Ժամանակակից փորձարարական հետազոտությունները հաստատել են, որ բջիջը գրեթե բոլոր կենդանի օրգանիզմների ամենաբարդ կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ միավորն է, բացառությամբ վիրուսների, որոնք ոչ բջջային կյանքի ձևեր են: Ցիտոլոգիան ուսումնասիրում է բջջի կառուցվածքը, ինչպես նաև կենսագործունեությունը՝ շնչառություն, սնուցում, վերարտադրություն, աճ։ Այս գործընթացները կքննարկվեն այս հոդվածում:
Բջջի կառուցվածք
Օգտագործելով լուսային և էլեկտրոնային մանրադիտակ՝ կենսաբանները պարզել են, որ բույսերի և կենդանիների բջիջները պարունակում են մակերեսային ապարատ (վերթաղանթային և ենթաթաղանթային համալիրներ), ցիտոպլազմա և օրգանելներ։ Կենդանական բջիջներում գլիկոկալիքսը գտնվում է թաղանթի վերևում, որը պարունակում է ֆերմենտներ և ապահովում է ցիտոպլազմից դուրս գտնվող բջջի սնուցումը: Բուսական բջիջներում՝ պրոկարիոտներում (բակտերիաներ և ցիանոբակտերիաներ), ինչպես նաև սնկերում, թաղանթի վերևում ձևավորվում է բջջային պատ, որը բաղկացած է ցելյուլոզից, լիգնինից կամ մուրեինից։
Միջուկը էական օրգանել էէուկարիոտներ. Այն պարունակում է ժառանգական նյութ՝ ԴՆԹ, որը նման է քրոմոսոմների։ Բակտերիաները և ցիանոբակտերիաները պարունակում են նուկլեոիդ, որը հանդես է գալիս որպես դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի կրող։ Նրանք բոլորն էլ կատարում են խիստ հատուկ գործառույթներ, որոնք որոշում են նյութափոխանակության բջջային պրոցեսները։
Ինչ ենք հասկանում բջջային սնուցում ասելով
Բջջի կենսական դրսևորումները ոչ այլ ինչ են, քան էներգիայի փոխանցում և նրա փոխակերպումը մի ձևից մյուսը (համաձայն թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի): Սնուցիչների մեջ հայտնաբերված էներգիան լատենտ, այսինքն՝ կապված վիճակում, անցնում է ATP մոլեկուլների մեջ: Հարցին, թե ինչ է բջիջների սնուցումը կենսաբանության մեջ, կա պատասխան, որը հաշվի է առնում հետևյալ պոստուլատները՝
- Բջջը, լինելով բաց կենսահամակարգ, պահանջում է էներգիայի մշտական մատակարարում արտաքին միջավայրից:
- Օրգանական նյութեր, որոնք անհրաժեշտ են սնուցման համար, որոնք բջիջը կարող է ստանալ երկու եղանակով.
ա) միջբջջային միջավայրից, պատրաստի միացությունների տեսքով;
բ) ինքնուրույն սինթեզում սպիտակուցներ, ածխաջրեր և ճարպեր ածխաթթու գազից, ամոնիակից և այլն:
Ուստի բոլոր օրգանիզմները բաժանվում են հետերոտրոֆ և ավտոտրոֆների, որոնց նյութափոխանակության առանձնահատկությունները ուսումնասիրվում են կենսաքիմիայով։
Նյութափոխանակություն և էներգիա
Բջջ մտնող օրգանական նյութերը ենթարկվում են տրոհման, որի արդյունքում էներգիա է արտազատվում ATP կամ NADP-H2 մոլեկուլների տեսքով։ Ձուլման և դիսիմիլացիոն ռեակցիաների ամբողջությունը նյութափոխանակությունն է։ Ստորև մենք կքննարկենք էներգետիկ նյութափոխանակության փուլերը, որոնք ապահովում են սնուցում հետերոտրոֆ բջիջների համար: Առաջին հերթին սպիտակուցներ, ածխաջրեր և լիպիդներբաժանվում են իրենց մոնոմերների՝ ամինաթթուների, գլյուկոզայի, գլիցերինի և ճարպաթթուների: Այնուհետև առանց թթվածնի մարսողության ընթացքում դրանք ենթարկվում են հետագա քայքայման (անաէրոբ մարսողություն):
Այս կերպ սնվում են ներբջջային մակաբույծները՝ ռիկետցիան, քլամիդիան և ախտածին բակտերիաները, օրինակ՝ կլոստրիդիումը։ Միաբջիջ խմորիչ սնկերը գլյուկոզան բաժանում են էթիլային սպիրտ, կաթնաթթվային բակտերիաները՝ կաթնաթթու: Այսպիսով, գլիկոլիզը, ալկոհոլը, կարագի, կաթնաթթվային խմորումը բջիջների սնուցման օրինակներ են հետերոտրոֆներում անաէրոբ մարսողության շնորհիվ:
Ավտոտրոֆիա և նյութափոխանակության գործընթացների առանձնահատկությունները
Երկրի վրա ապրող օրգանիզմների համար էներգիայի հիմնական աղբյուրը Արևն է։ Նրա շնորհիվ մեր մոլորակի բնակիչների կարիքները բավարարվում են։ Նրանցից ոմանք լույսի էներգիայի շնորհիվ սինթեզում են սննդանյութեր, դրանք կոչվում են ֆոտոտրոֆներ։ Մյուսները - ռեդոքս ռեակցիաների էներգիայի օգնությամբ դրանք կոչվում են քիմոտրոֆներ: Միաբջիջ ջրիմուռներում բջջի սնուցումը, որի լուսանկարը ներկայացված է ստորև, իրականացվում է ֆոտոսինթետիկ եղանակով։
Կանաչ բույսերը պարունակում են քլորոֆիլ, որը քլորոպլաստների մի մասն է։ Այն խաղում է ալեհավաքի դեր, որը գրավում է լույսի քվանտաները: Ֆոտոսինթեզի թեթև և մութ փուլերում տեղի են ունենում ֆերմենտային ռեակցիաներ (Կալվինի ցիկլ), որի արդյունքում ձևավորվում են ածխաթթու գազից սնուցման համար օգտագործվող բոլոր օրգանական նյութերը: Հետեւաբար, բջիջը, որը սնվում էլույսի էներգիայի օգտագործման պատճառով կոչվում է ավտոտրոֆ կամ ֆոտոտրոֆ։
Միաբջջային օրգանիզմները, որոնք կոչվում են քիմիասինթետիկներ, օգտագործում են քիմիական ռեակցիաների արդյունքում ազատված էներգիան՝ ձևավորելու օրգանական նյութեր, օրինակ՝ երկաթի բակտերիաները օքսիդացնում են երկաթի միացությունները՝ վերածելով երկաթի երկաթի, իսկ ազատված էներգիան ուղղվում է գլյուկոզայի սինթեզին։ մոլեկուլներ.
Այսպիսով, ֆոտոսինթետիկ օրգանիզմները գրավում են լույսի էներգիան և այն վերածում մոնո- և պոլիսաքարիդների կովալենտային կապերի էներգիայի: Այնուհետև սննդային շղթաների երկայնքով էներգիան փոխանցվում է հետերոտրոֆ օրգանիզմների բջիջներին։ Այլ կերպ ասած, ֆոտոսինթեզի շնորհիվ գոյություն ունեն կենսոլորտի բոլոր կառուցվածքային տարրերը։ Կարելի է ասել, որ բջիջը, որի սնուցումը տեղի է ունենում ավտոտրոֆ եղանակով, «սնվում է» ոչ միայն ինքն իրեն, այլև Երկիր մոլորակի վրա ապրող ամեն ինչ։
Ինչպես են սնվում հետերոտրոֆ օրգանիզմները
Բջիջը, որի սնուցումը կախված է արտաքին միջավայրից օրգանական նյութերի ընդունումից, կոչվում է հետերոտրոֆ: Օրգանիզմները, ինչպիսիք են սնկերը, կենդանիները, մարդիկ և մակաբույծ բակտերիաները, քայքայում են ածխաջրերը, սպիտակուցները և ճարպերը՝ օգտագործելով մարսողական ֆերմենտները:
Այնուհետև ստացված մոնոմերները կլանվում են բջիջի կողմից և օգտագործվում են նրա կողմից՝ կառուցելու իրենց օրգանելները և կյանքը: Լուծված սննդանյութերը բջիջ են մտնում պինոցիտոզով, մինչդեռ պինդ սննդի մասնիկները բջիջ են մտնում ֆագոցիտոզով: Հետերոտրոֆ օրգանիզմները կարելի է բաժանել սապրոտրոֆների և մակաբույծների։Առաջինները (օրինակ՝ հողի բակտերիաները, սնկերը, որոշ միջատներ) սնվում են մահացած օրգանական նյութերով, երկրորդները (պաթոգեն բակտերիաներ, հելմինտներ, մակաբուծական սնկեր) սնվում են կենդանի օրգանիզմների բջիջներով և հյուսվածքներով։։
Միքսոտրոֆներ, դրանց տարածումը բնության մեջ
Սնուցման խառը տեսակը բնության մեջ բավականին հազվադեպ է և հանդիսանում է շրջակա միջավայրի տարբեր գործոններին հարմարվելու (իդիոադապտացիայի) ձև: Միքսոտրոֆիայի հիմնական պայմանը ֆոտոսինթեզի համար քլորոֆիլ պարունակող երկու օրգանելների բջիջում և շրջակա միջավայրից եկող պատրաստի սննդանյութերը քայքայող ֆերմենտների համակարգն է: Օրինակ, միաբջիջ կենդանին Euglena green-ը պարունակում է քրոմատոֆորներ՝ քլորոֆիլով հիալոպլազմայում:
Երբ ջրամբարը, որտեղ ապրում է էվգլենան, լավ լուսավորված է, այն սնվում է բույսի պես, այսինքն՝ ավտոտրոֆ՝ ֆոտոսինթեզի միջոցով: Արդյունքում գլյուկոզան սինթեզվում է ածխաթթու գազից, որը բջիջը օգտագործում է որպես սնունդ։ Էվգլենան գիշերը սնվում է հետերոտրոֆիկ եղանակով՝ քայքայելով օրգանական նյութերը մարսողական վակուոլներում տեղակայված ֆերմենտների օգնությամբ։ Այսպիսով, գիտնականները բջջի միքսոտրոֆիկ սնուցումը համարում են բույսերի և կենդանիների ծագման միասնության ապացույց։
Բջջի աճը և դրա կապը տրոֆիզմի հետ
Ինչպես ամբողջ օրգանիզմի, այնպես էլ նրա առանձին օրգանների ու հյուսվածքների երկարության, զանգվածի, ծավալի ավելացումը կոչվում է աճ: Դա անհնար է առանց բջիջների սննդանյութերի մշտական մատակարարման, որոնք ծառայում են որպես շինանյութ: Հարցին պատասխան ստանալու համար, թե ինչպես է աճում բջիջը, որի սնուցումըառաջանում է ավտոտրոֆ եղանակով, անհրաժեշտ է ճշտել՝ արդյոք այն անկախ օրգանիզմ է, թե՞ որպես կառուցվածքային միավոր հանդիսանում է բազմաբջիջ անհատի մաս։ Առաջին դեպքում աճը կիրականացվի բջջային ցիկլի ինտերֆազում։ Նրանում ինտենսիվորեն տեղի են ունենում պլաստիկ փոխանակման գործընթացները։ Հետերոտրոֆ օրգանիզմների սնուցումը փոխկապակցված է արտաքին միջավայրից եկող սննդի առկայության հետ։ Բազմաբջիջ օրգանիզմի աճը տեղի է ունենում կրթական հյուսվածքներում կենսասինթեզի ակտիվացման, ինչպես նաև կատաբոլիզմի պրոցեսների նկատմամբ անաբոլիկ ռեակցիաների գերակշռման շնորհիվ։
Թթվածնի դերը հետերոտրոֆ բջիջների սնուցման գործում
Աերոբ օրգանիզմներ. որոշ բակտերիաներ, սնկեր, կենդանիներ և մարդիկ թթվածին են օգտագործում՝ գլյուկոզի նման սննդանյութերն ամբողջությամբ տրոհելու համար ածխաթթու գազի և ջրի (Կրեբսի ցիկլը): Այն առաջանում է H + -ATP-ase ֆերմենտային համակարգ պարունակող միտոքոնդրիաների մատրիցայում, որը սինթեզում է ATP մոլեկուլները ADP-ից: Պրոկարիոտիկ օրգանիզմներում, ինչպիսիք են աերոբ բակտերիաները և ցիանոբակտերիաները, թթվածնի դիսիմիլացիայի փուլը տեղի է ունենում բջիջների պլազմային թաղանթում:
Գամետների հատուկ սնուցում
Մոլեկուլային կենսաբանության և բջջաբանության մեջ բջիջների սնուցումը կարելի է համառոտ նկարագրել որպես սննդանյութերի ներթափանցման գործընթաց, դրանց պառակտում և էներգիայի որոշակի մասի սինթեզ ATP մոլեկուլների տեսքով: Գամետների տրոֆիզմը՝ ձվերը և սպերմատոզոիդները, ունեն որոշ առանձնահատկություններ՝ կապված դրանց գործառույթների բարձր յուրահատկության հետ: Սա հատկապես վերաբերում է իգական սեռի բջիջին, որը ստիպված է կուտակել սննդանյութերի մեծ պաշար, հիմնականում՝դեղնուց.
Բեղմնավորումից հետո նա կօգտագործի դրանք ջախջախելու և սաղմի ձևավորման համար: Սպերմատոզոիդները հասունացման (սպերմատոգենեզ) գործընթացում օրգանական նյութեր են ստանում սերտոլի բջիջներից, որոնք գտնվում են սերմնահեղուկ խողովակներում։ Այսպիսով, գամետների երկու տեսակներն էլ ունեն նյութափոխանակության բարձր մակարդակ, ինչը հնարավոր է ակտիվ բջջային տրոֆիզմի շնորհիվ։
Հանքային սնուցման դերը
Նյութափոխանակության գործընթացներն անհնար են առանց հանքային աղերի մաս կազմող կատիոնների և անիոնների ներհոսքի: Օրինակ՝ մագնեզիումի իոններն անհրաժեշտ են ֆոտոսինթեզի համար, կալիումի և կալցիումի իոնները՝ միտոքոնդրիալ ֆերմենտային համակարգերի աշխատանքի համար, իսկ նատրիումի իոնների, ինչպես նաև կարբոնատ անիոնների առկայությունը անհրաժեշտ է հիալոպլազմի բուֆերային հատկությունները պահպանելու համար։ Հանքային աղերի լուծույթները բջիջ են մտնում պինոցիտոզով կամ բջջաթաղանթի միջով դիֆուզիոնով։ Հանքային սնուցումը բնորոշ է ինչպես ավտոտրոֆ, այնպես էլ հետերոտրոֆ բջիջներին:
Ամփոփելով՝ մենք համոզված ենք, որ բջիջների սնուցման կարևորությունը իսկապես մեծ է, քանի որ այս գործընթացը տանում է ավտոտրոֆ օրգանիզմներում ածխաթթու գազից շինանյութի (ածխաջրեր, սպիտակուցներ և ճարպեր) ձևավորմանը։ Հետերոտրոֆ բջիջները սնվում են ավտոտրոֆների կենսագործունեության արդյունքում առաջացած օրգանական նյութերով։ Նրանք ստացված էներգիան օգտագործում են վերարտադրության, աճի, շարժման և կյանքի այլ գործընթացների համար։
