უჯრედის ბიოლოგია ზოგადად ყველასთვის ცნობილია სკოლის სასწავლო გეგმიდან. გეპატიჟებით გაიხსენოთ ის, რაც ოდესღაც შეისწავლეთ, ასევე აღმოაჩინეთ რაიმე ახალი მის შესახებ. სახელწოდება „უჯრედი“ჯერ კიდევ 1665 წელს შემოგვთავაზა ინგლისელმა რ.ჰუკმა. თუმცა, მხოლოდ მე-19 საუკუნეში დაიწყო მისი სისტემატური შესწავლა. მეცნიერები სხვა საკითხებთან ერთად დაინტერესდნენ უჯრედის როლით სხეულში. ისინი შეიძლება იყვნენ მრავალი სხვადასხვა ორგანოსა და ორგანიზმის (კვერცხუჯრედი, ბაქტერია, ნერვები, ერითროციტები) ნაწილი ან იყვნენ დამოუკიდებელი ორგანიზმები (პროტოზოა). მიუხედავად მათი მრავალფეროვნებისა, მათ ფუნქციებსა და სტრუქტურაში ბევრი რამ არის საერთო.
უჯრედის ფუნქციები
ისინი ყველა განსხვავდებიან ფორმით და ხშირად ფუნქციით. ერთი ორგანიზმის ქსოვილებისა და ორგანოების უჯრედები ასევე შეიძლება საკმაოდ მკვეთრად განსხვავდებოდეს. ამასთან, უჯრედის ბიოლოგია ხაზს უსვამს ფუნქციებს, რომლებიც თანდაყოლილია მათ ყველა სახეობაში. აქ ყოველთვის ხდება ცილების სინთეზი. ამ პროცესს გენეტიკური აპარატი აკონტროლებს. უჯრედი, რომელიც არ სინთეზირებს ცილებს, არსებითად მკვდარია. ცოცხალი უჯრედი არის ის, რომლის კომპონენტები მუდმივად იცვლება. თუმცა, ნივთიერებების ძირითადი კლასები რჩებაუცვლელი.
უჯრედში ყველა პროცესი ენერგიის გამოყენებით მიმდინარეობს. ეს არის კვება, სუნთქვა, რეპროდუქცია, მეტაბოლიზმი. აქედან გამომდინარე, ცოცხალი უჯრედი ხასიათდება იმით, რომ მასში მუდმივად ხდება ენერგიის გაცვლა. თითოეულ მათგანს აქვს საერთო ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება - ენერგიის შენახვისა და დახარჯვის უნარი. სხვა ფუნქციებში შედის გაყოფა და გაღიზიანება.
ყველა ცოცხალ უჯრედს შეუძლია რეაგირება გარემოს ქიმიურ ან ფიზიკურ ცვლილებებზე. ამ თვისებას აგზნებადობა ან გაღიზიანებადობა ეწოდება. უჯრედებში, აღგზნებისას, იცვლება ნივთიერებების დაშლის და ბიოსინთეზის სიჩქარე, ტემპერატურა და ჟანგბადის მოხმარება. ამ მდგომარეობაში ისინი ასრულებენ მათთვის თავისებურ ფუნქციებს.
უჯრედის სტრუქტურა
მისი სტრუქტურა საკმაოდ რთულია, თუმცა ის სიცოცხლის უმარტივეს ფორმად ითვლება ისეთ მეცნიერებაში, როგორიცაა ბიოლოგია. უჯრედები განლაგებულია უჯრედშორის ნივთიერებაში. უზრუნველყოფს მათ სუნთქვას, კვებას და მექანიკურ ძალას. ბირთვი და ციტოპლაზმა ყველა უჯრედის მთავარი კომპონენტია. თითოეული მათგანი დაფარულია მემბრანით, რომლის სამშენებლო ელემენტი არის მოლეკულა. ბიოლოგიამ დაადგინა, რომ მემბრანა მრავალი მოლეკულისგან შედგება. ისინი განლაგებულია რამდენიმე ფენად. მემბრანის წყალობით ნივთიერებები შერჩევით შეაღწევს. ციტოპლაზმაში არის ორგანელები - ყველაზე პატარა სტრუქტურები. ესენია ენდოპლაზმური ბადე, მიტოქონდრია, რიბოსომები, უჯრედის ცენტრი, გოლჯის კომპლექსი, ლიზოსომები. ამ სტატიაში წარმოდგენილი სურათების შესწავლით უკეთ წარმოდგენას მიიღებთ იმაზე, თუ როგორ გამოიყურება უჯრედები.
მემბრანა
მცენარის უჯრედის მიკროსკოპის ქვეშ (მაგალითად, ხახვის ფესვის) გამოკვლევისას ხედავთ, რომ მას აკრავს საკმაოდ სქელი გარსი. კალმარს აქვს გიგანტური აქსონი, რომლის გარსი სულ სხვა ხასიათისაა. თუმცა, ის არ წყვეტს, რომელი ნივთიერებები უნდა იყოს დაშვებული ან არ უნდა შევიდეს აქსონში. უჯრედის მემბრანის ფუნქცია არის ის, რომ ის არის უჯრედის მემბრანის დაცვის დამატებითი საშუალება. მემბრანას ეწოდება "უჯრედის ციხესიმაგრე". თუმცა, ეს მართალია მხოლოდ იმ თვალსაზრისით, რომ ის იცავს და იცავს მის შინაარსს.
როგორც მემბრანა, ასევე თითოეული უჯრედის შიდა შიგთავსი ჩვეულებრივ შედგება ერთი და იგივე ატომებისგან. ეს არის ნახშირბადი, წყალბადი, ჟანგბადი და აზოტი. ეს ატომები პერიოდული ცხრილის დასაწყისშია. მემბრანა არის მოლეკულური საცერი, ძალიან წვრილი (მისი სისქე თმის სისქეზე 10 ათასჯერ ნაკლებია). მისი ფორები შუა საუკუნეების რომელიმე ქალაქის ციხესიმაგრის გალავანში გაკეთებულ ვიწრო გრძელ გადასასვლელებს წააგავს. მათი სიგანე და სიმაღლე 10-ჯერ ნაკლებია მათ სიგრძეზე. გარდა ამისა, ამ საცერში ხვრელები ძალიან იშვიათია. ზოგიერთ უჯრედში ფორები იკავებს მთელი მემბრანის ფართობის მხოლოდ მემილიონედს.
ბირთი
უჯრედის ბიოლოგია საინტერესოა ბირთვის თვალსაზრისითაც. ეს არის ყველაზე დიდი ორგანოიდი, პირველმა მიიპყრო მეცნიერთა ყურადღება. 1981 წელს უჯრედის ბირთვი აღმოაჩინა შოტლანდიელმა მეცნიერმა რობერტ ბრაუნმა. ეს ორგანოიდი ერთგვარი კიბერნეტიკური სისტემაა, სადაც ინფორმაცია ინახება, მუშავდება და შემდეგ გადადის ციტოპლაზმაში, რომლის მოცულობა ძალიან დიდია. ბირთვი ძალიან მნიშვნელოვანია პროცესშიმემკვიდრეობა, რომელშიც ის დიდ როლს თამაშობს. გარდა ამისა, იგი ასრულებს რეგენერაციის ფუნქციას, ანუ მას შეუძლია აღადგინოს მთელი ფიჭური სხეულის მთლიანობა. ეს ორგანოიდი არეგულირებს უჯრედის ყველა უმნიშვნელოვანეს ფუნქციას. რაც შეეხება ბირთვის ფორმას, ყველაზე ხშირად ის სფერულია, ასევე კვერცხისებრი. ქრომატინი ამ ორგანელის ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია. ეს არის ნივთიერება, რომელიც კარგად იღებება სპეციალური ბირთვული საღებავებით.
ორმაგი მემბრანა გამოყოფს ბირთვს ციტოპლაზმისგან. ეს მემბრანა ასოცირდება გოლჯის კომპლექსთან და ენდოპლაზმურ რეტიკულუმთან. ბირთვულ მემბრანას აქვს ფორები, რომლებშიც ზოგიერთი ნივთიერება ადვილად გადის, ზოგი კი ამის გაკეთება უფრო რთულია. ამრიგად, მისი გამტარიანობა შერჩევითია.
ბირთვული წვენი არის ბირთვის შიდა შემცველობა. ის ავსებს სივრცეს მის სტრუქტურებს შორის. ბირთვში აუცილებლად არის ნუკლეოლები (ერთი ან მეტი). ისინი ქმნიან რიბოზომებს. არსებობს პირდაპირი კავშირი ბირთვების ზომასა და უჯრედის აქტივობას შორის: რაც უფრო დიდია ბირთვი, მით უფრო აქტიურად ხდება ცილის ბიოსინთეზი; და, პირიქით, შეზღუდული სინთეზის მქონე უჯრედებში ისინი ან სრულიად არ არიან ან მცირეა.
ქრომოსომა არის ბირთვში. ეს არის სპეციალური ძაფისებრი წარმონაქმნები. ადამიანის სხეულის უჯრედის ბირთვში სქესის ქრომოსომების გარდა 46 ქრომოსომაა. ისინი შეიცავს ინფორმაციას სხეულის მემკვიდრეობითი მიდრეკილების შესახებ, რომელიც გადაეცემა შთამომავლობას.
უჯრედებს ჩვეულებრივ აქვთ ერთი ბირთვი, მაგრამ არის ასევე მრავალბირთვიანი უჯრედები (კუნთებში, ღვიძლში და ა.შ.). თუ ბირთვები მოიხსნება, უჯრედის დარჩენილი ნაწილები გახდება შეუსაბამო.
ციტოპლაზმა
ციტოპლაზმა არის უფერო ლორწოვანი ნახევრად თხევადი მასა. იგი შეიცავს დაახლოებით 75-85% წყალს, დაახლოებით 10-12% ამინომჟავებს და ცილებს, 4-6% ნახშირწყლებს, 2-დან 3% ლიპიდებს და ცხიმებს, ასევე 1% არაორგანულ და ზოგიერთ სხვა ნივთიერებას.
ციტოპლაზმაში მდებარე უჯრედის შიგთავსს შეუძლია გადაადგილება. ამის გამო, ორგანელები ოპტიმალურად განლაგებულია და უკეთესად მიმდინარეობს ბიოქიმიური რეაქციები, ასევე მეტაბოლური პროდუქტების გამოყოფის პროცესი. ციტოპლაზმის შრეში წარმოდგენილია სხვადასხვა წარმონაქმნები: ზედაპირული გამონაზარდები, ფლაგელები, ცილიები. ციტოპლაზმა გაჟღენთილია ბადისებრი სისტემით (ვაკუოლური), რომელიც შედგება გაბრტყელებული ჩანთებისგან, ვეზიკულებისგან, მილაკებისგან, რომლებიც ურთიერთობენ ერთმანეთთან. ისინი დაკავშირებულია გარე პლაზმურ მემბრანასთან.
ენდოპლაზმური ბადე
ამ ორგანელას ასე ეწოდა, რადგან ის ციტოპლაზმის ცენტრალურ ნაწილში მდებარეობს (ბერძნულიდან სიტყვა "ენდონი" ითარგმნება როგორც "შიგნით"). EPS არის ძალიან განშტოებული სისტემა ვეზიკულებისგან, ტუბულებისგან, სხვადასხვა ფორმისა და ზომის ტუბულებისგან. ისინი გამოყოფილია უჯრედის ციტოპლაზმიდან მემბრანებით.
არსებობს EPS-ის ორი ტიპი. პირველი არის მარცვლოვანი, რომელიც შედგება ტანკებისა და მილაკებისგან, რომელთა ზედაპირი გაჟღენთილია გრანულებით (მარცვლებით). მეორე ტიპის EPS არის აგრანულარული, ანუ გლუვი. გრანები რიბოზომებია. საინტერესოა, რომ მარცვლოვანი EPS ძირითადად შეიმჩნევა ცხოველთა ემბრიონის უჯრედებში, ხოლო ზრდასრულ ფორმებში ის ჩვეულებრივ აგრანულარულია. ცნობილია, რომ რიბოსომები ციტოპლაზმაში ცილის სინთეზის ადგილია.ამის საფუძველზე შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ მარცვლოვანი EPS ძირითადად გვხვდება უჯრედებში, სადაც ხდება აქტიური ცილის სინთეზი. ითვლება, რომ აგრანულარული ქსელი წარმოდგენილია ძირითადად იმ უჯრედებში, სადაც ხდება ლიპიდების აქტიური სინთეზი, ანუ ცხიმები და სხვადასხვა ცხიმის მსგავსი ნივთიერებები.
EPS-ის ორივე ტიპი არ მონაწილეობს მხოლოდ ორგანული ნივთიერებების სინთეზში. აქ ეს ნივთიერებები გროვდება და ასევე ტრანსპორტირდება საჭირო ადგილებში. EPS ასევე არეგულირებს მეტაბოლიზმს, რომელიც ხდება გარემოსა და უჯრედს შორის.
რიბოსომა
ეს არის უჯრედული არამემბრანული ორგანელები. ისინი შედგება ცილისა და რიბონუკლეინის მჟავისგან. უჯრედის ეს ნაწილები ჯერ კიდევ ბოლომდე არ არის გასაგები შინაგანი სტრუქტურის თვალსაზრისით. ელექტრონულ მიკროსკოპში რიბოსომები სოკოს ფორმის ან მომრგვალებულ გრანულებს ჰგავს. თითოეული მათგანი იყოფა მცირე და დიდ ნაწილებად (ქვეერთეულებად) ღარის გამოყენებით. რამდენიმე რიბოსომა ხშირად დაკავშირებულია ერთმანეთთან სპეციალური რნმ-ის (რიბონუკლეინის მჟავა) ჯაჭვით, რომელსაც i-RNA (მესინჯერი) ეწოდება. ამ ორგანელების წყალობით ცილის მოლეკულები სინთეზირდება ამინომჟავებისგან.
გოლგის კომპლექსი
ბიოსინთეზის პროდუქტები შედიან EPS-ის მილაკებისა და ღრუების სანათურში. აქ ისინი კონცენტრირებულია სპეციალურ აპარატში, რომელსაც ეწოდება გოლჯის კომპლექსი (ზემოთ ფიგურაში მითითებულია როგორც გოლგის კომპლექსი). ეს აპარატი მდებარეობს ბირთვთან ახლოს. ის მონაწილეობს ბიოსინთეზური პროდუქტების გადატანაში, რომლებიც მიეწოდება უჯრედის ზედაპირზე. ასევე, გოლჯის კომპლექსი მონაწილეობს უჯრედიდან მათ მოცილებაში, ფორმირებაშილიზოსომები და ა.შ.
ეს ორგანელა აღმოაჩინა იტალიელმა ციტოლოგმა კამილიო გოლჯიმ (ცხოვრება - 1844-1926 წწ.). მის პატივსაცემად 1898 წელს დაარქვეს გოლგის აპარატი (კომპლექსი). რიბოსომებში წარმოებული ცილები ამ ორგანელაში შედიან. როდესაც სხვა ორგანოოიდს სჭირდება ისინი, გოლჯის აპარატის ნაწილი გამოყოფილია. ამრიგად, ცილა ტრანსპორტირდება საჭირო ადგილას.
ლიზოსომა
როდესაც ვსაუბრობთ იმაზე, თუ როგორ გამოიყურება უჯრედები და რა ორგანელები შედის მათ შემადგენლობაში, აუცილებელია აღინიშნოს ლიზოსომები. აქვთ ოვალური ფორმა, გარშემორტყმულია ერთშრიანი გარსით. ლიზოსომები შეიცავს ფერმენტების ერთობლიობას, რომელიც ანგრევს ცილებს, ლიპიდებს და ნახშირწყლებს. თუ ლიზოსომური მემბრანა დაზიანებულია, ფერმენტები იშლება და ანადგურებს შიგთავსს უჯრედის შიგნით. შედეგად ის კვდება.
უჯრედული ცენტრი
ის გვხვდება უჯრედებში, რომლებსაც შეუძლიათ გაყოფა. უჯრედის ცენტრი შედგება ორი ცენტრიოლისგან (ღეროს ფორმის სხეულები). გოლჯის კომპლექსთან და ბირთვთან ახლოს მყოფი ის მონაწილეობს გაყოფის ღეროს წარმოქმნაში, უჯრედის გაყოფის პროცესში.
მიტოქონდრია
ენერგეტიკული ორგანელები მოიცავს მიტოქონდრიას (სურათი ზემოთ) და ქლოროპლასტები. მიტოქონდრია არის ყველა უჯრედის ორიგინალური ძალა. სწორედ მათში ხდება ენერგიის მოპოვება საკვები ნივთიერებებისგან. მიტოქონდრიას აქვს ცვალებადი ფორმა, მაგრამ ყველაზე ხშირად ისინი გრანულები ან ძაფებია. მათი რაოდენობა და ზომა არ არის მუდმივი. ეს დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა არის კონკრეტული უჯრედის ფუნქციური აქტივობა.
თუ განვიხილავთ ელექტრონულ მიკროგრაფს,ჩანს, რომ მიტოქონდრიას აქვს ორი გარსი: შიდა და გარე. შიგნიდან წარმოქმნის გამონაზარდებს (cristae), რომლებიც დაფარულია ფერმენტებით. კრისტალების არსებობის გამო, მიტოქონდრიის მთლიანი ზედაპირი იზრდება. ეს მნიშვნელოვანია ფერმენტების აქტიურობის გასაგრძელებლად.
მიტოქონდრიაში მეცნიერებმა აღმოაჩინეს სპეციფიკური რიბოსომები და დნმ. ეს საშუალებას აძლევს ამ ორგანელებს დამოუკიდებლად გამრავლდნენ უჯრედის გაყოფის დროს.
ქლოროპლასტები
რაც შეეხება ქლოროპლასტებს, ეს არის დისკი ან ბურთის ფორმის ორმაგი გარსი (შიდა და გარე). ამ ორგანოიდის შიგნით ასევე არის რიბოსომები, დნმ და გრანა - სპეციალური მემბრანული წარმონაქმნები, რომლებიც დაკავშირებულია როგორც შიდა გარსთან, ასევე ერთმანეთთან. ქლოროფილი გვხვდება გრანის გარსებში. მისი წყალობით, მზის ენერგია გარდაიქმნება ადენოზინტრიფოსფატის (ATP) ქიმიურ ენერგიად. ქლოროპლასტებში გამოიყენება ნახშირწყლების (წყლისა და ნახშირორჟანგისგან წარმოქმნილი) სინთეზისთვის.
ვეთანხმები, ზემოთ წარმოდგენილი ინფორმაციის ცოდნა აუცილებელია არა მხოლოდ ბიოლოგიის ტესტის ჩაბარებისთვის. უჯრედი არის სამშენებლო მასალა, რომელიც ქმნის ჩვენს სხეულს. და მთელი ცოცხალი ბუნება არის უჯრედების რთული ნაკრები. როგორც ხედავთ, მათ ბევრი კომპონენტი აქვთ. ერთი შეხედვით შეიძლება ჩანდეს, რომ უჯრედის სტრუქტურის შესწავლა არც ისე ადვილი საქმეა. თუმცა, თუ დააკვირდებით, ეს თემა არც ისე რთულია. მისი ცოდნა აუცილებელია იმისათვის, რომ კარგად ერკვეოდე ისეთ მეცნიერებაში, როგორიც არის ბიოლოგია. უჯრედის შემადგენლობა მისი ერთ-ერთი ფუნდამენტური თემაა.
