Studiile experimentale moderne au stabilit că celula este cea mai complexă unitate structurală și funcțională a aproape tuturor organismelor vii, cu excepția virusurilor, care sunt forme de viață necelulare. Citologia studiază structura, precum și activitatea vitală a celulei: respirație, nutriție, reproducere, creștere. Aceste procese vor fi luate în considerare în această lucrare.
Structura celulei
Prin utilizarea unui microscop cu lumină și electroni, biologii au stabilit că celulele vegetale și animale conțin un aparat de suprafață (complexe supramembranare și submembranare), citoplasmă și organele. În celulele animale, deasupra membranei este situat un glicocalix, care conține enzime și oferă nutriție celulei din afara citoplasmei. În celulele vegetale, procariote (bacterii și cianobacterii), precum și în ciuperci, deasupra membranei se formează un perete celular, care constă din celuloză, lignină sau mureină.
Nucleul este un organel esențialeucariote. Conține material ereditar - ADN, care arată ca cromozomi. Bacteriile și cianobacteriile conțin un nucleoid care acționează ca purtător al acidului dezoxiribonucleic. Toate îndeplinesc funcții strict specifice care determină procesele metabolice celulare.
Ce înțelegem prin nutriție celulară
Manifestările vitale ale unei celule nu sunt altceva decât transferul de energie și transformarea acesteia de la o formă la alta (după prima lege a termodinamicii). Energia găsită în nutrienți într-o stare latentă, adică legată, trece în moleculele de ATP. La întrebarea ce este nutriția celulară în biologie, există un răspuns care ia în considerare următoarele postulate:
- Celula, fiind un biosistem deschis, necesită o aprovizionare constantă cu energie din mediul extern.
- Substanțe organice necesare pentru nutriție, celula poate obține în două moduri:
a) din mediul intercelular, sub formă de compuși gata preparat;
b) sintetizând în mod independent proteine, carbohidrați și grăsimi din dioxid de carbon, amoniac etc.
De aceea, toate organismele sunt împărțite în heterotrofe și autotrofe, ale căror caracteristici metabolice sunt studiate prin biochimie.
Metabolism și energie
Substanțele organice care intră în celulă suferă divizare, în urma căreia energia este eliberată sub formă de molecule de ATP sau NADP-H2. Întregul set de reacții de asimilare și disimilare este metabolismul. Mai jos vom analiza etapele metabolismului energetic care furnizează hrana celulelor heterotrofe. În primul rând proteine, carbohidrați și lipidesunt defalcate în monomerii lor: aminoacizi, glucoză, glicerol și acizi grași. Apoi, în timpul digestiei fără oxigen, ele suferă o descompunere suplimentară (digestia anaerobă).
În acest fel, sunt hrăniți paraziții intracelulari: rickettsia, chlamydia și bacterii patogene, precum clostridium. Ciupercile de drojdie unicelulare descompun glucoza în alcool etilic, bacteriile lactice în acid lactic. Astfel, glicoliza, fermentația cu alcool, butiric, acid lactic sunt exemple de nutriție celulară datorată digestiei anaerobe la heterotrofe.
Autotrofie și caracteristici ale proceselor metabolice
Pentru organismele care trăiesc pe Pământ, principala sursă de energie este Soarele. Datorită lui, nevoile locuitorilor planetei noastre sunt satisfăcute. Unii dintre ei sintetizează nutrienți datorită energiei luminoase, se numesc fototrofi. Altele - cu ajutorul energiei reacțiilor redox, se numesc chimiotrofe. În algele unicelulare, nutriția celulei, a cărei fotografie este prezentată mai jos, se realizează fotosintetic.
Plantele verzi conțin clorofilă, care face parte din cloroplaste. Joacă rolul unei antene care captează cuante de lumină. În fazele de lumină și întuneric ale fotosintezei au loc reacții enzimatice (ciclul Calvin), care au ca rezultat formarea tuturor substanțelor organice folosite pentru alimentație din dioxid de carbon. Prin urmare, celula, care este hrănitădatorită utilizării energiei luminoase, se numește autotrof sau fototrof.
Organismele unicelulare, numite chimiosintetice, folosesc energia eliberată ca urmare a reacțiilor chimice pentru a forma substanțe organice, de exemplu, bacteriile de fier oxidează compușii feroși în fier feric, iar energia eliberată merge la sinteza glucozei molecule.
Astfel, organismele foto-sintetice captează energia luminoasă și o transformă în energia legăturilor covalente ale mono- și polizaharidelor. Apoi, de-a lungul verigilor lanțurilor trofice, energia este transferată către celulele organismelor heterotrofe. Cu alte cuvinte, datorită fotosintezei, există toate elementele structurale ale biosferei. Se poate spune că o celulă, a cărei nutriție are loc într-un mod autotrof, „se hrănește” nu numai pe ea însăși, ci și cu tot ce trăiește pe planeta Pământ.
Cum mănâncă organismele heterotrofe
O celulă a cărei nutriție depinde de aportul de substanțe organice din mediul extern se numește heterotrofă. Organisme precum ciupercile, animalele, oamenii și bacteriile parazite descompun carbohidrații, proteinele și grăsimile folosind enzimele digestive.
Apoi monomerii rezultați sunt absorbiți de celulă și utilizați de aceasta pentru a-și construi organele și viața. Nutrienții dizolvați intră în celulă prin pinocitoză, în timp ce particulele de alimente solide intră în celulă prin fagocitoză. Organismele heterotrofe pot fi împărțite în saprotrofe și paraziți. Primele (de exemplu, bacterii din sol, ciuperci, unele insecte) se hrănesc cu materie organică moartă, cele din urmă (bacterii patogene, helminți, ciuperci parazite) se hrănesc cu celule și țesuturi ale organismelor vii.
Mixotrofi, distribuția lor în natură
Tipul mixt de nutriție în natură este destul de rară și este o formă de adaptare (idioadaptare) la diverși factori de mediu. Condiția principală pentru mixotrofie este prezența în celulă a ambelor organite care conțin clorofilă pentru fotosinteză și a unui sistem de enzime care descompun nutrienții gata pregătiți care provin din mediu. De exemplu, animalul unicelular Euglena verde conține cromatofori cu clorofilă în hialoplasmă.
Când rezervorul în care trăiește euglena este bine luminat, se hrănește ca o plantă, adică autotrof, prin fotosinteză. Ca rezultat, glucoza este sintetizată din dioxid de carbon, pe care celula îl folosește ca hrană. Euglena se hrănește heterotrof noaptea, descompunând materia organică cu ajutorul enzimelor situate în vacuolele digestive. Astfel, oamenii de știință consideră că nutriția mixotrofică a celulei este o dovadă a unității originii plantelor și animalelor.
Creșterea celulelor și relația acesteia cu trofismul
O creștere a lungimii, masei, volumului atât a întregului organism, cât și a organelor și țesuturilor sale individuale se numește creștere. Este imposibil fără o furnizare constantă de nutrienți a celulelor, care servesc ca material de construcție. Pentru a obține un răspuns la întrebarea cum crește o celulă, a cărei nutrițieapare autotrofic, este necesar să se clarifice dacă este un organism independent sau dacă face parte dintr-un individ multicelular ca unitate structurală. În primul caz, creșterea se va realiza în timpul interfazei ciclului celular. Procesele de schimb plastic au loc intens în ea. Alimentatia organismelor heterotrofe este corelata cu prezenta alimentelor provenite din mediul extern. Creșterea unui organism multicelular are loc datorită activării biosintezei în țesuturile educaționale, precum și a predominării reacțiilor anabolice asupra proceselor de catabolism.
Rolul oxigenului în nutriția celulelor heterotrofe
Organisme aerobe: Unele bacterii, ciuperci, animale și oameni folosesc oxigenul pentru a descompune complet nutrienții precum glucoza în dioxid de carbon și apă (ciclul Krebs). Apare în matricea mitocondriilor care conține sistemul enzimatic H + -ATP-aza, care sintetizează molecule de ATP din ADP. În organismele procariote, cum ar fi bacteriile aerobe și cianobacteriile, etapa de disimilare a oxigenului are loc la nivelul membranei plasmatice a celulelor.
Hurația specifică a gameților
În biologia moleculară și citologie, nutriția celulară poate fi descrisă pe scurt ca fiind procesul de intrare a nutrienților în ea, scindarea lor și sinteza unei anumite porțiuni de energie sub formă de molecule de ATP. Trofismul gameților: ouă și spermatozoizi are unele trăsături asociate cu specificitatea ridicată a funcțiilor lor. Acest lucru este valabil mai ales în cazul celulei germinale feminine, care este forțată să acumuleze o cantitate mare de nutrienți, în principal sub formă degălbenuș.
După fertilizare, ea le va folosi pentru a zdrobi și a forma un embrion. Spermatozoizii aflati in proces de maturare (spermatogeneza) primesc substante organice din celulele Sertoli situate in tubii seminiferi. Astfel, ambele tipuri de gameți au un nivel ridicat de metabolism, ceea ce este posibil datorită trofismului celular activ.
Rolul nutriției minerale
Procesele metabolice sunt imposibile fără afluxul de cationi și anioni care fac parte din sărurile minerale. De exemplu, ionii de magneziu sunt necesari pentru fotosinteză, ionii de potasiu și calciu sunt necesari pentru funcționarea sistemelor de enzime mitocondriale, iar prezența ionilor de sodiu, precum și a anionilor carbonat, este necesară pentru a menține proprietățile tampon ale hialoplasmei. Soluțiile de săruri minerale intră în celulă prin pinocitoză sau difuzie prin membrana celulară. Nutriția minerală este inerentă atât celulelor autotrofe, cât și celor heterotrofe.
Rezumând, suntem convinși că importanța nutriției celulare este cu adevărat mare, deoarece acest proces duce la formarea de material de construcție (carbohidrați, proteine și grăsimi) din dioxid de carbon în organismele autotrofe. Celulele heterotrofe se hrănesc cu substanțe organice formate ca urmare a activității vitale a autotrofelor. Ei folosesc energia primită pentru reproducere, creștere, mișcare și alte procese de viață.
