Een cel is een organisatieniveau van levende materie, een onafhankelijk biosysteem dat de basiseigenschappen heeft van alle levende wezens. Het kan zich dus ontwikkelen, vermenigvuldigen, bewegen, aanpassen en veranderen. Bovendien worden alle cellen gekenmerkt door metabolisme, specifieke structuur, ordelijkheid van structuren en functies.
De wetenschap die cellen bestudeert, is cytologie. Het onderwerp is de structurele eenheden van meercellige dieren en planten, eencellige organismen - bacteriën, protozoa en algen, die uit slechts één cel bestaan.
Als we het hebben over de algemene organisatie van de structurele eenheden van levende organismen, ze bestaan uit een schaal en een kern met een nucleolus. Ze omvatten ook celorganellen, cytoplasma. Tot op heden is een verscheidenheid aan onderzoeksmethoden sterk ontwikkeld, maar microscopie neemt een leidende positie in, waardoor je de structuur van cellen kunt bestuderen en de belangrijkste structurele elementen ervan kunt verkennen.
Wat is een organoïde?
Organoïden (ze worden ook wel organellen genoemd) zijn permanente samenstellende elementen van elke cel dieom het compleet te maken en bepaalde functies uit te voeren. Dit zijn de structuren die essentieel zijn om het draaiende te houden.
Organoïden omvatten de kern, lysosomen, het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-complex, vacuolen en blaasjes, mitochondriën, ribosomen en het celcentrum (centrosoom). Dit omvat ook structuren die het cytoskelet van de cel vormen (microtubuli en microfilamenten), melanosomen. Afzonderlijk is het noodzakelijk om de organellen van beweging te onderscheiden. Dit zijn trilhaartjes, flagella, myofibrillen en pseudopoden.
Al deze structuren zijn met elkaar verbonden en zorgen voor de gecoördineerde activiteit van cellen. Vandaar de vraag: "Wat is een organoïde?" - je kunt antwoorden dat dit een component is die kan worden gelijkgesteld aan een orgaan van een meercellig organisme.
Classificatie van organellen
Cellen verschillen in grootte en vorm, evenals hun functies, maar tegelijkertijd hebben ze een vergelijkbare chemische structuur en één enkel organisatieprincipe. Tegelijkertijd is de vraag wat een organoïde is en welke structuren het is nogal discutabel. Lysosomen of vacuolen worden bijvoorbeeld soms niet geclassificeerd als celorganellen.
Als we het hebben over de classificatie van deze celcomponenten, dan worden niet-membraan- en membraanorganellen onderscheiden. Niet-membraan - dit is het celcentrum en ribosomen. De bewegingsorganellen (microtubuli en microfilamenten) hebben ook geen membranen.
De structuur van membraanorganellen is gebaseerd op de aanwezigheid van een biologisch membraan. Organellen met enkel en dubbel membraan hebben een omhulsel met een enkele structuur, die bestaat uit:dubbele laag fosfolipiden en eiwitmoleculen. Het scheidt het cytoplasma van de externe omgeving, helpt de cel om zijn vorm te behouden. Het is de moeite waard eraan te denken dat er naast het membraan in plantencellen ook een buitenste cellulosemembraan is, dat de celwand wordt genoemd. Het vervult een ondersteunende functie.
Membraanorganellen omvatten EPS, lysosomen en mitochondriën, evenals lysosomen en plastiden. Hun membranen kunnen alleen verschillen in de set van eiwitten.
Als we het hebben over het functionele vermogen van organellen, dan kunnen sommige van hen bepaalde stoffen synthetiseren. Belangrijke syntheseorganellen zijn dus mitochondriën, waarin ATP wordt gevormd. Ribosomen, plastiden (chloroplasten) en het ruwe endoplasmatisch reticulum zijn verantwoordelijk voor de synthese van eiwitten, het gladde ER is verantwoordelijk voor de synthese van lipiden en koolhydraten.
Laten we de structuur en functies van organellen in meer detail bekijken.
Kern
Dit organel is buitengewoon belangrijk, want wanneer het wordt verwijderd, stoppen de cellen met functioneren en sterven ze af.
De kern heeft een dubbel membraan, waarin zich veel poriën bevinden. Met behulp van hen is het nauw verbonden met het endoplasmatisch reticulum en het cytoplasma. Dit organel bevat chromatine - chromosomen, een complex van eiwitten en DNA. Gezien dit, kunnen we zeggen dat het de kern is die het organel is dat verantwoordelijk is voor het in stand houden van het grootste deel van het genoom.
Het vloeibare deel van de kern wordt karyoplasma genoemd. Het bevat de producten van vitale activiteit van de structuren van de kern. De dichtste zone is de nucleolus, die ribosomen, complexe eiwitten enRNA, evenals kalium-, magnesium-, zink-, ijzer- en calciumfosfaten. De nucleolus verdwijnt voor de celdeling en wordt opnieuw gevormd in de laatste stadia van dit proces.
Endoplasmatisch reticulum (reticulum)
EPS is een organel met één membraan. Het beslaat de helft van het volume van de cel en bestaat uit buisjes en reservoirs die met elkaar zijn verbonden, evenals met het cytoplasmatische membraan en de buitenste schil van de kern. Het membraan van deze organoïde heeft dezelfde structuur als het plasmalemma. Deze structuur is integraal en opent niet in het cytoplasma.
Het endoplasmatisch reticulum is glad en korrelig (ruw). Ribosomen bevinden zich op de binnenste schil van het granulaire ER, waarin eiwitsynthese plaatsvindt. Er zijn geen ribosomen op het oppervlak van het gladde endoplasmatisch reticulum, maar hier vindt de synthese van koolhydraten en vetten plaats.
Alle stoffen die in het endoplasmatisch reticulum worden gevormd, worden door het systeem van tubuli en tubuli naar hun bestemming getransporteerd, waar ze worden verzameld en vervolgens worden gebruikt in verschillende biochemische processen.
Gezien het synthetiserende vermogen van EPS, bevindt het ruwe reticulum zich in cellen waarvan de belangrijkste functie de vorming van eiwitten is, en het gladde reticulum bevindt zich in cellen die koolhydraten en vetten synthetiseren. Bovendien hopen calciumionen zich op in het gladde netvlies, die nodig zijn voor de normale werking van cellen of het lichaam als geheel.
Er moet ook worden opgemerkt dat de ER de plaats is van de vorming van het Golgi-apparaat.
Lysosomen, hun functies
Lysosomen zijn cellulaire organellen,die worden vertegenwoordigd door enkelmembraan ronde zakjes met hydrolytische en spijsverteringsenzymen (proteasen, lipasen en nucleasen). Het geh alte aan lysosomen wordt gekenmerkt door een zure omgeving. De membranen van deze formaties isoleren ze van het cytoplasma, waardoor de vernietiging van andere structurele componenten van cellen wordt voorkomen. Wanneer de enzymen van het lysosoom vrijkomen in het cytoplasma, vernietigt de cel zichzelf - autolyse.
Opgemerkt moet worden dat enzymen voornamelijk worden gesynthetiseerd op een ruw endoplasmatisch reticulum, waarna ze naar het Golgi-apparaat gaan. Hier ondergaan ze modificatie, worden verpakt in membraanblaasjes en beginnen te scheiden, en worden onafhankelijke componenten van de cellysosomen, die primair en secundair zijn.
Primaire lysosomen zijn structuren die scheiden van het Golgi-apparaat, terwijl secundaire (spijsverteringsvacuolen) die zijn die gevormd worden als gevolg van de fusie van primaire lysosomen en endocytische vacuolen.
Gezien deze structuur en organisatie, kunnen we de belangrijkste functies van lysosomen onderscheiden:
- vertering van verschillende stoffen in de cel;
- vernietiging van celstructuren die niet nodig zijn;
- deelname aan celreorganisatieprocessen.
Vacuolen
Vacuolen zijn bolvormige organellen met één membraan die reservoirs zijn van water en daarin opgeloste organische en anorganische verbindingen. Het Golgi-apparaat en EPS zijn betrokken bij de vorming van deze structuren.
Vacuolen in een dierlijke celKlein. Ze zijn klein en nemen niet meer dan 5% van het volume in beslag. Hun belangrijkste rol is om het transport van stoffen door de cel te verzekeren.
Vacuolen van een plantencel zijn groot en nemen tot 90% van het volume in beslag. In een volwassen cel is er maar één vacuole, die een centrale positie inneemt. Het membraan wordt de tonoplast genoemd en de inhoud ervan wordt celsap genoemd. De belangrijkste functies van plantenvacuolen zijn het zorgen voor de spanning van het celmembraan, de ophoping van verschillende verbindingen en afvalproducten van de cel. Bovendien leveren deze organellen van plantencellen het water dat nodig is voor het proces van fotosynthese.
Als we het hebben over de samenstelling van celsap, dan bevat het de volgende stoffen:
- reserve - organische zuren, koolhydraten en eiwitten, individuele aminozuren;
- verbindingen die tijdens het leven van cellen worden gevormd en zich daarin ophopen (alkaloïden, tannines en fenolen);
- fytonciden en fytohormonen;
- pigmenten, waardoor vruchten, wortels en bloembladen in de overeenkomstige kleur worden gekleurd.
Golgi-complex
De structuur van organoïden die het "Golgi-apparaat" wordt genoemd, is vrij eenvoudig. In plantencellen zien ze eruit als afzonderlijke lichamen met een membraan; in dierlijke cellen worden ze weergegeven door reservoirs, buisjes en blazen. De structurele eenheid van het Golgi-complex is het dictyosoom, dat wordt weergegeven door een stapel van 4-6 "tanks" en kleine blaasjes die ervan scheiden en een intracellulair transportsysteem vormen, en dat ook kan dienen als een bron van lysosomen. Het aantal dictyosomen kan variëren van één tot meerderehonderden.
Het Golgi-complex bevindt zich meestal in de buurt van de kern. In dierlijke cellen - nabij het celcentrum. De belangrijkste functies van deze organellen zijn als volgt:
- afscheiding en ophoping van eiwitten, lipiden en sacchariden;
- modificatie van organische verbindingen die het Golgi-complex binnenkomen;
- deze organoïde is de plaats van de vorming van lysosomen.
Opgemerkt moet worden dat ER, lysosomen, vacuolen en het Golgi-apparaat samen een buisvormig-vacuolair systeem vormen dat de cel verdeelt in afzonderlijke secties met overeenkomstige functies. Bovendien zorgt dit systeem voor een constante vernieuwing van de membranen.
Mitochondriën zijn de energiestations van de cel
Mitochondriën zijn organellen met twee membranen van staafvormige, bolvormige of draadvormige vorm die ATP synthetiseren. Ze hebben een glad buitenoppervlak en een binnenmembraan met talrijke plooien die cristae worden genoemd. Opgemerkt moet worden dat het aantal cristae in mitochondriën kan variëren afhankelijk van de energiebehoefte van de cel. Het is op het binnenmembraan dat talrijke enzymcomplexen die adenosinetrifosfaat synthetiseren, geconcentreerd zijn. Hier wordt de energie van chemische bindingen omgezet in macro-erge bindingen van ATP. Bovendien breken mitochondriën vetzuren en koolhydraten af met het vrijkomen van energie, die wordt verzameld en gebruikt voor groei en synthese.
De interne omgeving van deze organellen wordt de matrix genoemd. Zij isbevat circulair DNA en RNA, kleine ribosomen. Interessant is dat mitochondriën semi-autonome organellen zijn, omdat ze afhankelijk zijn van het functioneren van de cel, maar tegelijkertijd een zekere onafhankelijkheid kunnen behouden. Ze zijn dus in staat om hun eigen eiwitten en enzymen te synthetiseren en zich ook zelfstandig voort te planten.
Er wordt aangenomen dat mitochondriën ontstonden toen aërobe prokaryotische organismen de gastheercel binnendrongen, wat leidde tot de vorming van een specifiek symbiotisch complex. Dus mitochondriaal DNA heeft dezelfde structuur als het DNA van moderne bacteriën, en eiwitsynthese in zowel mitochondriën als bacteriën wordt geremd door dezelfde antibiotica.
Plastiden - organellen van plantencellen
Plastiden zijn vrij grote organellen. Ze zijn alleen aanwezig in plantencellen en worden gevormd uit voorlopers - proplastiden, bevatten DNA. Deze organellen spelen een belangrijke rol bij het metabolisme en worden door een dubbel membraan van het cytoplasma gescheiden. Bovendien kunnen ze een geordend systeem van interne membranen vormen.
Plastiden zijn van drie soorten:
- Chloroplasten zijn de meest talrijke plastiden die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese, die organische verbindingen en vrije zuurstof produceert. Deze structuren hebben een complexe structuur en kunnen in het cytoplasma naar de lichtbron toe bewegen. De belangrijkste stof in chloroplasten is chlorofyl, waarmee planten de energie van de zon kunnen gebruiken. Opgemerkt moet worden dat chloroplasten, net als mitochondriën, semi-autonome structuren zijn, omdat ze in staat zijn omonafhankelijke deling en synthese van hun eigen eiwitten.
- Leucoplasten zijn kleurloze plastiden die bij blootstelling aan licht in chloroplasten veranderen. Deze cellulaire componenten bevatten enzymen. Met behulp hiervan wordt glucose omgezet en geaccumuleerd in de vorm van zetmeelkorrels. In sommige planten zijn deze plastiden in staat om lipiden of eiwitten op te hopen in de vorm van kristallen en amorfe lichamen. Het grootste aantal leukoplasten is geconcentreerd in de cellen van de ondergrondse organen van planten.
- Chromoplasten zijn afgeleiden van de andere twee soorten plastiden. Ze vormen carotenoïden (tijdens de vernietiging van chlorofyl), die rood, geel of oranje zijn. Chromoplasten zijn de laatste fase van plastidetransformatie. De meeste zitten in fruit, bloemblaadjes en herfstbladeren.
Ribosoom
Hoe heet een organel een ribosoom? Ribosomen worden niet-membraanorganellen genoemd en bestaan uit twee fragmenten (kleine en grote subeenheden). Hun diameter is ongeveer 20 nm. Ze worden gevonden in alle soorten cellen. Dit zijn organellen van dierlijke en plantaardige cellen, bacteriën. Deze structuren worden gevormd in de kern, waarna ze het cytoplasma binnengaan, waar ze vrij worden geplaatst of aan het EPS worden vastgemaakt. Afhankelijk van de synthetiserende eigenschappen functioneren ribosomen alleen of combineren ze tot complexen om polyribosomen te vormen. In dit geval zijn deze niet-membraanorganellen gebonden door een boodschapper-RNA-molecuul.
Het ribosoom bevat 4 rRNA-moleculen die het raamwerk vormen, evenals verschillende eiwitten. De belangrijkste taak van deze organoïde is het samenstellen van de polypeptideketen, de eerste stap in de eiwitsynthese. Die eiwitten die worden gevormd door de ribosomen van het endoplasmatisch reticulum kunnen door het hele organisme worden gebruikt. Eiwitten voor de behoeften van een individuele cel worden gesynthetiseerd door ribosomen, die zich in het cytoplasma bevinden. Opgemerkt moet worden dat ribosomen ook worden aangetroffen in mitochondriën en plastiden.
Cytoskelet van een cel
Celcytoskelet wordt gevormd door microtubuli en microfilamenten. Microtubuli zijn cilindrische formaties met een diameter van 24 nm. Hun lengte is 100 µm-1 mm. Het hoofdbestanddeel is een eiwit dat tubuline wordt genoemd. Het kan niet samentrekken en kan worden vernietigd door colchicine. Microtubuli bevinden zich in het hyaloplasma en vervullen de volgende functies:
- maak een elastisch, maar tegelijkertijd sterk frame van de kooi, waardoor het zijn vorm behoudt;
- deelnemen aan het proces van distributie van celchromosomen;
- zorg voor beweging van organellen;
- bevindt zich in het celcentrum, evenals in flagellen en trilhaartjes.
Microfilamenten zijn filamenten die zich onder het plasmamembraan bevinden en bestaan uit het eiwit actine of myosine. Ze kunnen samentrekken, wat resulteert in beweging van het cytoplasma of uitsteeksel van het celmembraan. Bovendien zijn deze componenten betrokken bij de vorming van vernauwing tijdens celdeling.
Celcentrum (centrosoom)
Dit organel bestaat uit 2 centriolen en een centrosfeer. Cilindrische centriool. De wanden worden gevormd door drie microtubuli, die via crosslinks met elkaar versmelten. Centriolen zijn in paren gerangschikt in een rechte hoek ten opzichte van elkaar. Opgemerkt moet worden dat de cellen van hogere planten deze organellen missen.
De belangrijkste rol van het celcentrum is om te zorgen voor een gelijkmatige verdeling van chromosomen tijdens celdeling. Het is ook het centrum van de organisatie van het cytoskelet.
Organellen van beweging
De bewegingsorganellen omvatten trilhaartjes, evenals flagellen. Dit zijn kleine gezwellen in de vorm van haren. Het flagellum bevat 20 microtubuli. De basis bevindt zich in het cytoplasma en wordt het basale lichaam genoemd. De lengte van het flagellum is 100 µm of meer. Flagella die slechts 10-20 micron groot zijn, worden cilia genoemd. Wanneer microtubuli glijden, kunnen cilia en flagella oscilleren, waardoor de cel zelf in beweging komt. Het cytoplasma kan contractiele fibrillen bevatten die myofibrillen worden genoemd - dit zijn organellen van een dierlijke cel. Myofibrillen bevinden zich in de regel in myocyten - spierweefselcellen, evenals in hartcellen. Ze zijn opgebouwd uit kleinere vezels (protofibrillen).
Opgemerkt moet worden dat myofibrillenbundels bestaan uit donkere vezels - dit zijn anisotrope schijven, evenals lichte gebieden - dit zijn isotrope schijven. De structurele eenheid van de myofibril is het sarcomeer. Dit is het gebied tussen de anisotrope en isotrope schijf, die actine- en myosinefilamenten heeft. Wanneer ze glijden, trekt het sarcomeer samen, wat leidt tot de beweging van de gehele spiervezel. Bijdit gebruikt de energie van ATP en calciumionen.
Protozoa en spermatozoa van dieren bewegen met behulp van flagella. Cilia zijn het bewegingsorgaan van de ciliaten-schoenen. Bij dieren en mensen bedekken ze de luchtwegen en helpen ze kleine vaste deeltjes, zoals stof, te verwijderen. Daarnaast zijn er ook pseudopoden die zorgen voor amoeboïde beweging en die elementen zijn van veel eencellige en dierlijke cellen (bijvoorbeeld leukocyten).
De meeste planten kunnen niet in de ruimte bewegen. Hun bewegingen zijn groei, bladbewegingen en veranderingen in de stroom van het cytoplasma van cellen.
Conclusie
Ondanks alle verscheidenheid aan cellen, hebben ze allemaal een vergelijkbare structuur en organisatie. De structuur en functies van organellen worden gekenmerkt door identieke eigenschappen, waardoor de normale werking van zowel een individuele cel als het hele organisme wordt gegarandeerd.
Dit patroon kan als volgt worden uitgedrukt.
Tabel "Organoïden van eukaryote cellen"
Organoïde |
Plantencel |
Dierenkooi |
Hoofdfuncties |
| core | is | is | DNA-opslag, RNA-transcriptie en eiwitsynthese |
| endoplasmatisch reticulum | is | is | synthese van eiwitten, lipiden en koolhydraten, ophoping van calciumionen, vorming van het Golgi-complex |
| mitochondriën | is | is | synthese van ATP, eigen enzymen en eiwitten |
| plastiden | is | nee | deelname aan fotosynthese, ophoping van zetmeel, lipiden, eiwitten, carotenoïden |
| ribosomen | is | is | het verzamelen van de polypeptideketen (eiwitsynthese) |
| microtubuli en microfilamenten | is | is | laat de cel een bepaalde vorm behouden, maakt integraal deel uit van het celcentrum, trilharen en flagella, zorgt voor beweging van organellen |
| lysosomen | is | is | vertering van stoffen in de cel, vernietiging van onnodige structuren, deelname aan celreorganisatie, autolyse veroorzaken |
| grote centrale vacuole | is | nee | zorgt voor spanning in het celmembraan, accumuleert voedingsstoffen en afvalproducten van de cel, fytonciden en fytohormonen, evenals pigmenten, is een reservoir van water |
| Golgi-complex | is | is | scheidt en accumuleert eiwitten, lipiden en koolhydraten, wijzigt de voedingsstoffen die de cel binnenkomen,verantwoordelijk voor de vorming van lysosomen |
| celcentrum | is er, behalve hogere planten | is | is het centrum van de organisatie van het cytoskelet, zorgt voor uniforme divergentie van chromosomen tijdens celdeling |
| myofibrillen | nee | is | zorg voor spiercontractie |
Als we conclusies trekken, kunnen we zeggen dat er kleine verschillen zijn tussen een dierlijke en een plantencel. Tegelijkertijd hebben de functionele kenmerken en structuur van organellen (de bovenstaande tabel bevestigt dit) een algemeen organisatieprincipe. De cel functioneert als een harmonieus en integraal systeem. Tegelijkertijd zijn de functies van organellen met elkaar verbonden en gericht op een optimale werking en instandhouding van de vitale activiteit van de cel.
