Un'intera galassia di eminenti scienziati del passato - Robert Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, Theodor Schwann, Mathias Schleiden, con le loro scoperte nel campo dello studio della natura, hanno aperto la strada alla formazione del ramo più importante di scienze biologiche moderne - citologia. Studia la struttura e le proprietà della cellula, che è il vettore elementare della vita sulla Terra. La conoscenza fondamentale acquisita come risultato dello sviluppo della scienza cellulare ha ispirato i ricercatori a creare discipline come la genetica, la biologia molecolare e la biochimica.
Le scoperte scientifiche fatte al loro interno hanno cambiato completamente la faccia del pianeta e hanno portato all'emergere di cloni, organismi geneticamente modificati e intelligenza artificiale. Il nostro articolo ti aiuterà a comprendere i metodi di base degli esperimenti citologici e a scoprire la struttura e le funzioni delle cellule.
Come si studia una cellula
Come 500 anni fa, il microscopio ottico è lo strumento principale che aiuta a studiare la struttura e le proprietà della cellula. Naturalmente, il suo aspetto e l'otticacaratteristiche non possono essere paragonate ai primi microscopi creati da padre e figlio Janssens o Robert Hooke a metà del XVI secolo. Il potere risolutivo dei moderni microscopi ottici aumenta le dimensioni delle strutture cellulari di 3000 volte. Gli scanner raster possono catturare immagini di oggetti submicroscopici come batteri o virus, questi ultimi così piccoli da non essere nemmeno cellule. In citologia viene utilizzato attivamente il metodo degli atomi marcati, così come lo studio in vivo delle cellule, grazie al quale vengono chiarite le caratteristiche dei processi cellulari.
Centrifugazione
Per separare il contenuto cellulare in frazioni e studiare le proprietà e le funzioni della cellula, la citologia utilizza una centrifuga. Funziona secondo lo stesso principio della parte con lo stesso nome nelle lavatrici. Creando un'accelerazione centrifuga, il dispositivo accelera la sospensione cellulare e poiché gli organelli hanno densità diverse, si depositano a strati. Nella parte inferiore ci sono grandi parti, come nuclei, mitocondri o plastidi, e negli ugelli superiori della griglia di distillazione della centrifuga si trovano microfilamenti del citoscheletro, ribosomi e perossisomi. Gli strati risultanti sono separati, quindi è più conveniente studiare le caratteristiche della composizione biochimica degli organelli.
Struttura cellulare delle piante
Le proprietà di una cellula vegetale sono per molti versi simili alle funzioni delle cellule animali. Tuttavia, anche uno scolaro, esaminando preparazioni fisse di cellule vegetali, animali o umane attraverso l'oculare di un microscopio, troverà caratteristiche di differenza. È geometricocontorni corretti, presenza di una densa membrana di cellulosa e grandi vacuoli, caratteristici delle cellule vegetali. E un' altra differenza che distingue completamente le piante nel gruppo di organismi autotrofi è la presenza nel citoplasma di corpi verdi ovali chiaramente visibili. Questi sono cloroplasti - il biglietto da visita delle piante. Dopotutto, sono loro che sono in grado di catturare l'energia luminosa, convertirla nell'energia dei legami macroergici dell'ATP e anche formare composti organici: amido, proteine e grassi. La fotosintesi determina così le proprietà autotrofe della cellula vegetale.
Sintesi indipendente di sostanze trofiche
Soffermiamoci sul processo grazie al quale, secondo l'eccezionale scienziato russo K. A. Timiryazev, le piante svolgono un ruolo cosmico nell'evoluzione. Ci sono circa 350mila specie di piante sulla Terra, che vanno dalle alghe unicellulari come la clorella o la chlamydomonas agli alberi giganti - le sequoie, che raggiungono un' altezza di 115 metri. Tutti assorbono anidride carbonica, trasformandola in glucosio, aminoacidi, glicerolo e acidi grassi. Queste sostanze servono come cibo non solo per la pianta stessa, ma sono utilizzate anche da organismi chiamati eterotrofi: funghi, animali e umani. Tali proprietà delle cellule vegetali come la capacità di sintetizzare composti organici e formare una sostanza vitale - l'ossigeno, confermano il fatto del ruolo esclusivo degli autotrofi per la vita sulla Terra.
Classificazione dei plastidi
È difficile rimanere indifferenti, contemplando la stravaganza dei colori delle rose in fiore o la foresta autunnale. Il colore delle piante è dovuto a speciali organelli - plastidi, caratteristici solo per le cellule vegetali. Si può sostenere che la presenza di pigmenti speciali nella loro composizione influisca sulle funzioni di cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti nel metabolismo. Gli organelli contenenti il pigmento verde clorofilla determinano le importanti proprietà della cellula e sono responsabili del processo di fotosintesi. Possono anche trasformarsi in cromoplasti. Osserviamo questo fenomeno, ad esempio, in autunno, quando le foglie verdi degli alberi diventano dorate, viola o cremisi. I leucoplasti possono trasformarsi in cromoplasti, ad esempio i pomodori lattiginosi maturano in arancione o rosso. Sono anche in grado di passare nei cloroplasti, ad esempio, l'aspetto del colore verde sulla buccia dei tuberi di patata si verifica quando vengono conservati alla luce per lungo tempo.
Meccanismo di formazione del tessuto vegetale
Una delle caratteristiche distintive delle cellule vegetali superiori è la presenza di un guscio duro e forte. Di solito contiene macromolecole di cellulosa, lignina o pectina. Stabilità e resistenza alla compressione e ad altre deformazioni meccaniche contraddistinguono i tessuti vegetali nel gruppo delle strutture naturali più rigide e in grado di sopportare carichi pesanti (ricordiamo, ad esempio, le proprietà del legno). Tra le sue cellule sorgono molti filamenti citoplasmatici, che passano attraverso fori nelle membrane, che, come fili elastici, li cuciono insieme.tra di loro. Pertanto, la forza e la durezza sono le proprietà principali di una cellula di un organismo vegetale.
Plasmolisi e deplasmolisi
Per il fenomeno della plasmolisi è rilevabile la presenza di pareti perforate deputate al movimento dell'acqua, sali minerali e fitormoni. Mettere una cellula vegetale in una soluzione salina ipertonica. L'acqua dal suo citoplasma si diffonderà verso l'esterno e al microscopio vedremo il processo di esfoliazione dello strato parietale di ialoplasma. La cellula si restringe, il suo volume diminuisce, ad es. si verifica la plasmolisi. È possibile restituire la forma originale aggiungendo alcune gocce d'acqua su un vetrino e creando una concentrazione della soluzione inferiore a quella del citoplasma della cellula. Le molecole H2O entreranno all'interno attraverso i pori del guscio, il volume e la pressione intracellulare della cellula aumenteranno. Questo processo è stato chiamato deplasmolisi.
Struttura e funzioni specifiche delle cellule animali
L'assenza di cloroplasti nel citoplasma, membrane sottili prive di un guscio esterno, piccoli vacuoli che svolgono principalmente funzioni digestive o escretrici - tutto questo vale per le cellule animali e umane. Il loro aspetto vario e le abitudini alimentari eterotrofe sono un' altra caratteristica distintiva.
Molte cellule, che sono organismi separati o fanno parte di tessuti, sono in grado di muoversi attivamente. Questi sono fagociti e spermatozoi di mammiferi, amebe, scarpe di infusori, ecc. Le cellule animali sono combinate nei tessuti a causa del complesso sopra-membrana: il glicocalice. Luiè costituito da glicolipidi e proteine associate ai carboidrati e promuove l'adesione - l'adesione delle membrane cellulari l'una all' altra, portando alla formazione di tessuto. La digestione extracellulare si verifica anche nel glicocalice. Il modo eterotrofico di nutrizione determina la presenza nelle cellule di un intero arsenale di enzimi digestivi, concentrato in organelli speciali - lisosomi, che si formano nell'apparato di Golgi - una struttura obbligatoria a membrana singola del citoplasma.
Nelle cellule animali, questo organello è rappresentato da una rete comune di canali e cisterne, mentre nelle piante si presenta come numerose unità strutturali disparate. Sia le cellule somatiche vegetali che quelle animali si dividono per mitosi, mentre i gameti si dividono per meiosi.
Quindi, abbiamo stabilito che le proprietà delle cellule di vari gruppi di organismi viventi dipenderanno dalle caratteristiche della struttura microscopica e dalle funzioni degli organelli.
