieno di enzimi idrolitici (digestivi) (~40), in grado di scomporre le proteine (in amminoacidi), i lipidi (in glicerolo e acidi carbossilici superiori), i polisaccaridi (in monosaccaridi) e gli acidi nucleici (in nucleotidi).

Unendosi con le vescicole endocitiche, i lisosomi formano un vacuolo digestivo (o lisosoma secondario), dove avviene la scomposizione di sostanze organiche complesse; i monomeri risultanti entrano nel citoplasma cellulare attraverso la membrana del lisosoma secondario e le sostanze non digerite (non idrolizzate) rimangono nel lisosoma secondario e quindi, di regola, vengono escrete all'esterno della cellula.

■ Funzioni: eterofagia- scomposizione di sostanze estranee che entrano nella cellula attraverso endocitosi, autofagia - distruzione di strutture non necessarie per la cellula; l'autolisi è l'autodistruzione di una cellula che avviene a seguito del rilascio del contenuto dei lisosomi durante la morte o degenerazione cellulare.

❖ Vacuoli- grandi vescicole o cavità nel citoplasma che si formano nelle cellule di piante, funghi e molti altri protisti e delimitato da una membrana elementare: il tonoplasto.

■ Vacuoli protisti si dividono in digestive e contrattili (hanno fasci di fibre elastiche nelle membrane e servono alla regolazione osmotica del bilancio idrico della cellula).

■Vacuoli cellule vegetali pieno di linfa cellulare - una soluzione acquosa di varie sostanze organiche e inorganiche. Possono contenere anche sostanze tossiche, tannini e prodotti finali dell'attività cellulare.

■I vacuoli delle cellule vegetali possono fondersi in un vacuolo centrale, che occupa fino al 70-90% del volume cellulare e può essere penetrato da filamenti di citoplasma.

Funzioni: accumulo e isolamento delle sostanze di riserva e delle sostanze destinate all'escrezione; mantenimento della pressione del turgore; garantire la crescita cellulare grazie allo stiramento; regolazione del bilancio idrico cellulare.

♦Ribosomi- organelli cellulari, presenti in tutte le cellule (in quantità di diverse decine di migliaia), situati sulle membrane dell'EPS granulare, nei mitocondri, nei cloroplasti, nel citoplasma e nella membrana nucleare esterna e che svolgono la biosintesi delle proteine; Le subunità ribosomiali si formano nei nucleoli.

■ Struttura e composizione: i ribosomi sono i granuli non membranali più piccoli (15-35 nm) di forma rotonda e a fungo; hanno due centri attivi (amminoacile e peptidile); sono costituiti da due subunità disuguali: una grande (a forma di emisfero con tre sporgenze e un canale), che contiene tre molecole di RNA e una proteina, e una piccola (contenente una molecola di RNA e una proteina); le subunità sono collegate utilizzando lo ione Mg+.

■ Funzione: sintesi delle proteine dagli aminoacidi.

❖ Centro cellulare- un organello della maggior parte delle cellule animali, alcuni funghi, alghe, muschi e felci, situato (in interfase) al centro della cellula vicino al nucleo e che funge da centro di inizio dell'assemblaggio microtubuli .

■ Struttura: Il centro della cellula è costituito da due centrioli e una centrosfera. Ciascun centriolo (Fig. 1.12) ha l'aspetto di un cilindro di 0,3-0,5 µm di lunghezza e 0,15 µm di diametro, le cui pareti sono formate da nove triplette di microtubuli e il centro è riempito con una sostanza omogenea. I centrioli si trovano perpendicolari tra loro e sono circondati da un denso strato di citoplasma con microtubuli radianti che formano una centrosfera radiante. Durante la divisione cellulare i centrioli si spostano verso i poli.

■ Funzioni principali: formazione dei poli di divisione cellulare e dei filamenti acromatici del fuso di divisione (o fuso mitotico), garantendo un'equa distribuzione del materiale genetico tra le cellule figlie; in interfase dirige il movimento degli organelli nel citoplasma.

Cellule citoschemiche è un sistema microfilamenti E microtubuli , penetrando nel citoplasma della cellula, associato alla membrana citoplasmatica esterna e all'involucro nucleare e mantenendo la forma della cellula.

■Microflange- filamenti sottili e contrattili spessi 5-10 nm e costituiti da proteine ( actina, miosina e così via.). Trovato nel citoplasma di tutte le cellule e negli pseudopodi delle cellule mobili.

Funzioni: i microfilamenti forniscono l'attività motoria dell'ialoplasma, sono direttamente coinvolti nel cambiamento della forma della cellula durante la diffusione e il movimento ameboide delle cellule protistiche e partecipano alla formazione della costrizione durante la divisione delle cellule animali; uno degli elementi principali del citoscheletro cellulare.

■ Microtubuli- sottili cilindri cavi (25 nm di diametro), costituiti da molecole proteiche di tubulina, disposte a spirale o in file diritte nel citoplasma delle cellule eucariotiche.

Funzioni: i microtubuli formano filamenti del fuso, fanno parte di centrioli, ciglia, flagelli e partecipano al trasporto intracellulare; uno degli elementi principali del citoscheletro cellulare.

Organelli del movimento — flagelli e ciglia , sono presenti in molte cellule, ma sono più comuni negli organismi unicellulari.

■ Ciglia- numerose proiezioni citoplasmatiche corte (5-20 µm di lunghezza) sulla superficie del plasmalemma. Disponibile sulla superficie di vari tipi di cellule animali e di alcune piante.

■ Flagelli- singole proiezioni citoplasmatiche sulla superficie delle cellule di molti protisti, zoospore e spermatozoi; ~10 volte più lungo delle ciglia; servono per il movimento.

■ Struttura: ciglia e flagelli (Fig. 1.14) sono costituiti da essi microtubuli, disposti secondo il sistema 9 × 2 + 2 (nove microtubuli doppi - doppietti formano un muro, al centro ci sono due microtubuli singoli). I doppietti sono in grado di scorrere l'uno sull'altro, il che porta alla piegatura del ciglio o del flagello. Alla base dei flagelli e delle ciglia ci sono corpi basali, identici nella struttura ai centrioli.

■ Funzioni: ciglia e flagelli assicurano il movimento delle cellule stesse o del fluido circostante e delle particelle in esso sospese.

Inclusioni

Inclusioni- componenti non permanenti (temporaneamente esistenti) del citoplasma cellulare, il cui contenuto varia a seconda dello stato funzionale della cellula. Ci sono inclusioni trofiche, secretorie ed escretorie.

■ Inclusioni trofiche- queste sono riserve di nutrienti (grassi, amido e cereali proteici, glicogeno).

■ Inclusioni secretorie- questi sono prodotti di scarto delle ghiandole endocrine ed esocrine (ormoni, enzimi).

■ Inclusioni escretorie- Questi sono prodotti metabolici nella cellula che devono essere escreti dalla cellula.

Nucleo e cromosomi

Nucleo- l'organello più grande; è un componente obbligatorio di tutte le cellule eucariotiche (ad eccezione delle cellule tubolari del setaccio floematico delle piante superiori e degli eritrociti maturi dei mammiferi). La maggior parte delle cellule ha un singolo nucleo, ma esistono cellule bi e multinucleate. Esistono due stati del nucleo: interfase e fissile

Nucleo interfase comprende membrana nucleare(che separa il contenuto interno del nucleo dal citoplasma), matrice nucleare (carioplasma), cromatina e nucleoli. La forma e le dimensioni del nucleo dipendono dal tipo di organismo, dal tipo, dall'età e dallo stato funzionale della cellula. Ha un alto contenuto di DNA (15-30%) e RNA (12%).

■ Funzioni del kernel: archiviazione e trasmissione di informazioni ereditarie sotto forma di una struttura del DNA invariata; regolazione (attraverso il sistema di sintesi proteica) di tutti i processi vitali cellulari.

❖ Membrana nucleare(o karyolemma) è costituito da membrane biologiche esterne ed interne, tra le quali c'è spazio perinucleare. La membrana interna ha una lamina proteica che dà forma al nucleo. La membrana esterna è collegata al RE e trasporta i ribosomi. Il guscio è permeato di pori nucleari, attraverso i quali avviene lo scambio di sostanze tra il nucleo e il citoplasma. Il numero di pori non è costante e dipende dalla dimensione del nucleo e dalla sua attività funzionale.

■ Funzioni della membrana nucleare: separa il nucleo dal citoplasma della cellula, regola il trasporto di sostanze dal nucleo al citoplasma (RNA, subunità ribosomiali) e dal citoplasma al nucleo (proteine, grassi, carboidrati, ATP, acqua, ioni).

❖ Cromosoma- l'organello più importante del nucleo, contenente una molecola di DNA in complesso con specifiche proteine istoniche e alcune altre sostanze, la maggior parte delle quali si trovano sulla superficie del cromosoma.

A seconda della fase del ciclo di vita della cellula, i cromosomi possono essere presenti due stati — despiralizzato e spiralizzato.

» In uno stato despiralizzato, i cromosomi sono nel periodo interfase ciclo cellulare, formando fili invisibili al microscopio ottico che ne costituiscono la base cromatina .

■ Nel processo si verifica la spiralizzazione, accompagnata dall'accorciamento e dalla compattazione (100-500 volte) dei filamenti di DNA divisione cellulare ; mentre i cromosomi assumere una forma compatta e diventano visibili al microscopio ottico.

Cromatina- uno dei componenti della materia nucleare durante il periodo interfase, la cui base è cromosomi avvolti sotto forma di una rete di filamenti lunghi e sottili di molecole di DNA in complesso con istoni e altre sostanze (RNA, DNA polimerasi, lipidi, minerali, ecc.); si colora bene con i coloranti utilizzati nella pratica istologica.

■ Nella cromatina, sezioni della molecola di DNA si avvolgono attorno agli istoni, formando nucleosomi (sembrano perle).

cromatideè un elemento strutturale di un cromosoma, che è un filamento di una molecola di DNA in complesso con proteine istoniche e altre sostanze, ripetutamente piegato come una superelica e confezionato sotto forma di un corpo a forma di bastoncino.

■ Durante l'elicizzazione e l'impacchettamento, le singole sezioni del DNA vengono disposte in modo regolare in modo tale che sui cromatidi si formino strisce trasversali alternate.

❖ Struttura di un cromosoma (Fig. 1.16). Nello stato spiralizzato, il cromosoma è una struttura a forma di bastoncino di circa 0,2-20 µm, costituita da due cromatidi e divisa in due bracci da una costrizione primaria chiamata centromero. I cromosomi possono avere una costrizione secondaria che separa una regione chiamata satellite. Alcuni cromosomi hanno una sezione ( organizzatore nucleolare ), che codifica la struttura dell'RNA ribosomiale (rRNA).

Tipi di cromosomi a seconda della loro forma: spalle uguali , spalle disuguali (il centromero è spostato dalla metà del cromosoma), a forma di bastoncino (il centromero è vicino all'estremità del cromosoma).

Dopo l'anafase della mitosi e l'anafase della meiosi II, i cromosomi sono costituiti da un cromitide e, dopo la replicazione del DNA (raddoppio) nello stadio sintetico (S) dell'interfase, sono costituiti da due cromitidi fratelli collegati tra loro nel centromero. Durante la divisione cellulare, i microtubuli del fuso sono attaccati al centromero.

❖ Funzioni dei cromosomi:
■ contenere materiale genetico - Molecole di DNA;
■ eseguire Sintesi del DNA (durante il raddoppio dei cromosomi nel periodo S del ciclo cellulare) e mRNA;
■ regolare la sintesi proteica;
■ controllare l'attività vitale della cellula.

Cromosomi omologhi- cromosomi appartenenti alla stessa coppia, identici per forma, dimensione, posizione dei centromeri, portatori degli stessi geni e determinanti lo sviluppo delle stesse caratteristiche. I cromosomi omologhi possono differire negli alleli dei geni che contengono e scambiarsi sezioni durante la meiosi (crossing over).

Autosomi cromosomi nelle cellule di organismi dioici, identici nei maschi e nelle femmine della stessa specie (sono tutti cromosomi di una cellula ad eccezione dei cromosomi sessuali).

Cromosomi sessuali(O eterocromosomi ) sono cromosomi che trasportano i geni che determinano il sesso di un organismo vivente.

Insieme diploide(designato 2p) - set cromosomico somatico cellule in cui ciascun cromosoma ha il suo cromosoma omologo accoppiato . Il corpo riceve uno dei cromosomi del corredo diploide dal padre, l'altro dalla madre.

■ Insieme diploide persona è costituito da 46 cromosomi (di cui 22 paia di cromosomi omologhi e due cromosomi sessuali: le donne hanno due cromosomi X, gli uomini hanno un cromosoma X e un cromosoma Y ciascuno).

Insieme aploide(indicato con 1l) - separare insieme cromosomico sessuale cellule ( gameti ), in cui i cromosomi non hanno cromosomi omologhi accoppiati . L'insieme aploide si forma durante la formazione dei gameti a seguito della meiosi, quando da ciascuna coppia di cromosomi omologhi solo uno entra nel gamete.

Cariotipo- questo è un insieme di caratteristiche morfologiche quantitative e qualitative costanti caratteristiche dei cromosomi delle cellule somatiche degli organismi di una determinata specie (il loro numero, dimensione e forma), mediante le quali l'insieme diploide dei cromosomi può essere identificato in modo inequivocabile.

Nucleolo- rotondo, molto compatto, non limitato

corpo della membrana di 1-2 micron di dimensione. Il nucleo ha uno o più nucleoli. Il nucleolo si forma attorno agli organizzatori nucleolari di diversi cromosomi che si attraggono a vicenda. Durante la divisione nucleare, i nucleoli vengono distrutti e riformati al termine della divisione.

■ Composizione: proteine 70-80%, RNA 10-15%, DNA 2-10%.
■ Funzioni: sintesi di r-RNA e t-RNA; assemblaggio delle subunità ribosomiali.

Carioplasma (O nucleoplasma, cariolinfa, succo nucleare ) è una massa priva di struttura che riempie lo spazio tra le strutture del nucleo, in cui sono immersi la cromatina, i nucleoli e vari granuli intranucleari. Contiene acqua, nucleotidi, aminoacidi, ATP, RNA e proteine enzimatiche.

Funzioni: assicura l'interconnessione delle strutture nucleari; partecipa al trasporto di sostanze dal nucleo al citoplasma e dal citoplasma al nucleo; regola la sintesi del DNA durante la replicazione, la sintesi dell'mRNA durante la trascrizione.

Caratteristiche comparative delle cellule eucariotiche

Caratteristiche della struttura delle cellule procariotiche ed eucariotiche

Trasporto di sostanze

Trasporto di sostanze- questo è il processo di trasporto delle sostanze necessarie in tutto il corpo, alle cellule, all'interno della cellula e all'interno della cellula, nonché di rimozione delle sostanze di scarto dalla cellula e dal corpo.

Il trasporto intracellulare delle sostanze è assicurato dallo ialoplasma e (nelle cellule eucariotiche) dal reticolo endoplasmatico (ER), dal complesso di Golgi e dai microtubuli. Il trasporto delle sostanze verrà descritto più avanti in questo sito.

Metodi di trasporto delle sostanze attraverso le membrane biologiche:

■ trasporto passivo (osmosi, diffusione, diffusione passiva),
■ trasporto attivo,
■ endocitosi,
■ esocitosi.

Trasporto passivo non richiede dispendio energetico e si verifica lungo il gradiente concentrazione, densità o potenziale elettrochimico.

Osmosiè la penetrazione dell'acqua (o altro solvente) attraverso una membrana semipermeabile da una soluzione meno concentrata ad una più concentrata.

Diffusione- penetrazione sostanze attraverso la membrana lungo il gradiente concentrazione (da un'area con una concentrazione maggiore di una sostanza a un'area con una concentrazione inferiore).

Diffusione l'acqua e gli ioni vengono effettuati con la partecipazione di proteine integrali di membrana che hanno pori (canali), la diffusione di sostanze liposolubili avviene con la partecipazione della fase lipidica della membrana.

Diffusione facilitata attraverso la membrana avviene con l'aiuto di speciali proteine di trasporto di membrana, vedi l'immagine.

Trasporto attivo richiede il dispendio di energia rilasciata durante la scissione dell'ATP e serve per trasportare sostanze (ioni, monosaccaridi, amminoacidi, nucleotidi) contro gradiente la loro concentrazione o potenziale elettrochimico. Effettuato da speciali proteine trasportatrici permiases , avendo canali ionici e formazione pompe ioniche .

Endocitosi- cattura e avvolgimento di macromolecole (proteine, acidi nucleici, ecc.) e particelle microscopiche di alimenti solidi ( fagocitosi ) o goccioline di liquido con sostanze disciolte in esso ( pinocitosi ) e racchiudendoli in un vacuolo di membrana, che viene attirato “all'interno della cellula. Il vacuolo si fonde quindi con un lisosoma, i cui enzimi scompongono le molecole della sostanza intrappolata in monomeri.

Esocitosi- un processo inverso all'endocitosi. Attraverso l'esocitosi, la cellula rimuove i prodotti intracellulari o i detriti non digeriti racchiusi in vacuoli o vescicole.

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

Le cellule sono disponibili in diversi tipi o specie, come le cellule nervose o le cellule del fegato, ma ciascuna di esse contiene le informazioni necessarie per la nascita e il normale funzionamento del corpo umano.

La struttura di una cellula umana

La struttura di tutte le cellule del corpo umano è quasi la stessa. Ogni cellula vivente è costituita da un guscio protettivo (chiamato membrana) che circonda una massa gelatinosa chiamata citoplasma. Piccoli organi o componenti della cellula - organelli galleggiano nel citoplasma e contiene il "posto di comando" o "centro di controllo" della cellula - il suo nucleo. È il nucleo che contiene 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 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 come risultato della divisione di una cellula esistente e questo processo può essere suddiviso in tre fasi:
1. Prima di dividersi, la cellula copia l'informazione contenuta nel nucleo;
2. Quindi il nucleo cellulare viene diviso in due parti, e poi 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 dimensione, a seconda delle funzioni che svolgono. Usando 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), un asterisco e persino fili (cellule nervose), e ce ne sono circa 200 tipi in totale .