Cos'è una cellula e le sue funzioni. La cellula, sua struttura e funzioni

Le cellule sono gli elementi costitutivi del corpo. Costituiscono tessuti, ghiandole, sistemi e, infine, il corpo.

Celle

Le cellule sono disponibili in diverse forme e dimensioni, ma ce n'è per tutte. schema generale edifici.

La cellula è costituita da protoplasma, una sostanza gelatinosa incolore e trasparente, composta per il 70% da acqua e da varie sostanze organiche e inorganiche. La maggior parte delle cellule è costituita da tre parti principali: un guscio esterno chiamato membrana, un centro chiamato nucleo e uno strato semifluido chiamato citoplasma.

1. La membrana cellulare è costituita da grassi e proteine; è semipermeabile, cioè consente il passaggio di sostanze come ossigeno e monossido di carbonio.
2. Il nucleo è costituito da uno speciale protoplasma chiamato nucleoplasma. Il nucleo è spesso chiamato il “centro informazioni” della cellula perché contiene tutte le informazioni sulla crescita, lo sviluppo e il funzionamento della cellula sotto forma di DNA (acido desossiribonucleico). Il DNA contiene il materiale necessario per lo sviluppo dei cromosomi, che trasportano le informazioni ereditarie dalla cellula madre alla cellula figlia. Le cellule umane hanno 46 cromosomi, 23 per ciascun genitore. Il nucleo è circondato da una membrana che lo separa dalle altre strutture della cellula.
3. Il citoplasma contiene numerose strutture chiamate organiella, o "piccoli organi", che comprendono: mitocondri, ribosomi, apparato di Golgi, lisosomi, reticolo endoplasmatico e centrioli:

• I mitocondri sono strutture sferiche e allungate che vengono spesso chiamate "centri energetici" perché forniscono alla cellula la forza necessaria per produrre energia.
• I ribosomi sono formazioni granulari, fonte di proteine, necessario per la cellula per la crescita e la ripresa.
• L'apparato del Golgi è costituito da 4-8 sacche interconnesse che producono, smistano e trasportano le proteine ​​ad altre parti della cellula, per le quali costituiscono una fonte di energia.
• I lisosomi sono strutture sferiche che producono sostanze per eliminare le parti danneggiate o usurate della cellula. Sono i “pulitori” della cellula.
• Il reticolo endoplasmatico è una rete di canali attraverso i quali le sostanze vengono trasportate all'interno della cellula.
• I centrioli sono due sottili strutture cilindriche situate ad angolo retto. Sono coinvolti nella formazione di nuove cellule.

Le cellule non esistono indipendentemente; lavorano in gruppi di cellule simili: i tessuti.

Tessuti

Tessuto epiteliale

Le pareti e le coperture di molti organi e vasi sono costituite da tessuto epiteliale; Ne esistono due tipi: semplice e complesso.

Epiteliale semplice il tessuto è costituito da un singolo strato di cellule, che sono disponibili in quattro tipi:

• Squamose: le cellule piatte si trovano in fila, a forma di scaglia, da un bordo all'altro, come un pavimento piastrellato. Il tegumento squamoso si trova sulle parti del corpo poco soggette ad usura, come le pareti degli alveoli dei polmoni nel sistema respiratorio e le pareti del cuore, dei vasi sanguigni e vasi linfatici nel sistema circolatorio.
• Cuboide: cellule cuboidali disposte in fila formano le pareti di alcune ghiandole. Questo tessuto consente il passaggio del fluido durante i processi di secrezione, come quando il sudore viene secreto dalla ghiandola sudoripare.
• Colonnare: serie di cellule alte che formano le pareti di molti organi dell'apparato digerente e urinario. Tra le cellule colonnari ci sono cellule a forma di calice, che producono un fluido acquoso chiamato muco.
• Ciliato: un singolo strato di cellule squamose, cuboidali o colonnari recanti proiezioni chiamate ciglia. Tutte le ciglia eseguono continuamente movimenti ondulatori in una direzione, che consentono alle sostanze, come muco o sostanze non necessarie, di spostarsi lungo di esse. Le pareti degli organi dell'apparato respiratorio e organi riproduttivi. 2. Il tessuto epiteliale complesso è costituito da molti strati di cellule ed è disponibile in due tipi principali.

Stratificato: molti strati di cellule squamose, cuboidali o colonnari da cui si forma uno strato protettivo. Le cellule sono secche e indurite o umide e morbide. Nel primo caso, le cellule sono cheratinizzate, cioè si essiccarono per formare una proteina fibrosa chiamata cheratina. Le cellule molli non sono cheratinizzate. Esempi di celle solide: strato superiore pelle, capelli e unghie. Rivestimenti di cellule molli: la mucosa della bocca e della lingua.
Transitorio - simile nella struttura all'epitelio stratificato non cheratinizzato, ma le cellule sono più grandi e rotonde. Questo rende il tessuto elastico; da esso si formano organi come vescia, cioè quelli che dovrebbero allungarsi.

Sia semplice che epitelio complesso, deve essere allegato a tessuto connettivo. La giunzione dei due tessuti è nota come membrana inferiore.

Tessuto connettivo

Può essere solido, semisolido e liquido. Esistono 8 tipi di tessuto connettivo: areolare, adiposo, linfatico, elastico, fibroso, cartilagineo, osseo e sanguigno.

1. Il tessuto areolare è semisolido, permeabile, localizzato in tutto il corpo, essendo un tessuto connettivo e di supporto per altri tessuti. È costituito da fibre proteiche di collagene, elastina e reticolina, che gli conferiscono forza, elasticità e durata.
2. Il tessuto adiposo è semisolido ed è presente nella stessa sede del tessuto areolare, formando uno strato sottocutaneo isolante che aiuta il corpo a trattenere il calore.
3. Il tessuto linfatico è semisolido e contiene cellule che proteggono il corpo assorbendo i batteri. Il tessuto linfatico forma quegli organi responsabili del controllo della salute del corpo.
4. Tessuto elastico - semisolido, è la base di fibre elastiche che possono allungarsi e, se necessario, ripristinare la loro forma. Un esempio è lo stomaco.
5. Il tessuto fibroso è forte e duro, costituito da fibre connettive del collagene proteico. Questo tessuto costituisce i tendini che collegano i muscoli e le ossa e i legamenti che collegano le ossa tra loro.
6. La cartilagine è un tessuto resistente che fornisce legame e protezione sotto forma di cartilagine ialina che collega le ossa alle articolazioni, fibrocartilagine che collega le ossa alla colonna vertebrale e cartilagine elastica nell'orecchio.
7. Il tessuto osseo è duro. È costituito da uno strato osseo duro, denso e compatto e da un osso spongioso leggermente meno denso, che insieme formano il sistema scheletrico.
8. Il sangue è una sostanza liquida composta per il 55% da plasma e per il 45% da cellule. Il plasma costituisce la principale massa liquida del sangue e le cellule in esso contenute svolgono funzioni protettive e di collegamento.

Muscolo

Il tessuto muscolare consente al corpo di muoversi. Esistono tipi di tessuto muscolare scheletrico, viscerale e cardiaco.

1. Il tessuto muscolare scheletrico è scanalato. È responsabile del movimento cosciente del corpo, come camminare.
2. Il tessuto muscolare viscerale è liscio. È responsabile dei movimenti involontari come lo spostamento del cibo attraverso il sistema digestivo.
3. Il tessuto muscolare cardiaco fornisce la pulsazione del cuore: il battito cardiaco.

Tessuto nervoso

Il tessuto nervoso assomiglia a fasci di fibre; è composto da due tipi di cellule: neuroni e neuroglia. I neuroni sono cellule lunghe e sensibili che ricevono e rispondono ai segnali. La neuroglia sostiene e protegge i neuroni.

Organi e ghiandole

Nel tessuto corporeo tipi diversi collegano e formano organi e ghiandole. Gli organi hanno una struttura e una funzione speciali; sono composti da tessuti di due o più tipi. Gli organi includono cuore, polmoni, fegato, cervello e stomaco. Le ghiandole sono costituite da tessuto epiteliale e producono sostanze speciali. Esistono due tipi di ghiandole: endocrine ed esocrine. Le ghiandole endocrine sono chiamate ghiandole secrezione interna, Perché rilasciano le sostanze da loro prodotte - gli ormoni - direttamente nel sangue. Esocrino (ghiandole esocrine) - nei canali, ad esempio, il sudore delle ghiandole corrispondenti attraverso i canali corrispondenti raggiunge la superficie della pelle.

Sistemi corporei

Gruppi di organi e ghiandole interconnessi che svolgono funzioni simili formano i sistemi del corpo. Questi includono: tegumentario, scheletrico, muscolare, respiratorio (respiratorio), circolatorio (circolatorio), digestivo, genito-urinario, nervoso ed endocrino.

Organismo

Nel corpo, tutti i sistemi lavorano insieme per garantire la vita umana.

Riproduzione

Meiosi: nuovo organismoè formato dalla fusione dello sperma maschile e dell'ovulo femminile. Sia l'ovulo che lo sperma contengono 23 cromosomi e l'intera cellula ne contiene il doppio. Quando avviene la fecondazione, l'ovulo e lo spermatozoo si fondono per formare uno zigote
46 cromosomi (23 da ciascun genitore). Lo zigote si divide (mitosi) e si formano un embrione, un feto e, infine, una persona. Durante questo sviluppo, le cellule acquisiscono funzioni individuali (alcune di esse diventano muscoli, altre ossa, ecc.).

Mitosi- divisione cellulare semplice - continua per tutta la vita. Le fasi della mitosi sono quattro: profase, metafase, anafase e telofase.

1. Durante la profase ciascuno dei due centrioli della cellula si divide, spostandosi verso parti opposte della cellula. Allo stesso tempo, i cromosomi nel nucleo si accoppiano e la membrana nucleare inizia a rompersi.
2. Durante la metafase, i cromosomi si trovano lungo l'asse cellulare tra i centrioli e allo stesso tempo scompare la membrana protettiva del nucleo.
   Durante l’anafase i centrioli continuano ad allontanarsi. I singoli cromosomi iniziano a muoversi in direzioni opposte, seguendo i centrioli. Il citoplasma al centro della cellula si restringe e la cellula si restringe. Il processo di divisione cellulare è chiamato citocinesi.
3. Durante la telofase, il citoplasma continua a ridursi fino alla formazione di due cellule figlie identiche. Intorno ai cromosomi si forma una nuova membrana protettiva e ogni nuova cellula ha una coppia di centrioli. Immediatamente dopo la divisione, le cellule figlie risultanti non hanno abbastanza organelli, ma durante la loro crescita, chiamata interfase, vengono completati prima che le cellule si dividano nuovamente.

La frequenza della divisione cellulare dipende dal tipo, ad esempio le cellule della pelle si moltiplicano più velocemente delle cellule ossee.

Selezione

Le sostanze non necessarie si formano a seguito della respirazione e del metabolismo e devono essere rimosse dalla cellula. Il processo di rimozione dalla cellula segue lo stesso schema dell'assorbimento nutrienti.

Movimento

I piccoli peli (ciglia) di alcune cellule si muovono e intere cellule del sangue si muovono in tutto il corpo.

Sensibilità

Le cellule svolgono un ruolo enorme nella formazione di tessuti, ghiandole, organi e sistemi, che studieremo in dettaglio continuando il nostro viaggio attraverso il corpo.

Possibili violazioni

Le malattie si verificano a causa della distruzione delle cellule. Man mano che la malattia progredisce, colpisce i tessuti, gli organi e i sistemi e può colpire l’intero organismo.

Le cellule possono essere distrutte per diversi motivi: genetici (malattie ereditarie), degenerativi (invecchiamento), fattori ambientali come temperature eccessivamente elevate o chimici (avvelenamento).

• I virus possono esistere solo nelle cellule viventi, nelle quali si dirottano e si moltiplicano, causando infezioni come il raffreddore (virus dell'herpes).
• I batteri possono vivere al di fuori del corpo e si dividono in patogeni e non patogeni. Batteri patogeni sono dannosi e causano malattie come l’impetigine, mentre quelli non patogeni sono innocui: mantengono la salute dell’organismo. Alcuni di questi batteri vivono sulla superficie della pelle e la proteggono.
• I funghi utilizzano altre cellule per vivere; sono anche patogeni e non patogeni. I funghi patogeni sono, ad esempio, i funghi dei piedi. Alcuni funghi non patogeni vengono utilizzati nella produzione di antibiotici, inclusa la penicillina.
• Vermi, insetti e acari sono agenti patogeni. Questi includono vermi, pulci, pidocchi e acari della scabbia.

I microbi sono contagiosi, cioè può essere trasmesso da persona a persona durante l'infezione. L'infezione può verificarsi attraverso il contatto personale, come il contatto, o attraverso il contatto con uno strumento contaminato, come una spazzola per capelli. I sintomi della malattia possono includere: infiammazione, febbre, gonfiore, reazioni allergiche e tumori.

• Infiammazione: arrossamento, calore, gonfiore, dolore e perdita della capacità di funzionare normalmente.
• Calore - temperatura elevata corpi.
• L'edema è un gonfiore derivante dall'eccesso di liquido nei tessuti.
• Un tumore è una crescita anormale di tessuto. Può essere benigno (non pericoloso) o maligno (può progredire fino alla morte).

Le malattie possono essere classificate in locali e sistemiche, ereditarie e acquisite, acute e croniche.

• Locale: malattie che colpiscono una parte o un'area specifica del corpo.
• Sistemico: malattie in cui è colpito l'intero corpo o più parti di esso.
• Le malattie ereditarie sono già presenti alla nascita.
• Le malattie acquisite si sviluppano dopo la nascita.
• Acuto: malattie che si verificano all'improvviso e passano rapidamente.
• Le malattie croniche sono a lungo termine.

Liquido

Il corpo umano è composto per il 75% da acqua. La maggior parte di quest'acqua presente nelle cellule è chiamata fluido intracellulare. Il resto dell'acqua è contenuto nel sangue e nel muco ed è chiamato fluido extracellulare. La quantità di acqua nel corpo è correlata al contenuto di tessuto adiposo, nonché al sesso e all'età. Le cellule adipose non contengono acqua, quindi le persone magre hanno una percentuale di acqua maggiore nel corpo rispetto a quelle grasse. strato di grasso. Inoltre, le donne hanno solitamente più tessuto adiposo rispetto agli uomini. Con l'età, il contenuto di acqua diminuisce (soprattutto l'acqua è nel corpo dei neonati). Maggior parte l'acqua fornisce cibo e bevande. Un'altra fonte d'acqua è la dissimilazione durante il processo metabolico. Il fabbisogno giornaliero di acqua di una persona è di circa 1,5 litri, vale a dire la stessa quantità che il corpo perde al giorno. L'acqua lascia il corpo attraverso l'urina, le feci, il sudore e la respirazione. Se il corpo perde più acqua di quanto riceve, si verifica la disidratazione. L'equilibrio dell'acqua nel corpo è regolato dalla sete. Quando il corpo si disidrata, la bocca si sente secca. Il cervello reagisce a questo segnale con la sete. C'è il desiderio di bere per ripristinare l'equilibrio dei liquidi nel corpo.

Riposo

Ogni giorno c'è un momento in cui una persona può dormire. Il sonno è riposo per il corpo e il cervello. Durante il sonno il corpo è parzialmente cosciente, la maggior parte delle sue parti sospendono temporaneamente il proprio lavoro. Il corpo ha bisogno di questo tempo di completo riposo per “ricaricare le batterie”. La necessità di sonno dipende dall’età, dal tipo di attività, dallo stile di vita e dal livello di stress. Inoltre è individuale per ogni persona e varia dalle 16 ore giornaliere per i neonati alle 5 per gli anziani. Il sonno avviene in due fasi: lento e veloce. sonno lento profondo, senza sogni, costituisce circa l'80% del sonno totale. Durante il sonno REM, sogniamo, di solito tre o quattro volte per notte, per una durata massima di un'ora.

Attività

Insieme al sonno, il corpo ha bisogno di attività per mantenersi in salute. Il corpo umano è dotato di cellule, tessuti, organi e sistemi responsabili del movimento, alcuni dei quali sono controllati. Se una persona non sfrutta questa opportunità e preferisce uno stile di vita sedentario, i movimenti controllati diventano limitati. Di conseguenza insufficiente attività fisica potrebbe diminuire attività mentale, e la frase “se non lo usi, lo perderai” si applica sia al corpo che alla mente. L'equilibrio tra riposo e attività è diverso per i diversi sistemi corporei e sarà discusso nei capitoli appropriati.

Aria

L'aria è una miscela di gas atmosferici. È costituito da circa il 78% di azoto, il 21% di ossigeno e un altro 1% di altri gas, inclusa l'anidride carbonica. Inoltre, l'aria contiene una certa quantità di umidità, impurità, polvere, ecc. Quando inspiriamo consumiamo aria, utilizzando circa il 4% dell'ossigeno in essa contenuto. Quando consumiamo ossigeno, viene creata anidride carbonica, quindi l’aria che espiriamo contiene più monossido di carbonio e meno ossigeno. Il livello di azoto nell'aria non cambia. L’ossigeno è essenziale per sostenere la vita; senza di esso, tutte le creature morirebbero in pochi minuti. Altri componenti dell'aria possono essere dannosi per la salute. I livelli di inquinamento atmosferico variano; L'inalazione di aria contaminata dovrebbe essere evitata quando possibile. Ad esempio, quando si inala aria contenente fumo di tabacco, si verifica il fumo passivo, che può avere un impatto impatto negativo sul corpo. L'arte di respirare è qualcosa che il più delle volte viene molto sottovalutata. Si evolverà in modo che possiamo sfruttare appieno questa capacità naturale.

Età

L'invecchiamento è il progressivo deterioramento della capacità del corpo di rispondere al mantenimento dell'omeostasi. Le cellule sono capaci di autoriprodursi mediante mitosi; si ritiene che siano programmati con un certo tempo durante il quale si riproducono. Ciò è confermato dal graduale rallentamento e dall’eventuale cessazione dei processi vitali. Un altro fattore che influenza il processo di invecchiamento è l’effetto dei radicali liberi. I radicali liberi sono sostanze tossiche che accompagnano il metabolismo energetico. Questi includono l’inquinamento, le radiazioni e alcuni alimenti. Danneggiano alcune cellule perché non influenzano la loro capacità di assorbire i nutrienti e di eliminare i prodotti di scarto. Quindi, l’invecchiamento provoca notevoli cambiamenti nell’anatomia e nella fisiologia umana. In questo processo di graduale deterioramento, aumenta la suscettibilità del corpo alle malattie, creando sintomi fisici ed emotivi difficili da combattere.

Colore

Il colore è una parte necessaria della vita. Ogni cellula ha bisogno della luce per sopravvivere e la luce contiene colore. Le piante hanno bisogno della luce per produrre l’ossigeno, di cui gli esseri umani hanno bisogno per respirare. L’energia solare radioattiva fornisce il nutrimento necessario per gli aspetti fisici, emotivi e spirituali della vita umana. I cambiamenti nella luce comportano cambiamenti nel corpo. Pertanto, l'alba risveglia il nostro corpo, mentre il tramonto e la conseguente scomparsa della luce provoca sonnolenza. Alla luce ci sono sia visibili che colori invisibili. Circa il 40% dei raggi solari trasportano colori visibili, che appaiono così a causa delle differenze nelle loro frequenze e lunghezze d'onda. I colori visibili includono rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola: i colori dell'arcobaleno. Combinati, questi colori formano la luce.

La luce entra nel corpo attraverso la pelle e gli occhi. Gli occhi, stimolati dalla luce, inviano un segnale al cervello, che interpreta i colori. La pelle percepisce vibrazioni diverse prodotte da colori diversi. Questo processo è per lo più subconscio, ma può essere portato a livello cosciente allenando la percezione dei colori con le mani e le dita, operazione che a volte viene chiamata “cromoterapia”.

Un certo colore può produrre un solo effetto sul corpo, a seconda della lunghezza delle sue onde e della frequenza di vibrazione, inoltre, sono associati colori diversi in diverse parti corpi. Li vedremo più in dettaglio nei capitoli successivi.

Conoscenza

Conoscere i termini di anatomia e fisiologia ti aiuterà a comprendere meglio il corpo umano.

L'anatomia si riferisce alla struttura e ci sono termini speciali che si riferiscono a concetti anatomici:

• Anteriore: situato nella parte anteriore del corpo
• Posteriore: situato nella parte posteriore del corpo
• Inferiore: relativo alla parte inferiore del corpo
• Superiore: situato sopra
• Esterno: situato all'esterno del corpo
• Interno: situato all'interno del corpo
• Disteso supino – rovesciato sulla schiena, a faccia in su
• Prono: posizionato a faccia in giù
• Profondo: sotto la superficie
• Superficiale: situato vicino alla superficie
• Longitudinale: situato lungo la lunghezza
• Trasversale: disteso
• Linea mediana: la linea centrale del corpo, dalla corona alle dita dei piedi
• Medio: situato nel mezzo
• Laterale - distante dal centro
• Periferico: il più lontano dall'attacco
• Più vicino: il più vicino all'allegato

La fisiologia si riferisce al funzionamento.

Utilizza i seguenti termini:

• Istologia: cellule e tessuti
• Dermatologia - sistema tegumentario
• Osteologia: sistema scheletrico
• Miologia - sistema muscolare
• Cardiologia - cuore
• Ematologia - sangue
• Gastroenterologia - Apparato digerente
• Ginecologia - sistema riproduttivo femminile
• Nefrologia - sistema urinario
• Neurologia - sistema nervoso
• Endocrinologia - sistema escretore

Cura speciale

L’omeostasi è uno stato in cui cellule, tessuti, organi, ghiandole e sistemi di organi lavorano in armonia con se stessi e tra loro.

Questa collaborazione fornisce migliori condizioni per la salute delle singole cellule, il suo mantenimento è una condizione necessaria per il benessere dell'intero organismo. Uno dei principali fattori che influenzano l’omeostasi è lo stress. Lo stress può essere esterno, ad esempio sbalzi di temperatura, rumore, mancanza di ossigeno, ecc., oppure interno: dolore, ansia, paura, ecc.. Il corpo stesso combatte lo stress quotidiano e dispone di contromisure efficaci. Eppure è necessario tenere la situazione sotto controllo affinché non si verifichi uno squilibrio. Gravi squilibri causati da uno stress eccessivo e prolungato possono mettere a repentaglio la salute.

Cosmetici e trattamenti benessere aiutare il cliente a comprendere gli effetti dello stress, magari in tempo, e ulteriori terapie e consigli da parte di uno specialista prevengono il verificarsi di squilibri e aiutano a mantenere l'omeostasi.

Le cellule che compongono i tessuti delle piante e degli animali variano in modo significativo per forma, dimensione e struttura interna. Tuttavia, tutti mostrano somiglianze nelle caratteristiche principali dei processi vitali, nel metabolismo, nell'irritabilità, nella crescita, nello sviluppo e nella capacità di cambiare.

Le trasformazioni biologiche che si verificano in una cellula sono indissolubilmente legate a quelle strutture di una cellula vivente che sono responsabili dell'esecuzione dell'una o dell'altra funzione. Tali strutture sono chiamate organelli.

Le cellule di tutti i tipi contengono tre componenti principali, inestricabilmente collegati:

1. strutture che formano la sua superficie: la membrana esterna della cellula, o la membrana cellulare, o la membrana citoplasmatica;
2. citoplasma con un intero complesso di strutture specializzate - organelli (reticolo endoplasmatico, ribosomi, mitocondri e plastidi, complesso del Golgi e lisosomi, centro cellulare), costantemente presenti nella cellula, e formazioni temporanee chiamate inclusioni;
3. nucleo - separato dal citoplasma da una membrana porosa e contiene linfa nucleare, cromatina e nucleolo.

Struttura cellulare

L'apparato superficiale della cellula (membrana citoplasmatica) di piante e animali presenta alcune caratteristiche.

Negli organismi unicellulari e nei leucociti, la membrana esterna garantisce la penetrazione di ioni, acqua e piccole molecole di altre sostanze nella cellula. Il processo di penetrazione di particelle solide in una cellula è chiamato fagocitosi e l'ingresso di goccioline di sostanze liquide è chiamato pinocitosi.

La membrana plasmatica esterna regola lo scambio di sostanze tra la cellula e l'ambiente esterno.

Le cellule eucariotiche contengono organelli ricoperti da una doppia membrana: mitocondri e plastidi. Contengono il proprio DNA e l'apparato di sintesi proteica, si riproducono per divisione, cioè hanno una certa autonomia nella cellula. Oltre all'ATP, la sintesi avviene nei mitocondri piccola quantità scoiattolo. I plastidi sono caratteristici delle cellule vegetali e si riproducono per divisione.

Struttura della membrana cellulare

Tipi di cellule	Struttura e funzioni dell'esterno e strati interni membrana cellulare
	strato esterno(composizione chimica, funzioni)	strato interno - membrana plasmatica
		Composizione chimica	funzioni
Cellule vegetali	Composto da fibra. Questo strato funge da cornice della cellula e svolge una funzione protettiva.	Due strati di proteine, tra di loro c'è uno strato di lipidi	Limita l'ambiente interno della cellula da quello esterno e mantiene queste differenze
Cellule animali	Lo strato esterno (glicocalice) è molto sottile ed elastico. È costituito da polisaccaridi e proteine. Svolge una funzione protettiva.	Stesso	Enzimi speciali membrana plasmatica regolano la penetrazione di molti ioni e molecole nella cellula e il loro rilascio nell'ambiente esterno

Gli organelli a membrana singola comprendono il reticolo endoplasmatico, il complesso del Golgi, i lisosomi e vari tipi di vacuoli.

I moderni strumenti di ricerca hanno permesso ai biologi di stabilire che, secondo la struttura della cellula, tutti gli esseri viventi dovrebbero essere divisi in organismi “non nucleari” - procarioti ed eucarioti “nucleari”.

I batteri procarioti e le alghe blu-verdi, così come i virus, hanno un solo cromosoma, rappresentato da una molecola di DNA (meno comunemente RNA), situata direttamente nel citoplasma della cellula.

La struttura degli organelli del citoplasma cellulare e le loro funzioni

Principali organoidi	Struttura	Funzioni
Citoplasma	Mezzo semiliquido interno con struttura a grana fine. Contiene nucleo e organelli	Fornisce l'interazione tra il nucleo e gli organelli Regola la velocità dei processi biochimici Svolge una funzione di trasporto
ER - reticolo endoplasmatico	Un sistema di membrane nel citoplasma" che forma canali e cavità più grandi; l'EPS è di 2 tipi: granulare (ruvido), su cui si trovano molti ribosomi, e liscio	Esegue reazioni associate alla sintesi di proteine, carboidrati, grassi Promuove il trasporto e la circolazione dei nutrienti all'interno della cellula Le proteine ​​sono sintetizzate sull'EPS granulare, i carboidrati e i grassi sono sintetizzati sull'EPS liscio.
Ribosomi	Piccoli corpi con un diametro di 15-20 mm	Effettuare la sintesi delle molecole proteiche e il loro assemblaggio dagli amminoacidi
Mitocondri	Hanno forme sferiche, filiformi, ovali e altre forme. All'interno dei mitocondri sono presenti delle pieghe (lunghezza da 0,2 a 0,7 µm). La copertura esterna dei mitocondri è costituita da 2 membrane: quella esterna è liscia e quella interna forma escrescenze a forma di croce su cui si trovano gli enzimi respiratori.	Fornisce energia alla cellula. L’energia viene rilasciata dalla degradazione dell’acido adenosina trifosforico (ATP) La sintesi dell'ATP viene effettuata da enzimi sulle membrane mitocondriali
I plastidi sono caratteristici solo delle cellule vegetali e sono di tre tipi:	Organelli cellulari a doppia membrana
cloroplasti	Avere colore verde, forma ovale, limitato dal citoplasma da due membrane a tre strati. All'interno del cloroplasto ci sono dei bordi dove è concentrata tutta la clorofilla	Usa l'energia luminosa del sole e crea sostanze organiche da quelle inorganiche
cromoplasti	Giallo, arancione, rosso o marrone, formatosi a seguito dell'accumulo di carotene	Dà a diverse parti delle piante i colori rosso e giallo
leucoplasti	Plastidi incolori (presenti nelle radici, tuberi, bulbi)	Conservano i nutrienti di riserva
Complesso di Golgi	Può avere forme diverse ed è costituito da cavità delimitate da membrane e da esse si estendono tubi con bolle all'estremità	Accumula e rimuove le sostanze organiche sintetizzate nel reticolo endoplasmatico Forma lisosomi
Lisosomi	Corpi rotondi con un diametro di circa 1 micron. Hanno una membrana (pelle) sulla superficie, all'interno della quale è presente un complesso di enzimi	Svolge una funzione digestiva: digerisce le particelle di cibo e rimuove gli organelli morti
Organelli del movimento cellulare	Flagelli e ciglia, che sono escrescenze cellulari e hanno la stessa struttura negli animali e nelle piante Miofibrille: filamenti sottili lunghi più di 1 cm con un diametro di 1 micron, situati in fasci lungo la fibra muscolare Pseudopodi	Eseguire la funzione di movimento Causano la contrazione muscolare Locomozione dovuta alla contrazione di una speciale proteina contrattile
Inclusioni cellulari	Questi sono i componenti instabili della cellula: carboidrati, grassi e proteine	Nutrienti di riserva utilizzati durante la vita cellulare
Centro cellulare	È costituito da due piccoli corpi: centrioli e centrosfera, una sezione compattata del citoplasma	Svolge un ruolo importante nella divisione cellulare

Gli eucarioti sono ricchi di organelli e hanno nuclei contenenti cromosomi sotto forma di nucleoproteine ​​(un complesso di DNA con la proteina istone). Gli eucarioti comprendono la maggior parte delle piante e degli animali moderni, sia unicellulari che multicellulari.

Esistono due livelli di organizzazione cellulare:

• procarioti - i loro organismi sono strutturati in modo molto semplice - si tratta di forme unicellulari o coloniali che compongono il regno dei fucili, delle alghe blu-verdi e dei virus
• eucariotici - forme coloniali unicellulari e multicellulari, dalle più semplici - rizomi, flagellati, ciliati - alle piante e animali superiori, costituenti il ​​regno vegetale, il regno fungino, il regno animale

Struttura e funzioni del nucleo cellulare

Organelli principali	Struttura	Funzioni
Nucleo delle cellule vegetali e animali	Forma rotonda o ovale
	L'involucro nucleare è costituito da 2 membrane con pori	Separa il nucleo dal citoplasma C'è uno scambio tra il nucleo e il citoplasma
	Succo nucleare (carioplasma) - sostanza semiliquida	Ambiente in cui si trovano nucleoli e cromosomi
	I nucleoli sono di forma sferica o irregolare	Sintetizzano l'RNA, che fa parte del ribosoma
	I cromosomi sono strutture dense, allungate o filiformi visibili solo durante la divisione cellulare	Contengono DNA, che contiene informazioni ereditarie che vengono trasmesse di generazione in generazione

Tutti gli organelli cellulari, nonostante le peculiarità della loro struttura e funzione, sono interconnessi e “lavorano” per la cellula, come sistema unificato, in cui l'anello di congiunzione è il citoplasma.

Oggetti biologici speciali che occupano una posizione intermedia tra la natura vivente e inanimata sono i virus, scoperti nel 1892 da D.I. Ivanovsky; attualmente costituiscono l'oggetto di una scienza speciale: la virologia.

I virus si riproducono solo nelle cellule vegetali, animali e umane, causando varie malattie. I virus hanno una struttura molto stratificata e sono costituiti da acido nucleico (DNA o RNA) e da un guscio proteico. Al di fuori delle cellule ospiti, la particella virale non esibisce alcuna funzione vitale: non si nutre, non respira, non cresce, non si riproduce.

Le forme delle cellule sono molto diverse. Negli organismi unicellulari ogni cellula è un organismo separato. La sua forma e le caratteristiche strutturali sono associate alle condizioni ambientali in cui vive questo organismo unicellulare, al suo modo di vivere.

Differenze nella struttura cellulare

Il corpo di ogni animale e pianta multicellulare è composto da cellule che differiscono nell'aspetto, che è associato alle loro funzioni. Pertanto, negli animali è immediatamente possibile distinguere una cellula nervosa da una cellula muscolare o epiteliale (tessuto epitelio-tegumentario). Le piante hanno strutture cellulari diverse nelle foglie, negli steli, ecc.
Le dimensioni delle cellule sono altrettanto variabili. I più piccoli (alcuni) non superano 0,5 micron.La dimensione delle cellule degli organismi multicellulari varia da diversi micrometri (il diametro dei leucociti umani è di 3-4 micron, il diametro dei globuli rossi è di 8 micron) a dimensioni enormi (i processi di una cellula nervosa umana sono lunghi più di 1 m). Nella maggior parte delle cellule vegetali e animali, il loro diametro varia da 10 a 100 micron.
Nonostante la diversità di struttura, forma e dimensione, tutte le cellule viventi di qualsiasi organismo sono simili in molti modi struttura interna. Cellula- un complesso sistema fisiologico olistico in cui si svolgono tutti i processi fondamentali della vita: energia, irritabilità, crescita e autoriproduzione.

I componenti principali della struttura cellulare

I principali componenti comuni di una cellula sono la membrana esterna, il citoplasma e il nucleo. Una cellula può vivere e funzionare normalmente solo in presenza di tutti questi componenti, che interagiscono strettamente tra loro e con l'ambiente.

Disegno. 2. Struttura cellulare: 1 - nucleo, 2 - nucleolo, 3 - membrana nucleare, 4 - citoplasma, 5 - apparato di Golgi, 6 - mitocondri, 7 - lisosomi, 8 - reticolo endoplasmatico, 9 - ribosomi, 10 - membrana cellulare

La struttura della membrana esterna.È una sottile membrana cellulare a tre strati (circa 7,5 nm2 di spessore), visibile solo al microscopio elettronico. I due strati esterni della membrana sono costituiti da proteine, mentre quello centrale è formato da sostanze simili ai grassi. La membrana ha pori molto piccoli, grazie ai quali lascia passare facilmente alcune sostanze e ne trattiene altre. La membrana partecipa alla fagocitosi (la cellula cattura particelle solide) e alla pinocitosi (la cellula cattura goccioline di liquido con sostanze disciolte in esso). Pertanto, la membrana mantiene l'integrità della cellula e regola il flusso di sostanze dall'ambiente alla cellula e dalla cellula al suo ambiente.
Sulla sua superficie interna la membrana forma invaginazioni e ramificazioni che penetrano in profondità nella cellula. Attraverso di loro, la membrana esterna è collegata al guscio del nucleo, mentre le membrane delle cellule vicine, formando invaginazioni e pieghe reciprocamente adiacenti, collegano molto strettamente e in modo affidabile le cellule nei tessuti multicellulari.

Citoplasmaè un sistema colloidale complesso. La sua struttura: soluzione semiliquida trasparente e formazioni strutturali. Le formazioni strutturali del citoplasma comuni a tutte le cellule sono: mitocondri, reticolo endoplasmatico, complesso del Golgi e ribosomi (Figura 2). Tutti loro, insieme al nucleo, rappresentano i centri di alcuni processi biochimici che compongono collettivamente la cellula. Questi processi sono estremamente diversi e si verificano simultaneamente in un volume microscopicamente piccolo della cellula. Relativo a questo caratteristica generale struttura interna di tutti gli elementi strutturali della cellula: nonostante le loro piccole dimensioni, hanno un'ampia superficie su cui si trovano catalizzatori biologici (enzimi) e vari reazioni biochimiche.

Mitocondri(Figura 2, 6) - centri energetici della cellula. Si tratta di corpi molto piccoli, ma chiaramente visibili al microscopio ottico (lunghezza 0,2-7,0 micron). Si trovano nel citoplasma e variano notevolmente in forma e numero cellule diverse. Il contenuto liquido dei mitocondri è racchiuso in due membrane a tre strati, ciascuna delle quali ha la stessa struttura della membrana esterna della cellula. La membrana interna del mitocondrio forma numerose invaginazioni e setti incompleti all'interno del corpo del mitocondrio (Figura 3). Queste invaginazioni sono chiamate creste. Grazie ad essi, con un volume ridotto, si ottiene un forte aumento della superficie su cui hanno luogo le reazioni biochimiche, e tra queste, prime fra tutte, le reazioni di accumulo e rilascio di energia attraverso la conversione enzimatica dell'acido adenosina difosforico in acido adenosina trifosforico e viceversa.

Disegno. 3. Schema della struttura dei mitocondri: 1 - guscio esterno. 2 - guscio interno, 3 - creste del guscio dirette all'interno dei mitocondri

Reticolo endoplasmatico(Figura 2, 8) è un'invaginazione multiramificata della membrana cellulare esterna. Le membrane del reticolo endoplasmatico sono solitamente disposte a coppie e tra di loro si formano tubuli che possono espandersi in cavità più grandi riempite con prodotti di biosintesi. Intorno al nucleo, le membrane che compongono il reticolo endoplasmatico passano direttamente nella membrana esterna del nucleo. Pertanto, il reticolo endoplasmatico collega insieme tutte le parti della cellula. Al microscopio ottico, quando si esamina la struttura di una cellula, il reticolo endoplasmatico non è visibile.

La struttura della cellula è divisa in ruvido E liscio reticolo endoplasmatico. Il reticolo endoplasmatico rugoso è densamente circondato da ribosomi, dove avviene la sintesi proteica. Il reticolo endoplasmatico liscio è privo di ribosomi e sintetizza grassi e carboidrati. I tubuli del reticolo endoplasmatico effettuano lo scambio intracellulare di sostanze sintetizzate in varie parti della cellula, nonché lo scambio tra cellule. Allo stesso tempo, il reticolo endoplasmatico, in quanto formazione strutturale più densa, funge da scheletro della cellula, conferendo alla sua forma una certa stabilità.

Ribosomi(Figura 2, 9) si trovano sia nel citoplasma della cellula che nel suo nucleo. Si tratta di minuscoli granelli con un diametro di circa 15-20 nm, che li rende invisibili al microscopio ottico. Nel citoplasma, la maggior parte dei ribosomi è concentrata sulla superficie dei tubuli del reticolo endoplasmatico rugoso. La funzione dei ribosomi è il processo più importante per la vita della cellula e dell'organismo nel suo insieme: la sintesi delle proteine.

Complesso di Golgi(Figura 2, 5) è stato trovato inizialmente solo nelle cellule animali. Tuttavia, recentemente sono state scoperte strutture simili nelle cellule vegetali. La struttura del complesso del Golgi è vicina alle formazioni strutturali del reticolo endoplasmatico: lo è varie forme tubuli, cavità e vescicole formati da membrane a tre strati. Inoltre, il complesso del Golgi comprende vacuoli piuttosto grandi. In essi si accumulano alcuni prodotti di sintesi, principalmente enzimi e ormoni. Durante determinati periodi della vita cellulare, queste sostanze riservate possono essere rimosse da una determinata cellula attraverso il reticolo endoplasmatico e sono coinvolte nella processi metabolici il corpo nel suo complesso.

Centro cellulare- formazione, finora descritta solo nelle cellule degli animali e delle piante inferiori. Si compone di due centrioli, la struttura di ciascuno dei quali è un cilindro di dimensioni fino a 1 micron. I centrioli svolgono un ruolo importante nella divisione cellulare mitotica. Oltre alle costanti descritte formazioni strutturali, alcune inclusioni compaiono periodicamente nel citoplasma di varie cellule. Si tratta di goccioline di grasso, grani di amido, cristalli proteici di forma speciale (grani di aleurone), ecc. Tali inclusioni si trovano in grandi quantità nelle cellule dei tessuti di stoccaggio. Tuttavia, nelle cellule di altri tessuti tali inclusioni possono esistere come riserva temporanea di nutrienti.

Nucleo(Figura 2, 1), come il citoplasma con la membrana esterna, è una componente essenziale della stragrande maggioranza delle cellule. Solo in alcuni batteri, esaminando la struttura delle loro cellule, non è stato possibile identificare un nucleo strutturalmente formato, ma nelle loro cellule sono state trovate tutte le sostanze chimiche inerenti ai nuclei di altri organismi. In alcune cellule specializzate non ci sono nuclei che hanno perso la capacità di dividersi (globuli rossi dei mammiferi, tubi setacciati del floema vegetale). D'altra parte, ci sono cellule multinucleate. Il nucleo svolge un ruolo molto importante nella sintesi delle proteine ​​enzimatiche, nella trasmissione delle informazioni ereditarie di generazione in generazione e nei processi di sviluppo individuale del corpo.

Il nucleo di una cellula che non si divide ha un involucro nucleare. È costituito da due membrane a tre strati. La membrana esterna è collegata attraverso il reticolo endoplasmatico alla membrana cellulare. Attraverso questo intero sistema avviene un costante scambio di sostanze tra il citoplasma, il nucleo e l'ambiente che circonda la cellula. Inoltre, nel guscio nucleare ci sono dei pori, attraverso i quali il nucleo è collegato anche al citoplasma. All'interno, il nucleo è pieno di succo nucleare, che contiene grumi di cromatina, un nucleolo e ribosomi. La cromatina è costituita da proteine ​​e DNA. Questo è il substrato materiale che, prima della divisione cellulare, si forma nei cromosomi, visibili al microscopio ottico.

Cromosomi- formazioni costanti nel numero e nella forma, identiche per tutti gli organismi di una data specie. Le funzioni del nucleo sopra elencate sono legate principalmente ai cromosomi o, più precisamente, al DNA che ne fa parte.

Nucleolo(Figura 2.2) è presente in una o più quantità nel nucleo di una cellula che non si divide ed è chiaramente visibile al microscopio ottico. Al momento della divisione cellulare scompare. Recentemente è stato chiarito l'enorme ruolo del nucleolo: in esso si formano ribosomi, che poi entrano nel citoplasma dal nucleo e lì effettuano la sintesi proteica.

Tutto quanto sopra si applica ugualmente alle cellule animali e alle cellule vegetali. A causa della specificità del metabolismo, della crescita e dello sviluppo di piante e animali, nella struttura delle cellule di entrambi sono presenti ulteriori caratteristiche strutturali che distinguono le cellule vegetali dalle cellule animali. Maggiori informazioni a riguardo sono scritte nelle sezioni “Botanica” e “Zoologia”; Qui notiamo solo le differenze più generali.

Cellule animali diverse da quelle elencate componenti, nella struttura della cellula ci sono formazioni speciali - lisosomi. Queste sono vescicole ultramicroscopiche nel citoplasma piene di liquido enzimi digestivi. I lisosomi svolgono la funzione di scomporre le sostanze alimentari in sostanze chimiche più semplici. Ci sono alcune indicazioni che i lisosomi si trovano anche nelle cellule vegetali.
Gli elementi strutturali più caratteristici delle cellule vegetali (ad eccezione di quelli comuni che sono inerenti a tutte le cellule) - plastidi. Esistono in tre forme: cloroplasti verdi, rosso-arancio-giallo
cromoplasti e incolori leucoplasti. In determinate condizioni, i leucoplasti possono trasformarsi in cloroplasti (inverdimento dei tuberi di patata) e i cloroplasti, a loro volta, possono diventare cromoplasti (ingiallimento autunnale delle foglie).

Disegno. 4. Schema della struttura di un cloroplasto: 1 - guscio di cloroplasto, 2 - gruppi di piastre in cui avviene il processo di fotosintesi

Cloroplasti(Figura 4) rappresentano una “fabbrica” per la sintesi primaria di sostanze organiche da sostanze inorganiche utilizzando l'energia solare. Si tratta di piccoli corpi dalle forme abbastanza varie, sempre di colore verde per la presenza di clorofilla. La struttura dei cloroplasti in una cellula: hanno una struttura interna che fornisce massimo sviluppo superfici libere. Queste superfici sono create da numerose lamelle sottili, i cui grappoli si trovano all'interno del cloroplasto.
Sulla superficie, il cloroplasto, come altri elementi strutturali del citoplasma, è ricoperto da una doppia membrana. Ciascuno di essi, a sua volta, è a tre strati, come la membrana esterna della cellula.

Struttura cellulare

Il corpo umano, come qualsiasi altro organismo vivente, è costituito da cellule. Svolgono uno dei ruoli principali nel nostro corpo. Con l'aiuto delle cellule avvengono la crescita, lo sviluppo e la riproduzione.

Ricordiamo ora la definizione di ciò che comunemente viene chiamata cellula in biologia.

Una cellula è un'unità elementare che partecipa alla struttura e al funzionamento di tutti gli organismi viventi, ad eccezione dei virus. Ha un proprio metabolismo ed è in grado non solo di esistere in modo indipendente, ma anche di svilupparsi e autoriprodursi. In breve, possiamo concludere che la cellula è il materiale da costruzione più importante e necessario per qualsiasi organismo.

Naturalmente, difficilmente riuscirai a vedere la gabbia ad occhio nudo. Ma con l'aiuto delle moderne tecnologie, una persona ha un'eccellente opportunità non solo di esaminare la cellula stessa al microscopio ottico o elettronico, ma anche di studiarne la struttura, isolare e coltivare i suoi singoli tessuti e persino decodificare le informazioni genetiche cellulari.

Ora, con l'aiuto di questa figura, esaminiamo visivamente la struttura di una cella:

Struttura cellulare

Ma è interessante notare che non tutte le cellule hanno la stessa struttura. Esistono alcune differenze tra le cellule di un organismo vivente e le cellule delle piante. Dopotutto, le cellule vegetali contengono plastidi, una membrana e vacuoli con linfa cellulare. Nell'immagine puoi vedere struttura cellulare animali e piante e vedere la differenza tra loro:

Imparerai informazioni più dettagliate sulla struttura delle cellule vegetali e animali guardando il video

Come puoi vedere, sebbene le cellule siano di dimensioni microscopiche, la loro struttura è piuttosto complessa. Passeremo quindi ora ad uno studio più dettagliato della struttura della cellula.

Membrana plasmatica di una cellula

Per dare forma e separare la cellula dai suoi simili, c'è una membrana attorno alla cellula umana.

Poiché la membrana ha la proprietà di consentire parzialmente il passaggio delle sostanze attraverso se stessa, a causa di ciò le sostanze necessarie entrano nella cellula e i prodotti di scarto vengono rimossi da essa.

Convenzionalmente si può dire che la membrana cellulare è una pellicola ultramicroscopica, costituita da due strati monomolecolari di proteine ​​e da uno strato bimolecolare di lipidi, che si trova tra questi strati.

Da ciò possiamo concludere che la membrana cellulare gioca un ruolo importante nella sua struttura, poiché svolge una serie di funzioni specifiche. Svolge una funzione protettiva, di barriera e di collegamento tra le altre cellule e di comunicazione con l'ambiente.

Ora diamo un'occhiata più da vicino all'immagine struttura dettagliata membrane:

Citoplasma

Il componente successivo ambiente interno La cellula è il citoplasma. È una sostanza semiliquida in cui altre sostanze si muovono e si dissolvono. Il citoplasma è costituito da proteine ​​e acqua.

All'interno della cellula c'è un movimento costante del citoplasma, chiamato ciclosi. La ciclosi può essere circolare o reticolare.

Inoltre, il citoplasma collega diverse parti della cellula. Gli organelli della cellula si trovano in questo ambiente.

Gli organelli sono strutture cellulari permanenti con funzioni specifiche.

Tali organelli includono strutture come la matrice citoplasmatica, il reticolo endoplasmatico, i ribosomi, i mitocondri, ecc.

Ora proveremo a dare un'occhiata più da vicino a questi organelli e a scoprire quali funzioni svolgono.

Citoplasma

Matrice citoplasmatica

Una delle parti principali della cellula è la matrice citoplasmatica. Grazie ad esso, nella cellula avvengono processi di biosintesi e i suoi componenti contengono enzimi che producono energia.

Matrice citoplasmatica

Reticolo endoplasmatico

All'interno, la zona del citoplasma è costituita da piccoli canali e varie cavità. Questi canali si collegano tra loro per formare il reticolo endoplasmatico. Tale rete è eterogenea nella sua struttura e può essere granulare o liscia.


Reticolo endoplasmatico

Nucleo cellulare

La parte più importante, presente in quasi tutte le cellule, è il nucleo cellulare. Tali cellule che hanno un nucleo sono chiamate eucarioti. Ogni nucleo cellulare contiene DNA. È una sostanza ereditaria e in essa sono crittografate tutte le proprietà della cellula.

Nucleo cellulare

Cromosomi

Se osservi la struttura di un cromosoma al microscopio, puoi vedere che è costituito da due cromatidi. Di norma, dopo la divisione nucleare, il cromosoma diventa monocromatoide. Ma all'inizio della divisione successiva, sul cromosoma appare un altro cromatide.

Cromosomi

Centro cellulare

Esaminando il centro della cellula, puoi vedere che è costituito da centrioli madre e figlia. Ciascuno di questi centrioli è un oggetto cilindrico, le pareti sono formate da nove triplette di tubi e al centro c'è una sostanza omogenea.

Con l'aiuto di un tale centro cellulare, avviene la divisione cellulare degli animali e delle piante inferiori.

Centro cellulare

Ribosomi

I ribosomi sono organelli universali sia nelle cellule animali che vegetali. La loro funzione principale è la sintesi proteica nel centro funzionale.

Ribosomi

Mitocondri

Anche i mitocondri sono organelli microscopici, ma a differenza dei ribosomi hanno una struttura a doppia membrana, in cui la membrana esterna è liscia e quella interna ha escrescenze di varie forme, chiamate creste. I mitocondri svolgono il ruolo di centro respiratorio ed energetico

Mitocondri

Apparato del Golgi

Ma con l'aiuto dell'apparato di Golgi le sostanze vengono accumulate e trasportate. Inoltre, grazie a questo apparato, avviene la formazione dei lisosomi e la sintesi di lipidi e carboidrati.

Nella struttura, l'apparato del Golgi assomiglia a corpi individuali a forma di falce o bastoncino.

Apparato del Golgi

Plastidi

Ma i plastidi per una cellula vegetale svolgono il ruolo di una stazione energetica. Tendono a trasformarsi da una specie all'altra. I plastidi sono divisi in varietà come cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti.

Plastidi

Lisosomi

Un vacuolo digestivo capace di dissolvere gli enzimi è chiamato lisosoma. Sono microscopici organelli a membrana singola che hanno una forma arrotondata. Il loro numero dipende direttamente dalla vitalità della cellula e dalle sue condizioni fisiche.

Nel caso in cui la membrana del lisosoma venga distrutta, la cellula è in grado di digerirsi.

Lisosomi

Modi per nutrire una cellula

Ora diamo un'occhiata ai modi per nutrire le cellule:

Metodo di alimentazione della cellula

Va notato qui che proteine ​​e polisaccaridi tendono a penetrare nella cellula attraverso la fagocitosi, ma le gocce di liquido - attraverso la pinocitosi.

Il metodo di alimentazione delle cellule animali in cui entrano i nutrienti è chiamato fagocitosi. E un modo così universale di nutrire qualsiasi cellula, in cui i nutrienti entrano nella cellula già in forma disciolta, si chiama pinocitosi.

Cellula, l'unità elementare degli esseri viventi. La cellula è delimitata dalle altre cellule o dall'ambiente esterno da una speciale membrana e possiede un nucleo o un suo equivalente, in cui è concentrata la maggior parte dell'informazione chimica che controlla l'ereditarietà. La citologia studia la struttura delle cellule e la fisiologia si occupa del loro funzionamento. La scienza che studia i tessuti costituiti da cellule si chiama istologia.

Esistono organismi unicellulari il cui intero corpo è costituito da una cellula. Questo gruppo comprende batteri e protisti (protozoi e alghe unicellulari). A volte vengono anche chiamati acellulari, ma più spesso viene utilizzato il termine unicellulare. I veri animali multicellulari (Metazoa) e le piante (Metaphyta) contengono molte cellule.

organismo unicellulare

La stragrande maggioranza dei tessuti è composta da cellule, ma ci sono alcune eccezioni. Il corpo delle muffe melmose (mixomiceti), ad esempio, è costituito da una sostanza omogenea non divisa in cellule con numerosi nuclei. Alcuni tessuti animali, in particolare il muscolo cardiaco, sono organizzati in modo simile. Il corpo vegetativo (tallo) dei funghi è formato da fili microscopici - ife, spesso segmentati; ciascuno di questi fili può essere considerato l'equivalente di una cella, anche se di forma atipica.

Alcune strutture del corpo che non partecipano al metabolismo, in particolare le conchiglie, le perle o le basi minerali delle ossa, non sono formate da cellule, ma dai prodotti della loro secrezione. Altri, come il legno, la corteccia, le corna, i peli e lo strato esterno della pelle, non sono di origine secretiva, ma sono formati da cellule morte.

I piccoli organismi, come i rotiferi, sono costituiti solo da poche centinaia di cellule. Per fare un confronto: nel corpo umano ci sono ca. 1014 cellule, ogni secondo 3 milioni di globuli rossi muoiono e vengono sostituiti da nuovi, e questo è solo un decimilionesimo del numero totale di cellule del corpo.

Tipicamente, le dimensioni delle cellule vegetali e animali variano da 5 a 20 micron di diametro. Una tipica cellula batterica è molto più piccola: ca. 2 micron e il più piccolo conosciuto è 0,2 micron.

Alcune cellule a vita libera, come i protozoi come i foraminiferi, possono raggiungere diversi centimetri; hanno sempre molti core. Le cellule delle fibre vegetali sottili raggiungono una lunghezza di un metro e i processi delle cellule nervose raggiungono diversi metri negli animali di grandi dimensioni. Con una tale lunghezza, il volume di queste cellule è piccolo, ma la superficie è molto grande.

Le cellule più grandi sono uova di uccelli non fecondate piene di tuorlo. L'uovo più grande (e quindi la cellula più grande) apparteneva a un enorme uccello estinto: Aepyornis. Presumibilmente il tuorlo pesava ca. 3,5 kg. L'uovo più grande tra le specie viventi appartiene allo struzzo; il suo tuorlo pesa ca. 0,5 chilogrammi.

Di norma, le cellule dei grandi animali e delle piante sono solo leggermente più grandi delle cellule dei piccoli organismi. Un elefante è più grande di un topo non perché le sue cellule siano più grandi, ma soprattutto perché ci sono molte più cellule stesse. Esistono gruppi di animali, come i rotiferi e i nematodi, in cui il numero di cellule nel corpo rimane costante. Quindi anche se specie di grandi dimensioni i nematodi hanno un numero di cellule maggiore rispetto a quelli piccoli; la principale differenza dimensionale è dovuta in questo caso alla maggiore dimensione delle cellule.

All'interno di un dato tipo di cellula, le loro dimensioni dipendono solitamente dalla ploidia, cioè dal numero di corredi cromosomici presenti nel nucleo. Le cellule tetraploidi (con quattro serie di cromosomi) hanno un volume doppio rispetto alle cellule diploidi (con due serie di cromosomi). La ploidia di una pianta può essere aumentata introducendola preparazione erboristica colchicina. Poiché le piante esposte a questo effetto hanno cellule più grandi, esse stesse sono più grandi. Tuttavia questo fenomeno può essere osservato solo nei poliploidi di origine recente. Nelle piante poliploidi evolutivamente antiche, le dimensioni delle cellule sono soggette a una “regolazione inversa” verso valori normali nonostante l’aumento del numero di cromosomi.

Struttura cellulare.

Un tempo la cellula era considerata come una goccia più o meno omogenea di materia organica, che veniva chiamata protoplasma o sostanza vivente. Questo termine è diventato obsoleto dopo che si è scoperto che la cellula è costituita da molte strutture chiaramente distinte chiamate organelli cellulari (“piccoli organi”).

Composizione chimica. Tipicamente, il 70-80% della massa cellulare è acqua, in cui sono disciolti vari sali e composti organici a basso peso molecolare. I componenti più caratteristici di una cellula sono le proteine ​​e gli acidi nucleici. Alcune proteine ​​sono componenti strutturali della cellula, altre sono enzimi, ad es. catalizzatori che determinano la velocità e la direzione delle reazioni chimiche che si verificano nelle cellule. Gli acidi nucleici servono come portatori di informazioni ereditarie, che si realizzano nel processo di sintesi proteica intracellulare.

Spesso le cellule contengono una certa quantità di sostanze di stoccaggio che fungono da riserva alimentare. Le cellule vegetali immagazzinano principalmente l’amido, una forma polimerica di carboidrati. Un altro polimero dei carboidrati, il glicogeno, è immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari. Gli alimenti conservati di frequente contengono anche grassi, sebbene alcuni grassi svolgano una funzione diversa, ovvero servano come componenti strutturali essenziali. Le proteine ​​nelle cellule (ad eccezione delle cellule seme) solitamente non vengono immagazzinate.

Non è possibile descrivere la composizione tipica di una cellula, soprattutto perché esistono grandi differenze nella quantità di cibo e acqua immagazzinati. Le cellule del fegato contengono, ad esempio, il 70% di acqua, il 17% di proteine, il 5% di grassi, il 2% di carboidrati e lo 0,1% acidi nucleici; il restante 6% proviene da sali e composti organici a basso peso molecolare, in particolare aminoacidi. Le cellule vegetali tipicamente contengono meno proteine, una quantità significativamente maggiore di carboidrati e un po' più acqua; l'eccezione sono le cellule che sono in uno stato di riposo. Una cellula a riposo di un chicco di grano, che è una fonte di nutrienti per l'embrione, contiene ca. 12% di proteine ​​(per la maggior parte proteine ​​immagazzinate), 2% di grassi e 72% di carboidrati. La quantità di acqua raggiunge il livello normale (70–80%) solo all'inizio della germinazione del grano.

UNA CELLULA ANIMALE “TIPICA” – le strutture cellulari di base sono rappresentate schematicamente.

CELLULA VEGETALE “TIPICA” – le strutture cellulari di base sono rappresentate schematicamente.

Alcune cellule, soprattutto vegetali e batteriche, hanno una parete cellulare esterna. Nelle piante superiori è costituito da cellulosa. Il muro circonda la cellula stessa, proteggendola dalle sollecitazioni meccaniche. Le cellule, soprattutto quelle batteriche, possono anche secernere sostanze mucose, formando così attorno a sé una capsula che, come la parete cellulare, ha una funzione protettiva.

È con la distruzione delle pareti cellulari che è associata la morte di molti batteri sotto l'influenza della penicillina. Il fatto è che all'interno della cellula batterica la concentrazione di sali e composti a basso peso molecolare molto elevata, e quindi in assenza di un muro di rinforzo causato pressione osmotica l'afflusso di acqua nella cella può provocarne la rottura. La penicillina, che impedisce la formazione della parete durante la crescita cellulare, porta alla rottura cellulare (lisi).

Le pareti cellulari e le capsule non partecipano al metabolismo e spesso possono essere separate senza uccidere la cellula. Pertanto, possono essere considerati parti ausiliarie esterne della cellula. Le cellule animali di solito sono prive di pareti cellulari e capsule.

La cellula stessa è composta da tre parti principali. Sotto parete cellulare, se presente, è presente una membrana cellulare. La membrana circonda un materiale eterogeneo chiamato citoplasma. Un nucleo rotondo o ovale è immerso nel citoplasma. Di seguito esamineremo più in dettaglio la struttura e le funzioni di queste parti della cellula.

Membrana cellulare

La membrana cellulare è una parte molto importante della cellula. Tiene insieme tutti i componenti cellulari e delinea gli ambienti interni ed esterni. Inoltre, le pieghe modificate della membrana cellulare formano molti degli organelli cellulari.

La membrana cellulare è un doppio strato di molecole (strato bimolecolare o doppio strato). Si tratta principalmente di molecole di fosfolipidi e altre sostanze ad essi correlate. Le molecole lipidiche hanno una duplice natura, che si manifesta nel modo in cui si comportano in relazione all'acqua. Le teste delle molecole sono idrofile, cioè hanno un'affinità per l'acqua e le loro code di idrocarburi sono idrofobiche. Pertanto, quando miscelati con acqua, i lipidi formano sulla sua superficie una pellicola simile ad una pellicola oleosa; Inoltre, tutte le loro molecole sono orientate allo stesso modo: le teste delle molecole sono nell'acqua e le code degli idrocarburi sono sopra la sua superficie.

Ci sono due di questi strati nella membrana cellulare, e in ciascuno di essi le teste delle molecole sono rivolte verso l'esterno, e le code sono rivolte all'interno della membrana, l'una verso l'altra, quindi non entrano in contatto con l'acqua. Lo spessore di tale membrana è di ca. 7 miglia nautiche Oltre ai principali componenti lipidici, contiene grandi molecole proteiche che sono in grado di “galleggiare” nel doppio strato lipidico e sono disposte in modo tale che un lato sia rivolto verso l'interno della cellula e l'altro sia in contatto con l'ambiente esterno. Alcune proteine ​​si trovano solo sulla superficie esterna o solo su quella interna della membrana oppure sono immerse solo parzialmente nel doppio strato lipidico.

La funzione principale della membrana cellulare è quella di regolare il trasporto di sostanze dentro e fuori la cellula. Poiché la membrana è fisicamente in qualche modo simile all'olio, le sostanze solubili nell'olio o nei solventi organici, come l'etere, la attraversano facilmente. Lo stesso vale per gas come ossigeno e anidride carbonica. Allo stesso tempo la membrana è praticamente impermeabile alla maggior parte delle sostanze idrosolubili, in particolare zuccheri e sali. Grazie a queste proprietà è in grado di mantenere all'interno della cellula un ambiente chimico diverso da quello esterno. Ad esempio, nel sangue la concentrazione di ioni sodio è alta e quella di ioni potassio è bassa, mentre nel liquido intracellulare questi ioni sono presenti in rapporto opposto. Una situazione simile è tipica di molti altri composti chimici.

È ovvio che la cellula però non può essere completamente isolata dall'ambiente, poiché deve ricevere le sostanze necessarie al metabolismo e liberarsi dei suoi prodotti finali. Inoltre il doppio strato lipidico non è completamente impermeabile nemmeno alle sostanze idrosolubili, e a quelle cosiddette che lo penetrano. Le proteine ​​“che formano canali” creano pori, o canali, che possono aprirsi e chiudersi (a seconda dei cambiamenti nella conformazione delle proteine) e, quando aperti, conducono determinati ioni (Na+, K+, Ca2+) lungo un gradiente di concentrazione. Di conseguenza, la differenza di concentrazione all'interno e all'esterno della cellula non può essere mantenuta esclusivamente a causa della bassa permeabilità della membrana. Contiene infatti proteine ​​che svolgono la funzione di “pompa” molecolare: trasportano determinate sostanze sia dentro che fuori la cellula, lavorando contro un gradiente di concentrazione. Di conseguenza, quando la concentrazione, ad esempio, di aminoacidi all'interno della cellula è alta e bassa all'esterno, gli amminoacidi possono comunque fluire dall'ambiente esterno a quello interno. Questo trasferimento è chiamato trasporto attivo e utilizza l'energia fornita dal metabolismo. Le pompe a membrana sono altamente specifiche: ciascuna di esse è in grado di trasportare solo gli ioni di un determinato metallo, oppure un amminoacido o uno zucchero. Anche i canali ionici della membrana sono specifici.

Tale permeabilità selettiva è fisiologicamente molto importante e la sua assenza è la prima prova di morte cellulare. Questo è facile da illustrare con l’esempio delle barbabietole. Se una radice di barbabietola viva viene immersa in acqua fredda, conserva il suo pigmento; se le barbabietole vengono bollite, le cellule muoiono, diventano facilmente permeabili e perdono il pigmento, che fa diventare rossa l'acqua.

La cellula può “inghiottire” grandi molecole come le proteine. Sotto l'influenza di alcune proteine, se sono presenti nel fluido che circonda la cellula, si verifica un'invaginazione nella membrana cellulare, che poi si chiude formando una vescicola - un piccolo vacuolo contenente acqua e molecole proteiche; Successivamente, la membrana attorno al vacuolo si rompe e il contenuto entra nella cellula. Questo processo è chiamato pinocitosi (letteralmente “bere la cellula”) o endocitosi.

Le particelle più grandi, come le particelle di cibo, possono essere assorbite in modo simile durante il cosiddetto. fagocitosi. Tipicamente, il vacuolo formato durante la fagocitosi è più grande e il cibo viene digerito dagli enzimi lisosomiali all'interno del vacuolo prima che la membrana circostante si rompa. Questo tipo di alimentazione è tipico dei protozoi, come le amebe, che mangiano i batteri. Tuttavia, la capacità di fagocitosi è caratteristica sia delle cellule intestinali degli animali inferiori che dei fagociti, uno dei tipi di globuli bianchi (leucociti) dei vertebrati. In quest'ultimo caso, il significato di questo processo non è nella nutrizione dei fagociti stessi, ma nella distruzione di batteri, virus e altri materiali estranei dannosi per l'organismo.

Le funzioni dei vacuoli possono essere diverse. Ad esempio, i protozoi che vivono in acqua dolce, sperimentano un costante afflusso osmotico di acqua, poiché la concentrazione di sali all'interno della cellula è molto più elevata che all'esterno. Sono in grado di secernere acqua in uno speciale vacuolo escretore (contrattile), che periodicamente ne spinge fuori il contenuto.

Le cellule vegetali hanno spesso un grande vacuolo centrale che occupa quasi l'intera cellula; il citoplasma forma solo uno strato molto sottile tra la parete cellulare e il vacuolo. Una delle funzioni di un tale vacuolo è l'accumulo di acqua, consentendo alla cellula di aumentare rapidamente di dimensioni. Questa capacità è particolarmente necessaria durante il periodo in cui i tessuti vegetali crescono e formano strutture fibrose.

Nei tessuti, nei luoghi in cui le cellule sono strettamente collegate, le loro membrane contengono numerosi pori formati da proteine ​​che penetrano nella membrana, le cosiddette. connessioni. I pori delle cellule adiacenti si trovano uno di fronte all'altro, in modo che le sostanze a basso peso molecolare possano passare da una cellula all'altra: questo sistema chimico la comunicazione coordina le loro attività di vita. Un esempio di tale coordinazione è la divisione più o meno sincrona delle cellule vicine osservata in molti tessuti.

MODELLO DI MEMBRANA CELLULARE che mostra la posizione delle molecole proteiche rispetto a un doppio strato di molecole lipidiche. Le proteine ​​della maggior parte delle cellule, situate sulla superficie del doppio strato lipidico o incorporate in esso, possono spostarsi leggermente lateralmente. Il colesterolo è presente anche nella membrana cellulare degli organismi superiori.

Citoplasma

Il citoplasma contiene membrane interne simili alla membrana esterna e formano organelli di vario tipo. Queste membrane possono essere pensate come pieghe della membrana esterna; talvolta le membrane interne sono solidali con quella esterna, ma spesso la piega interna è slacciata e il contatto con la membrana esterna è interrotto. Tuttavia, anche se viene mantenuto il contatto, le membrane interna ed esterna non sono sempre chimicamente identiche. In particolare, la composizione delle proteine ​​di membrana differisce nei diversi organelli cellulari.

Reticolo endoplasmatico. Una rete di membrane interne costituita da tubuli e vescicole si estende dalla superficie cellulare al nucleo. Questa rete è chiamata reticolo endoplasmatico. Si è spesso notato che i tubuli si aprono sulla superficie della cellula e il reticolo endoplasmatico svolge quindi il ruolo di apparato microcircolatorio attraverso il quale l'ambiente esterno può interagire direttamente con l'intero contenuto della cellula. Questa interazione è stata riscontrata in alcune cellule, in particolare in quelle muscolari, ma non è ancora chiaro se sia universale. In ogni caso, avviene effettivamente il trasporto di un certo numero di sostanze attraverso questi tubuli da una parte all'altra della cellula.

Piccoli corpi chiamati ribosomi ricoprono la superficie del reticolo endoplasmatico, soprattutto vicino al nucleo. Diametro ribosoma ca. 15 nm, sono costituiti per metà da proteine ​​e per metà da acidi ribonucleici. La loro funzione principale è la sintesi proteica; Alla loro superficie sono attaccati l'RNA messaggero e gli amminoacidi associati all'RNA di trasferimento. Le aree del reticolo ricoperte di ribosomi sono chiamate reticolo endoplasmatico ruvido, mentre quelle che ne sono prive sono chiamate lisce. Oltre ai ribosomi, diversi enzimi sono adsorbiti sul reticolo endoplasmatico o comunque fissati ad esso, tra cui sistemi enzimatici che garantiscono l'utilizzo dell'ossigeno per la formazione di steroli e per la neutralizzazione di alcuni veleni. IN condizioni sfavorevoli Il reticolo endoplasmatico degenera rapidamente e quindi le sue condizioni fungono da indicatore sensibile della salute delle cellule.

Apparato del Golgi. L'apparato di Golgi (complesso del Golgi) è una parte specializzata del reticolo endoplasmatico, costituito da sacche di membrana piatte impilate. È coinvolto nella secrezione delle proteine ​​da parte della cellula (in essa avviene l'impaccamento delle proteine ​​secrete in granuli) e quindi è sviluppato soprattutto nelle cellule che svolgono una funzione secretoria. Importanti funzioni dell'apparato di Golgi includono anche l'attacco dei gruppi di carboidrati alle proteine ​​e l'uso di queste proteine ​​per costruire la membrana cellulare e la membrana lisosomiale. In alcune alghe le fibre di cellulosa vengono sintetizzate nell'apparato del Golgi.

I lisosomi sono piccole vescicole circondate da un'unica membrana. Gemmano dall'apparato del Golgi ed eventualmente dal reticolo endoplasmatico. I lisosomi contengono una varietà di enzimi che scompongono le grandi molecole, in particolare le proteine. A causa della loro azione distruttiva, questi enzimi sono, per così dire, “bloccati” nei lisosomi e vengono rilasciati solo quando necessario. Pertanto, durante la digestione intracellulare, gli enzimi vengono rilasciati dai lisosomi nei vacuoli digestivi. I lisosomi sono necessari anche per la distruzione cellulare; ad esempio, durante la trasformazione di un girino in una rana adulta, il rilascio di enzimi lisosomiali garantisce la distruzione delle cellule della coda. IN in questo caso Questo è normale e benefico per il corpo, ma a volte tale distruzione cellulare è patologica. Ad esempio, quando la polvere di amianto viene inalata, può penetrare nelle cellule polmonari e quindi la rottura dei lisosomi, la distruzione cellulare e lo sviluppo di malattie polmonari.

Mitocondri e cloroplasti. I mitocondri sono strutture simili a sacche relativamente grandi con abbastanza struttura complessa. Sono costituiti da una matrice circondata da una membrana interna, uno spazio intermembrana e una membrana esterna. La membrana interna è ripiegata in pieghe chiamate creste. Grappoli di proteine ​​si trovano sulle creste. Molti di essi sono enzimi che catalizzano l'ossidazione dei prodotti di degradazione dei carboidrati; altri catalizzano reazioni di sintesi e ossidazione dei grassi. Gli enzimi ausiliari coinvolti in questi processi sono disciolti nella matrice mitocondriale.

Nei mitocondri avviene l'ossidazione delle sostanze organiche, insieme alla sintesi dell'adenosina trifosfato (ATP). La degradazione dell'ATP con la formazione di adenosina difosfato (ADP) è accompagnata dal rilascio di energia, che viene spesa in vari processi vitali, ad esempio nella sintesi di proteine ​​e acidi nucleici, nel trasporto di sostanze dentro e fuori la cellula , trasmissione impulsi nervosi o contrazione muscolare. I mitocondri sono quindi centrali energetiche che trasformano il “carburante” – grassi e carboidrati – in una forma di energia che può essere utilizzata dalla cellula, e quindi dall’organismo nel suo complesso.

Anche le cellule vegetali contengono mitocondri, ma la principale fonte di energia per le loro cellule è la luce. L'energia luminosa viene utilizzata da queste cellule per produrre ATP e sintetizzare i carboidrati dall'anidride carbonica e dall'acqua.

La clorofilla, un pigmento che accumula energia luminosa, si trova nei cloroplasti. I cloroplasti, come i mitocondri, hanno interni e membrana esterna. Dalle escrescenze della membrana interna durante lo sviluppo dei cloroplasti nascono i cosiddetti cloroplasti. membrane tilacoidi; questi ultimi formano sacchi appiattiti, raccolti in pile come una colonna di monete; queste pile, chiamate grana, contengono clorofilla. Oltre alla clorofilla, i cloroplasti contengono tutti gli altri componenti necessari per la fotosintesi.

Alcuni cloroplasti specializzati non svolgono la fotosintesi, ma hanno altre funzioni, come immagazzinare amido o pigmenti.

Autonomia relativa. Per certi aspetti, mitocondri e cloroplasti si comportano come organismi autonomi. Ad esempio, proprio come le cellule stesse, che nascono solo da cellule, i mitocondri e i cloroplasti si formano solo da mitocondri e cloroplasti preesistenti. Ciò è stato dimostrato in esperimenti su cellule vegetali, in cui la formazione di cloroplasti è stata soppressa dall'antibiotico streptomicina, e su cellule di lievito, dove la formazione di mitocondri è stata soppressa da altri farmaci. Dopo tali effetti, le cellule non hanno mai ripristinato gli organelli mancanti. Il motivo è che i mitocondri e i cloroplasti contengono una certa quantità del proprio materiale genetico (DNA) che codifica parte della loro struttura. Se questo DNA viene perso, cosa che accade quando la formazione degli organelli viene soppressa, la struttura non può essere ricreata. Entrambi i tipi di organelli hanno il proprio sistema di sintesi proteica (ribosomi e RNA di trasferimento), che è leggermente diverso dal principale sistema di sintesi proteica della cellula; è noto, ad esempio, che il sistema di organelli che sintetizza le proteine ​​può essere soppresso con l'aiuto di antibiotici, mentre non hanno alcun effetto sul sistema principale.

Il DNA degli organelli è responsabile della maggior parte dell'eredità extracromosomica o citoplasmatica. L'ereditarietà extracromosomica non obbedisce alle leggi mendeliane, poiché quando una cellula si divide, il DNA degli organelli viene trasmesso alle cellule figlie in modo diverso rispetto ai cromosomi. Lo studio delle mutazioni che si verificano nel DNA degli organelli e nel DNA cromosomico ha dimostrato che il DNA degli organelli è responsabile solo di una piccola parte della struttura degli organelli; la maggior parte delle loro proteine ​​sono codificate in geni situati sui cromosomi.

La parziale autonomia genetica degli organelli considerati e le caratteristiche dei loro sistemi di sintesi proteica sono serviti come base per supporre che i mitocondri e i cloroplasti provenissero da batteri simbiotici che si stabilirono nelle cellule 1-2 miliardi di anni fa. Un esempio moderno Piccole alghe fotosintetiche che vivono all'interno delle cellule di alcuni coralli e molluschi possono servire da tale simbiosi. Le alghe forniscono ossigeno ai loro ospiti e ricevono da loro sostanze nutritive.

Strutture fibrillare. Il citoplasma di una cellula è un fluido viscoso, quindi la tensione superficiale farebbe sì che la cellula sia sferica a meno che le cellule non siano strettamente imballate. Tuttavia, questo di solito non viene osservato. Molti protozoi hanno tegumenti o membrane densi che conferiscono alla cellula una forma specifica e non sferica. Tuttavia, anche senza membrana, le cellule possono mantenere una forma non sferica grazie al fatto che il citoplasma è strutturato con l'ausilio di numerose fibre parallele, piuttosto rigide. Questi ultimi sono formati da microtubuli cavi, costituiti da unità proteiche organizzate a spirale.

Alcuni protozoi formano pseudopodi: proiezioni citoplasmatiche lunghe e sottili con le quali catturano il cibo. Gli pseudopodi mantengono la loro forma grazie alla rigidità dei microtubuli. Se la pressione idrostatica aumenta fino a circa 100 atmosfere, i microtubuli si disintegrano e la cellula assume la forma di una goccia. Quando la pressione ritorna normale, i microtubuli si ricompongono e la cellula forma gli pseudopodi. Molte altre cellule reagiscono in modo simile ai cambiamenti di pressione, il che conferma il coinvolgimento dei microtubuli nel mantenimento della forma cellulare. L'assemblaggio e la disintegrazione dei microtubuli, necessari affinché una cellula cambi rapidamente forma, avviene anche in assenza di variazioni di pressione.

I microtubuli formano anche strutture fibrillare che fungono da organi di movimento cellulare. Alcune cellule hanno proiezioni a forma di frusta chiamate flagelli o ciglia: il loro battito garantisce il movimento della cellula nell'acqua. Se la cellula è immobile, queste strutture spingono l’acqua, le particelle di cibo e altre particelle verso o lontano dalla cellula. I flagelli sono relativamente grandi e di solito la cellula ha solo uno, a volte diversi flagelli. Le ciglia sono molto più piccole e coprono l'intera superficie della cellula. Sebbene queste strutture siano caratteristiche soprattutto delle più semplici, possono essere presenti anche in forme altamente organizzate. Nel corpo umano, tutte le vie respiratorie sono rivestite da ciglia. Le piccole particelle che vi entrano vengono solitamente catturate dal muco sulla superficie cellulare e le ciglia le spingono fuori insieme al muco, proteggendo così i polmoni. Le cellule riproduttive maschili della maggior parte degli animali e di alcune piante inferiori si muovono con l'aiuto di un flagello.

Esistono altri tipi di movimento cellulare. Uno di questi è il movimento ameboide. L'ameba, così come alcune cellule di organismi multicellulari, "fluiscono" da un luogo all'altro, ad es. muoversi a causa della corrente del contenuto della cella. DC La sostanza esiste anche all'interno delle cellule vegetali, ma non comporta il movimento della cellula nel suo insieme. Il tipo di movimento cellulare più studiato è la contrazione delle cellule muscolari; viene effettuato facendo scorrere le fibrille (fili proteici) l'uno rispetto all'altro, il che porta all'accorciamento della cellula.

Nucleo

Il nucleo è circondato da una doppia membrana. Lo spazio molto stretto (circa 40 nm) tra due membrane è chiamato perinucleare. Le membrane nucleari passano nelle membrane del reticolo endoplasmatico e lo spazio perinucleare si apre nello spazio reticolare. Tipicamente la membrana nucleare ha pori molto stretti. Apparentemente attraverso di essi vengono trasportate grandi molecole, come l'RNA messaggero, che viene sintetizzato sul DNA e quindi entra nel citoplasma.

La maggior parte del materiale genetico si trova nei cromosomi del nucleo cellulare. I cromosomi sono costituiti da lunghe catene di DNA a doppio filamento, a cui sono attaccate proteine ​​basiche (cioè alcaline). A volte i cromosomi hanno diversi filamenti di DNA identici che si trovano uno accanto all'altro: tali cromosomi sono chiamati politene (a più filamenti). Il numero di cromosomi varia tra le specie. Le cellule diploidi del corpo umano contengono 46 cromosomi o 23 paia.

In una cellula che non si divide, i cromosomi sono attaccati in uno o più punti alla membrana nucleare. Nel loro normale stato non avvolto, i cromosomi sono così sottili che non sono visibili al microscopio ottico. In alcuni loci (sezioni) di uno o più cromosomi si forma un corpo denso, presente nei nuclei della maggior parte delle cellule, il cosiddetto. nucleolo. Nei nucleoli avviene la sintesi e l'accumulo dell'RNA utilizzato per costruire i ribosomi, così come alcuni altri tipi di RNA.

Divisione cellulare

Sebbene tutte le cellule nascano dalla divisione di una cellula precedente, non tutte continuano a dividersi. Ad esempio, le cellule nervose del cervello, una volta formate, non si dividono. Il loro numero sta gradualmente diminuendo; Il tessuto cerebrale danneggiato non è in grado di riprendersi attraverso la rigenerazione. Se le cellule continuano a dividersi, sono caratterizzate da un ciclo cellulare costituito da due fasi principali: interfase e mitosi.

L'interfase stessa è composta da tre fasi: G1, S e G2. Di seguito è riportata la loro durata, tipica delle cellule vegetali e animali.

G1 (4–8 ore). Questa fase inizia immediatamente dopo la nascita della cellula. Durante la fase G1 la cellula, ad eccezione dei cromosomi (che non cambiano), aumenta la sua massa. Se la cellula non si divide ulteriormente, rimane in questa fase.

S (6–9 ore). La massa cellulare continua ad aumentare e si verifica il raddoppio (duplicazione) del DNA cromosomico. Tuttavia, i cromosomi rimangono singoli nella struttura, anche se raddoppiati in massa, poiché due copie di ciascun cromosoma (cromatidi) sono ancora collegate tra loro per tutta la loro lunghezza.

G2. La massa della cellula continua ad aumentare fino a raggiungere circa il doppio della sua massa originale, e poi avviene la mitosi.

Mitosi

Dopo che i cromosomi sono stati duplicati, ciascuna cellula figlia dovrebbe ricevere un set completo di cromosomi. La semplice divisione cellulare non può raggiungere questo obiettivo: questo risultato si ottiene attraverso un processo chiamato mitosi. Senza entrare nei dettagli, l'inizio di questo processo dovrebbe essere considerato l'allineamento dei cromosomi sul piano equatoriale della cellula. Quindi ciascun cromosoma si divide longitudinalmente in due cromatidi, che iniziano a divergere in direzioni opposte, diventando cromosomi indipendenti. Di conseguenza, ad entrambe le estremità della cellula si trova un set completo di cromosomi. La cellula poi si divide in due e ciascuna cellula figlia riceve un set completo di cromosomi.

Quella che segue è una descrizione della mitosi in un tipico cellula animale. Di solito è diviso in quattro fasi.

I. Profase. Una speciale struttura cellulare - il centriolo - raddoppia (a volte questo raddoppiamento avviene nel periodo S dell'interfase) e i due centrioli iniziano a divergere verso i poli opposti del nucleo. La membrana nucleare viene distrutta; allo stesso tempo, proteine ​​speciali si combinano (aggregano), formando microtubuli sotto forma di fili. I centrioli, ora situati ai poli opposti della cellula, hanno un effetto organizzativo sui microtubuli, che di conseguenza si allineano radialmente, formando una struttura che ricorda nell'aspetto un fiore di aster (“stella”). Altri fili di microtubuli si estendono da un centriolo all'altro, formando il cosiddetto. fuso di fissione. In questo momento, i cromosomi sono in uno stato a spirale, simile a una molla. Sono chiaramente visibili al microscopio ottico, soprattutto dopo la colorazione. Nella profase, i cromosomi vengono divisi, ma i cromatidi rimangono ancora attaccati a coppie nella zona del centromero, un organello cromosomico simile per funzione al centriolo. I centromeri hanno anche un effetto organizzativo sui filamenti del fuso, che ora si estendono dal centriolo al centromero e da questo ad un altro centriolo.

II. Metafase. I cromosomi, fino a quel momento disposti in modo casuale, cominciano a muoversi, come tirati da fili del fuso attaccati ai loro centromeri, e gradualmente si allineano sullo stesso piano in una certa posizione e ad uguale distanza da entrambi i poli. I centromeri che giacciono sullo stesso piano insieme ai cromosomi formano i cosiddetti. placca equatoriale. I centromeri che collegano le coppie di cromatidi si dividono, dopo di che i cromosomi fratelli sono completamente separati.

III. Anafase. I cromosomi di ciascuna coppia si muovono in direzioni opposte verso i poli, come se fossero trascinati dai fili del fuso. In questo caso, si formano anche fili tra i centromeri dei cromosomi accoppiati.

IV. Telofase. Non appena i cromosomi si avvicinano ai poli opposti, la cellula stessa inizia a dividersi lungo il piano in cui si trovava la placca equatoriale. Di conseguenza, si formano due cellule. I fili del fuso vengono distrutti, i cromosomi si srotolano e diventano invisibili e attorno a loro si forma una membrana nucleare. Le cellule ritornano alla fase G1 dell'interfase. L'intero processo di mitosi dura circa un'ora.

I dettagli della mitosi variano leggermente tra i diversi tipi di cellule. Una tipica cellula vegetale forma un fuso ma è priva di centrioli. Nei funghi la mitosi avviene all'interno del nucleo, senza previa disintegrazione della membrana nucleare.

La divisione della cellula stessa, chiamata citocinesi, non ha uno stretto legame con la mitosi. A volte una o più mitosi si verificano senza divisione cellulare; Di conseguenza, si formano cellule multinucleate, spesso presenti nelle alghe. Se da un uovo riccio di mare Quando il nucleo viene rimosso mediante micromanipolazione, il fuso continua a formarsi e l'uovo continua a dividersi. Ciò dimostra che la presenza di cromosomi non è una condizione necessaria per la divisione cellulare.

Si chiama riproduzione per mitosi riproduzione asessuata, propagazione vegetativa o clonazione. Il suo aspetto più importante è genetico: con tale riproduzione non c'è divergenza di fattori ereditari nella prole. Le cellule figlie risultanti sono geneticamente esattamente identiche alla cellula madre. La mitosi è l'unico modo autoriproduzione in specie che non hanno riproduzione sessuale, ad esempio in molti organismi unicellulari. Tuttavia, anche nelle specie con riproduzione sessuata, le cellule del corpo si dividono attraverso la mitosi e provengono da un'unica cellula, l'ovulo fecondato, e sono quindi tutte geneticamente identiche. Piante superiori può riprodursi asessualmente (tramite mitosi) mediante piantine e viticci ( famoso esempio- fragola).

La MITOSI, il processo di divisione cellulare, è diviso in quattro fasi. Tra le divisioni mitotiche, la cellula è nella fase interfase.

Meiosi

La riproduzione sessuale degli organismi viene effettuata con l'aiuto di cellule specializzate, le cosiddette. gameti: ovociti (uova) e sperma (sperma). I gameti si fondono per formare una cellula: lo zigote. Ogni gamete è aploide, cioè ha un set di cromosomi. All'interno dell'insieme, tutti i cromosomi sono diversi, ma ogni cromosoma dell'ovulo corrisponde a uno dei cromosomi dello sperma. Lo zigote, quindi, contiene già una coppia di cromosomi corrispondenti tra loro, che vengono detti omologhi. I cromosomi omologhi sono simili perché possiedono gli stessi geni o loro varianti (alleli) che determinano caratteristiche specifiche. Ad esempio, uno dei cromosomi accoppiati può avere un gene che codifica per il gruppo sanguigno A, mentre l'altro può avere una variante che codifica per il gruppo sanguigno B. I cromosomi dello zigote che originano dall'ovulo sono materni, mentre quelli che originano dallo sperma sono paterni.

Come risultato di ripetute divisioni mitotiche, lo zigote risultante produce entrambi organismo multicellulare, o numerose cellule a vita libera, come avviene nei protozoi con riproduzione sessuata e nelle alghe unicellulari.

Durante la formazione dei gameti, l'insieme diploide dei cromosomi presenti nello zigote deve essere ridotto della metà. Se ciò non accadesse, in ogni generazione la fusione dei gameti porterebbe al raddoppio dell'insieme dei cromosomi. La riduzione al numero aploide dei cromosomi avviene a seguito della divisione di riduzione, la cosiddetta. meiosi, che è una variante della mitosi.

La MEIOSI garantisce la formazione dei gameti maschili e femminili. È caratteristico di tutte le piante e gli animali che si riproducono sessualmente.

Scissione e ricombinazione. La particolarità della meiosi è che durante la divisione cellulare la placca equatoriale è formata da coppie di cromosomi omologhi e non da singoli cromosomi duplicati, come nella mitosi. I cromosomi accoppiati, ciascuno dei quali rimane singolo, divergono ai poli opposti della cellula, la cellula si divide e, di conseguenza, le cellule figlie ricevono metà del set di cromosomi rispetto allo zigote.

Ad esempio, supponiamo che il set aploide sia costituito da due cromosomi. Nello zigote (e quindi in tutte le cellule dell'organismo che produce gameti) sono presenti i cromosomi materni A e B e i cromosomi paterni A" e B". Durante la meiosi possono dividersi come segue:

La cosa più importante in questo esempio è il fatto che quando i cromosomi divergono, non si forma necessariamente l'insieme materno e paterno originale, ma è possibile la ricombinazione dei geni, come nei gameti AB" e A"B nel diagramma sopra.

Supponiamo ora che una coppia di cromosomi "AA" contenga due alleli - a e b - del gene che determina i gruppi sanguigni A e B. Allo stesso modo, una coppia di cromosomi "BB" contiene gli alleli m e n di un altro gene che determina i gruppi sanguigni M e N. La separazione di questi alleli può avvenire in questo modo:

Ovviamente, i gameti risultanti possono contenere una qualsiasi delle seguenti combinazioni di alleli dei due geni: am, bn, bm o an.

Se ci sono più cromosomi, le coppie di alleli si separeranno indipendentemente secondo lo stesso principio. Ciò significa che gli stessi zigoti possono produrre gameti con diverse combinazioni di alleli genetici e dare origine a genotipi diversi nella prole.

Divisione meiotica. Entrambi gli esempi illustrano il principio della meiosi. In effetti, la meiosi è molto di più processo difficile, poiché comprende due divisioni consecutive. La cosa principale nella meiosi è che i cromosomi vengono raddoppiati solo una volta, mentre la cellula si divide due volte, a seguito della quale il numero di cromosomi viene ridotto e il set diploide si trasforma in aploide.

Durante la profase della prima divisione, i cromosomi omologhi si coniugano, cioè si uniscono a coppie. Come risultato di questo processo molto preciso, ogni gene finisce di fronte al suo omologo su un altro cromosoma. Entrambi i cromosomi poi raddoppiano, ma i cromatidi rimangono collegati tra loro da un centromero comune.

Nella metafase, i quattro cromatidi collegati si allineano per formare una placca equatoriale, come se fossero un cromosoma duplicato. Contrariamente a quanto accade nella mitosi, i centromeri non si dividono. Di conseguenza, ciascuna cellula figlia riceve una coppia di cromatidi ancora collegati dal centromero. Durante la seconda divisione, i cromosomi, già individuali, si allineano nuovamente, formando, come nella mitosi, una placca equatoriale, ma durante questa divisione non avviene il loro raddoppio. I centromeri poi si dividono e ciascuna cellula figlia riceve un cromatide.

Divisione citoplasmatica. Come risultato di due divisioni meiotiche cellula diploide si formano quattro cellule. Quando si formano le cellule riproduttive maschili, si ottengono quattro spermatozoi approssimativamente della stessa dimensione. Quando si formano le uova, la divisione del citoplasma avviene in modo molto disomogeneo: una cellula rimane grande, mentre le altre tre sono così piccole da essere quasi interamente occupate dal nucleo. Queste piccole cellule, le cosiddette. i corpi polari servono solo ad accogliere i cromosomi in eccesso formati a seguito della meiosi. La maggior parte del citoplasma necessario per lo zigote rimane in una cellula: l'uovo.

Alternanza di generazioni

Cellule primitive: procarioti

Tutto quanto sopra si applica alle cellule di piante, animali, protozoi e alghe unicellulari, collettivamente chiamate eucarioti. Gli eucarioti si sono evoluti da una forma più semplice, i procarioti, che ora sono rappresentati da batteri, tra cui archeobatteri e cianobatteri (questi ultimi precedentemente chiamati alghe blu-verdi). Rispetto alle cellule eucariotiche cellule procariotiche più piccoli e hanno meno organelli cellulari. Hanno una membrana cellulare ma sono privi di reticolo endoplasmatico e i ribosomi fluttuano liberamente nel citoplasma. I mitocondri sono assenti, ma gli enzimi ossidativi sono solitamente attaccati alla membrana cellulare, che diventa così l'equivalente dei mitocondri. Anche i procarioti mancano di cloroplasti e la clorofilla, se presente, è presente sotto forma di granuli molto piccoli.

I procarioti non hanno un nucleo racchiuso da una membrana, sebbene la posizione del DNA possa essere identificata dalla sua densità ottica. L'equivalente di un cromosoma è un filamento di DNA, solitamente circolare, a cui sono attaccate molte meno proteine. La catena del DNA è attaccata alla membrana cellulare in un punto. Nei procarioti non esiste la mitosi. Viene sostituito dal seguente processo: il DNA si raddoppia, dopo di che la membrana cellulare inizia a crescere tra i punti adiacenti di attacco di due copie della molecola di DNA, che di conseguenza divergono gradualmente. Alla fine la cellula si divide tra i punti di attacco delle molecole di DNA, formando due cellule, ciascuna con la propria copia del DNA.

Differenziazione cellulare

Le piante e gli animali multicellulari si sono evoluti da organismi unicellulari le cui cellule, dopo essersi divise, sono rimaste insieme per formare una colonia. Inizialmente tutte le cellule erano identiche, ma l'ulteriore evoluzione ha dato origine alla differenziazione. Innanzitutto differenziato cellule somatiche(cioè cellule del corpo) e cellule germinali. L'ulteriore differenziazione divenne più complicata: sorsero sempre più tipi cellulari diversi. L'ontogenesi - lo sviluppo individuale di un organismo multicellulare - si ripete schema generale questo processo evolutivo (filogenesi).

Fisiologicamente, le cellule si differenziano in parte potenziando l'una o l'altra caratteristica comune a tutte le cellule. Ad esempio, nel cellule muscolari Viene migliorata la funzione contrattile, il che può essere il risultato di un miglioramento del meccanismo che realizza il movimento ameboide o di altro tipo nelle cellule meno specializzate. Un esempio simile sono le cellule radicali a parete sottile con i loro processi, i cosiddetti. peli radicali, che servono ad assorbire sali e acqua; in un modo o nell'altro, questa funzione è inerente a tutte le cellule. A volte la specializzazione è associata all'acquisizione di nuove strutture e funzioni: un esempio è lo sviluppo di un organo locomotore (flagello) nello sperma.

Differenziazione su cellulare o livello dei tessuti studiato in qualche dettaglio. Sappiamo, ad esempio, che a volte ciò avviene in modo autonomo, ad es. un tipo di cella può trasformarsi in un altro indipendentemente dal tipo di celle delle celle vicine. Tuttavia, il cosiddetto L'induzione embrionale è un fenomeno in cui un tipo di tessuto stimola le cellule di un altro tipo a differenziarsi in una determinata direzione.

IN caso generale la differenziazione è irreversibile, cioè le cellule altamente differenziate non possono trasformarsi in un altro tipo di cellula. Tuttavia, non è sempre così, soprattutto nelle cellule vegetali.

Le differenze nella struttura e nella funzione sono in definitiva determinate da quali tipi di proteine ​​vengono sintetizzate nella cellula. Poiché la sintesi proteica è controllata dai geni e l'insieme dei geni è lo stesso in tutte le cellule del corpo, la differenziazione deve dipendere dall'attivazione o inattivazione di determinati geni in diversi tipi di cellule. La regolazione dell'attività genetica avviene a livello di trascrizione, cioè formazione di RNA messaggero utilizzando il DNA come modello. Solo i geni trascritti producono proteine. Le proteine ​​sintetizzate possono bloccare la trascrizione, ma talvolta anche attivarla. Inoltre, poiché le proteine ​​sono il prodotto dei geni, alcuni geni possono controllare la trascrizione di altri geni. Anche gli ormoni, in particolare gli steroidi, sono coinvolti nella regolazione della trascrizione. I geni molto attivi possono essere duplicati (raddoppio) molte volte per produrre più RNA messaggero.

Lo sviluppo di tumori maligni è stato spesso considerato come un caso speciale differenziazione cellulare. Tuttavia, la comparsa di cellule maligne è il risultato di cambiamenti nella struttura del DNA (mutazione) e non dei processi di trascrizione e traduzione in proteine ​​del DNA normale.

Metodi per lo studio delle cellule

Microscopio ottico. Nello studio forma cellulare e struttura, il primo strumento fu un microscopio ottico. La sua risoluzione è limitata da dimensioni paragonabili alla lunghezza d'onda della luce (0,4–0,7 μm per luce visibile). Tuttavia, molti elementi della struttura cellulare sono di dimensioni molto più piccole.

Un'altra difficoltà è che la maggior parte dei componenti cellulari sono trasparenti e hanno un indice di rifrazione quasi uguale a quello dell'acqua. Per migliorare la visibilità, vengono spesso utilizzati coloranti che hanno affinità diverse per i diversi componenti cellulari. La colorazione viene utilizzata anche per studiare la chimica cellulare. Ad esempio, alcuni coloranti si legano preferibilmente agli acidi nucleici e quindi rivelano la loro localizzazione nella cellula. Una piccola percentuale di coloranti, detti coloranti intravitali, può essere utilizzata per colorare le cellule viventi, ma in genere le cellule devono essere fissate (utilizzando sostanze coagulanti proteiche) prima di poter essere colorate.

Prima del test, le cellule o i pezzi di tessuto vengono solitamente incorporati in paraffina o plastica e quindi tagliati in sezioni molto sottili utilizzando un microtomo. Questo metodo è ampiamente utilizzato in laboratori clinici per identificare cellule tumorali. Oltre alla microscopia ottica convenzionale, altro metodi ottici studi cellulari: microscopia a fluorescenza, microscopia a contrasto di fase, spettroscopia e analisi di diffrazione di raggi X.

Microscopio elettronico. Un microscopio elettronico ha una risoluzione di ca. 1–2 nm. Ciò è sufficiente per studiare molecole proteiche di grandi dimensioni. Solitamente è necessario colorare e contrastare l'oggetto con sali metallici o metalli. Per questo motivo, e anche perché gli oggetti si studiano nel vuoto, utilizzando microscopio elettronicoÈ possibile studiare solo le cellule uccise.

Autoradiografia. Se aggiunto all'ambiente isotopo radioattivo, assorbito dalle cellule durante il metabolismo, la sua localizzazione intracellulare può poi essere rilevata mediante autoradiografia. Con questo metodo, sezioni sottili di cellule vengono posizionate sulla pellicola. Il film si oscura sotto i luoghi in cui si trovano gli isotopi radioattivi.

Centrifugazione. Per lo studio biochimico dei componenti cellulari, le cellule devono essere distrutte: meccanicamente, chimicamente o mediante ultrasuoni. I componenti rilasciati sono sospesi nel liquido e possono essere isolati e purificati mediante centrifugazione (molto spesso in gradiente di densità). Tipicamente, tali componenti purificati mantengono un'elevata attività biochimica.

Colture cellulari. Alcuni tessuti possono essere divisi in singole cellule in modo che le cellule rimangano vive e spesso siano in grado di riprodursi. Questo fatto conferma definitivamente l’idea della cellula come unità vivente. Una spugna, un organismo multicellulare primitivo, può essere separata in cellule strofinandola attraverso un setaccio. Dopo qualche tempo, queste cellule si riconnettono e formano una spugna. I tessuti embrionali animali possono essere fatti dissociare utilizzando enzimi o altri mezzi che indeboliscono i legami tra le cellule.

L'embriologo americano R. Harrison (1879–1959) fu il primo a dimostrare che le cellule embrionali e anche alcune cellule mature possono crescere e moltiplicarsi al di fuori del corpo in un ambiente adatto. Questa tecnica, chiamata coltura cellulare, fu perfezionata dal biologo francese A. Carrel (1873–1959). Le cellule vegetali possono anche essere coltivate in coltura, ma rispetto alle cellule animali formano gruppi più grandi e sono più saldamente attaccate le une alle altre, quindi man mano che la coltura cresce si formano i tessuti, piuttosto che le singole cellule. Nella coltura cellulare, un'intera pianta adulta, come una carota, può essere coltivata da una singola cellula.

Microchirurgia. Utilizzando un micromanipolatore, singole parti della cellula possono essere rimosse, aggiunte o modificate in qualche modo. Cella grande Le amebe possono essere divise in tre componenti principali: membrana cellulare, citoplasma e nucleo, e quindi questi componenti possono essere riassemblati e ottenuti cellula vivente. In questo modo si possono ottenere cellule artificiali costituite da componenti di diversi tipi di amebe.

Se consideriamo che sembra possibile sintetizzare artificialmente alcuni componenti cellulari, allora gli esperimenti di assemblaggio di cellule artificiali potrebbero essere il primo passo verso la creazione di nuove forme di vita in laboratorio. Poiché ogni organismo si sviluppa da una singola cellula, il metodo per ottenere cellule artificiali in linea di principio consente la costruzione di organismi di un determinato tipo, se allo stesso tempo si utilizzano componenti leggermente diversi da quelli attualmente disponibili cellule esistenti. In realtà, tuttavia, non è necessaria la sintesi completa di tutti i componenti cellulari. La struttura della maggior parte, se non di tutti, i componenti di una cellula è determinata dagli acidi nucleici. Pertanto, il problema della creazione di nuovi organismi si riduce alla sintesi di nuovi tipi di acidi nucleici e alla loro sostituzione con acidi nucleici naturali in alcune cellule.

Fusione cellulare. Un altro tipo di cellule artificiali può essere ottenuto fondendo cellule della stessa specie o di specie diverse. Per ottenere la fusione, le cellule sono esposte agli enzimi virali; in questo caso, le superfici esterne di due cellule vengono incollate insieme e la membrana tra di loro viene distrutta e si forma una cellula in cui due serie di cromosomi sono racchiuse in un nucleo. Le celle possono essere unite tipi diversi o a diverse fasi divisione. Utilizzando questo metodo, è stato possibile ottenere cellule ibride di un topo e di un pollo, di un essere umano e di un topo e di un essere umano e di un rospo. Tali cellule sono ibride solo inizialmente e dopo numerose divisioni cellulari perdono la maggior parte dei cromosomi dell'uno o dell'altro tipo. Prodotto finale diventa, ad esempio, essenzialmente una cellula di topo, dove i geni umani sono assenti o presenti solo in una piccola quantità. Di particolare interesse è la fusione di cellule normali e maligne. In alcuni casi gli ibridi diventano maligni, in altri no, ad es. entrambe le proprietà possono manifestarsi sia come dominante che come recessiva. Questo risultato non è inaspettato, poiché la malignità può essere causata da vari fattori e ha un meccanismo complesso.