Mūsdienu eksperimentālie pētījumi ir atklājuši, ka šūna ir gandrīz visu dzīvo organismu sarežģītākā strukturālā un funkcionālā vienība, izņemot vīrusus, kas nav šūnu dzīvības formas. Citoloģija pēta šūnas uzbūvi, kā arī dzīvībai svarīgo aktivitāti: elpošanu, uzturu, vairošanos, augšanu. Šie procesi tiks aplūkoti šajā dokumentā.
Šūnu struktūra
Izmantojot gaismas un elektronu mikroskopu, biologi ir noskaidrojuši, ka augu un dzīvnieku šūnās ir virsmas aparāts (virsmembrānas un submembrānas kompleksi), citoplazma un organellas. Dzīvnieku šūnās virs membrānas atrodas glikokalikss, kas satur fermentus un nodrošina šūnas uzturu ārpus citoplazmas. Augu šūnās, prokariotos (baktērijās un zilaļģēs), kā arī sēnēs virs membrānas veidojas šūnu siena, kas sastāv no celulozes, lignīna vai mureīna.
Kodols ir būtiska organelleeikarioti. Tajā ir iedzimts materiāls – DNS, kas pēc izskata atgādina hromosomas. Baktērijas un zilaļģes satur nukleoīdu, kas darbojas kā dezoksiribonukleīnskābes nesējs. Tās visas veic stingri noteiktas funkcijas, kas nosaka vielmaiņas procesus šūnās.
Ko mēs saprotam ar šūnu uzturu
Šūnas vitālās izpausmes nav nekas cits kā enerģijas pārnešana un tās pārveide no vienas formas citā (saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu). Enerģija, kas atrodama uzturvielās latentā, t.i., saistītā stāvoklī, pāriet ATP molekulās. Uz jautājumu par to, kas ir šūnu uzturs bioloģijā, ir atbilde, kurā ņemti vērā šādi postulāti:
- Šūnai, būdama atvērta biosistēma, nepieciešama pastāvīga enerģijas padeve no ārējās vides.
- Uzturam nepieciešamās organiskās vielas, šūna var iegūt divos veidos:
a) no starpšūnu barotnes gatavu savienojumu veidā;
b) neatkarīgi sintezē olb altumvielas, ogļhidrātus un taukus no oglekļa dioksīda, amonjaka utt.
Tāpēc visus organismus iedala heterotrofiskajos un autotrofiskajos, kuru vielmaiņas īpatnības pēta bioķīmija.
Vielmaiņa un enerģija
Organiskās vielas, kas nonāk šūnā, tiek sadalītas, kā rezultātā tiek atbrīvota enerģija ATP vai NADP-H2 molekulu veidā. Viss asimilācijas un disimilācijas reakciju kopums ir vielmaiņa. Tālāk mēs aplūkosim enerģijas metabolisma posmus, kas nodrošina heterotrofisko šūnu uzturu. Vispirms olb altumvielas, ogļhidrāti un lipīditiek sadalīti līdz to monomēriem: aminoskābēm, glikozei, glicerīnam un taukskābēm. Pēc tam bezskābekļa gremošanas laikā tie tiek tālāk sadalīti (anaerobā gremošana).
Šādā veidā tiek baroti intracelulāri parazīti: riketsija, hlamīdijas un patogēnās baktērijas, piemēram, klostridija. Vienšūnu rauga sēnītes sadala glikozi līdz etilspirtam, pienskābes baktērijas par pienskābi. Tādējādi glikolīze, spirta, sviestskābes, pienskābes fermentācija ir šūnu uztura piemēri heterotrofu anaerobās gremošanas rezultātā.
Autotrofija un vielmaiņas procesu īpatnības
Organismiem, kas dzīvo uz Zemes, galvenais enerģijas avots ir Saule. Pateicoties viņam, tiek apmierinātas mūsu planētas iedzīvotāju vajadzības. Daži no tiem gaismas enerģijas dēļ sintezē barības vielas, tos sauc par fototrofiem. Citi - ar redoksreakciju enerģijas palīdzību tos sauc par ķīmijtrofiem. Vienšūnu aļģēs šūnas barošana, kuras fotoattēls ir parādīts zemāk, tiek veikta fotosintētiski.
Zaļie augi satur hlorofilu, kas ir daļa no hloroplastiem. Tas spēlē antenas lomu, kas uztver gaismas kvantus. Fotosintēzes gaišajā un tumšajā fāzē notiek fermentatīvās reakcijas (Kalvina cikls), kuru rezultātā no oglekļa dioksīda veidojas visas uzturā izmantotās organiskās vielas. Tāpēc šūna, kas tiek barotagaismas enerģijas izmantošanas dēļ sauc par autotrofisku vai fototrofisku.
Vienšūnu organismi, ko sauc par ķīmijsintētiku, izmanto ķīmisko reakciju rezultātā izdalīto enerģiju, veidojot organiskas vielas, piemēram, dzelzs baktērijas oksidē dzelzs savienojumus par dzelzs dzelzi, un atbrīvotā enerģija tiek izmantota glikozes sintēzei. molekulas.
Tādējādi fotosintētiskie organismi uztver gaismas enerģiju un pārvērš to mono- un polisaharīdu kovalento saišu enerģijā. Tad pa barības ķēžu saitēm enerģija tiek pārnesta uz heterotrofo organismu šūnām. Citiem vārdiem sakot, pateicoties fotosintēzei, pastāv visi biosfēras strukturālie elementi. Var teikt, ka šūna, kuras uzturs notiek autotrofiski, “baro” ne tikai sevi, bet arī visu, kas dzīvo uz planētas Zeme.
Kā ēd heterotrofiskie organismi
Šūnu, kuras uzturs ir atkarīgs no organisko vielu uzņemšanas no ārējās vides, sauc par heterotrofu. Tādi organismi kā sēnītes, dzīvnieki, cilvēki un parazitārās baktērijas sadala ogļhidrātus, olb altumvielas un taukus, izmantojot gremošanas enzīmus.
Tad iegūtie monomēri tiek absorbēti šūnā un izmantoti to organellu un dzīvības veidošanai. Izšķīdušās barības vielas nonāk šūnā ar pinocitozi, bet cietās barības daļiņas – ar fagocitozi. Heterotrofos organismus var iedalīt saprotrofos un parazītos. Pirmās (piemēram, augsnes baktērijas, sēnītes, daži kukaiņi) barojas ar atmirušajām organiskajām vielām, otrie (patogēnās baktērijas, helminti, parazitārās sēnes) barojas ar dzīvo organismu šūnām un audiem.
Miksotrofi, to izplatība dabā
Jauktais uztura veids dabā ir diezgan reti sastopams un ir adaptācijas (idioadaptācijas) veids dažādiem vides faktoriem. Galvenais miksotrofijas nosacījums ir abu organellu klātbūtne, kas satur hlorofilu fotosintēzei, un enzīmu sistēma, kas noārda gatavās barības vielas, kas nāk no vides. Piemēram, vienšūnu dzīvnieks Euglena green satur hromatoforus ar hlorofilu hialoplazmā.
Kad rezervuārs, kurā dzīvo Eiglēna, ir labi apgaismots, tā barojas kā augs, t.i., autotrofiski, izmantojot fotosintēzi. Tā rezultātā no oglekļa dioksīda tiek sintezēta glikoze, ko šūna izmanto kā pārtiku. Euglena naktī barojas heterotrofiski, sadalot organiskās vielas ar fermentu palīdzību, kas atrodas gremošanas vakuolos. Tādējādi zinātnieki uzskata, ka šūnas mixotrofiskais uzturs ir augu un dzīvnieku izcelsmes vienotības apliecinājums.
Šūnu augšana un tās saistība ar trofismu
Gan visa organisma, gan tā atsevišķu orgānu un audu garuma, masas, tilpuma palielināšanos sauc par augšanu. Tas nav iespējams bez pastāvīgas barības vielu piegādes šūnām, kas kalpo kā celtniecības materiāls. Lai iegūtu atbildi uz jautājumu, kā aug šūna, kuras uztursnotiek autotrofiski, jātiek skaidrībā, vai tas ir patstāvīgs organisms, vai arī tas ir daļa no daudzšūnu indivīda kā struktūrvienība. Pirmajā gadījumā augšana tiks veikta šūnu cikla starpfāzē. Tajā intensīvi notiek plastmasas apmaiņas procesi. Heterotrofo organismu uzturs ir saistīts ar pārtikas klātbūtni, kas nāk no ārējās vides. Daudzšūnu organisma augšana notiek, pateicoties biosintēzes aktivizēšanai izglītības audos, kā arī anabolisko reakciju pārsvarā pār katabolisma procesiem.
Skābekļa loma heterotrofo šūnu uzturā
Aerobi organismi: dažas baktērijas, sēnītes, dzīvnieki un cilvēki izmanto skābekli, lai pilnībā sadalītu barības vielas, piemēram, glikozi oglekļa dioksīdā un ūdenī (Krebsa cikls). Tas notiek mitohondriju matricā, kas satur fermentatīvo sistēmu H + -ATP-āze, kas sintezē ATP molekulas no ADP. Prokariotu organismos, piemēram, aerobās baktērijās un zilaļģēs, skābekļa disimilācijas posms notiek šūnu plazmas membrānā.
Īpašs dzimumšūnu uzturs
Molekulārajā bioloģijā un citoloģijā šūnu uzturu var īsi raksturot kā barības vielu iekļūšanas procesu, to sadalīšanos un noteiktas enerģijas daļas sintēzi ATP molekulu veidā. Gametu trofisms: olām un spermatozoīdiem ir dažas iezīmes, kas saistītas ar to funkciju augsto specifiku. Tas jo īpaši attiecas uz sieviešu dzimumšūnu, kas ir spiesta uzkrāt lielu daudzumu barības vielu, galvenokārtdzeltenums.
Pēc apaugļošanas viņa tos izmantos, lai sasmalcinātu un izveidotu embriju. Spermatozoīdi nobriešanas (spermatoģenēzes) procesā saņem organiskās vielas no Sertoli šūnām, kas atrodas sēklu kanāliņos. Tādējādi abu veidu gametām ir augsts vielmaiņas līmenis, kas iespējams, pateicoties aktīvai šūnu trofikai.
Minerālu uztura nozīme
Vielmaiņas procesi nav iespējami bez katjonu un anjonu pieplūduma, kas ir daļa no minerālsāļiem. Piemēram, magnija joni ir nepieciešami fotosintēzei, kālija un kalcija joni ir nepieciešami mitohondriju enzīmu sistēmu darbībai, un nātrija jonu, kā arī karbonāta anjonu klātbūtne ir nepieciešama, lai uzturētu hialoplazmas bufera īpašības. Minerālu sāļu šķīdumi šūnā nonāk pinocitozes vai difūzijas ceļā caur šūnas membrānu. Minerāls uzturs ir raksturīgs gan autotrofām, gan heterotrofiskām šūnām.
Rezumējot, esam pārliecināti, ka šūnu uztura nozīme ir patiešām liela, jo šī procesa rezultātā autotrofiskajos organismos no oglekļa dioksīda veidojas būvmateriāli (ogļhidrāti, olb altumvielas un tauki). Heterotrofās šūnas barojas ar organiskām vielām, kas veidojas autotrofu dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultātā. Viņi saņemto enerģiju izmanto vairošanās, augšanas, kustības un citiem dzīvības procesiem.
