O întreagă galaxie de oameni de știință remarcabili ai trecutului - Robert Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, Theodor Schwann, Mathias Schleiden, cu descoperirile lor în domeniul studiului naturii, au deschis calea pentru formarea celei mai importante ramuri a știința biologică modernă – citologie. Studiază structura și proprietățile celulei, care este purtătoarea elementară de viață pe Pământ. Cunoștințele fundamentale dobândite ca urmare a dezvoltării științei celulare i-au inspirat pe cercetători să creeze discipline precum genetica, biologia moleculară și biochimia.
Descoperirile științifice făcute în ele au schimbat complet fața planetei și au dus la apariția clonelor, a organismelor modificate genetic și a inteligenței artificiale. Articolul nostru vă va ajuta să înțelegeți metodele de bază ale experimentelor citologice și să aflați structura și funcțiile celulelor.
Cum este studiată o celulă
Ca acum 500 de ani, microscopul luminos este principalul instrument care ajută la studiul structurii și proprietăților celulei. Desigur, aspectul său și opticcaracteristicile nu pot fi comparate cu primele microscoape create de tatăl și fiul Janssens sau Robert Hooke la mijlocul secolului al XVI-lea. Puterea de rezoluție a microscoapelor ușoare moderne mărește dimensiunea structurilor celulare de 3000 de ori. Scanerele raster pot captura imagini cu obiecte submicroscopice precum bacterii sau viruși, aceștia din urmă atât de mici încât nici măcar nu sunt celule. În citologie, este utilizată în mod activ metoda atomilor marcați, precum și studiul in vivo al celulelor, datorită căruia caracteristicile proceselor celulare sunt clarificate.
Centrifugare
Pentru a separa conținutul celulelor în fracții și a studia proprietățile și funcțiile celulei, citologia folosește o centrifugă. Funcționează pe același principiu ca și partea cu același nume din mașinile de spălat. Prin crearea unei accelerații centrifuge, dispozitivul accelerează suspensia celulară și, deoarece organelele au densități diferite, acestea se așează în straturi. În partea de jos sunt părți mari, cum ar fi nuclee, mitocondrii sau plastide, iar în duzele superioare ale grătarului de distilare al centrifugei sunt localizate microfilamente ale citoscheletului, ribozomi și peroxizomi. Straturile rezultate sunt separate, așa că este mai convenabil să studiezi caracteristicile compoziției biochimice a organitelor.
Structura celulară a plantelor
Proprietățile unei celule vegetale sunt în multe privințe similare cu funcțiile celulelor animale. Cu toate acestea, chiar și un școlar, care examinează preparate fixe din celule vegetale, animale sau umane prin ocularul unui microscop, va găsi caracteristici de diferență. Este geometriccontururi corecte, prezența unei membrane celulozice dense și vacuole mari, caracteristice celulelor vegetale. Și încă o diferență care distinge complet plantele din grupul de organisme autotrofe este prezența în citoplasmă a unor corpuri verzi ovale clar vizibile. Acestea sunt cloroplastele - cartea de vizită a plantelor. La urma urmei, ei sunt cei care sunt capabili să capteze energia luminoasă, să o transforme în energia legăturilor macroergice ale ATP și, de asemenea, să formeze compuși organici: amidon, proteine și grăsimi. Fotosinteza determină astfel proprietățile autotrofe ale celulei vegetale.
Sinteza independentă a substanțelor trofice
Să ne oprim asupra procesului prin care, potrivit remarcabilului om de știință rus K. A. Timiryazev, plantele joacă un rol cosmic în evoluție. Pe Pământ există aproximativ 350 de mii de specii de plante, variind de la alge unicelulare precum chlorella sau chlamydomonas până la copaci giganți - sequoia, atingând o înălțime de 115 metri. Toate absorb dioxidul de carbon, transformându-l în glucoză, aminoacizi, glicerol și acizi grași. Aceste substanțe servesc ca hrană nu numai pentru planta în sine, ci sunt folosite și de organisme numite heterotrofe: ciuperci, animale și oameni. Asemenea proprietăți ale celulelor vegetale, cum ar fi capacitatea de a sintetiza compuși organici și de a forma o substanță vitală - oxigenul, confirmă rolul exclusiv al autotrofelor pentru viața pe Pământ.
Clasificarea plastidelor
E greu să rămâi indiferent, contemplând extravaganța culorilor trandafirilor înfloriți sau pădurea de toamnă. Culoarea plantelor se datorează organelelor speciale - plastide, caracteristice doar pentru celulele vegetale. Se poate susține că prezența pigmenților speciali în compoziția lor afectează funcțiile cloroplastelor, cromoplastelor și leucoplastelor în metabolism. Organelele care conțin pigmentul verde clorofilă determină proprietățile importante ale celulei și sunt responsabile de procesul de fotosinteză. De asemenea, se pot transforma în cromoplaste. Observăm acest fenomen, de exemplu, toamna, când frunzele verzi ale copacilor devin aurii, violet sau purpuriu. Leucoplastele se pot transforma în cromoplaste, de exemplu roșiile lăptoase se coacă la portocaliu sau roșu. Ele sunt, de asemenea, capabile să treacă în cloroplaste, de exemplu, apariția culorii verzi pe coaja tuberculilor de cartofi apare atunci când sunt păstrați la lumină pentru o perioadă lungă de timp.
Mecanismul de formare a țesutului vegetal
Una dintre caracteristicile distinctive ale celulelor vegetale superioare este prezența unei învelișuri dure și puternice. De obicei conține macromolecule de celuloză, lignină sau pectină. Stabilitatea și rezistența la compresiune și alte deformații mecanice disting țesuturile vegetale în grupul celor mai rigide structuri naturale care pot rezista la sarcini grele (amintim, de exemplu, proprietățile lemnului). Între celulele sale iau naștere o mulțime de fire citoplasmatice, care trec prin găuri din membrane, care, asemenea unor fire elastice, le coase împreună.între ei. Prin urmare, rezistența și duritatea sunt principalele proprietăți ale celulei unui organism vegetal.
Plasmoliza și deplasmoliza
Prezența pereților perforați responsabili de mișcarea apei, a sărurilor minerale și a fitohormonilor poate fi detectată datorită fenomenului de plasmoliză. Pune o celulă vegetală într-o soluție salină hipertonică. Apa din citoplasma sa va difuza spre exterior, iar la microscop vom vedea procesul de exfoliere a stratului parietal de hialoplasmă. Celula se micșorează, volumul ei scade, adică. are loc plasmoliza. Puteți returna forma originală adăugând câteva picături de apă într-o lamă de sticlă și creând o concentrație a soluției mai mică decât în citoplasma celulei. Moleculele H2O vor intra în interior prin porii din înveliș, volumul și presiunea intracelulară a celulei vor crește. Acest proces a fost numit deplasmoliză.
Structura și funcțiile specifice ale celulelor animale
Absența cloroplastelor în citoplasmă, membrane subțiri lipsite de înveliș exterior, mici vacuole care îndeplinesc în principal funcții digestive sau excretoare - toate acestea se aplică celulelor animale și umane. Aspectul lor variat și obiceiurile de hrănire heterotrofe sunt o altă caracteristică distinctivă.
Multe celule, care sunt organisme separate sau fac parte din țesuturi, sunt capabile de mișcare activă. Acestea sunt fagocitele și spermatozoizii mamiferelor, ameba, infuzoria-pantof etc. Celulele animale sunt combinate în țesuturi datorită complexului supramembranar - glicocalixul. Elconstă din glicolipide și proteine asociate cu carbohidrați, și favorizează aderența - aderența membranelor celulare între ele, ducând la formarea țesutului. Digestia extracelulară are loc și în glicocalix. Modul heterotrofic de nutriție determină prezența în celule a unui întreg arsenal de enzime digestive, concentrate în organite speciale - lizozomi, care se formează în aparatul Golgi - o structură unimembranară obligatorie a citoplasmei.
În celulele animale, acest organel este reprezentat de o rețea comună de canale și cisterne, în timp ce la plante arată ca numeroase unități structurale disparate. Atât celulele somatice vegetale, cât și cele animale se divid prin mitoză, în timp ce gameții se divid prin meioză.
Deci, am stabilit că proprietățile celulelor diferitelor grupuri de organisme vii vor depinde de caracteristicile structurii microscopice și de funcțiile organelelor.
