БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕ

18.октобар, 2010. др Љиљана Будаков

БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕЦИТOЛОГИЈА је биолошка дисциплина која се бави проучаваљем

ћелије, њеног облика , грађе, функционалне организације и животних процеса у њој. То је комплексна наука, јер ћелију посматра с више

аспеката.Постоје различите биолошке дисциплине као што су: цитоморфологија цитофизиологија

цитогенетика цитоекологија...

Цитологија је била дескриптивна наука.Од 1665.год. Роберт Хук и 1839.год. Роберт Шван - поставља се ћелијска теорија.Применом метода и резултата биохемије, физиологије, биофизике и других наука цитологија се даље развије и данас је фундаментална наука у оквиру које се проучавају основни животни феномени на нивоу ћелије.

ЋЕЛИЈА ЈЕ ОСАНОВНА ЈЕДИНИЦА ГРАЂЕ И ФУНКЦИЈЕ ЖИВИХ ОРГАНИЗАМА.Представља најнижи ниво на коме је могућ живот.Представља: основну биолошку организацију, основну јединицу структуре и основну јединицу животних активности свих организама који живе на Земљи- биљака, животиња, гљива и микроорганизама.

• До средине 20-ог века претпостављало се да су све ћелије организоване по истом принципу, да имају исту грађу и да су им метаболичке активности исте.

• Од средине 20-тог века захваљујући електронском микроскопу и биохемијским и генетичким проучавањима утврђено је да постоје 2 типа ћелија:

1.ПРОКАРИОТСКЕ ћелије које немају диференцирано једро (бактерије и модрозеле aлге)2. ЕУКАРИОТСКЕ ћелије имају сви остали организми, сa организованим једром

GRAĐA ĆELIJE

Ћелије се разликују по величини, облику и функцији коју обављају у склопу ткива и органа, али су по грађи у суштини сличне.

Свака ћелија има:

ћелијску мембрану диференцирано

једро и органеле.

GRAĐA BILJNE ĆELIJE1. Membranu- koja obavija živi deo ćelije.Ćelije od same membrane-traheidi, likina vlakna, ćelije plute-

2. Živi deo ćelije –Protoplast koji se sastoji od sledećih organoida:

• Citoplazme• Jedra- jednog ili nekoliko• Plastida• Hondriosoma• Sferosoma• Vakuola

ЋЕЛИЈСКЕ ОРГАНЕЛЕ су мембрански делови у унутрашњости ћелије са специфичном функцијом ( многи биохемијски процеси-фотосинтеза, ћелијско дисање - се одвијају у мембранама одређених органела или на њиховим површинама).

Унутрашњост ћелије испуњена је течном компопнентом –ЦИТОСОЛ – који са унутрашњим мембранским системом чини ЦИТОПЛАЗМУ. Цитоплазма садржи и различита протеинска влакна који одржавају облик ћелије,покрете цитостола и места за причвршћивање различитих ћелијских органела. Ова влакна претстављају ћелијски скелет – ЦИТОСКЕЛЕТ.

РИБОЗОМИ се налазе у цитосолу и врше синтезу протеина.

Састоје се из велике и мале субјединице изграђене од рРНК.

ГОЛЏИЈЕВ апарат је систем мембрана са којих полазе кесице у којима се налазе метаболички продукти ћелије. Налази се у близини једра, а окренут ка ћелијској мембрани. Број варира у зависности од типа ћелије. Највише га има у жлезданим ткивима. Основна улога му је да учествује у секреторним функцијама ћелије.

ЛИЗОЗОМИ (лиса-разлагање;сома-тело =органеле за варење) су углавном лоптастог облика са једноструком мембраном. Садрже хидролитичке ензиме и у њима се разграђују различити молекули и делови ћелије који се више не користе.Сви ензими су оптимално активни при pH око 5 па се називају киселе хидролазе.

МИТОХОНДРИЈЕ су заступљене у свим ћелијама. Иако су крупне

могу се видети само електронским микроскопом. Имају облик кратких цевчица обавијених двојном мембраном између којих се налази међупростор. У њима се врши синтеза аденозин-трифосфата-АТП при чему се користе шећери и масне киселине.Спољашња мембрана је глатка и пропустљива за крупне молекуле, док је унутрашња мање пропустљива са мноштвом испуста- криста- на чијој површини су кратке избочине – чворићи- и представљају ензиме.Ензими омогућавају одвијање аеробне фазе процеса ћелијског дисања па се популарно називају електричне централе.Унутрашњи садржај се назива матрикс и садржи рибозоме, неколоко малих молекула митохондријалне ДНК и ензиме.

ФЛАГЕЛЕ или бичеви и

ЦИЛИЈЕ или трепље представљају дугачке творевине које полазе с површине ћелије. Флагеле су дуже од цилија. Изграђене су од микроцевчица и протеинске су структуре.

БАЗАЛНА ТЕЛАШЦА се налазе у бази сваке трепље или бича. Изграђена су од микроцевчица. Преносе АТП и вероватно хранљиве матрије у цилије и флагелате.

ЦЕНТРИОЛИ су цилиндричног облика. Леже у паровима под правим углом један у односу на други. Имају улогу у формирању деобног вретена при деоби ћелије. Биљне ћелије немају центриоле и непознато је како се код њих формира деобно вретено.

ЋЕЛИЧНА мембранаТипична биљна ћелија има ћеличну мембрану што је једна од изразитих карактеристика биљака. Она је продукт лучења протопласта, штити га и даје му облик и чврстину.

• Ћелична мембрана живе ћелије увек садржи воду. Када је изгуби ћелија смежура.

• Мембрана се састоји од целулозе, хемицелулозе и пектинске материје.

• Мембране могу бити прожете лигнином- код виших биљака, смањује пластичност мембране, ограничава њено растење у површину и тиме јој даје одређен облик.

• Трахеје, трахеиди и дрвена влакна имају јако лигнификоване мембране.

• Мембране које садрже органску материју суберин су оплутале ћелије. Налазе се на периферији органа и штите их од губитка воде.

• Кутин- органско једињење- у мебрани гради опну-кутикулу на спољашњој површини епидермалних ћелија листова и стабла.

• У спољашњем слоју мембрана спора и поленових зрнаца налази се спорополенин. Одликује се великом постојаношћу према спољашњим факторима у земњи. Индикатори развоја флоре кроз геолошке епохе.

ПластидиУ ембрионалним ћелијама виших билљака су ситни, безбојни и виде се тек после фиксирања и бојења.У трајним ћелијама су знатно већи и виде се микроскопом под малим увећањем.Налазе се у цитоплазми. Они расту, размножавају се деобом. У свом телу-строми образују одређене пигменте и скроб.Слузаве гљиве и гљиве-Fungi не садрже пластиде.

Постоји неколико типова пластида: пропластиди, хлоропласти, хромопласти, етиопласти и леукопласти.

Ови типови могу прелазити

један у други у зависности од улоге ткива у коме се налазе и спољашњих и унутрашњих фактора.

ХЛОРОПЛАСТИ су пластиди, карактеристичне органеле ћелија биљака са хлорофилом.За синтезу АТП-а користи се сунчева енергија.

• Најчешће су лоптастог облика али им облик и величина варирају –пехарасти,тракасти, плочасти, звездасти, прстенасти... према врсти ћелија у којима се налазе.

• Слични су и по грађи и по функцији митохондријама али поседују још једну мембрану-ТИЛАКОИДНУ(thylakos=кесица) мембрану која садржи пигменте, пре свега хлорофил и ензиме који омогућавају светлу фазу фотосинтезе.

• Хлоропласт се састоји од основне безбојне масе-строме- и пигмента.

Код виших биљака налази се 4 пигмента:хлорофил а, хлорофил б, каротин и ксантофил.

Пигменти хлоропласта су нерастворљиви у води, али се растварају у алкохолу, етру, ацетону и још неким органским растварачима.

За образовање хлорофила у пластидима неопходан је магнезијум, дифузна светлост и оптимална температура која се креће од 20 до 35 ºЦ.

Хлорофил неможе опстати без гвожђа који служи као катализатор за образовање хлорофила.

Хромоппласти су фотосинтетички неактивни пластиди жуто-црвено обојени пластиди, смештени у цветовима-круничним листићима и плодовима што им олакшава распрострањење животињама и опрашивање инсектима.

Боја потиче од пигмената из групе каротеноида- каротени и ксантофили-.

• Настају од хлоропласта који се мењају у току сазревања биљака.

• Имају важну еколошку улогу у опрашивању цветова и расејавању плодова.

Леукопласти су фотосинтетички неактивни,безбојни пластиди који се могу наћи у различитим ткивима.Релативно су ситни , лоптастог или издуженог облика.

Одликују се способношћу да из шећера образују резервни скроб и као такви присутни су кртолама, луковицама, семенима, плодовима.

• Имају улогу у магацинирању хранљивих материја- протеинопласти,олеопласти,амилопласти-.

Пропластиди су мали, безбојни недиференцирани пластиди у меристемским ћелијама изданака и корена. Имају изглед малих вакуола окружених двојном мембраном. Ако је биљка нормално осветљена од пропластида ће се развити хлоропласти, ако је у тами, развијају се леукопласти. Етиопласти су пластиди биљака које од исклијавања су држане у сталном мраку.

• Метаморфоза једних пластида у друге у неким случајевима представља дегенерацију, после чега настаје њихово изумирање.

Вакуола је према цитоплазми ограничена посебном опном која се назива тонопласт и карактерише се посебним физиолошким својствима- семипермеабилна је.Представљају резервоаре за воду и материје које су потребне у процесу растења, дисања и развитка протопласта. Својим садржајем врше важну улогу при апсорпцији воде и у њој растворених минералних материја из спољашње средине и при кретању тих материја из ћелије у ћелију.

• Када вакуола изгуби воду, настаје плазмолиза ћелија и биљни органи са таквим ћелијама вену.

• Имају врло важну физиолошку улогу.

ЈЕДРО углавном је крупно, лоптастог облика у централном делу ћелије и може се видети под светлосним микроскопом. Од цитоплазме је одвојено једровим омотачем. Унутрашњост једра испуњена је нуклеоплазмом - течном компонентом у којој се налази хроматин. Хроматин је основни једров материјал и представља ДНК повезану са посебном врстом протеина организован у облику ХРОМОЗОМА.

• Основна физиолошка улога једра је да управља синтезом РНК.

• Улога једра је двојака. Учествује у процесима метаболизма

и диференцирања ћелије, а пошто садржи генетску информацију, оно је и преносилац наследних својстава.

• У једру се налази једно до два ЈЕДАРЦА. Једарце или нуклеолус представља место синтезе РНК и рибозома.

JEDRO biljne ćelije1.Jednojedarne ćelije2.Višejedarne ćelije-alge iz reda Siphonales i gljive iz klase Phycomycetes, kod viših biljaka u mlečnim ćelijama i mladim likinim vlaknima.3.Dvojedarne ćelije- više gljive u izvesnom stadijumn njihovog razvića.

Oblik jedra može biti:• Loptast ili elipsoidan- u ćelijama

meristemskih tkiva.• Ravno ispupčena- u ćelijama sa

uskim slojem citoplazme uz membranu.

• Izdužena u izduženim ćelijama.• Končasta jedra.Ćelije rizoida

Chare.• Jedro može imati oblik biča,

izuvijanog konca, tanke ploče.• Okruglog-ameboidnog oblika

kada su stome otvorene,odnosno izduženom kada su zatvorene.

Oblik se menja u zavisnosti od uslova spoljašnje sredine, infekcije ćelije nekim parazitima.

Veličina jedra.• Sitna jedra 0,5-1μ imaju neke

gljive i muške polne ćelije. • U ćelijama viših biljaka jedro je

u prečniku od 5 do 25μ.• Krupna jedra su u ćelijama

meristemskog tkiva, epidrrmisu i ženskim polnim ćelijama.

Promene u veličini jedra nastaju i u zavisnosti od spoljašnjih uslova.

ХРОМОЗОМИ ( грчке речи хрома –боја исома-тело)се најбоље могу видети у стадијуму метафазе када су потпуно формирани. Имају изглед штапића, а величина им је различита. На телу сваког хромозома налази се једно сужење- ЦЕНТРОМЕРА или кинетохор којим је хромозом подељен на два крака. За центромеру се везују нити деобног вретена. Краци хромозома могу бити исте или различите дужине у зависности положаја центомере. Разликују се четири типа хромозома (метацентрични, субметацентрични,акроцентрични, телоцентрични). Хромозоми су основна компонента једра јер су носиоци наследних јединица- ГЕНА, који својом активношћу одређују и регулишу процесе у ћелијама.

Гени су линеарно распоређени на хромозому. Делови су ДНК и одликују се способношћу саморепродукције. Деобом се одржава њихов континуитет и тиме обезбеђује преношење наследних информациуја са једне на другу генерацију.

Број хромозома је различит код различитих врста, али је за сваку врсту одређен и сталан (пр.2n-мачка-38,миш-40,пацов-42,речни рак116,шаран-104,гуштер-46,човек-46).

Скуп свих хромозома у гаметској ћелији се назива ОСНОВНА ХРОМОЗОМСКА ГАРНИТУРА или ГЕНОМ.

Код организама са полним размножавањем гамети имају хаплоидни број хромозома –n-, а телесне ћелије имају удвојени, диплоидни број -2n-, јер садрже две хаплоидне гарнитуре које потичу од родитеља и називају се хомологи или парни хромозоми.

Број, величина и облик хромозома, као и садржај гена у њима карактеристични су за врсту. Сви заједно у ћелији чине КАРИОТИП. Шематски приказ је кариограм.

ХЕМИЈСКИ САСТАВ ЋЕЛИЈЕ• Ћелија је комплексан систем који се налази у

динамичкој равнотежи - све компоненте се разграђују и образују нове. Ћелија је жива све дотле док је организација тог динамичног система очувана. Саграђена је од истих елемената који се налазе у неживој природи али у малим количинама.

• Од 92 природна елемента само 6 – угљеник, водоник, кисеоник, азот, фосфор и сумпор учествују у изградњи већине једињења, чинећи 99% живог ткива, док се сматра да су неопходни и калцијум, калијум, магнезуијум, гвожђе, манган, бакар, цинк, молибден, хлор, натријум, кобалт и јод.

• Од неорганских супстанци у ћелији налазе се вода, минералне соли и јони.

• Од органских састојака присутни су шећери, масне киселине, аминокиселине и азотне базе. Граде сложена једињења која омогућавају функционисање живих система.

Угљени хидрати- сахариди- (CH2O)n су сложена органска једињења и према сложености грађе подељени су на моно-, ди- и полисахариде.

Најзначајнији моносахарид у ћелији је ГЛУКОЗА (C6H12O6) јер улази у процес разлагања и служи за добијање енергије у процесу ћелијског дисања.Рибоза и дезоксирибоза улазе у састав нуклеотида од којих су саграђене нуклеинске киселине.

Најпознатији дисахарид је САХАРОЗА.

Полимеризацијом моносахарида настају полисахариди- СКРОБ-резервни шећер биљних ћелија- ЦЕЛУЛОЗА – гради зид биљних ћелија и ГЛИКОГЕН –резервни шећер животињских и ћелија човека.

Скроб- веома распрострањена материја. Образују га биљке које имају пластиде, изузев силикатних и мрких алги. По хемијском саставу скробна зрнца су угљени хидрати. Граде га амилаза-унутрашњи део зрна и амилопектин-периферни део зрна. Бео је, аморфан и у топлој води бубри, образујући лепак.Скроб може да се хидролизира.Под дејством фермента амилазе прелази у шећер–малтозу- а ова под дејством малтазе у глукозу.

• Са физиолошке тачке разликују се:

1. Асимилациони скроб у хлоропластима као продукт фотосинтезе у облику ситних зрнаца или штапића.

2. Транзиторни скроб- прелазни скроб је део шећера привремено, помоћу леукопласта, претворен у скроб. У облику је ситних зрнаца.

3. Резервни скроб део неупотребљеног скроба који се депонује у органима за магационирање- ризоми, кртоле, семена. Величина им се креће од 5 до 275μ. Млада скробна зрнца су лоптаста, а могу бити елипсоидног, сочивастог, призматичног и другог облика.

• По сложености скробна зрна су: • проста-у строми пластида-пасуљ,• сложена-од више која се током растења

спајају,• слојевита су-спанаћ и • полусложена-када се око сложеног зрнца

надограде нови заједнички слојеви који облажу сва зрнца.

пр.кртола кромпира у истој ћелији може имати сва три типа скробних зрнаца.

Имају грађу сферокристала и саграђени су од неколико концентричних слојева у којима су радијално распоређени игласти кристали-трихити-.

Кристали у ћелијама могу бити различитог

облика а у хемијском саставу органске и неорганске природе.

Масти служе за добијање енергије и имају важну градивну улогу. Заједно са беланчевинама граде ћелијске мембране.

Беланчевине- протеини- су сложена органска једињења изграђена од аминокиселина.Синтетизују се само у живим ћелијама,а упутства о њиховој синтези налазе се у ДНК.Протеини који служе као катализатори биохемијских реакција називају се ензими.Постоје : 1. Функционални протеини: служе за преношење кисеоника- хемоглобин- у процесу фотосинтезе- хлорофил регулишу физиолошке процесе- неки хормони за одбрану организама од инфекција- антитела. 2. Градивни протеини- учествују у грађи мембрана и мембранских система свих ћелија – заједно са мастима.

Структура протеина је сложена и зависи од броја и редоследа аминокиселина које улазе у њихов састав. Природни протеини су саграђени од 20 аминокиселина, а разноврсност је последица њиховог не случајног комбиновања већ од упутства која се налазе у молекулу ДНК.

Масти и етарска уља се разликују по многим физичким особинама а распрострањене су у биљним ћелијама. Мање су специфичне тежине од воде, нерастворљиве у хладној и врелој води, али се растварају у угљоводоницима са ниским кључањем-бензол, тулол, ксилол- сумпор-угљенику и етру.

• Масти се налазе у цитоплазми и пластидима, у зрелим семенима, спорама, плодовима,ризомима, кртолама, где представљају резервне материје.

• У физиолошком погледу оне представљају један облик магационирања угљених хидрата.

• Масти постају од шећера, као и обрнуто ферментима-липазом- поново прелазе у шећер.

• Етарска уља су у ћелијама многих цветних листића, ризома, корена, листова и семенима.

• Јаког су мириса а у хемијском саставу представљају смешу разних једињења алифатичних и ароматичних угљоводоника, алкохола, алдехида, кетона и киселина.

ПРОТЕИНИУ ћеличном соку ћелија ткива за магационирање протеини су: - у раствореном стању, - у облику кристала- кристалоиди, - у обликуи зрнаца- протеинска, односно алеуронска зрнца.

Настају из вакуола.

Кристалоиди бубре у води а нарочито у разблаженим базама и киселинама када губе облик свога тела.Налазе се у цитоплазми, једру-(пред деобу једра кристалоиди доспевају у цитоплазму, где се растварају. У новонасталим једрима образују се нови кристали) и пластидима.

Алеуронска- протеинска зрнца се налазе у семенима многих биљака где представљају резерве азотних материја. У семенима богатим уљима алеуронска зрнца су крупна, релативно ситна у онима која садрже скроб. У протеинском зрнцу налази се обично један кристалоид, а може и више.

пр.у плоду пшенице и других трава протеинска зрнца налазе се у великом броју у ћелијама спољашњег слоја ендосперма и представља протеински слој (млевењем одлази у мекиње).

НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ се стварају само у живим системима и изграђене су од нуклеотида.У свим ћелијама постоје : дезокирибонуклеинска –ДНК и рибонуклеинска –РНК киселина. Њихова улога је у очувању, преношењу и остваривању генетичких информација.ДНК садржи упутства за синтезу протеина, а РНК остварује ту синтезу.

ДНК је основни састојак хромозома који се налазе у једрима еукариоттских ћелија. Гени су основне јединице наслеђивања и варијабилности код свих организама.РНК се претежно налазе у цитоплазми, пошто се у њој одвија синтеза протеина. Има је и у једрима ћелија јер се у њима синтетизује.Количина енергије која се у процесима ћелијског дисања ослобађа из појединих састојака хране је различита, као и дневне енергетске потребе људи које зависе од узраста и врсте рада који се обавља.Пр. код деце за потребе метаболизма потребно је много више енергије по килограму телесне масе него старијим особама.Људи користе различиту количину енергије, у зависности од врсте рада који обављају.Пр. Код дрвосече износи 26000 Ј, косача -30500 Ј, средње напорни рад од око 9000 до 1000 Ј.

Постанак нових ћелија1. Најчешћи начин је деоба ћелије.2. Пупљење – ћелија се не дели, већ се на њој образују лоптаст или елипсоидни израштај који постепено расте.пр. Квасци3. Слободан постанак ћелија врши се у аскусима гљива.4.Раздељивањем протопласта – нове ћелије постају при образовању спора у спорангијама многих алги и гљива.5. Једновремен постанак ћелија врши се при образовању ендосперма код многих биљака. 6. При постанку нових ћелија копулацијом спајају се две ћелије. Ћелије које се спајају су гамети, а новонастала ћерка ћелија је зигот.

Неживи делови ћелије у цитоплазми и пластидима су делови у чврстом или течном агрегатном стању.

Митоза-Strasburger је први приказао на фиксираним и обојеним препаратима.За њу је карактеристична уздужна деоба сваког хромозома на два једнака дела, од којих сваки прирпада одговарајућем новом једру. Једро мајке ћелије и једра двеју новонасталих ћелија имају исти број хромозома. У митози се, иако је то непрекидан процес, разликују четири главна стадијума и то:

Профаза- подела хромозома на две хроматиде.У цитоплазми, на супротним странама се јављају тзв. поларне капе од цитоплазме.На свакој поларној капи формирају се ахроматска влакна која полазе зракасто према једру.

Метафаза- исчезавају једрова опна, а једров сок се стапа са цитоплазмом, ахроматска влакна се издужују према једру, спојено два супротна градећи деобно вретено.Хромозоми су у једној равни-екваторијалној равни, подељени на две хроматиде.

Анафаза- хроматидр се одвајају једна од друге и одлазе ка половима.

Телофаза- је процес реконструкције два нова једра.Хромозоми губе своје контуре, јавља се једров сок, једарца и једрова опна којом се једро одваја од цитоплазме.

По завршетку митозе, иако не увек, следи деоба цитоплазме и тиме постају две нове ћелије.

Деоба којом се образују полне ћелије назива се МЕЈОЗА. При томе се једна диплоидна ћелија два пута дели и настају четири хаплоидне ћелије.С обзиром да се број хромозома у ћеркама ћелијама у односу на мајку ћелију смањује на пола, ова деоба се назива и редукциона (lat. reductio =смањење). Редукција броја хромозома обавља се у првој деоби, означена као МЕЈОЗА, када се мајка ћелија ( 2n број хромзома ) подели на две ћерке ћелије ( n broj hromozoma ).Мејози I претходи интерфаза у којој је, између осталог, извршена репликација DNK. Сваки хромозом ћелије која улази у мејозуI се састоји од два молекулаDNK (две хроматиде).У другој деоби, МЕЈОЗИ II, се обе ћерке- ћелије (са nбројем хромозома) поделе тако да настаје укупно четири ћелије.Пошто је МЕЈОЗА II уствари митоза – секвациона митоза- те 4 ћелије имају хаплоидан број хромозома.