Una cellula è un livello di organizzazione della materia vivente, un biosistema indipendente che ha le proprietà di base di tutti gli esseri viventi. Quindi, può svilupparsi, moltiplicarsi, muoversi, adattarsi e cambiare. Inoltre, tutte le cellule sono caratterizzate da metabolismo, struttura specifica, ordine di strutture e funzioni.
La scienza che studia le cellule è la citologia. Il suo soggetto sono le unità strutturali di animali e piante multicellulari, organismi unicellulari - batteri, protozoi e alghe, costituiti da una sola cellula.
Se parliamo dell'organizzazione generale delle unità strutturali degli organismi viventi, queste sono costituite da un guscio e da un nucleo con un nucleolo. Includono anche organelli cellulari, citoplasma. Ad oggi, una varietà di metodi di ricerca è molto sviluppata, ma la microscopia occupa una posizione di primo piano, che consente di studiare la struttura delle cellule ed esplorare i suoi principali elementi strutturali.
Cos'è un organoide?
Gli organoidi (chiamati anche organelli) sono elementi costitutivi permanenti di qualsiasi cellula checompletarlo ed eseguire determinate funzioni. Queste sono le strutture vitali per mantenerlo in funzione.
Gli organoidi comprendono il nucleo, i lisosomi, il reticolo endoplasmatico e il complesso del Golgi, i vacuoli e le vescicole, i mitocondri, i ribosomi e il centro cellulare (centrosoma). Ciò include anche le strutture che formano il citoscheletro della cellula (microtubuli e microfilamenti), i melanosomi. Separatamente, è necessario individuare gli organelli del movimento. Si tratta di ciglia, flagelli, miofibrille e pseudopodi.
Tutte queste strutture sono interconnesse e garantiscono l'attività coordinata delle cellule. Ecco perché la domanda: "Cos'è un organoide?" - puoi rispondere che questo è un componente che può essere equiparato a un organo di un organismo multicellulare.
Classificazione degli organelli
Le cellule differiscono per dimensioni e forma, così come per le loro funzioni, ma allo stesso tempo hanno una struttura chimica simile e un unico principio di organizzazione. Allo stesso tempo, la domanda su cosa sia un organoide e quali siano le sue strutture è piuttosto discutibile. Ad esempio, i lisosomi oi vacuoli a volte non sono classificati come organelli cellulari.
Se parliamo della classificazione di questi componenti cellulari, si distinguono gli organelli non di membrana e quelli di membrana. Non membrana: questo è il centro cellulare e i ribosomi. Anche gli organelli del movimento (microtubuli e microfilamenti) sono privi di membrane.
La struttura degli organelli di membrana si basa sulla presenza di una membrana biologica. Gli organelli a membrana singola e doppia membrana hanno un guscio con un'unica struttura, che consiste indoppio strato di fosfolipidi e molecole proteiche. Separa il citoplasma dall'ambiente esterno, aiuta la cellula a mantenere la sua forma. Vale la pena ricordare che oltre alla membrana, nelle cellule vegetali c'è anche una membrana di cellulosa esterna, che è chiamata parete cellulare. Svolge una funzione di supporto.
Gli organelli di membrana includono EPS, lisosomi e mitocondri, nonché lisosomi e plastidi. Le loro membrane possono differire solo nell'insieme delle proteine.
Se parliamo della capacità funzionale degli organelli, allora alcuni di essi sono in grado di sintetizzare determinate sostanze. Quindi, importanti organelli di sintesi sono i mitocondri, in cui si forma l'ATP. I ribosomi, i plastidi (cloroplasti) e il reticolo endoplasmatico ruvido sono responsabili della sintesi delle proteine, il RE liscio è responsabile della sintesi dei lipidi e dei carboidrati.
Consideriamo la struttura e le funzioni degli organelli in modo più dettagliato.
Nucleo
Questo organello è estremamente importante perché quando viene rimosso, le cellule cessano di funzionare e muoiono.
Il nucleo ha una doppia membrana, in cui sono presenti molti pori. Con il loro aiuto, è strettamente associato al reticolo endoplasmatico e al citoplasma. Questo organello contiene cromatina - cromosomi, che sono un complesso di proteine e DNA. Detto questo, possiamo dire che è il nucleo che è l'organello che è responsabile del mantenimento della maggior parte del genoma.
La parte liquida del nucleo è chiamata carioplasma. Contiene i prodotti dell'attività vitale delle strutture del nucleo. La zona più densa è il nucleolo, che ospita ribosomi, proteine complesse eRNA, nonché fosfati di potassio, magnesio, zinco, ferro e calcio. Il nucleolo scompare prima della divisione cellulare e si forma di nuovo nelle ultime fasi di questo processo.
Reticolo endoplasmatico (reticolo)
EPS è un organello a membrana singola. Occupa la metà del volume della cellula ed è costituito da tubuli e cisterne che sono collegati tra loro, nonché dalla membrana citoplasmatica e dal guscio esterno del nucleo. La membrana di questo organoide ha la stessa struttura del plasmalemma. Questa struttura è integrale e non si apre nel citoplasma.
Il reticolo endoplasmatico è liscio e granulare (ruvido). I ribosomi si trovano sul guscio interno dell'ER granulare, in cui avviene la sintesi proteica. Non ci sono ribosomi sulla superficie del reticolo endoplasmatico liscio, ma qui avviene la sintesi di carboidrati e grassi.
Tutte le sostanze che si formano nel reticolo endoplasmatico vengono trasportate attraverso il sistema di tubuli e tubuli alle loro destinazioni, dove vengono accumulate e successivamente utilizzate in vari processi biochimici.
Data la capacità sintetizzante dell'EPS, il reticolo ruvido si trova nelle cellule la cui funzione principale è la formazione di proteine, e il reticolo liscio si trova nelle cellule che sintetizzano carboidrati e grassi. Inoltre, nel reticolo liscio si accumulano ioni calcio, necessari per il normale funzionamento delle cellule o del corpo nel suo insieme.
Si noti inoltre che il Pronto Soccorso è il luogo di formazione dell'apparato del Golgi.
Lisosomi, le loro funzioni
I lisosomi sono organelli cellulari,che sono rappresentate da sacche tonde a membrana singola con enzimi idrolitici e digestivi (proteasi, lipasi e nucleasi). Il contenuto di lisosomi è caratterizzato da un ambiente acido. Le membrane di queste formazioni le isolano dal citoplasma, impedendo la distruzione di altri componenti strutturali delle cellule. Quando gli enzimi del lisosoma vengono rilasciati nel citoplasma, la cellula si autodistrugge - autolisi.
Va notato che gli enzimi sono sintetizzati principalmente su un reticolo endoplasmatico ruvido, dopodiché si spostano nell'apparato del Golgi. Qui subiscono modificazioni, vengono stipate in vescicole di membrana e iniziano a separarsi, diventando componenti indipendenti della cellula - lisosomi, che sono primari e secondari.
I lisosomi primari sono strutture che si separano dall'apparato del Golgi, mentre i secondari (vacuoli digestivi) sono quelli che si formano a seguito della fusione di lisosomi primari e vacuoli endocitici.
Data questa struttura e organizzazione, possiamo distinguere le principali funzioni dei lisosomi:
- digestione di varie sostanze all'interno della cellula;
- distruzione di strutture cellulari non necessarie;
- partecipazione ai processi di riorganizzazione cellulare.
Vacuoli
I vacuoli sono organelli sferici a membrana singola che sono serbatoi di acqua e composti organici e inorganici disciolti in essa. L'apparato del Golgi e l'EPS sono coinvolti nella formazione di queste strutture.
In una cellula animale vacuoliPoco. Sono piccoli e occupano non più del 5% del volume. Il loro ruolo principale è garantire il trasporto di sostanze attraverso la cellula.
I vacuoli di una cellula vegetale sono grandi e occupano fino al 90% del volume. In una cellula matura c'è un solo vacuolo, che occupa una posizione centrale. La sua membrana è chiamata tonoplasto e il suo contenuto è chiamato linfa cellulare. Le principali funzioni dei vacuoli vegetali sono garantire la tensione della membrana cellulare, l'accumulo di vari composti e prodotti di scarto della cellula. Inoltre, questi organelli cellulari vegetali forniscono l'acqua necessaria per il processo di fotosintesi.
Se parliamo della composizione della linfa cellulare, allora include le seguenti sostanze:
- riserva - acidi organici, carboidrati e proteine, singoli aminoacidi;
- composti che si formano durante la vita delle cellule e si accumulano in esse (alcaloidi, tannini e fenoli);
- phytoncides e fitormoni;
- pigmenti, grazie ai quali frutti, radici e petali di fiori vengono colorati nel colore corrispondente.
Complesso del Golgi
La struttura degli organoidi chiamata "apparato del Golgi" è abbastanza semplice. Nelle cellule vegetali sembrano corpi separati con una membrana; nelle cellule animali sono rappresentati da cisterne, tubuli e vesciche. L'unità strutturale del complesso del Golgi è il dictosoma, che è rappresentato da una pila di 4-6 "serbatoi" e piccole vescicole che si separano da esse e costituiscono un sistema di trasporto intracellulare, e può anche fungere da fonte di lisosomi. Il numero di dictosomi può variare da uno a piùcentinaia.
Il complesso del Golgi si trova solitamente vicino al nucleo. Nelle cellule animali - vicino al centro cellulare. Le funzioni principali di questi organelli sono le seguenti:
- secrezione e accumulo di proteine, lipidi e saccaridi;
- modifica dei composti organici che entrano nel complesso del Golgi;
- questo organoide è il sito di formazione dei lisosomi.
Va notato che ER, lisosomi, vacuoli e l'apparato di Golgi insieme formano un sistema tubolare-vacuolare che divide la cellula in sezioni separate con funzioni corrispondenti. Inoltre, questo sistema garantisce un costante rinnovamento delle membrane.
I mitocondri sono le stazioni energetiche della cellula
I mitocondri sono organelli a due membrane di forma bastoncellare, sferica o filamentosa che sintetizzano l'ATP. Hanno una superficie esterna liscia e una membrana interna con numerose pieghe chiamate creste. Va notato che il numero di creste nei mitocondri può variare a seconda del fabbisogno energetico della cellula. È sulla membrana interna che sono concentrati numerosi complessi enzimatici che sintetizzano l'adenosina trifosfato. Qui, l'energia dei legami chimici viene convertita in legami macroergici di ATP. Inoltre, i mitocondri scompongono gli acidi grassi e i carboidrati con il rilascio di energia, che viene accumulata e utilizzata per la crescita e la sintesi.
L'ambiente interno di questi organelli è chiamato matrice. Lei ècontiene DNA circolare e RNA, piccoli ribosomi. È interessante notare che i mitocondri sono organelli semiautonomi, poiché dipendono dal funzionamento della cellula, ma allo stesso tempo possono mantenere una certa indipendenza. Quindi, sono in grado di sintetizzare le proprie proteine ed enzimi, oltre a riprodursi da soli.
Si ritiene che i mitocondri siano sorti quando organismi procarioti aerobici sono entrati nella cellula ospite, il che ha portato alla formazione di uno specifico complesso simbiotico. Quindi, il DNA mitocondriale ha la stessa struttura del DNA dei batteri moderni e la sintesi proteica sia nei mitocondri che nei batteri è inibita dagli stessi antibiotici.
Plastidi - organelli di cellule vegetali
I plastidi sono organelli abbastanza grandi. Sono presenti solo nelle cellule vegetali e sono formati da precursori - proplastidi, contengono DNA. Questi organelli svolgono un ruolo importante nel metabolismo e sono separati dal citoplasma da una doppia membrana. Inoltre, possono formare un sistema ordinato di membrane interne.
I plastidi sono di tre tipi:
- I cloroplasti sono i plastidi più numerosi responsabili della fotosintesi, che produce composti organici e ossigeno libero. Queste strutture hanno una struttura complessa e sono in grado di muoversi nel citoplasma verso la sorgente luminosa. La sostanza principale contenuta nei cloroplasti è la clorofilla, con la quale le piante possono utilizzare l'energia del sole. Va notato che i cloroplasti, come i mitocondri, sono strutture semiautonome, in quanto sono in grado didivisione e sintesi indipendenti delle proprie proteine.
- I leucoplasti sono plastidi incolori che si trasformano in cloroplasti se esposti alla luce. Questi componenti cellulari contengono enzimi. Con il loro aiuto, il glucosio viene convertito e accumulato sotto forma di grani di amido. In alcune piante, questi plastidi sono in grado di accumulare lipidi o proteine sotto forma di cristalli e corpi amorfi. Il maggior numero di leucoplasti è concentrato nelle cellule degli organi sotterranei delle piante.
- I cromoplasti sono derivati degli altri due tipi di plastidi. Formano carotenoidi (durante la distruzione della clorofilla), che sono rossi, gialli o arancioni. I cromoplasti sono la fase finale della trasformazione del plastide. La maggior parte si trova in frutti, petali e foglie autunnali.
Ribosoma
Cos'è un organello chiamato ribosoma? I ribosomi sono chiamati organelli non di membrana, costituiti da due frammenti (subunità piccole e grandi). Il loro diametro è di circa 20 nm. Si trovano in cellule di tutti i tipi. Questi sono organelli di cellule animali e vegetali, batteri. Queste strutture si formano nel nucleo, dopo di che passano nel citoplasma, dove vengono posizionate liberamente o attaccate all'EPS. A seconda delle proprietà di sintesi, i ribosomi funzionano da soli o si combinano in complessi per formare poliribosomi. In questo caso, questi organelli non di membrana sono legati da una molecola di RNA messaggero.
Il ribosoma contiene 4 molecole di rRNA che costituiscono la sua struttura, oltre a varie proteine. Il compito principale di questo organoide è assemblare la catena polipeptidica, che è il primo passo nella sintesi proteica. Quelle proteine che sono formate dai ribosomi del reticolo endoplasmatico possono essere utilizzate dall'intero organismo. Le proteine per i bisogni di una singola cellula sono sintetizzate dai ribosomi, che si trovano nel citoplasma. Va notato che i ribosomi si trovano anche nei mitocondri e nei plastidi.
Citoscheletro di una cellula
Il citoscheletro cellulare è formato da microtubuli e microfilamenti. I microtubuli sono formazioni cilindriche con un diametro di 24 nm. La loro lunghezza è di 100 µm-1 mm. Il componente principale è una proteina chiamata tubulina. È incapace di contrazione e può essere distrutto dalla colchicina. I microtubuli si trovano nello ialoplasma e svolgono le seguenti funzioni:
- creare una struttura della gabbia elastica, ma allo stesso tempo robusta, che le permetta di mantenere la sua forma;
- partecipare al processo di distribuzione dei cromosomi cellulari;
- fornire il movimento degli organelli;
- contenuto nel centro cellulare, così come nei flagelli e nelle ciglia.
I microfilamenti sono filamenti che si trovano sotto la membrana plasmatica e sono costituiti dalla proteina actina o miosina. Possono contrarsi, provocando il movimento del citoplasma o la sporgenza della membrana cellulare. Inoltre, questi componenti sono coinvolti nella formazione della costrizione durante la divisione cellulare.
Centro cellulare (centrosoma)
Questo organello è composto da 2 centrioli e un centrosfera. Centriolo cilindrico. Le sue pareti sono formate da tre microtubuli, che si fondono tra loro attraverso legami incrociati. I centrioli sono disposti a coppie ad angolo retto tra loro. Va notato che le cellule delle piante superiori sono prive di questi organelli.
Il ruolo principale del centro cellulare è garantire una distribuzione uniforme dei cromosomi durante la divisione cellulare. È anche il centro dell'organizzazione del citoscheletro.
Organelli di movimento
Gli organelli del movimento includono ciglia e flagelli. Queste sono piccole escrescenze sotto forma di peli. Il flagello contiene 20 microtubuli. La sua base si trova nel citoplasma ed è chiamata corpo basale. La lunghezza del flagello è di 100 µm o più. I flagelli che misurano solo 10-20 micron sono chiamati ciglia. Quando i microtubuli scorrono, ciglia e flagelli sono in grado di oscillare, provocando il movimento della cellula stessa. Il citoplasma può contenere fibrille contrattili chiamate miofibrille - si tratta di organelli di una cellula animale. Le miofibrille, di regola, si trovano nei miociti - cellule del tessuto muscolare e nelle cellule del cuore. Sono costituiti da fibre più piccole (protofibrille).
Va notato che i fasci di miofibrille sono costituiti da fibre scure - questi sono dischi anisotropi, così come aree chiare - questi sono dischi isotropi. L'unità strutturale della miofibrilla è il sarcomero. Questa è l'area tra il disco anisotropico e isotropo, che ha filamenti di actina e miosina. Quando scivolano, il sarcomero si contrae, il che porta al movimento dell'intera fibra muscolare. Inquesto utilizza l'energia di ATP e ioni calcio.
I protozoi e gli spermatozoi degli animali si muovono con l'aiuto dei flagelli. Le ciglia sono l'organo di movimento dei ciliati-scarpe. Negli animali e nell'uomo, coprono le vie aeree e aiutano a sbarazzarsi di piccole particelle solide, come la polvere. Inoltre, ci sono anche pseudopodi che forniscono il movimento ameboide e sono elementi di molte cellule unicellulari e animali (ad esempio i leucociti).
La maggior parte delle piante non può muoversi nello spazio. I loro movimenti sono la crescita, i movimenti delle foglie e i cambiamenti nel flusso del citoplasma delle cellule.
Conclusione
Nonostante tutta la varietà di cellule, hanno tutte una struttura e un'organizzazione simili. La struttura e le funzioni degli organelli sono caratterizzate da proprietà identiche, garantendo il normale funzionamento sia di una singola cellula che dell'intero organismo.
Questo modello può essere espresso come segue.
Tabella "Organoidi delle cellule eucariotiche"
Organoid |
Cella vegetale |
Gabbia per animali |
Funzioni principali |
| core | è | è | Archiviazione del DNA, trascrizione dell'RNA e sintesi proteica |
| reticolo endoplasmatico | è | è | sintesi di proteine, lipidi e carboidrati, accumulo di ioni calcio, formazione del complesso del Golgi |
| mitocondri | è | è | sintesi di ATP, propri enzimi e proteine |
| plastidi | è | no | partecipazione alla fotosintesi, accumulo di amido, lipidi, proteine, carotenoidi |
| ribosomi | è | è | raccolta della catena polipeptidica (sintesi proteica) |
| microtubuli e microfilamenti | è | è | consentono alla cellula di mantenere una certa forma, sono parte integrante del centro cellulare, ciglia e flagelli, forniscono il movimento degli organelli |
| lisosomi | è | è | digestione di sostanze all'interno della cellula, distruzione delle sue strutture non necessarie, partecipazione alla riorganizzazione cellulare, causa autolisi |
| vacuolo centrale grande | è | no | fornisce tensione nella membrana cellulare, accumula nutrienti e prodotti di scarto della cellula, fitoncidi e fitormoni, oltre ai pigmenti, è una riserva d'acqua |
| Complesso del Golgi | è | è | secreta e accumula proteine, lipidi e carboidrati, modifica i nutrienti che entrano nella cellula,responsabile della formazione dei lisosomi |
| centro cellulare | c'è, tranne che per le piante più alte | è | è il centro dell'organizzazione del citoscheletro, assicura una divergenza uniforme dei cromosomi durante la divisione cellulare |
| miofibrille | no | è | assicura la contrazione muscolare |
Se traiamo conclusioni, possiamo dire che ci sono piccole differenze tra un animale e una cellula vegetale. Allo stesso tempo, le caratteristiche funzionali e la struttura degli organelli (la tabella sopra lo conferma) hanno un principio generale di organizzazione. La cellula funziona come un sistema armonioso e integrale. Allo stesso tempo, le funzioni degli organelli sono interconnesse e mirate al funzionamento ottimale e al mantenimento dell'attività vitale della cellula.
