Moderni studi sperimentali hanno stabilito che la cellula è l'unità strutturale e funzionale più complessa di quasi tutti gli organismi viventi, ad eccezione dei virus, che sono forme di vita non cellulari. La citologia studia la struttura, così come l'attività vitale della cellula: respirazione, nutrizione, riproduzione, crescita. Questi processi saranno presi in considerazione in questo documento.
Struttura cellulare
Utilizzando un microscopio ottico ed elettronico, i biologi hanno stabilito che le cellule vegetali e animali contengono un apparato di superficie (complessi sopra-membrana e sotto-membrana), citoplasma e organelli. Nelle cellule animali, un glicocalice si trova sopra la membrana, che contiene enzimi e fornisce nutrimento alla cellula al di fuori del citoplasma. Nelle cellule vegetali, nei procarioti (batteri e cianobatteri), così come nei funghi, sopra la membrana si forma una parete cellulare composta da cellulosa, lignina o mureina.
Il nucleo è un organello essenzialeeucarioti. Contiene materiale ereditario: il DNA, che assomiglia ai cromosomi. Batteri e cianobatteri contengono un nucleoide che funge da vettore di acido desossiribonucleico. Tutti svolgono funzioni strettamente specifiche che determinano i processi metabolici cellulari.
Cosa intendiamo per nutrizione cellulare
Le manifestazioni vitali di una cellula non sono altro che il trasferimento di energia e la sua trasformazione da una forma all' altra (secondo la prima legge della termodinamica). L'energia che si trova nei nutrienti in uno stato latente, cioè legato, passa nelle molecole di ATP. Alla domanda su cosa sia la nutrizione cellulare in biologia, c'è una risposta che tiene conto dei seguenti postulati:
- La cellula, essendo un biosistema aperto, richiede una fornitura costante di energia dall'ambiente esterno.
- Sostanze organiche necessarie per la nutrizione, la cellula può ottenere in due modi:
a) dal mezzo intercellulare, sotto forma di composti pronti;
b) sintetizzando indipendentemente proteine, carboidrati e grassi da anidride carbonica, ammoniaca, ecc.
Pertanto, tutti gli organismi sono divisi in eterotrofi e autotrofi, le cui caratteristiche metaboliche sono studiate dalla biochimica.
Metabolismo ed energia
Le sostanze organiche che entrano nella cellula subiscono la scissione, a seguito della quale viene rilasciata energia sotto forma di molecole di ATP o NADP-H2. L'intero insieme delle reazioni di assimilazione e dissimilazione è il metabolismo. Di seguito considereremo le fasi del metabolismo energetico che forniscono nutrimento alle cellule eterotrofe. Innanzitutto proteine, carboidrati e lipidisono scomposti nei loro monomeri: aminoacidi, glucosio, glicerolo e acidi grassi. Quindi, durante la digestione senza ossigeno, subiscono un'ulteriore rottura (digestione anaerobica).
In questo modo si alimentano i parassiti intracellulari: rickettsia, clamidia e batteri patogeni, come il clostridium. I funghi unicellulari del lievito scompongono il glucosio in alcol etilico, i batteri dell'acido lattico in acido lattico. Pertanto, la glicolisi, l'alcool, la fermentazione dell'acido butirrico e lattico sono esempi di nutrizione cellulare dovuta alla digestione anaerobica negli eterotrofi.
Autotrofia e caratteristiche dei processi metabolici
Per gli organismi che vivono sulla Terra, la principale fonte di energia è il Sole. Grazie a lui vengono soddisfatte le esigenze degli abitanti del nostro pianeta. Alcuni di loro sintetizzano i nutrienti grazie all'energia luminosa, sono chiamati fototrofi. Altri - con l'aiuto dell'energia delle reazioni redox, sono chiamati chemiotrofi. Nelle alghe unicellulari, la nutrizione della cellula, la cui foto è presentata di seguito, viene effettuata fotosinteticamente.
Le piante verdi contengono clorofilla, che fa parte dei cloroplasti. Svolge il ruolo di un'antenna che cattura i quanti di luce. Nelle fasi chiare e scure della fotosintesi si verificano reazioni enzimatiche (il ciclo di Calvin), che provocano la formazione di tutte le sostanze organiche utilizzate per la nutrizione dall'anidride carbonica. Pertanto, la cellula, che si nutrea causa dell'uso dell'energia luminosa, è chiamato autotrofo o fototrofico.
Gli organismi unicellulari, chiamati chemiosintetici, utilizzano l'energia rilasciata a seguito di reazioni chimiche per formare sostanze organiche, ad esempio i batteri del ferro ossidano i composti ferrosi in ferro ferrico e l'energia rilasciata va alla sintesi del glucosio molecole.
Così, gli organismi fotosintetici catturano l'energia luminosa e la convertono nell'energia dei legami covalenti di mono- e polisaccaridi. Quindi, lungo gli anelli delle catene alimentari, l'energia viene trasferita alle cellule degli organismi eterotrofi. In altre parole, grazie alla fotosintesi, esistono tutti gli elementi strutturali della biosfera. Si può dire che una cellula, la cui nutrizione avviene in modo autotrofico, “nutri” non solo se stessa, ma anche tutto ciò che vive sul pianeta Terra.
Come mangiano gli organismi eterotrofi
Una cellula la cui nutrizione dipende dall'assunzione di sostanze organiche dall'ambiente esterno è chiamata eterotrofica. Organismi come funghi, animali, esseri umani e batteri parassiti scompongono carboidrati, proteine e grassi utilizzando enzimi digestivi.
Quindi i monomeri risultanti vengono assorbiti dalla cellula e da essa utilizzati per costruire i loro organelli e la loro vita. I nutrienti disciolti entrano nella cellula per pinocitosi, mentre le particelle di cibo solido entrano nella cellula per fagocitosi. Gli organismi eterotrofi possono essere suddivisi in saprotrofi e parassiti. I primi (ad esempio batteri del suolo, funghi, alcuni insetti) si nutrono di materia organica morta, i secondi (batteri patogeni, elminti, funghi parassiti) si nutrono di cellule e tessuti di organismi viventi.
Mixotrofi, la loro distribuzione in natura
Il tipo di alimentazione mista in natura è piuttosto raro ed è una forma di adattamento (idioadattamento) a vari fattori ambientali. La condizione principale per la mixotrofia è la presenza nella cellula di entrambi gli organelli contenenti clorofilla per la fotosintesi e di un sistema di enzimi che scompongono i nutrienti già pronti provenienti dall'ambiente. Ad esempio, l'animale unicellulare Euglena green contiene cromatofori con clorofilla nell'ialoplasma.
Quando il serbatoio in cui vive euglena è ben illuminato, si nutre come una pianta, cioè autotroficamente, attraverso la fotosintesi. Di conseguenza, il glucosio viene sintetizzato dall'anidride carbonica, che la cellula utilizza come cibo. Euglena si nutre eterotroficamente di notte, scomponendo la materia organica con l'aiuto di enzimi situati nei vacuoli digestivi. Pertanto, gli scienziati considerano la nutrizione mixotrofica della cellula una prova dell'unità dell'origine di piante e animali.
Crescita cellulare e sua relazione con il trofismo
Un aumento della lunghezza, della massa, del volume sia dell'intero organismo che dei suoi singoli organi e tessuti è chiamato crescita. È impossibile senza un apporto costante di sostanze nutritive alle cellule, che fungono da materiale da costruzione. Per ottenere una risposta alla domanda su come cresce una cellula, la cui nutrizioneavviene autotroficamente, è necessario chiarire se si tratta di un organismo indipendente o se fa parte di un individuo multicellulare come unità strutturale. Nel primo caso, la crescita sarà effettuata durante l'interfase del ciclo cellulare. In esso si svolgono intensivamente i processi di scambio della plastica. La nutrizione degli organismi eterotrofi è correlata alla presenza di cibo proveniente dall'ambiente esterno. La crescita di un organismo multicellulare si verifica a causa dell'attivazione della biosintesi nei tessuti educativi, nonché della predominanza delle reazioni anaboliche sui processi di catabolismo.
Il ruolo dell'ossigeno nella nutrizione delle cellule eterotrofe
Organismi aerobici: alcuni batteri, funghi, animali e esseri umani usano l'ossigeno per scomporre completamente i nutrienti come il glucosio in anidride carbonica e acqua (il ciclo di Krebs). Si verifica nella matrice dei mitocondri contenente il sistema enzimatico H + -ATP-asi, che sintetizza le molecole di ATP dall'ADP. Negli organismi procarioti come batteri aerobi e cianobatteri, la fase di dissimilazione dell'ossigeno avviene sulla membrana plasmatica delle cellule.
Nutrizione specifica dei gameti
In biologia molecolare e citologia, la nutrizione cellulare può essere brevemente descritta come il processo dei nutrienti che vi entrano, la loro scissione e la sintesi di una certa porzione di energia sotto forma di molecole di ATP. Il trofismo dei gameti: uova e spermatozoi presenta alcune caratteristiche legate all'elevata specificità delle loro funzioni. Ciò è particolarmente vero per la cellula germinale femminile, che è costretta ad accumulare una grande quantità di nutrienti, principalmente sotto forma dituorlo.
Dopo la fecondazione, li userà per schiacciare e formare un embrione. Gli spermatozoi nel processo di maturazione (spermatogenesi) ricevono sostanze organiche dalle cellule del Sertoli situate nei tubuli seminiferi. Pertanto, entrambi i tipi di gameti hanno un alto livello di metabolismo, possibile grazie al trofismo cellulare attivo.
Il ruolo della nutrizione minerale
I processi metabolici sono impossibili senza l'afflusso di cationi e anioni che fanno parte dei sali minerali. Ad esempio, gli ioni di magnesio sono necessari per la fotosintesi, gli ioni di potassio e di calcio sono necessari per il funzionamento dei sistemi enzimatici mitocondriali e la presenza di ioni di sodio e di anioni carbonato è necessaria per mantenere le proprietà tampone dell'ialoplasma. Le soluzioni di sali minerali entrano nella cellula per pinocitosi o diffusione attraverso la membrana cellulare. La nutrizione minerale è inerente sia alle cellule autotrofe che eterotrofe.
Riassumendo, siamo convinti che l'importanza della nutrizione cellulare sia davvero grande, poiché questo processo porta alla formazione di materiale da costruzione (carboidrati, proteine e grassi) dall'anidride carbonica negli organismi autotrofi. Le cellule eterotrofe si nutrono di sostanze organiche formate a seguito dell'attività vitale degli autotrofi. Usano l'energia ricevuta per la riproduzione, la crescita, il movimento e altri processi vitali.
