مطالعات تجربی مدرن ثابت کرده اند که سلول پیچیده ترین واحد ساختاری و عملکردی تقریباً همه موجودات زنده است، به استثنای ویروس ها، که اشکال حیات غیر سلولی هستند. سیتولوژی ساختار و همچنین فعالیت حیاتی سلول را مطالعه می کند: تنفس، تغذیه، تولید مثل، رشد. این فرآیندها در این مقاله در نظر گرفته خواهند شد.
ساختار سلول
با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی، زیست‌شناسان دریافته‌اند که سلولهای گیاهی و جانوری حاوی یک دستگاه سطحی (کمپلکس‌های فوق غشایی و زیر غشایی)، سیتوپلاسم و اندامک‌ها هستند. در سلول های حیوانی، گلیکوکالیکس در بالای غشاء قرار دارد که حاوی آنزیم است و تغذیه سلول را در خارج از سیتوپلاسم فراهم می کند. در سلول های گیاهی، پروکاریوت ها (باکتری ها و سیانوباکتری ها)، و همچنین قارچ ها، دیواره سلولی بالای غشاء تشکیل می شود که از سلولز، لیگنین یا مورئین تشکیل شده است.
هسته یک اندامک ضروری استیوکاریوت ها حاوی مواد ارثی - DNA است که شبیه کروموزوم است. باکتری ها و سیانوباکتری ها حاوی یک نوکلوئید هستند که به عنوان حامل اسید دئوکسی ریبونوکلئیک عمل می کند. همه آنها عملکردهای کاملاً خاصی را انجام می دهند که فرآیندهای سلولی متابولیک را تعیین می کند.
منظور ما از تغذیه سلولی چیست
تظاهرات حیاتی یک سلول چیزی نیست جز انتقال انرژی و تبدیل آن از شکلی به شکل دیگر (طبق قانون اول ترمودینامیک). انرژی موجود در مواد مغذی در حالت نهفته، به عنوان مثال، به مولکول‌های ATP منتقل می‌شود. به این سؤال که تغذیه سلولی در زیست شناسی چیست، پاسخی وجود دارد که فرضیه های زیر را در نظر می گیرد:
- سلول، به عنوان یک بیوسیستم باز، به منبع ثابت انرژی از محیط خارجی نیاز دارد.
- مواد آلی مورد نیاز برای تغذیه، سلول از دو طریق می تواند دریافت کند:
a) از محیط بین سلولی، به شکل ترکیبات آماده؛
b) سنتز مستقل پروتئین ها، کربوهیدرات ها و چربی ها از دی اکسید کربن، آمونیاک و غیره.
بنابراین، همه موجودات به دو دسته هتروتروف و اتوتروف تقسیم می شوند که ویژگی های متابولیکی آنها توسط بیوشیمی بررسی می شود.
متابولیسم و انرژی
مواد آلی وارد شده به سلول دچار شکافته می شوند که در نتیجه انرژی به شکل مولکول های ATP یا NADP-H2 آزاد می شود. کل مجموعه واکنش های جذب و غیر همسان سازی متابولیسم است. در زیر مراحل متابولیسم انرژی را در نظر خواهیم گرفت که تغذیه سلول های هتروتروف را فراهم می کند. ابتدا پروتئین ها، کربوهیدرات ها و لیپیدهابه مونومرهای خود تجزیه می شوند: اسیدهای آمینه، گلوکز، گلیسرول و اسیدهای چرب. سپس، در طول هضم بدون اکسیژن، آنها دچار تجزیه بیشتر (هضم بی هوازی) می شوند.
به این ترتیب انگل های داخل سلولی تغذیه می شوند: ریکتزیا، کلامیدیا و باکتری های بیماری زا مانند کلستریدیوم. قارچ های مخمر تک سلولی گلوکز را به اتیل الکل و باکتری های اسید لاکتیک را به اسید لاکتیک تجزیه می کنند. بنابراین، تخمیر گلیکولیز، الکل، بوتیریک و اسید لاکتیک نمونه هایی از تغذیه سلولی به دلیل هضم بی هوازی در هتروتروف ها هستند.
خودتروفی و ویژگی های فرآیندهای متابولیک
برای موجودات زنده روی زمین، منبع اصلی انرژی خورشید است. به لطف او، نیازهای ساکنان سیاره ما برآورده می شود. برخی از آنها به دلیل انرژی نور مواد مغذی را سنتز می کنند که به آنها فوتوتروف می گویند. دیگران - با کمک انرژی واکنش های ردوکس، آنها را کموتروف می نامند. در جلبک های تک سلولی تغذیه سلولی که عکس آن در زیر ارائه شده است به روش فتوسنتزی انجام می شود.
گیاهان سبز حاوی کلروفیل هستند که بخشی از کلروپلاست ها است. نقش آنتنی را بازی می کند که کوانتوم های نور را جذب می کند. در فازهای روشن و تاریک فتوسنتز، واکنش های آنزیمی رخ می دهد (چرخه کالوین)، که منجر به تشکیل تمام مواد آلی مورد استفاده برای تغذیه از دی اکسید کربن می شود. بنابراین، سلول، که تغذیه می شودبه دلیل استفاده از انرژی نور به آن اتوتروف یا فوتوتروف می گویند.
موجودات تک سلولی به نام شیموسنتتیک از انرژی آزاد شده در نتیجه واکنش های شیمیایی برای تشکیل مواد آلی استفاده می کنند، به عنوان مثال، باکتری های آهن، ترکیبات آهنی را به آهن آهن اکسید می کنند و انرژی آزاد شده به سنتز گلوکز می رسد. مولکول ها.
بنابراین، موجودات فتوسنتزی انرژی نور را جذب کرده و آن را به انرژی پیوندهای کووالانسی تک و پلی ساکاریدها تبدیل می کنند. سپس در طول حلقه های زنجیره غذایی، انرژی به سلول های موجودات هتروتروف منتقل می شود. به عبارت دیگر، به لطف فتوسنتز، تمام عناصر ساختاری بیوسفر وجود دارند. می توان گفت سلولی که تغذیه آن به صورت اتوتروفیک اتفاق می افتد، نه تنها خودش، بلکه هر چیزی را که روی سیاره زمین زندگی می کند، «تغذیه» می کند.
جانداران هتروتروف چگونه غذا می خورند
سلولی که تغذیه آن به دریافت مواد آلی از محیط خارجی بستگی دارد، هتروتروف نامیده می شود. ارگانیسم‌هایی مانند قارچ‌ها، حیوانات، انسان‌ها و باکتری‌های انگلی با استفاده از آنزیم‌های گوارشی، کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و چربی‌ها را تجزیه می‌کنند.
سپس مونومرهای به دست آمده توسط سلول جذب می شوند و توسط آن برای ساخت اندامک ها و زندگی آنها استفاده می شود. مواد مغذی محلول با پینوسیتوز وارد سلول می شوند، در حالی که ذرات غذای جامد با فاگوسیتوز وارد سلول می شوند. ارگانیسم های هتروتروف را می توان به ساپروتروف و انگل تقسیم کرد.اولی (به عنوان مثال، باکتری های خاک، قارچ ها، برخی از حشرات) از مواد آلی مرده تغذیه می کنند، دومی (باکتری های بیماری زا، کرم ها، قارچ های انگلی) از سلول ها و بافت های موجودات زنده تغذیه می کنند.
Mixotrophs، توزیع آنها در طبیعت
تغذیه مختلط در طبیعت بسیار نادر است و نوعی انطباق (ایدو انطباق) با عوامل مختلف محیطی است. شرط اصلی میکسوتروفی وجود هر دو اندامک حاوی کلروفیل برای فتوسنتز و سیستم آنزیم هایی است که مواد مغذی آماده را که از محیط می آیند تجزیه می کنند. برای مثال، جانور تک سلولی اوگلنا سبز حاوی کروماتوفورهایی با کلروفیل در هیالوپلاسم است.
وقتی مخزنی که اوگلنا در آن زندگی می کند به خوبی روشن شود، مانند یک گیاه تغذیه می کند، یعنی به صورت اتوتروف، از طریق فتوسنتز. در نتیجه، گلوکز از دی اکسید کربن که سلول از آن به عنوان غذا استفاده می کند، سنتز می شود. اوگلنا در شب به صورت هتروتروف تغذیه می کند و مواد آلی را با کمک آنزیم های واقع در واکوئل های گوارشی تجزیه می کند. بنابراین، دانشمندان تغذیه ترکیبی سلول را دلیلی بر وحدت منشأ گیاهان و جانوران می‌دانند.
رشد سلولی و ارتباط آن با تروفیسم
افزایش طول، جرم، حجم کل ارگانیسم و اندام ها و بافت های منفرد آن رشد نامیده می شود. بدون عرضه مداوم مواد مغذی به سلول ها، که به عنوان یک مصالح ساختمانی عمل می کنند، غیرممکن است. برای دریافت پاسخ به این سوال که یک سلول چگونه رشد می کند، تغذیه آنبه صورت اتوتروف رخ می دهد، لازم است روشن شود که آیا یک ارگانیسم مستقل است یا اینکه آیا به عنوان یک واحد ساختاری بخشی از یک فرد چند سلولی است. در حالت اول، رشد در طول اینترفاز چرخه سلولی انجام خواهد شد. فرآیندهای تبادل پلاستیک به شدت در آن انجام می شود. تغذیه موجودات هتروتروف با حضور مواد غذایی که از محیط بیرونی می آید در ارتباط است. رشد یک ارگانیسم چند سلولی به دلیل فعال شدن بیوسنتز در بافت های آموزشی و همچنین غلبه واکنش های آنابولیک بر فرآیندهای کاتابولیسم رخ می دهد.
نقش اکسیژن در تغذیه سلولهای هتروتروف
ارگانیسم‌های هوازی: برخی از باکتری‌ها، قارچ‌ها، حیوانات و انسان‌ها از اکسیژن برای تجزیه کامل مواد مغذی مانند گلوکز به دی اکسید کربن و آب (چرخه کربس) استفاده می‌کنند. این در ماتریکس میتوکندری حاوی سیستم آنزیمی H + -ATP-ase، که مولکول های ATP را از ADP سنتز می کند، رخ می دهد. در موجودات پروکاریوتی مانند باکتری های هوازی و سیانوباکتری ها، مرحله تجزیه اکسیژن در غشای پلاسمایی سلول ها اتفاق می افتد.
تغذیه اختصاصی گامت
در زیست شناسی مولکولی و سیتولوژی، تغذیه سلولی را می توان به طور خلاصه به عنوان فرآیند ورود مواد مغذی به آن، تقسیم آنها و سنتز بخش معینی از انرژی به شکل مولکول های ATP توصیف کرد. تروفیسم گامت ها: تخمک و اسپرم دارای ویژگی هایی است که با ویژگی بالای عملکرد آنها مرتبط است. این امر به ویژه در مورد سلول زایای زن صادق است، که مجبور است مقدار زیادی از مواد مغذی را جمع آوری کند، عمدتا به شکلزرده.
پس از لقاح، او از آنها برای خرد کردن و تشکیل جنین استفاده می کند. اسپرماتوزواها در فرآیند بلوغ (اسپرماتوژنز) مواد آلی را از سلول های سرتولی واقع در لوله های اسپرم ساز دریافت می کنند. بنابراین، هر دو نوع گامت دارای سطح بالایی از متابولیسم هستند که به دلیل تروفیسم فعال سلولی امکان پذیر است.
نقش تغذیه معدنی
فرایندهای متابولیک بدون هجوم کاتیونها و آنیونها که بخشی از نمکهای معدنی هستند غیرممکن است. به عنوان مثال، یون های منیزیم برای فتوسنتز، یون های پتاسیم و کلسیم برای عملکرد سیستم های آنزیمی میتوکندری ضروری هستند و وجود یون های سدیم و همچنین آنیون های کربنات برای حفظ خواص بافری هیالوپلاسم ضروری است. محلول های نمک های معدنی از طریق پینوسیتوز یا انتشار از طریق غشای سلولی وارد سلول می شوند. تغذیه معدنی در سلول های اتوتروف و هتروتروف ذاتی است.
در مجموع، ما متقاعد شده‌ایم که اهمیت تغذیه سلولی واقعاً عالی است، زیرا این فرآیند منجر به تشکیل مواد ساختمانی (کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و چربی‌ها) از دی اکسید کربن در موجودات اتوتروف می‌شود. سلول های هتروتروف از مواد آلی تشکیل شده در نتیجه فعالیت حیاتی اتوتروف ها تغذیه می کنند. آنها از انرژی دریافتی برای تولید مثل، رشد، حرکت و سایر فرآیندهای زندگی استفاده می کنند.
