Moderne experimentele studies hebben aangetoond dat de cel de meest complexe structurele en functionele eenheid is van bijna alle levende organismen, met uitzondering van virussen, die niet-cellulaire levensvormen zijn. Cytologie bestudeert zowel de structuur als de vitale activiteit van de cel: ademhaling, voeding, voortplanting, groei. Deze processen zullen in dit artikel worden behandeld.
Celstructuur
Door gebruik te maken van een licht- en elektronenmicroscoop hebben biologen vastgesteld dat planten- en dierencellen een oppervlakteapparaat (supramembraan- en submembraancomplexen), cytoplasma en organellen bevatten. In dierlijke cellen bevindt zich boven het membraan een glycocalyx, die enzymen bevat en de cel buiten het cytoplasma van voeding voorziet. In plantencellen, prokaryoten (bacteriën en cyanobacteriën), evenals schimmels, wordt boven het membraan een celwand gevormd, die bestaat uit cellulose, lignine of mureïne.
De kern is een essentieel organeleukaryoten. Het bevat erfelijk materiaal - DNA, dat eruitziet als chromosomen. Bacteriën en cyanobacteriën bevatten een nucleoïde die fungeert als drager van deoxyribonucleïnezuur. Ze voeren allemaal strikt specifieke functies uit die de metabole cellulaire processen bepalen.
Wat bedoelen we met cellulaire voeding
De vitale manifestaties van een cel zijn niets anders dan de overdracht van energie en de transformatie ervan van de ene vorm naar de andere (volgens de eerste wet van de thermodynamica). De energie die wordt aangetroffen in voedingsstoffen in een latente, d.w.z. gebonden toestand, gaat over in ATP-moleculen. Op de vraag wat celvoeding is in de biologie, is er een antwoord dat rekening houdt met de volgende postulaten:
- De cel, die een open biosysteem is, vereist een constante toevoer van energie uit de externe omgeving.
- Organische stoffen die nodig zijn voor voeding, de cel kan op twee manieren binnenkomen:
a) uit het intercellulaire medium, in de vorm van kant-en-klare verbindingen;
b) onafhankelijke synthese van eiwitten, koolhydraten en vetten uit kooldioxide, ammoniak, enz.
Daarom zijn alle organismen verdeeld in heterotroof en autotroof, waarvan de metabolische kenmerken worden bestudeerd door biochemie.
Metabolisme en energie
Organische stoffen die de cel binnenkomen, ondergaan een splitsing, waardoor energie vrijkomt in de vorm van ATP- of NADP-H2-moleculen. De hele reeks assimilatie- en dissimilatiereacties is metabolisme. Hieronder zullen we de stadia van het energiemetabolisme beschouwen die de voeding van heterotrofe cellen verschaffen. Eerst eiwitten, koolhydraten en lipidenworden afgebroken tot hun monomeren: aminozuren, glucose, glycerol en vetzuren. Vervolgens ondergaan ze tijdens de zuurstofvrije vergisting een verdere afbraak (anaërobe vergisting).
Op deze manier worden intracellulaire parasieten gevoed: rickettsia, chlamydia en pathogene bacteriën, zoals clostridium. Eencellige gistschimmels breken glucose af tot ethylalcohol, melkzuurbacteriën tot melkzuur. Zo zijn glycolyse, alcohol, boterzuur en melkzuurfermentatie voorbeelden van celvoeding als gevolg van anaërobe vertering in heterotrofen.
Autotrofie en kenmerken van metabole processen
Voor organismen die op aarde leven, is de zon de belangrijkste energiebron. Dankzij hem wordt in de behoeften van de bewoners van onze planeet voorzien. Sommigen van hen synthetiseren voedingsstoffen vanwege lichtenergie, ze worden fototrofen genoemd. Anderen - met behulp van de energie van redoxreacties worden ze chemotrofen genoemd. In eencellige algen wordt de voeding van de cel, waarvan de foto hieronder wordt weergegeven, fotosynthetisch uitgevoerd.
Groene planten bevatten chlorofyl, dat deel uitmaakt van chloroplasten. Het speelt de rol van een antenne die lichtquanta vangt. In de lichte en donkere fasen van de fotosynthese vinden enzymatische reacties plaats (de Calvin-cyclus), die resulteren in de vorming van alle organische stoffen die voor voeding worden gebruikt uit koolstofdioxide. Daarom is de cel, die wordt gevoeddoor het gebruik van lichtenergie, wordt dit autotroof of fototroof genoemd.
Eencellige organismen, chemosynthetics genaamd, gebruiken de energie die vrijkomt als gevolg van chemische reacties om organische stoffen te vormen, bijvoorbeeld ijzerbacteriën oxideren ferroverbindingen tot ferri-ijzer, en de vrijgekomen energie gaat naar de synthese van glucose moleculen.
Zo vangen fotosynthetische organismen lichtenergie op en zetten deze om in de energie van covalente bindingen van mono- en polysachariden. Vervolgens wordt langs de schakels van de voedselketens energie overgedragen naar de cellen van heterotrofe organismen. Met andere woorden, dankzij fotosynthese bestaan alle structurele elementen van de biosfeer. Men kan zeggen dat een cel, waarvan de voeding op een autotrofe manier plaatsvindt, niet alleen zichzelf "voedt", maar ook alles wat op planeet Aarde leeft.
Hoe heterotrofe organismen eten
Een cel waarvan de voeding afhankelijk is van de opname van organische stoffen uit de externe omgeving, wordt heterotroof genoemd. Organismen zoals schimmels, dieren, mensen en parasitaire bacteriën breken koolhydraten, eiwitten en vetten af met behulp van spijsverteringsenzymen.
Vervolgens worden de resulterende monomeren door de cel geabsorbeerd en door de cel gebruikt om hun organellen en leven op te bouwen. Opgeloste voedingsstoffen komen de cel binnen door pinocytose, terwijl vaste voedseldeeltjes de cel binnenkomen door fagocytose. Heterotrofe organismen kunnen worden onderverdeeld in saprotrofen en parasieten. De eerste (bijvoorbeeld bodembacteriën, schimmels, sommige insecten) voeden zich met dood organisch materiaal, de laatste (pathogene bacteriën, wormen, parasitaire schimmels) voeden zich met cellen en weefsels van levende organismen.
Mixotrofen, hun verspreiding in de natuur
Gemengde voeding in de natuur is vrij zeldzaam en is een vorm van aanpassing (idioadaptatie) aan verschillende omgevingsfactoren. De belangrijkste voorwaarde voor mixotrofie is de aanwezigheid in de cel van beide organellen die chlorofyl bevatten voor fotosynthese, en een systeem van enzymen die kant-en-klare voedingsstoffen uit de omgeving afbreken. Het eencellige dier Euglena green bevat bijvoorbeeld chromatoforen met chlorofyl in het hyaloplasma.
Als het reservoir waarin euglena leeft goed verlicht is, voedt het zich als een plant, d.w.z. autotroof, door middel van fotosynthese. Als gevolg hiervan wordt glucose gesynthetiseerd uit koolstofdioxide, dat de cel als voedsel gebruikt. Euglena voedt 's nachts heterotroof en breekt organisch materiaal af met behulp van enzymen in de spijsverteringsvacuolen. Zo beschouwen wetenschappers de mixotrofe voeding van de cel als een bewijs van de eenheid van de oorsprong van planten en dieren.
Celgroei en de relatie met trofisme
Een toename van de lengte, massa en volume van zowel het hele organisme als zijn individuele organen en weefsels wordt groei genoemd. Het is onmogelijk zonder een constante toevoer van voedingsstoffen naar de cellen, die als bouwstof dienen. Om antwoord te krijgen op de vraag hoe een cel groeit, waarvan de voedingautotroof optreedt, is het noodzakelijk om te verduidelijken of het een onafhankelijk organisme is of dat het als structurele eenheid deel uitmaakt van een meercellig individu. In het eerste geval zal de groei plaatsvinden tijdens de interfase van de celcyclus. Daarin vinden de processen van kunststofuitwisseling intensief plaats. De voeding van heterotrofe organismen is gecorreleerd met de aanwezigheid van voedsel uit de externe omgeving. De groei van een meercellig organisme vindt plaats vanwege de activering van biosynthese in educatieve weefsels, evenals het overwicht van anabole reacties op katabolismeprocessen.
De rol van zuurstof in de voeding van heterotrofe cellen
Aërobe organismen: sommige bacteriën, schimmels, dieren en mensen gebruiken zuurstof om voedingsstoffen zoals glucose volledig af te breken tot koolstofdioxide en water (de Krebs-cyclus). Het komt voor in de matrix van mitochondriën die het enzymatische systeem H+-ATP-ase bevatten, dat ATP-moleculen synthetiseert uit ADP. Bij prokaryotische organismen zoals aerobe bacteriën en cyanobacteriën vindt de zuurstofdissimilatiestap plaats op het plasmamembraan van de cellen.
Specifieke voeding van gameten
In de moleculaire biologie en cytologie kan celvoeding kort worden beschreven als het proces van voedingsstoffen die erin komen, hun splitsing en de synthese van een bepaald deel van energie in de vorm van ATP-moleculen. Het trofisme van gameten: eieren en spermatozoa heeft enkele kenmerken die verband houden met de hoge specificiteit van hun functies. Dit geldt met name voor de vrouwelijke geslachtscel, die gedwongen wordt een grote voorraad voedingsstoffen op te hopen, voornamelijk in de vorm vandooier.
Na de bevruchting zal ze ze gebruiken om te pletten en een embryo te vormen. Spermatozoa in het proces van rijping (spermatogenese) ontvangen organische stoffen van Sertoli-cellen die zich in de tubuli seminiferi bevinden. Beide soorten gameten hebben dus een hoog metabolisme, wat mogelijk is door actief cellulair trofisme.
De rol van minerale voeding
Metabolische processen zijn onmogelijk zonder de instroom van kationen en anionen die deel uitmaken van minerale zouten. Magnesiumionen zijn bijvoorbeeld nodig voor fotosynthese, kalium- en calciumionen zijn nodig voor de werking van mitochondriale enzymsystemen en de aanwezigheid van natriumionen, evenals carbonaatanionen, is noodzakelijk om de buffereigenschappen van hyaloplasma te behouden. Oplossingen van minerale zouten komen de cel binnen door pinocytose of diffusie door het celmembraan. Minerale voeding is inherent aan zowel autotrofe als heterotrofe cellen.
Samenvattend zijn we ervan overtuigd dat het belang van celvoeding echt groot is, aangezien dit proces leidt tot de vorming van bouwstof (koolhydraten, eiwitten en vetten) uit koolstofdioxide in autotrofe organismen. Heterotrofe cellen voeden zich met organische stoffen die zijn gevormd als gevolg van de vitale activiteit van autotrofen. Ze gebruiken de ontvangen energie voor voortplanting, groei, beweging en andere levensprocessen.
