Compartimentarea celulelor și semnificația sa funcțională. Compartimentele intracelulare: introducere
Celulele eucariote sunt împărțite în regiuni distincte funcțional, închise de membrană, numite compartimente. Membranele intracelulare înglobează aproximativ jumătate din volumul total al celulei în aceste compartimente intracelulare distincte.
Membranele interne ale unei celule eucariote permit specializarea funcțională a diferitelor membrane, care este un factor crucial în separarea multor procese diferite care au loc în celulă.
Compartimentele intracelulare comune tuturor celulelor eucariote sunt prezentate în Fig. 8-1.
Aproximativ jumătate din toate membranele celulare sunt delimitate de cavități asemănătoare labirintului
În cele din urmă, peroxizomii sunt mici vezicule care conțin multe enzime oxidative.
Fiecare proteină de organel nou sintetizată trece de la ribozom la organel pe o cale specială determinată fie de o peptidă semnal, fie de o regiune semnal. Sortarea proteinelor începe cu segregarea primară, în care proteina fie rămâne în citosol, fie este transferată într-un alt compartiment. Proteinele care intră în ER suferă o sortare suplimentară pe măsură ce sunt transportate în aparatul Golgi și apoi din aparatul Golgi către lizozomi, vezicule secretoare sau membrana plasmatică. Unele proteine rămân în ER și în diverse cisterne ale aparatului Golgi. Proteinele destinate altor compartimente par să intre în veziculele de transport, care se desprind dintr-un compartiment și fuzionează cu altul.
Când o celulă se reproduce și se divide, trebuie să-și dubleze organelele legate de membrană. Acest lucru se întâmplă de obicei prin creșterea dimensiunii acestor organite prin încorporarea de noi molecule în ele. Organelele mărite se împart apoi și sunt distribuite între cele două celule fiice.
Pentru formarea organitelor membranare, doar informațiile ADN care determină proteinele organelelor nu sunt suficiente. Sunt necesare și informații „epigenetice”. Aceste informații sunt transferate de la celula părinte la descendenți cu organele în sine. Probabil, astfel de informații sunt necesare pentru a menține compartimentarea celulară, în timp ce informațiile conținute în ADN sunt necesare pentru „reproducția” secvențelor de nucleotide și aminoacizi.
Celulele eucariote mai mari decât cele procariote și mai complexe ca structură, conțin mai multe organele diferite. Celulele eucariote sunt adesea comparate cu o fabrică, unde fiecare mașină și fiecare muncitor își face treaba, dar toate împreună servesc unui singur scop.
Mai mult randament ridicat se realizează aici datorită " diviziunea muncii" Într-o celulă, fiecare organel îndeplinește propria sa funcție specială, determinată de structura sa și de potențialele sale biochimice.
Mitocondriile, de exemplu, joacă rolul de „centrale electrice ale celulei” - furnizează energie sub formă de adenozin trifosfat (ATP), care este sintetizat în timpul respirației. Structura specifică a mitocondriilor le permite să facă acest lucru foarte eficient.
Celulă, fiind un singur întreg, este totuși de fapt împărțit în compartimente separate, sau compartimente.
Adesea o astfel de compartimentare asigură membrane celulare. Majoritatea organelelor sunt înconjurate de membrane. Acestea îndeplinesc aceeași funcție ca și membrana plasmatică, reglând schimbul de substanțe chimice între celulă și mediul ei; datorită acestor membrane, fiecare organel își menține propriul set unic chimicaleși apar reacții chimice speciale, unice. Microscopul electronic a oferit ocazia de a se familiariza cu mai fine organizarea structurală celule, despre care vom vorbi în articolul corespunzător.
Unități celulare
Înainte să ne uităm la structuri celulare individuale, este util să ne amintim că celulele sunt extrem de mici și să enumerați unitățile de măsură pe care le vom folosi pentru a le descrie. Cel mai des folosit în acest scop unitățile de măsură sunt combinateîn tabel.
Poza arată bacterii pe vârful unui ac, al cărui diametru este de aproximativ 100 de microni (µm este denumirea literei unui micrometru). Limită inferioară ceea ce ochiul uman mai poate discerne este de 50-100 de microni. Cele mai multe păr subțire pe corpul uman are un diametru de aproximativ 30 de microni. Dimensiunea celulelor eucariote variază foarte mult (cel mai mult celule mari algele ajung la un diametru de 50 mm!), dar în medie diametrul celulelor animale este de aproximativ 20, iar al celulelor vegetale - 40 de microni.
Diametrul mitocondrial mediu iar bacteriile este de 1 micron (este util de reținut ca măsură convenabilă pentru comparație). Cele mai mici organele celulare, ribozomii, au un diametru de aproximativ 20 nm. Diametrul unei catene de ADN este de 2 nm, iar cel mai mic atom (atomul de hidrogen) este de 0,04 nm.
Ordinea ridicată a conținutului intern al unei celule eucariote se realizează prin compartimentare volumul său este împărțit în „celule” care diferă în detaliile compoziției lor chimice (enzime). Compartimentarea favorizează separarea spațială a substanțelor și proceselor din celulă.
Punctul de vedere acceptat în prezent este că membrana este compusă din stratul bimolecular de lipide. Regiunile hidrofobe ale moleculelor lor sunt întoarse unele spre altele, iar cele hidrofile sunt situate pe suprafața stratului. Variat molecule proteice înglobat în acest strat sau plasat pe suprafețele acestuia.
Datorită compartimentării volumului celular într-o celulă eucariotă, se observă o diviziune a funcțiilor între diferite structuri. În același timp, diferite structuri interacționează în mod natural între ele.
8. Structura unei celule eucariote: aparat de suprafață, protoplasmă (nucleu și citoplasmă).
Partea principală a aparatului de suprafață celulară este membrana plasmatică sau biologică (membrană citoplasmatică). Membrana celulară este cea mai importantă componentă a conținutului viu al celulei, construită conform principiu general. Au fost propuse mai multe modele ale structurii. Conform modelului mozaic fluid propus în 1972 de Nicholson și Singer, membranele includ un strat bimolecular de fosfolipide, care include molecule de proteine. Lipidele sunt substanțe insolubile în apă ale căror molecule au doi poli: hidrofil și hidrofob. Într-o membrană biologică, moleculele lipidice a două straturi paralele se confruntă cu capetele lor hidrofobe. Iar polii hidrofili raman in exterior, care formeaza suprafete hidrofile. Pe suprafața membranei, spre exterior și spre interior, proteinele sunt situate într-un strat CONTINU există 3 grupe de ele: periferice, scufundate (semi-integrale), penetrante (integrale). Majoritatea proteinelor membranare sunt enzime. Proteinele imersate formează un transportor biochimic pe membrană, unde are loc transformarea substanțelor. Poziția proteinelor îngropate este stabilizată de proteinele periferice. Proteinele penetrante asigură transferul substanțelor în două direcții: prin membrană în celulă și înapoi. Există două tipuri: purtători și formatori de canale. Formatorii de canale aliniază un por umplut cu apă prin care substanțele anorganice dizolvate trec de la o parte la cealaltă a membranei. Pe suprafața exterioară a membranei plasmatice într-o celulă animală, moleculele de proteine și lipide sunt asociate cu lanțuri de carbohidrați ramificate, formând glicocalixul, supramembrana, stratul neviu, un produs rezidual al celulei. Lanțurile de carbohidrați acționează ca receptori (recunoaștere intercelulară - prieten sau dușman). Celula dobândește capacitatea de a răspunde în mod specific la influențele externe. Stratul supramembranar la bacterii conține mureină, iar la plante conține celuloză sau pectină. Sub membrana plasmatică pe partea citoplasmatică există un strat cortical (de suprafață) și structuri fibrilare intracelulare care asigură stabilitatea mecanică a membranei.
Nucleul celular constă dintr-o membrană, suc nuclear, nucleol și cromatină. Rol funcțional invelis nuclear constă în izolarea materialului genetic (cromozomilor) unei celule eucariote din citoplasmă cu numeroasele sale reacții metabolice, precum și în reglarea interacțiunilor bilaterale dintre nucleu și citoplasmă. Învelișul nuclear este format din două membrane separate printr-un spațiu perinuclear. Acesta din urmă poate comunica cu tubii reticulului citoplasmatic.
Baza suc nuclear, sau matrice, alcătuiesc proteinele. Sucul nuclear formează mediul intern al nucleului și, prin urmare, joacă un rol important în asigurarea functionare normala material genetic.
Nucleol reprezintă structura în care are loc formarea şi maturizarea ribozomal ARN (ARNr). Astfel de zone din cromozomii metafazici arată ca îngustari și sunt numite constricții secundare.
Structuri cromatinei sub formă de aglomerări,împrăștiate în nucleoplasmă sunt o formă interfazică de existență a cromozomilor celulari.
ÎN citoplasma distinge între substanța principală (matrice, hialoplasmă), incluziuni și organite. Substanța de bază a citoplasmei umple spațiul dintre plasmălemă, învelișul nuclear și alte structuri intracelulare. Cele mai importante proteine sunt reprezentate de enzimele de glicoliză, metabolismul zaharurilor, bazele azotate, aminoacizii și lipidele.
Substanța principală a citoplasmei ar trebui considerată în același mod ca un sistem coloidal complex capabil să treacă de la o stare asemănătoare solului (lichid) la o stare asemănătoare gelului. În procesul unor astfel de tranziții, se lucrează.
9. Aparatul de suprafață al celulei. Structură și funcții. Membrane biologice. Structura și funcțiile lor. Transport de substante: active si pasive.
Aparatul de suprafață al celulelor este format din 3 subsisteme - membrana plasmatică, complexul supramembranar (glicocalix sau peretele celular) și aparatul musculo-scheletic submembranar.
Lui funcții principale determinate de poziția la frontieră și includ:
1) funcție de barieră (discriminatorie);
2) funcția de recunoaștere a altor celule și componente ale substanței intercelulare;
3) funcția receptorului, inclusiv interacțiunea cu moleculele de semnalizare
4) funcția de transport;
5) funcția de mișcare a celulelor prin formarea de pseudo-, filo- și lamellipodia).
Membrane biologice Ele delimitează citoplasma de mediu și formează, de asemenea, învelișurile nucleelor, mitocondriilor și plastidelor. Ele formează un labirint de reticul endoplasmatic și vezicule turtite stivuite care alcătuiesc complexul Golgi. Membranele formează lizozomi, vacuole mari și mici ale celulelor vegetale și fungice și vacuole pulsatorii ale protozoarelor. Toate aceste structuri sunt compartimente (compartimente) destinate anumitor procese si cicluri specializate.
Membrana plasmatica sau plasmalema, este membrana cea mai constantă, de bază, universală pentru toate celulele. Este o peliculă subțire care acoperă întreaga celulă
Moleculele de fosfolipide sunt dispuse pe două rânduri - cu capete hidrofobe spre interior, capete hidrofile spre mediul apos intern și extern. În unele locuri, stratul dublu (dublu strat) de fosfolipide este pătruns prin și prin molecule de proteine (proteine integrale). În interiorul unor astfel de molecule de proteine există canale - pori prin care trec substanțele solubile în apă. Alte molecule proteice penetrează bistratul lipidic pe jumătate pe o parte sau pe cealaltă (proteine semi-integrale). Există proteine periferice pe suprafața membranelor celulelor eucariote. Moleculele de lipide și proteine sunt ținute împreună datorită interacțiunilor hidrofil-hidrofobe.
Funcțiile membranelor biologice sunt următoarele:
1. Bariera. Separați conținutul celulei de mediu externși conținutul de organele din citoplasmă.
2. Transport. Ele asigură transportul substanțelor în și în afara celulei, de la citoplasmă la organite și invers.
3. Receptor. Acţionează ca receptori (primind şi transformând semnale din mediu, recunoscând substanţele celulare etc.).
4. Stabilizare.
5. de reglementare.
Transport de substante:
Fluxul de substanțe prin membrană depinde de mărimea substanței. Moleculele mici trec prin transport activ și pasiv; transportul macromoleculelor și particulele mari se realizează prin formarea veziculelor membranare prin endocitoză și exocitoză. Transport pasiv - difuzie (fără energie) de-a lungul unui gradient de concentrație difuzie facilitată printr-un canal din membrana format din proteine; Transport activ (consum de energie ATP) cu participarea proteinelor purtătoare împotriva unui gradient de concentrație.
Endocitoza este transportul macromoleculelor prin plasmalemă. În funcție de starea de agregare a substanței absorbite, acestea sunt izolate pinocitoza(captarea și transportul fluidului sau compușilor dizolvați în fluid de către celulă) și fagocitoză(captarea și transportul particulelor solide). Fagocitoză și pinocitoză se aplică și la transport activ. Fagocitoză– absorbția de solide de către celulă materie organică. Odată aproape de celulă, particula solidă este înconjurată de excrescențe ale membranei sau sub ea se formează depresiuni ale membranei. Ca rezultat, particula este închisă într-o veziculă membranară - un fagozom - în interiorul celulei.
Pinocitoza- Acesta este procesul de absorbție de către o celulă a picăturilor mici de lichid cu substanțe cu greutate moleculară mare dizolvate în ea. Se realizează prin captarea acestor picături prin excrescențe ale citoplasmei. Picăturile captate sunt scufundate în citoplasmă și absorbite acolo.
10. Protoplasma. Organizare și funcții. Rolul modificărilor stării agregative a citoplasmei în viața celulei (tranziții sol-gel). Conceptul de biocoloid.
Protoplasma este conținutul unei celule vii, inclusiv nucleul și citoplasma acesteia.
Interacționând cu mediu, celula se comportă ca o structură integrală.
Proprietățile protoplasmei sunt considerate a juca un rol important în unificarea funcțională a componentelor structurale și a compartimentelor celulei. În general, este de obicei considerat ca un sistem coloidal multifazic special sau biocoloid.
Un rol important în unificarea funcțională a componentelor structurale și a compartimentelor celulei aparține proprietăților protoplasmei vii. În general, este de obicei considerat ca un sistem coloidal multifazic special sau biocoloid. Biocoloidul diferă de sistemele coloidale banale prin complexitatea fazei dispersate. Se bazează pe macromolecule, care sunt prezente fie în structuri dense, vizibile microscopic (organele), fie într-o stare dispersată, aproape de soluții sau de structuri asemănătoare rețelelor libere, cum ar fi gelurile.
Fiind o soluție coloidală în sens fizico-chimic, un biocoloid, datorită prezenței lipidelor și a particulelor mari, prezintă simultan proprietățile unei emulsii și respectiv a unei suspensii. Pe suprafețele vaste ale macromoleculelor se instalează diverse „impurități”, ceea ce duce la o schimbare a stării agregative a protoplasmei.
Între polii extremi ai organizării protoplasmei sub formă de geluri vâscoase și soluții există stări de tranziție. În timpul acestor tranziții, se efectuează lucrări, în urma cărora se efectuează diverse transformări intracelulare - formarea membranelor, asamblarea microtubulilor sau microfilamentelor din subunități, eliberarea secrețiilor din celulă, modificarea geometriei moleculelor de proteine. , conducând la inhibarea sau creșterea activității enzimatice. O caracteristică a biocoloidului este, de asemenea, că, în condiții fiziologice, tranzițiile protoplasmei de la o stare de agregare la alta (datorită prezenței unui mecanism enzimatic special) sunt reversibile.
Această proprietate a unui biocoloid oferă celulei capacitatea, în prezența energiei, de a efectua în mod repetat un lucru ca răspuns la stimuli.
Funcții
În interiorul compartimentelor înconjurate de un strat dublu lipidic, pot exista sensuri diferite, funcționarea diferitelor sisteme enzimatice. Principiul compartimentării permite unei celule să efectueze simultan diferite procese metabolice.
Citosolul mitocondriilor conține un mediu oxidativ în care NADH este oxidat la NAD +.
Chintesența principiului compartimentării poate fi considerată Aparatul Golgi, în dictiozomii cărora funcționează diverse sisteme enzimatice, realizând, de exemplu, diferite etape modificarea post-translațională a proteinelor.
Clasificare
Sunt clasificate trei compartimente celulare principale:
- Compartimentul nuclear care conține nucleul
- Spațiul cisternelor reticulului endoplasmatic (tranziție în lamina nucleară)
- Citosol
procariote
În orice celulă există două microcompartimente generale separate printr-o membrană unitară - citoplasmatică și exoplasmatică. Bacteriile cu gram negativ morfotip, au și un al treilea microcompartiment general - periplasmic, care este situat între membrana citoplasmatică și membrana exterioară. Pinevici A.V. Microbiology: Biology of Prokaryotes, Volumul I, Editura Universității de Stat din Sankt Petersburg, 2006.
Uneori, un microcompartiment specializat este situat în mai multe compartimente generale simultan, adică are o localizare mixtă. Un exemplu în acest sens este undulopodia.
Vezi de asemenea
Note
Fundația Wikimedia.
2010.
Vedeți ce înseamnă „Compartimentare” în alte dicționare: compartimentare - Prezența în discurile imaginare a insectelor de grupuri de celule (compartimente sau policloni) care nu se suprapun), care ocupă o anumită poziție în disc și se dezvoltă de-a lungul căii lor celulare „proprie” dezvoltarea fiecărui compartiment este sub ...
Ghidul tehnic al traducătorului
Biologie moleculară și genetică. Dicționar explicativ. Compartimentare - g) proceduri de compartimentare efectuate de autoritatea competentă sau organismul autorizat în interacțiune cu producătorii (producătorii) de produse din țară pentru a determina subpopulații de animale și organizații implicate... ...
Terminologie oficială