Concepte de bază ale citologiei
Știința celulei se numește citologie (celula greacă "citos", "logos" - știință). Citologia studiază structura și compoziția chimică a celulelor, funcțiile structurilor și celulelor intracelulare din organism, multiplicarea și dezvoltarea celulelor, adaptarea celulelor la condițiile de mediu.
Numele "celulă" a fost folosit pentru prima oară de Robert Hook la mijlocul secolului al XVII-lea. când a fost văzut sub microscop, a proiectat o felie subțire a fișei. El a văzut că plută constă din celule - celule (celulă - camera, celulă). La începutul secolului al XIX-lea. după apariția unor microscoape bune, au fost dezvoltate metodele de fixare și colorare a celulei, conceptul de structură celulară a organismelor a fost în general recunoscut.
În anii 1838 - 1939. Doi oameni de știință germani - botanist M. Schleiden și zoologul T. Schwann, colectate toate datele și observațiile disponibile într-o teorie unificată, susține că celula care conține nucleul, sunt bază structurală și funcțională a tuturor ființelor vii. Aproximativ 20 de ani după ce Schleidon și Schwann au anunțat celula, un alt om de știință german, R. Virchow, a făcut o generalizare foarte importantă: o celulă poate apărea din celula precedentă. Academicianul Academiei de Științe din Rusia, Karl Baer, a descoperit un ovul de mamifere și a stabilit că toate organismele multicelulare încep să se dezvolte din celulă și această celulă este o zigotă.
Teoria celulară modernă include următoarele prevederi principale:
1. Celula este unitatea de bază a structurii și dezvoltării tuturor organismelor vii, cea mai mică unitate a celor vii.
2. Celulele tuturor organismelor unicelulare și multicelulare sunt similare (omoloage) în structura lor, compoziția chimică, manifestările de bază ale activității vitale și metabolismului.
3. Multiplicarea celulelor apare prin împărțirea lor, i. E. fiecare nouă celulă este formată ca rezultat al divizării celulei originale (materne). Prevederile continuității genetice de interes nu numai la celula ca un întreg, dar, de asemenea, unele dintre componentele sale mai mici - pentru gene si cromozomi si mecanismele genetice pentru a se asigura că substanța eredității la următoarea generație.
4. În organismele complexe multicelulare, celulele sunt specializate în funcția pe care o efectuează și formează țesuturi; a țesuturilor sunt organe care sunt strâns legate și subordonate sistemelor nervoase și umorale de reglementare.
1. Structura celulară a vieții
Toate organismele vii constau din celule - dintr-o celulă (protozoare) sau din mai multe celule (multicelulare). O celulă este unul dintre elementele fundamentale structurale, funcționale și reproducătoare ale materiei vii; este un sistem viu elementar. Există organisme evolutive non-celulare (viruși), dar ele se pot multiplica numai în celule. Diferite celule diferă unul de altul în structură și în dimensiune (dimensiunea celulei variază de la 1 mm la câțiva centimetri - acest pește ouă și păsări) și forma (pot fi rotunde ca celule roșii din sânge, dendritic ca neuroni) și biochimice ( de exemplu, în celulele care conțin bacterioclorofilă sau hlorofoll merge procesele de fotosinteză care sunt imposibile în absența pigmenți) și în funcțiile (distinge celulele germinale - gârneți și somatic - celule ale corpului, care sunt la rândul lor subdivizate într-o multitudine de pa tipuri znyh).
Celula are toate proprietățile de bază ale unui sistem viu: metabolismul și energia (metabolismul), reproducerea și creșterea, reactivitatea și mișcarea. Este cea mai mică unitate structurală și funcțională a celor vii.
O celulă constă din trei părți principale: 1) o suprafață sau o membrană celulară care separă celula de mediul înconjurător și controlează schimbul între celulă și mediu; 2) citoplasma, care conține o varietate de microstructuri și organele și 3) nucleul celular, care conține ADN - deținătorul de informații genetice.
Membrana celulară este un strat dublu de molecule lipidice, în care sunt încorporate moleculele de proteine. Celula este capabil să aloce peste membrana sale exterioare o varietate de substanțe, cum ar fi mucus, celuloza, formând pereții celulelor și alte materiale, precum și selectiv absorb diferite substanțe din exterior. Membrana menține o anumită concentrație de săruri în celulă la un nivel constant. Celula defectă pierde controlul asupra concentrației interne a diferitelor substanțe, în special a sărurilor.
Absorbția și izolarea diferitelor substanțe de către o celulă vie este controlată de proteinele speciale încorporate în membrană. Aceste proteine servesc ca o poarta sau pompe, iar munca lor este legata de consumul de energie.
În interiorul membranei este un conținut celular - un mediu foarte vâscos numit citoplasmă. În citoplasmă sunt diverse organele, care de obicei sunt înconjurate de membrane. Acestea includ mitocondriile, în care enzimele respiratorii sunt închise. Aici sunt arse "zaharurile" și se sintetizează ATP (acid adenozin trifosforic), bogat în energie. În celulele de plante, pe lângă mitocondriile, există cloroplaste care conțin clorofilă. Aici, fotosinteza are loc, in timpul caruia sintetizeaza zaharurile si moleculele de ATP.
În celulele bacteriene, ADN-ul este localizat liber în citoplasmă. În celulele fungi, plante și animale, ADN-ul face parte din cromozomii, care sunt localizați în nucleu. Nucleul este separat de citoplasmă printr-o membrană nucleară.
Într-o celulă tipic conține mai mult de 500 de enzime diferite și sute și chiar mii de reacții chimice apar, care se efectuează cu ajutorul enzimelor proteice. Sinteza tuturor substanțelor necesare unei celule este controlată după cum urmează:
1) Prin reprimare (suprimare) sau prin inducerea sintezei la nivelul genelor. Produsul final al biosintezei poate opri activitatea genei corespunzătoare (represiune). Intrat în celulă sau substanța formată în ea poate include activitatea genei corespunzătoare (inducție).
2) Prin inhibarea (suprimarea) produsului final al activității enzimatice. Dacă substanța devine disponibilă în cantitate suficientă, aceasta duce la suprimarea sintezei atât a acesteia, cât și a enzimelor implicate în formarea acesteia.
Inhibarea de către produsul final este o manifestare a feedback-ului negativ, un mecanism de reglementare convențional care apare nu numai în celule.
2. Ciclul de viață al unei celule
Ciclul de viață al celulei (ciclul celular) este perioada de viață a celulei de la o divizie la alta sau de la diviziune la moarte. Pentru diferitele tipuri de celule, ciclul celular este diferit. Interphase - între diviziunile în care există procese de creștere, dublarea moleculelor de ADN, proteine de fuziune și alți compuși organici, mitocondrii și plastide fisiune, proliferarea reticulului endoplasmatic. Intensiv acumulează energie. Mitoza este o diviziune însoțită de spirarea cromozomilor și formarea unui aparat care asigură o distribuție uniformă a materialului ereditar al celulei mamă între cele două celule fiice. Meioza este o modalitate specială de a diviza celulele, ca urmare a faptului că numărul de cromozomi este înjumătățit și se formează celule haploide.
Compararea proceselor de mitoză și meioză. Mitoza și meioza au aceleași faze de fisiune. Înainte de divizare, apar spiralizarea și dublarea moleculelor de ADN. În metafaza de pe ecuatorul celulei, există cromozomi dublați. În metafaza la ecuatorul celulei, sunt localizate perechi de cromozomi omologi. Conjugarea cromozomilor este absentă. În prophase, cromozomii omologi sunt conjugați și pot schimba locurile (traversarea). Între diviziuni, cromozomul se dublează. Între prima și a doua diviziune, nu există o dublare a cromozomilor. Se formează două celule fiice cu un set diploid de cromozomi (2n). Patru celule sunt formate cu un set haploid de cromozomi (n). În profaza mitozei, spiralele cromozomilor se contractă și se îngroașează. Chromatidele se îndepărtează unul de celălalt, rămânând conectați numai de centromere. Cromozomii metafază au o formă în formă de X, constând din două cromatide, ale căror capete s-au despărțit. În anafază, fiecare cromozom este împărțit în cromatide individuale, numite cromozomuri fiice. Ele arata ca bastoane indoite la locul gatului primar
Metafază. Se finalizează procesele de spiralizare a cromozomilor și formarea axului de divizare. Fiecare cromozom este atașat de centromere la microtubula fusului de fisiune și este direcționat spre partea centrală a celulei. Centromerele cromozomiale sunt situate la distanțe egale față de poli ale celulei. Cromatidele sunt separate una de cealaltă
Anafază (cea mai scurtă). Există o diviziune a centromerelor și o divergență a cromatidelor la diferiții poli ai celulei. Fiecare pol are un set diploid de cromozomi. Despiralizarea cromozomilor are loc, în jurul acumulărilor de cromatide, se formează un înveliș nuclear, apar nucleoli; nucleele copilului iau forma celor interfazate. Citoplasma celulei mame este împărțită. Se formează două celule fiice. Sunt formate două celule fiice cu un set diploid de cromozomi
Prophase I. Spiralizarea cromozomilor începe, dar cromatidele fiecăruia dintre ele nu sunt separate. Cromozomii omologi converg, formând perechi - are loc conjugarea. În timpul conjugării, poate apărea un proces de încrucișare, în timpul căruia cromozomii omologi fac schimb de anumite regiuni. Ca rezultat al traversării, se formează noi combinații de stări diferite ale anumitor gene. După un anumit timp, cromozomii omologi încep să se îndepărteze unul de celălalt. Nucleele dispar, plicul nucleului se prăbușește, iar diviziunea arborelui începe
Metafaza I. fire ax atașat la centromeres de cromozomi omologi, care nu se află în planul ecuatorial al plăcii, și pe ambele părți ale acestuia.
Anafază I. Cromozomii omologi se separă unul de celălalt și se deplasează la polii opuși ai celulei. Centrometrele cromozomilor individuali nu sunt separate, iar fiecare cromozom este format din două cromatide. La fiecare dintre poli ai celulei, se asamblează un set de cromozomi jumătate (haploid).
Telofaza I. Se formează un plic nuclear. La animale și la unele plante, cromozomii sunt despiralizați și citoplasma este împărțită. Din cauza primei divizări, apar celule sau numai nuclee cu seturi de cromozomi haploid. Interfazele dintre prima și a doua diviziune sunt reduse, moleculele ADN nu se dublează în acest moment.
Prophase II. Cromozomii spirale, fiecare compus din două cromatide, nucleolii dispar, plicul nucleului se prăbușește, centriolii se deplasează la poli ai celulelor, începe să se formeze axul diviziunii. Cromozomii se apropie de placa ecuatorială.
Metafaza II. Spiralizarea cromozomilor și formarea axului de divizare sunt finalizate. Centromerele cromozomilor sunt aranjate într-un rând de-a lungul plăcii ecuatoriale, filetele filetului filamentului fiind atașate la acestea.
Anaphaza II. Centromerele cromozomilor sunt împărțite, iar cromatidele se împart la polii celulei datorită scurgerii fibrelor filamentului.
Telofaza II. Cromozomii despiraliza, fusul de fisiune dispare, se formează nucleoli și anvelope nucleare. Există o diviziune a citoplasmei.
Necroza. Acest tip de celule moarte este de obicei asociată cu homeostazia intracelulară afectata ca urmare a încălcării permeabilitatea membranelor celulare, ceea ce conduce la o modificare a concentrației de ioni în celulă, cu schimbări ireversibile în mitocondrii, ceea ce duce imediat la încetarea tuturor funcțiilor vitale, inclusiv sinteza macromoleculelor. Necrosis provoca deteriorarea membranei plasmatice, inhibarea activității membranei pompelor sub acțiunea multor otrăvuri și schimbarea ireversibilă a energiei cu un deficit de oxigen (ischemie - ocluzia unui vas sanguin) sau otrăvesc enzime mitocondriale (cianide de acțiune). Astfel, prin creșterea permeabilității membranei plasmatice a celulelor umfla din cauza udarea ea, există o creștere a concentrațiilor de ioni citoplasmatici Na + și Ca 2+. acidularea citoplasmei, umflare și componente ale membranei vacuolare terminație gap sintezei proteinelor în citosol, eliberarea hidrolazelor lizozomale și liza celulară. Concomitent cu aceste schimbări în citoplasmă și nucleul celulei se schimbă: în primul rând, ei kompaktiziruyutsya (picnoza de nuclee), dar în măsura de umflare a miezului și învelișului ruperii stratului limita de cromatina se rupe în mase mai mici (karyorrhexis) și apoi vine karyolysis dizolvarea nucleu. O caracteristică necrozei este că o astfel de distrugere supuse unor grupuri mari de celule (de exemplu, infarct miocardic datorită încetării alimentării porțiunii oxigen a mușchiului cardiac). Este evident că necroza terenului este sub atac de celule albe din sânge și reacție inflamatorie se dezvoltă în zona de necroză.
Apoptoza. În procesul de dezvoltare a organismelor și a funcționării lor în starea adultă, moartea unei părți a celulelor are loc în mod constant, însă fără daunele fizice sau chimice, apare moartea "fără cauză".
Procesul începe cu faptul că celulele pierd contactul cu celulele vecine, ca și în cazul în care se contractă, în nucleele periferie se produce condensarea cromatinei specific, atunci miezul este fragmentat în părți separate, urmate de celula in sine este fragmentată în membranei plasmatice delimitate individuale vițel - apoptotic vițel. Apoptoza - proces care nu conduce la dizolvarea celulelor, și fragmentarea acesteia, dezintegrare.
3. Unitatea și varietatea tipurilor celulare
Numeroase studii în domeniul citologiei, o știință biologică specializată în studiul unei celule vii, au arătat că toate celulele au anumite proprietăți comune, nu numai în structură, ci și în funcții. Deci, celulele metabolizează, sunt capabile de autoreglarea stării lor, pot transmite informații ereditare. Cuștile se caracterizează prin creștere și reproducere. Fiecare dintre celulele fiice formate creste si ajunge la dimensiunea celulei mamei. Celulele noi funcționează ca celula mamă.
În același timp, sa dovedit că celulele sunt foarte diverse. Acestea pot exista ca organisme unicelulare (amoeba), precum și în organisme multicelulare. Durata de viață a celulelor variază de la câteva ore la zeci de ani. Astfel, unele celule ale esofagului mor la câteva zile după apariție, iar durata de viață a celulelor nervoase poate coincide cu durata de viață a unei persoane. Ciclul de viață al oricărei celule este completat fie prin diviziune, fie prin continuarea vieții, dar deja într-o formă actualizată sau prin moarte.
Dimensiunile celulelor variază de la o mie de centimetru până la 10 cm, ceea ce, cu toate acestea, este foarte rar.
Celulele cianobacteriilor și bacteriilor reale sunt cel mai simplu aranjate. Nu au nuclei, mitocondrii, plastide și alte structuri caracteristice celulelor organismelor superioare, sistemul membranelor interne nu este dezvoltat. În legătură cu absența unui nucleu, astfel de celule se numesc procariote.
Celulele bacteriene pot fi rotunde, în formă de tijă, curbate sau răsucite. Celulele de bacterii sferice (cocci) sunt capabile să adere împreună, formând perechi, bucăți, filme sau lanțuri lungi. Bacteriile în formă de rodii (bacili) pot forma perechi sau lanțuri, dar de multe ori trăiesc ca celule singulare.
Celulele din algele reale și plantele terestre, fungi și animale au un nucleu format și se numesc eucariote.
Un număr mare de organisme eucariote exista ca celule individuale: alge unicelulare (Chlorella), fungi unicelulari (drojdie) și animalele unicelulare (amoeba, ciliate).
Celulele din plantele și animalele multicelulare pot părea destul de diferite. Omul, de exemplu, ca toate celelalte vertebrate, constă din celule nervoase și musculare, celule hepatice, țesut osos și multe altele. Varietatea formei și mărimii celulelor corespunde varietății funcțiilor lor.
Astfel, o celulă vie are o serie de proprietăți vitale: metabolism, iritabilitate, creștere și reproducere, mobilitate, pe baza căreia se realizează funcțiile întregului organism.
Semnificația teoriei celulare în dezvoltarea științei este că a făcut clar faptul că celula este cel mai important constituent al tuturor organismelor vii. Este componenta lor principală "clădire", celula este baza embrionară a unui organism multicelulular, deoarece dezvoltarea corpului începe cu o singură celulă - zigotul. O celulă este baza proceselor fiziologice și biochimice din organism, deoarece la nivel celular, în cele din urmă, apar toate procesele fiziologice și biochimice. Teoria celulelor a permis să ajungă la o concluzie cu privire la asemănarea compoziției chimice a tuturor celulelor și a confirmat încă o dată unitatea întregii lumi organice.