Nykyaikaiset kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että solu on monimutkaisin rakenteellinen ja toiminnallinen yksikkö lähes kaikista elävistä organismeista, lukuun ottamatta viruksia, jotka ovat ei-soluisia elämänmuotoja. Sytologia tutkii solun rakennetta ja elintärkeää toimintaa: hengitystä, ravintoa, lisääntymistä, kasvua. Näitä prosesseja käsitellään tässä asiakirjassa.
Solurakenne
Biologit ovat osoittaneet valo- ja elektronimikroskoopilla, että kasvi- ja eläinsolut sisältävät pintalaitteiston (kalvon ylä- ja alakomplekseja), sytoplasman ja organelleja. Eläinsoluissa kalvon yläpuolella sijaitsee glykokalyyksi, joka sisältää entsyymejä ja tarjoaa ravintoa solulle sytoplasman ulkopuolella. Kasvisoluissa, prokaryooteissa (bakteerit ja syanobakteerit) sekä sienissä kalvon yläpuolelle muodostuu soluseinä, joka koostuu selluloosasta, ligniinistä tai mureiinista.
Ydin on välttämätön organellieukaryootit. Se sisältää perinnöllistä materiaalia - DNA:ta, joka näyttää kromosomeilta. Bakteerit ja syanobakteerit sisältävät nukleoidin, joka toimii deoksiribonukleiinihapon kantajana. Ne kaikki suorittavat tiukasti erityisiä toimintoja, jotka määräävät solujen aineenvaihdunnan prosessit.
Mitä tarkoitamme soluravinnolla
Solun elintärkeät ilmentymät eivät ole muuta kuin energian siirtymistä ja sen muuntamista muodosta toiseen (termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan). Ravinteista piilevässä eli sitoutuneessa tilassa oleva energia siirtyy ATP-molekyyleihin. Kysymykseen, mitä on solujen ravitsemus biologiassa, on vastaus, joka ottaa huomioon seuraavat postulaatit:
- Solu, koska se on avoin biosysteemi, vaatii jatkuvaa energian saantia ulkopuolelta.
- Ravitsemiseen tarvittavat orgaaniset aineet, solu voi saada kahdella tavalla:
a) solujen välisestä väliaineesta, valmiiden yhdisteiden muodossa;
b) syntetisoi itsenäisesti proteiineja, hiilihydraatteja ja rasvoja hiilidioksidista, ammoniakista jne.
Siksi kaikki organismit jaetaan heterotrofisiin ja autotrofisiin eliöihin, joiden aineenvaihdunnan ominaisuuksia tutkitaan biokemialla.
Aineenvaihdunta ja energia
Soluun tulevat orgaaniset aineet halkeavat, minkä seurauksena energiaa vapautuu ATP- tai NADP-H2-molekyylien muodossa. Koko joukko assimilaatio- ja dissimilaatioreaktioita on aineenvaihduntaa. Alla tarkastelemme energia-aineenvaihdunnan vaiheita, jotka tarjoavat ravintoa heterotrofisille soluille. Ensin proteiinit, hiilihydraatit ja lipidithajoavat monomeereikseen: aminohapoiksi, glukoosiksi, glyseroliksi ja rasvahapoiksi. Sitten ne hajoavat edelleen hapettoman mädätyksen aikana (anaerobinen mädätys).
Tällä tavalla ruokitaan solunsisäisiä loisia: riketsiaa, klamydiaa ja patogeenisiä bakteereja, kuten klostridiumia. Yksisoluiset hiivasienet hajottavat glukoosin etyylialkoholiksi, maitohappobakteerit maitohapoksi. Siten glykolyysi, alkoholi-, voi- ja maitohappokäyminen ovat esimerkkejä solujen ravinnosta, joka johtuu heterotrofien anaerobisesta pilkkomisesta.
Autotrofia ja aineenvaihduntaprosessien ominaisuudet
Maan päällä elävien organismien tärkein energialähde on aurinko. Hänen ansiosta planeettamme asukkaiden tarpeet täytetään. Jotkut niistä syntetisoivat ravinteita valoenergian ansiosta, niitä kutsutaan fototrofeiksi. Toiset - redox-reaktioiden energian avulla niitä kutsutaan kemotrofeiksi. Yksisoluisissa levissä solun ravinto, jonka kuva on esitetty alla, tapahtuu fotosynteettisesti.
Vihreät kasvit sisältävät klorofylliä, joka on osa kloroplasteja. Se toimii antennina, joka vangitsee valokvantit. Fotosynteesin vaaleassa ja pimeässä vaiheessa tapahtuu entsymaattisia reaktioita (Calvinin kierto), joiden tuloksena hiilidioksidista muodostuu kaikkia ravintoon käytettyjä orgaanisia aineita. Siksi solu, joka on ravittuvaloenergian käytön vuoksi kutsutaan autotrofiseksi tai fototrofiseksi.
Yksisoluiset eliöt, joita kutsutaan kemosynteeteiksi, käyttävät kemiallisten reaktioiden seurauksena vapautuvaa energiaa orgaanisten aineiden muodostamiseen, esimerkiksi rautabakteerit hapettavat rautayhdisteitä rautaraudaksi ja vapautuva energia menee glukoosin synteesiin molekyylejä.
Siten fotosynteettiset organismit vangitsevat valoenergiaa ja muuttavat sen mono- ja polysakkaridien kovalenttisten sidosten energiaksi. Sitten ravintoketjujen lenkkejä pitkin energia siirtyy heterotrofisten organismien soluihin. Toisin sanoen fotosynteesin ansiosta kaikki biosfäärin rakenneosat ovat olemassa. Voidaan sanoa, että solu, jonka ravinto tapahtuu autotrofisella tavalla, ei "ruoki" vain itseään, vaan myös kaikkea maapallolla elävää.
Kuinka heterotrofiset organismit syövät
Solua, jonka ravinto riippuu orgaanisten aineiden saannista ulkoisesta ympäristöstä, kutsutaan heterotrofiseksi. Organismit, kuten sienet, eläimet, ihmiset ja loisbakteerit, hajottavat hiilihydraatteja, proteiineja ja rasvoja ruoansulatusentsyymeillä.
Sitten tuloksena olevat monomeerit imeytyvät soluun ja käyttävät niitä organellien ja elämän rakentamiseen. Liuenneet ravintoaineet pääsevät soluun pinosytoosin kautta, kun taas kiinteät ruokapartikkelit tulevat soluun fagosytoosin kautta. Heterotrofiset organismit voidaan jakaa saprotrofeihin ja loisiin. Ensin mainitut (esim. maaperän bakteerit, sienet, jotkut hyönteiset) ruokkivat kuolleita orgaanisia aineita, jälkimmäiset (patogeeniset bakteerit, helmintit, loissienet) syövät elävien organismien soluja ja kudoksia.
Miksotrofit, niiden levinneisyys luonnossa
Sekatyyppinen ravinto luonnossa on melko harvinaista ja se on sopeutumismuoto (idioadaptaatio) erilaisiin ympäristötekijöihin. Sexotrofian pääedellytys on molempien organellien läsnäolo solussa, jotka sisältävät klorofylliä fotosynteesiä varten, ja entsyymijärjestelmä, joka hajottaa ympäristöstä tulevia valmiita ravinteita. Esimerkiksi yksisoluinen eläin Euglena green sisältää kromatoforeja, joissa on klorofylliä hyaloplasmassa.
Kun säiliö, jossa euglena elää, on hyvin valaistu, se ruokkii kuin kasvi, eli autotrofisesti, fotosynteesin kautta. Tämän seurauksena glukoosia syntetisoidaan hiilidioksidista, jota solu käyttää ravinnoksi. Euglena ruokkii heterotrofisesti yöllä hajottaen orgaanista ainetta ruoansulatusvakuoleissa olevien entsyymien avulla. Näin ollen tiedemiehet pitävät solun mixotrofista ravintoa todisteena kasvien ja eläinten alkuperän yhtenäisyydestä.
Solujen kasvu ja sen suhde trofimiin
Sekä koko organismin että sen yksittäisten elinten ja kudosten pituuden, massan ja tilavuuden kasvua kutsutaan kasvuksi. Se on mahdotonta ilman jatkuvaa ravintoaineiden saantia soluille, jotka toimivat rakennusmateriaalina. Saadaksesi vastaus kysymykseen kuinka solu kasvaa, jonka ravintoesiintyy autotrofisesti, on tarpeen selvittää, onko se itsenäinen organismi vai onko se osa monisoluista yksilöä rakenneyksikkönä. Ensimmäisessä tapauksessa kasvu tapahtuu solusyklin välivaiheen aikana. Muovinvaihtoprosessit tapahtuvat siinä intensiivisesti. Heterotrofisten organismien ravitsemus korreloi ulkoisesta ympäristöstä tulevan ruoan läsnäolon kanssa. Monisoluisen organismin kasvu johtuu biosynteesin aktivoinnista kasvainkudoksissa sekä anabolisten reaktioiden hallitsemisesta katabolian prosesseihin verrattuna.
Hapen rooli heterotrofisten solujen ravinnossa
Aerobiset organismit: Jotkut bakteerit, sienet, eläimet ja ihmiset käyttävät happea hajottaakseen ravinteet, kuten glukoosin, kokonaan hiilidioksidiksi ja vedeksi (Krebsin kierto). Sitä esiintyy mitokondrioiden matriisissa, jotka sisältävät entsymaattisen järjestelmän H + -ATP-aasi, joka syntetisoi ATP-molekyylejä ADP:stä. Prokaryoottisissa organismeissa, kuten aerobisissa bakteereissa ja syanobakteereissa, hapen dissimilaatiovaihe tapahtuu solujen plasmakalvolla.
Sukusolujen erityinen ravitsemus
Molekyylibiologiassa ja sytologiassa solujen ravitsemus voidaan kuvata lyhyesti ravinteiden sisäänpääsyprosessiksi, niiden halkeamiseksi ja tietyn osan energiasta syntetisoitumiseksi ATP-molekyylien muodossa. Sukusolujen trofismilla: munasoluilla ja siittiöillä on joitain ominaisuuksia, jotka liittyvät niiden toimintojen korkeaan spesifisyyteen. Tämä pätee erityisesti naisen sukusoluun, jonka on pakko kerätä suuri määrä ravintoaineita, pääasiassakeltuainen.
Hedelmöityksen jälkeen hän käyttää niitä murskaamaan ja muodostamaan alkion. Kypsymisprosessissa (spermatogeneesissä) olevat siittiöt saavat orgaanisia aineita siementiehyissä sijaitsevista Sertoli-soluista. Siten molemmilla sukusoluilla on korkea aineenvaihduntataso, mikä on mahdollista aktiivisen solutrofismin ansiosta.
Mineraaliravitsemuksen rooli
Aineenvaihduntaprosessit ovat mahdottomia ilman kivennäissuoloihin kuuluvien kationien ja anionien sisäänvirtausta. Esimerkiksi magnesium-ionit ovat välttämättömiä fotosynteesiä varten, kalium- ja kalsiumionit ovat välttämättömiä mitokondrioiden entsyymijärjestelmien toiminnalle, ja natrium-ionien sekä karbonaattianionien läsnäolo on välttämätöntä hyaloplasman puskuriominaisuuksien ylläpitämiseksi. Mineraalisuolojen liuokset tulevat soluun pinosytoosin tai diffuusion kautta solukalvon läpi. Kivennäisravinto on luontaista sekä autotrofisille että heterotrofisille soluille.
Yhteenveto, olemme vakuuttuneita siitä, että solujen ravitsemuksen merkitys on todella suuri, koska tämä prosessi johtaa rakennusmateriaalin (hiilihydraatit, proteiinit ja rasvat) muodostumiseen hiilidioksidista autotrofisissa organismeissa. Heterotrofiset solut syövät orgaanisia aineita, jotka muodostuvat autotrofien elintärkeän toiminnan seurauksena. He käyttävät saamansa energiaa lisääntymiseen, kasvuun, liikkumiseen ja muihin elämänprosesseihin.
