Moderne eksperimentelle undersøgelser har fastslået, at cellen er den mest komplekse strukturelle og funktionelle enhed af næsten alle levende organismer, med undtagelse af vira, som er ikke-cellulære livsformer. Cytologi studerer strukturen såvel som cellens vitale aktivitet: respiration, ernæring, reproduktion, vækst. Disse processer vil blive overvejet i dette papir.
Cellestruktur
Ved at bruge et lys- og elektronmikroskop har biologer fastslået, at plante- og dyreceller indeholder et overfladeapparat (supramembran- og submembrankomplekser), cytoplasma og organeller. I dyreceller er en glycocalyx placeret over membranen, som indeholder enzymer og giver næring til cellen uden for cytoplasmaet. I planteceller, prokaryoter (bakterier og cyanobakterier) samt svampe dannes en cellevæg over membranen, som består af cellulose, lignin eller murein.
Kernen er en vigtig organeleukaryoter. Den indeholder arveligt materiale - DNA, der ligner kromosomer. Bakterier og cyanobakterier indeholder en nukleoid, der fungerer som en bærer af deoxyribonukleinsyre. Alle af dem udfører strengt specifikke funktioner, der bestemmer de metaboliske cellulære processer.
Hvad mener vi med cellulær ernæring
De vitale manifestationer af en celle er intet andet end overførsel af energi og dens transformation fra en form til en anden (ifølge termodynamikkens første lov). Den energi, der findes i næringsstoffer i en latent, dvs. bundet tilstand, går over i ATP-molekyler. På spørgsmålet om, hvad er celleernæring i biologi, er der et svar, der tager hensyn til følgende postulater:
- Cellen, som er et åbent biosystem, kræver en konstant forsyning af energi fra det ydre miljø.
- Organiske stoffer, der er nødvendige til ernæring, kan cellen få på to måder:
a) fra det intercellulære medium, i form af færdige forbindelser;
b) selvstændig syntetisering af proteiner, kulhydrater og fedtstoffer fra kuldioxid, ammoniak osv.
Derfor er alle organismer opdelt i heterotrofe og autotrofe, hvis metaboliske egenskaber studeres af biokemi.
Stofskifte og energi
Organiske stoffer, der kommer ind i cellen, sp altes, som følge heraf frigives energi i form af ATP- eller NADP-H2-molekyler. Hele sættet af assimilerings- og dissimileringsreaktioner er stofskifte. Nedenfor vil vi overveje de stadier af energimetabolisme, der giver næring til heterotrofe celler. Først proteiner, kulhydrater og lipidernedbrydes til deres monomerer: aminosyrer, glucose, glycerol og fedtsyrer. Derefter, under iltfri fordøjelse, gennemgår de yderligere nedbrydning (anaerob fordøjelse).
På denne måde fodres intracellulære parasitter: rickettsia, klamydia og patogene bakterier, såsom clostridium. Encellede gærsvampe nedbryder glucose til ethylalkohol, mælkesyrebakterier til mælkesyre. Glykolyse, alkohol, smørsyre, mælkesyregæring er således eksempler på celleernæring på grund af anaerob fordøjelse i heterotrofer.
Autotrofi og funktioner i metaboliske processer
For organismer, der lever på Jorden, er den vigtigste energikilde Solen. Takket være ham opfyldes behovene hos indbyggerne på vores planet. Nogle af dem syntetiserer næringsstoffer på grund af lysenergi, de kaldes fototrofer. Andre - ved hjælp af energien fra redoxreaktioner kaldes de kemotrofer. Hos encellede alger udføres ernæringen af cellen, hvis foto er præsenteret nedenfor, fotosyntetisk.
Grønne planter indeholder klorofyl, som er en del af kloroplaster. Den spiller rollen som en antenne, der fanger lyskvanter. I de lyse og mørke faser af fotosyntesen opstår enzymatiske reaktioner (Calvin-cyklussen), som resulterer i dannelsen af alle organiske stoffer, der bruges til ernæring fra kuldioxid. Derfor er cellen, som får næringpå grund af brugen af lysenergi, kaldes autotrofisk eller fototrofisk.
Encellede organismer, kaldet kemosyntetika, bruger den energi, der frigives som følge af kemiske reaktioner, til at danne organiske stoffer, for eksempel oxiderer jernbakterier jernholdige forbindelser til jern(III), og den frigivne energi går til syntese af glukose molekyler.
Således fanger fotosyntetiske organismer lysenergi og omdanner den til energien fra kovalente bindinger af mono- og polysaccharider. Derefter, langs fødekædernes led, overføres energi til cellerne i heterotrofe organismer. Med andre ord, takket være fotosyntesen eksisterer alle de strukturelle elementer i biosfæren. Det kan siges, at en celle, hvis ernæring sker på en autotrofisk måde, "føder" ikke kun sig selv, men også alt, der lever på planeten Jorden.
Hvordan heterotrofe organismer spiser
En celle, hvis ernæring afhænger af indtagelsen af organiske stoffer fra det ydre miljø, kaldes heterotrof. Organismer som svampe, dyr, mennesker og parasitære bakterier nedbryder kulhydrater, proteiner og fedt ved hjælp af fordøjelsesenzymer.
Så absorberes de resulterende monomerer af cellen og bruges af den til at bygge deres organeller og liv. Opløste næringsstoffer kommer ind i cellen ved pinocytose, mens faste fødepartikler kommer ind i cellen ved fagocytose. Heterotrofe organismer kan opdeles i saprotrofer og parasitter. Førstnævnte (f.eks. jordbakterier, svampe, nogle insekter) lever af dødt organisk materiale, sidstnævnte (patogene bakterier, helminths, parasitære svampe) lever af celler og væv fra levende organismer.
Mixotrofer, deres udbredelse i naturen
Blandet type ernæring i naturen er ret sjælden og er en form for tilpasning (idioadaptation) til forskellige miljøfaktorer. Hovedbetingelsen for mixotrofi er tilstedeværelsen i cellen af begge organeller, der indeholder klorofyl til fotosyntese, og et system af enzymer, der nedbryder færdiglavede næringsstoffer, der kommer fra miljøet. For eksempel indeholder det encellede dyr Euglena green kromatoforer med klorofyl i hyaloplasmaet.
Når reservoiret, hvori euglena lever, er godt oplyst, nærer det sig som en plante, dvs. autotrofisk, gennem fotosyntese. Som et resultat syntetiseres glukose fra kuldioxid, som cellen bruger som mad. Euglena fodrer heterotrofiskt om natten og nedbryder organisk materiale ved hjælp af enzymer placeret i fordøjelsesvakuolerne. Forskere anser således, at cellens mixotrofiske ernæring er et bevis på enheden af planters og dyrs oprindelse.
Cellevækst og dens forhold til trofisme
En stigning i længden, massen, volumen af både hele organismen og dens individuelle organer og væv kaldes vækst. Det er umuligt uden en konstant tilførsel af næringsstoffer til cellerne, som tjener som byggemateriale. For at få svar på spørgsmålet om, hvordan en celle vokser, hvis ernæringsker autotrofisk, er det nødvendigt at afklare, om det er en selvstændig organisme, eller om det er en del af et flercellet individ som en strukturel enhed. I det første tilfælde vil væksten blive udført under cellecyklussens interfase. Processerne med plastikudveksling finder intensivt sted i den. Ernæringen af heterotrofe organismer er korreleret med tilstedeværelsen af mad, der kommer fra det ydre miljø. Væksten af en flercellet organisme sker på grund af aktiveringen af biosyntese i uddannelsesvæv, såvel som overvægten af anabolske reaktioner over katabolismeprocesser.
Oiltens rolle i ernæringen af heterotrofe celler
Aerobe organismer: Nogle bakterier, svampe, dyr og mennesker bruger ilt til fuldstændigt at nedbryde næringsstoffer som glucose til kuldioxid og vand (Krebs-kredsløbet). Det forekommer i matricen af mitokondrier, der indeholder det enzymatiske system H + -ATP-ase, som syntetiserer ATP-molekyler fra ADP. I prokaryote organismer såsom aerobe bakterier og cyanobakterier sker iltdissimileringstrinnet ved cellernes plasmamembran.
Specifik ernæring af kønsceller
Inden for molekylærbiologi og cytologi kan celleernæring kort beskrives som processen med næringsstoffer, der trænger ind i den, deres sp altning og syntesen af en vis del af energien i form af ATP-molekyler. Trofismen af kønsceller: æg og spermatozoer har nogle funktioner forbundet med den høje specificitet af deres funktioner. Det gælder især den kvindelige kønscelle, som er tvunget til at ophobe en stor tilførsel af næringsstoffer, hovedsageligt i form afblomme.
Efter befrugtning vil hun bruge dem til at knuse og danne et embryo. Spermatozoer i modningsprocessen (spermatogenese) modtager organiske stoffer fra Sertoli-celler placeret i sædrørene. Begge typer kønsceller har således et højt stofskifteniveau, hvilket er muligt på grund af aktiv cellulær trofisme.
Mineralernæringens rolle
Metaboliske processer er umulige uden tilstrømningen af kationer og anioner, der er en del af minerals alte. For eksempel er magnesiumioner nødvendige for fotosyntese, kalium- og calciumioner er nødvendige for driften af mitokondrielle enzymsystemer, og tilstedeværelsen af natriumioner såvel som carbonatanioner er nødvendig for at opretholde hyaloplasmas bufferegenskaber. Opløsninger af minerals alte kommer ind i cellen ved pinocytose eller diffusion gennem cellemembranen. Mineralernæring er iboende i både autotrofe og heterotrofe celler.
Opsummering er vi overbeviste om, at vigtigheden af celleernæring er virkelig stor, da denne proces fører til dannelsen af byggematerialer (kulhydrater, proteiner og fedtstoffer) fra kuldioxid i autotrofe organismer. Heterotrofe celler lever af organiske stoffer dannet som følge af autotrofers vitale aktivitet. De bruger den modtagne energi til reproduktion, vækst, bevægelse og andre livsprocesser.
