უჯრედის სტრუქტურა და ფუნქცია

უჯრედები წარმოადგენენ ყველაზე პატარა, ან თუნდაც ყველაზე შეუმცირებელ ობიექტებს, რომელთაც აქვთ ყველა ის თვისება, რაც ასოცირდება ჯადოსნურ პერსპექტივასთან, რომელსაც ეწოდება "სიცოცხლე", მაგალითად, მეტაბოლიზმი (გარე წყაროებიდან ენერგიის მოპოვება შიდა პროცესების გასაქანივებლად) და გამრავლება. ამ მხრივ, მათ ბიოლოგიაში ისეთივე ნიშა უკავიათ, როგორც ატომებს ქიმიაში: ისინი, რა თქმა უნდა, შეიძლება დაიყოს უფრო პატარა ნაჭრებად, მაგრამ იზოლირებულად, ამ ნაწილებს ნამდვილად არ შეუძლიათ ბევრი რამ გააკეთონ. ნებისმიერ შემთხვევაში, ადამიანის სხეული ნამდვილად შეიცავს უამრავ მათგანს - 30 ტრილიონზე მეტს (ეს 30-ია) მილიონი მილიონი).

როგორც საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებში, ასევე საინჟინრო სამყაროში გავრცელებული რეფრენი არის "ფორმა შეესაბამება ფუნქციას". ეს არსებითად ნიშნავს, რომ თუ რამეს მოცემული სამუშაო აქვს გასაკეთებელი, ის ალბათ ისე გამოიყურება, როგორც ამის გაკეთება შეუძლია ეს სამუშაო; პირიქით, თუ რამე გაკეთდა მოცემული ამოცანის ან ამოცანების შესასრულებლად, მაშინ დიდი შანსია, რომ ეს სწორედ იმას აკეთებს.

უჯრედების ორგანიზაცია და მათ მიერ განხორციელებული პროცესები მჭიდრო კავშირშია, თუნდაც განუყოფელი და ეუფლება მას უჯრედის სტრუქტურისა და ფუნქციის საფუძვლები თავისთავად სასიამოვნოა და ცხოვრების ბუნების სრულყოფილად გასაგებად საგნები.

მატერიის კონცეფცია - ცოცხალიც და არაცოცხალიც -, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით დისკრეტული, მსგავსი ერთეულებისა, არსებობდა დროიდან დემოკრიტეს, ბერძენი მეცნიერის, რომლის ცხოვრება ძვ. წ. V და IV საუკუნეებს ითვლიდა. მაგრამ რადგან უჯრედები ძალიან მცირეა იმისთვის, რომ ნახონ მე -17 საუკუნეში, პირველი მიკროსკოპების გამოგონების შემდეგ, ვინმეს შეეძლო რეალურად გაეხილა მათ

რობერტ ჰუკს ზოგადად მიაწერენ ტერმინს "უჯრედი" ბიოლოგიურ კონტექსტში 1665 წელს, თუმცა მისი საქმიანობა ამ სფეროში ფოკუსზე იყო ორიენტირებული; დაახლოებით 20 წლის შემდეგ, ანტონ ვან ლეივენჰუკმა აღმოაჩინა ბაქტერიები. ეს იქნებოდა კიდევ რამდენიმე საუკუნე, სანამ უჯრედის კონკრეტული ნაწილების და მათი ფუნქციების გარკვევა და სრულად აღწერა. 1855 წელს შედარებით ბუნდოვანმა მეცნიერმა რუდოლფ ვირჩოვმა სწორად თქვა, რომ ცოცხალი უჯრედები მხოლოდ სხვა ცოცხალი უჯრედები, მიუხედავად იმისა, რომ ქრომოსომის გამრავლების პირველი დაკვირვებები ჯერ კიდევ რამდენიმე ათეული წლის მანძილზე იყო დაშორებული.

პროკარიოტები, რომლებიც ბაქტერიებისა და არქეების ტაქსონომიურ დომენებს მოიცავს, არსებობენ დაახლოებით სამნახევარი მილიარდი წლის განმავლობაში, რაც დაახლოებით დედამიწის ასაკის დაახლოებით სამი მეოთხედია. (ტაქსონომია არის მეცნიერება, რომელიც ეხება ცოცხალ არსებათა კლასიფიკაციას; დომენი იერარქიის უმაღლესი დონის კატეგორიაა.) პროკარიოტული ორგანიზმები, ჩვეულებრივ, მხოლოდ ერთი უჯრედისგან შედგება.

ეუკარიოტებს, მესამე დომენს, მოიცავს ცხოველები, მცენარეები და სოკოები - მოკლედ, ყველაფერი ცოცხალი, რისი დანახვაც ლაბორატორიული ინსტრუმენტების გარეშე შეგიძლიათ. ითვლება, რომ ამ ორგანიზმების უჯრედები წარმოიშვა პროკარიოტების შედეგად ენდოსიმბიოზი (ბერძნულიდან "შიგნით ერთად ცხოვრება"). 3 მილიარდი წლის წინ უჯრედმა მოიცვა აერობული (ჟანგბადის შემცველი) ბაქტერია, რომელიც ემსახურებოდა ორივე ცხოვრების ფორმას. რადგან "გადაყლაპულმა" ბაქტერიამ უზრუნველყო მასპინძელი უჯრედის ენერგიის წარმოების საშუალება, ხოლო დამხმარე გარემო სთვის ენდოსიმბიონტი.
წაიკითხეთ მეტი პროკარიოტული და ეუკარიოტული უჯრედების მსგავსებასა და განსხვავებებზე.

უჯრედები ფართოდ განსხვავდებიან ზომით, ფორმით და მათი შინაარსის განაწილებით, განსაკუთრებით ევკარიოტების სფეროში. ეს ორგანიზმები პროკარიოტებზე ბევრად უფრო დიდი და მრავალფეროვანია და "ფორმის" სულისკვეთებით შეესაბამება ფუნქციას, რომელიც ადრე იყო მითითებული, ეს განსხვავებები აშკარაა ინდივიდუალური უჯრედების დონეზეც კი.

გაეცანით უჯრედების ნებისმიერ დიაგრამას და არ აქვს მნიშვნელობა რა ორგანიზმს ეკუთვნის უჯრედი, თქვენ დარწმუნებული ხართ გარკვეული მახასიათებლების დანახვაში. ეს მოიცავს ა პლაზმური მემბრანა, რომელიც მოიცავს უჯრედულ შინაარსს; ციტოპლაზმა, რომელიც არის ჟელე მსგავსი საშუალება, რომელიც ქმნის უჯრედის შინაგან უმეტეს ნაწილს; დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ), გენეტიკური მასალა, რომელსაც უჯრედები გადასცემენ ქალიშვილ უჯრედებს, რომლებიც წარმოიქმნება უჯრედის ორად გაყოფის დროს, და რიბოსომები, რომლებიც სტრუქტურებია, რომლებიც ცილების სინთეზის ადგილებია.

პროკარიოტებს აქვთ უჯრედის კედელი უჯრედის მემბრანისგან, ისევე როგორც მცენარეები. ეუკარიოტებში დნმ დახურულია ბირთვში, რომელსაც აქვს საკუთარი პლაზმური მემბრანა, რომელიც ძალიან ჰგავს თვით უჯრედის გარსს.

უჯრედების პლაზმური მემბრანა შედგება ა ფოსფოლიპიდური ფენა, რომლის ორგანიზაცია გამომდინარეობს მისი შემადგენელი ნაწილების ელექტროქიმიური თვისებებიდან. ფოსფოლიპიდის მოლეკულები თითოეულ ორ ფენაში შედის ჰიდროფილური "თავები", რომლებიც წყალს ეზიდება მათი მუხტის გამო და ჰიდროფობიური "კუდები", რომლებიც არ არის დამუხტული და, შესაბამისად, წყლის მოშორებით ისწრაფვიან. თითოეული ფენის ჰიდროფობიური ნაწილი ერთმანეთის პირისპირ დგას ორმაგი მემბრანის ინტერიერზე. გარე ფენის ჰიდროფილური მხარე უჯრედის გარედან არის მიმართული, ხოლო შიდა ფენის ჰიდროფილური მხარე ციტოპლაზმისკენ არის მიმართული.

მნიშვნელოვანია, რომ პლაზმური მემბრანაა ნახევარგამტარი, რაც იმას ნიშნავს, რომ ღამის კლუბში მოტყუების მსგავსად, იგი გარკვეულ მოლეკულებს ანიჭებს შესვლას, ხოლო სხვების შესვლას უარყოფს. მცირე მოლეკულები, როგორიცაა გლუკოზა (შაქარი, რომელიც წარმოადგენს ყველა უჯრედის საწვავის საბოლოო წყაროს) და ნახშირორჟანგი შეუძლია თავისუფლად იმოძრაოს უჯრედში და გარეთ, აირიდოს ფოსფოლიპიდური მოლეკულები, რომლებიც გარსის პერპენდიკულარულად არის განლაგებული, მთლიანი. სხვა ნივთიერებები აქტიურად ტრანსპორტირდება მემბრანის გასწვრივ "ტუმბოებით", რომლებიც ადენოზინტრიფოსფატის (ATP) მიერ იკვებება, ნუკლეოტიდი, რომელიც ემსახურება ყველა უჯრედის ენერგეტიკულ "ვალუტას".
წაიკითხეთ მეტი პლაზმის მემბრანის სტრუქტურისა და ფუნქციონირების შესახებ.

ბირთვი მოქმედებს, როგორც ეუკარიოტული უჯრედების ტვინი. ბირთვის გარშემო პლაზმურ მემბრანს ბირთვულ კონვერტს უწოდებენ. ბირთვის შიგნით არის ქრომოსომები, რომლებიც დნმ – ის „მოცულობებია“; ქრომოსომების რაოდენობა იცვლება სახეობიდან სახეობამდე (ადამიანს აქვს 23 მკაფიო სახეობა, მაგრამ სულ 46 - ერთი თითოეული დედისგან და ერთი მამისგან).

როდესაც ეუკარიოტული უჯრედი იყოფა, ბირთვის შიგნით დნმ აკეთებს ამას, ყველა ქრომოსომის გამრავლების შემდეგ. ეს პროცესი, ე.წ. მიტოზი, დაწვრილებით მოგვიანებით.

რიბოსომები გვხვდება როგორც ევკარიოტული, ასევე პროკარიოტული უჯრედების ციტოპლაზმაში. ეუკარიოტებში ისინი გარკვეულწილად განლაგებულია ორგანელები (გარსით შეკრული სტრუქტურები, რომლებსაც აქვთ სპეციფიკური ფუნქციები, ისევე როგორც ორგანოები, როგორიცაა ღვიძლი და თირკმლები სხეულში უფრო მასშტაბურად). რიბოსომები ქმნიან ცილებს დნმ-ის "კოდში" გადატანილი ინსტრუქციების გამოყენებით და რიბოსომებში გადადის მესინჯერი რიბონუკლეინის მჟავით (mRNA).

მას შემდეგ, რაც mRNA სინთეზირდება ბირთვში, დნმ-ის შაბლონის გამოყენებით, ის ტოვებს ბირთვს და ემატება რიბოსომებს, რომლებიც ცილებს აწყობენ 20 სხვადასხვადან ამინომჟავების. MRNA– ს მიღების პროცესს ეწოდება ტრანსკრიფცია, ხოლო თავად ცილის სინთეზი ცნობილია როგორც თარგმანი.

ეუკარიოტული უჯრედების შემადგენლობისა და ფუნქციის შესახებ არანაირი განხილვა არ შეიძლება იყოს სრულყოფილი ან თუნდაც შესაბამისი, მიტოქონდრიების საფუძვლიანი მკურნალობის გარეშე. ეს ორგანოელები, რომლებიც საყურადღებოა მინიმუმ ორი გზით: ისინი დაეხმარნენ მეცნიერებს ბევრი რამ გაეგოთ ევოლუციური წარმოშობის შესახებ. ზოგადად უჯრედები, და ისინი თითქმის ერთადერთნი არიან პასუხისმგებელნი ევკარიოტული ცხოვრების მრავალფეროვნებაზე, უჯრედული უჯრედების განვითარების ნებართვით სუნთქვა

ყველა უჯრედი საწვავად იყენებს ექვს ნახშირბადის შაქრის გლუკოზას. როგორც პროკარიოტებში, ასევე ეუკარიოტებში გლუკოზა განიცდის რიგი ქიმიური რეაქციების, რომლებსაც ერთობლივად უწოდებენ გლიკოლიზი, რომელიც წარმოქმნის მცირე რაოდენობით ATP უჯრედის საჭიროებებს. თითქმის ყველა პროკარიოტში ეს მეტაბოლური ხაზის დასასრულია. მაგრამ ეუკარიოტებში, რომლებსაც შეუძლიათ ჟანგბადის გამოყენება, გლიკოლიზის პროდუქტები მიტოქონდრიებში გადადიან და შემდგომ რეაქციებს განიცდიან.

პირველი მათგანია კრებსის ციკლი, რომელიც ქმნის მცირე რაოდენობის ATP- ს, მაგრამ ძირითადად ფუნქციონირებს შუალედური მოლეკულების დასაწყობებლად ფიჭური სუნთქვის დიდი ფინალისთვის, ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი. კრებსის ციკლი ხდება მატრიცა მიტოქონდრიის (კერძო ციტოპლაზმის ორგანოს ვერსია), ხოლო ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი, რომელიც წარმოქმნის ATP– ის აბსოლუტურ უმრავლესობას ეუკარიოტებში, გადადის შიდა მიტოქონდრიებზე გარსი

ეუკარიოტული უჯრედები გამოირჩევიან მთელი რიგი სპეციალიზებული ელემენტებით, რომლებიც ხაზს უსვამენ ამ რთული უჯრედების ფართო, ურთიერთდაკავშირებულ საჭიროებებს. Ესენი მოიცავს:

• Ენდოპლაზმურ ბადეში: ეს ორგანოლელი არის მილაკების ქსელი, რომელიც შედგება პლაზმური მემბრანისგან, რომელიც უწყვეტია ბირთვულ კონვერტთან. მისი ამოცანაა ახლად წარმოებული ცილების შეცვლა, რათა მოამზადონ მათი ქვედა უჯრედული ფუნქციები, როგორც ფერმენტები, სტრუქტურული ელემენტები და ა.შ., მათი მორგება უჯრედის სპეციფიკური საჭიროებებისთვის. იგი ასევე აწარმოებს ნახშირწყლებს, ლიპიდებს (ცხიმებს) და ჰორმონებს. ენდოპლაზმური ბადე მიკროსკოპიაში გლუვი ან უხეში ჩანს, ფორმები, რომლებიც შემოკლებულია SER და RER. RER იმდენად დანიშნულია, რომ ის "რიბოსომებით" არის მოთავსებული; აქ ხდება ცილის მოდიფიკაცია. სამაგიეროდ, SER არის იქ, სადაც ზემოხსენებული ნივთიერებები იკრიბება.
• გოლჯის სხეულები: გოლჯის აპარატსაც უწოდებენ. როგორც ჩანს, მემბრანის შეკრული ტომრების გაბრტყელებული დასტა და იგი შეფუთავს ლიპიდებს და ცილებს ბუშტუკები რომ შემდეგ დაშორდეს ენდოპლაზმური ბადე. ბუშტუკები აწვდიან ლიპიდებს და ცილებს უჯრედის სხვა ნაწილებს.
  
• ლიზოსომები: ყველა მეტაბოლური პროცესი წარმოქმნის ნარჩენებს და უჯრედს უნდა ჰქონდეს მისი მოშორების საშუალება. ამ ფუნქციაზე ზრუნავს ლიზოსომები, რომლებიც შეიცავს საჭმლის მომნელებელ ფერმენტებს, რომლებიც ანადგურებენ ცილებს, ცხიმებს და სხვა ნივთიერებებს, მათ შორის თვითონ გაცვეთილ ორგანოს.
• ვაკუოლები და ბუშტუკები: ეს ორგანოელები არის ჩანთები, რომლებიც გადაადგილდებიან უჯრედული კომპონენტების გარშემო და მიაქვთ ისინი უჯრედშიდა უჯრედის მდებარეობიდან შემდეგში. მთავარი განსხვავება იმაშია, რომ ბუშტუკებს შეუძლიათ უჯრედის სხვა მემბრანულ კომპონენტებთან შერწყმა, ვაკუოლებს კი არა. მცენარეთა უჯრედებში ზოგიერთი ვაკუოლები შეიცავს საჭმლის მომნელებელ ფერმენტებს, რომლებსაც შეუძლიათ დიდი მოლეკულების დაშლა, ლიზოსომებისგან განსხვავებით.
• ციტოსკლეტი: ეს მასალა შედგება მიკროტუბულებისგან, ცილოვანი კომპლექსებისაგან, რომლებიც გვთავაზობენ სტრუქტურულ მხარდაჭერას ბირთვიდან ციტოპლაზმის გავლით, პლაზმურ მემბრანისკენ მიმავალ გზაზე. ამ მხრივ, ისინი შენობის სხივებსა და სარტყლებს ჰგვანან, რომლებიც მოქმედებენ ისე, რომ მთელი დინამიური უჯრედი თავისთავად არ ინგრევა.

როდესაც ბაქტერიული უჯრედები იყოფა, ეს პროცესი მარტივია: უჯრედი ასლის მის ყველა ელემენტს, მათ შორის დნმ, ხოლო ზომა დაახლოებით გაორმაგდა, შემდეგ კი ორად იყოფა პროცესში, რომელიც ცნობილია როგორც ორობითი განხეთქილება.

უფრო მეტად მონაწილეობს ეუკარიოტული უჯრედების დაყოფა. პირველ რიგში, ბირთვში დნმ-ის ტირაჟირება ხდება ბირთვული კონვერტის გახსნისას, შემდეგ კი გამრავლებულ ქრომოსომა განშორდება ქალიშვილ ბირთვებად. ეს ცნობილია როგორც მიტოზი და შედგება ოთხი განსხვავებული ეტაპისგან: პროფაზი, მეტაფაზა, ანაფაზი და ტელოფაზი; მრავალი წყარო ჩადის პროფაზის შემდეგ მეხუთე ეტაპს, რომელსაც პრომეთაფაზი ეწოდება. ამის შემდეგ, ბირთვი იყოფა და ახალი ბირთვული კონვერტები იქმნება ორი იდენტური ქრომოსომის ნაკრების გარშემო.

დაბოლოს, უჯრედი მთლიანობაში იყოფა პროცესში, რომელსაც უწოდებენ ციტოკინეზი. როდესაც დნმ-ში გარკვეული დეფექტები არსებობს მემკვიდრეობითი მალფორმაციების (მუტაციების) ან საზიანო ქიმიკატების არსებობის წყალობით, უჯრედების დაყოფა შეიძლება გააუმოწმებლად გაგრძელდეს; ეს არის კიბოს საფუძველი, დაავადებების ჯგუფი, რომელთა სამკურნალო საშუალებაც არ რჩება, თუმცა მკურნალობის გაუმჯობესება ხდება ცხოვრების გაუმჯობესებული ხარისხით.