Sel biologi(biologi sel, sitologi) - ilmu tentang sel.

Biologi seluler merupakan salah satu cabang ilmu biologi yang pokok bahasannya adalah sel, satuan dasar makhluk hidup. Sel dianggap sebagai suatu sistem yang mencakup struktur seluler individu, partisipasinya dalam proses fisiologis seluler secara umum, dan cara mengatur proses ini. Reproduksi sel dan komponennya, adaptasi sel terhadap kondisi lingkungan, reaksi terhadap aksi berbagai faktor, dan perubahan patologis sel dipertimbangkan. dan mekanisme kematiannya.

Sitologi dan Biologi Sel

Istilah “Biologi Sel” atau “Biologi Sel” pada paruh kedua abad ke-20 menggantikan istilah asli “Sitologi”, yang mendefinisikan ilmu tentang sel. Sitologi termasuk dalam sejumlah disiplin ilmu biologi yang “beruntung”, seperti biokimia, biofisika, dan genetika, yang perkembangannya selama 60 tahun terakhir sangat pesat (“revolusi biologis”) dan telah membawa perubahan mendasar dalam pemahaman biologi. tentang organisasi dan esensi fenomena kehidupan. Sitologi klasik, yang pada awalnya sebagian besar. ilmu morfologi deskriptif, setelah menyerap gagasan, fakta dan metode biokimia, biofisika, dan biologi molekuler, telah menjadi disiplin biologi umum yang mempelajari tidak hanya struktur, morfologi, tetapi juga aspek fungsional dan molekuler dari perilaku sel sebagai unit dasar. dari alam yang hidup.

Meskipun deskripsi dan gagasan pertama tentang sel muncul lebih dari 300 tahun yang lalu, studi rinci tentang sel dikaitkan dengan perkembangan mikroskop pada abad ke-19. Pada saat ini, deskripsi utama organisasi intraseluler dibuat dan apa yang disebut teori sel(T. Schwann. R. Virchow), dalil pokoknya adalah: sel adalah unit dasar makhluk hidup; tidak ada kehidupan di luar sel (menurut R. Virchow, “kehidupan adalah aktivitas sel, ciri-ciri sel pertama adalah ciri-ciri sel terakhir”); sel serupa (homolog) dalam struktur dan sifat dasarnya; sel bertambah jumlahnya dan berkembang biak hanya dengan membagi sel aslinya. Teori sel tidak hanya memiliki pengaruh yang signifikan terhadap perkembangan disiplin ilmu biologi umum seperti histologi, embriologi dan fisiologi, tetapi juga membuat revolusi nyata dalam kedokteran, menunjukkan bahwa dasar dari setiap penyakit pada tubuh adalah patologi seluler, yaitu. perubahan fungsi kelompok sel individu dalam organ dan jaringan.

Peran utama dalam pembentukan dan pengembangan biologi dalam negeri dan, selanjutnya, biologi sel dimainkan oleh sekolah ilmiah para peneliti seperti I.I. Mechnikov, N.K. Koltsov, D.N. Nasonov dan lainnya.

Pada akhir abad ke-19, banyak komponen intraseluler (inti, kromosom, mitokondria, dll.) dijelaskan, mitosis dicirikan sebagai satu-satunya cara reproduksi sel, dan teori hereditas kromosom (sitogenetika) diciptakan. Pada saat yang sama dan awal abad ke-20, kepentingan sitologi ditujukan untuk menjelaskan signifikansi fungsional komponen intraseluler (sitofisiologi). Pemecahan masalah ini dibantu oleh pengembangan bidang-bidang seperti sitokimia, budidaya sel yang terkait dengan pengenalan teknik metodologi baru (mikroskop fluoresensi, sitokimia kuantitatif, autoradiografi, sentrifugasi diferensial, dll.).

Titik balik kualitatif dalam analisis komponen seluler dan signifikansi fungsionalnya adalah diperkenalkannya mikroskop elektron pada tahun 50-an abad ke-20, yang memungkinkan untuk mempelajari sel pada tingkat submikroskopis. Kombinasi metode biologi mikroskopis elektron dan molekuler memungkinkan untuk menghubungkan erat studi morfologi komponen sel dengan identifikasi karakteristik biokimianya dan untuk menetapkan signifikansi fungsionalnya. Pada pertengahan abad ke-20 istilah “biologi sel” mulai digunakan sebagai definisi ilmu yang mempelajari tidak hanya struktur sel, tetapi juga karakteristik fungsional dan biokimia dari struktur dan tahapan sel individu. kehidupan secara umum. Pada saat yang sama, siklus sel ditemukan (urutan molekuler peristiwa selama reproduksi sel), pengaturannya pada tingkat molekuler, dan karakteristik fungsional dan biokimia dari banyak struktur intraseluler lama dan baru ditemukan.

Doktrin sel

Saat ini, dari sudut pandang biologi molekuler modern, kita dapat membuat definisi berikut tentang apa itu sel: sel adalah sistem biopolimer (protein, asam nukleat, lipid) yang teratur dan kompleks makromolekulnya, dibatasi oleh membran lipoprotein aktif, berpartisipasi dalam satu set proses metabolisme (metabolisme) dan energi yang memelihara dan mereproduksi seluruh sistem secara keseluruhan.

Elemen struktural intraseluler mewakili subsistem fungsional, atau sistem orde kedua. Jadi, inti sel adalah suatu sistem penyimpanan, reproduksi dan implementasi informasi genetik yang terkandung dalam DNA kromosom; hialoplasma (plasma utama) - sistem metabolisme antara utama dan sintesis monomer, serta sintesis protein pada ribosom; sitoskeleton - sistem muskuloskeletal sel; sistem vakuolar - sistem sintesis, modifikasi dan pengangkutan beberapa polimer protein dan pembentukan banyak membran lipoprotein seluler; mitokondria adalah organel yang memasok energi untuk semua fungsi sel melalui sintesis ATP; plastida sel tumbuhan - sistem fotosintesis ATP dan sintesis karbohidrat; Membran plasma adalah sistem transportasi penghalang-reseptor sel.

Penting untuk ditekankan bahwa semua subsistem sel ini membentuk semacam kesatuan konjugasi yang saling bergantung. Dengan demikian, gangguan fungsi inti segera mempengaruhi sintesis protein, gangguan struktur dan fungsi mitokondria menghentikan semua proses sintetik dan metabolisme, gangguan elemen sitoskeletal menghentikan transportasi intraseluler, dll.

Biokimia dan biologi molekuler modern, yang mempelajari proses kimia yang mendasari kehidupan sel, tidak dapat hidup tanpa informasi tentang struktur tempat proses ini terjadi; seperti halnya dalam biologi sel, ketika mempelajari struktur dan signifikansi fungsionalnya, seseorang tidak dapat melakukannya tanpa pengetahuan tentang proses molekuler yang terjadi dalam struktur tersebut. Oleh karena itu, istilah “biologi sel molekuler” semakin banyak digunakan dalam judul berbagai manual dan buku teks.

Studi tentang biologi sel mempunyai pengaruh yang sangat besar signifikansi praktis: kajian tentang fisiologi organisme, pemanfaatan sel dalam perkembangan bioteknologi, pemanfaatan data biologi sel dalam pengobatan praktis. Misalnya, informasi dari bidang biologi sel diperlukan ketika mempelajari pertumbuhan sel ganas, untuk sitodiagnosis suatu penyakit, untuk penggunaan sel induk, dan lain-lain. Terlebih lagi, penyakit apa pun pada manusia tidak dapat dipahami tanpa menggunakan data dari biologi sel.

Ahli sitologi Rusia yang luar biasa

I.I. Mechnikov (1845-1916) - ahli biologi dan patologi terkenal Rusia, salah satu pendiri sitologi dan imunologi eksperimental, pendiri sekolah ilmiah, anggota kehormatan Akademi Ilmu Pengetahuan St. Paris. Pada tahun 1883, I.I. Mechnikov menemukan fenomena fagositosis dan mengemukakan teori imunitas fagositik (1901); Atas karyanya dalam studi imunitas bersama dengan P. Ehrlich, ia dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1908.

Sekolah ilmiah N.K. Koltsov (1872-1940) memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap perkembangan biologi, genetika dan sitologi di negara kita. Ia adalah seorang peneliti yang idenya beberapa dekade lebih maju dari banyak penemuan yang menjadi dasar konsep modern di bidang genetika dan biologi sel. Pada tahun 1903, N.K. Koltsov menemukan sistem fibrilar internal, yang ia definisikan sebagai struktur sitoplasma kerangka yang menentukan bentuk dan pergerakan sel. Saat ini, sistem ini disebut sitoskeleton; terdiri dari polimer protein dari mana mikrotubulus dan struktur berfilamen (mikrofilamen, filamen perantara) terbentuk. Pencapaian penting lainnya dari N.K. Koltsov adalah pandangan ke depan tentang prinsip matriks penggandaan struktur keturunan. Menurut idenya, molekul-molekul kecil dari inti berkumpul pada cetakan yang sudah ada, dan kemudian “bergabung” menjadi molekul polimer, salinan dari cetakan tersebut. Pada saat itu (1927) makromolekul DNA belum diketahui, namun gagasan bahwa matriks herediter yang permanen dan dilestarikan tidak dihancurkan atau diciptakan kembali, tetapi diturunkan dari orang tua ke keturunannya, merupakan prediksi yang bagus. Pernyataan N.K. Koltsov ini dapat dianggap sebagai awal mula perkembangan biologi molekuler. Penelitian bertahun-tahun tentang bentuk dan perilaku sel (sitoskeleton) dan hipotesis matriks adalah manfaat terbesar N.K. Koltsov sebagai “nabi di tanah airnya” dalam pengembangan biologi. Selain itu, kelebihan besar N.K. Koltsov terletak pada kenyataan bahwa ia melatih seluruh galaksi pengikut muridnya: ahli genetika, ahli fisiologi, ahli embriologi, dan ahli sitologi. Ini termasuk V.V. Sakharov, B.L.Astaurov, S.S. Chetverikov, D.P. , SEBAGAI. Serebrovsky, G.I. Roskin dan lainnya. Sekarang sudah menjadi kebiasaan untuk berbicara tentang sekolah biologi N.K. Institut Biologi Perkembangan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia sekarang menggunakan namanya.

D.N. memainkan peran utama dalam penciptaan sitologi domestik. Nasonov (1895-1957). Karya Dmitry Nikolaevich yang ditujukan untuk mempelajari peralatan Golgi sangat dihargai oleh para spesialis dan menjadi klasik. Saat mempelajari kerja alat Golgi D.N. Nasonov mengajukan hipotesis tentang peran utama organel ini dalam proses sekresi seluler. Belakangan, dengan bantuan autoradiografi mikroskopis elektron, hipotesis ini dikonfirmasi sepenuhnya (Leblon, 1966) dan menjadi aksioma tentang signifikansi fungsional struktur ini. Pada tahun 1956, atas prakarsa Dmitry Nikolaevich, Institut Sitologi Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet didirikan.

Salah satu murid N.K. Koltsov adalah G.I. Roskin (1882-1964), yang bekerja dengannya sejak tahun 1912. Ia mempelajari struktur rangka dan kontraktil di berbagai sel, dari organisme uniseluler hingga otot polos dan lurik pada organisme multiseluler. Dia menyimpulkan bahwa elemen kontraktil dan pendukung membentuk sistem yang sangat kompleks yang menyediakan fungsi motorik dan pendukung - sistem ini disebut statokinetik. Rangkaian karya ini merupakan kelanjutan dari studi sitoskeleton yang dimulai oleh N.K.

Dari tahun 1930 hingga 1964 G.I. Roskin mengepalai departemen histologi di Moskow Universitas Negeri. Melanjutkan mempelajari elemen kontraktil sel, G.I. Roskin membayar perhatian besar mempelajari sitologi sel kanker, yang mengarah pada penemuan obat antikanker crucin, yang digunakan di klinik selama beberapa waktu. Perhatian khusus pada G.I. Roskin memperhatikan pengenalan metode sitokimia ke dalam histologi dan sitologi, yang memungkinkan untuk melokalisasi polimer tertentu atau asam amino individu dalam sel. Pada saat ini, Departemen Histologi menjadi penganjur metode sitokimia yang banyak digunakan tidak hanya dalam penelitian biologi, tetapi juga dalam pengobatan. Kemudian V.Ya. Brodsky, murid G.I. Roskina, mulai mengembangkan studi histokimia kuantitatif dengan menggunakan peralatan sitofotometri khusus. Hal ini menyebabkan munculnya metode biokimia dan biofisik baru yang banyak digunakan dalam biologi sel.

Kontribusi besar terhadap studi tentang struktur dan perilaku sel tumor dibuat oleh karya Yu.M. Vasiliev (lahir 1928) dan murid-muridnya. Selama bertahun-tahun, sekolahnya telah mempelajari mekanisme pergerakan sel normal dan sel tumor. Dia adalah orang pertama yang mengidentifikasi peran sistem mikrotubulus dan elemen sitoskeletal lainnya dalam menentukan arah migrasi sel normal dan sel tumor. Dia mengepalai laboratorium mekanisme karsinogenesis di Pusat Penelitian Onkologi Akademi Ilmu Kedokteran Rusia.

Yu.S. Chentsov (lahir 1930) mengepalai departemen biologi sel dan histologi dari tahun 1970 hingga 2010. Dia adalah salah satu pendiri sekolah mikroskop elektron Moskow. Dia dan murid-muridnya adalah orang pertama yang membuat rekonstruksi sentriol tiga dimensi dan menggambarkan perilakunya dalam siklus sel. Yu.S.Chentsov adalah salah satu penulis penemuan kerangka protein inti (matriks); ia menunjukkan bahwa matriks inti merupakan bagian integral dari kromosom interfase dan mitosis. Yu.S.Chentsov memainkan peran utama dalam studi ultrastruktur inti sel dan kromosom mitosis. Dalam karyanya tentang studi mitokondria di jaringan otot, Yu.S. Chentsov menjadi salah satu penulis penemuan retikulum mitokondria dan struktur khusus - kontak intermitokondria. (Daniel Mazia, 1912-1996), ahli sitologi Amerika yang memainkan peran utama dalam studi tentang proses pembelahan dan reproduksi sel, dalam studi tentang struktur gelendong mitosis dan reproduksi sentrosom. Ia menganggap sel sebagai sistem supramolekul yang terdiri dari banyak sistem molekuler yang saling berhubungan.

Keith Porter (Keith Robert Porter, 1912-1997) - Ahli biologi Kanada, salah satu pendiri pendekatan mikroskop elektron dalam biologi. Dia mengembangkan metode untuk memproduksi bagian ultra tipis, metode penggunaan kisi-kisi berlapis dalam mikroskop elektron, dan juga mengusulkan penggunaan osmium tetroksida untuk bekerja dengan sediaan mikroskopis elektron. K. Porter bertanggung jawab atas penemuan mikrotubulus sitoskeletal dan retikulum endoplasma, autolisosom, dan vakuola berbatas. Berkat dia, didirikanlah jurnal terkemuka pertama di bidang biologi sel, yang sekarang disebut Jurnal Biologi Sel.

George Palade (George Emil Palade, 1912-2008) - Ahli biologi Amerika asal Rumania. Dia menemukan partikel ribonukleat yang disebut butiran Palade di permukaan tangki retikulum endoplasma. Belakangan diketahui bahwa butiran Palade adalah ribosom yang berhubungan dengan retikulum endoplasma. Palade bekerja secara ekstensif dalam studi tentang sistem vakuolar dan transportasi vesikuler di dalam sel. Pada tahun 1974 ia dianugerahi Hadiah Nobel.

Christian Rene de Duve (1917-2002) - Ahli sitologi dan biokimia Belgia yang menemukan keberadaan organel pencernaan - lisosom - di dalam sel. Pemenang Hadiah Nobel (1974).

Albert Claude (1899-1983) - Ahli biokimia Belgia, berkat sitologi dari ilmu deskriptif menjadi ilmu fungsional. Dia menunjukkan hubungan langsung antara struktur intraseluler dan proses biokimia yang terjadi di dalam sel, dan berpartisipasi dalam pengenalan metode biokimia dan fisik ke dalam sitologi. A. Claude menulis bahwa sel adalah “suatu unit materi hidup yang mandiri dan dapat menopang dirinya sendiri, yang mampu mengumpulkan, mengubah, dan menggunakan energi”. Pemenang Hadiah Nobel (1974).

Bacaan yang direkomendasikan

Yu.S. Chentsov. Pengantar Biologi Sel

Yu.S. Chentsov. Sitologi: tutorial untuk universitas dan sekolah kedokteran.

Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J.D. Biologi molekuler sel

Biologi molekuler sel. Terjemahan dari bahasa Inggris / Diedit oleh B.Alberts

Lodish H., Besk A., Zipursky S.L., Matsudaira P., Balximore D., Darnell J. Biologi sel molekul.

Semua makhluk hidup dan organisme tidak terdiri dari sel: tumbuhan, jamur, bakteri, hewan, manusia. Meskipun ukurannya minimal, semua fungsi seluruh organisme dilakukan oleh sel. Ada kebocoran di dalam dirinya proses yang kompleks, yang menjadi sandaran vitalitas tubuh dan fungsi organ-organnya.

Dalam kontak dengan

Fitur struktural

Para ilmuwan sedang mempelajarinya ciri struktural sel dan prinsip kerjanya. Pemeriksaan terperinci terhadap struktur sel hanya mungkin dilakukan dengan bantuan mikroskop yang kuat.

Semua jaringan kita - kulit, tulang, organ dalam - terdiri dari sel-sel yang ada bahan konstruksi, tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran, setiap varietas menjalankan fungsi tertentu, tetapi ciri utama strukturnya serupa.

Pertama mari kita cari tahu apa yang ada di baliknya organisasi struktural sel. Selama penelitian mereka, para ilmuwan telah menemukan bahwa landasan seluler adalah prinsip membran. Ternyata semua sel terbentuk dari membran yang terdiri dari lapisan ganda fosfolipid, tempat molekul protein terbenam baik di luar maupun di dalam.

Sifat apa yang menjadi ciri semua jenis sel: struktur dan fungsi yang sama - pengaturan proses metabolisme, penggunaan materi genetiknya sendiri (keberadaan dan RNA), penerimaan dan konsumsi energi.

Organisasi struktural sel didasarkan pada elemen-elemen berikut yang menjalankan fungsi tertentu:

• selaput- membran sel, terdiri dari lemak dan protein. Tugas utamanya adalah memisahkan zat-zat di dalam dari lingkungan luar. Strukturnya semi-permeabel: juga dapat mentransmisikan karbon monoksida;
• inti– wilayah pusat dan komponen utama, dipisahkan dari unsur lain oleh membran. Di dalam nukleus terdapat informasi tentang pertumbuhan dan perkembangan, materi genetik, disajikan dalam bentuk molekul DNA yang menyusun komposisinya;
• sitoplasma- merupakan zat cair yang membentuk lingkungan internal tempat berlangsungnya berbagai proses vital dan mengandung banyak komponen penting.

Terdiri dari apa isi sel, apa fungsi sitoplasma dan komponen utamanya:

1. Ribosom- organel terpenting yang diperlukan untuk proses biosintesis protein dari asam amino; protein melakukan sejumlah besar tugas penting.
2. Mitokondria- komponen lain yang terletak di dalam sitoplasma. Hal ini dapat digambarkan dalam satu frase - sumber energi. Fungsinya adalah menyediakan daya bagi komponen untuk produksi energi lebih lanjut.
3. Aparat Golgi terdiri dari 5 - 8 kantong yang disambung satu sama lain. Tugas utama alat ini adalah mentransfer protein ke bagian lain sel untuk menyediakan potensi energi.
4. Elemen yang rusak dibersihkan lisosom.
5. Menangani transportasi retikulum endoplasma, melalui mana protein memindahkan molekul zat bermanfaat.
6. Sentriol bertanggung jawab atas reproduksi.

Inti

Karena ini adalah pusat seluler, perhatian khusus harus diberikan pada struktur dan fungsinya. Komponen ini adalah elemen terpenting untuk semua sel: di dalamnya terdapat sifat-sifat yang diturunkan. Tanpa nukleus, proses reproduksi dan transmisi informasi genetik menjadi tidak mungkin. Perhatikan gambar yang menggambarkan struktur inti atom.

• Membran nuklir, yang disorot dalam warna ungu, memungkinkan masuknya zat yang dibutuhkan dan mengeluarkannya kembali melalui pori – pori kecil.
• Plasma adalah zat kental dan mengandung semua komponen inti lainnya.
• inti terletak di bagian paling tengah dan berbentuk bola. Fungsi utamanya adalah pembentukan ribosom baru.
• Jika Anda memeriksa bagian tengah sel secara melintang, Anda dapat melihat tenunan biru halus - kromatin, zat utama, yang terdiri dari kompleks protein dan benang panjang DNA membawa informasi yang diperlukan.

Membran sel

Mari kita lihat lebih dekat cara kerja, struktur dan fungsi komponen ini. Di bawah ini adalah tabel yang dengan jelas menunjukkan pentingnya kulit terluar.

Kloroplas

Ini adalah komponen terpenting lainnya. Tapi mengapa kloroplas tidak disebutkan sebelumnya? Ya, karena komponen ini hanya terdapat pada sel tumbuhan. Perbedaan utama antara hewan dan tumbuhan adalah cara nutrisinya: pada hewan bersifat heterotrofik, dan pada tumbuhan bersifat autotrofik. Artinya, hewan tidak mampu mencipta, yaitu mensintesis zat organik dari zat anorganik - mereka memakan zat organik yang sudah jadi. Sebaliknya, tumbuhan mampu melakukan proses fotosintesis dan mengandung komponen khusus - kloroplas. Ini adalah plastida hijau yang mengandung zat klorofil. Dengan partisipasinya, energi cahaya diubah menjadi energi ikatan kimia zat organik.

Menarik! Kloroplas terkonsentrasi dalam jumlah besar terutama di bagian tanaman di atas tanah - buah dan daun hijau.

Jika Anda ditanya pertanyaan: sebutkan ciri penting struktur tersebut senyawa organik sel, maka jawabannya dapat diberikan sebagai berikut.

• banyak di antaranya mengandung atom karbon, yang memiliki sifat kimia dan fisik berbeda, dan juga mampu bergabung satu sama lain;
• adalah pembawa, partisipan aktif dalam berbagai proses yang terjadi pada organisme, atau merupakan produknya. Ini mengacu pada hormon, berbagai enzim, vitamin;
• dapat membentuk rantai dan cincin, yang menyediakan berbagai koneksi;
• hancur saat dipanaskan dan berinteraksi dengan oksigen;
• atom-atom dalam molekul bergabung satu sama lain melalui ikatan kovalen, tidak terurai menjadi ion sehingga berinteraksi secara lambat, reaksi antar zat memakan waktu yang sangat lama - beberapa jam bahkan berhari-hari.

Struktur kloroplas

kain

Sel dapat hidup satu per satu, seperti pada organisme uniseluler, tetapi paling sering sel digabungkan menjadi kelompok-kelompok dari jenisnya sendiri dan membentuk berbagai struktur jaringan yang membentuk organisme. Ada beberapa jenis jaringan dalam tubuh manusia:

• epitel– terkonsentrasi pada permukaan kulit, organ, elemen saluran pencernaan dan sistem pernapasan;
• berotot— kita bergerak berkat kontraksi otot-otot tubuh kita, kita melakukan berbagai macam gerakan: dari gerakan jari kelingking yang paling sederhana hingga lari kecepatan tinggi. Omong-omong, detak jantung juga terjadi karena kontraksi jaringan otot;
• jaringan ikat membentuk hingga 80 persen massa seluruh organ dan memainkan peran protektif dan pendukung;
• grogi- membentuk serabut saraf. Berkat dia, berbagai impuls melewati tubuh.

Proses reproduksi

Sepanjang kehidupan suatu organisme, mitosis terjadi - ini adalah nama yang diberikan untuk proses pembelahan. terdiri dari empat tahap:

1. Profase. Kedua sentriol sel membelah dan bergerak berlawanan arah. Pada saat yang sama, kromosom membentuk pasangan, dan cangkang inti mulai runtuh.
2. Tahap kedua disebut metafase. Kromosom terletak di antara sentriol, dan secara bertahap kulit terluar nukleus menghilang sepenuhnya.
3. Anafase adalah tahap ketiga, di mana sentriol terus bergerak berlawanan arah satu sama lain, dan masing-masing kromosom juga mengikuti sentriol dan menjauh satu sama lain. Sitoplasma dan seluruh sel mulai menyusut.
4. Telofase- Babak final. Sitoplasma berkontraksi sampai muncul dua sel baru yang identik. Membran baru terbentuk di sekitar kromosom dan sepasang sentriol muncul di setiap sel baru.

Menarik! Sel-sel di epitel membelah lebih cepat daripada di jaringan tulang. Itu semua tergantung kepadatan kain dan karakteristik lainnya. Umur rata-rata unit struktural utama adalah 10 hari.

Struktur sel. Struktur dan fungsi sel. Kehidupan sel.

Kesimpulan

Anda mempelajari apa itu struktur sel - komponen terpenting tubuh. Miliaran sel membentuk sistem yang terorganisir dengan sangat bijaksana yang menjamin kinerja dan aktivitas vital semua perwakilan dunia hewan dan tumbuhan.

Hampir semua organisme hidup didasarkan pada unit paling sederhana – sel. Foto-foto biosistem kecil ini, serta jawabannya pertanyaan menarik Anda dapat menemukannya di artikel ini. Bagaimana struktur dan ukuran selnya? Apa fungsinya di dalam tubuh?

Sebuah sel adalah...

Para ilmuwan tidak mengetahui waktu spesifik kemunculan sel hidup pertama di planet kita. Sisa-sisa mereka, berusia 3,5 miliar tahun, telah ditemukan di Australia. Namun, biogenisitasnya tidak dapat ditentukan secara akurat.

Sel adalah unit paling sederhana dalam struktur hampir semua organisme hidup. Satu-satunya pengecualian adalah virus dan viroid, yang termasuk dalam bentuk kehidupan non-seluler.

Sel adalah suatu struktur yang mampu hidup secara mandiri dan bereproduksi sendiri. Dimensinya bisa berbeda - dari 0,1 hingga 100 mikron atau lebih. Namun, perlu dicatat bahwa telur burung yang tidak dibuahi juga dapat dianggap sebagai sel. Dengan demikian, telur burung unta bisa dianggap sebagai sel terbesar di Bumi. Diameternya bisa mencapai 15 sentimeter.

Ilmu yang mempelajari fungsi vital dan struktur sel suatu organisme disebut sitologi (atau biologi sel).

Penemuan dan penelitian sel

Robert Hooke adalah seorang ilmuwan Inggris yang kita semua kenal dari kursus fisika sekolah (dialah yang menemukan hukum deformasi benda elastis, yang dinamai menurut namanya). Selain itu, dialah orang pertama yang melihat sel hidup dengan memeriksa bagian kayu balsa melalui mikroskopnya. Mereka mengingatkannya pada sarang lebah, jadi dia menamakannya cell, yang berarti “sel” dalam bahasa Inggris.

Struktur seluler tumbuhan kemudian dikonfirmasi (pada akhir abad ke-17) oleh banyak peneliti. Namun teori sel baru diperluas ke organisme hewan pada awal abad ke-19. Sekitar waktu yang sama, para ilmuwan menjadi sangat tertarik pada isi (struktur) sel.

Mikroskop cahaya yang kuat memungkinkan kami memeriksa sel dan strukturnya secara mendetail. Mereka masih tetap menjadi alat utama dalam mempelajari sistem ini. Dan munculnya mikroskop elektron pada abad terakhir memungkinkan para ahli biologi mempelajari ultrastruktur sel. Di antara metode penelitian mereka, kita juga dapat membedakan metode biokimia, analitis dan preparatif. Anda juga dapat mengetahui seperti apa sel hidup - fotonya diberikan dalam artikel.

Struktur kimia sel

Sel mengandung banyak zat berbeda:

• organogen;
• unsur makro;
• unsur mikro dan ultramikro;
• air.

Sekitar 98% komposisi kimia sel terdiri dari apa yang disebut organogen (karbon, oksigen, hidrogen dan nitrogen), 2% lainnya adalah unsur makro (magnesium, besi, kalsium dan lain-lain). Unsur mikro dan ultramikro (seng, mangan, uranium, yodium, dll.) - tidak lebih dari 0,01% dari seluruh sel.

Prokariota dan eukariota: perbedaan utama

Berdasarkan ciri-ciri struktur selnya, semua organisme hidup di Bumi terbagi menjadi dua kerajaan super:

• prokariota - organisme yang lebih primitif yang dibentuk oleh evolusi;
• eukariota adalah organisme yang inti selnya sudah terbentuk sempurna (tubuh manusia juga termasuk eukariota).

Perbedaan utama antara sel eukariotik dan prokariota:

• ukuran lebih besar (10-100 mikron);
• metode pembelahan (meiosis atau mitosis);
• tipe ribosom (ribosom 80S);
• jenis flagela (dalam sel organisme eukariotik, flagela terdiri dari mikrotubulus yang dikelilingi oleh membran).

Struktur sel eukariotik

Struktur sel eukariotik meliputi organel berikut:

• inti;
• sitoplasma;
• Aparat Golgi;
• lisosom;
• sentriol;
• mitokondria;
• ribosom;
• vesikel.

Inti adalah elemen struktural utama sel eukariotik. Di dalamnya disimpan semua informasi genetik tentang organisme tertentu (dalam molekul DNA).

Sitoplasma adalah zat khusus yang mengandung nukleus dan semua organel lainnya. Berkat jaringan mikrotubulus khusus, ini memastikan pergerakan zat di dalam sel.

Aparat Golgi adalah sistem tangki datar tempat protein terus-menerus matang.

Lisosom adalah benda kecil dengan membran tunggal, yang fungsi utamanya adalah memecah organel sel individu.

Ribosom adalah organel ultramikroskopik universal yang tujuannya adalah sintesis protein.

Mitokondria adalah sejenis sel "cahaya", sekaligus sumber energi utamanya.

Fungsi dasar sel

Sel organisme hidup dirancang untuk melakukan beberapa fungsi penting yang menjamin aktivitas vital organisme ini.

Fungsi sel yang paling penting adalah metabolisme. Jadi, dialah yang memecah zat kompleks, mengubahnya menjadi zat sederhana, dan juga mensintesis senyawa yang lebih kompleks.

Selain itu, semua sel mampu merespons faktor iritasi eksternal (suhu, cahaya, dll.). Kebanyakan dari mereka juga memiliki kemampuan regenerasi (penyembuhan diri) melalui fisi.

Sel saraf juga dapat merespons rangsangan eksternal dengan menghasilkan impuls bioelektrik.

Semua fungsi sel di atas menjamin fungsi vital tubuh.

Kesimpulan

Jadi, sel adalah sistem kehidupan dasar terkecil, yang merupakan unit dasar dalam struktur suatu organisme (hewan, tumbuhan, bakteri). Strukturnya terdiri dari nukleus dan sitoplasma, yang berisi semua organel (struktur seluler). Masing-masing dari mereka menjalankan fungsi spesifiknya sendiri.

Ukuran sel sangat bervariasi - dari 0,1 hingga 100 mikrometer. Keunikan struktur dan fungsi sel dipelajari oleh ilmu khusus - sitologi.

Ilmu yang mempelajari struktur dan fungsi sel disebut sitologi.

Sel- unit struktural dan fungsional dasar makhluk hidup.

Sel, meskipun ukurannya kecil, sangatlah kompleks. Isi sel yang setengah cair disebut sitoplasma.

Inti sel

Inti sel adalah bagian terpenting dari sel.
Inti dipisahkan dari sitoplasma oleh cangkang yang terdiri dari dua membran. Membran inti mengandung banyak pori-pori sehingga berbagai zat dapat masuk ke dalam inti dari sitoplasma dan sebaliknya.
Isi internal kernel disebut karioplasma atau jus nuklir. Terletak di jus nuklir kromatin Dan nukleolus.
Kromatin adalah untaian DNA. Jika sel mulai membelah, maka benang kromatin dililit erat menjadi spiral mengelilingi protein khusus, seperti benang pada gulungan. Formasi padat seperti itu terlihat jelas di bawah mikroskop dan disebut kromosom.

Inti berisi informasi genetik dan mengontrol kehidupan sel.

Nukleolus adalah benda bulat padat di dalam inti. Biasanya, ada satu hingga tujuh nukleolus di dalam inti sel. Mereka terlihat jelas di antara pembelahan sel, dan selama pembelahan mereka dihancurkan.

Fungsi nukleolus adalah sintesis RNA dan protein, dari mana organel khusus terbentuk - ribosom.
Ribosom berpartisipasi dalam biosintesis protein. Di sitoplasma, ribosom paling sering terletak di retikulum endoplasma kasar. Lebih jarang, mereka tersuspensi secara bebas di sitoplasma sel.

Retikulum Endoplasma (ER) berpartisipasi dalam sintesis protein sel dan pengangkutan zat di dalam sel.

Sebagian besar zat yang disintesis oleh sel (protein, lemak, karbohidrat) tidak segera dikonsumsi, tetapi melalui saluran EPS masuk untuk disimpan dalam rongga khusus yang diletakkan dalam tumpukan khusus, “tangki”, dan dibatasi dari sitoplasma oleh sebuah membran. . Rongga-rongga ini disebut Aparat Golgi (kompleks). Paling sering, tangki aparatus Golgi terletak dekat dengan inti sel.
Aparat Golgi mengambil bagian dalam transformasi protein sel dan mensintesis lisosom- organel pencernaan sel.
Lisosom Mereka adalah enzim pencernaan, “dikemas” ke dalam vesikel membran, bertunas dan didistribusikan ke seluruh sitoplasma.
Kompleks Golgi juga mengakumulasi zat-zat yang disintesis sel untuk kebutuhan seluruh organisme dan dikeluarkan dari sel ke luar.

Mitokondria- organel energi sel. Mereka mengubah nutrisi menjadi energi (ATP) dan berpartisipasi dalam respirasi sel.

Mitokondria ditutupi dengan dua membran: membran luar halus, dan membran dalam memiliki banyak lipatan dan tonjolan - krista.

Membran plasma

Agar sel menjadi satu sistem, semua bagiannya (sitoplasma, nukleus, organel) harus disatukan. Untuk tujuan ini, dalam proses evolusi, ia berkembang membran plasma, yang mengelilingi setiap sel, memisahkannya dari lingkungan luar. Membran luar melindungi isi internal sel - sitoplasma dan nukleus - dari kerusakan, mempertahankan bentuk sel yang konstan, memastikan komunikasi antar sel, secara selektif memungkinkan zat-zat yang diperlukan masuk ke dalam sel dan menghilangkan produk metabolisme dari sel.

Struktur membran sama di semua sel. Dasar membran adalah lapisan ganda molekul lipid, yang menampung banyak molekul protein. Beberapa protein terletak di permukaan lapisan lipid, yang lain menembus kedua lapisan lipid terus menerus.

Protein khusus membentuk saluran tertipis yang melaluinya ion kalium, natrium, kalsium, dan beberapa ion lain yang berdiameter kecil dapat masuk atau keluar sel. Namun, partikel yang lebih besar (molekul nutrisi - protein, karbohidrat, lipid) tidak dapat melewati saluran membran dan masuk ke dalam sel menggunakan fagositosis atau pinositosis:

• Pada titik di mana partikel makanan menyentuh membran luar sel, terbentuk invaginasi, dan partikel tersebut memasuki sel, dikelilingi oleh membran. Proses ini disebut fagositosis (sel tumbuhan ditutupi dengan lapisan serat padat (membran sel) di atas membran sel luar dan tidak dapat menangkap zat melalui fagositosis).
• Pinositosis berbeda dengan fagositosis hanya dalam hal ini invaginasi membran luar tidak menangkap partikel padat, melainkan tetesan cairan dengan zat terlarut di dalamnya. Ini adalah salah satu mekanisme utama penetrasi zat ke dalam sel.

(nuklir). Sel prokariotik memiliki struktur yang lebih sederhana; tampaknya, mereka muncul lebih awal dalam proses evolusi. Sel eukariotik lebih kompleks dan muncul kemudian. Sel-sel yang menyusun tubuh manusia bersifat eukariotik.

Meskipun bentuknya beragam, pengorganisasian sel-sel semua organisme hidup tunduk pada prinsip-prinsip struktural umum.

Sel Prokariotik

Sel eukariotik

Struktur sel eukariotik

Kompleks permukaan sel hewan

Terdiri dari glikokaliks, membran plasma dan lapisan kortikal sitoplasma terletak di bawahnya. Membran plasma disebut juga plasmalemma, membran luar sel. Ini adalah membran biologis, tebalnya sekitar 10 nanometer. Terutama menyediakan fungsi pembatas dalam kaitannya dengan lingkungan di luar sel. Selain itu, ia melakukan fungsi transportasi. Sel tidak membuang energi untuk menjaga integritas membrannya: molekul-molekul disatukan menurut prinsip yang sama dengan molekul lemak diikat - secara termodinamika lebih menguntungkan jika bagian hidrofobik molekul ditempatkan berdekatan. satu sama lain. Glikokaliks adalah molekul oligosakarida, polisakarida, glikoprotein, dan glikolipid yang “berlabuh” di plasmalemma. Glikokaliks melakukan fungsi reseptor dan penanda. Membran plasma sel hewan terutama terdiri dari fosfolipid dan lipoprotein yang diselingi dengan molekul protein, khususnya antigen permukaan dan reseptor. Di lapisan sitoplasma kortikal (berdekatan dengan membran plasma) terdapat elemen sitoskeletal spesifik - mikrofilamen aktin yang disusun dengan cara tertentu. Fungsi utama dan terpenting dari lapisan kortikal (korteks) adalah reaksi pseudopodial: ejeksi, perlekatan dan kontraksi pseudopodia. Dalam hal ini, mikrofilamen disusun ulang, diperpanjang atau diperpendek. Bentuk sel (misalnya keberadaan mikrovili) juga bergantung pada struktur sitoskeleton lapisan kortikal.

Struktur sitoplasma

Komponen cair sitoplasma disebut juga sitosol. Di bawah mikroskop cahaya, sel tampak berisi sesuatu seperti plasma cair atau sol, tempat nukleus dan organel lainnya “mengambang”. Sebenarnya, hal ini tidak benar. Ruang internal sel eukariotik diatur dengan ketat. Pergerakan organel dikoordinasikan dengan bantuan sistem transportasi khusus, yang disebut mikrotubulus, yang berfungsi sebagai “jalan” intraseluler dan protein khusus dynein dan kinesin, yang berperan sebagai “motor”. Molekul protein individu juga tidak berdifusi secara bebas ke seluruh ruang intraseluler, namun diarahkan ke kompartemen yang diperlukan menggunakan sinyal khusus pada permukaannya, yang dikenali oleh sistem transportasi sel.

Retikulum endoplasma

Dalam sel eukariotik, terdapat sistem kompartemen membran (tabung dan tangki) yang saling bersilangan, yang disebut retikulum endoplasma (atau retikulum endoplasma, ER atau EPS). Bagian RE yang menjadi tempat melekatnya ribosom disebut granular(atau kasar) retikulum endoplasma, sintesis protein terjadi pada membrannya. Kompartemen yang tidak mempunyai ribosom pada dindingnya diklasifikasikan sebagai mulus(atau tidak berbutir) ER, yang mengambil bagian dalam sintesis lipid. Ruang internal RE halus dan granular tidak terisolasi, tetapi saling masuk dan berkomunikasi dengan lumen selubung inti.

Aparat Golgi

Inti

Sitoskeleton

Sentriol

Mitokondria

Perbandingan sel pro dan eukariotik

Perbedaan paling penting antara eukariota dan prokariota telah lama dianggap adanya pembentukan inti dan organel membran. Namun pada tahun 1970-1980an. menjadi jelas bahwa ini hanyalah konsekuensi dari perbedaan yang lebih dalam dalam pengorganisasian sitoskeleton. Untuk beberapa waktu diyakini bahwa sitoskeleton hanya merupakan karakteristik eukariota, tetapi pada pertengahan 1990-an. protein yang homolog dengan protein utama sitoskeleton eukariota juga telah ditemukan pada bakteri.

Kehadiran sitoskeleton yang terstruktur secara khusus memungkinkan eukariota membuat sistem organel membran internal yang bergerak. Selain itu, sitoskeleton memungkinkan terjadinya endo dan eksositosis (diasumsikan bahwa berkat endositosis simbion intraseluler, termasuk mitokondria dan plastida, muncul dalam sel eukariotik). Fungsi penting lainnya dari sitoskeleton eukariotik adalah untuk memastikan pembelahan inti (mitosis dan meiosis) dan tubuh (sitotomi) sel eukariotik (pembelahan sel prokariotik diatur lebih sederhana). Perbedaan struktur sitoskeleton juga menjelaskan perbedaan lain antara pro dan eukariota - misalnya, keteguhan dan kesederhanaan bentuk sel prokariotik dan keragaman bentuk yang signifikan serta kemampuan untuk mengubahnya pada sel eukariotik, serta ukuran yang terakhir relatif besar. Jadi, ukuran sel prokariotik rata-rata 0,5-5 mikron, ukuran sel eukariotik rata-rata 10 hingga 50 mikron. Selain itu, hanya di antara eukariota terdapat sel yang benar-benar raksasa, seperti telur hiu atau burung unta yang sangat besar (dalam telur burung, seluruh kuning telur adalah satu telur besar), neuron mamalia besar, yang prosesnya diperkuat oleh sitoskeleton. , panjangnya bisa mencapai puluhan sentimeter.

Anaplasia

Penghancuran struktur seluler (misalnya pada tumor ganas) disebut anaplasia.

Sejarah penemuan sel

Orang pertama yang melihat sel adalah ilmuwan Inggris Robert Hooke (kita kenal berkat hukum Hooke). Pada tahun itu, ketika mencoba memahami mengapa pohon gabus dapat mengapung dengan baik, Hooke mulai memeriksa bagian tipis gabus menggunakan mikroskop yang telah ia tingkatkan. Dia menemukan bahwa gabus itu terbagi menjadi banyak sel kecil, yang mengingatkannya pada sel biara, dan dia menyebut sel ini sel (dalam bahasa Inggris sel berarti “sel, sel, sangkar”). Pada tahun yang sama, ahli Belanda Anton van Leeuwenhoek (-) untuk pertama kalinya menggunakan mikroskop untuk melihat “hewan” - organisme hidup yang bergerak - dalam setetes air. Jadi, pada awal abad ke-18, para ilmuwan mengetahui bahwa tumbuhan memiliki struktur seluler di bawah perbesaran tinggi, dan mereka melihat beberapa organisme yang kemudian disebut uniseluler. Namun, teori seluler tentang struktur organisme baru terbentuk pada pertengahan abad ke-19, setelah mikroskop yang lebih kuat muncul dan metode untuk memperbaiki dan mewarnai sel dikembangkan. Salah satu pendirinya adalah Rudolf Virchow, namun gagasannya mengandung sejumlah kesalahan: misalnya, ia berasumsi bahwa sel-sel terhubung secara lemah satu sama lain dan masing-masing ada “dengan sendirinya”. Baru kemudian integritas sistem seluler dapat dibuktikan.

Lihat juga

• Perbandingan struktur sel bakteri, tumbuhan dan hewan

Tautan

• Biologi Molekuler Sel, Edisi ke-4, 2002 - buku teks biologi molekuler dalam bahasa Inggris
• Sitologi dan Genetika (0564-3783) menerbitkan artikel dalam bahasa Rusia, Ukraina dan Inggris sesuai pilihan penulis, diterjemahkan ke dalam bahasa Inggris (0095-4527)

Yayasan Wikimedia. 2010.

Lihat apa itu “Sel (biologi)” di kamus lain:

BIOLOGI- BIOLOGI. Isi : I. Sejarah Biologi.............. 424 Vitalisme dan Machinisme. Munculnya ilmu-ilmu empiris pada abad 16 dan 18. Kemunculan dan perkembangan teori evolusi. Perkembangan fisiologi pada abad ke-19. Perkembangan ilmu seluler. Hasil abad ke-19... Ensiklopedia Kedokteran Hebat

- (selula, cytus), unit struktural dan fungsional dasar semua organisme hidup, sistem kehidupan dasar. Bisa eksis sebagai departemen. organisme (bakteri, protozoa, alga dan jamur tertentu) atau dalam jaringan hewan multiseluler,... ... Kamus ensiklopedis biologi

Sel-sel bakteri pembentuk spora aerob berbentuk batang dan, dibandingkan dengan bakteri yang tidak membentuk spora, biasanya berukuran lebih besar. Bentuk vegetatif bakteri pembawa spora memiliki gerakan aktif yang lebih lemah, meskipun mereka... ... Ensiklopedia biologi

Istilah ini memiliki arti lain, lihat Sel (arti). Sel darah manusia (HBC) ... Wikipedia