Una cellula è la più piccola unità strutturale e funzionale di un essere vivente. Le cellule di tutti gli organismi viventi, compreso l'uomo, hanno una struttura simile. Lo studio della struttura, delle funzioni delle cellule, della loro interazione tra loro è la base per comprendere un organismo così complesso come una persona. La cellula reagisce attivamente alle irritazioni, svolge le funzioni di crescita e riproduzione; capace di autoriproduzione e trasmissione di informazioni genetiche ai discendenti; alla rigenerazione e all’adattamento all’ambiente.
Struttura. Nel corpo di un adulto esistono circa 200 tipi di cellule che differiscono per forma, struttura, composizione chimica e natura del metabolismo. Nonostante la grande diversità, ogni cellula di qualsiasi organo è un sistema vivente integrale. La cellula è isolata citolemma, citoplasma e nucleo (Fig. 5).
Citolemma. Ogni cellula ha un guscio: un citolemma (membrana cellulare) che separa il contenuto della cellula dall'ambiente esterno (extracellulare). Il citolemma non solo limita la cellula dall'esterno, ma fornisce anche la sua connessione diretta con l'ambiente esterno. Il citolemma svolge una funzione protettiva e di trasporto
1 - citolemma (membrana plasmatica); 2 - vescicole pinocitiche; 3 - centrosoma (centro cellulare, citocentro); 4 - ialoplasma;
- - reticolo endoplasmatico (a - membrane del reticolo endoplasmatico,
- - ribosomi); 6 - nucleo; 7 - connessione dello spazio perinucleare con le cavità del reticolo endoplasmatico; 8 - pori nucleari; 9 - nucleolo; 10 - apparato a rete intracellulare (complesso del Golgi); 11 - vacuoli secretori; 12 - mitocondri; 13 - lisosomi; 14 - tre fasi successive di fagocitosi; 15 - connessione della membrana cellulare
zione, percepisce l'influenza dell'ambiente esterno. Attraverso il citolemma, varie molecole (particelle) penetrano nella cellula ed escono dalla cellula nel suo ambiente.
Il citolemma è composto da molecole lipidiche e proteiche tenute insieme da complesse interazioni intermolecolari. Grazie a loro, viene mantenuta l'integrità strutturale della membrana. La base del citolemma è costituita anche da strati di lino
natura poliproteica (lipidi in complesso con proteine). Con uno spessore di circa 10 nm, il citolemma è la più spessa delle membrane biologiche. Il citolemma, una membrana biologica semipermeabile, ha tre strati (Fig. 6, vedi colore inc.). Gli strati idrofili esterno ed interno sono formati da molecole lipidiche (doppio strato lipidico) e hanno uno spessore di 5-7 nm. Questi strati sono impermeabili alla maggior parte delle molecole solubili in acqua. Tra lo strato esterno e quello interno c'è uno strato idrofobo intermedio di molecole lipidiche. I lipidi di membrana comprendono un ampio gruppo di sostanze organiche scarsamente solubili in acqua (idrofobiche) e facilmente solubili in solventi organici. Le membrane cellulari contengono fosfolipidi (glicerofosfatidi), lipidi steroidei (colesterolo), ecc.
I lipidi costituiscono circa il 50% della massa della membrana plasmatica.
Le molecole lipidiche hanno teste idrofile (che amano l'acqua) ed estremità idrofobe (che temono l'acqua). Le molecole lipidiche si trovano nel citolemma in modo tale che gli strati esterno ed interno (doppio strato lipidico) siano formati dalle teste delle molecole lipidiche e lo strato intermedio sia formato dalle loro estremità.
Le proteine di membrana non formano uno strato continuo nel citolemma. Le proteine si trovano negli strati lipidici, immergendosi in essi a diverse profondità. Le molecole proteiche hanno una forma rotonda irregolare e sono formate da eliche polipeptidiche. Allo stesso tempo, le regioni non polari delle proteine (che non portano cariche), ricche di amminoacidi non polari (alanina, valina, glicina, leucina), sono immerse in quella parte della membrana lipidica dove si trovano le estremità idrofobe delle proteine. si localizzano le molecole lipidiche. Le parti polari delle proteine (portatrici di carica), anch'esse ricche di aminoacidi, interagiscono con le teste idrofile delle molecole lipidiche.
Nella membrana plasmatica, le proteine costituiscono quasi la metà della sua massa. Esistono proteine di membrana transmembrana (integrali), semi-integrali e periferiche. Le proteine periferiche si trovano sulla superficie della membrana. Le proteine integrali e semi-integrali sono incorporate negli strati lipidici. Le molecole di proteine integrali penetrano nell'intero strato lipidico della membrana e le proteine semi-integrali sono parzialmente immerse negli strati di membrana. Le proteine di membrana, in base al loro ruolo biologico, si dividono in proteine trasportatrici (proteine di trasporto), proteine enzimatiche e proteine recettoriali.
I carboidrati di membrana sono rappresentati da catene di polisaccaridi attaccate alle proteine e ai lipidi di membrana. Tali carboidrati sono chiamati glicoproteine e glicolipidi. La quantità di carboidrati nel citolemma e in altri memi biologici
le brane sono piccole. La massa di carboidrati nella membrana plasmatica varia dal 2 al 10% della massa della membrana. I carboidrati si trovano sulla superficie esterna della membrana cellulare, che non è in contatto con il citoplasma. I carboidrati sulla superficie cellulare formano uno strato epimembrana - il glicocalice, che prende parte ai processi di riconoscimento intercellulare. Lo spessore del glicocalice è 3-4 nm. Chimicamente, il glicocalice è un complesso glicoproteico, che comprende vari carboidrati associati a proteine e lipidi.
Funzioni della membrana plasmatica. Una delle funzioni più importanti del citolemma è il trasporto. Assicura l'ingresso di nutrienti ed energia nella cellula, la rimozione dei prodotti metabolici e dei materiali biologicamente attivi (segreti) dalla cellula, regola il passaggio di vari ioni dentro e fuori la cellula e mantiene un pH appropriato nella cellula.
Esistono diversi meccanismi per l'ingresso delle sostanze nella cellula e la loro uscita dalla cellula: si tratta di diffusione, trasporto attivo, eso o endocitosi.
La diffusione è il movimento di molecole o ioni da un'area ad alta concentrazione a un'area a concentrazione inferiore, cioè lungo il gradiente di concentrazione. Per diffusione, le molecole di ossigeno (02) e di anidride carbonica (CO2) vengono trasferite attraverso le membrane. Ioni, molecole di glucosio e aminoacidi, acidi grassi si diffondono lentamente attraverso le membrane.
La direzione di diffusione degli ioni è determinata da due fattori: uno di questi fattori è la loro concentrazione e l'altro è la carica elettrica. Gli ioni solitamente si spostano in una regione con cariche opposte e, respinti da una regione con la stessa carica, diffondono da una regione ad alta concentrazione a una regione a bassa concentrazione.
Il trasporto attivo è il movimento di molecole o ioni attraverso le membrane con consumo di energia contro un gradiente di concentrazione. L'energia sotto forma di scissione dell'acido adenosina trifosforico (ATP) è necessaria per garantire il movimento delle sostanze da un ambiente con una concentrazione inferiore a un ambiente con un contenuto maggiore. Un esempio di trasporto ionico attivo è la pompa sodio-potassio (pompa Na+, K+). Gli ioni Na+, gli ioni ATP entrano nella membrana dall'interno e gli ioni K+ dall'esterno. Per ogni due ioni K+ che entrano nella cellula, tre ioni Na+ vengono rimossi dalla cellula. Di conseguenza, il contenuto della cella si carica negativamente rispetto all'ambiente esterno. In questo caso si crea una differenza di potenziale tra le due superfici della membrana.
Il trasferimento di grandi molecole di nucleotidi, amminoacidi, ecc. attraverso la membrana viene effettuato da proteine di trasporto di membrana. Queste sono proteine trasportatrici e proteine che formano canali. Le proteine trasportatrici si legano a una molecola di una sostanza trasportata e la trasportano attraverso la membrana. Questo processo può essere passivo o attivo. Le proteine che formano canali formano pori stretti pieni di fluido tissutale che permeano il doppio strato lipidico. Questi canali hanno porte che si aprono brevemente in risposta a processi specifici che si verificano sulla membrana.
Il citolemma è anche coinvolto nell'assorbimento e nell'escrezione da parte della cellula di vari tipi di macromolecole e particelle di grandi dimensioni. Il processo di passaggio attraverso la membrana nella cellula di tali particelle è chiamato endocitosi e il processo di rimozione dalle cellule è chiamato esocitosi. Durante l'endocitosi, la membrana plasmatica forma sporgenze o escrescenze che, una volta allacciate, si trasformano in vescicole. Le particelle o il liquido intrappolati nelle vescicole vengono trasferiti nella cellula. Esistono due tipi di endocitosi: fagocitosi e pinocitosi. La fagocitosi (dal greco fagos - divorare) è l'assorbimento e il trasferimento di particelle di grandi dimensioni nella cellula - ad esempio resti di cellule morte, batteri). La pinocitosi (dal greco pino - io bevo) è l'assorbimento di materiale liquido, composti macromolecolari. La maggior parte delle particelle o molecole assorbite dalla cellula finiscono nei lisosomi dove le particelle vengono digerite dalla cellula. L'esocitosi è il processo inverso dell'endocitosi. Durante l'esocitosi, il contenuto delle vescicole di trasporto o secernenti viene rilasciato nello spazio extracellulare. In questo caso, le vescicole si fondono con la membrana plasmatica, per poi aprirsi sulla sua superficie e rilasciare il loro contenuto nel mezzo extracellulare.
Le funzioni recettoriali della membrana cellulare sono svolte a causa di un gran numero di formazioni sensibili - recettori presenti sulla superficie del citolemma. I recettori sono in grado di percepire gli effetti di vari stimoli chimici e fisici. I recettori capaci di riconoscere gli stimoli sono le glicoproteine e i glicolipidi del citolemma. I recettori sono distribuiti uniformemente su tutta la superficie cellulare o possono essere concentrati su qualsiasi parte della membrana cellulare. Esistono recettori che riconoscono ormoni, mediatori, antigeni, varie proteine.
Le connessioni intercellulari si formano durante la connessione, chiudendo il citolemma delle cellule adiacenti. Le giunzioni intercellulari forniscono la trasmissione di segnali chimici ed elettrici da una cellula all'altra, partecipano alle relazioni
cellule. Esistono giunzioni intercellulari sinaptiche semplici, dense, a fessura. Le giunzioni semplici si formano quando i citolemmi di due cellule adiacenti sono semplicemente in contatto, adiacenti l'una all'altra. In luoghi di dense connessioni intercellulari, il citolemma di due cellule è il più vicino possibile, si fonde in alcuni punti, formando, per così dire, un'unica membrana. Nelle giunzioni simili a gap (nessi), tra i due citolemmi c'è uno spazio molto stretto (2-3 nm). Le connessioni sinaptiche (sinapsi) sono caratteristiche per i contatti delle cellule nervose tra loro, quando un segnale (impulso nervoso) può essere trasmesso da una cellula nervosa a un'altra cellula nervosa in una sola direzione.
In termini di funzione, le giunzioni intercellulari possono essere raggruppate in tre gruppi. Si tratta di connessioni bloccate, allegati e contatti di comunicazione. Le connessioni di bloccaggio collegano le cellule molto strettamente, rendendo impossibile anche il passaggio di piccole molecole attraverso di esse. Le giunzioni di attacco collegano meccanicamente le cellule alle cellule vicine o alle strutture extracellulari. I contatti di comunicazione delle cellule tra loro forniscono la trasmissione di segnali chimici ed elettrici. I principali tipi di contatti di comunicazione sono giunzioni gap, sinapsi.
- Di quali composti chimici (molecole) è costituito il citolemma? Come sono disposte le molecole di questi composti nella membrana?
- Dove si trovano le proteine di membrana, che ruolo svolgono nelle funzioni del citolemma?
- Nominare e descrivere i tipi di trasporto delle sostanze attraverso la membrana.
- In che modo il trasporto attivo delle sostanze attraverso le membrane differisce dal trasporto passivo?
- Che cosa sono l'endocitosi e l'esocitosi? In cosa differiscono l'uno dall'altro?
- Quali tipi di contatti (connessioni) di cellule tra loro conosci?
Lo ialoplasma (dal greco hyalmos - trasparente) è un complesso sistema colloidale che riempie lo spazio tra gli organelli cellulari. Le proteine sono sintetizzate nello ialoplasma, contiene l'approvvigionamento energetico della cellula. L'ialoplasma combina varie strutture cellulari e fornisce
chivaet la loro interazione chimica, forma una matrice - l'ambiente interno della cellula. All'esterno, lo ialoplasma è ricoperto da una membrana cellulare: il citolemma. La composizione dell'ialoplasma comprende acqua (fino al 90%). Nello ialoplasma vengono sintetizzate le proteine necessarie per la vita e il funzionamento della cellula. Contiene riserve energetiche sotto forma di molecole di ATP, inclusioni di grasso, si deposita il glicogeno. Nell'ialoplasma ci sono strutture di uso generale - organelli presenti in tutte le cellule e formazioni non permanenti - inclusioni citoplasmatiche. Gli organelli comprendono il reticolo endoplasmatico granulare e non granulare, l'apparato reticolare interno (complesso del Golgi), il centro cellulare (citocentro), i ribosomi, i lisosomi. Le inclusioni includono glicogeno, proteine, grassi, vitamine, pigmenti e altre sostanze.
Gli organelli sono strutture cellulari che svolgono determinate funzioni vitali. Esistono organelli membranosi e non membranosi. Gli organelli di membrana sono sezioni chiuse singole o interconnesse del citoplasma, separate dallo ialoplasma da membrane. Gli organelli di membrana comprendono il reticolo endoplasmatico, l'apparato reticolare interno (complesso del Golgi), i mitocondri, i lisosomi e i perossisomi.
Il reticolo endoplasmatico è formato da gruppi di cisterne, vescicole o tubuli, le cui pareti sono costituite da una membrana spessa 6-7 nm. La totalità di queste strutture assomiglia ad una rete. Il reticolo endoplasmatico ha una struttura eterogenea. Esistono due tipi di reticolo endoplasmatico: granulare e non granulare (liscio).
Nel reticolo endoplasmatico granulare, sui tubuli della membrana, ci sono molti piccoli corpi rotondi: i ribosomi. Le membrane del reticolo endoplasmatico non granulare non presentano ribosomi sulla loro superficie. La funzione principale del reticolo endoplasmatico granulare è la partecipazione alla sintesi proteica. Lipidi e polisaccaridi sono sintetizzati sulle membrane del reticolo endoplasmatico non granulare.
L'apparato reticolare interno (complesso del Golgi) è solitamente situato vicino al nucleo cellulare. È costituito da cisterne appiattite circondate da una membrana. In prossimità dei gruppi di cisterne sono presenti numerose piccole bollicine. Il complesso del Golgi è coinvolto nell'accumulo dei prodotti sintetizzati nel reticolo endoplasmatico e nella rimozione delle sostanze risultanti all'esterno della cellula. Inoltre, il complesso del Golgi garantisce la formazione di lisosomi e perossimi cellulari.
I lisosomi sono sacche di membrana sferiche (0,2-0,4 µm di diametro) piene di sostanze chimiche attive.
enzimi idrolitici (idrolasi) che scompongono proteine, carboidrati, grassi e acidi nucleici. I lisosomi sono strutture che effettuano la digestione intracellulare dei biopolimeri.
I perossisomi sono piccoli vacuoli di forma ovale di 0,3–1,5 µm contenenti l'enzima catalasi, che distrugge il perossido di idrogeno, che si forma a seguito della deaminazione ossidativa degli amminoacidi.
I mitocondri sono le centrali elettriche della cellula. Si tratta di organelli ovoidali o sferici con un diametro di circa 0,5 micron e una lunghezza di 1 - 10 micron. I mitocondri, a differenza degli altri organelli, sono limitati non da una, ma da due membrane. La membrana esterna ha contorni uniformi e separa il mitocondrio dallo ialoplasma. La membrana interna limita il contenuto dei mitocondri, la sua matrice a grana fine, e forma numerose pieghe - creste (creste). La funzione principale dei mitocondri è l'ossidazione dei composti organici e l'utilizzo dell'energia rilasciata per la sintesi dell'ATP. La sintesi dell'ATP avviene con il consumo di ossigeno e avviene sulle membrane dei mitocondri, sulle membrane delle loro creste. L'energia rilasciata viene utilizzata per fosforilare le molecole di ADP (acido adenosina difosforico) e convertirle in ATP.
Gli organelli non di membrana della cellula comprendono l'apparato di supporto della cellula, inclusi microfilamenti, microtubuli e filamenti intermedi, il centro cellulare e i ribosomi.
L'apparato di supporto, o il citoscheletro della cellula, fornisce alla cellula la capacità di mantenere una certa forma e di eseguire movimenti diretti. Il citoscheletro è formato da filamenti proteici che permeano l'intero citoplasma della cellula, riempiendo lo spazio tra il nucleo e il citolemma.
I microfilamenti sono anche filamenti proteici spessi 5-7 nm, localizzati principalmente nelle sezioni periferiche del citoplasma. La struttura dei microfilamenti comprende proteine contrattili: actina, miosina, tropomiosina. I microfilamenti più spessi, circa 10 nm, sono chiamati filamenti intermedi o microfibrille. I filamenti intermedi sono disposti in fasci, in celle diverse hanno una composizione diversa. Nelle cellule muscolari sono costruiti dalla proteina demin, nelle cellule epiteliali dalle proteine della cheratina, nelle cellule nervose sono costruiti da proteine che formano neurofibrille.
I microtubuli sono cilindri cavi di circa 24 nm di diametro, composti dalla proteina tubulina. Sono i principali elementi strutturali e funzionali del
nichek e flagelli, la cui base sono escrescenze del citoplasma. La funzione principale di questi organelli è il supporto. I microtubuli forniscono la mobilità delle cellule stesse, così come il movimento delle ciglia e dei flagelli, che sono escrescenze di alcune cellule (epitelio delle vie respiratorie e altri organi). I microtubuli fanno parte del centro della cellula.
Il centro della cellula (citocentro) è un insieme di centrioli e della sostanza densa che li circonda: il centrosfera. Il centro della cellula si trova vicino al nucleo della cellula. I centrioli sono cilindri cavi con un diametro di circa
- 25 µm e fino a 0,5 µm di lunghezza. Le pareti dei centrioli sono costituite da microtubuli, che formano 9 triplette (microtubuli tripli - 9x3).
I ribosomi sono granuli di dimensioni pari a 15-35 nm. Sono composti da proteine e molecole di RNA in rapporti di peso approssimativamente uguali. I ribosomi si trovano liberamente nel citoplasma o sono fissati sulle membrane del reticolo endoplasmatico granulare. I ribosomi sono coinvolti nella sintesi delle molecole proteiche. Organizzano gli amminoacidi in catene in stretta conformità con l'informazione genetica contenuta nel DNA. Insieme ai singoli ribosomi, le cellule hanno gruppi di ribosomi che formano polisomi, poliribosomi.
Le inclusioni del citoplasma sono componenti opzionali della cellula. Appaiono e scompaiono a seconda dello stato funzionale della cellula. La sede principale delle inclusioni è il citoplasma. In esso le inclusioni si accumulano sotto forma di gocce, granuli, cristalli. Ci sono inclusioni trofiche, secretorie e pigmentate. Le inclusioni trofiche includono granuli di glicogeno nelle cellule del fegato, granuli proteici nelle uova, goccioline di grasso nelle cellule adipose, ecc. Servono come riserve di nutrienti che la cellula accumula. Le inclusioni secretorie si formano nelle cellule dell'epitelio ghiandolare nel corso della loro attività vitale. Le inclusioni contengono sostanze biologicamente attive accumulate sotto forma di granuli secretori. inclusioni di pigmenti
possono essere di origine endogena (se si formano nel corpo stesso - emoglobina, lipofuscina, melanina) o esogena (coloranti, ecc.).
Domande per la ripetizione e l'autocontrollo:
- Assegna un nome ai principali elementi strutturali della cella.
- Quali proprietà ha una cellula come unità elementare della vita?
- Cosa sono gli organelli cellulari? Parlaci della classificazione degli organelli.
- Quali organelli sono coinvolti nella sintesi e nel trasporto delle sostanze nella cellula?
- Raccontaci la struttura e il significato funzionale del complesso del Golgi.
- Descrivere la struttura e le funzioni dei mitocondri.
- Assegna un nome agli organelli cellulari non di membrana.
- Definire le inclusioni. Dare esempi.
Il nucleo è solitamente di forma sferica o ovoidale. Alcune cellule (ad esempio i leucociti) sono caratterizzate da un nucleo a forma di fagiolo, bastoncino o segmentato. Il nucleo di una cellula che non si divide (interfase) è costituito da una membrana, nucleoplasma (carioplasma), cromatina e nucleolo.
La membrana nucleare (karyoteka) separa il contenuto del nucleo dal citoplasma della cellula e regola il trasporto delle sostanze tra il nucleo e il citoplasma. La carioteca è costituita da membrane esterne ed interne separate da uno stretto spazio perinucleare. La membrana nucleare esterna è in diretto contatto con il citoplasma della cellula, con le membrane delle cisterne del reticolo endoplasmatico. Numerosi ribosomi si trovano sulla superficie della membrana nucleare rivolta verso il citoplasma. La membrana nucleare ha pori nucleari chiusi da un diaframma complesso formato da granuli proteici interconnessi. Il metabolismo avviene attraverso i pori nucleari
tra il nucleo e il citoplasma della cellula. Le molecole di acido ribonucleico (RNA) e le subunità dei ribosomi escono dal nucleo nel citoplasma e le proteine e i nucleotidi entrano nel nucleo.
Sotto la membrana nucleare si trovano un nucleoplasma omogeneo (carioplasma) e il nucleolo. Nel nucleoplasma del nucleo non diviso, nella sua matrice proteica nucleare, sono presenti granuli (grumi) della cosiddetta eterocromatina. Le aree di cromatina più sciolta situate tra i granuli sono chiamate eucromatina. La cromatina sciolta è chiamata cromatina decondensata; in essa i processi sintetici procedono più intensamente. Durante la divisione cellulare, la cromatina si addensa, si condensa e forma i cromosomi.
La cromatina del nucleo non in divisione e i cromosomi del nucleo in divisione hanno la stessa composizione chimica. Sia la cromatina che i cromosomi sono costituiti da molecole di DNA associate a RNA e proteine (istoni e non istoni). Ogni molecola di DNA è costituita da due lunghe catene polinucleotidiche destrorse (doppia elica). Ogni nucleotide è costituito da una base azotata, uno zucchero e un residuo di acido fosforico. Inoltre, la base si trova all'interno della doppia elica e lo scheletro zucchero-fosfato è all'esterno.
Le informazioni ereditarie nelle molecole di DNA sono scritte in una sequenza lineare della posizione dei suoi nucleotidi. La particella elementare dell’ereditarietà è il gene. Un gene è una sezione del DNA che ha una sequenza specifica di nucleotidi responsabili della sintesi di una particolare proteina specifica.
Le molecole di DNA nel cromosoma del nucleo in divisione sono compattate. Pertanto, una molecola di DNA contenente 1 milione di nucleotidi nella loro disposizione lineare ha una lunghezza di 0,34 mm. La lunghezza di un cromosoma umano in forma allungata è di circa 5 cm, le molecole di DNA associate alle proteine istoniche formano nucleosomi, che sono le unità strutturali della cromatina. I nucleosomi sembrano perle con un diametro di 10 nm. Ogni nucleosoma è costituito da istoni, attorno ai quali è attorcigliato un segmento di DNA di 146 bp. Tra i nucleosomi ci sono sezioni lineari di DNA, costituite da 60 paia di nucleotidi. La cromatina è rappresentata da fibrille, che formano anse lunghe circa 0,4 μm, contenenti da 20.000 a 300.000 paia di basi.
Come risultato della compattazione (condensazione) e della torsione (superavvolgimento) delle desossiribonucleoproteine (DNP) nel nucleo in divisione, i cromosomi sono formazioni allungate a forma di bastoncino con due bracci separati come segue.
chiamato costrizione - centromero. A seconda della posizione del centromero e della lunghezza delle braccia (gambe), si distinguono tre tipi di cromosomi: metacentrici, che hanno approssimativamente le stesse braccia, submetacentrici, in cui la lunghezza delle braccia (gambe) è diversa, così come cromosomi acrocentrici, in cui un braccio è lungo e l'altro è molto corto, appena percettibile.
La superficie dei cromosomi è ricoperta da varie molecole, principalmente ribonucleoprogeidi (RNP). Le cellule somatiche hanno due copie di ciascun cromosoma. Si chiamano cromosomi omologhi, sono uguali per lunghezza, forma, struttura, portano gli stessi geni che si trovano nello stesso modo. Le caratteristiche strutturali, il numero e la dimensione dei cromosomi sono chiamati cariotipo. Il cariotipo umano normale comprende 22 paia di cromosomi somatici (autosomi) e una coppia di cromosomi sessuali (XX o XY). Le cellule somatiche umane (diploidi) hanno un numero doppio di cromosomi - 46. Le cellule sessuali contengono un set aploide (singolo) - 23 cromosomi. Pertanto, il DNA nelle cellule germinali è due volte inferiore rispetto alle cellule somatiche diploidi.
Il nucleolo, uno o più, è presente in tutte le cellule che non si dividono. Ha la forma di un corpo arrotondato intensamente colorato, la cui dimensione è proporzionale all'intensità della sintesi proteica. Il nucleolo è costituito da un nucleolonema denso di elettroni (dal greco neman - filo), in cui si distinguono parti filamentose (fibrillari) e granulari. La parte filamentosa è costituita da numerosi filamenti di RNA intrecciati di circa 5 nm di spessore. La parte granulare (granulare) è formata da grani con un diametro di circa 15 nm, che sono particelle di ribonucleoproteine, precursori delle subunità ribosomiali. I ribosomi si formano nel nucleolo.
La composizione chimica della cellula. Tutte le cellule del corpo umano sono simili nella composizione chimica, includono sia sostanze inorganiche che organiche.
sostanze inorganiche. Nella composizione della cellula si trovano più di 80 elementi chimici. Allo stesso tempo, sei di essi: carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo rappresentano circa il 99% della massa cellulare totale. Gli elementi chimici si trovano nella cellula sotto forma di vari composti.
Il primo posto tra le sostanze della cellula è occupato dall'acqua. Costituisce circa il 70% della massa della cellula. La maggior parte delle reazioni che avvengono in una cellula possono avvenire solo in un mezzo acquoso. Molte sostanze entrano nella cellula in una soluzione acquosa. Anche i prodotti metabolici vengono rimossi dalla cellula in una soluzione acquosa. Grazie a
grazie alla presenza di acqua la cellula mantiene volume ed elasticità. Le sostanze inorganiche della cellula, oltre all'acqua, includono i sali. Per i processi vitali della cellula, i cationi più importanti sono K +, Na +, Mg2 +, Ca2 +, nonché anioni - H2PO ~, C1, HCO. "La concentrazione di cationi e anioni all'interno e all'esterno della cellula è diverso. Quindi all'interno della cellula c'è sempre una concentrazione piuttosto elevata di ioni potassio e una bassa concentrazione di ioni sodio. Al contrario, nell'ambiente che circonda la cellula, nel fluido tessutale, sono presenti meno ioni potassio e più ioni sodio. In una cellula vivente, queste differenze nelle concentrazioni di ioni potassio e sodio tra l'ambiente intracellulare ed extracellulare rimangono costanti.
materia organica. Quasi tutte le molecole cellulari sono composti di carbonio. A causa della presenza di quattro elettroni nel guscio esterno, un atomo di carbonio può formare quattro forti legami covalenti con altri atomi, creando molecole grandi e complesse. Altri atomi ampiamente distribuiti nella cellula e con cui gli atomi di carbonio si combinano facilmente sono gli atomi di idrogeno, azoto e ossigeno. Loro, come il carbonio, sono di piccole dimensioni e capaci di formare legami covalenti molto forti.
La maggior parte dei composti organici forma molecole di grandi dimensioni, chiamate macromolecole (dal greco makros - grande). Tali molecole sono costituite da strutture ripetitive simili nella struttura e composti interconnessi - monomeri (greco monos - uno). Una macromolecola formata da monomeri è chiamata polimero (dal greco poli - molti).
Le proteine costituiscono la maggior parte del citoplasma e del nucleo della cellula. Tutte le proteine sono costituite da atomi di idrogeno, ossigeno e azoto. Molte proteine contengono anche atomi di zolfo e fosforo. Ogni molecola proteica è composta da migliaia di atomi. Esiste un numero enorme di proteine diverse costituite da aminoacidi.
Più di 170 aminoacidi si trovano nelle cellule e nei tessuti di animali e piante. Ogni amminoacido ha un gruppo carbossilico (COOH) con proprietà acide e un gruppo amminico (-NH2) con proprietà basiche. Le regioni molecolari non occupate da gruppi carbossilici e amminici sono chiamate radicali (R). Nel caso più semplice il radicale è costituito da un singolo atomo di idrogeno, mentre negli amminoacidi più complessi può trattarsi di una struttura complessa costituita da molti atomi di carbonio.
Tra gli aminoacidi più importanti ci sono l'alanina, gli acidi glutammico e aspartico, la prolina, la leucina, la cisteina. I legami degli amminoacidi tra loro sono chiamati legami peptidici. I composti risultanti di aminoacidi sono chiamati peptidi. Un peptide formato da due amminoacidi è chiamato dipeptide,
di tre amminoacidi - un tripeptide, di molti amminoacidi - un polipeptide. La maggior parte delle proteine contiene 300-500 aminoacidi. Esistono anche molecole proteiche più grandi, costituite da 1500 o più aminoacidi. Le proteine differiscono per composizione, numero e sequenza degli aminoacidi nella catena polipeptidica. È la sequenza di alternanza degli aminoacidi che è di fondamentale importanza nella diversità esistente delle proteine. Molte molecole proteiche sono lunghe e hanno grandi pesi molecolari. Quindi, il peso molecolare dell'insulina è 5700, l'emoglobina è 65.000 e il peso molecolare dell'acqua è solo 18.
Le catene polipeptidiche delle proteine non sono sempre allungate. Al contrario, possono essere attorcigliati, piegati o arrotolati in svariati modi. Una varietà di proprietà fisiche e chimiche delle proteine fornisce le caratteristiche delle funzioni che svolgono: costruzione, motore, trasporto, protezione, energia.
Anche i carboidrati che compongono le cellule sono sostanze organiche. I carboidrati sono composti da atomi di carbonio, ossigeno e idrogeno. Distinguere tra carboidrati semplici e complessi. I carboidrati semplici sono chiamati monosaccaridi. I carboidrati complessi sono polimeri in cui i monosaccaridi svolgono il ruolo di monomeri. Due monomeri formano un disaccaride, tre un trisaccaride e molti polisaccaridi. Tutti i monosaccaridi sono sostanze incolori, facilmente solubili in acqua. I monosaccaridi più comuni in una cellula animale sono glucosio, ribosio e desossiribosio.
Il glucosio è la fonte primaria di energia per la cellula. Quando si divide, si trasforma in monossido di carbonio e acqua (CO2 + + H20). Durante questa reazione viene rilasciata energia (quando 1 g di glucosio viene scomposto, vengono rilasciati 17,6 kJ di energia). Ribosio e desossiribosio sono componenti degli acidi nucleici e dell'ATP.
I lipidi sono costituiti dagli stessi elementi chimici dei carboidrati: carbonio, idrogeno e ossigeno. I lipidi non si dissolvono in acqua. I lipidi più comuni e conosciuti sono i grassi dell’ego, che sono una fonte di energia. La scomposizione dei grassi rilascia il doppio dell’energia rispetto alla scomposizione dei carboidrati. I lipidi sono idrofobi e quindi fanno parte delle membrane cellulari.
Le cellule sono composte da acidi nucleici: DNA e RNA. Il nome "acidi nucleici" deriva dalla parola latina "nucleo", quelli. nucleo dove furono scoperti per la prima volta. Gli acidi nucleici sono nucleotidi collegati in serie tra loro. Il nucleotide è una sostanza chimica
un composto costituito da una molecola di zucchero e una molecola di base organica. Le basi organiche reagiscono con gli acidi per formare sali.
Ogni molecola di DNA è costituita da due filamenti avvolti a spirale l'uno attorno all'altro. Ogni catena è un polimero i cui monomeri sono nucleotidi. Ogni nucleotide contiene una delle quattro basi: adenina, citosina, guanina o timina. Quando si forma una doppia elica, le basi azotate di un filamento "si uniscono" con le basi azotate dell'altro. Le basi si avvicinano così tanto che tra di loro si formano legami idrogeno. Esiste un'importante regolarità nella disposizione dei nucleotidi di collegamento, vale a dire: contro l'adenina (A) di una catena c'è sempre la timina (T) dell'altra catena, e contro la guanina (G) di una catena c'è sempre la citosina (C). In ciascuna di queste combinazioni, entrambi i nucleotidi sembrano completarsi a vicenda. La parola "addizione" in latino significa "complemento". Pertanto, è consuetudine dire che la guanina è complementare alla citosina e la timina è complementare all'adenina. Pertanto, se l'ordine dei nucleotidi in una catena è noto, il principio complementare determina immediatamente l'ordine dei nucleotidi nell'altra catena.
Nelle catene di DNA polinucleotidico, ogni tre nucleotidi consecutivi formano una tripletta (un insieme di tre componenti). Ogni tripletta non è solo un gruppo casuale di tre nucleotidi, ma un codageno (in greco, codageno è un sito che forma un codone). Ogni codone codifica (crittografa) solo un amminoacido. La sequenza dei codogeni contiene informazioni primarie (registrate) sulla sequenza degli aminoacidi nelle proteine. Il DNA ha una proprietà unica: la capacità di duplicarsi, che nessun'altra molecola conosciuta ha.
Anche la molecola di RNA è un polimero. I suoi monomeri sono nucleotidi. L'RNA è una molecola a filamento singolo. Questa molecola è costruita allo stesso modo di uno dei filamenti del DNA. Nell'acido ribonucleico, così come nel DNA, ci sono triplette, combinazioni di tre nucleotidi o unità di informazione. Ciascuna tripletta controlla l'incorporazione di un amminoacido molto specifico nella proteina. L'ordine di alternanza degli amminoacidi in costruzione è determinato dalla sequenza delle triplette di RNA. L'informazione contenuta nell'RNA è l'informazione ricevuta dal DNA. Il noto principio di complementarità è alla base del trasferimento delle informazioni.
Ogni tripletta di DNA ha una tripletta di RNA complementare. Una tripletta di RNA è chiamata codone. La sequenza dei codoni contiene informazioni sulla sequenza degli aminoacidi nelle proteine. Questa informazione viene copiata dall'informazione registrata nella sequenza dei cogeni nella molecola del DNA.
A differenza del DNA, il cui contenuto è relativamente costante nelle cellule di specifici organismi, il contenuto dell'RNA fluttua e dipende dai processi sintetici nella cellula.
In base alle funzioni svolte si distinguono diversi tipi di acido ribonucleico. L'RNA di trasferimento (tRNA) si trova principalmente nel citoplasma della cellula. L'RNA ribosomiale (rRNA) è una parte essenziale della struttura dei ribosomi. L'RNA messaggero (mRNA), o RNA messaggero (mRNA), è contenuto nel nucleo e nel citoplasma della cellula e trasporta informazioni sulla struttura della proteina dal DNA al sito di sintesi proteica nei ribosomi. Tutti i tipi di RNA sono sintetizzati sul DNA, che funge da sorta di matrice.
L'adenosina trifosfato (ATP) si trova in ogni cellula. Chimicamente l’ATP è un nucleotide. Esso e ciascun nucleotide contengono una molecola di base organica (adenina), una molecola di carboidrati (ribosio) e tre molecole di acido fosforico. L'ATP differisce significativamente dai nucleotidi convenzionali poiché non ha una, ma tre molecole di acido fosforico.
L'acido adenosina monofosforico (AMP) è un costituente di tutti gli RNA. Con l'aggiunta di altre due molecole di acido fosforico (H3PO4), si trasforma in ATP e diventa una fonte di energia. È la connessione tra il secondo e il terzo
Cellulaè l’unità base della vita sulla Terra. Ha tutte le caratteristiche di un organismo vivente: cresce, si riproduce, scambia sostanze ed energia con l'ambiente e reagisce agli stimoli esterni. L'inizio dell'evoluzione biologica è associato alla comparsa di forme di vita cellulare sulla Terra. Gli organismi unicellulari sono cellule che esistono separatamente l'una dall'altra. Il corpo di tutti gli organismi multicellulari - animali e piante - è costituito da più o meno cellule, che sono una sorta di elementi costitutivi che compongono un organismo complesso. Indipendentemente dal fatto che la cellula sia un sistema vivente integrale, un organismo separato o solo una parte di esso, è dotata di un insieme di caratteristiche e proprietà comuni a tutte le cellule.
La composizione chimica della cellula
Nelle cellule sono stati trovati circa 60 elementi del sistema periodico di Mendeleev, che si trovano anche nella natura inanimata. Questa è una delle prove della comunanza della natura animata e inanimata. Più comune negli organismi viventi idrogeno, ossigeno, carbonio E azoto, che costituiscono circa il 98% della massa cellulare. Ciò è dovuto alle peculiarità delle proprietà chimiche di idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto, per cui si sono rivelati i più adatti per la formazione di molecole che svolgono funzioni biologiche. Questi quattro elementi sono in grado di formare legami covalenti molto forti attraverso l'accoppiamento di elettroni appartenenti a due atomi. Gli atomi di carbonio legati in modo covalente possono formare la spina dorsale di innumerevoli molecole organiche diverse. Poiché gli atomi di carbonio formano facilmente legami covalenti con ossigeno, idrogeno, azoto e anche con zolfo, le molecole organiche raggiungono una complessità e una varietà di struttura eccezionali.
Oltre ai quattro elementi principali, la cellula contiene in quantità notevoli (10a e 100a frazione percentuale) ferro, potassio, sodio, calcio, magnesio, cloro, fosforo E zolfo. Tutti gli altri elementi ( zinco, rame, iodio, fluoro, cobalto, manganese ecc.) si trovano nella cellula in quantità molto piccole e per questo vengono chiamati oligoelementi.
Gli elementi chimici fanno parte dei composti inorganici e organici. I composti inorganici includono acqua, sali minerali, anidride carbonica, acidi e basi. I composti organici sono scoiattoli, acidi nucleici, carboidrati, grassi(lipidi) e lipidi.
Alcune proteine contengono zolfo. Una parte integrante degli acidi nucleici è fosforo. La molecola di emoglobina contiene ferro, magnesio partecipa alla costruzione della molecola clorofilla. Gli oligoelementi, nonostante il loro contenuto estremamente basso negli organismi viventi, svolgono un ruolo importante nei processi vitali. Iodio parte dell'ormone tiroideo - tiroxina, cobalto- nella composizione della vitamina B 12 contiene l'ormone della parte delle isole del pancreas - l'insulina zinco. In alcuni pesci, il posto del ferro nelle molecole dei pigmenti che trasportano ossigeno è occupato dal rame.
sostanze inorganiche
Acqua
L'H 2 O è il composto più comune negli organismi viventi. Il suo contenuto in diverse cellule varia in un intervallo abbastanza ampio: dal 10% nello smalto dei denti al 98% nel corpo di una medusa, ma in media rappresenta circa l'80% del peso corporeo. Il ruolo eccezionalmente importante dell'acqua nel garantire i processi vitali è dovuto alle sue proprietà fisico-chimiche. La polarità delle molecole e la capacità di formare legami idrogeno rendono l'acqua un buon solvente per un numero enorme di sostanze. La maggior parte delle reazioni chimiche che avvengono in una cellula possono avvenire solo in una soluzione acquosa. L'acqua è coinvolta anche in molte trasformazioni chimiche.
Il numero totale di legami idrogeno tra le molecole d'acqua varia a seconda di t °. A t ° lo scioglimento del ghiaccio distrugge circa il 15% dei legami idrogeno, a t ° 40 ° C - la metà. Durante il passaggio allo stato gassoso, tutti i legami idrogeno vengono distrutti. Ciò spiega l’elevata capacità termica specifica dell’acqua. Quando cambia la t° dell'ambiente esterno, l'acqua assorbe o cede calore a causa della rottura o della nuova formazione di legami idrogeno. In questo modo le fluttuazioni di t° all'interno della cellula risultano minori che nell'ambiente. L'elevato calore di evaporazione è alla base dell'efficiente meccanismo di trasferimento del calore nelle piante e negli animali.
L'acqua come solvente partecipa al fenomeno dell'osmosi, che svolge un ruolo importante nell'attività vitale delle cellule dell'organismo. L'osmosi si riferisce alla penetrazione di molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile in una soluzione di una sostanza. Le membrane semipermeabili sono membrane che consentono il passaggio delle molecole del solvente, ma non delle molecole (o ioni) del soluto. Pertanto l'osmosi è la diffusione unidirezionale delle molecole d'acqua nella direzione della soluzione.
sali minerali
La maggior parte degli elementi inorganici presenti nelle cellule si presenta sotto forma di sali allo stato dissociato o solido. La concentrazione di cationi e anioni nella cellula e nel suo ambiente non è la stessa. La cella contiene parecchio K e molto Na. Nell'ambiente extracellulare, ad esempio, nel plasma sanguigno, nell'acqua di mare, al contrario, c'è molto sodio e poco potassio. L'irritabilità cellulare dipende dal rapporto tra le concentrazioni di ioni Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+. Nei tessuti degli animali multicellulari, il K fa parte di una sostanza multicellulare che garantisce la coesione delle cellule e la loro disposizione ordinata. La pressione osmotica nella cellula e le sue proprietà tampone dipendono in gran parte dalla concentrazione di sali. Il buffering è la capacità di una cellula di mantenere una reazione leggermente alcalina del suo contenuto a un livello costante. Il buffering all'interno della cella è fornito principalmente dagli ioni H 2 PO 4 e HPO 4 2-. Nei fluidi extracellulari e nel sangue, H 2 CO 3 e HCO 3 svolgono il ruolo di tampone. Gli anioni legano ioni H e ioni idrossido (OH -), grazie ai quali la reazione dei fluidi extracellulari all'interno della cellula praticamente non cambia. I sali minerali insolubili (ad esempio il fosfato di Ca) forniscono forza al tessuto osseo dei vertebrati e ai gusci dei molluschi.
La materia organica della cellula
Scoiattoli
Tra le sostanze organiche della cellula le proteine sono al primo posto sia in quantità (10–12% della massa cellulare totale) che in valore. Le proteine sono polimeri ad alto peso molecolare (con un peso molecolare compreso tra 6.000 e 1 milione o più) i cui monomeri sono amminoacidi. Gli organismi viventi utilizzano 20 aminoacidi, sebbene ce ne siano molti di più. La composizione di qualsiasi amminoacido comprende un gruppo amminico (-NH 2), che ha proprietà basiche, e un gruppo carbossilico (-COOH), che ha proprietà acide. Due amminoacidi vengono combinati in un'unica molecola stabilendo un legame HN-CO con il rilascio di una molecola d'acqua. Il legame tra il gruppo amminico di un amminoacido e il gruppo carbossilico di un altro è chiamato legame peptidico. Le proteine sono polipeptidi contenenti decine o centinaia di aminoacidi. Le molecole di varie proteine differiscono l'una dall'altra per peso molecolare, numero, composizione degli amminoacidi e loro sequenza nella catena polipeptidica. È chiaro, quindi, che le proteine presentano una grande diversità, il loro numero in tutti i tipi di organismi viventi è stimato a 10 10 - 10 12.
Una catena di unità aminoacidiche collegate da legami peptidici covalenti in una determinata sequenza è chiamata struttura primaria di una proteina. Nelle cellule, le proteine hanno la forma di fibre o palline (globuli) attorcigliate elicoidalmente. Ciò è spiegato dal fatto che in una proteina naturale la catena polipeptidica è piegata in modo rigorosamente definito, a seconda della struttura chimica degli amminoacidi che la compongono.
Innanzitutto, la catena polipeptidica si avvolge formando un'elica. L'attrazione nasce tra gli atomi delle spire adiacenti e si formano legami idrogeno, in particolare, tra i gruppi NH e CO situati sulle spire adiacenti. Una catena di amminoacidi, attorcigliata a forma di spirale, forma la struttura secondaria di una proteina. Come risultato dell'ulteriore ripiegamento dell'elica, si forma una configurazione specifica per ciascuna proteina, chiamata struttura terziaria. La struttura terziaria è dovuta all'azione di forze di adesione tra i radicali idrofobici presenti in alcuni amminoacidi e di legami covalenti tra i gruppi SH dell'amminoacido cisteina (legami S-S). Il numero di aminoacidi radicali idrofobici e cisteina, nonché l'ordine della loro disposizione nella catena polipeptidica, è specifico per ciascuna proteina. Di conseguenza, le caratteristiche della struttura terziaria di una proteina sono determinate dalla sua struttura primaria. La proteina mostra attività biologica solo sotto forma di struttura terziaria. Pertanto, la sostituzione anche di un solo amminoacido nella catena polipeptidica può portare ad un cambiamento nella configurazione della proteina e ad una diminuzione o perdita della sua attività biologica.
In alcuni casi, le molecole proteiche si combinano tra loro e possono svolgere la loro funzione solo sotto forma di complessi. Quindi l'emoglobina è un complesso di quattro molecole e solo in questa forma è in grado di legarsi e trasportare ossigeno, tali aggregati rappresentano la struttura quaternaria della proteina. Secondo la loro composizione, le proteine si dividono in due classi principali: semplici e complesse. Le proteine semplici sono costituite solo da aminoacidi, acidi nucleici (nucleotidi), lipidi (lipoproteine), Me (proteine metalliche), P (fosfoproteine).
Le funzioni delle proteine nella cellula sono estremamente diverse. Una delle più importanti è la funzione di costruzione: le proteine sono coinvolte nella formazione di tutte le membrane cellulari e degli organelli cellulari, nonché delle strutture intracellulari. Di eccezionale importanza è il ruolo enzimatico (catalitico) delle proteine. Gli enzimi accelerano le reazioni chimiche che avvengono nella cellula di 10 ki e 100 milioni di volte. La funzione motoria è fornita da speciali proteine contrattili. Queste proteine sono coinvolte in tutti i tipi di movimenti di cui sono capaci le cellule e gli organismi: tremolio delle ciglia e battito dei flagelli nei protozoi, contrazione muscolare negli animali, movimento delle foglie nelle piante, ecc. La funzione di trasporto delle proteine è quella di attaccare elementi chimici (ad esempio, l'emoglobina lega O) o sostanze biologicamente attive (ormoni) e trasferirle ai tessuti e agli organi del corpo. La funzione protettiva si esprime sotto forma di produzione di proteine speciali, chiamate anticorpi, in risposta alla penetrazione di proteine o cellule estranee nel corpo. Gli anticorpi legano e neutralizzano le sostanze estranee. Le proteine svolgono un ruolo importante come fonti di energia. Con frazionamento completo di 1g. le proteine vengono rilasciate 17,6 kJ (~ 4,2 kcal).
Carboidrati
I carboidrati, o saccaridi, sono sostanze organiche con la formula generale (CH 2 O) n. La maggior parte dei carboidrati ha il doppio del numero di atomi di H rispetto agli atomi di O, rispetto alle molecole d'acqua. Pertanto, queste sostanze erano chiamate carboidrati. In una cellula vivente, i carboidrati si trovano in quantità non superiori all'1-2, a volte al 5% (nel fegato, nei muscoli). Le cellule vegetali sono le più ricche di carboidrati, il cui contenuto in alcuni casi raggiunge il 90% della massa di sostanza secca (semi, tuberi di patata, ecc.).
I carboidrati sono semplici e complessi. I carboidrati semplici sono chiamati monosaccaridi. A seconda del numero di atomi di carboidrati nella molecola, i monosaccaridi sono chiamati triosi, tetrosi, pentosi o esosi. Dei sei monosaccaridi del carbonio, i più importanti sono gli esosi, il glucosio, il fruttosio e il galattosio. Il glucosio è contenuto nel sangue (0,1-0,12%). I pentosi ribosio e desossiribosio fanno parte degli acidi nucleici e dell'ATP. Se due monosaccaridi si combinano in una molecola, tale composto viene chiamato disaccaride. Lo zucchero alimentare, ottenuto dalla canna o dalla barbabietola da zucchero, è costituito da una molecola di glucosio e una molecola di fruttosio, zucchero del latte - da glucosio e galattosio.
I carboidrati complessi formati da molti monosaccaridi sono chiamati polisaccaridi. Il monomero di polisaccaridi come amido, glicogeno, cellulosa è glucosio. I carboidrati svolgono due funzioni principali: costruzione ed energia. La cellulosa costituisce le pareti delle cellule vegetali. Il complesso polisaccaride chitina è il principale componente strutturale dell'esoscheletro degli artropodi. La chitina svolge anche una funzione costruttiva nei funghi. I carboidrati svolgono il ruolo della principale fonte di energia nella cellula. Nel processo di ossidazione di 1 g di carboidrati vengono rilasciati 17,6 kJ (~ 4,2 kcal). L'amido nelle piante e il glicogeno negli animali sono immagazzinati nelle cellule e fungono da riserva energetica.
Acidi nucleici
Il valore degli acidi nucleici nella cellula è molto alto. Le peculiarità della loro struttura chimica offrono la possibilità di immagazzinare, trasferire e trasmettere informazioni sulla struttura delle molecole proteiche alle cellule figlie, che vengono sintetizzate in ciascun tessuto ad un certo stadio di sviluppo individuale. Poiché la maggior parte delle proprietà e delle caratteristiche delle cellule sono dovute alle proteine, è chiaro che la stabilità degli acidi nucleici è la condizione più importante per il normale funzionamento delle cellule e degli interi organismi. Qualsiasi cambiamento nella struttura delle cellule o nell'attività dei processi fisiologici in esse, influenzando così la vita. Lo studio della struttura degli acidi nucleici è estremamente importante per comprendere l'ereditarietà dei tratti negli organismi e i modelli di funzionamento sia delle singole cellule che dei sistemi cellulari: tessuti e organi.
Esistono 2 tipi di acidi nucleici: DNA e RNA. Il DNA è un polimero costituito da due eliche nucleotidiche, racchiuse in modo da formare una doppia elica. I monomeri delle molecole di DNA sono nucleotidi costituiti da una base azotata (adenina, timina, guanina o citosina), un carboidrato (desossiribosio) e un residuo di acido fosforico. Le basi azotate nella molecola del DNA sono interconnesse da un numero ineguale di legami H e sono disposte a coppie: l'adenina (A) è sempre contro la timina (T), la guanina (G) contro la citosina (C).
I nucleotidi sono collegati tra loro non in modo casuale, ma selettivamente. La capacità di interazione selettiva dell'adenina con la timina e della guanina con la citosina è chiamata complementarità. L'interazione complementare di alcuni nucleotidi è spiegata dalle peculiarità della disposizione spaziale degli atomi nelle loro molecole, che consentono loro di avvicinarsi l'uno all'altro e formare legami H. In una catena polinucleotidica, i nucleotidi adiacenti sono legati tra loro tramite uno zucchero (desossiribosio) e un residuo di acido fosforico. L'RNA, come il DNA, è un polimero i cui monomeri sono nucleotidi. Le basi azotate dei tre nucleotidi sono le stesse che compongono il DNA (A, G, C); il quarto - l'uracile (U) - è presente nella molecola dell'RNA al posto della timina. I nucleotidi dell'RNA differiscono dai nucleotidi del DNA nella struttura dei loro carboidrati (ribosio invece di desossiribosio).
In una catena di RNA, i nucleotidi sono uniti dalla formazione di legami covalenti tra il ribosio di un nucleotide e il residuo di acido fosforico di un altro. Gli RNA a due filamenti differiscono nella struttura. Gli RNA a doppio filamento sono i custodi delle informazioni genetiche in numerosi virus, ad es. svolgere le funzioni dei cromosomi. Gli RNA a filamento singolo effettuano il trasferimento di informazioni sulla struttura delle proteine dal cromosoma al sito della loro sintesi e partecipano alla sintesi proteica.
Esistono diversi tipi di RNA a filamento singolo. I loro nomi sono dovuti alla loro funzione o posizione nella cella. La maggior parte dell'RNA citoplasmatico (fino all'80-90%) è RNA ribosomiale (rRNA) contenuto nei ribosomi. Le molecole di rRNA sono relativamente piccole e sono costituite in media da 10 nucleotidi. Un altro tipo di RNA (mRNA) che trasporta informazioni sulla sequenza degli aminoacidi nelle proteine da sintetizzare nei ribosomi. La dimensione di questi RNA dipende dalla lunghezza del segmento di DNA da cui sono stati sintetizzati. Gli RNA di trasferimento svolgono diverse funzioni. Forniscono gli amminoacidi al sito di sintesi proteica, “riconoscono” (secondo il principio di complementarità) la tripletta e l'RNA corrispondente all'amminoacido trasferito ed eseguono l'esatto orientamento dell'amminoacido sul ribosoma.
Grassi e lipidi
I grassi sono composti di acidi grassi macromolecolari e dell'alcol trivalente glicerolo. I grassi non si sciolgono nell'acqua: sono idrofobi. Nella cellula sono sempre presenti altre sostanze complesse idrofobe simili ai grassi, chiamate lipidi. Una delle funzioni principali dei grassi è l’energia. Durante la scomposizione di 1 g di grasso in CO 2 e H 2 O, viene rilasciata una grande quantità di energia: 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). Il contenuto di grasso nella cellula varia dal 5 al 15% della massa di sostanza secca. Nelle cellule dei tessuti viventi, la quantità di grasso aumenta fino al 90%. La funzione principale dei grassi nel mondo animale (e in parte vegetale) è quella di immagazzinamento.
Con la completa ossidazione di 1 g di grasso (in anidride carbonica e acqua), vengono rilasciate circa 9 kcal di energia. (1 kcal \u003d 1000 cal; caloria (cal, cal) è un'unità fuori sistema della quantità di lavoro ed energia, pari alla quantità di calore richiesta per riscaldare 1 ml di acqua di 1 ° C a una pressione atmosferica standard di 101,325 kPa; 1 kcal \u003d 4,19 kJ) . Quando viene ossidato (nel corpo) 1 g di proteine o carboidrati, vengono rilasciate solo circa 4 kcal / g. In un'ampia varietà di organismi acquatici, dalle diatomee unicellulari agli squali giganti, il grasso "galleggerà", riducendo la densità corporea media. La densità dei grassi animali è di circa 0,91-0,95 g/cm³. La densità ossea dei vertebrati è vicina a 1,7-1,8 g/cm³ e la densità media della maggior parte degli altri tessuti è vicina a 1 g/cm³. È chiaro che è necessario molto grasso per "bilanciare" uno scheletro pesante.
Grassi e lipidi svolgono anche una funzione costruttiva: fanno parte delle membrane cellulari. A causa della scarsa conduttività termica, il grasso è in grado di svolgere una funzione protettiva. In alcuni animali (foche, balene), si deposita nel tessuto adiposo sottocutaneo, formando uno strato spesso fino a 1 metro.La formazione di alcuni lipidi precede la sintesi di numerosi ormoni. Di conseguenza queste sostanze hanno anche la funzione di regolare i processi metabolici.
La composizione chimica della cellula è strettamente correlata alle caratteristiche della struttura e del funzionamento di questa unità elementare e funzionale della vita. Come in termini morfologici, la più comune e universale per le cellule dei rappresentanti di tutti i regni è la composizione chimica del protoplasto. Quest'ultimo contiene circa l'80% di acqua, il 10% di materia organica e l'1% di sali. Il ruolo principale nella formazione del protoplasto tra questi sono, prima di tutto, proteine, acidi nucleici, lipidi e carboidrati.
Secondo la composizione degli elementi chimici, il protoplasto è estremamente complesso. Contiene sostanze sia con un piccolo peso molecolare che sostanze con una molecola grande. L'80% del peso del protoplasto è costituito da sostanze ad alto peso molecolare e solo il 30% da composti a basso peso molecolare. Allo stesso tempo, per ogni macromolecola ce ne sono centinaia e per ogni grande macromolecola ci sono migliaia e decine di migliaia di molecole.
La composizione di qualsiasi cella comprende più di 60 elementi della tavola periodica di Mendeleev.
In base alla frequenza con cui si verificano, gli elementi possono essere suddivisi in tre gruppi:
Le sostanze inorganiche hanno un basso peso molecolare, si trovano e sintetizzano sia in una cellula vivente che in natura inanimata. Nella cellula queste sostanze sono rappresentate principalmente da acqua e sali in essa disciolti.
L'acqua costituisce circa il 70% della cellula. Grazie alla sua particolare proprietà di polarizzazione molecolare, l'acqua svolge un ruolo enorme nella vita della cellula.
La molecola dell'acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno.
La struttura elettrochimica della molecola è tale che c'è un piccolo eccesso di carica negativa sull'ossigeno e una carica positiva sugli atomi di idrogeno, cioè una molecola d'acqua ha due parti che attraggono altre molecole d'acqua con parti caricate in modo opposto. Ciò porta ad un aumento del legame tra le molecole, che a sua volta determina lo stato liquido di aggregazione a temperature da 0 a 1000°C, nonostante il peso molecolare relativamente basso. Allo stesso tempo, le molecole d'acqua polarizzate forniscono una migliore solubilità dei sali.
Il ruolo dell'acqua nella cellula:
L'acqua è il mezzo della cellula, in essa avvengono tutte le reazioni biochimiche.
· L'acqua svolge una funzione di trasporto.
· L'acqua è un solvente di sostanze inorganiche e di alcune sostanze organiche.
· L'acqua stessa partecipa ad alcune reazioni (ad esempio la fotolisi dell'acqua).
I sali si trovano nella cellula, di regola, in forma disciolta, cioè sotto forma di anioni (ioni caricati negativamente) e cationi (ioni caricati positivamente).
Gli anioni cellulari più importanti sono idroskide (OH -), carbonato (CO 3 2-), bicarbonato (CO 3 -), fosfato (PO 4 3-), idrogeno fosfato (HPO 4 -), diidrogeno fosfato (H 2 PO 4 -). Il ruolo degli anioni è enorme. Il fosfato fornisce la formazione di legami macroergici (legami chimici ad alta energia). I carbonati forniscono le proprietà tampone del citoplasma. Il buffering è la capacità di mantenere costante l'acidità di una soluzione.
I cationi più importanti includono protone (H+), potassio (K+), sodio (Na+). Il protone è coinvolto in molte reazioni biochimiche e, con la sua concentrazione, determina una caratteristica così importante del citoplasma come la sua acidità. Gli ioni di potassio e sodio forniscono una proprietà così importante della membrana cellulare come la conduttività di un impulso elettrico.
La cellula è la struttura elementare in cui si svolgono tutte le principali fasi del metabolismo biologico e sono contenuti tutti i principali componenti chimici della materia vivente. L'80% del peso del protoplasto è costituito da sostanze macromolecolari: proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici, ATP. Le sostanze organiche della cellula sono rappresentate da vari polimeri biochimici, cioè molecole costituite da numerose ripetizioni di sezioni più semplici (monomeri) simili nella struttura.
2. Sostanze organiche, loro struttura e ruolo nella vita della cellula.
La biologia della cellula in termini generali è nota a tutti dal curriculum scolastico. Ti invitiamo a ricordare ciò che hai studiato una volta e a scoprire qualcosa di nuovo al riguardo. Il nome "cella" fu proposto già nel 1665 dall'inglese R. Hooke. Tuttavia fu solo nel XIX secolo che si cominciò a studiarlo sistematicamente. Gli scienziati erano interessati, tra le altre cose, al ruolo della cellula nel corpo. Possono far parte di molti organi e organismi diversi (uova, batteri, nervi, eritrociti) o essere organismi indipendenti (protozoi). Nonostante tutta la loro diversità, c'è molto in comune nelle loro funzioni e struttura.
Funzioni cellulari
Sono tutti diversi nella forma e spesso nella funzione. Anche le cellule dei tessuti e degli organi di un organismo possono differire in modo abbastanza forte. Tuttavia, la biologia della cellula evidenzia le funzioni inerenti a tutte le sue varietà. È qui che avviene sempre la sintesi proteica. Questo processo è controllato: una cellula che non sintetizza le proteine è essenzialmente morta. Una cellula vivente è una cellula i cui componenti cambiano continuamente. Tuttavia, le principali classi di sostanze rimangono invariate.
Tutti i processi nella cellula vengono eseguiti utilizzando energia. Questi sono nutrizione, respirazione, riproduzione, metabolismo. Pertanto, una cellula vivente è caratterizzata dal fatto che in essa avviene continuamente scambio di energia. Ognuno di loro ha una proprietà comune molto importante: la capacità di immagazzinare energia e spenderla. Altre funzioni includono la divisione e l'irritabilità.
Tutte le cellule viventi possono rispondere a cambiamenti chimici o fisici nel loro ambiente. Questa proprietà è chiamata eccitabilità o irritabilità. Nelle cellule, quando eccitate, cambia la velocità di decadimento delle sostanze e della biosintesi, la temperatura e il consumo di ossigeno. In questo stato svolgono le funzioni loro peculiari.
Struttura cellulare
La sua struttura è piuttosto complessa, sebbene sia considerata la forma di vita più semplice in una scienza come la biologia. Le cellule si trovano nella sostanza intercellulare. Fornisce loro respirazione, nutrimento e forza meccanica. Il nucleo e il citoplasma sono i componenti principali di ogni cellula. Ciascuno di essi è ricoperto da una membrana, il cui elemento costruttivo è una molecola. La biologia ha stabilito che la membrana è composta da molte molecole. Sono disposti su più strati. Grazie alla membrana le sostanze penetrano selettivamente. Nel citoplasma ci sono gli organelli, le strutture più piccole. Questi sono il reticolo endoplasmatico, i mitocondri, i ribosomi, il centro cellulare, il complesso del Golgi, i lisosomi. Capirai meglio come appaiono le celle studiando i disegni presentati in questo articolo.
Membrana
Reticolo endoplasmatico
Questo organoide è stato chiamato così perché si trova nella parte centrale del citoplasma (dal greco la parola "endon" è tradotta come "dentro"). L'EPS è un sistema molto ramificato di vescicole, tubuli, tubuli di varie forme e dimensioni. Sono separati dalle membrane.
Esistono due tipi di EPS. Il primo è granulare, costituito da vasche e tubuli, la cui superficie è costellata di granuli (grani). La seconda tipologia di EPS è agranulare, cioè liscia. I nonni sono ribosomi. Curiosamente, l'EPS granulare si osserva principalmente nelle cellule degli embrioni animali, mentre nelle forme adulte è solitamente agranulare. È noto che i ribosomi sono il sito della sintesi proteica nel citoplasma. Sulla base di ciò, si può presumere che l'EPS granulare si presenti principalmente nelle cellule in cui avviene la sintesi proteica attiva. Si ritiene che la rete agranulare sia rappresentata principalmente in quelle cellule in cui avviene la sintesi lipidica attiva, cioè grassi e varie sostanze simili ai grassi.
Entrambi i tipi di EPS non solo partecipano alla sintesi delle sostanze organiche. Qui queste sostanze si accumulano e vengono anche trasportate nei luoghi necessari. L'EPS regola anche lo scambio di sostanze che avviene tra l'ambiente e la cellula.
Ribosomi
Mitocondri
Gli organelli energetici includono i mitocondri (nella foto sopra) e i cloroplasti. I mitocondri sono le centrali elettriche originali di ogni cellula. È in loro che l'energia viene estratta dai nutrienti. I mitocondri hanno una forma variabile, ma il più delle volte sono granuli o filamenti. Il loro numero e dimensione non sono costanti. Dipende dall'attività funzionale di una particolare cellula.
Se consideriamo una micrografia elettronica, possiamo vedere che i mitocondri hanno due membrane: interna ed esterna. Quello interno forma escrescenze (creste) ricoperte di enzimi. A causa della presenza delle creste, la superficie totale dei mitocondri aumenta. Questo è importante affinché l'attività degli enzimi proceda attivamente.
Nei mitocondri, gli scienziati hanno trovato ribosomi e DNA specifici. Ciò consente a questi organelli di riprodursi da soli durante la divisione cellulare.
Cloroplasti
Per quanto riguarda i cloroplasti, in forma è un disco o una palla con un doppio guscio (interno ed esterno). All'interno di questo organoide ci sono anche ribosomi, DNA e grana - speciali formazioni di membrana associate sia alla membrana interna che tra loro. La clorofilla si trova nelle membrane del gran. Grazie a lui, l'energia della luce solare viene convertita nell'energia chimica dell'adenosina trifosfato (ATP). Nei cloroplasti viene utilizzato per la sintesi dei carboidrati (formati da acqua e anidride carbonica).
D'accordo, devi conoscere le informazioni presentate sopra non solo per superare un test di biologia. La cellula è il materiale da costruzione che costituisce il nostro corpo. E tutta la natura vivente è un insieme complesso di cellule. Come puoi vedere, hanno molti componenti. A prima vista può sembrare che studiare la struttura di una cellula non sia un compito facile. Tuttavia, se guardi, questo argomento non è così complicato. È necessario conoscerlo per essere esperti in una scienza come la biologia. La composizione della cellula è uno dei suoi temi fondamentali.
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