Cum pătrund substanțele în celulă. Marea enciclopedie a petrolului și gazelor

Aparent, unele substanțe curg pasiv prin membrana celulară sub acțiunea unei diferențe de presiune, altele sunt pompate destul de activ în celulă prin membrană, iar altele sunt atrase în celulă din cauza invaginării membranei.

Majoritatea celulelor trăiesc într-un mediu nepotrivit pentru menținerea acestui raport extrem de strict de apă, săruri și materie organică fără de care viața este imposibilă. Aceasta implică necesitatea unei reglementări continue și foarte atente a schimbului de diferite substanțe care are loc între lumea exterioară și citoplasmă. barieră care separă interiorul celulei de mediu inconjurator, servește drept membrană celulară - cea mai subțire peliculă, grosime de doar zece milioane de milimetru.

Această membrană este permeabilă la multe substanțe care curg în ambele direcții (adică în afara celulei și în celulă). În ciuda grosimii sale neglijabile, membrana are o anumită structură; această structură și compoziția chimică a membranei, despre care avem încă o idee foarte vagă, determină permeabilitatea ei selectivă și foarte neuniformă. Dacă forțele care asigură trecerea substanțelor prin membrană sunt localizate în mediul care înconjoară celula, atunci se vorbește de „transfer pasiv”. Dacă energia cheltuită pentru aceasta este produsă în celula însăși în procesul de metabolism, atunci se vorbește de „transfer activ”. O astfel de interacțiune între celulă și mediul ei servește nu numai pentru a se asigura că concentrația în celulă a tuturor substanțelor care alcătuiesc compoziția ei este întotdeauna menținută în anumite limite, în afara cărora nu poate exista viață; în unele celule, de exemplu, în celule nervoase, această interacțiune este de o importanță capitală pentru funcția pe care o au aceste celule în organism.

Multe celule absorb substanțele de care au nevoie și printr-un fel de ingerare. Acest proces este cunoscut sub numele de fagocitoză sau pinocitoză (cuvintele provin din cuvintele grecești pentru „mănâncă” și, respectiv, „bea”, și din cuvântul pentru „celulă”). Cu această metodă de absorbție, membrana celulară formează buzunare sau invaginări care atrag substanțele din exterior în celulă; apoi aceste proeminențe sunt atașate și o picătură din mediul extern înconjurată de o membrană sub forma unei bule sau vacuole începe să plutească prin citoplasmă.

În ciuda tuturor asemănării acestui proces cu simpla „înghițire”, încă nu avem dreptul să vorbim despre intrarea substanțelor în celulă, deoarece aceasta atrage imediat întrebarea ce înseamnă expresia „înăuntru”. Din punctul nostru de vedere, ca să spunem așa, macroscopic, uman, suntem înclinați să afirmăm cu frivol că de îndată ce am înghițit o bucată de mâncare, aceasta a intrat în noi. Cu toate acestea, o astfel de afirmație nu este în întregime corectă. Interiorul tubului digestiv în sens topologic este suprafața exterioară; adevărata absorbție a alimentelor începe doar atunci când aceasta pătrunde în celulele peretelui intestinal. Prin urmare, substanța care a intrat în celulă ca urmare a pinocitozei sau fagocitozei este încă „în afară”, deoarece este încă înconjurată de membrana care a capturat-o. Pentru a intra cu adevărat în celulă și a se transforma într-o componentă a citoplasmei accesibilă proceselor metabolice, astfel de substanțe trebuie să pătrundă cumva în membrană.

Una dintre fortele care actioneaza asupra intregii membrane celulare se datoreaza gradientului de concentratie. Această forță apare din cauza mișcării aleatorii a particulelor, căutând să fie distribuite uniform în spațiu. Dacă două soluții de aceeași compoziție, dar concentrații diferite intră în contact, atunci difuzia substanței dizolvate începe din regiunea de concentrație mai mare, iar această difuzie continuă până când concentrația devine aceeași peste tot. Egalizarea concentrației are loc chiar dacă cele două soluții sunt separate printr-o membrană, cu condiția, desigur, ca membrana să fie permeabilă la solut. Dacă membrana este permeabilă la solvent, dar impermeabilă la solut, atunci gradientul de concentrație apare în fața noastră sub forma binecunoscutului fenomen de osmoză: în acest caz, solventul trece prin membrană, mergând dintr-o regiune de concentrație mai mică a unui dizolvat într-o regiune de concentrație mai mare. Gradientul de concentrație și forțele osmotice care acționează pe ambele părți ale membranei celulare sunt foarte semnificative, deoarece concentrațiile multor substanțe din celulă diferă mult de concentrațiile lor în mediul extern.

În transferul pasiv, pătrunderea substanțelor prin membrană este reglată de permeabilitatea selectivă a membranei. Permeabilitatea unei membrane pentru o anumită moleculă depinde de compoziția chimică și de proprietățile acestei molecule, precum și de dimensiunea acesteia; în același timp, membrana este capabilă nu numai să blocheze calea anumitor substanțe, ci și să treacă prin ea însăși diferite substanțe cu viteze diferite.

În funcție de natura mediului la care sunt adaptate, celulele de diferite tipuri au permeabilitate foarte diferită. Deci, de exemplu, permeabilitatea unei amibe obișnuite și a eritrocitelor umane pentru apă diferă de peste 100 de ori. În tabelul constantelor de permeabilitate (exprimat ca număr de microni cubi de apă care trec prin 1 micron pătrat al membranei celulare într-un minut sub influența unei diferențe de presiune osmotică de 1 atmosferă), valoarea de 0,26 este listată față de amibe. , adică permeabilitatea sa este foarte nesemnificativă. Valoarea adaptativă a unei astfel de permeabilitati scăzute este evidentă: organismele care trăiesc în apa dulce, se confruntă cu cea mai mare diferență de concentrație între mediul exterior și cel interior și, prin urmare, sunt nevoiți să limiteze debitul de apă în interior pentru a economisi energia care ar fi necesară pentru pomparea acestei ape înapoi. Celulele roșii nu au nevoie de un astfel de dispozitiv de siguranță, deoarece sunt de obicei înconjurate de plasmă sanguină - un mediu care se află în echilibru osmotic relativ cu mediul lor intern. Odată ajunse în apă, aceste celule încep imediat să se umfle și să spargă destul de repede, deoarece membrana lor nu este suficient de elastică pentru a rezista la această presiune bruscă a apei.

Dacă, așa cum este de obicei cazul în natură, moleculele de solut sunt disociate în ioni care poartă un anumit incarcare electrica, atunci intră în joc forțe noi. Este bine cunoscut faptul că membranele multor celule, și poate chiar ale tuturor, au capacitatea de a menține o diferență de potențial cunoscută între suprafața lor exterioară și interioară. Ca urmare, apare un anumit gradient de potențial, care, împreună cu gradientul de concentrație, servește ca forță motrice pentru transferul pasiv prin membrana celulară.

A treia forță implicată în transportul pasiv pe o membrană este transportul substanțelor dizolvate împreună cu solventul (atragerea solventului). Intră în joc doar dacă soluția poate curge efectiv prin membrană; cu alte cuvinte, dacă membrana este poroasă. În acest caz, mișcarea particulelor substanței dizolvate, care se difuzează în direcția fluxului, este accelerată, iar difuzia particulelor în direcția opusă este încetinită. Acest efect de tragere nu joacă de obicei un rol important, dar în unele ocazii speciale semnificația sa este destul de mare.

Toate cele trei forțe implicate în transferul pasiv pot acționa separat sau împreună. Oricum, indiferent de ce fel de forță provoacă mișcarea - indiferent dacă este gradientul de concentrație, gradientul potențial sau efectul de retragere - mișcarea are loc întotdeauna într-o direcție „în jos”, iar membrana servește ca o barieră pasivă. În același timp, în citologie se cunosc multe exemple importante când niciuna dintre aceste trei forțe nu poate explica transferul de substanțe prin membrană. În aceste cazuri, mișcarea are loc într-o direcție „în sus”, adică împotriva forțelor care provoacă transferul pasiv și, prin urmare, trebuie să apară datorită energiei eliberate ca urmare a proceselor metabolice care au loc în celulă. În acest transport activ, membrana nu mai este doar o barieră pasivă, ci acționează ca un fel de organ dinamic.

Până de curând, toate informațiile pe care le aveam despre structura membranei celulare erau obținute exclusiv ca urmare a studierii permeabilității acesteia și, prin urmare, erau pur indirecte. De exemplu, s-a constatat că multe substanțe care sunt solubile în lipide (grăsimi) trec ușor prin membrana celulară. În acest sens, s-a presupus că există un strat de lipide în membrana celulară și că substanțele solubile în lipide trec prin membrană, dizolvându-se pe o parte a acesteia și eliberând-o pe cealaltă parte. Cu toate acestea, s-a dovedit că moleculele solubile în apă trec și prin membrana celulară. A trebuit să presupun că structura membranei într-o oarecare măsură seamănă cu o sită, adică că membrana este echipată cu pori sau zone nonlipidice și, eventual, ambele în același timp; în plus, pentru a explica trăsăturile trecerii diverșilor ioni s-a admis prezența secțiunilor în membrană care poartă o sarcină electrică. În cele din urmă, în această schemă ipotetică a structurii membranei a fost introdusă și o componentă proteică, deoarece au apărut date care, în special, mărturisesc umecbilitatea membranei, care este incompatibilă cu o compoziție pur grasă.

Aceste observații și ipoteze sunt rezumate în modelul membranei celulare propus în 1940 de J. Danielli. Conform acestui model, membrana este formată dintr-un strat dublu de molecule de lipide acoperite de două straturi de proteine. Moleculele de lipide se află paralele între ele, dar perpendiculare pe planul membranei, cu capetele lor neîncărcate îndreptate unul față de celălalt, iar grupările încărcate îndreptate spre suprafața membranei. La aceste capete încărcate sunt adsorbite straturi de proteine, constând din lanțuri proteice, care formează o încurcătură pe suprafețele exterioare și interioare ale membranei, conferindu-i astfel o anumită elasticitate și rezistență la deteriorarea mecanică, precum și o tensiune superficială scăzută. Lungimea moleculelor de lipide este de aproximativ 30 angstromi, iar grosimea stratului proteic monomolecular este de 10 angstromi; prin urmare, Danielli credea că grosimea totală a membranei celulare este de aproximativ 80 de angstromi.

Rezultate obtinute cu microscop electronic, a confirmat corectitudinea modelului creat de Danielli. „Membrana elementară” examinată din micrografiile electronice ale lui Robertson se potrivește cu predicțiile lui Danielli în formă și dimensiune și a fost observată în multe tipuri diferite de celule. Două benzi mai întunecate cu o grosime de aproximativ 20 de angstromi pot fi distinse în el, care pot corespunde celor două straturi de proteine ​​ale modelului; aceste două benzi sunt separate de un miez mai ușor de 35 angstrom corespunzător stratului lipidic. Grosimea totală a membranei de 75 angstromi este destul de apropiată de valoarea oferită de model.

Fără a încălca simetria generală a acestui model, acesta ar trebui completat pentru a ține cont de diferențele de natura chimică a suprafețelor interioare și exterioare ale membranei. Acest lucru ar face posibilă explicarea existenței gradienților chimici între suprafețele interioare și exterioare ale membranei, relevate în unele observații. În plus, știm că multe celule sunt acoperite cu o membrană mucoproteică care conține carbohidrați, a cărei grosime variază în funcție de diferitele tipuri de celule. Indiferent dacă acest strat are un efect asupra permeabilității, se poate presupune că joacă un rol important în pinocitoză.

Pe lângă aceste caracteristici ale structurii membranei, ca să spunem așa în „secțiunea transversală”, atunci când studiem permeabilitatea, se dovedește că structura sa este, de asemenea, neomogenă în cealaltă direcție. Se știe, de exemplu, că membranele celulare permit trecerea particulelor a căror dimensiune nu depășește limitele cunoscute, reținând în același timp particule din ce în ce mai mari, iar acest lucru sugerează prezența porilor în aceste membrane. Până acum, existența porilor nu a fost confirmată de studiile microscopice electronice. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece se presupune că acești pori sunt foarte mici și foarte îndepărtați unul de celălalt, astfel încât aria lor totală să nu depășească o miime din suprafața totală a membranei. Dacă numim membrana sită, atunci trebuie adăugat că există foarte puține găuri în această sită.

O circumstanță și mai importantă este aceea că, pentru a explica selectivitatea ridicată care permite multor celule să distingă o substanță de alta, este necesar să se presupună specificitate chimică diferită a diferitelor secțiuni ale membranei. S-a dovedit, de exemplu, că unele enzime sunt localizate pe suprafața celulei. Aparent, funcția lor este de a transforma substanțele care sunt insolubile în membrană în derivați solubili care pot trece prin aceasta. Sunt cunoscute multe cazuri când o celulă, permeabilă la o substanță, nu lasă o altă substanță apropiată de prima și asemănătoare acesteia în ceea ce privește dimensiunea moleculară și proprietățile electrice.

Deci, vedem că o membrană celulară subțire este un aparat destul de complex conceput să interfereze în mod activ cu mișcarea substanțelor care intră în celulă și sunt eliberate din aceasta. Un astfel de aparat este indispensabil pentru procesul de transfer activ, prin intermediul căruia se realizează în principal acest transfer. Pentru ca această mișcare „în sus” să aibă loc, celula trebuie să acționeze împotriva forțelor transferului pasiv. Cu toate acestea, în ciuda eforturilor multor oameni de știință, nu a fost încă posibil să se dezvăluie mecanismul prin care energia eliberată ca urmare a metabolismului celular este folosită pentru a transporta diferite substanțe prin membrana celulară. Este posibil ca în acest transfer de energie să fie implicate diverse mecanisme.

Problema transportului ionic activ atrage cel mai viu interes. Biologii deja în urmă cu 100 de ani cunoșteau existența unei diferențe de potențial între suprafața exterioară și interioară a membranei; Din aproximativ aceeași perioadă, ei știu că această diferență de potențial are un efect asupra transportului și distribuției ionilor. Cu toate acestea, abia recent au început să înțeleagă că această diferență de potențial în sine apare și se menține datorită transportului activ al ionilor.

Importanța acestei probleme este evidențiată de faptul că citoplasma multor celule conține mult mai mult potasiu decât sodiu și, între timp, acestea sunt forțate să trăiască într-un mediu care se caracterizează prin raportul exact opus între conținutul acestor doi ioni. De exemplu, plasma sanguină conține de 20 de ori mai mult sodiu decât potasiul, în timp ce celulele roșii din sânge conțin de 20 de ori mai mult potasiu decât sodiu. Membrana eritrocitară are o permeabilitate pasivă bine definită, deși scăzută, atât pentru ionii de sodiu, cât și pentru ioni de potasiu. Dacă această permeabilitate s-ar putea manifesta în mod liber, atunci ionii de sodiu ar curge în celulă, iar ionii de potasiu ar începe să curgă din ea. Prin urmare, pentru a menține raportul existent de ioni, celula trebuie să „pompeze” în mod continuu ionii de sodiu și să acumuleze ioni de potasiu împotriva unui gradient de concentrație de 50 de ori.

Majoritatea modelelor propuse pentru a explica transportul activ se bazează pe ipoteza existenței unui fel de molecule purtătoare. Se presupune că acești purtători încă ipotetici intră în combinație cu ioni localizați pe o suprafață a membranei, trec prin membrană în această formă și eliberează din nou ioni pe cealaltă suprafață a membranei. Mișcarea unor astfel de compuși (molecule purtătoare care au ioni atașați la ei înșiși), spre deosebire de mișcarea ionilor înșiși, se crede că are loc într-o direcție „descrescătoare”, adică în conformitate cu un gradient de concentrație chimică.

Un astfel de model, creat de T. Shaw în 1954, face posibilă nu numai explicarea transferului ionilor de potasiu și sodiu prin membrană, ci și stabilirea unei conexiuni între ei. Conform modelului Shaw, ionii de potasiu și sodiu (K + și Na +) sunt transportați prin membrană de către purtători liposolubili (X și Y) specifici ionilor. Compușii rezultați (KX și NaY) sunt capabili să difuzeze prin membrană, în timp ce membrana este impermeabilă la purtătorii liberi. La suprafața exterioară a membranei, purtătorii de sodiu sunt transformați în purtători de potasiu, pierzând energie în acest proces. Pe suprafața interioară a membranei, purtătorii de potasiu sunt din nou transformați în purtători de sodiu datorită primirii de energie care apare în procesul de metabolism celular (furnizorii acestei energie sunt, după toate probabilitățile, compuși bogati în energie în molecula cărora există legături de fosfat).

Multe dintre ipotezele făcute în acest model sunt greu de confirmat experimental și nu sunt în niciun caz recunoscute de toată lumea. Cu toate acestea, am considerat că este necesar să o menționăm, deoarece acest model în sine arată întreaga complexitate a fenomenului de transfer activ.

Cu mult înainte ca biologii să înceapă să descifreze interacțiunea complexă a forțelor fizice implicate în transportul de substanțe prin membrana celulară, ei trebuiau deja să observe celulele, ca să spunem așa, „pentru hrană”. ÎN sfârşitul XIX-lea secolul, Ilya Mechnikov a văzut pentru prima dată cum celulele albe din sânge (leucocitele) devorau bacteriile și le-a dat numele de „fagocite”. În 1920, A. Schaeffer a descris modul în care o ameba își prinde prada - un desen care a devenit un clasic. Procesul de pinocitoză, exprimat mai puțin clar, a fost descoperit pentru prima dată de W. Lewis abia în 1931. Studiind comportamentul celulelor din cultura de țesut folosind metoda time-lapse, el a observat excrescențe membranare la periferia celulei, care ondulau atât de puternic încât din din când în când se închideau, ca un pumn comprimat, captând o parte din mediu ca într-un balon. Lui Lewis, toate acestea i s-au părut atât de asemănătoare cu procesul de băut, încât a venit cu un nume potrivit pentru acest fenomen - „pinocitoză”.

Descoperirea lui Lewis nu a atras atenția la început, cu excepția lucrărilor lui S. Maet și W. Doyle, publicate în 1934, care au raportat un fenomen similar observat de aceștia într-o amibă. Pinocitoza a rămas o simplă curiozitate până la mijlocul acestui secol, datorită studiilor de microscopie electronică, s-a constatat că o astfel de ingestie este mult mai răspândită.

În amebe și în celulele din cultura de țesut, pinocitoza poate fi observată la microscop convențional. Datorită rezoluției înalte a microscopului electronic, s-a descoperit că multe alte tipuri de celule formează bule microscopice. Din punct de vedere fiziologic, unul dintre cele mai multe exemple interesante acest fel sunt celulele epiteliului perie al rinichilor și intestinelor: vezicule care aduc în celulă diverse substante, se formează la baza marginii pensulei, căruia acest epiteliu își datorează numele. Principala caracteristică a pinocitozei sau fagocitozei este aceeași în toate celulele: o anumită secțiune a membranei celulare se desprinde de suprafața celulei și formează o vacuolă sau veziculă care se desprinde de la periferie și migrează în celulă.

Mărimea veziculelor formate în timpul pinocitozei variază foarte mult. În amebe și în celulele prelevate din cultura de țesut, diametrul mediu al unei vacuole pinocitare nou detașate este de 1-2 microni; dimensiunile vacuolelor, pe care reușim să le detectăm folosind un microscop electronic, variază de la 0,1 la 0,01 microni. Destul de des, astfel de vacuole se contopesc între ele și dimensiunile lor în același timp, în mod natural, cresc. Deoarece majoritatea celulelor conțin o serie de alte vacuole și granule, vacuolele pinocitare sunt pierdute în curând din vedere, cu excepția cazului în care sunt prevăzute cu un fel de „etichetă”. Vacuolele formate în timpul fagocitozei sunt, desigur, mult mai mari și pot conține celule bacteriene întregi, celule protozoare și, în cazul fagocitelor, fragmente de țesuturi distruse.

Pe baza unor experimente simple cu ameba, se poate observa că piocitoza nu poate fi observată în niciun țesut în niciun moment, deoarece este cauzată de prezența anumitor substanțe în mediu. În apa pură, pinocitoza nu apare la amibe: în orice caz, nu poate fi detectată la microscop. Dacă se adaugă zahăr sau alți carbohidrați în apa în care se află amebe, atunci acest lucru nu va duce la nimic. Când se adaugă săruri, proteine ​​sau anumiți aminoacizi, începe pinocitoza. S. Chapman-Andersen a constatat că în amibe fiecare astfel de pinocitoză indusă poate dura aproximativ 30 de minute, indiferent de natura factorului care a provocat-o, iar în acest timp se formează până la 100 de canale pinocitare și se înghite numărul corespunzător de vacuole. Apoi pinocitoza se oprește și se poate relua abia după 3-4 ore. Potrivit lui Chapman Andersen, acest lucru se datorează faptului că, după 30 de minute de pinocitoză, sunt folosite toate zonele membranei exterioare capabile de invaginare.

În plus, Chapman-Andersen a ajutat la rezolvarea uneia întrebare veche, și anume, a arătat că fagocitoza și pinocitoza din punct de vedere fiziologic sunt unul și același proces. În experimentul ei, amibelor li s-a oferit pentru prima dată posibilitatea de a fagocita cât mai mulți ciliați comestibile pentru ei pe cât ar putea capta dintr-un mediu plin de aceste microorganisme. Apoi au fost transferați într-un mediu care conținea un factor care induce pinocitoza. S-a dovedit că aceste amebe sunt capabile să formeze doar câteva canale (mai puțin de 10% din numărul obișnuit). În schimb, amibele care și-au epuizat potențialul de pinocitoză nu s-au fagocitat atunci când au fost transferate într-un mediu care conține organismele pe care le folosesc în mod normal ca hrană. Astfel, suprafața membranei pare a fi factorul limitativ în ambele cazuri.

S. Bennett în 1956 a sugerat că pinocitoza este cauzată de adsorbția moleculelor sau ionilor inductori de pe suprafața membranei celulare. Această presupunere a fost pe deplin confirmată în lucrările unui număr de cercetători. Cu greu se poate îndoi că în amibe adsorbția are loc pe o membrană specială, care constă din mucus și învăluie întreaga amibe. Deoarece se presupune că o astfel de înveliș există și în multe alte celule, ar fi interesant să aflăm dacă îndeplinește o funcție similară în toate cazurile.

Bula, care introduce substanța inductoare în celulă, introduce și o anumită cantitate de mediu lichid în ea. Chapman-Andersen și autorul au efectuat un experiment cu „etichetă dublă” pentru a determina căreia dintre cele două substanțe - inductor sau lichid - îi aparține rolul principal. Am plasat amibe într-un mediu care conține o proteină marcată cu un izotop radioactiv ca inductor și zahăr cu o altă etichetă radioactivă, ceea ce a făcut posibilă determinarea cantității de lichid absorbit. Am pornit de la faptul că dacă substanța consumată principală, precum și substanța care induce absorbția, este proteina, atunci conținutul relativ de proteine ​​în vacuole ar trebui să fie mai mare decât în ​​mediu. Și așa s-a dovedit. Cu toate acestea, amploarea acestui fenomen a depășit cu mult așteptările noastre. Cantitatea totală de proteine ​​absorbită în 30 de minute a corespuns cu aproximativ 25% din masa totală a amebei. Aceasta este o masă foarte impresionantă, ceea ce indică asta cea mai mare valoare pentru o celulă în timpul pinocitozei au substanțe adsorbite la suprafață.

Cu toate acestea, hrana conținută în vacuolă trebuie totuși considerată în afara celulei, deoarece carcasa în care este închisă face parte din membrana exterioară. Trebuie să aflăm dacă o astfel de comunicare cu mediul extern poate furniza materii prime pentru aparatul metabolic al celulei și, dacă da, cum. Cea mai simplă modalitate de a transfera substanțe din vacuolă în citoplasmă ar fi dizolvarea membranei sub acțiunea enzimelor citoplasmatice. Cu toate acestea, datele de la microscopia electronică nu susțin această presupunere: nu am reușit niciodată să observăm dispariția membranei care formează tulpina vacuolei.

Deoarece membrana este în mod evident păstrată, sarcina principală în studiul pinocitozei este studiul permeabilității acesteia. Nu există nicio îndoială că vezicula pinocitară eliberează apă în citoplasmă; de acest lucru suntem convinși de încrețirea vizibilă a vacuolelor. J. Marshall și autorul au arătat că încrețirea amebelor este însoțită de o creștere treptată a concentrației conținutului vacuolei. S-a stabilit prin centrifugare că în primele ore după pinocitoză, densitatea vacuolelor crește tot timpul în comparație cu densitatea citoplasmei înconjurătoare. În cele din urmă, aceste vacuole se transformă în granule citoplasmatice care seamănă cu mitocondriile ca dimensiune și comportament de centrifugare.

De asemenea, s-a dovedit că membrana vacuolei este permeabilă nu numai la apă, ci și la substanțe cu greutate moleculară mică precum glucoza. Chapman-Andersen și autorul, folosind glucoză radioactivă, au descoperit că glucoza absorbită în procesul de pinocitoză părăsește rapid vacuolele și este distribuită uniform în întreaga citoplasmă. Această glucoză intră procese normale metabolismul care are loc în celulă, ca și cum ar fi intrat în celulă în mod obișnuit - ca urmare a difuziei de pe suprafața celulei; produsul metabolismului său – dioxidul de carbon radioactiv – apare curând printre produșii excretori ai amibei. Chapman-Andersen și D. Prescott au obținut aceleași rezultate pentru unii aminoacizi. Prin urmare, nu există nicio îndoială că, cu ajutorul pinocitozei, celula poate fi „hrănită” cu substanțe care au molecule mici. Experimentele de „hrănire” cu molecule mari nu au fost încă efectuate.

Aceste rezultate sugerează că există o anumită modificare a permeabilității membranei. Această schimbare nu poate fi văzută cu un microscop electronic; membrana pare a fi aceeași atât înainte cât și după pinocitoză. Cu toate acestea, există rapoarte că membrana mucusului care căptușește peretele vacuolei din interior se exfoliază și, împreună cu materialul adsorbit pe ea, rămâne în centrul vacuolei sub forma unui mic nodul.

În același timp, are loc un alt fenomen, probabil foarte important. Pe vacuola primară se formează mici vacuole secundare, care se desprind de aceasta și migrează în citoplasmă. Nu suntem încă în măsură să judecăm rolul acestui proces pentru distribuția conținutului vacuolei primare prin citoplasmă. Un singur lucru este clar: indiferent de procesele legate de permeabilitate care au loc în membranele acestor microvacuole, fluxul lor este mult facilitat datorită unei creșteri atât de uriașe a suprafeței membranei din interiorul celulei. Este posibil ca vacuolele secundare să participe și la crearea permeabilității selective, luând unele substanțe din vacuola primară și lăsând altele în ea.

Principala dificultate care apare atunci când se încearcă explicarea pinocitozei ca unul dintre principalele procese fiziologice care apar în celulă este că este complet lipsită de specificitate. Adevărat, în activitatea fagocitelor sensibilizate de anticorpi la absorbția anumitor bacterii se manifestă o specificitate ridicată. A. Tyler crede că în timpul fertilizării are loc înghițirea pinocitară a spermatozoizilor de către ovul - proces care începe cu interacțiunea unor substanțe specifice de pe suprafețele ovulului și spermatozoizilor. Cu toate acestea, în general, captarea mecanică a substanțelor și lichidelor adsorbite din mediu are loc probabil fără prea multă alegere. Este posibil ca, ca urmare a acestui fapt, substanțe inutile sau chiar dăunătoare să pătrundă adesea în celulă.

Probabil, undeva există un mecanism cu o selectivitate mai mare. Cel mai ușor este să presupunem că alegerea, activă sau pasivă, are loc pe membranele care înconjoară vacuolele și veziculele care se află în celulă. În acest caz, pinocitoza ar trebui considerată nu ca un proces care exclude transferul prin membrană, ci ca un proces care completează un astfel de transfer. Sarcina sa principală ar trebui să fie apoi crearea unor suprafețe interne vaste pe care activitatea forțelor asociate cu transferul pasiv și activ ar putea fi chiar mai eficientă decât pe suprafața efectivă a celulei și, în același timp, cu un risc mai mic de pierdere de materie din cauza scurgere.

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.

Efectuați lucrări de laborator.

A) Micropreparatele gata de celule din țesut vegetal și animal sunt examinate la microscop.

b) acordați atenție caracteristica principală eucariote - prezența unui nucleu în citoplasma fiecărei celule.

C) Examinați membranele celulare ale plantelor și animalelor la microscop.

D) Comparați structura celulelor vegetale și animale și trageți o concluzie despre caracteristici structura celulelor eucariote și, de asemenea, notează structura și funcțiile membranei celulare

E) Se schițează celulele în cauză, se trag concluzii din observațiile care sunt consemnate într-un caiet.

Citirea textului. Elevii ajung la concluzia că

Membrana biologică are o grosime mică (5-10 nm)

Structura dinamică a stratului lipidic (mobilitate, auto-închidere)

Proteine ​​(îndeplinesc funcțiile transport de substante, menținând o anumită structură a membranei, primind și transformând semnale din mediu.)

Carbohidrați (recunoașterea semnalelor externe, aderența celulelor învecinate)

. Elevii își aleg propriile teme.

Sarcini #1

Elevii aleg răspunsul corect:

1. Care dintre următoarele substanțe nu sunt incluse în compoziția membranei?

(proteine, lipide, carbohidrați, acizi nucleici).

2. Care este funcția proteinelor care alcătuiesc membranele celulare? (construcții, protectoare, enzimatice, toate funcțiile de mai sus)

3. Care este funcția carbohidraților care alcătuiesc membranele celulare?

(transport de substante,recunoașterea tipurilor de celuleformarea unui strat dublu al membranei, catalizarea reacțiilor)

4. Care dintre componentele membranei determină proprietățile fluidității și mobilității?

(glucide, lipide, proteine, acizi nucleici)

5. Care este structura stratului lipidic din membrană?

a) monomolecular bimolecular

b) continuu; întrerupte de perechi de proteine, parțial întrerupte de molecule de proteine ​​semi-imersate.

Sarcina numărul 2

Elevii rezolvă un puzzle de cuvinte încrucișate

1. El a demonstrat că celulele se pot diviza.

2. Conținutul intern de semi-lichid al celulei.

3. Procesul de introducere a unei particule de hrană în celulă.

4. Procesul de a obține o picătură de lichid cu substanțe dizolvate în ea în celulă.

5. Numeroase formațiuni intracelulare care îndeplinesc diverse funcții.

6. Unitate elementară a vieții pe Pământ.

7. om de știință german, unul dintre cei care au formulat teoria celulară.

8. Coordonează activitatea vitală a celulei.

Sarcina numărul 3

Intrebarea 1. Care sunt funcțiile membranei exterioare a celulei?

Răspuns: Membrana celulară exterioară este formată dintr-un strat dublu de lipide și molecule de proteine, dintre care unele sunt situate la suprafață, iar unele pătrund prin ambele straturi de lipide. Membrana celulară exterioară îndeplinește o funcție de protecție, separând celula de mediul extern și previne deteriorarea conținutului acesteia. În plus, membrana celulară exterioară asigură transportul de substanțe în și din celulă, permite celulelor să interacționeze între ele.

intrebarea 2 . Cum pot pătrunde substanțele în celulă?

Răspuns: Substanțele pot pătrunde în membrana celulară exterioară în mai multe moduri. În primul rând, prin cele mai subțiri canale formate din molecule de proteine, ionii de substanțe mici, cum ar fi ionii de sodiu, potasiu și calciu, pot trece în celulă. În al doilea rând, substanțele pot pătrunde în celulă prin fagocitoză sau pinocitoză. În acest fel, particulele de alimente pătrund de obicei.

Întrebarea 3 . Cum este pinocitoza diferită de fagocitoză?

Răspuns: În pinocitoză, proeminența membranei exterioare captează picături lichide, iar în fagocitoză, particule solide. Întrebarea 4. De ce celulele vegetale nu au fagocitoză? În timpul fagocitozei, în locul în care particula alimentară atinge membrana exterioară a celulei, se formează o invaginare, iar particula intră în celulă, înconjurată de o membrană. La celula plantei deasupra membranei celulare există o înveliș dens, non-plastic de fibre, care previne fagocitoza.

Pagina curentă: 3 (cartea are un total de 16 pagini) [extras de lectură disponibil: 11 pagini]

§ 10. ATP și alți compuși organici ai celulei

1. Ce substanțe organice cunoașteți?

2. Ce vitamine cunoasteti? Care este rolul lor?

3. Ce tipuri de energie cunoașteți?

4. De ce este energia necesară pentru viața oricărui organism?

adenozin trifosfat(ATP) - o nucleotidă constând din baza azotată a adeninei, un carbohidrat de riboză și trei resturi de acid fosforic (Fig. 15), se găsește în citoplasmă, mitocondrii, plastide și nuclei.

ATP este o structură instabilă. Când un reziduu de acid fosforic este separat, ATP este transformat în adenozin difosfat(ADP), dacă un alt reziduu de acid fosforic este separat (ceea ce este extrem de rar), atunci ADP se transformă în adenozin monofosfat (AMP). La separarea fiecărui reziduu de acid fosforic, se eliberează 40 kJ de energie:

ATP + H 2 O → ADP + H 3 RO 4 + 40 kJ,

ADP + H 2 O → AMP + H 3 RO 4 + 40 kJ.

Legătura dintre resturile de acid fosforic se numește macroergice(se notează prin simbolul ~), deoarece atunci când se rupe se eliberează de aproape patru ori mai multă energie decât atunci când se despart alte legături chimice (Fig. 16).

Orez. 15. Structura moleculei de ATP

Ras. 16. Conversia ATP în ADP

ATP este o sursă universală de energie pentru toate reacțiile care au loc în celulă.

vitamine(din lat. vita- viata) - compusi bioorganici complexi necesari in cantitati mici pentru functionarea normala a organismelor. Atât deficiența, cât și excesul de vitamine pot duce la încălcări grave ale multor funcții fiziologice din organism.

Spre deosebire de alte substanțe organice, vitaminele nu sunt folosite ca sursă de energie sau ca material de construcție. Unele vitamine pot fi sintetizate chiar de organism (de exemplu, bacteriile sunt capabile să formeze aproape toate vitaminele). Alte vitamine sunt ingerate prin alimente.

Vitaminele sunt de obicei notate cu litere ale alfabetului latin. Clasificarea modernă a vitaminelor se bazează pe capacitatea lor de a se dizolva în apă și grăsimi. Distinge solubil în grăsime(A, D, E și K) și solubil în apă(B, C, PP etc.) vitamine.

Pe lângă compușii organici enumerați mai sus (carbohidrați, lipide, proteine, acizi nucleici, vitamine), există întotdeauna multe alte substanțe organice în orice celulă. Sunt produse intermediare sau finale ale biosintezei și degradarii.

Adenozin trifosfat (ATP). adenozin difosfat (ADP). Adenozin monofosfat (AMP). legătura macroergică. Vitamine solubile în grăsimi și solubile în apă

Întrebări

1. Care este structura moleculei de ATP?

2. Care este funcția ATP-ului?

3. Ce legături se numesc macroergice?

4. Ce rol joacă vitaminele în organism?

Sarcini

După ce v-ați rezumat cunoștințele, pregătiți un raport despre rolul vitaminelor în funcționarea normală a corpului uman. Discutați cu colegii de clasă întrebarea: cum poate o persoană să-și ofere organismului cantitatea necesară de vitamine?

§ 11. Catalizatori biologici

1. Ce substanțe se numesc catalizatori?

2. Care este rolul lor în reacțiile chimice?

3. Care este principala enzimă a sucului gastric? Ce substanțe și în ce condiții se descompune?

cataliză numit fenomen de accelerare a reacției fără modificarea rezultatului general al acesteia. Știi asta pentru fluxul multora reacții chimice sunt necesare temperaturi și presiuni ridicate. O celulă vie are o temperatură moderată și o presiune normală. În astfel de condiții, majoritatea reacțiilor fie nu ar avea loc deloc, fie s-ar derula foarte lent dacă nu ar fi expuse la catalizatori. Sunt numite substanțe care modifică viteza unei reacții chimice, dar nu fac parte din produșii de reacție catalizatori.

Unele molecule de ARN au capacitate catalitică. Evident, această proprietate a ARN a fost foarte importantă în stadiul inițial originea vieții pe planeta noastră. În prezent, rolul moleculelor de ARN ca catalizatori este extrem de mic, iar principalii biocatalizatori din celulă sunt enzime.

Toate procesele dintr-un organism viu sunt efectuate direct sau indirect cu participarea enzimelor. Acum sunt cunoscute mii de enzime. Unele molecule de enzime sunt alcătuite numai din proteine, în timp ce altele includ o proteină și un compus neproteic sau coenzima. Diverse substanțe organice acționează ca coenzime, de regulă, vitamine și substanțe anorganice - ioni de diferite metale.

Enzimele sunt implicate atât în ​​procesele de sinteză, cât și de degradare. În același timp, enzimele acționează într-o secvență strict definită, sunt specifice fiecărei substanțe și accelerează doar anumite reacții. Există enzime care catalizează mai multe reacții. Acțiunea selectivă a enzimelor asupra diferitelor substanțe chimice legate de structura lor. Moleculele de enzime au centru activ- o zonă mică pe care are loc această reacție. Forma și structura chimică a centrului activ sunt astfel încât numai anumite molecule se pot lega de el datorită complementarității lor unele cu altele.

Pentru unele enzime, în prezența moleculelor anumitor substanțe, configurația centrului activ se poate modifica, adică enzima poate oferi astfel cea mai mare activitate enzimatică (Fig. 17).

În etapa finală a reacției chimice, complexul „enzimă-substanță” se descompune odată cu formarea produselor finite și a unei enzime libere. Centrul activ al enzimei eliberate în acest caz poate accepta noi molecule ale substanței.

Enzimele cresc rata reacțiilor chimice de mii și milioane de ori. Dar viteza reacțiilor enzimatice depinde de mulți factori - natura și concentrația enzimei și substanței, temperatura, presiunea, reacția mediului etc. Există condiții optime pentru funcționarea fiecărei enzime. De exemplu, unele enzime sunt active într-un mediu neutru, în timp ce altele sunt active într-un mediu acid sau alcalin. La temperaturi peste 60 ° C, majoritatea enzimelor nu funcționează.

Orez. 17. Schema de formare a complexului „enzimă – substanță”

Catalizator. Enzimă. Coenzima. Locul activ al enzimei

Finalizați laboratorul.

Descompunerea peroxidului de hidrogen de către enzima catalază

Obiectiv: arată efectul enzimei catalaze asupra peroxidului de hidrogen (H 2 O 2) și condițiile în care funcționează.

Informații pentru studenți

Peroxidul de hidrogen este o substanță toxică care se formează în celulă în timpul vieții sale. Enzima catalaza, care împarte H 2 O 2 în apă și oxigen, joacă un rol protector în celulă.

Proces de lucru

1. Pune o bucată de carne crudă în prima dintre cele trei eprubete, o bucată de cartof crud în a doua și o bucată de cartof fiert în a treia.

2. Se toarnă 2 ml de soluție 3% H 2 O 2 în eprubete.

3. Înregistrați fenomenele pe care le observați în fiecare tub.

4. Trageți o concluzie.

Întrebări

1. Ce substanțe se numesc catalizatori?

2. Ce rol joacă enzimele într-o celulă?

3. De ce factori poate depinde viteza reacțiilor enzimatice?

4. De ce majoritatea enzimelor își pierd proprietățile catalitice la temperaturi ridicate?

5. De ce poate lipsa vitaminelor să provoace tulburări în procesele vitale ale organismului?

Sarcini

După ce ați analizat cunoștințele acumulate în lecțiile anterioare, explicați de ce majoritatea enzimelor își pierd proprietățile catalitice la temperaturi ridicate.

§ 12. Viruși

1. Ce proprietăți au organismele vii?

2. Ce acizi nucleici cunoașteți?

3. Ce funcții îndeplinesc acizii nucleici?

Viruși(din lat. virus- otravă) nu au structura celulara. Ele reprezintă cea mai simplă formă de viață de pe planeta noastră, ocupând o poziție de frontieră între materia neînsuflețită și cea vie.

Orez. 18. Forma unor virusuri: 1 - virus herpes; 2 - virusul gripal

Orez. 19. Model al virusului mozaicului tutunului: 1 - înveliș proteic; 2 - ARN

Virușii diferă de materia neînsuflețită prin două proprietăți: capacitatea de a reproduce forme similare (reproduce) și posesia de ereditate și variabilitate.

Virușii sunt foarte simpli. Fiecare particulă virală constă din ARN sau ADN închis într-un înveliș proteic numit capside(Fig. 19).

După ce a pătruns în celulă, virusul își schimbă metabolismul, direcționându-și toate activitățile către producerea de acid nucleic viral și proteine ​​virale. are loc în interiorul celulei auto-asamblare particule virale din molecule de acid nucleic sintetizate și proteine. Până în momentul morții, un număr mare de particule virale au timp să fie sintetizate în celulă. În cele din urmă, celula moare, învelișul ei explodează, iar virusurile părăsesc celula gazdă (Fig. 20).

Instalându-se în celulele organismelor vii, virușii provoacă multe boli periculoase: la om - gripă, variolă, rujeolă, poliomielita, oreion, rabie, SIDA și multe altele; în plante - boala mozaic a tutunului, roșiilor, castraveților, curl frunzelor, nanismului etc.; la animale - febra aftoasă, febra porcină și aviară, anemie infecțioasă a cailor etc.

Orez. 20. Ciclul de dezvoltare a virusului

Viruși. capside. auto-asamblare

Întrebări

1. Care este structura virusurilor?

2. Pe ce bază sunt clasificați virusurile ca organisme vii?

3. Ce caracteristici disting virusurile de alte organisme vii?

informatii suplimentare

Biologia moleculară studiază proprietățile și manifestările de bază ale vieții la nivel molecular. Ca știință independentă, biologia moleculară s-a format în anii 1950. Secolului 20 Nașterea ei este adesea atribuită anului 1953, când lucrarea biologului american D. Watson și a fizicianului englez F. Crick a fost publicată despre structura spațială a ADN-ului și functie biologica această moleculă a fost legată de ea structura chimica. Biologia moleculară are o importantă valoare practicăîn dezvoltare Agricultură, în industria microbiologică și ca bază teoretică a medicinei.

Sarcini

La nivel general, discutați despre importanța biologiei moleculare în lumea de astăzi.

Nivelul molecular de organizare a materiei vii este subiectul biologiei moleculare, care studiază structura și funcțiile substanțelor organice care alcătuiesc organismele vii - proteine, carbohidrați, lipide, acizi nucleici etc.

Proteinele sunt principalele blocuri de construcție celulelor și reglează procesele care au loc în ele.

Acizii nucleici sunt implicați în transmitere informații ereditare celulă la celulă, organism la organism.

Carbohidrații și lipidele sunt cele mai importante surse de energie necesare vieții organismelor și materialul de construcție al celulei.

Proprietățile compușilor biologici depind de structura moleculelor lor. Carbohidrații sunt formați din carbon, hidrogen și oxigen. Pot fi simple (monozaharide) sau complexe (polizaharide).

Lipidele sunt un grup de substanțe asemănătoare grăsimilor care sunt insolubile în apă. Majoritatea lipidelor sunt compuse din acizi grași cu greutate moleculară mare și alcool trihidroxilic glicerol.

Proteinele sau proteinele sunt biopolimeri. Monomerii proteici sunt aminoacizi. Întreaga varietate de proteine ​​este creată de diverse combinații de doar 20 de aminoacizi.

Moleculele de proteine ​​pot lua diferite configurații spațiale: structuri primare, secundare, terțiare și cuaternare. O astfel de complexitate a structurii moleculelor proteice este asociată cu numeroasele funcții îndeplinite de acești biopolimeri. Multe proteine ​​sunt enzime, adică biocatalizatori.

Acizii nucleici sunt biopolimeri formați din monomeri nucleotidici. Fiecare nucleotidă constă dintr-o bază azotată, un carbohidrat (riboză sau dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. Există două tipuri de acizi nucleici - ARN și ADN.

ATP este o nucleotidă formată dintr-o bază azotată adenină, un carbohidrat de riboză și trei resturi de acid fosforic. ATP este o sursă universală de energie pentru toate reacțiile care au loc în celulă.

Virușii sunt o formă de tranziție între materia vie și cea nevie. Ele sunt formate din ARN sau ADN și o înveliș proteic.

capitolul 2

Celula - unitate elementară viata pe pamant. Toate creaturile vii de pe Pământ, cu excepția virușilor, sunt construite din celule și pot fi unicelulare (bacterii, unele alge, protozoare) sau multicelulare. O celulă are toate caracteristicile unui organism viu: crește, se reproduce, schimbă substanțe și energie cu mediul înconjurător și reacționează la stimuli externi.

În acest capitol vei învăța

Cum este aranjată celula?

Care sunt funcțiile organelelor celulare;

Cum obține celula energie?

Cum sintetizează o celulă substanțele de care are nevoie pentru viață;

Cum se divide celula.

§ 13. Nivel celular: caracteristici generale

1. Ce este comun și care sunt diferențele dintre celulele vegetale și cele bacteriene?

2. Toate organismele de pe Pământ au o structură celulară?

Nivelul celular de organizare a viețuitoarelor face obiectul unui studiu separat. stiinta biologica- Citologie. Acesta explorează structura și funcționarea celulelor, tiparele specializării lor în timpul dezvoltării organismelor, mecanismele diviziunii celulare și caracteristicile proceselor chimice care au loc în ele.

Compoziția chimică a celulei.În ciuda diferențelor de structură și funcții, toate celulele constau din aproape aceleași elemente chimice. Asemănarea compoziției chimice elementare a celulelor diferitelor organisme indică unitatea naturii vii. Aproximativ 98% din masa oricărei celule cade pe patru elemente: oxigen (75%), carbon (15%), hidrogen (8%) și azot (3%). Cele mai mult de 70 de elemente rămase care pot face parte din celulă trec 2% din masa acesteia.

Te-ai familiarizat cu structura și funcțiile proteinelor, grăsimilor, carbohidraților, acizilor nucleici și altor compuși organici care alcătuiesc o celulă, studiind nivelul molecular de organizare a sistemelor vii.

Pe lângă substanțe organice, în celulă sunt prezente și substanțe anorganice - apă și săruri minerale.

Apa din celulă în termeni cantitativi ocupă primul loc printre toate celelalte compuși chimici. Cu cât rata metabolică este mai mare într-o anumită celulă, cu atât conține mai multă apă.

Apa îndeplinește diverse funcții: menținerea volumului, elasticitatea celulei, dizolvarea diferitelor substanțe, majoritatea reacțiilor chimice din celulă decurg în soluții apoase.

Mineralele din celulă pot fi sub formă de săruri dizolvate sau în stare solidă. De exemplu, în citoplasma aproape oricărei celule există incluziuni cristaline constând din săruri slab solubile.

Ionii de sare fac parte din citoplasma celulelor, îi determină echilibrul acido-bazic și activează multe enzime.

Compuși ai azotului, fosforului, calciului și alții substante anorganice folosit pentru sinteza moleculelor organice.

Sărurile de calciu și fosfor oferă rezistență oaselor, unghiilor, dinților. Cationii de calciu sunt implicați în reglarea contracțiilor inimii și a coagulării sângelui.

Metode de studiu a celulelor. Din punct de vedere istoric, prima astfel de metodă de studiu a celulelor a fost microscopie ușoară. Primele microscoape au fost inventate în începutul XVIIîn. și a crescut de 20-35 de ori. Modern microscoape ușoare crește obiectul studiat de 2000–2500 de ori. În anii 30. Secolului 20 a apărut microscopia electronică. În acest moment a fost inventat microscopul electronic, care vă permite să obțineți o mărire de până la 1.000.000 de ori (Fig. 21).

Pentru a izola mitocondriile, ribozomii, plastidele și alte organele celulare, se utilizează metoda. centrifugare. Pentru a face acest lucru, celulele distruse sunt plasate în eprubete și rotite cu un foarte de mare vitezăîn aparate speciale – centrifuge.

Orez. 21. Microscoape 1 - microscop al secolului al XVII-lea; 2 – microscoape ușoare moderne; 3 - microscop electronic

În prezent, oamenii de știință folosesc alte metode fizice și chimice pentru a izola și a studia diferite tipuri de molecule care alcătuiesc celula.

Puncte cheie teoria celulei. Celulele diferitelor organe ale animalelor, plantelor, ciupercilor nu sunt foarte asemănătoare între ele ca aspect. Ei bine, ce ar părea a fi comun între neuronul creierului nostru, celula înțepătoare a hidrei, papucul ciliat și celula frunzei de mesteacăn? Cu toate acestea, între acestea și toate celelalte celule, există mult mai multe asemănări decât diferențe. Și deși mulți oameni de știință au folosit microscoape pentru a studia ființele vii, tehnica secolelor XVII-XVIII. era încă foarte imperfect. Numai în începutul XIXîn. R. Brown a putut să vadă o formațiune densă în interiorul celulelor frunzelor, pe care a numit-o miez. Pe la mijlocul secolului al XIX-lea. Oamenii de știință germani T. Schwann și M. Schleiden, rezumând informațiile obținute de mulți cercetători, au formulat teoria celulei, una dintre cele mai importante din biologia modernă.

1. Toate ființele vii, de la unicelulare până la cele mari de plante și animale, sunt formate din celule.

2. Toate celulele sunt similare ca structură, compoziție chimică și funcții vitale.

3. În ciuda faptului că în organismele multicelulare, celulele individuale sunt specializate în efectuarea unei anumite „lucrări”, ele sunt capabile de viață independentă, adică se pot hrăni, crește și multiplica.

M. Schleiden și T. Schwann au crezut în mod eronat că celulele pot avea originea spontană în lichide sau se pot naște în număr mare în interiorul celulelor vechi. Cu toate acestea, biologul și medicul german R. Virchow a demonstrat că celulele sunt capabile să se divizeze și a propus următoarea adăugare la teoria celulară.

4. Toate celulele sunt formate dintr-o celulă.

În acest fel, celulă- o unitate elementară a vieții, care stă la baza structurii, dezvoltării și reproducerii tuturor organismelor vii.

Celulă. Metode de studiere a celulelor: microscopie ușoară și microscopia electronică, centrifugare. teoria celulei

Întrebări

1. Ce întrebări sunt luate în considerare la nivel celular?

2. Care este caracteristica compoziției chimice a unei celule?

3. Ce metode sunt folosite pentru studiul celulelor?

4. Cine a dezvoltat teoria celulară?

5. De ce a fost numită celula celulă?

6. Ce proprietăți unesc toate celulele organismelor vii?

Sarcini

Folosind cunoștințele acumulate la ora de fizică, explicați de ce microscoapele electronice oferă o mărire mai mare decât microscoapele cu lumină.

§ paisprezece. Informatii generale despre celule. membrana celulara

1. Care este diferența dintre învelișurile celulelor animale și vegetale?

2. Cu ce ​​este acoperită celula fungică?

Celulele, în ciuda dimensiunilor lor mici, sunt foarte complexe. Ele conțin structuri pentru consumul de nutrienți și energie, excreția de produse metabolice inutile și reproducere. Toate aceste aspecte ale vieții celulare trebuie să fie strâns legate între ele.

Studiile care au fost efectuate de multe decenii și continuă până în zilele noastre fac posibilă realizarea unei imagini destul de complete a structurii celulei. Putem raporta funcțiile individuale ale unei celule de multitudinea de formațiuni minuscule diferite care se găsesc în ea.

Conținutul intern de semi-lichid al celulei se numește citoplasma. Citoplasma majorității celulelor conține miez, coordonând activitatea vitală a celulei, și numeroase organeleîndeplinind diverse funcții.

membrana celulara separă interiorul celulei de exterior. Protejează citoplasma și nucleul de deteriorare, asigură comunicarea între celule, trece selectiv substanțele necesare în celulă și elimină produsele metabolice din celulă.

Structura membranei în toate celulele este aceeași. Grosimea sa este de aproximativ 8 nm (1 nm = 10 -9 m) și, prin urmare, este imposibil să se vadă membrana într-un microscop cu lumină. Datele obținute cu ajutorul unui microscop electronic au făcut posibilă concluzia că baza membranei este un strat dublu de molecule de lipide (Fig. 22), în care se află numeroase molecule de proteine. Unele proteine ​​sunt situate pe suprafața stratului lipidic, altele pătrund prin ambele straturi de lipide. Proteinele speciale formează canalele cele mai subțiri prin care ionii de potasiu, sodiu, calciu și alți ioni cu un diametru mic pot trece în sau din celulă. Cu toate acestea, particulele mai mari nu pot trece prin canalele membranei. Moleculele de nutrienți - proteine, carbohidrați, lipide - intră în celulă cu ajutorul fagocitozei sau pinocitozei.

În locul în care particula alimentară atinge membrana exterioară a celulei, se formează o invaginare, iar particula intră în celulă, înconjurată de o membrană. Acest proces se numește fagocitoză(Fig. 23, DAR). Enzimele digestive pătrund în interiorul bulei formate și există vacuola digestivă. Protozoarele se hrănesc cu fagocitoză. În organismele multicelulare, unele leucocite din sânge sunt celule amiboide destul de mari, care se mișcă în sânge și limfă și sunt, de asemenea, capabile să captureze și să digere în mod activ bacteriile străine. Ei sunt numiti, cunoscuti fagocite.

Orez. 22. Structura membranei celulare

Orez. 23. Scheme de fagocitoză (A) și pinocitoză (B)

Deoarece celulele vegetale sunt acoperite cu un strat dens de fibre peste membrana celulară exterioară, ele nu pot capta substanțe prin fagocitoză.

pinocitoza diferă de fagocitoză numai prin aceea că, în acest caz, invaginarea membranei exterioare nu captează particule solide, ci picături lichide cu substanțe dizolvate în ea (Fig. 23, B). Acesta este unul dintre principalele mecanisme de pătrundere a substanțelor în celulă.

Citoplasma. Miez. Organele. Membrană. Fagocitoză. pinocitoza

Întrebări

1. Care sunt funcțiile membranei exterioare a celulei?

2. În ce moduri pot pătrunde diferite substanțe în celulă?

3. Cum este pinocitoza diferită de fagocitoză?

4. De ce celulele vegetale nu au fagocitoză?

Sarcini

1. Planifică-ți paragraful.

2. După analizarea textului paragrafului și a figurilor 22 și 23, stabiliți relația dintre structura și funcțiile membranei celulare.

"Introducere în biologie generală și ecologie. Clasa a 9-a". A.A. Kamensky (gdz)

Caracteristicile celulei. membrana celulara

Întrebarea 1. Care sunt funcțiile membranei exterioare a celulei?
Membrana celulară exterioară este formată dintr-un strat dublu lipidic și molecule de proteine, dintre care unele sunt situate la suprafață, iar unele pătrund în ambele straturi de lipide prin și prin. Funcțiile membranei plasmatice:
1. Delimitarea. Membranele plasmatice formează sisteme închise fără întrerupere oriunde, adică. nu au coloane, așa că separă interiorul de exterior. De exemplu, membrana celulară protejează conținutul citoplasmei de daune fizice și chimice.
2. Transport - una dintre cele mai importante funcții este legată de capacitatea membranei de a trece diferite substanțe în sau din celulă, acest lucru este necesar pentru a menține constanța compoziției sale, adică. homeostazie (greacă homos - asemănător și stasis - stare).
3. Contact. În compoziția țesuturilor și a organelor, între celule se formează structuri speciale complexe - contacte intercelulare.
4. Membrana plasmatică a multor celule poate forma structuri speciale (microvili, cili, flageli).
5. Pe membrana plasmatică se creează o diferență de potențial electric. De exemplu, glicoproteinele eritrocitelor de mamifere creează o sarcină negativă pe suprafața lor, care le împiedică să se aglutine (lipirea).
6. Receptor. Este furnizat de molecule de proteine ​​integrale care au capete polizaharide la exterior. Membranele au număr mare receptorii sunt proteine ​​speciale al căror rol este de a transmite semnale din exterior spre interiorul celulei. Glicoproteinele sunt implicate în recunoașterea factorilor individuali de mediu și în răspunsul celulelor la acești factori. De exemplu, ovulul și spermatozoizii se recunosc reciproc prin glicoproteine ​​care se potrivesc împreună ca elemente separate ale unei structuri integrale (conexiune stereochimică ca o „cheie a lacătului”) - aceasta este etapa care precede fecundarea.
7. Membrana plasmatică poate participa la sinteza și cataliză. Membrana este baza pentru plasarea precisă a enzimelor. Enzimele hidrolitice pot precipita în stratul de glicocalix, care scindează diverși biopolimeri și molecule organice, realizând clivaj membranar sau extracelular. Acesta este modul în care se desfășoară clivajul extracelular în bacteriile și ciupercile heterotrofe. La mamifere, de exemplu, în epiteliul intestinal, în zona marginii periei a epiteliului de aspirație, un numar mare de diverse enzime (amilaza, lipaza, diverse proteinaze, exohidrolaze etc.), i.e. se efectuează digestia parietală.

Întrebarea 2. În ce moduri pot pătrunde diferite substanțe în celulă?
Substanțele pot pătrunde în membrana celulară exterioară în mai multe moduri. În primul rând, prin cele mai subțiri canale formate din molecule de proteine, ionii de substanțe mici, cum ar fi ionii de sodiu, potasiu și calciu, pot trece în celulă. Acest așa-numit transport pasiv se desfășoară fără consum de energie prin difuzie, osmoză și difuzie facilitată. În al doilea rând, substanțele pot pătrunde în celulă prin fagocitoză sau pinocitoză. Molecule mari de biopolimeri intră prin membrană din cauza fagocitozei, fenomen descris pentru prima dată de I.I. Mechnikov. Procesul de captare și absorbție a picăturilor de lichid are loc prin pinocitoză. Prin fagocitoză și pinocitoză, particulele de alimente intră de obicei în celulă.

Întrebarea 3. Cum este pinocitoza diferită de fagocitoză?
Fagocitoza (greacă phagos - a devora, cytos - recipient) este captarea și absorbția de particule mari (uneori celule întregi și particulele lor) de către o celulă. În acest caz, membrana plasmatică formează excrescențe, înconjoară particulele și le mută în celulă sub formă de vacuole. Acest proces este asociat cu costul membranei și al energiei ATP.
Pinocitoză (greacă pino - băutură) - absorbția picăturilor de lichid cu substanțe dizolvate în ea. Se realizează datorită formării de invaginări pe membrană și formării de bule înconjurate de membrană și mișcându-le în interior. Acest proces este, de asemenea, asociat cu costul membranei și al energiei ATP. Funcția de aspirație a epiteliului intestinal este asigurată de pinocitoză.
Astfel, în timpul fagocitozei, celula absoarbe particulele de alimente solide, iar în timpul pinocitozei, picăturile lichide. Dacă celula încetează să mai sintetizeze ATP, atunci procesele de pino- și fagocitoză se opresc complet.

De ce virusurile sunt clasificate ca organisme vii?

Virușii sunt cea mai simplă formă de viață de pe Pământ și ocupă o poziție de frontieră între materia neînsuflețită și cea vie. Deoarece virusurile au ereditate și variabilitate, precum și capacitatea de a se reproduce, ei pot fi atribuiți organismelor vii. În plus, virusul conține acizi nucleici și proteine ​​care sunt specifice organismelor vii.

Caracteristicile virușilor

Ce caracteristici disting virusurile de alte organisme vii?

teoria celulei

Cine a dezvoltat teoria celulară?

Teoria celulară a fost formulată la mijlocul secolului al XIX-lea. Oamenii de știință germani Theodor Schwann și Matthias Schleiden. Ei au rezumat rezultatele multor descoperiri cunoscute până atunci. Principalele concluzii teoretice, numite teoria celulară, le-a subliniat T. Schwann în cartea sa „Studii microscopice asupra corespondenței în structura și creșterea animalelor și a plantelor” (1839). Ideea principală a cărții este că țesuturile vegetale și animale sunt formate din celule. O celulă este o unitate structurală a organismelor vii.

Termenul "celula"

De ce o celulă se numește celulă?

Omul de știință olandez Robert Hooke, folosind designul său al unui dispozitiv de mărire, a observat o secțiune subțire de plută. A fost frapat de faptul că pluta a fost construită din celule care semănau cu fagurii de miere. Hooke a numit aceste celule celule.

Proprietățile generale ale tuturor celulelor

Ce proprietăți unesc toate celulele organismelor vii?

Celulele au toate caracteristicile vieții. Sunt capabili de creștere, reproducere, metabolism și conversie a energiei, au ereditate și variabilitate și răspund la stimuli externi.

Funcțiile membranei exterioare a celulei

Care sunt funcțiile membranei exterioare a celulei?

Membrana celulară exterioară este formată dintr-un strat dublu lipidic și molecule de proteine, dintre care unele sunt situate la suprafață, iar unele pătrund în ambele straturi de lipide prin și prin. Membrana celulară exterioară îndeplinește o funcție de protecție, separând celula de mediul extern și previne deteriorarea conținutului acesteia. În plus, membrana celulară exterioară asigură transportul de substanțe în și din celulă, permite celulelor să interacționeze între ele.

Cum pătrund substanțele în celulă

În ce moduri pot pătrunde diferite substanțe în celulă?

Substanțele pot pătrunde în membrana celulară exterioară în mai multe moduri. În primul rând, prin cele mai subțiri canale formate din molecule de proteine, ionii de substanțe mici, cum ar fi ionii de sodiu, potasiu și calciu, pot trece în celulă. În al doilea rând, substanțele pot pătrunde în celulă prin fagocitoză sau pinocitoză. În acest fel, particulele de alimente pătrund de obicei.

Diferența dintre pinocitoză și fagocitoză

Cum este pinocitoza diferită de fagocitoză?

În pinocitoză, proeminența membranei exterioare captează picături de lichid, iar în fagocitoză, particule solide.

Fagocitoza la plante

De ce celulele vegetale nu au fagocitoză?

În timpul fagocitozei, în locul în care particula alimentară atinge membrana exterioară a celulei, se formează o invaginare, iar particula intră în celulă, înconjurată de o membrană. O celulă vegetală are o membrană densă, non-plastică de celuloză, deasupra membranei celulare, care previne fagocitoza.

Funcțiile nucleului celular

Care sunt funcțiile nucleului celular?

Nucleul conține toate informațiile despre procesele de activitate vitală, de creștere și dezvoltare a celulei. Aceste informații sunt stocate în nucleu sub formă de molecule de ADN care alcătuiesc cromozomii. Prin urmare, nucleul coordonează și reglează sinteza proteinelor și, în consecință, toate procesele metabolice și energetice care au loc în celulă.