Cell biology(ćelijska biologija, citologija) - nauka o ćeliji.

Ćelijska biologija je grana biologije čiji je predmet ćelija, elementarna jedinica živih bića. Ćelijom se smatra sistem koji uključuje pojedinačne ćelijske strukture, njihovo učešće u opštim ćelijskim fiziološkim procesima i načine regulacije ovih procesa. Razmatra se reprodukcija ćelija i njihovih komponenti, adaptacija ćelija na uslove okoline, reakcije na delovanje različitih faktora i patološke promene u ćelijama. i mehanizmima njihove smrti.

Citologija i ćelijska biologija

Termin „ćelijska biologija“ ili „ćelijska biologija“ u drugoj polovini 20. veka zamenio je prvobitni termin „citologija“, koji je definisao nauku o ćeliji. Citologija pripada nizu „sretnih“ bioloških disciplina, kao što su biohemija, biofizika i genetika, čiji je razvoj u proteklih 60 godina bio posebno brz („biološka revolucija“) i doveo je do temeljnih promjena u biologiji u razumijevanju organizacije i suštine životnih pojava. Klasična citologija, koja je u početku bila uglavnom. deskriptivna morfološka nauka, apsorbujući ideje, činjenice i metode biohemije, biofizike i molekularne biologije, postala je opšta biološka disciplina koja proučava ne samo strukturu, morfologiju, već i funkcionalne i molekularne aspekte ponašanja ćelija kao elementarnih jedinica. žive prirode.

Iako su se prvi opisi i ideje o ćeliji pojavili prije više od 300 godina, detaljno proučavanje ćelija bilo je povezano s razvojem mikroskopije u 19. stoljeću. U to vrijeme napravljeni su glavni opisi unutarćelijske organizacije i tzv ćelijska teorija(T. Schwann. R. Virchow), čiji su glavni postulati: ćelija je elementarna jedinica živih bića; nema života izvan ćelije (prema R. Virchowu, „život je aktivnost ćelije, karakteristike prve su karakteristike poslednje”); ćelije su slične (homologne) po svojoj strukturi i osnovnim svojstvima; ćelije se povećavaju u broju i množe samo dijeljenjem prvobitnih ćelija. Ćelijska teorija ne samo da je značajno utjecala na razvoj takvih općih bioloških disciplina kao što su histologija, embriologija i fiziologija, već je napravila pravu revoluciju u medicini, pokazujući da je u osnovi bilo koje bolesti tijela ćelijska patologija, tj. promjene u funkcionisanju pojedinih grupa ćelija unutar organa i tkiva.

Veliku ulogu u formiranju i razvoju domaće biologije, a potom i biologije ćelije, odigrale su naučne škole istraživača kao što su I.I. Mečnikov, N.K. Koltsov, D.N. Nasonov i drugi.

Krajem 19. stoljeća opisane su mnoge unutarćelijske komponente (nukleus, hromozomi, mitohondriji itd.), okarakterisana je mitoza kao jedini način reprodukcije ćelije, a stvorena je i hromozomska teorija nasljeđa (citogenetika). Istovremeno i početkom 20. vijeka, interesi citologije bili su usmjereni na rasvjetljavanje funkcionalnog značaja intracelularnih komponenti (citofiziologija). Rješenju ovih problema pomogao je razvoj oblasti kao što su citohemija, kultivacija ćelija, povezana sa uvođenjem novih metodoloških tehnika (fluorescentna mikroskopija, kvantitativna citohemija, autoradiografija, diferencijalno centrifugiranje itd.).

Kvalitativna prekretnica u analizi ćelijskih komponenti i njihovog funkcionalnog značaja bilo je uvođenje elektronske mikroskopije 50-ih godina 20. stoljeća, koja je omogućila proučavanje ćelija na submikroskopskom nivou. Kombinacija elektronskih mikroskopskih i molekularno bioloških metoda omogućila je blisko povezivanje proučavanja morfologije ćelijskih komponenti sa identifikacijom njihovih biohemijskih karakteristika i utvrđivanje njihovog funkcionalnog značaja. Sredinom 20. stoljeća termin „ćelijska biologija“ počeo se koristiti kao definicija nauke koja proučava ne samo strukturu ćelija, već i funkcionalne i biohemijske karakteristike njihovih struktura i pojedinačnih stadija ćelije. život uopšte. Istovremeno, otkriven je ćelijski ciklus (molekularni slijed događaja tokom ćelijske reprodukcije), njegova regulacija na molekularnom nivou, te su date funkcionalne i biohemijske karakteristike mnogih starih i novootkrivenih unutarćelijskih struktura.

Doktrina ćelije

Trenutno, sa stanovišta moderne molekularne biologije, možemo dati sljedeću definiciju šta je ćelija: ćelija je uređeni sistem biopolimera (proteini, nukleinske kiseline, lipidi) i njihovih makromolekularnih kompleksa, omeđenih aktivnom lipoproteinskom membranom, učestvujući u jednom skupu metaboličkih (metaboličkih) i energetskih procesa koji održavaju i reprodukuju čitav sistem u celini.

Intracelularni strukturni elementi predstavljaju funkcionalne podsisteme, odnosno sisteme drugog reda. Dakle, ćelijsko jezgro je sistem za skladištenje, reprodukciju i implementaciju genetskih informacija sadržanih u DNK hromozoma; hijaloplazma (glavna plazma) - sistem glavnog srednjeg metabolizma i sinteze monomera, kao i sinteza proteina na ribosomima; citoskelet - mišićno-koštani sistem ćelije; vakuolarni sistem - sistem za sintezu, modifikaciju i transport nekih proteinskih polimera i formiranje mnogih ćelijskih lipoproteinskih membrana; mitohondrije su organele koje opskrbljuju energijom sve ćelijske funkcije putem sinteze ATP-a; plastidi biljnih ćelija - sistem za fotosintezu ATP-a i sintezu ugljikohidrata; Plazma membrana je barijera-receptor-transportni sistem ćelije.

Važno je naglasiti da svi ovi ćelijski podsistemi čine neku vrstu konjugovanog jedinstva koje je međusobno zavisno. Dakle, poremećaj nuklearne funkcije odmah utiče na sintezu proteina, poremećaj strukture i funkcije mitohondrija zaustavlja sve sintetičke i metaboličke procese, poremećaj citoskeletnih elemenata zaustavlja unutarćelijski transport itd.

Moderna biohemija i molekularna biologija, koje proučavaju hemijske procese u osnovi života ćelija, ne mogu bez informacija o strukturama na kojima se ti procesi odvijaju; baš kao i u ćelijskoj biologiji, kada se proučavaju strukture i njihov funkcionalni značaj, nemoguće je bez poznavanja molekularnih procesa koji se odvijaju u tim strukturama. Stoga se termin „molekularna ćelijska biologija” sve više koristi u naslovima raznih priručnika i udžbenika.

Proučavanje biologije ćelije ima ogromno praktični značaj: ovo je proučavanje fiziologije organizama, upotreba ćelija u biotehnološkom razvoju, upotreba podataka ćelijske biologije u praktičnoj medicini. Na primjer, informacije iz oblasti ćelijske biologije neophodne su za proučavanje rasta malignih ćelija, za citodijagnostiku bolesti, za upotrebu matičnih ćelija itd. Štaviše, nijedna ljudska bolest se ne može razumjeti bez korištenja podataka iz biologije ćelije.

Izvanredni ruski citolozi

I. I. Mečnikov (1845-1916) - poznati ruski biolog i patolog, jedan od osnivača eksperimentalne citologije i imunologije, osnivač naučne škole, počasni član Sankt Peterburgske akademije nauka, jedan od osnivača Pasterovog instituta u. Pariz. Godine 1883. I. I. Mečnikov je otkrio fenomen fagocitoze i iznio fagocitnu teoriju imuniteta (1901.); Za svoj rad na proučavanju imuniteta zajedno sa P. Ehrlichom dobio je Nobelovu nagradu 1908. godine.

Naučna škola N.K. Kolcova (1872-1940) imala je ogroman uticaj na razvoj biologije, genetike i citologije u našoj zemlji. Bio je istraživač čije su ideje bile decenijama ispred mnogih otkrića koja su postala osnova modernih koncepata u genetici i ćelijskoj biologiji. Godine 1903. N.K. Koltsov je otkrio unutrašnji fibrilarni sistem, koji je definisao kao skeletnu citoplazmatsku strukturu koja određuje oblik i kretanje ćelija. Trenutno se ovaj sistem naziva citoskeletom, sastoji se od proteinskih polimera od kojih se formiraju mikrotubule i filamentne strukture (mikrofilamenti, intermedijerni filamenti). Još jedno važno dostignuće N.K. Koltsova bilo je predviđanje matričnog principa udvostručavanja nasljednih struktura. Prema njegovim zamislima, mali molekuli jezgra se sklapaju na već postojećem šablonu, a zatim se „spajaju“ u polimerni molekul, kopiju šablona. U to vrijeme (1927.) makromolekule DNK još nisu bile poznate, ali ideja da se trajna, konzervirana nasljedna matrica ne uništava niti ponovo stvara, već se prenosi s roditelja na potomstvo, bila je sjajna prognoza. Može se smatrati da je ova izjava N.K. Koltsova bila početak razvoja molekularne biologije. Dugogodišnja istraživanja o obliku i ponašanju ćelija (citoskeleta) i hipoteza matriksa najveća su zasluga N.K. Kolcova kao „proroka u svojoj domovini“ u razvoju biologije. Velika zasluga N.K. Koltsova, osim toga, leži u činjenici da je obučio čitavu plejadu svojih učenika-sljedbenika: genetičara, fiziologa, embriologa i citologa. To uključuje V.V. Saharov, B.L. Astaurov, S.S. Četverikov, D.P. , A.S. Serebrovsky, G.I. Roskin i drugi. Sada je uobičajeno govoriti o biološkoj ruskoj školi N.K. Institut za razvojnu biologiju Ruske akademije nauka sada nosi njegovo ime.

D.N. je odigrao veliku ulogu u stvaranju domaće citologije. Nasonov (1895-1957). Radovi Dmitrija Nikolajeviča posvećeni proučavanju Golgijevog aparata bili su visoko cijenjeni od strane stručnjaka i postali su klasični. Proučavajući rad Golgijevog aparata D.N. Nasonov je iznio hipotezu o vodećoj ulozi ove organele u procesu ćelijske sekrecije. Mnogo kasnije, uz pomoć elektronsko mikroskopske autoradiografije, ova hipoteza je u potpunosti potvrđena (Leblon, 1966) i postala aksiom funkcionalnog značaja ove strukture. Godine 1956., na inicijativu Dmitrija Nikolajeviča, organizovan je Institut za citologiju Akademije nauka SSSR-a.

Jedan od učenika N.K. Kolcova bio je G.I.Roskin (1882-1964), koji je radio s njim od 1912. Proučavao je skeletne i kontraktilne strukture u različitim ćelijama, od jednoćelijskih organizama do glatkih i prugastih mišića višećelijskih organizama. Zaključio je da kontraktilni i potporni elementi čine veoma složene sisteme koji obezbeđuju motoričke i potporne funkcije – ti sistemi su nazvani statokinetički. Ova serija radova je nastavak studija citoskeleta koje je započeo N.K.

Od 1930. do 1964. G. I. Roskin je vodio odjel za histologiju u Moskvi državni univerzitet. Nastavljajući proučavanje kontraktilnih elemenata ćelije, G.I. Roskin je platio velika pažnja proučavajući citologiju ćelija raka, što je dovelo do otkrića lijeka protiv raka crucin, koji se neko vrijeme koristio u klinici. Posebna pažnja na G.I. Roskin je obratio pažnju na uvođenje citokemijskih metoda u histologiju i citologiju, koje omogućavaju lokalizaciju određenih polimera ili pojedinih aminokiselina u stanicama. U to vrijeme Katedra za histologiju postaje promotor citokemijskih metoda, koje su imale široku primjenu ne samo u biološkim istraživanjima, već iu medicini. Kasnije V.Ya. Brodskog, studenta G.I. Roskina, počeo je razvijati kvantitativne histokemijske studije koristeći posebnu citofotometrijsku opremu. To je dovelo do pojave novih biohemijskih i biofizičkih metoda koje se široko koriste u ćelijskoj biologiji.

Veliki doprinos proučavanju strukture i ponašanja tumorskih ćelija dali su radovi Yu.M. Vasiljev (r. 1928) i njegovi učenici. Njegova škola dugi niz godina proučava mehanizme kretanja normalnih i tumorskih ćelija. Bio je prvi koji je identifikovao ulogu sistema mikrotubula i drugih elemenata citoskeleta u određivanju pravca migracije normalnih i tumorskih ćelija. Vodi laboratoriju mehanizama karcinogeneze u Onkološkom istraživačkom centru Ruske akademije medicinskih nauka.

Yu.S. Čencov (r. 1930.) je od 1970. do 2010. bio na čelu katedre za ćelijsku biologiju i histologiju. Jedan je od osnivača moskovske škole elektronskih mikroskopista. On i njegovi učenici bili su prvi koji su napravili trodimenzionalnu rekonstrukciju centriola i opisali njegovo ponašanje u ćelijskom ciklusu. Yu.S.Chentsov je jedan od autora otkrića nuklearnog proteinskog okvira (matriksa) pokazao je da je nuklearni matriks sastavni dio interfaznih i mitotičkih hromozoma. Yu.S.Chentsov je igrao glavnu ulogu u proučavanju ultrastrukture ćelijskog jezgra i mitotičkog hromozoma. U svom radu na proučavanju mitohondrija u mišićnom tkivu, Yu.S. Chentsov je postao jedan od autora otkrića mitohondrijalnog retikuluma i posebne strukture - intermitohondrijalnih kontakata. (Daniel Mazia, 1912-1996), američki citolog koji je imao veliku ulogu u proučavanju procesa diobe i reprodukcije stanica, u proučavanju strukture mitotičkog vretena i reprodukcije centrosoma. Smatrao je ćeliju supramolekularnim sistemom koji se sastoji od mnogih međusobno povezanih molekularnih sistema.

Keith Porter (Keith Robert Porter, 1912-1997) - kanadski biolog, jedan od osnivača elektronskog mikroskopskog pristupa u biologiji. Razvio je metode za proizvodnju ultratankih presjeka, metode za korištenje obloženih rešetki u elektronskoj mikroskopiji, a također je predložio upotrebu osmijum tetroksida za rad sa elektronskim mikroskopskim preparatima. K. Porter je odgovoran za otkriće citoskeletnih mikrotubula i endoplazmatskog retikuluma, autolizosoma i obrubljenih vakuola. Zahvaljujući njemu osnovan je prvi vodeći časopis iz biologije ćelije, koji se danas zove Journal of Cell Biology.

Džordž Palade (George Emil Palade, 1912-2008) - američki biolog rumunskog porekla. Otkrio je ribonukleinske čestice zvane Palade granule na površini tankova endoplazmatskog retikuluma. Kasnije je otkriveno da su Palade granule ribozomi povezani sa endoplazmatskim retikulumom. Palade je intenzivno radio na proučavanju vakuolnog sistema i vezikularnog transporta u ćeliji. Godine 1974. dobio je Nobelovu nagradu.

Christian Rene de Duve (1917-2002) - belgijski citolog i biohemičar koji je otkrio postojanje probavnih organela - lizosoma - u stanicama. Dobitnik Nobelove nagrade (1974).

Albert Claude (1899-1983) - belgijski biohemičar, zahvaljujući kome je citologija iz deskriptivne nauke postala funkcionalna nauka. Pokazao je direktnu vezu između unutarćelijskih struktura i biohemijskih procesa koji se odvijaju u ćeliji, te učestvovao u uvođenju biohemijskih i fizičkih metoda u citologiju. A. Claude je napisao da je ćelija „nezavisna i samoodrživa jedinica žive materije, sposobna da akumulira, pretvara i koristi energiju.“ Dobitnik Nobelove nagrade (1974).

Preporučeno čitanje

Yu.S. Chentsov. Uvod u ćelijsku biologiju

Yu.S. Chentsov. citologija: tutorial za univerzitete i medicinske škole.

Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J.D. Molekularna biologija ćelije

Molekularna biologija ćelija. Prevod sa engleskog / Uredio B. Alberts

Lodish H., Besk A., Zipursky S.L., Matsudaira P., Balximore D., Darnell J. Molecular cell biology.

Sva živa bića i organizmi ne sastoje se od ćelija: biljaka, gljiva, bakterija, životinja, ljudi. Unatoč svojoj minimalnoj veličini, sve funkcije cijelog organizma obavlja stanica. U njoj curi složeni procesi, od kojih zavisi vitalnost organizma i funkcionisanje njegovih organa.

U kontaktu sa

Strukturne karakteristike

Naučnici proučavaju strukturne karakteristike ćelije i principe njenog rada. Detaljno ispitivanje strukture ćelije moguće je samo uz pomoć moćnog mikroskopa.

Sva naša tkiva – koža, kosti, unutrašnji organi – sastoje se od ćelija koje su građevinski materijal, dolaze u različitim oblicima i veličinama, svaka sorta obavlja određenu funkciju, ali su glavne karakteristike njihove strukture slične.

Prvo da saznamo šta se krije iza toga strukturna organizacija ćelija. Tokom svog istraživanja, naučnici su otkrili da je ćelijska osnova membranski princip. Ispostavilo se da su sve stanice formirane od membrana, koje se sastoje od dvostrukog sloja fosfolipida, gdje su proteinski molekuli uronjeni izvana i iznutra.

Koje svojstvo je karakteristično za sve vrste ćelija: ista struktura, kao i funkcionalnost - regulacija metaboličkog procesa, upotreba sopstvenog genetskog materijala (prisustvo i RNK), prijem i potrošnja energije.

Strukturna organizacija ćelije zasniva se na sledećim elementima koji obavljaju određenu funkciju:

• membrana- ćelijska membrana, sastoji se od masti i proteina. Njegov glavni zadatak je odvajanje tvari iznutra od vanjskog okruženja. Struktura je polupropusna: može prenijeti i ugljični monoksid;
• jezgro– centralna regija i glavna komponenta, odvojena od ostalih elemenata membranom. Unutar jezgra se nalaze informacije o rastu i razvoju, genetskom materijalu, predstavljenom u obliku molekula DNK koji čine sastav;
• citoplazma- ovo je tečna supstanca koja formira unutrašnje okruženje u kojem se odvijaju različiti vitalni procesi i sadrži mnoge važne komponente.

Od čega se sastoji ćelijski sadržaj, koje su funkcije citoplazme i njenih glavnih komponenti:

1. Ribosom- najvažnija organela koja je neophodna za procese biosinteze proteina iz aminokiselina obavlja ogroman broj vitalnih zadataka;
2. Mitohondrije- druga komponenta koja se nalazi unutar citoplazme. Može se opisati jednom frazom - izvor energije. Njihova funkcija je da opskrbe komponente energijom za dalju proizvodnju energije.
3. Golgijev aparat sastoji se od 5 - 8 vrećica koje su međusobno povezane. Glavni zadatak ovog aparata je da prenosi proteine ​​u druge dijelove ćelije kako bi osigurao energetski potencijal.
4. Oštećeni elementi se čiste lizozomi.
5. Bavi se transportom endoplazmatski retikulum, kroz koje proteini pokreću molekule korisnih supstanci.
6. Centrioles odgovorni su za reprodukciju.

Core

Budući da se radi o ćelijskom centru, posebnu pažnju treba obratiti na njegovu strukturu i funkcije. Ova komponenta je najvažniji element za sve ćelije: sadrži nasljedne osobine. Bez jezgra, procesi reprodukcije i prijenosa genetskih informacija postali bi nemogući. Pogledajte sliku koja prikazuje strukturu jezgra.

• Nuklearna membrana, koja je istaknuta lila, omogućava ulazak potrebne supstance i pušta ga nazad kroz pore - male rupice.
• Plazma je viskozna tvar i sadrži sve ostale nuklearne komponente.
• jezgro se nalazi u samom centru i ima oblik kugle. Njegova glavna funkcija je stvaranje novih ribozoma.
• Ako pogledate središnji dio ćelije u poprečnom presjeku, možete vidjeti suptilne plave tkanje - kromatin, glavnu supstancu, koja se sastoji od kompleksa proteina i duge niti DNK koja nosi potrebne informacije.

Stanične membrane

Pogledajmo pobliže rad, strukturu i funkcije ove komponente. Ispod je tabela koja jasno pokazuje važnost vanjske ljuske.

Hloroplasti

Ovo je još jedna najvažnija komponenta. Ali zašto hloroplasti nisu spomenuti ranije, pitate se? Da, jer se ova komponenta nalazi samo u biljnim ćelijama. Glavna razlika između životinja i biljaka je način ishrane: kod životinja je heterotrofna, a kod biljaka autotrofna. To znači da životinje nisu u stanju stvarati, odnosno sintetizirati organske tvari iz anorganskih - hrane se već gotovim organskim tvarima. Biljke su, naprotiv, sposobne provoditi proces fotosinteze i sadrže posebne komponente - hloroplaste. To su zeleni plastidi koji sadrže supstancu hlorofil. Uz njegovo učešće, svjetlosna energija se pretvara u energiju kemijskih veza organskih tvari.

Zanimljivo! Kloroplasti su koncentrirani u velikim količinama uglavnom u nadzemnim dijelovima biljaka - zelenim plodovima i listovima.

Ako vam se postavi pitanje: navedite važnu karakteristiku strukture organska jedinjenjaćelije, onda se odgovor može dati na sljedeći način.

• mnogi od njih sadrže atome ugljika, koji imaju različita kemijska i fizička svojstva, a također su sposobni da se međusobno kombinuju;
• su nosioci, aktivni učesnici u različitim procesima koji se odvijaju u organizmima, ili su njihovi proizvodi. To se odnosi na hormone, razne enzime, vitamine;
• može formirati lance i prstenove, što pruža razne veze;
• uništavaju se prilikom zagrijavanja i interakcije s kisikom;
• atomi unutar molekula se međusobno kombinuju pomoću kovalentnih veza, ne razlažu se na ione i zbog toga sporo interaguju, reakcije između supstanci traju jako dugo - nekoliko sati, pa čak i dana.

Struktura hloroplasta

Tkanine

Ćelije mogu postojati jedna po jedna, kao kod jednoćelijskih organizama, ali najčešće se spajaju u grupe svoje vrste i formiraju različite strukture tkiva koje čine organizam. U ljudskom tijelu postoji nekoliko vrsta tkiva:

• epitelne– koncentrisan na površini kože, organa, elemenata digestivnog trakta i respiratornog sistema;
• mišićav— krećemo se zahvaljujući kontrakciji mišića našeg tijela, izvodimo razne pokrete: od najjednostavnijeg pokreta malog prsta do brzog trčanja. Inače, otkucaji srca nastaju i zbog kontrakcije mišićnog tkiva;
• vezivno tkivočini do 80 posto mase svih organa i ima zaštitnu i potpornu ulogu;
• nervozan- formira nervna vlakna. Zahvaljujući njemu, kroz tijelo prolaze različiti impulsi.

Proces reprodukcije

Tokom cijelog života organizma dolazi do mitoze - tako se naziva proces diobe. koji se sastoji od četiri faze:

1. Profaza. Dva centriola ćelije se dijele i kreću u suprotnim smjerovima. U isto vrijeme, hromozomi formiraju parove, a nuklearna ljuska počinje da se urušava.
2. Druga faza se zove metafaze. Kromosomi se nalaze između centriola, a postupno vanjska ljuska jezgre potpuno nestaje.
3. Anafaza je treća faza, tokom koje se centriole nastavljaju kretati u suprotnom smjeru jedna od druge, a pojedinačni hromozomi također prate centriole i udaljavaju se jedan od drugog. Citoplazma i cijela stanica počinju da se smanjuju.
4. Telofaza– završna faza. Citoplazma se skuplja sve dok se ne pojave dvije identične nove ćelije. Oko hromozoma se formira nova membrana i u svakoj novoj ćeliji se pojavljuje jedan par centriola.

Zanimljivo!Ćelije u epitelu dijele se brže nego u koštanom tkivu. Sve zavisi od gustine tkanine i drugih karakteristika. Prosječni vijek trajanja glavnih strukturnih jedinica je 10 dana.

Struktura ćelije. Struktura i funkcije ćelije. Cell life.

Zaključak

Naučili ste koja je struktura ćelije – najvažnije komponente tijela. Milijarde ćelija čine nevjerovatno mudro organiziran sistem koji osigurava performanse i vitalnu aktivnost svih predstavnika životinjskog i biljnog svijeta.

Gotovo svi živi organizmi zasnovani su na najjednostavnijoj jedinici - ćeliji. Fotografije ovog sićušnog biosistema, kao i odgovori na većinu zanimljiva pitanja možete pronaći u ovom članku. Koja je struktura i veličina ćelije? Koje funkcije obavlja u tijelu?

Ćelija je...

Naučnici ne znaju tačno vrijeme pojave prvih živih ćelija na našoj planeti. Njihovi ostaci, stari 3,5 milijardi godina, pronađeni su u Australiji. Međutim, nije bilo moguće precizno utvrditi njihovu biogenost.

Ćelija je najjednostavnija jedinica u strukturi gotovo svih živih organizama. Jedini izuzetak su virusi i viroidi, koji pripadaju nećelijskim oblicima života.

Ćelija je struktura koja je sposobna da postoji autonomno i da se samoreproducira. Njegove dimenzije mogu biti različite - od 0,1 do 100 mikrona ili više. Međutim, vrijedi napomenuti da se neoplođena jaja ptica također mogu smatrati ćelijama. Dakle, nojevo jaje se može smatrati najvećom ćelijom na Zemlji. Može doseći 15 centimetara u prečniku.

Nauka koja proučava vitalne funkcije i strukturu ćelije organizma naziva se citologija (ili ćelijska biologija).

Otkriće i istraživanje ćelije

Robert Hooke je engleski naučnik koji nam je svima poznat iz školskog kursa fizike (upravo on je otkrio zakon o deformaciji elastičnih tijela, koji je dobio ime po njemu). Osim toga, on je bio taj koji je prvi vidio žive ćelije, ispitujući dijelove balsa drveta kroz svoj mikroskop. Podsjećali su ga na saće, pa ih je nazvao cell, što na engleskom znači "ćelija".

Ćelijska struktura biljaka potvrđena je kasnije (krajem 17. stoljeća) od strane mnogih istraživača. Ali ćelijska teorija je proširena na životinjske organizme tek početkom 19. stoljeća. Otprilike u isto vrijeme, naučnici su se ozbiljno zainteresovali za sadržaj (strukturu) ćelija.

Snažni svjetlosni mikroskopi omogućili su nam da detaljno ispitamo ćeliju i njenu strukturu. Oni i dalje ostaju glavno oruđe u proučavanju ovih sistema. A pojava elektronskih mikroskopa u prošlom veku omogućila je biolozima da proučavaju ultrastrukturu ćelija. Među metodama njihovog istraživanja izdvajaju se i biohemijske, analitičke i preparativne. Također možete saznati kako izgleda živa ćelija - fotografija je data u članku.

Hemijska struktura ćelije

Ćelija sadrži mnogo različitih supstanci:

• organogeni;
• makroelementi;
• mikro- i ultramikroelementi;
• vode.

Oko 98% hemijskog sastava ćelije čine takozvani organogeni (ugljik, kiseonik, vodonik i azot), još 2% su makroelementi (magnezijum, gvožđe, kalcijum i drugi). Mikro- i ultramikroelementi (cink, mangan, uranijum, jod, itd.) - ne više od 0,01% ukupne ćelije.

Prokarioti i eukarioti: glavne razlike

Na osnovu karakteristika ćelijske strukture, svi živi organizmi na Zemlji podijeljeni su u dva nadkraljevstva:

• prokarioti - primitivniji organizmi koji su nastali evolucijom;
• eukarioti su organizmi čije je ćelijsko jezgro u potpunosti formirano (ljudsko tijelo također pripada eukariotima).

Glavne razlike između eukariotskih ćelija i prokariota:

• veće veličine (10-100 mikrona);
• način diobe (mejoza ili mitoza);
• tip ribosoma (80S ribozomi);
• tip flagela (u ćelijama eukariotskih organizama, flagele se sastoje od mikrotubula koje su okružene membranom).

Struktura eukariotske ćelije

Struktura eukariotske ćelije uključuje sljedeće organele:

• jezgro;
• citoplazma;
• Golgijev aparat;
• lizozomi;
• centrioli;
• mitohondrije;
• ribosomi;
• vezikule.

Jezgro je glavni strukturni element eukariotske ćelije. U njemu su pohranjene sve genetske informacije o određenom organizmu (u molekulima DNK).

Citoplazma je posebna supstanca koja sadrži jezgro i sve druge organele. Zahvaljujući posebnoj mreži mikrotubula, osigurava kretanje tvari unutar ćelije.

Golgijev aparat je sistem ravnih rezervoara u kojima proteini stalno sazrevaju.

Lizozomi su mala tijela s jednom membranom, čija je glavna funkcija razbijanje pojedinačnih ćelijskih organela.

Ribosomi su univerzalne ultramikroskopske organele čija je svrha sinteza proteina.

Mitohondrije su neka vrsta “svjetlosnih” ćelija, kao i njihov glavni izvor energije.

Osnovne funkcije ćelije

Ćelija živog organizma pozvana je da obavlja nekoliko važnih funkcija koje osiguravaju vitalnu aktivnost samog ovog organizma.

Najvažnija funkcija ćelije je metabolizam. Dakle, ona je ta koja razgrađuje složene tvari, pretvarajući ih u jednostavne, a također sintetizira složenije spojeve.

Pored toga, sve ćelije su sposobne da reaguju na spoljašnje iritirajuće faktore (temperatura, svetlost, itd.). Većina njih također ima sposobnost regeneracije (samoizlječenja) putem fisije.

Nervne ćelije također mogu odgovoriti na vanjske podražaje proizvodnjom bioelektričnih impulsa.

Sve gore navedene funkcije ćelije osiguravaju vitalne funkcije tijela.

Zaključak

Dakle, ćelija je najmanji elementarni živi sistem, koji je osnovna jedinica u strukturi svakog organizma (životinje, biljke, bakterije). Njegova struktura se sastoji od jezgra i citoplazme, koja sadrži sve organele (ćelijske strukture). Svaki od njih obavlja svoje specifične funkcije.

Veličina ćelije uvelike varira - od 0,1 do 100 mikrometara. Osobitosti strukture i funkcioniranja stanica proučava posebna znanost - citologija.

Nauka koja proučava strukturu i funkciju ćelija se zove citologija.

Cell- elementarna strukturna i funkcionalna jedinica živih bića.

Ćelije su, uprkos svojoj maloj veličini, veoma složene. Unutrašnji polutečni sadržaj ćelije se naziva citoplazma.

Ćelijsko jezgro

Ćelijsko jezgro je najvažniji dio ćelije.
Jezgro je odvojeno od citoplazme ljuskom koja se sastoji od dvije membrane. Nuklearna membrana sadrži brojne pore tako da različite tvari mogu ući u jezgro iz citoplazme i obrnuto.
Interni sadržaj kernela se poziva karioplasma ili nuklearni sok. Nalazi se u nuklearnom soku hromatin I nucleolus.
Chromatin je lanac DNK. Ako se stanica počne dijeliti, tada se kromatinske niti čvrsto motaju u spiralu oko posebnih proteina, poput niti na kolutu. Takve guste formacije jasno su vidljive pod mikroskopom i nazivaju se hromozoma.

Core sadrži genetske informacije i kontroliše život ćelije.

Nucleolus je gusto okruglo tijelo unutar jezgra. Tipično, postoji od jedne do sedam nukleola u jezgru ćelije. Oni su jasno vidljivi između dioba ćelija, a tokom diobe se uništavaju.

Funkcija nukleola je sinteza RNK i proteina iz kojih se formiraju posebne organele - ribozomi.
Ribosomi učestvuju u biosintezi proteina. U citoplazmi se najčešće nalaze ribozomi grubi endoplazmatski retikulum. Ređe su slobodno suspendovani u citoplazmi ćelije.

Endoplazmatski retikulum (ER) učestvuje u sintezi ćelijskih proteina i transportu supstanci unutar ćelije.

Značajan dio supstanci koje sintetiše ćelija (proteini, masti, ugljikohidrati) ne konzumira se odmah, već kroz EPS kanale ulazi za skladištenje u posebne šupljine položene u posebne naslagače, „cisterne“ i membranom omeđene od citoplazme. . Ove šupljine se nazivaju Golgijev aparat (kompleks). Najčešće se cisterne Golgijevog aparata nalaze blizu ćelijskog jezgra.
Golgijev aparat učestvuje u transformaciji ćelijskih proteina i sintetiše lizozomi- probavne organele ćelije.
Lizozomi Oni su digestivni enzimi, "upakovani" u membranske vezikule, pupaju i distribuiraju po citoplazmi.
Golgijev kompleks također akumulira tvari koje stanica sintetiše za potrebe cijelog organizma i koje se iz ćelije izbacuju van.

Mitohondrije- energetske organele ćelija. Oni pretvaraju hranljive materije u energiju (ATP) i učestvuju u ćelijskom disanju.

Mitohondrije su prekrivene sa dvije membrane: vanjska je glatka, a unutrašnja ima brojne nabore i izbočine - kriste.

Plazma membrana

Da bi ćelija bila jedinstven sistem, neophodno je da se svi njeni delovi (citoplazma, jezgro, organele) drže zajedno. U tu svrhu se u procesu evolucije razvila plazma membrana, koji, okružujući svaku ćeliju, odvaja je od vanjskog okruženja. Vanjska membrana štiti unutrašnji sadržaj stanice - citoplazmu i jezgro - od oštećenja, održava stalan oblik ćelije, osigurava komunikaciju između stanica, selektivno propušta potrebne tvari u ćeliju i uklanja produkte metabolizma iz stanice.

Struktura membrane je ista u svim ćelijama. Osnova membrane je dvostruki sloj molekula lipida, u kojem se nalaze brojni proteinski molekuli. Neki proteini se nalaze na površini lipidnog sloja, drugi prodiru kroz oba sloja lipida.

Posebni proteini formiraju najfinije kanale kroz koje ioni kalija, natrijuma, kalcija i neki drugi joni malog promjera mogu proći u ćeliju ili iz nje. Međutim, veće čestice (molekule hranjivih tvari - proteini, ugljikohidrati, lipidi) ne mogu proći kroz membranske kanale i ući u ćeliju koristeći fagocitoza ili pinocitoza:

• Na mjestu gdje čestica hrane dodiruje vanjsku membranu ćelije, formira se invaginacija i čestica ulazi u ćeliju, okružena membranom. Ovaj proces se zove fagocitoza (biljne ćelije su prekrivene gustim slojem vlakana (ćelijska membrana) na vrhu vanjske ćelijske membrane i ne mogu uhvatiti tvari fagocitozom).
• Pinocitoza razlikuje se od fagocitoze samo po tome što u ovom slučaju invaginacija vanjske membrane ne hvata čvrste čestice, već kapljice tekućine s tvarima otopljenim u njoj. Ovo je jedan od glavnih mehanizama za prodiranje tvari u ćeliju.

(nuklearni). Prokariotske ćelije su očigledno jednostavnije, nastale su ranije u procesu evolucije. Eukariotske ćelije su složenije i nastale su kasnije. Ćelije koje čine ljudsko tijelo su eukariotske.

Unatoč raznolikosti oblika, organizacija ćelija svih živih organizama podliježe zajedničkim strukturnim principima.

Prokariotska ćelija

Eukariotska ćelija

Struktura eukariotske ćelije

Površinski kompleks životinjske ćelije

Sadrži glikokaliks, plazma membrane i kortikalni sloj citoplazme koji se nalazi ispod. Plazma membrana se još naziva i plazmalema, vanjska membrana ćelije. Ovo je biološka membrana, debljine oko 10 nanometara. Pruža prvenstveno funkciju razgraničenja u odnosu na okruženje izvan ćelije. Osim toga, obavlja i transportnu funkciju. Ćelija ne troši energiju da bi održala integritet svoje membrane: molekule se drže zajedno prema istom principu po kojem se molekule masti drže zajedno - termodinamički je povoljnije da se hidrofobni dijelovi molekula nalaze u neposrednoj blizini jedni drugima. Glikokaliks su molekule oligosaharida, polisaharida, glikoproteina i glikolipida “usidrena” u plazmalemi. Glikokaliks obavlja funkciju receptora i markera. Plazma membrana životinjskih ćelija se uglavnom sastoji od fosfolipida i lipoproteina isprepletenih proteinskim molekulima, posebno površinskim antigenima i receptorima. U kortikalnom (uz plazma membranu) sloju citoplazme nalaze se specifični citoskeletni elementi - aktinski mikrofilamenti poredani na određeni način. Glavna i najvažnija funkcija kortikalnog sloja (korteksa) su pseudopodijalne reakcije: izbacivanje, pričvršćivanje i kontrakcija pseudopodija. U tom slučaju se mikrofilamenti preuređuju, produžavaju ili skraćuju. Oblik ćelije (na primjer, prisustvo mikrovila) također ovisi o strukturi citoskeleta kortikalnog sloja.

Citoplazmatska struktura

Tekuća komponenta citoplazme naziva se i citosol. Pod svjetlosnim mikroskopom, činilo se da je ćelija ispunjena nečim poput tečne plazme ili sola, u kojem jezgro i druge organele "lebde". Zapravo to nije istina. Unutrašnji prostor eukariotske ćelije je strogo uređen. Kretanje organela koordinira se uz pomoć specijalizovanih transportnih sistema, takozvanih mikrotubula, koji služe kao intracelularni „putevi“ i posebnih proteina dineina i kinezina, koji imaju ulogu „motora“. Pojedinačni proteinski molekuli također se ne difundiraju slobodno po unutarćelijskom prostoru, već se usmjeravaju u potrebne odjeljke koristeći posebne signale na njihovoj površini, koje prepoznaju transportni sistemi ćelije.

Endoplazmatski retikulum

U eukariotskoj ćeliji postoji sistem membranskih odjeljaka (cijevi i cisterni) koji prelaze jedan u drugi, koji se naziva endoplazmatski retikulum (ili endoplazmatski retikulum, ER ili EPS). Taj dio ER-a, za čije su membrane vezani ribozomi, naziva se granularni(ili grubo) endoplazmatski retikulum, na njegovim membranama se odvija sinteza proteina. Oni odjeljci koji nemaju ribozome na svojim zidovima klasificiraju se kao glatko(ili agranularno) ER, koji učestvuje u sintezi lipida. Unutrašnji prostori glatkog i granularnog ER nisu izolovani, već prelaze jedan u drugi i komuniciraju sa lumenom nuklearnog omotača.

Golgijev aparat

Core

Citoskelet

Centrioles

Mitohondrije

Poređenje pro- i eukariotskih ćelija

Najvažnija razlika između eukariota i prokariota dugo se smatrala prisustvom formiranog jezgra i membranskih organela. Međutim, do 1970-1980-ih. postalo je jasno da je to samo posledica dubljih razlika u organizaciji citoskeleta. Neko vrijeme se vjerovalo da je citoskelet karakterističan samo za eukariote, ali sredinom 1990-ih. proteini homologni glavnim proteinima citoskeleta eukariota također su otkriveni u bakterijama.

To je prisustvo specifično strukturiranog citoskeleta koji omogućava eukariotima da stvore sistem mobilnih organela unutrašnje membrane. Osim toga, citoskelet omogućava nastanak endo- i egzocitoze (pretpostavlja se da su se upravo zahvaljujući endocitozi u eukariotskim stanicama pojavili intracelularni simbionti, uključujući mitohondrije i plastide). Druga važna funkcija eukariotskog citoskeleta je da obezbijedi podjelu jezgra (mitoza i mejoza) i tijela (citotomija) eukariotske ćelije (podjela prokariotskih ćelija je jednostavnije organizirana). Razlike u strukturi citoskeleta objašnjavaju i druge razlike između pro- i eukariota - na primjer, postojanost i jednostavnost oblika prokariotskih ćelija i značajnu raznolikost oblika i sposobnost da se on mijenja u eukariotskim stanicama, kao i relativno velike veličine potonjeg. Dakle, veličine prokariotskih ćelija u prosjeku su 0,5-5 mikrona, veličine eukariotskih stanica u prosjeku od 10 do 50 mikrona. Osim toga, samo među eukariotima postoje zaista divovske ćelije, kao što su masivna jaja ajkule ili noja (u ptičjem jajetu, cijelo žumance je jedno ogromno jaje), neuroni velikih sisara, čiji procesi ojačani citoskeletom , može doseći desetine centimetara u dužinu.

Anaplazija

Uništavanje stanične strukture (na primjer, kod malignih tumora) naziva se anaplazija.

Istorija otkrića ćelija

Prva osoba koja je vidjela ćelije bio je engleski naučnik Robert Hooke (poznat nam zahvaljujući Hookeovom zakonu). Te godine, pokušavajući da shvati zašto drvo plute tako dobro lebdi, Hooke je počeo da ispituje tanke delove plute koristeći mikroskop koji je unapredio. Otkrio je da je pluta podijeljena na mnogo sićušnih ćelija, što ga je podsjetilo na manastirske ćelije, te je te ćelije nazvao ćelijama (na engleskom cell znači “ćelija, ćelija, kavez”). Iste godine, holandski majstor Anton van Leeuwenhoek (-) prvi put je upotrijebio mikroskop kako bi u kapi vode vidio "životinje" - pokretne žive organizme. Tako su do početka 18. vijeka naučnici znali da biljke pod velikim povećanjem imaju ćelijsku strukturu i vidjeli su neke organizme koji su kasnije nazvani jednoćelijski. Međutim, ćelijska teorija strukture organizama nastala je tek sredinom 19. stoljeća, nakon što su se pojavili moćniji mikroskopi i razvijene metode za fiksiranje i bojenje stanica. Jedan od njegovih osnivača bio je Rudolf Virchow, ali njegove ideje su sadržavale niz pogrešaka: na primjer, pretpostavljao je da su ćelije slabo povezane jedna s drugom i da svaka postoji “za sebe”. Tek kasnije je bilo moguće dokazati integritet ćelijskog sistema.

vidi takođe

• Poređenje stanične strukture bakterija, biljaka i životinja

Linkovi

• Molekularna biologija ćelije, 4. izdanje, 2002. - udžbenik o molekularnoj biologiji na engleskom jeziku
• Citologija i genetika (0564-3783) objavljuje članke na ruskom, ukrajinskom i engleskom po izboru autora, prevedene na engleski jezik (0095-4527)

Wikimedia fondacija. 2010.

Pogledajte šta je “Ćelija (biologija)” u drugim rječnicima:

BIOLOGIJA- BIOLOGIJA. Sadržaj: I. Istorija biologije.................. 424 Vitalizam i mašinizam. Pojava empirijskih nauka u 16. i 18. veku. Pojava i razvoj evolucijske teorije. Razvoj fiziologije u 19. veku. Razvoj celularne nauke. Rezultati 19. veka... Velika medicinska enciklopedija

- (cellula, cytus), osnovna strukturna i funkcionalna jedinica svih živih organizama, elementarni živi sistem. Može postojati kao odjel. organizmu (bakterije, protozoe, određene alge i gljive) ili u tkivima višećelijskih životinja, ... ... Biološki enciklopedijski rječnik

Ćelije aerobnih bakterija koje stvaraju spore su u obliku štapa i, u poređenju sa bakterijama koje ne stvaraju spore, obično su veće veličine. Vegetativni oblici bakterije koje nose spore imaju slabije aktivno kretanje, iako...... Biološka enciklopedija

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Ćelija (značenja). Ljudske krvne ćelije (HBC) ... Wikipedia