Клетка: храна и строителство. Стойността на клетъчното хранене. Примери за клетъчно хранене

Съвременните експериментални изследвания са установили, че клетката е най-сложната структурна и функционална единица на почти всички живи организми, с изключение на вируси, които не са клетъчни форми на живот. Цитологията проучва структурата, както и жизнената активност на клетката: дишане, хранене, възпроизводство, растеж. Тези процеси ще бъдат разгледани в тази статия.

Структурата на клетката

Използвайки светлинен и електронен микроскоп, биолозите са установили, че растителните и животинските клетки съдържат повърхностен апарат (супермембранни и субмембранни комплекси), цитоплазма и органелите. В животинските клетки над мембраната се намира гликокаликс, съдържащ ензими и осигуряващ клетъчно хранене извън цитоплазмата. в клетки от растения, прокариоти (бактерии и цианобактерии), както и гъби, се образува клетъчна стена над мембраната, която се състои от целулоза, лигнин или мурин.

Ядрото е задължителен органел на еукариотите. В него има наследствен материал - ДНК, който има формата на хромозоми. Бактериите и цианобактериите съдържат нуклеоид, който действа като носител на дезоксирибонуклеинова киселина. Всички те изпълняват стриктно специфични функции, които причиняват метаболитни клетъчни процеси.

Какво имаме под думата "клетъчно хранене"

Живите проявления на една клетка не са нищо повече от трансфера на енергия и нейното превръщане от един вид в друг (според първия закон на термодинамиката). Енергията, която е в хранителни вещества в латентно, т.е. свързано състояние, преминава в АТР молекули. По въпроса за това какво е клетъчното хранене в биологията, има отговор, който взема под внимание следните постулати:

1. Клетката, която е отворена биосистема, изисква постоянен приток на енергия от външната среда.
2. Органичните вещества, необходими за храненето, клетката може да получи два начина:

а) от междуклетъчната среда, под формата на готови съединения;

б) самостоятелно синтезиране на протеини, въглехидрати и мазнини от въглероден диоксид, амоняк и др.

Следователно, всички организми са разделени на хетеротрофни и автотрофни, чийто метаболизъм се изследва чрез биохимия.

Метаболизъм и енергия

Органичните вещества, които влизат в клетката, са разцепени, което води до отделяне на енергия като АТР или NADP-H2 молекули. Целият набор от реакции на асимилация и дисимилация е метаболизма. По-долу ще разгледаме стъпките енергиен обмен, осигуряващи хранителни хетеротрофни клетки. Първо, протеините, въглехидратите и липидите се разделят на мономерите си: аминокиселини, глюкоза, глицерин и мастни киселини. След това, по време на аноксично разцепване, те се подлагат на допълнително разлагане (анаеробно разграждане).

По този начин се наблюдава хранене на вътреклетъчни паразити: рикетсия, хламидия и патогенни бактерии, например, клостридий. Едноклетъчните гъби от гъби разграждат глюкозата до етанол, млечнокиселите бактерии - към млечната киселина. По този начин гликолизата, алкохолът, маслената киселина, млечната ферментация са примери за клетъчно хранене, дължащи се на анаеробно разцепване в хетеротрофи.

Автотрофия и характеристики на метаболитните процеси

За организмите, живеещи на Земята, основният източник на енергия е Слънцето. Благодарение на него се осигуряват нуждите на жителите на нашата планета. Някои от тях синтезират хранителни вещества, дължащи се на светлинна енергия, те се наричат ​​фототрети. Други - с помощта на енергията на окислително-редукционните реакции, те се наричат ​​хемотрофи. в едноклетъчни водорасли храненето на клетката, снимката на което е представено по-долу, се извършва фотосинтетично.

Зелените растения съдържат хлорофил, който е част от хлоропластите. Той играе ролята на антена, която улавя кванта на светлината. В светлата и тъмната фази на фотосинтеза се появяват ензимни реакции (цикълът на Калвин), в резултат на което се образува въглеродна киселина от всички органични вещества, използвани за хранене. Следователно клетката, която се захранва от използването на светлинна енергия, се нарича автотрофна или фототрофна.

Едноклетъчно наречени hemosintetikami, за образуването на органични вещества с помощта на енергията, освободена от химични реакции, например, съединения с железни бактерии окисляват феро желязо във фери и освободената енергия отива в синтеза на глюкоза молекули.

По този начин фотосинтетичните организми улавят светлинната енергия и я превръщат в енергия на ковалентните връзки на моно- и полизахариди. Тогава чрез връзките на веригите за доставка енергията се прехвърля в клетки от хетеротрофни организми. С други думи, благодарение на фотосинтезата съществуват всички структурни елементи на биосферата. Може да се каже, че една клетка, която се храни автотрофно, се храни не само със себе си, но и с всичко, което живее на планетата Земя.

Как се хранят хетеротрофичните организми?

Клетка, чиято храна зависи от приема на органични вещества от външната среда, се нарича хетеротрофна. Такива организми, като гъбички, животни, хора, както и паразитни бактерии, разграждат въглехидратите, протеините и мазнините с помощта на храносмилателни ензими.

След това получените мономери се абсорбират от клетката и се използват от нея за изграждане на нейните органели и жизнени функции. Разтворените хранителни вещества навлизат в клетката чрез пиноцитоза и твърди хранителни частици - фагоцитоза. Хетеротрофичните организми могат да бъдат разделени на сапротрофи и паразити. Първият (например, почвени бактерии, гъбички, някои насекоми) се хранят с мъртва органична материя, и последната (бактерии, червеи, паразитни гъби) - клетки и тъкани на живи организми.

Мицотрофи, тяхното разпространение в природата

Смесеният вид на храните в природата е достатъчно рядък и е форма на адаптация (идиоадаптиране) към различни фактори на околната среда. Основното състояние на миксотрофията е наличието на клетки и органели, съдържащи хлорофил за фотосинтеза и система от ензими, които разграждат готовите хранителни вещества, идващи от околната среда. Например едноклетъчно животно euglena green Хлорофил с хлорофил в хиалоплазмата.

Когато резервоарът, в който живее еуглената, е добре осветен, той се храни като растение, т.е. автотрофно, чрез фотосинтеза. В резултат на това глюкозата се синтезира от въглероден диоксид, който клетката използва като храна. През нощта euglena се хранят хетеротрофно, разделяйки органичните вещества с ензими в храносмилателните вакуоли. По този начин учените разглеждат миксотропното хранене на клетката като доказателство за единството на произхода на растенията и животните.

Растеж на клетката и връзката й с трофизма

Увеличаването на дължината, масата, обема както на целия организъм, така и на отделните му органи и тъкани се нарича растеж. Това е невъзможно без постоянното снабдяване с хранителни вещества на клетките, които служат като строителен материал. За да получим отговор на въпроса как клетката расте, чието хранене се проявява автотрофно, е необходимо да се изясни дали тя е независим организъм или структурна единица в многоклетъчния организъм. В първия случай растежът ще настъпи по време на интерфазния период на клетъчния цикъл. Процесите на пластичен обмен се извършват интензивно в него. Храненето на хетеротрофните организми е свързано с наличието на храна, идваща от външната среда. растеж многоклетъчен организъм се дължи на активирането на биосинтеза в образователните тъкани, както и на преобладаването на анаболните реакции върху процесите на катаболизъм.

Ролята на кислорода в храненето на хетеротрофните клетки

Аеробни организми: някои бактерии, гъби, животни и хора използват кислород, за да разграждат напълно хранителните вещества като глюкоза, въглероден диоксид и вода (цикъла на Кребс). Намира се в митохондриалната матрица, съдържаща ензимната система H + -ATP-ase, която синтезира ATP молекули от ADP. При прокариотните организми, като аеробни бактерии и цианобактерии, на плазмената мембрана на клетките възниква кислородният стадий на дислимулация.

Специфична характеристика на храненето на гамети

В молекулярната биология и цитологията храненето на една клетка може да бъде описано накратко като процес на доставяне на хранителни вещества в нея, тяхното разделяне и синтеза на определена част от енергията под формата на молекули на АТР. Трофичните гамети: яйцеклетки и сперматозоиди имат някои особености, свързани с високата специфичност на техните функции. Това важи особено за женската сексуална клетка, която е принудена да натрупва голямо количество хранителни вещества, главно под формата на жълтък.

След оплождането тя ще ги използва, за да смаже и да формира ембриона. Сpermatozoa в процеса на зреене (сперматогенеза) получават органични вещества от Сертоли клетки, разположени в семенните тубули. По този начин и двата вида гамети имат високо ниво на метаболизъм, което е възможно благодарение на активния клетъчен трофизъм.

Ролята на минералното хранене

Процесите на метаболизъм са невъзможни без притока на катиони и аниони, които съставляват минералните соли. Например, необходимо за фотосинтеза магнезиев йон, за ензимни системи митохондрии - калиеви йони и калций, за да се поддържа буферен капацитет hyaloplasm - наличието на натриеви йони, както и аниони карбонат киселина. Разтворите на минерални соли навлизат в клетката чрез пиноцитоза или дифузия през клетъчната мембрана. Минералното хранене е присъщо както за автотрофните, така и за хетеротрофните клетки.

Обобщено, бяхме убедени, че стойността на клетъчното хранене е наистина голяма, защото този процес води до образуването на въглероден диоксид в автотрофните организми на строителни материали (въглехидрати, протеини и мазнини). Хетеротрофните клетки се хранят с органични вещества, образувани в резултат на жизнената активност на автотрофите. Те използват получената енергия за възпроизводство, растеж, движение и други процеси на жизненоважна дейност.