თანამედროვე ექსპერიმენტულმა კვლევებმა დაადგინა, რომ უჯრედი არის თითქმის ყველა ცოცხალი ორგანიზმის ყველაზე რთული სტრუქტურული და ფუნქციური ერთეული, გარდა ვირუსებისა, რომლებიც არაუჯრედოვანი სიცოცხლის ფორმებია. ციტოლოგია შეისწავლის როგორც სტრუქტურას, ასევე უჯრედის სასიცოცხლო აქტივობას: სუნთქვას, კვებას, გამრავლებას, ზრდას. ეს პროცესები განხილული იქნება ამ ნაშრომში.
უჯრედის სტრუქტურა
სინათლისა და ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით, ბიოლოგებმა დაადგინეს, რომ მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედები შეიცავს ზედაპირულ აპარატს (ზედამემბრანული და ქვემემბრანული კომპლექსები), ციტოპლაზმას და ორგანელებს. ცხოველურ უჯრედებში მემბრანის ზემოთ მდებარეობს გლიკოკალიქსი, რომელიც შეიცავს ფერმენტებს და უზრუნველყოფს უჯრედის კვებას ციტოპლაზმის გარეთ. მცენარეულ უჯრედებში, პროკარიოტებში (ბაქტერიები და ციანობაქტერიები), ისევე როგორც სოკოებში, მემბრანის ზემოთ წარმოიქმნება უჯრედის კედელი, რომელიც შედგება ცელულოზის, ლიგნინის ან მურეინისგან.
ბირთვი არსებითი ორგანელააევკარიოტები. ის შეიცავს მემკვიდრეობით მასალას - დნმ-ს, რომელიც ქრომოსომებს ჰგავს. ბაქტერიები და ციანობაქტერიები შეიცავს ნუკლეოიდს, რომელიც მოქმედებს როგორც დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის გადამზიდავი. ყველა მათგანი ასრულებს მკაცრად სპეციფიკურ ფუნქციებს, რომლებიც განსაზღვრავენ მეტაბოლურ უჯრედულ პროცესებს.
რას ვგულისხმობთ უჯრედულ კვებაში
უჯრედის სასიცოცხლო გამოვლინებები სხვა არაფერია, თუ არა ენერგიის გადაცემა და მისი გარდაქმნა ერთი ფორმიდან მეორეში (თერმოდინამიკის პირველი კანონის მიხედვით). საკვები ნივთიერებებში ნაპოვნი ენერგია ლატენტურ, ანუ შეკრულ მდგომარეობაში გადადის ATP მოლეკულებში. კითხვაზე, რა არის უჯრედის კვება ბიოლოგიაში, არის პასუხი, რომელიც ითვალისწინებს შემდეგ პოსტულატებს:
- უჯრედი, როგორც ღია ბიოსისტემა, საჭიროებს ენერგიის მუდმივ მიწოდებას გარე გარემოდან.
- ორგანული ნივთიერებები, რომლებიც საჭიროა კვებისთვის, უჯრედს შეუძლია მიიღოს ორი გზით:
ა) უჯრედშორისი გარემოდან, მზა ნაერთების სახით;
ბ) ცილების, ნახშირწყლების და ცხიმების დამოუკიდებლად სინთეზირება ნახშირორჟანგიდან, ამიაკიდან და სხვ.
ამიტომ ყველა ორგანიზმი იყოფა ჰეტეროტროფებად და აუტოტროფებად, რომელთა მეტაბოლურ თავისებურებებს ბიოქიმია სწავლობს.
მეტაბოლიზმი და ენერგია
უჯრედში შემავალი ორგანული ნივთიერებები განიცდის გაყოფას, რის შედეგადაც ენერგია გამოიყოფა ATP ან NADP-H2 მოლეკულების სახით. ასიმილაციის და დისიმილაციის რეაქციების მთელი ნაკრები არის მეტაბოლიზმი. ქვემოთ განვიხილავთ ენერგეტიკული მეტაბოლიზმის ეტაპებს, რომლებიც უზრუნველყოფს ჰეტეროტროფული უჯრედების კვებას. პირველ რიგში ცილები, ნახშირწყლები და ლიპიდებიიშლება მათ მონომერებად: ამინომჟავებამდე, გლუკოზა, გლიცეროლი და ცხიმოვანი მჟავები. შემდეგ, უჟანგბადო მონელების დროს, ისინი განიცდიან შემდგომ რღვევას (ანაერობული მონელება).
ამ გზით იკვებება უჯრედშიდა პარაზიტები: რიკეტზია, ქლამიდია და პათოგენური ბაქტერიები, როგორიცაა კლოსტრიდიუმი. ერთუჯრედოვანი საფუარის სოკოები ანადგურებენ გლუკოზას ეთილის სპირტამდე, რძემჟავა ბაქტერიები რძემჟავამდე. ამრიგად, გლიკოლიზი, ალკოჰოლი, ბუტირინის, რძემჟავა დუღილი არის უჯრედების კვების მაგალითები ჰეტეროტროფებში ანაერობული მონელების გამო.
ავტოტროფია და მეტაბოლური პროცესების თავისებურებები
დედამიწაზე მცხოვრები ორგანიზმებისთვის ენერგიის მთავარი წყარო მზეა. მისი წყალობით ჩვენი პლანეტის მკვიდრთა მოთხოვნილებები დაკმაყოფილებულია. ზოგიერთი მათგანი სინთეზირებს საკვებ ნივთიერებებს სინათლის ენერგიის გამო, მათ ფოტოტროფებს უწოდებენ. სხვები - რედოქსული რეაქციების ენერგიის დახმარებით მათ ქიმიოტროფებს უწოდებენ. ერთუჯრედიან წყალმცენარეებში უჯრედის კვება, რომლის ფოტოც ქვემოთ არის წარმოდგენილი, ხდება ფოტოსინთეზურად.
მწვანე მცენარეები შეიცავს ქლოროფილს, რომელიც ქლოროპლასტების ნაწილია. ის ასრულებს ანტენის როლს, რომელიც იჭერს სინათლის კვანტებს. ფოტოსინთეზის ღია და ბნელ ფაზებში ხდება ფერმენტული რეაქციები (კალვინის ციკლი), რაც იწვევს ნახშირორჟანგისგან კვებისათვის გამოყენებული ყველა ორგანული ნივთიერების წარმოქმნას. ამიტომ უჯრედი, რომელიც საზრდოობსსინათლის ენერგიის გამოყენების გამო, მას უწოდებენ ავტოტროფულ ან ფოტოტროფულს.
ერთუჯრედიანი ორგანიზმები, რომლებსაც უწოდებენ ქიმიოსინთეზებს, იყენებენ ქიმიური რეაქციების შედეგად გამოთავისუფლებულ ენერგიას ორგანული ნივთიერებების შესაქმნელად, მაგალითად, რკინის ბაქტერიები ჟანგავს შავი ნაერთებს რკინის რკინაში, ხოლო გამოთავისუფლებული ენერგია მიდის გლუკოზის სინთეზში. მოლეკულები.
ამგვარად, ფოტოსინთეზური ორგანიზმები იჭერენ სინათლის ენერგიას და გარდაქმნიან მას მონო- და პოლისაქარიდების კოვალენტური ბმების ენერგიად. შემდეგ, კვებითი ჯაჭვების რგოლებით, ენერგია გადადის ჰეტეროტროფული ორგანიზმების უჯრედებში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ფოტოსინთეზის წყალობით, ბიოსფეროს ყველა სტრუქტურული ელემენტი არსებობს. შეიძლება ითქვას, რომ უჯრედი, რომლის კვება ხდება ავტოტროფული გზით, „იკვებება“არა მხოლოდ საკუთარ თავს, არამედ ყველაფერს, რაც დედამიწაზე ცხოვრობს.
როგორ იკვებებიან ჰეტეროტროფული ორგანიზმები
უჯრედს, რომლის კვება დამოკიდებულია გარე გარემოდან ორგანული ნივთიერებების მიღებაზე, ეწოდება ჰეტეროტროფული. ორგანიზმები, როგორიცაა სოკოები, ცხოველები, ადამიანები და პარაზიტული ბაქტერიები ანადგურებენ ნახშირწყლებს, ცილებს და ცხიმებს საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების გამოყენებით.
შემდეგ მიღებულ მონომერებს უჯრედი შთანთქავს და მას იყენებს მათი ორგანელებისა და სიცოცხლის შესაქმნელად. გახსნილი საკვები ნივთიერებები უჯრედში შედიან პინოციტოზით, ხოლო მყარი საკვების ნაწილაკები უჯრედში ფაგოციტოზით. ჰეტეროტროფული ორგანიზმები შეიძლება დაიყოს საპროტროფებად და პარაზიტებად.პირველი (მაგალითად, ნიადაგის ბაქტერიები, სოკოები, ზოგიერთი მწერი) იკვებება მკვდარი ორგანული ნივთიერებებით, მეორე (პათოგენური ბაქტერიები, ჰელმინთები, პარაზიტული სოკოები) იკვებება ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედებითა და ქსოვილებით..
მიქსოტროფები, მათი გავრცელება ბუნებაში
შერეული ტიპის კვება ბუნებაში საკმაოდ იშვიათია და წარმოადგენს სხვადასხვა გარემო ფაქტორებთან ადაპტაციის (იდიოადაპტაციის) ფორმას. მიქსოტროფიის მთავარი პირობაა უჯრედში ქლოროფილის შემცველი ორივე ორგანელის არსებობა ფოტოსინთეზისთვის და ფერმენტების სისტემა, რომელიც ანადგურებს მზა საკვებ ნივთიერებებს გარემოდან. მაგალითად, ერთუჯრედიანი ცხოველი Euglena green შეიცავს ქრომატოფორებს ქლოროფილთან ერთად ჰიალოპლაზმაში.
როდესაც წყალსაცავი, რომელშიც ეგლენა ცხოვრობს კარგად არის განათებული, ის იკვებება მცენარევით, ანუ ავტოტროფულად, ფოტოსინთეზის გზით. შედეგად, გლუკოზა სინთეზირდება ნახშირორჟანგიდან, რომელსაც უჯრედი საკვებად იყენებს. ევლენა ღამით ჰეტეროტროფულად იკვებება, საჭმლის მომნელებელ ვაკუოლებში მდებარე ფერმენტების დახმარებით არღვევს ორგანულ ნივთიერებებს. ამრიგად, მეცნიერები უჯრედის მიქსოტროფულ კვებას მცენარეთა და ცხოველთა წარმოშობის ერთიანობის მტკიცებულებად მიიჩნევენ.
უჯრედების ზრდა და მისი კავშირი ტროფიზმთან
როგორც მთელი ორგანიზმის, ისე მისი ცალკეული ორგანოებისა და ქსოვილების სიგრძის, მასის, მოცულობის ზრდას ეწოდება ზრდა. შეუძლებელია უჯრედებისთვის საკვები ნივთიერებების მუდმივი მიწოდების გარეშე, რომლებიც სამშენებლო მასალას ემსახურებიან. პასუხის მისაღებად კითხვაზე, თუ როგორ იზრდება უჯრედი, რომლის კვებაცხდება ავტოტროფიულად, აუცილებელია დაზუსტდეს, არის თუ არა იგი დამოუკიდებელი ორგანიზმი თუ არის მრავალუჯრედოვანი ინდივიდის ნაწილი, როგორც სტრუქტურული ერთეული. პირველ შემთხვევაში, ზრდა განხორციელდება უჯრედული ციკლის ინტერფაზაში. მასში ინტენსიურად მიმდინარეობს პლასტიკური გაცვლის პროცესები. ჰეტეროტროფული ორგანიზმების კვება დაკავშირებულია გარე გარემოდან მომდინარე საკვების არსებობასთან. მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმის ზრდა ხდება საგანმანათლებლო ქსოვილებში ბიოსინთეზის გააქტიურების, აგრეთვე კატაბოლიზმის პროცესებზე ანაბოლური რეაქციების უპირატესობის გამო.
ჟანგბადის როლი ჰეტეროტროფული უჯრედების კვებაში
აერობული ორგანიზმები: ზოგიერთი ბაქტერია, სოკო, ცხოველი და ადამიანი იყენებს ჟანგბადს, რათა მთლიანად დაშალოს საკვები ნივთიერებები, როგორიცაა გლუკოზა ნახშირორჟანგად და წყალში (კრებსის ციკლი). ის გვხვდება მიტოქონდრიის მატრიცაში, რომელიც შეიცავს ფერმენტულ სისტემას H + -ATP-აზას, რომელიც ასინთეზებს ATP მოლეკულებს ADP-დან. პროკარიოტულ ორგანიზმებში, როგორიცაა აერობული ბაქტერიები და ციანობაქტერიები, ჟანგბადის დისიმილაციის ეტაპი ხდება უჯრედების პლაზმურ მემბრანაზე.
გამეტების სპეციფიკური კვება
მოლეკულურ ბიოლოგიასა და ციტოლოგიაში, უჯრედის კვება შეიძლება მოკლედ აღიწეროს, როგორც მასში შემავალი საკვები ნივთიერებების პროცესი, მათი გაყოფა და ენერგიის გარკვეული ნაწილის სინთეზი ATP მოლეკულების სახით. გამეტების: კვერცხუჯრედებისა და სპერმატოზოიდების ტროფიკას აქვს გარკვეული მახასიათებლები, რომლებიც დაკავშირებულია მათი ფუნქციების მაღალ სპეციფიკასთან. ეს განსაკუთრებით ეხება ქალის ჩანასახოვან უჯრედს, რომელიც იძულებულია დააგროვოს საკვები ნივთიერებების დიდი მარაგი, ძირითადად, სახით.გული.
განაყოფიერების შემდეგ ის გამოიყენებს მათ ჩასახშობად და ემბრიონის შესაქმნელად. სპერმატოზოიდები მომწიფების (სპერმატოგენეზის) პროცესში ორგანულ ნივთიერებებს იღებენ სერტოლის უჯრედებიდან, რომლებიც განლაგებულია თესლის წარმოქმნის მილაკებში. ამრიგად, ორივე ტიპის გამეტებს აქვთ მეტაბოლიზმის მაღალი დონე, რაც შესაძლებელია აქტიური უჯრედული ტროფიზმის გამო.
მინერალური კვების როლი
მეტაბოლური პროცესები შეუძლებელია კათიონებისა და ანიონების შემოდინების გარეშე, რომლებიც მინერალური მარილების ნაწილია. მაგალითად, მაგნიუმის იონები აუცილებელია ფოტოსინთეზისთვის, კალიუმის და კალციუმის იონები აუცილებელია მიტოქონდრიული ფერმენტული სისტემების ფუნქციონირებისთვის, ხოლო ნატრიუმის იონების არსებობა, ისევე როგორც კარბონატული ანიონები, აუცილებელია ჰიალოპლაზმის ბუფერული თვისებების შესანარჩუნებლად. მინერალური მარილების ხსნარები უჯრედში შედის პინოციტოზის ან უჯრედის მემბრანის დიფუზიის გზით. მინერალური კვება თანდაყოლილია როგორც აუტოტროფულ, ასევე ჰეტეროტროფულ უჯრედებში.
შეჯამებით, ჩვენ დავრწმუნდით, რომ უჯრედების კვების მნიშვნელობა მართლაც დიდია, რადგან ეს პროცესი იწვევს ავტოტროფულ ორგანიზმებში ნახშირორჟანგისგან სამშენებლო მასალის (ნახშირწყლები, ცილები და ცხიმები) წარმოქმნას. ჰეტეროტროფული უჯრედები იკვებებიან ავტოტროფების სასიცოცხლო აქტივობის შედეგად წარმოქმნილი ორგანული ნივთიერებებით. ისინი მიღებულ ენერგიას იყენებენ რეპროდუქციისთვის, ზრდისთვის, მოძრაობისთვის და სხვა ცხოვრების პროცესებისთვის.
