Cała galaktyka wybitnych naukowców przeszłości - Roberta Hooke'a, Anthony'ego van Leeuwenhoek, Theodora Schwanna, Mathiasa Schleidena, swoimi odkryciami w dziedzinie badań przyrodniczych, utorowała drogę do powstania najważniejszej gałęzi współczesna nauka biologiczna - cytologia. Bada strukturę i właściwości komórki, która jest podstawowym nośnikiem życia na Ziemi. Podstawowa wiedza zdobyta w wyniku rozwoju nauki o komórkach zainspirowała naukowców do tworzenia dyscyplin, takich jak genetyka, biologia molekularna i biochemia.
Dokonane w nich odkrycia naukowe całkowicie zmieniły oblicze planety i doprowadziły do pojawienia się klonów, organizmów modyfikowanych genetycznie i sztucznej inteligencji. Nasz artykuł pomoże Ci zrozumieć podstawowe metody eksperymentów cytologicznych oraz poznać strukturę i funkcje komórek.
Jak badana jest komórka
Podobnie jak 500 lat temu, mikroskop świetlny jest głównym instrumentem pomagającym w badaniu struktury i właściwości komórki. Oczywiście jego wygląd i optykacharakterystyk nie można porównać z pierwszymi mikroskopami stworzonymi przez ojca i syna Janssensów lub Roberta Hooke'a w połowie XVI wieku. Rozdzielczość nowoczesnych mikroskopów świetlnych zwiększa rozmiar struktur komórkowych 3000 razy. Skanery rastrowe mogą przechwytywać obrazy obiektów submikroskopowych, takich jak bakterie czy wirusy, które są tak małe, że nie są nawet komórkami. W cytologii aktywnie wykorzystywana jest metoda znakowanych atomów, a także badania komórek in vivo, dzięki którym wyjaśniane są cechy procesów komórkowych.
Wirowanie
Aby podzielić zawartość komórek na frakcje i zbadać właściwości i funkcje komórki, cytologia wykorzystuje wirówkę. Działa na tej samej zasadzie, co część o tej samej nazwie w pralkach. Dzięki przyspieszeniu odśrodkowemu urządzenie przyspiesza zawiesinę komórek, a ponieważ organelle mają różną gęstość, osadzają się warstwami. Na dole znajdują się duże części, takie jak jądra, mitochondria czy plastydy, a w górnych dyszach rusztu destylacyjnego wirówki znajdują się mikrofilamenty cytoszkieletu, rybosomy i peroksysomy. Powstałe warstwy są rozdzielone, dlatego wygodniej jest badać cechy składu biochemicznego organelli.
Struktura komórkowa roślin
Właściwości komórki roślinnej są pod wieloma względami podobne do funkcji komórek zwierzęcych. Jednak nawet uczeń, badając przez okular mikroskopu utrwalone preparaty komórek roślinnych, zwierzęcych czy ludzkich, odnajdzie cechy różnicy. to jest geometryczneprawidłowe kontury, obecność gęstej błony celulozowej i dużych wakuoli, charakterystycznych dla komórek roślinnych. I jeszcze jedną różnicą, która całkowicie odróżnia rośliny w grupie organizmów autotroficznych, jest obecność w cytoplazmie wyraźnie widocznych owalnych zielonych ciał. To chloroplasty - wizytówka roślin. Przecież to oni potrafią wychwytywać energię świetlną, zamieniać ją na energię wiązań makroergicznych ATP, a także tworzyć związki organiczne: skrobię, białka i tłuszcze. Fotosynteza determinuje zatem autotroficzne właściwości komórki roślinnej.
Niezależna synteza substancji troficznych
Zastanówmy się nad procesem, dzięki któremu, zdaniem wybitnego rosyjskiego naukowca K. A. Timiryazeva, rośliny odgrywają kosmiczną rolę w ewolucji. Na Ziemi występuje około 350 tysięcy gatunków roślin, począwszy od jednokomórkowych alg, takich jak chlorella czy chlamydomony, po gigantyczne drzewa - sekwoje, osiągające wysokość 115 metrów. Wszystkie pochłaniają dwutlenek węgla, zamieniając go w glukozę, aminokwasy, glicerol i kwasy tłuszczowe. Substancje te służą jako pokarm nie tylko samej roślinie, ale są również wykorzystywane przez organizmy zwane heterotrofami: grzyby, zwierzęta i ludzi. Takie właściwości komórek roślinnych, jak zdolność do syntezy związków organicznych i tworzenia substancji życiowej - tlenu, potwierdzają fakt wyłącznej roli autotrofów dla życia na Ziemi.
Klasyfikacja plastydów
Trudno pozostać obojętnym, kontemplując ekstrawagancję barw kwitnących róż czy jesiennego lasu. Barwę roślin zawdzięczają specjalnym organelle - plastydom, charakterystycznym tylko dla komórek roślinnych. Można argumentować, że obecność specjalnych pigmentów w ich składzie wpływa na funkcje chloroplastów, chromoplasty i leukoplastów w metabolizmie. Organelle zawierające zielony barwnik chlorofil decydują o ważnych właściwościach komórki i odpowiadają za proces fotosyntezy. Mogą również przekształcać się w chromoplasty. Zjawisko to obserwujemy np. jesienią, kiedy zielone liście drzew stają się złote, fioletowe lub szkarłatne. Leucoplasty mogą przekształcać się w chromoplasty, np. mleczne pomidory dojrzewają do koloru pomarańczowego lub czerwonego. Są również w stanie przejść do chloroplastów, na przykład pojawienie się zielonego koloru na skórce bulw ziemniaka pojawia się, gdy są one przechowywane przez długi czas na świetle.
Mechanizm tworzenia tkanki roślinnej
Jedną z cech wyróżniających wyższe komórki roślinne jest obecność twardej i mocnej skorupy. Zwykle zawiera makrocząsteczki celulozy, ligniny lub pektyny. Stabilność i odporność na ściskanie i inne odkształcenia mechaniczne wyróżniają tkanki roślinne w grupie najbardziej sztywnych struktur naturalnych, które mogą wytrzymać duże obciążenia (przypomnijmy na przykład właściwości drewna). Pomiędzy jego komórkami powstaje wiele pasm cytoplazmatycznych, przechodzących przez otwory w błonach, które podobnie jak elastyczne nici zszywają je ze sobą.pomiędzy nimi. Dlatego wytrzymałość i twardość to główne właściwości komórki organizmu roślinnego.
Plazmoliza i deplazmoliza
Obecność perforowanych ścianek odpowiedzialnych za ruch wody, soli mineralnych i fitohormonów można wykryć dzięki zjawisku plazmolizy. Umieść komórkę roślinną w hipertonicznym roztworze soli fizjologicznej. Woda z jej cytoplazmy dyfunduje na zewnątrz, a pod mikroskopem zobaczymy proces złuszczania warstwy ciemieniowej hialoplazmy. Komórka kurczy się, zmniejsza się jej objętość, tj. następuje plazmoliza. Możesz zwrócić pierwotną formę, dodając kilka kropli wody do szklanego szkiełka i tworząc stężenie roztworu niższe niż w cytoplazmie komórki. Cząsteczki H2O wejdą do środka przez pory w powłoce, zwiększy się objętość i ciśnienie wewnątrzkomórkowe. Proces ten nazwano deplazmolizą.
Szczególna struktura i funkcje komórek zwierzęcych
Brak chloroplastów w cytoplazmie, cienkie błony pozbawione zewnętrznej powłoki, małe wakuole pełniące głównie funkcje trawienne lub wydalnicze – to wszystko dotyczy komórek zwierzęcych i ludzkich. Ich zróżnicowany wygląd i heterotroficzne nawyki żywieniowe to kolejna cecha wyróżniająca.
Wiele komórek, które są oddzielnymi organizmami lub są częścią tkanek, jest zdolnych do aktywnego ruchu. Są to fagocyty i plemniki ssaków, ameby, infusoria-but itp. Komórki zwierzęce są łączone w tkanki dzięki nadbłonowemu kompleksowi - glikokaliksowi. Onskłada się z glikolipidów i białek związanych z węglowodanami i wspomaga adhezję - adhezję błon komórkowych do siebie, prowadzącą do powstania tkanki. Trawienie zewnątrzkomórkowe zachodzi również w glikokaliksie. Heterotroficzny sposób odżywiania determinuje obecność w komórkach całego arsenału enzymów trawiennych, skoncentrowanych w specjalnych organellach - lizosomach, które powstają w aparacie Golgiego - obowiązkowej jednobłonowej strukturze cytoplazmy.
W komórkach zwierzęcych organelle te są reprezentowane przez wspólną sieć kanałów i cystern, podczas gdy w roślinach wyglądają jak liczne odrębne jednostki strukturalne. Zarówno komórki somatyczne roślin, jak i zwierząt dzielą się przez mitozę, podczas gdy gamety dzielą się przez mejozę.
Zatem ustaliliśmy, że właściwości komórek różnych grup organizmów żywych będą zależeć od cech struktury mikroskopowej i funkcji organelli.
