Zellen sind wie die Ziegel eines Hauses Baumaterial fast alle lebenden Organismen. Aus welchen Teilen bestehen sie? Welche Funktion erfüllen verschiedene spezialisierte Strukturen in einer Zelle? Antworten auf diese und viele weitere Fragen finden Sie in unserem Artikel.

Was ist eine Zelle?

Eine Zelle ist die kleinste Struktur- und Funktionseinheit lebender Organismen. Trotz seiner relativ geringen Größe bildet es eine eigene Entwicklungsstufe. Beispiele für einzellige Organismen sind die Grünalgen Chlamydomonas und Chlorella, die Protozoen Euglena, Amöben und Ciliaten. Ihre Größe ist wirklich mikroskopisch klein. Allerdings ist die Funktion der Körperzelle einer bestimmten systematischen Einheit recht komplex. Dies sind Ernährung, Atmung, Stoffwechsel, Bewegung im Raum und Fortpflanzung.

Allgemeiner Plan der Zellstruktur

Nicht alle lebenden Organismen haben eine Zellstruktur. Beispielsweise werden Viren aus Nukleinsäuren und einer Proteinhülle gebildet. Pflanzen, Tiere, Pilze und Bakterien bestehen aus Zellen. Sie alle unterscheiden sich in strukturellen Merkmalen. Ihre allgemeine Struktur ist jedoch dieselbe. Es wird durch den Oberflächenapparat, den inneren Inhalt – Zytoplasma, Organellen und Einschlüsse – dargestellt. Die Funktionen von Zellen werden durch die Strukturmerkmale dieser Komponenten bestimmt. Bei Pflanzen findet die Photosynthese beispielsweise auf der inneren Oberfläche spezieller Organellen, den sogenannten Chloroplasten, statt. Tiere verfügen nicht über diese Strukturen. Die Struktur der Zelle (die Tabelle „Struktur und Funktionen von Organellen“ untersucht alle Merkmale im Detail) bestimmt ihre Rolle in der Natur. Allen vielzelligen Organismen ist jedoch gemeinsam, dass sie für den Stoffwechsel und die Verbindung aller Organe sorgen.

Zellstruktur: Tabelle „Struktur und Funktionen von Organellen“

Diese Tabelle hilft Ihnen, sich detailliert mit dem Aufbau zellulärer Strukturen vertraut zu machen.

Wie Sie sehen, hat jedes Zellorganell sein eigenes Komplexe Struktur. Darüber hinaus bestimmt die Struktur jedes einzelnen von ihnen die ausgeführten Funktionen. Nur die koordinierte Arbeit aller Organellen ermöglicht die Existenz von Leben auf zellulärer, Gewebe- und Organismusebene.

Grundfunktionen der Zelle

Zelle - einzigartige Struktur. Einerseits spielt jede seiner Komponenten ihre Rolle. Andererseits sind die Funktionen der Zelle einem einzigen koordinierten Betriebsmechanismus untergeordnet. Auf dieser Ebene der Lebensorganisation finden die wichtigsten Prozesse statt. Eine davon ist die Reproduktion. Es basiert auf einem Prozess. Es gibt zwei Hauptmethoden, dies zu tun. Gameten werden also durch Meiose geteilt, alle anderen (somatischen) werden durch Mitose geteilt.

Da die Membran semipermeabel ist, können verschiedene Stoffe in entgegengesetzter Richtung in die Zelle gelangen. Die Basis für alle metabolische Prozesse ist Wasser. Beim Eintritt in den Körper werden Biopolymere in einfache Verbindungen zerlegt. Aber Mineralien kommen in Lösungen in Form von Ionen vor.

Zelluläre Einschlüsse

Ohne Einschlüsse wären Zellfunktionen nicht vollständig realisierbar. Diese Stoffe sind eine Reserve des Organismus für ungünstige Zeiten. Dies können Dürre, niedrige Temperaturen oder unzureichender Sauerstoff sein. Die Speicherfunktionen von Stoffen in Pflanzenzellen werden von Stärke übernommen. Es kommt im Zytoplasma in Form von Granulat vor. In tierischen Zellen dient Glykogen als Speicherkohlenhydrat.

Was sind Stoffe?

In Struktur und Funktion ähnliche Zellen werden zu Geweben vereint. Diese Struktur ist spezialisiert. Beispielsweise sind alle Zellen des Epithelgewebes klein und eng aneinander angrenzend. Ihre Form ist sehr vielfältig. Dieser Stoff fehlt praktisch. Diese Struktur ähnelt einem Schild. Dadurch erfüllt das Epithelgewebe eine Schutzfunktion. Aber jeder Organismus braucht nicht nur einen „Schutzschild“, sondern auch eine Beziehung zur Umwelt. Um diese Funktion zu erfüllen, weist die Epithelschicht spezielle Formationen auf – Poren. Und bei Pflanzen sind die Stomata der Schale oder die Linsen des Korkens eine ähnliche Struktur. Diese Strukturen führen Gasaustausch, Transpiration, Photosynthese und Thermoregulation durch. Und vor allem laufen diese Prozesse auf molekularer und zellulärer Ebene ab.

Zusammenhang zwischen Zellstruktur und Funktion

Die Funktionen von Zellen werden durch ihre Struktur bestimmt. Alle Stoffe sind ein klares Beispiel dafür. Somit sind Myofibrillen zur Kontraktion fähig. Dabei handelt es sich um Muskelgewebezellen, die die Bewegung einzelner Teile und des gesamten Körpers im Raum durchführen. Aber das verbindende hat ein anderes Strukturprinzip. Diese Art von Gewebe besteht aus großen Zellen. Sie sind die Grundlage des gesamten Organismus. Auch Bindegewebe enthält eine große Menge an Interzellularsubstanz. Diese Struktur gewährleistet ein ausreichendes Volumen. Diese Art von Gewebe wird durch Sorten wie Blut-, Knorpel- und Knochengewebe repräsentiert.

Sie sagen, dass sie nicht wiederhergestellt werden... Zu dieser Tatsache gibt es viele unterschiedliche Ansichten. Allerdings zweifelt niemand daran, dass Neuronen den gesamten Körper zu einem Ganzen verbinden. Dies wird durch ein weiteres konstruktives Merkmal erreicht. Neuronen bestehen aus einem Körper und Fortsätzen – Axonen und Dendriten. Durch sie fließen Informationen nacheinander von den Nervenenden zum Gehirn und von dort zurück zu den Arbeitsorganen. Durch die Arbeit von Neuronen ist der gesamte Körper durch ein einziges Netzwerk verbunden.

Die meisten lebenden Organismen haben also eine Zellstruktur. Diese Strukturen sind die Bausteine ​​von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien. Allgemeine Funktionen von Zellen sind die Teilungsfähigkeit und die Wahrnehmung von Faktoren Umfeld und Stoffwechsel.

Die Zelle ist die wichtigste Struktureinheit die meisten Organismen auf der Erde. Seine Aufteilung basiert auf zwei Prozessen – Mitose und Meiose.

Was sind somatische Zellen?

Dies ist die Bezeichnung für alle Zellen lebender Organismen mit Ausnahme der Fortpflanzungszellen. Sie alle haben einen doppelten Chromosomensatz, im Gegensatz zu den gleichen Keimzellen, die nur einen einzigen Satz haben. Aus ihnen entstehen alle lebenden Organismen der Welt, mit Ausnahme der Viren. Ihre Teilung basiert auf einem Prozess namens Mitose.

Was ist Mitose und welche Rolle spielt sie in der Natur?

Bei diesem Vorgang entstehen aus einer Zelle zwei identische Tochterzellen mit genau dem gleichen Chromosomensatz wie der der Mutter. Dies ist die einzige Möglichkeit zur Fortpflanzung aller einzelligen Eukaryoten; dieser Prozess liegt auch der Regeneration von Geweben von Pflanzen, Tieren und Pilzen zugrunde. Mitose spielt nicht nur bei der ungeschlechtlichen Fortpflanzung, sondern auch bei der sexuellen Fortpflanzung eine entscheidende Rolle und sorgt für die Teilung embryonaler Zellen. Zellen von Pflanzen, Pilzen und Tieren teilen sich während des Wachstums des Körpers auf genau die gleiche Weise.

Was ist Meiose?

Dies ist die zweite Art der Teilung somatischer Zellen. Es ist jedoch etwas spezifisch. Während des Meioseprozesses produziert eine Zelle mit einem doppelten Chromosomensatz mehrere Tochterzellen mit einem einzigen Satz. Auf diese Weise entstehen Geschlechtszellen, also Gameten.

Phasen der Mitose

Die somatische Zellteilung erfolgt in mehreren Phasen, von denen jede ihre eigenen hat Unterscheidungsmerkmale. Der gesamte Vorgang dauert etwa drei Stunden. Es gibt vier Stadien, die Interphase nicht mitgerechnet: Prophase, Anaphase, Metaphase und Telophase. Das wichtigste zuerst.

Interphase

Dies ist der Zeitraum zwischen den Zellteilungen, in dem es sich auf die Mitose vorbereitet. In dieser Phase entwickelt sich die Zelle und zeigt ihre üblichen Anzeichen lebenswichtiger Aktivität. Dieser Zeitraum ist nicht direkt in den Prozess der Mitose einbezogen.

Prophase

Dies ist die längste Phase der Mitose. Entlang seiner Länge vergrößert sich der Zellkern, Chromosomen bilden sich spiralförmig. In diesem Zeitraum sind alle Chromosomen zwei Chromatiden, die durch Zentromere – eine Art Verengung – verbunden sind. Diese Strukturen sehen aus wie der Buchstabe X. Dann werden Kernhülle und Nukleolus zerstört und die Chromosomen wandern in das Zytoplasma. Die Zentriolen der Zelle befinden sich an ihren Polen und bilden zwischen sich Spindelfilamente, die dann am Ende der Phase an den Zentromeren befestigt werden.

Metaphase

Dies ist der nächste Schritt im Prozess der Teilung somatischer Zellen. Während dieser Phase richten sich die Chromosomen entlang des Äquators der Zelle aus. Auf diese Weise entsteht die Metaphasenplatte. Zu diesem Zeitpunkt sind die Chromosomen sehr klein, da sie eng spiralförmig verdreht sind. Aufgrund ihrer klaren Lage sind sie jedoch durch ein Mikroskop deutlich sichtbar. Daher wird die Untersuchung der Zellchromosomen normalerweise in diesem Stadium der Mitose durchgeführt.

Anaphase

Dies ist die kürzeste Phase der Zellteilung durch Mitose. Während dieser Zeit beginnen die von den Zentriolen gebildeten Spindelfäden, die Zentromere des Chromosoms in entgegengesetzte Richtungen zu ziehen, was zu seiner Aufteilung in zwei separate Chromatiden führt. Nun gibt es an jedem Pol der Zelle identische Chromatidensätze.

Telophase

Das letzte Stufe Mitose Im Verlauf werden Prozesse beobachtet, die denen der drei vorangegangenen Phasen entgegengesetzt sind. Nämlich: Die Chromosomenspiralen entfalten sich, Kernmembranen und Nukleolen bilden sich wieder. Auch in diesem Stadium erfolgt die eigentliche Teilung direkt: Das Zytoplasma wird geteilt und jede Tochterzelle erhält ihren eigenen Satz Organellen. Bei Pflanzen bildet sich auch eine Zellulosewand um die Membran zweier neu gebildeter Strukturen.

Meiose

Ein weiterer Prozess, bei dem sich Körperzellen teilen. Dabei handelt es sich um die Bildung von Gameten, also Geschlechtszellen mit einem einzigen Chromosomensatz. Bei diesem Vorgang teilen sich Körperzellen zweimal hintereinander. Man unterscheidet also Meiose I und Meiose II. Jede von ihnen besteht aus Phasen mit den gleichen Namen wie Mitose. Schauen wir uns die Prozesse, die in der Zelle während der verschiedenen Stadien der Meiose ablaufen, genauer an.

Meiose I

Bei diesem Vorgang teilt sich die Zelle so, dass zwei Tochterzellen mit halbiertem Chromosomensatz entstehen:

1. Prophase. In diesem Stadium passiert es sehr interessanter Prozess- überqueren. Es liegt darin, dass Chromatiden einzelne DNA-Abschnitte miteinander verflechten und austauschen. Dadurch kommt es zu einer Rekombination der genetischen Informationen der Zelle, die die Vielfalt artgleicher Organismen gewährleistet. Dann werden die Chromatiden getrennt, und es passiert dasselbe wie in der Prophase der Mitose: Kernmembran und Nukleolus verschwinden und die Spindel wird gebildet.
2. Metaphase. Zu diesem Zeitpunkt reihen sich die Chromosomen entlang des Äquators der Zelle auf, wobei homologe Chromosomen paarweise angeordnet sind.
3. Anaphase. In diesem Stadium wandern die Chromosomen zu verschiedenen Polen der Zelle. Das heißt, jedes Paar homologer Strukturen ist geteilt, eines der Chromosomen befindet sich auf der einen Seite, das andere auf der anderen.
4. Telophase. Hier werden Kernmembranen und Nukleolen neu gebildet, Zytoplasma und Organellen getrennt und zwei Tochterzellen mit einem einzigen Chromosomensatz gebildet.

Meiose II

Unmittelbar nach der ersten Meiose beginnt die zweite. Prophase sehr kurze. Es folgt ihr Anaphase, während der die Chromosomen eine Position entlang des Äquators einnehmen, sind die Spindelfäden an ihnen befestigt. In der Anaphase bewegen sich die einzelnen Chromosomenhälften in Richtung der Pole. IN Telophase Es entstehen vier Zellen mit einer einzigen genetischen Information. Meiose I und Meiose II werden zusammen als Gametogenese bezeichnet.

Zellvielfalt

Somatische Zellen von Wirbeltieren und anderen Organismen werden je nach ihrem Zweck, der Rolle und den Funktionen der aus ihnen bestehenden Gewebe in Gruppen eingeteilt. In dieser Hinsicht weisen sie leicht unterschiedliche Strukturen auf.

Gewebearten und Eigenschaften ihrer Zellen

Unter den tierischen Geweben werden folgende Typen unterschieden: Haut-, Binde-, Nerven-, Muskel-, Blut- und Lymphgewebe. Alle bestehen aus somatischen Zellen, unterscheiden sich jedoch geringfügig in der Struktur:

Struktur und Funktionen des Kerns

Typischerweise hat eine eukaryotische Zelle eine solche Kern, aber es gibt zweikernige (Ciliaten) und mehrkernige Zellen (Opaline). Einige hochspezialisierte Zellen verlieren zum zweiten Mal ihren Zellkern (Erythrozyten von Säugetieren, Siebröhren von Angiospermen).

Die Form des Kerns ist kugelförmig, ellipsoid, seltener gelappt, bohnenförmig usw. Der Durchmesser des Kerns beträgt normalerweise 3 bis 10 Mikrometer.

Kernstruktur:
1 - äußere Membran; 2 - innere Membran; 3 - Poren; 4 - Nukleolus; 5 - Heterochromatin; 6 - Euchromatin.

Der Kern wird vom Zytoplasma durch zwei Membranen abgegrenzt (jede davon hat eine typische Struktur). Zwischen den Membranen befindet sich ein schmaler Spalt, der mit einer halbflüssigen Substanz gefüllt ist. An einigen Stellen verschmelzen die Membranen miteinander und bilden Poren (3), durch die der Stoffaustausch zwischen Kern und Zytoplasma erfolgt. Die äußere Kernmembran (1) ist auf der dem Zytoplasma zugewandten Seite mit Ribosomen bedeckt und dadurch rau, die innere Membran (2) ist glatt. Kernmembranen sind Teil des Membransystems der Zelle: Verlängerungen der äußeren Kernmembran sind mit Kanälen verbunden endoplasmatisches Retikulum, bildend einheitliches System Kommunikationskanäle.

Karyoplasma (Kernsaft, Nukleoplasma)- der innere Inhalt des Zellkerns, in dem sich Chromatin und ein oder mehrere Nukleolen befinden. Kernsaft enthält verschiedene Proteine(einschließlich Kernenzyme), freie Nukleotide.

Nukleolus(4) ist ein runder, dichter Körper, der in Kernsaft eingetaucht ist. Die Anzahl der Nukleolen hängt vom Funktionszustand des Kerns ab und variiert zwischen 1 und 7 oder mehr. Nukleolen kommen nur in sich nicht teilenden Kernen vor; sie verschwinden während der Mitose. Der Nukleolus wird auf bestimmten Chromosomenabschnitten gebildet, die Informationen über die Struktur der rRNA enthalten. Solche Regionen werden als nukleolärer Organisator bezeichnet und enthalten zahlreiche Kopien von Genen, die für rRNA kodieren. Ribosomale Untereinheiten werden aus rRNA und Proteinen gebildet, die aus dem Zytoplasma stammen. Somit weist der Nukleolus eine Ansammlung von rRNA und ribosomalen Untereinheiten auf unterschiedliche Bühnen ihre Entstehung.

Chromatin- innere Nukleoproteinstrukturen des Zellkerns, die mit bestimmten Farbstoffen gefärbt sind und sich in ihrer Form vom Nukleolus unterscheiden. Chromatin liegt in Form von Klumpen, Körnchen und Fäden vor. Chemische Zusammensetzung Chromatin: 1) DNA (30–45 %), 2) Histonproteine ​​(30–50 %), 3) Nicht-Histonproteine ​​(4–33 %), daher ist Chromatin ein Desoxyribonukleoproteinkomplex (DNP). Abhängig vom Funktionszustand des Chromatins gibt es: Heterochromatin(5) und Euchromatin(6). Euchromatin ist genetisch aktiv, Heterochromatin sind genetisch inaktive Bereiche des Chromatins. Euchromatin ist lichtmikroskopisch nicht erkennbar, weist eine schwache Färbung auf und stellt dekondensierte (despiralisierte, ungedrehte) Abschnitte des Chromatins dar. Unter einem Lichtmikroskop sieht Heterochromatin wie Klumpen oder Körnchen aus, ist intensiv gefärbt und stellt kondensierte (spiralisierte, verdichtete) Chromatinbereiche dar. Chromatin ist die Existenzform des genetischen Materials in Interphasezellen. Bei der Zellteilung (Mitose, Meiose) wird Chromatin in Chromosomen umgewandelt.

Kernelfunktionen: 1) Speicherung erblicher Informationen und deren Weitergabe an Tochterzellen während der Teilung, 2) Regulierung der Zellaktivität durch Regulierung der Synthese verschiedener Proteine, 3) Ort der Bildung ribosomaler Untereinheiten.

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Chromosomen

Chromosomen- Dies sind zytologische stäbchenförmige Strukturen, die kondensiertes Chromatin darstellen und während der Mitose oder Meiose in der Zelle erscheinen. Chromosomen und Chromatin sind unterschiedliche Formen der räumlichen Organisation des Desoxyribonukleoproteinkomplexes, die verschiedenen Phasen des Zelllebenszyklus entsprechen. Die chemische Zusammensetzung der Chromosomen ist die gleiche wie die des Chromatins: 1) DNA (30–45 %), 2) Histonproteine ​​(30–50 %), 3) Nicht-Histonproteine ​​(4–33 %).

Die Basis eines Chromosoms ist ein zusammenhängendes doppelsträngiges DNA-Molekül; Die Länge der DNA eines Chromosoms kann mehrere Zentimeter erreichen. Es ist klar, dass sich ein Molekül dieser Länge nicht in einer länglichen Form in einer Zelle befinden kann, sondern sich faltet und eine bestimmte dreidimensionale Struktur oder Konformation annimmt. Die folgenden Ebenen der räumlichen Faltung von DNA und DNP können unterschieden werden: 1) nukleosomal (Wicklung der DNA auf Proteinkügelchen), 2) nukleomer, 3) chromomer, 4) chromonemeral, 5) chromosomal.

Bei der Umwandlung von Chromatin in Chromosomen bildet DNP nicht nur Helices und Superhelices, sondern auch Schleifen und Superloops. Daher wird der Prozess der Chromosomenbildung, der in der Prophase der Mitose oder Prophase 1 der Meiose abläuft, besser nicht als Spiralisierung, sondern als Chromosomenkondensation bezeichnet.

Chromosomen: 1 - metazentrisch; 2 - submetazentrisch; 3, 4 - akrozentrisch. Chromosomenstruktur: 5 - Zentromer; 6 – sekundäre Verengung; 7 - Satellit; 8 - Chromatiden; 9 - Telomere.

Das Metaphase-Chromosom (Chromosomen, die während der Metaphase der Mitose untersucht werden) besteht aus zwei Chromatiden (8). Jedes Chromosom hat primäre Verengung (Zentromer)(5), der das Chromosom in Arme teilt. Einige Chromosomen haben sekundäre Verengung(6) und Satellit(7). Satellit – ein Abschnitt eines kurzen Arms, der durch eine sekundäre Verengung getrennt ist. Chromosomen, die einen Satelliten haben, werden als Satellit (3) bezeichnet. Die Enden der Chromosomen werden genannt Telomere(9). Abhängig von der Position des Zentromers gibt es: a) metazentrisch(gleiche Schultern) (1), b) submetazentrisch(mäßig ungleich) (2), c) akrozentrisch(stark ungleiche) Chromosomen (3, 4).

Somatische Zellen enthalten diploid(doppelt - 2n) Chromosomensatz, Geschlechtszellen - haploid(einzeln - n). Der diploide Satz von Spulwürmern besteht aus 2, Fruchtfliegen – 8, Schimpansen – 48, Krebsen – 196. Die Chromosomen des diploiden Satzes sind in Paare unterteilt; Chromosomen eines Paares haben die gleiche Struktur, Größe und den gleichen Gensatz und werden aufgerufen homolog.

Karyotyp- eine Reihe von Informationen über die Anzahl, Größe und Struktur der Metaphase-Chromosomen. Idiogramm - grafisches Bild Karyotyp. Vertreter verschiedene Typen Karyotypen sind unterschiedlich, aber die Karyotypen derselben Art sind gleich. Autosomen- Chromosomen, die für männliche und weibliche Karyotypen gleich sind. Geschlechtschromosomen- Chromosomen, bei denen sich der männliche Karyotyp vom weiblichen unterscheidet.

Der menschliche Chromosomensatz (2n = 46, n = 23) enthält 22 Autosomenpaare und 1 Geschlechtschromosomenpaar. Autosomen werden in Gruppen eingeteilt und nummeriert:

Geschlechtschromosomen gehören keiner Gruppe an und haben keine Nummer. Die Geschlechtschromosomen einer Frau sind XX, die eines Mannes sind XY. Das X-Chromosom ist mittelsubmetazentrisch, das Y-Chromosom klein akrozentrisch.

Im Bereich der sekundären Verengungen der Chromosomen der Gruppen D und G befinden sich Kopien von Genen, die Informationen über die Struktur der rRNA tragen, daher werden die Chromosomen der Gruppen D und G genannt nukleolusbildend.

Funktionen der Chromosomen: 1) Speicherung erblicher Informationen, 2) Übertragung von genetischem Material von der Mutterzelle auf die Tochterzellen.

Vorlesung Nr. 9.
Die Struktur einer prokaryotischen Zelle. Viren

Zu den Prokaryoten zählen Archaebakterien, Bakterien und Blaualgen. Prokaryoten- einzellige Organismen, denen ein strukturell gebildeter Kern, Membranorganellen und Mitose fehlen.

Zellmembran. Käfig (Abb. 1.1) als Lebenssystem muss bestimmte innere Bedingungen aufrechterhalten: die Konzentration verschiedener Substanzen, die Temperatur im Inneren der Zelle usw. Einige dieser Parameter werden auf einem konstanten Niveau gehalten, da ihre Änderung zum Tod der Zelle führt, andere sind für die Erhaltung von geringerer Bedeutung seine lebenswichtige Aktivität.

Reis. 1.1.

Zellmembran muss die Trennung des Zellinhalts von der Umgebung gewährleisten, um die erforderliche Stoffkonzentration im Inneren der Zelle aufrechtzuerhalten, gleichzeitig muss es durchlässig sein, um einen ständigen Stoffaustausch zwischen der Zelle und der Umgebung zu gewährleisten (Abb. 1.2). Membranen begrenzen auch die inneren Strukturen der Zelle – Organoide (Organellen) – aus dem Zytoplasma. Dabei handelt es sich jedoch nicht nur um trennende Barrieren. Zellmembranen selbst sind das wichtigste Organ der Zelle und sorgen nicht nur für deren Struktur, sondern auch für viele Funktionen. Membranen trennen Zellen nicht nur voneinander und von der äußeren Umgebung, sie vereinen Zellen auch zu Geweben, regulieren den Austausch zwischen der Zelle und der äußeren Umgebung, sind selbst Schauplatz zahlreicher biochemischer Reaktionen und dienen als Informationsübermittler zwischen Zellen .

Reis. 1.2.

Nach modernen Erkenntnissen handelt es sich bei Plasmamembranen um Lipoproteinstrukturen (Lipoproteine ​​sind Verbindungen aus Protein- und Fettmolekülen). Lipide (Fette) bilden spontan eine Doppelschicht, in der Membranproteine ​​„schwimmen“ wie Inseln im Ozean. Membranen enthalten mehrere tausend verschiedene Proteine: Strukturproteine, Transportproteine, Enzyme usw. Darüber hinaus gibt es Poren zwischen Proteinmolekülen, durch die einige Substanzen gelangen können. An der Oberfläche der Membran sind spezielle Glykosylgruppen gebunden, die an der Zellerkennung bei der Gewebebildung beteiligt sind.

Verschiedene Membrantypen unterscheiden sich in ihrer Dicke (normalerweise liegt sie zwischen 5 und 10 nm). Die Konsistenz der Membran ähnelt Olivenöl. Die wichtigste Eigenschaft der Zellmembran ist Halbdurchlässigkeit, diese. die Fähigkeit, nur bestimmte Substanzen weiterzugeben. Durchtritt verschiedener Stoffe Plasma Membran zur Lieferung erforderlich Nährstoffe und Sauerstoff in die Zelle, wodurch giftige Abfälle entfernt werden und ein Unterschied in der Konzentration einzelner Mikroelemente entsteht, um die Nerven- und Muskelaktivität aufrechtzuerhalten. Mechanismen des Stofftransports durch die Membran.

• Diffusion – Gase und fettlösliche Moleküle dringen direkt durch die Plasmamembran ein, einschließlich erleichterter Diffusion, wenn eine wasserlösliche Substanz durch einen speziellen Kanal durch die Membran gelangt;
• Osmose – Diffusion von Wasser durch semipermeable Membranen hin zu einer niedrigeren Ionenkonzentration;
• aktiver Transport – die Übertragung von Molekülen von einem Bereich niedrigerer Konzentration in einen Bereich höherer Konzentration unter Verwendung spezieller Transportproteine;
• Endozytose – Übertragung von Molekülen mithilfe von Vesikeln (Vakuolen), die durch das Zurückziehen der Membran entstehen; zwischen Phagozytose (Absorption fester Partikel) und Pinozytose (Absorption von Flüssigkeiten) unterscheiden (Abb. 1.3);

Reis. 1.3.

Exozytose ist der umgekehrte Prozess der Endozytose; Dadurch können feste Partikel und flüssige Sekrete aus den Zellen entfernt werden (Abb. 1.4).

Reis. 1.4.

Diffusion und Osmose erfordern keine zusätzliche Energie; Aktiver Transport, Endozytose und Exozytose müssen mit Energie versorgt werden, die die Zelle erhält, wenn die aufgenommenen Nährstoffe aufgetaut werden.

Die Regulierung des Durchgangs verschiedener Substanzen durch die Plasmamembran ist eine ihrer wichtigsten Funktionen. Abhängig von den äußeren Bedingungen kann sich die Struktur der Membran verändern: Sie kann flüssiger, aktiver und durchlässiger werden. Der Regulator der Membranpermeabilität ist die fettähnliche Substanz Cholesterin.

Die äußere Struktur der Zelle wird durch eine dichtere Struktur unterstützt - Zellmembran. Die Zellmembran kann eine sehr unterschiedliche Struktur haben (elastisch sein, einen starren Rahmen, Borsten, Antennen usw. haben) und recht komplexe Funktionen erfüllen.

Kern in allen Zellen vorhanden menschlicher Körper, mit Ausnahme der roten Blutkörperchen. In der Regel enthält eine Zelle nur einen Kern, es gibt jedoch Ausnahmen – beispielsweise enthalten quergestreifte Muskelzellen viele Kerne. Der Kern hat eine Kugelform, seine Abmessungen reichen von 10 bis 20 μm (Abb. 1.5).

Der Kern ist vom Zytoplasma getrennt Kernmembran, bestehend aus zwei Membranen – einer äußeren und einer inneren, ähnlich der Zellmembran – und einem schmalen Spalt zwischen ihnen, der ein halbflüssiges Medium enthält; Durch die Poren der Kernmembran findet ein intensiver Stoffaustausch zwischen Kern und Zytoplasma statt. Auf der äußeren Membran der Schale befinden sich viele Ribosomen – Organellen, die Proteine ​​synthetisieren.

Reis. 1.5.

Unter der Atomhülle befindet sich Karyoplasma (Kernsaft), der Stoffe aus dem Zytoplasma aufnimmt. Karyoplasma enthält Chromosomen (längliche DNA-haltige Strukturen, in denen Informationen über die Struktur von Proteinen, die für eine bestimmte Zelle spezifisch sind, „aufgezeichnet“ sind – erbliche oder genetische Informationen) und Nukleolen (abgerundete Strukturen im Kern, in denen Ribosomen gebildet werden).

Der im Zellkern enthaltene Chromosomensatz wird genannt Chromosomensatz. Anzahl der Chromosomen in somatische Zellen gerade – diploid (beim Menschen gibt es 44 Autosomen und 2 Geschlechtschromosomen, die das Geschlecht bestimmen), tragen die an der Befruchtung beteiligten Keimzellen die Hälfte des Satzes (beim Menschen gibt es 22 Autosomen und 1 Geschlechtschromosom) (Abb. 1.6).

Die wichtigste Funktion des Zellkerns ist die Übertragung genetischer Informationen auf Tochterzellen: Bei der Teilung einer Zelle wird der Zellkern in zwei Teile geteilt und die darin enthaltene DNA kopiert (DNA-Replikation) – so kann jede Tochterzelle dies tun volle Information, gewonnen aus der ursprünglichen (Mutter-)Zelle (siehe. Zellreproduktion).

Zytoplasma(Cytosol) ist eine gallertartige Substanz mit etwa 90 % Wassergehalt, in der sich alle Organellen befinden, echte und kolloidale Lösungen von Nährstoffen und unlösliche Abfälle von Stoffwechselprozessen enthalten sind, biochemische Prozesse ablaufen: Glykolyse, Synthese von Fettsäuren, Nukleinsäuren usw andere Substanzen. Organellen im Zytoplasma bewegen sich, auch das Zytoplasma selbst unterliegt einer periodischen aktiven Bewegung – dem Oz-Zyklus.

Zelluläre Strukturen(Organoide oder Organellen) sind „ innere Organe"Zellen (Tabelle 1.1). Sie gewährleisten die lebenswichtigen Prozesse der Zelle, die Produktion bestimmter Substanzen durch die Zelle (Sekrete, Hormone, Enzyme); die allgemeine Aktivität des Körpergewebes und die Fähigkeit, gewebespezifische Funktionen auszuführen Zellstrukturen sind, wie die Zelle selbst, auf ihre lebenswichtige Aktivität angewiesen Lebenszyklen: werden geboren (durch Fortpflanzung geschaffen), funktionieren aktiv, altern und brechen zusammen. Die meisten Zellen des Körpers können sich aufgrund der Reproduktion und Erneuerung der in ihrer Struktur enthaltenen Organellen auf subzellulärer Ebene erholen.

Reis. 1.6.

Tabelle 1.1

Zellorganellen, ihre Struktur und Funktionen

Zellreproduktion

Alle Zellen entstehen durch Teilung. Der Zelllebenszyklus umfasst zwei Phasen: Interphase und Mitose. Zur Zeit Interphase die Zellmasse nimmt zu (die Zelle „wächst“). Einige Zellen (z. B. Zellen des Nervengewebes) bleiben in diesem Stadium, ohne in das nächste Stadium überzugehen; in anderen (Zellen der meisten wachstums- und regenerationsfähigen Gewebe) kommt es zu einer Massenzunahme während der Interphase, der Verdoppelung der chromosomalen DNA und der Zelle tritt in das Stadium der Mitose ein (Abb. 1.7).

Mitose in Prophase unterteilt (die Kernmembran wird zerstört, Chromosomen werden getrennt und mit speziellen Mikrotubuli verbunden, die ihre Bewegung auf die Pole der sich teilenden Zelle - Zentriolen - richten); Metaphase (Chromosomen richten sich entlang des Äquators der sich teilenden Zelle aus und entkoppeln sich schließlich); Anaphase (Chromosomen bewegen sich zu den Polen der Zelle); Telophase (die Zelle teilt sich in der Äquatorialebene in zwei Teile, die Spindelfilamente werden zerstört und es bilden sich Kernmembranen um die Chromosomen). Mitose wird als asexuelle Teilung oder Klonen bezeichnet: Jede Tochterzelle erhält einen identischen Chromosomensatz und kann erneut wachsen und sich entwickeln – in das Interphasenstadium eintreten. Dieser Vorgang dauert normalerweise etwa eine Stunde.

Eine andere Art der Fortpflanzung – sexuell – wird genannt Meiose. Diese Art der Zellteilung ermöglicht die Bildung zweier aufeinanderfolgender Teilungen, die in ihrem Mechanismus den Prozessen der Mitose nahe kommen Gameten – Geschlechtszellen mit dem halben Chromosomensatz (ein Chromosom von jedem Paar). Wenn zwei Elterngameten verschmelzen Zygote (Befruchtung) Die von zwei Eltern erhaltenen Erbinformationen werden kombiniert und bilden die Grundlage für die Entwicklung des zukünftigen Organismus. Die zufällige Natur der Prozesse der Chromosomendivergenz während der Zellteilung und der Verbindung der Chromosomen männlicher und weiblicher Gameten führt zur Entstehung neuer Genkombinationen und sorgt für Variabilität verschiedener Merkmale einer biologischen Art. Anschließend teilt sich die Zygote durch Mitose und entwickelt sich zu einem unabhängigen Organismus, der die Merkmale beider Eltern in manifestierter oder nicht manifestierter Form trägt.

1. Welche Formen haben Zellen? Wovon hängt das ab?

Die Form der Zellen unseres Körpers ist sehr vielfältig: flach, rund, spindelförmig, gewunden, haben einen oder mehrere Fortsätze oder Flagellen, was von der Lage der Zellen im Körper und den von diesen Zellen ausgeübten Funktionen abhängt.

2. Benennen Sie die Rolle des Kernels. Zytoplasma; Zellmembran.

Rolle des Kernels siehe Frage 3

Zytoplasma ist der lebende Inhalt der Zelle und besteht aus Organellen, Einschlüssen und Hyaloplasma. Hyaloplasma bildet die innere Umgebung der Zelle und sorgt für die Interaktion aller Zellteile untereinander; Die Zusammensetzung des Hyaloplasmas bestimmt die osmotischen Eigenschaften der Zelle. Organellen (endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Komplex, Mitochondrien, Lysosomen) sorgen für die normale Funktion der Zellen im Besonderen und des Körpers als Ganzes (siehe Fragen 7,8,9,10).

Die Zellmembran dient als äußeres Gerüst der Zelle und grenzt die Zelle von der äußeren Umgebung ab; Hauptfunktionen: Schutz und Transport, die Membran sorgt auch für die Kommunikation zwischen Zellen, ist an der Wahrnehmung von Signalen aus der Umgebung und deren Weiterleitung an die Zelle (Rezeptor) beteiligt, beteiligt sich am Aufbau spezieller Zellstrukturen (Flagellen, Prozesse usw.) )

3. Welche Funktionen hat der Kernel? Welche menschlichen Zellen enthalten es nicht?

Der Zellkern ist für die Speicherung und Übertragung erblicher Informationen in Form einer unveränderten DNA-Struktur verantwortlich; Regulierung aller Lebensprozesse durch das Proteinsynthesesystem. Die meisten menschlichen Zellen haben einen Kern; es gibt auch mehrkernige Zellen;

4. Wie viele Chromosomen gibt es in menschlichen Keim- und Körperzellen?

Beim Menschen enthalten Körperzellen einen doppelten Chromosomensatz – 23 Paare (46 Chromosomen); bei den Geschlechtern - einzeln (23 Chromosomen).

5. Was ist das Zytoplasma? Welche Rolle spielt es in der Zelle?

Siehe Frage 2.

6. Erklären Sie die Bedeutung einer solchen Membraneigenschaft wie der Semipermeabilität für eine Zelle?

Unter Semipermeabilität versteht man die Fähigkeit lebender Zellen, einige Substanzen durchzulassen, andere jedoch nicht. Wasser mit einigen gelösten Substanzen, die zur Ernährung der Zellen notwendig sind, dringt entlang eines Konzentrationsgradienten in die Zelle ein und Abfallprodukte werden entfernt, was die Aufrechterhaltung der Konstanz der ionischen und molekularen Zusammensetzung in der Zelle gewährleistet.

7. Erzählen Sie uns etwas über die Struktur und Rolle des endoplasmatischen Retikulums in der Zelle.

Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist eine Art Labyrinth aus vielen winzigen Tubuli, Vesikeln und Säcken verschiedene Formen und Größen, deren Wände durch Elementar gebildet werden biologische Membranen. Es gibt zwei Arten von endoplasmatischem Retikulum: agranulär (glatt) und körnig (körnig, enthält Ribosomen auf der Oberfläche von Kanälen und Hohlräumen). EPS sorgt für die Aufteilung des Zellzytoplasmas in Kompartimente, die die Vermischung der darin ablaufenden chemischen Prozesse verhindern; sorgt für den Stofftransport sowohl innerhalb der Zelle als auch zwischen benachbarten Zellen. Granuläres ER sammelt sich an, isoliert zur Reifung und transportiert von Ribosomen synthetisierte Proteine ​​auf seiner Oberfläche, synthetisiert Zellmembranen; Das glatte ER synthetisiert und transportiert Lipide, komplexe Kohlenhydrate und Steroidhormone und entfernt giftige Substanzen aus der Zelle.

8. Welche Funktionen erfüllt der Golgi-Komplex? Wie ist es aufgebaut?

Der Golgi-Komplex (CG) ist ein System flacher Säcke (Zisternen), aus denen Vesikel hervorgehen, und ein System von Membrantubuli, die den Komplex mit den Kanälen und Hohlräumen des glatten ER verbinden. In den CG-Tanks sammeln sich Synthese- und Zerfallsprodukte sowie in die Zelle gelangende und aus der Zelle entfernte Stoffe. Die angesammelten Substanzen werden in Vesikel verpackt und gelangen in das Zytoplasma, das dann entweder zur Ernährung der Zelle verwendet oder nach außen abtransportiert wird.

9. Warum werden Mitochondrien als „Batterie“ der Zelle bezeichnet?

Die Hauptfunktion der Mitochondrien ist die Oxidation organischer Substanzen, begleitet von der Freisetzung von Energie, die in die Bildung von ATP-Molekülen einfließt, die als universelle Zellbatterie dienen.

10. Welche Organellen sind an der Zerstörung und Auflösung von Zellteilen beteiligt, die ihre Bedeutung verloren haben?

Solche Organellen sind Lysosomen.

11. Überlegen Sie sich ein Diagramm der „Struktur einer Tierzelle“ und zeichnen Sie es auf.

12. Denken Sie daran, wie sich eine menschliche Zelle von einer Pflanzenzelle unterscheidet. Pilz; Bakterien.

Im Gegensatz zu Pflanzenzellen haben tierische und menschliche Zellen keine Zellwand, Chloroplasten oder große Vakuolen. Das Speicherkohlenhydrat der Pflanzenzellen ist Stärke, das der tierischen Zellen ist Glykogen. Die Ernährung pflanzlicher Zellen ist autotroph, die tierischer Zellen heterotroph.

Pilzzellen haben eine Zellwand aus Chitin und große Vakuolen. Die meisten Pilzzellen sind mehrkernig, im Gegensatz zu tierischen Zellen, wo die meisten Zellen einkernig sind.

Bakterienzellen haben im Gegensatz zu menschlichen Zellen keinen gebildeten Kern und keine Nukleolen, sondern Mesosomen, die andere Membranorganellen für Bakterien ersetzen. Die Hülle mancher Bakterien enthält eine Schleimkapsel, die in menschlichen Zellen nicht vorkommt. Bei menschlichen Flagellenzellen (Spermien) sind die Flagellen komplex aufgebaut und enthalten Mikrotubuli; bei Bakterien sind die Flagellen einfach aufgebaut. Bei Bakterien erfolgt die Zellteilung durch binäre Spaltung, beim Menschen selten durch Knospung und Konjugation, durch Mitose, Meiose und Amitose.

13. Warum gilt eine Zelle als strukturelles und funktionelles Element des Körpers?

Der Körper besteht aus große Mengen Zellen, von denen jede ihre eigene besondere Funktion erfüllt, aber zusammen sorgen sie für das einheitliche Funktionieren des gesamten Körpers. Jede Zelle des Körpers verfügt über die grundlegenden Eigenschaften lebender Organismen als Ganzes: Selbsterneuerung, Selbstregulierung und Selbstreproduktion.