Šūna kā neatkarīgs organisms. Šūna un tās pamatīpašības

Šūna

elementāra dzīves sistēma, kas spēj patstāvīgi pastāvēt, pašatvairot un attīstīties; visu dzīvnieku un augu uzbūves un dzīvības aktivitātes pamats. Vienšūņi pastāv arī kā neatkarīgi organismi (skatīt vienšūņus), un kā daļa no daudzšūnu organismiem (audu šūnām). Termins "K." ierosināja angļu mikroskopists R. Huks (1665). Citoloģija ir īpašas bioloģijas nozares - citoloģijas - studiju priekšmets (skat. Citoloģija). Sistemātiska aprēķinu izpēte sākās tikai 19. gadsimtā. Viens no tā laika lielākajiem zinātniskajiem vispārinājumiem bija Šūnu teorija, kas apgalvoja visas dzīvās dabas struktūras vienotību. Dzīvības izpēte šūnu līmenī ir mūsdienu bioloģisko pētījumu pamatā.

Katra K. struktūrā un funkcijās atrodamas visiem K. kopīgas zīmes, kas atspoguļo to izcelsmes vienotību no primārajiem organiskajiem kompleksiem. Dažādu šūnu īpašās īpašības ir to specializācijas rezultāts evolūcijas procesā. Tādējādi visas šūnas līdzīgi regulē vielmaiņu, dubultojas un izmanto savu iedzimto materiālu, kā arī saņem un izmanto enerģiju. Tajā pašā laikā dažādi vienšūnas organismi (amēbas, ciliāti u.c.) ļoti atšķiras pēc izmēra, formas un uzvedības. Daudzšūnu organismu īpašības atšķiras ne mazāk krasi. Tādējādi cilvēkam ir limfoidās šūnas - mazas (ar diametru aptuveni 10 µm) apaļais K., kas piedalās imunoloģiskās reakcijās, un nervozais K., no kuriem dažiem procesi ir garāki par metru; šie K. veic galvenās regulējošās funkcijas organismā.

Pētījuma metodes. Pirmā citoloģiskā metode bija dzīvo šūnu mikroskopija. Mūsdienu intravitālās (vitālās) gaismas mikroskopijas iespējas ir fāzes kontrasts, luminiscējoša, interference utt. (skat. Mikroskopu). - ļauj pētīt šūnas formu un dažu tās struktūru vispārējo uzbūvi, šūnu kustību un dalīšanos. Sīkāka informācija par šūnas struktūru tiek atklāta tikai pēc īpašas kontrastēšanas, kas tiek panākta, nokrāsojot nogalināto šūnu. Jauns posms šūnas struktūras izpētē ir elektronu mikroskopija, kas dod ievērojami lielāku šūnas struktūras izšķirtspēju. šūna, salīdzinot ar gaismas mikroskopiju (sk. Optisko instrumentu izšķirtspēja). Šūnu ķīmiskais sastāvs tiek pētīts ar cito- un histoķīmiskām metodēm, kas ļauj noteikt vielu lokalizāciju un koncentrāciju šūnu struktūrās, vielu sintēzes intensitāti un to kustību šūnās (sk. Histoķīmija). Citofizioloģiskās metodes ļauj pētīt asins šūnu funkcijas, piemēram, ierosmi un sekrēciju. Skatīt arī autoradiogrāfiju, Mikroskopiskā tehnika, Citofotometrija.

Šūnu vispārīgās īpašības. Katrā šūnā tiek izdalītas divas galvenās daļas - kodols un citoplazma (skat. Citoplazma), kurā savukārt var izdalīt struktūras, kas atšķiras pēc formas, izmēra, iekšējās struktūras, ķīmiskajām īpašībām un funkcijām. Dažas no tām – tā sauktās organellas – ir vitāli svarīgas šūnām un ir atrodamas visās šūnās. Citi ir šūnu darbības produkti, kas pārstāv pagaidu veidojumus. Specializētās struktūrās tiek veikta dažādu bioķīmisko funkciju atdalīšana, kas veicina neviendabīgu procesu īstenošanu vienā un tajā pašā šūnā, tostarp daudzu vielu sintēzi un sadalīšanos.

Kodolorganellas - hromosomas (skatīt Hromosomas), to galvenā sastāvdaļa - DNS, glabā ģenētisko informāciju par noteikta tipa organismam raksturīgo olbaltumvielu struktūru (skat. Gēnu, Ģenētiskais kods). Vēl viena svarīga DNS īpašība ir pašreproducēšanās spēja, kas nodrošina gan iedzimtības informācijas stabilitāti, gan tās nepārtrauktību – nodošanu nākamajām paaudzēm. Ierobežotās DNS daļās, kas aptver vairākus gēnus, tāpat kā veidnēs, tiek sintezētas ribonukleīnskābes - tiešie proteīnu sintēzes dalībnieki. Pārsūtīšana DNS koda (transkripcija) notiek Messenger RNS (mRNS) sintēzes laikā. Olbaltumvielu sintēze tiek uzskatīta par informācijas nolasīšanu no RNS veidnes. Šis process, ko sauc par tulkošanu (skatīt tulkojumu), ietver pārnešanas RNS (t-RNS) un īpašas organellas - ribosomas, kas veidojas kodolā (sk. Nucleolus). Kodola lielumu nosaka galvenokārt K. nepieciešamība pēc ribosomām; tāpēc tas ir īpaši augsts šūnās, kas intensīvi sintezē olbaltumvielas. Olbaltumvielu sintēze - hromosomu funkciju īstenošanas gala rezultāts - galvenokārt notiek citoplazmā. Olbaltumvielas – fermenti, strukturālās detaļas un dažādu procesu, tostarp transkripcijas, regulatori, galu galā nosaka visus K. dzīves aspektus, ļaujot K. saglabāt savu individualitāti, neskatoties uz nepārtraukti mainīgo vidi. Kamēr baktēriju šūnās tiek sintezēti aptuveni 1000 dažādu proteīnu, gandrīz katrā cilvēka šūnā tiek sintezēti vairāk nekā 10 000. Tādējādi organismu evolūcijas laikā ievērojami palielinās intracelulāro procesu daudzveidība. Kodola apvalks, kas atdala tā saturu no citoplazmas, sastāv no divām membrānām, kas caurstrāvotas ar porām - specializētām zonām noteiktu savienojumu transportēšanai no kodola uz citoplazmu un atpakaļ. Citas vielas iziet cauri membrānām difūzijas vai aktīva transporta ceļā, kam nepieciešama enerģija. Šūnu citoplazmā notiek daudzi procesi, piedaloties endoplazmatiskā retikuluma membrānām (skatīt Endoplazmatiskais tīkls) - galvenā K. sintezējošā sistēma, kā arī Golgi komplekss un mitohondriji (skat. Mitohondriji). Atšķirības starp dažādu organellu membrānām nosaka tās veidojošo olbaltumvielu un lipīdu īpašības. Ribosomas ir pievienotas dažām endoplazmatiskā tīkla membrānām; šeit notiek intensīva olbaltumvielu sintēze. Šāds granulēts endoplazmatiskais tīkls ir īpaši izstrādāts šūnās, kas izdala vai intensīvi atjauno olbaltumvielas, piemēram, cilvēkiem aknās, aizkuņģa dziedzerī un nervu šūnās. Citas bioloģiskās membrānas (skat. Bioloģiskās membrānas), kurām trūkst ribosomu (gluds kontūru tīkls), ietver fermentus. piedalās ogļhidrātu-olbaltumvielu un lipīdu kompleksu sintēzē. Endoplazmatiskā retikuluma kanālos uz laiku var uzkrāties K. darbības produkti; dažās šūnās notiek virzīta vielu transportēšana pa kanāliem. Pirms izņemšanas no šūnām vielas tiek koncentrētas lamelārajā kompleksā (Golgi kompleksā). Šeit tiek izolēti dažādi šūnu ieslēgumi, piemēram, sekrēcijas vai pigmenta granulas un veidojas lizosomas - pūslīši, kas satur hidrolītiskos enzīmus un ir iesaistīti daudzu vielu intracelulārajā gremošanā. Kanālu, vakuolu un pūslīšu sistēma, ko ieskauj membrānas, veido vienu veselumu. Tādējādi endoplazmatiskais tīkls var nepārtraukti iekļūt membrānās, kas ieskauj kodolu, savienoties ar citoplazmas membrānu un veidot Golgi kompleksu. Tomēr šie savienojumi ir nestabili. Bieži un daudzās šūnās parasti tiek atdalītas dažādas membrānas struktūras un notiek vielu maiņa caur hialoplazmu (sk. Hialoplazmu). K. enerģija lielā mērā ir atkarīga no mitohondriju darba. To skaits dažāda veida šūnās svārstās no desmitiem līdz tūkstošiem. Piemēram, cilvēka aknās ir aptuveni 2 tūkstoši mitohondriju; to kopējais tilpums ir vismaz 1/5 no K tilpuma. Mitohondrija ārējā membrāna norobežo to no citoplazmas uz iekšējās membrānas, notiek vielu galvenās enerģētiskās pārvērtības, kuru rezultātā veidojas ar enerģiju bagāts savienojums veidojas - adenozīntrifosforskābe (ATP), universāls enerģijas nesējs K. Mitohondriji satur DNS un spēj pašatvairot; tomēr mitohondriju autonomija ir relatīva, to vairošanās un darbība ir atkarīga no kodola. Pateicoties ATP enerģijai, organismā tiek veiktas dažādas sintēzes, vielu transportēšana un izdalīšanās, mehāniskais darbs, procesu regulēšana u.c. Struktūras, kas izskatās kā submikroskopiska izmēra caurules, piedalās šūnu dalīšanā un dažreiz arī to kustībā. Šādu struktūru “montāža” un funkcionēšana ir atkarīga no centrioliem (sk. Centrioles), ar kuru līdzdalību tiek organizēta šūnu dalīšanās vārpsta, kas saistīta ar hromosomu kustību un dalīšanās ass orientāciju K. Bāzes ķermeņi - centriolu atvasinājumi - ir nepieciešami flagellu uzbūvei un normālai funkcionēšanai un skropstas ir kustību un sensoro šūnu veidojumi, kuru struktūra vienšūņiem un dažādās daudzšūnu šūnās ir vienāda.

Šūnu no ārpusšūnu vides atdala plazmas membrāna, caur kuru šūnā nonāk joni un molekulas, kas no šūnas izdalās. Šūnas virsmas attiecība pret tās tilpumu samazinās, palielinoties tilpumam, un jo lielāka šūna, jo vairāk ir sarežģītas tās saiknes ar ārējo vidi. K vērtība nevar būt īpaši liela. Dzīvām šūnām ir raksturīgs aktīvs jonu transports, kam nepieciešama enerģija, īpaši fermenti un, iespējams, nesēji. Pateicoties dažu jonu aktīvai un selektīvai pārnešanai šķīdumā un citu nepārtrauktai izņemšanai no tā, šķīdumā un vidē rodas jonu koncentrāciju atšķirība. Šis efekts var būt saistīts arī ar jonu saistīšanos ar K komponentiem. Daudzi joni ir nepieciešami kā intracelulārās sintēzes aktivatori un kā organellu struktūras stabilizatori. Atgriezeniskas izmaiņas jonu attiecībās šūnās un vidē ir pamatā šūnu bioelektriskajai aktivitātei, kas ir viens no svarīgiem faktoriem signālu pārraidē no vienas šūnas uz otru (sk. Bioelektriskie potenciāli). Veidojot invaginācijas, kas šūnā aizveras un atdalās vezikulu veidā, plazmas membrāna spēj uztvert lielu molekulu šķīdumus (pinocitozi) vai pat atsevišķas daļiņas vairāku izmēru µm(fagocitoze). Tādā veidā dažas baktērijas tiek pabarotas, vielas tiek pārnestas caur šūnām, un baktērijas tiek uztvertas ar fagocītiem. Plazmas membrānas īpašības ir saistītas arī ar adhēzijas spēkiem, kas daudzos gadījumos notur šūnas vienu pie otras, piemēram, ķermeņa vai iekšējo orgānu apvalkā. Šūnu kohēziju un komunikāciju nodrošina membrānu un īpašu membrānu struktūru - desmosomu ķīmiskā mijiedarbība (skat. Desmosomas).

Šūnu struktūras shēma, kas aplūkota vispārīgā formā, ir raksturīga gan dzīvnieku, gan augu šūnu galvenajās iezīmēs, taču ir arī būtiskas atšķirības dzīvnieku augu šūnu metabolisma un struktūras īpašībās.

Augu šūnas. Augu šūnas virs plazmas membrānas parasti ir pārklātas ar cietu ārējo apvalku (tā var nebūt tikai dzimumšūnās), kas vairumā augu sastāv galvenokārt no polisaharīdiem: celulozes, pektīnvielām un hemicelulozēm, kā arī sēnēs un dažās aļģēs. - no hitīna. Membrānas ir aprīkotas ar porām, caur kurām blakus esošās šūnas tiek savienotas viena ar otru ar citoplazmas izaugumu palīdzību. Šūnai augot un attīstoties, mainās čaumalas sastāvs un struktūra. K. čaumalas nosaka auga mehāniskās īpašības. Dažu augu audu šūnas izceļas ar īpaši biezām un spēcīgām sieniņām (sk. Koksne), kas saglabā savas skeleta funkcijas pēc šūnas nāves Diferencētajos augu audos ir vairāki vakuoli (sk. Vakuoli) vai viena centrālā vakuole, kas parasti aizņem lielāko daļu. no šūnas tilpuma Satura vakuoli - dažādu sāļu, ogļhidrātu, organisko skābju, alkaloīdu, aminoskābju, olbaltumvielu šķīdums, kā arī ūdens padeve. Uzturvielas var nogulsnēties vakuolos. Augu šūnu citoplazmā ir īpašas organellas - plastidi; leikoplasti (bieži tajos nogulsnējas ciete), hloroplasti (satur galvenokārt hlorofilu un veic fotosintēzi) un hromoplasti (satur pigmentus no karotinoīdu grupas). Plastīdi, tāpat kā mitohondriji, spēj pašatvairot. Golgi kompleksu augu šūnās attēlo diktiosomas, kas izkaisītas visā citoplazmā (sk. Diktiosomas).

Šūnu īpašās funkcijas. Daudzšūnu organismu evolūcijas laikā starp šūnām radās funkciju sadalījums, kas izraisīja dzīvnieku un augu pielāgošanās iespēju paplašināšanos mainīgajiem vides apstākļiem. Iedzimtas atšķirības šūnu formā, to izmēros un dažos vielmaiņas aspektos tiek realizētas organisma individuālās attīstības procesā. Galvenā attīstības izpausme ir kompleksu diferenciācija, to strukturālā un funkcionālā specializācija. Diferencētām olām ir tāds pats hromosomu komplekts kā apaugļotai olšūnai. To pierāda diferencētas šūnas kodola pārstādīšana olšūnā, kas iepriekš ir dekodēta, un pēc tam var attīstīties pilnvērtīgs organisms. Tādējādi atšķirības starp diferencētajām šūnām acīmredzot nosaka dažādas aktīvo un neaktīvo gēnu attiecības, no kurām katra kodē noteikta proteīna biosintēzi. Spriežot pēc proteīnu sastāva, diferencētās šūnās aktīvi (spējīgi transkripcijai) ir tikai neliela daļa (apmēram 10%) no konkrētā organisma tipa šūnām raksturīgo gēnu. No tiem tikai daži ir atbildīgi par šūnu īpašo funkciju, bet pārējie nodrošina vispārējās šūnu funkcijas. Tātad muskuļu šūnās aktīvi darbojas gēni, kas kodē kontraktilo proteīnu struktūru, eritroīdās šūnās hemoglobīna biosintēzi kodē gēni u.c. Taču katrā šūnā ir jābūt aktīviem gēniem, kas nosaka visām šūnām nepieciešamo vielu un struktūru biosintēzi, piemēram, vielu enerģētiskajās transformācijās iesaistītajiem fermentiem. Šūnu specializācijas procesā īpaši spēcīgi var attīstīties to individuālās vispārējās šūnu funkcijas. Tādējādi dziedzeru šūnās sintētiskā aktivitāte ir visizteiktākā, muskuļu šūnas ir visvairāk saraušanās, un nervu šūnas ir visvairāk uzbudināmas. Augsti specializētās šūnās tiek atrastas struktūras, kas raksturīgas tikai šīm šūnām (piemēram, dzīvniekiem - muskuļu miofibrillas, tonofibrillas un dažu integrālo šūnu skropstas, nervu šūnu neirofibrillas, flagellas vienšūņos vai daudzšūnu organismu spermatozoīdos). Dažkārt specializāciju pavada noteiktu īpašību zudums (piemēram, nervu šūnas zaudē spēju vairoties; zīdītāju zarnu epitēlija šūnu kodoli nespēj sintezēt RNS nobriedušā stāvoklī; zīdītāju nobriedušiem eritrocītiem trūkst kodola). Organismam svarīgu funkciju veikšana dažkārt ir saistīta ar šūnu nāvi. Tādējādi ādas epidermas šūnas pamazām keratinizējas un mirst, bet kādu laiku paliek slānī, pasargājot apakšējos audus no bojājumiem un infekcijām. Tauku dziedzeros sebums pamazām pārvēršas tauku pilienos, ko organisms izmanto vai izdala. Lai veiktu noteiktas audu funkcijas, šūnas veido nešūnu struktūras. Galvenie to veidošanās veidi ir citoplazmas komponentu sekrēcija vai transformācija. Tādējādi ievērojamu zemādas audu, skrimšļa un kaulu daļu pēc tilpuma veido intersticiāla viela, saistaudu atvasinājums. Asins šūnas dzīvo šķidrā vidē (asins plazmā), kas satur olbaltumvielas, cukurus un citas vielas, ko ražo dažādas ķermeņa šūnas. Epitēlija šūnas, kas veido slāni, ieskauj plāns difūzi izkliedētu vielu slānis, galvenokārt glikoproteīni (tā sauktais cements vai virsmembrānas komponents). Posmkāju ārējais apvalks un gliemju čaumalas ir arī šūnu sekrēcijas produkti. Specializēto šūnu mijiedarbība ir nepieciešams nosacījums organisma un nereti arī pašu šūnu dzīvībai (sk. Histoloģija). Atņemtas saiknes savā starpā, piemēram, kultūrā, kopienas ātri zaudē tām raksturīgās īpašās funkcijas.

Šūnu dalīšanās. Hromosomu reproducēšanas spējas pamatā ir DNS unikālā īpašība pašizkopēt un reproducēto hromosomu stingri līdzvērtīga sadalīšana mitozes procesā. Sadalīšanās rezultātā veidojas divas šūnas, kas pēc ģenētiskajām īpašībām ir identiskas oriģinālajai un ar atjauninātu kodola un citoplazmas sastāvu. Hromosomu pašreprodukcijas procesi, to dalīšanās, divu kodolu veidošanās un citoplazmas dalīšanās tiek atdalīti, kolektīvi veidojot hromosomas mitotisko ciklu Ja pēc dalīšanās hromosoma sāk gatavoties nākamajai dalīšanai , mitotiskais cikls sakrīt ar hromosomas dzīves ciklu Tomēr daudzos gadījumos pēc dalīšanās (un dažreiz arī pirms tās) šūnas iziet no mitotiskā cikla, diferencējas un veic vienu vai otru īpašu funkciju organismā. Šādu šūnu sastāvs var tikt atjaunots slikti diferencētu šūnu dalīšanās dēļ. Dažos audos diferencētas šūnas spēj atkārtoti iekļūt mitotiskajā ciklā. Nervu audos diferencētas šūnas nedalās; daudzi no viņiem dzīvo tik ilgi, cik ķermenis kopumā, tas ir, cilvēkiem - vairākus gadu desmitus. Tajā pašā laikā nervu šūnu kodoli nezaudē savu spēju dalīties: tiek transplantēti vēža šūnu citoplazmā, neironu kodoli sintezē DNS un dalās. Eksperimenti ar hibrīdšūnām parāda citoplazmas ietekmi uz kodolfunkciju izpausmēm. Nepietiekama sagatavošanās dalīšanai novērš mitozi vai izkropļo tās gaitu. Tādējādi dažos gadījumos citoplazma nedalās un veidojas divkodolu šūna Atkārtota kodolu dalīšanās nedalošā šūnā izraisa daudzkodolu šūnu vai sarežģītu supracelulāru struktūru (simplastu) parādīšanos, piemēram, šķērssvītrotos muskuļos. Dažreiz K. reprodukcija aprobežojas ar hromosomu pavairošanu, un veidojas poliploīds K., kam ir dubultots (salīdzinājumā ar sākotnējo K.) hromosomu komplekts. Poliploidizācija palielina sintētisko aktivitāti un palielina K izmēru un svaru.

Šūnu atjaunošana. Katras ķēdes ilgstošai darbībai nepieciešams atjaunot nolietotās konstrukcijas, kā arī novērst ārējās ietekmes radītos ķēdes bojājumus. Visām šūnām raksturīgie reģeneratīvie procesi ir saistīti ar plazmas membrānas caurlaidības izmaiņām, un tos pavada intracelulārās sintēzes, galvenokārt olbaltumvielu sintēzes, palielināšanās. Daudzos audos atjaunošanas procesu stimulēšana noved pie ģenētiskā aparāta vairošanās un šūnu dalīšanās; tas ir raksturīgs, piemēram, ādai vai hematopoētiskajai sistēmai. Šajos audos intracelulārās atjaunošanās procesi ir vāji izteikti, un to šūnas dzīvo salīdzinoši īslaicīgi (piemēram, zīdītāju zarnu gļotādas šūnas - tikai dažas dienas). Intracelulārie atjaunošanas procesi sasniedz maksimālo izpausmi nedalošās vai slikti dalās šūnu populācijās, piemēram, nervu šūnās. Iekšējās šūnu atjaunošanās procesu pilnības rādītājs ir to dzīves ilgums. daudzām nervu šūnām tas sakrīt ar visa organisma dzīves ilgumu.

Mutācijas. Parasti DNS reprodukcijas process notiek bez novirzēm, un ģenētiskais kods paliek nemainīgs, kas nodrošina viena un tā paša proteīnu kopuma sintēzi daudzās šūnu paaudzēs. Tomēr retos gadījumos var rasties mutācija (skatīt Mutācijas) - daļējas izmaiņas gēnu struktūrā. Tās galīgais efekts ir izmaiņas proteīnu īpašībās, ko kodē mutantu gēni. Ja tiek ietekmētas svarīgas enzīmu sistēmas, fermenta un dažreiz visa organisma īpašības būtiski mainās. Tādējādi mutācija vienā no gēniem, kas kontrolē hemoglobīna sintēzi, noved pie nopietnas slimības - anēmijas (sk. Anēmija). Labvēlīgo mutāciju dabiskā atlase ir svarīgs evolūcijas mehānisms.

Šūnu funkciju regulēšana. Galvenais intracelulāro procesu regulēšanas mehānisms ir saistīts ar dažādu ietekmi uz fermentiem - ļoti specifiskiem bioķīmisko reakciju katalizatoriem. Regulēšanu var veikt ģenētiskā līmenī, kad tiek noteikts fermentu sastāvs vai konkrēta enzīma daudzums K. Pēdējā gadījumā regulēšana var notikt arī translācijas līmenī. Cits regulēšanas veids ir ietekme uz pašu fermentu, kas var izraisīt gan tā aktivitātes inhibīciju, gan stimulēšanu. Regulēšanas struktūras līmenis - ietekme uz šūnu struktūru montāžu: membrānām, ribosomām utt. Specifiski intracelulāro procesu regulatori var būt nervu ietekme, hormoni, īpašas vielas, kas rodas šūnās vai apkārtējās šūnās (īpaši olbaltumvielas), vai paši reakcijas produkti. Pēdējā gadījumā iedarbība tiek veikta saskaņā ar atgriezeniskās saites principu, kad reakcijas produkts ietekmē fermenta aktivitāti, kas katalizē šo reakciju. Regulēšanu var veikt, transportējot prekursorus un jonus, ietekmējot matricas sintēzi (RNS, polisomas, sintēzes enzīmus), mainot regulētā enzīma formu.

Šūnu funkciju organizācija un regulēšana molekulārā līmenī nosaka tādas dzīvo sistēmu īpašības kā telpiskais kompaktums un energoefektivitāte. Svarīga daudzšūnu organismu īpašība - uzticamība - lielā mērā ir atkarīga no katra funkcionālā tipa šūnu daudzveidības (savstarpējas aizvietojamības), kā arī no to aizstāšanas iespējas šūnu reprodukcijas un katras šūnas komponentu atjaunošanas rezultātā.

Medicīnā ietekmi uz K. izmanto slimību ārstēšanai un profilaksei. Daudzas ārstnieciskās vielas maina noteiktu nervu šūnu darbību. Tādējādi zāles, trankvilizatori un pretsāpju līdzekļi samazina nervu šūnu aktivitātes intensitāti, bet stimulanti to pastiprina. Dažas vielas stimulē muskuļu asinsvadu kontrakciju, citas – dzemdes vai sirds. Īpaša iedarbība uz dalāmajām šūnām tiek veikta, izmantojot starojumu vai citostatiskas vielas, kas bloķē šūnu dalīšanos.

Lit.: Koļcovs N.K., Kameras organizācija, M. - L., 1936; Vilsons E., Šūna un tās loma attīstībā un iedzimtībā, trans. no angļu val., 1.-2.sēj., M. - L., 1936-1940; Nasonovs D.N. un Aleksandrovs V.Ya., Dzīvās vielas reakcija uz ārējām ietekmēm, M. - L., 1940; Kedrovsky B.V., Olbaltumvielu sintēzes citoloģija dzīvnieku šūnās, M., 1959; Mezia D., Mitoze un šūnu dalīšanās fizioloģija, trans. no angļu val., M., 1963; Citoloģijas rokasgrāmata, 1.-2.sēj., M. - L., 1965-66; Brodskis V. Ya., Šūnu trofisms, M., 1966; Dzīvā šūna, [Sb. Art.], tulk. no angļu val., M., 1966; De Robertis E., Novinsky V., Saez F., Cell Biology, tulk. no angļu val., M., 1967; Vasiliev Yu M. un Malenkov A. G., Šūnu virsmas un šūnu reakcijas, L., 1968; Alov I. A., Braude A. I., Aspiz M. E., Fundamentals offunctional cell morphology, 2. ed., M., 1969; Löwy A., Sikiewitz F., Šūnu struktūra un funkcija, trans. no angļu val., M., 1971; Molekulārās citoloģijas rokasgrāmata, ed. A. Lima-de-Faria, Amst., 1969. gads.

V. Jā.

Lielā padomju enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija. 1969-1978 .

Visas dzīvās būtnes sastāv no šūnām. Šūna ir elementāra dzīves sistēma – visu dzīvnieku un augu uzbūves un dzīvības aktivitātes pamats. Šūnas var pastāvēt kā neatkarīgi organismi (piemēram, vienšūņi, baktērijas) un kā daļa no daudzšūnu organismiem. Šūnu izmēri svārstās no 0,1–0,25 µm (dažām baktērijām) līdz 155 mm (izlobīta strausa ola).

Šūna spēj ēst, augt un vairoties, kā rezultātā to var uzskatīt par dzīvu organismu. Tas ir sava veida dzīvo sistēmu atoms. Tās sastāvdaļām ir atņemtas dzīvībai svarīgas spējas. Šūnas, kas izolētas no dažādiem dzīvo organismu audiem un ievietotas īpašā barotnē, var augt un vairoties. Šo šūnu spēju plaši izmanto pētniecībā un lietišķos nolūkos.

Terminu “šūna” 1665. gadā pirmo reizi ierosināja angļu dabaszinātnieks Roberts Huks (1635–1703), lai aprakstītu mikroskopā novērotās korķa sekcijas šūnu struktūru. Būtība ir apgalvojums, ka visi dzīvnieku un augu audi sastāv no šūnām šūnu teorijas.Šūnu teorijas eksperimentālajā pamatojumā liela nozīme bija vācu botāniķu Matiasa Šleidena (1804–1881) un Teodora Švāna (1810–1882) darbiem.

Neskatoties uz lielo dažādību un būtiskām atšķirībām izskatā un funkcijās, visas šūnas sastāv no trim galvenajām daļām - plazmatisks membrānas, kontrolēt vielu pāreju no vides šūnā un atpakaļ, citoplazma ar daudzveidīgu struktūru un šūnu kodoli, kas satur ģenētiskās informācijas nesēju (sk. 7.7. att.). Visas dzīvnieku un dažu augu šūnas satur centrioles– cilindriskas struktūras ar diametru aptuveni 0,15 mikroni, veidojot šūnu centrus. Parasti augu šūnas ieskauj membrāna - šūnu siena. Turklāt tie satur plastidi– citoplazmas organoīdi (specializētas šūnu struktūras), kas bieži satur pigmentus, kas nosaka to krāsu.

Apkārt kamerai membrāna sastāv no diviem taukiem līdzīgu vielu molekulu slāņiem, starp kurām atrodas olbaltumvielu molekulas.

Šūnas galvenā funkcija ir nodrošināt noteiktu vielu kustību uz to uz priekšu un atpakaļ. Jo īpaši membrāna uztur normālu noteiktu sāļu koncentrāciju šūnas iekšienē un tai ir svarīga loma tās dzīvē: ja membrāna tiek bojāta, šūna nekavējoties iet bojā, bet tajā pašā laikā, bez dažām citām struktūras sastāvdaļām, tās mūžs. šūna var turpināties kādu laiku. Pirmā šūnu nāves pazīme ir tās ārējās membrānas caurlaidības izmaiņu sākums. Šūnas plazmas membrānas iekšpusē ir citoplazma , kas satur ūdens sāļu šķīdumu ar šķīstošiem un suspendētiem fermentiem (kā muskuļu audos) un citām vielām. Citoplazma satur dažādus organoīdi - mazi orgāni, ko ieskauj savas membrānas. Jo īpaši organellās ietilpst – mitohondriji maisiņiem līdzīgi veidojumi ar elpošanas enzīmiem. Tajos pārvēršas cukurs un atbrīvojas enerģija. Citoplazmā ir arī mazi ķermeņi - ribosomas,

kas sastāv no olbaltumvielām un nukleīnskābes (RNS), ar kuru palīdzību tiek veikta olbaltumvielu sintēze. Intracelulārā vide ir diezgan viskoza, lai gan 65–85% no šūnu masas ir ūdens. Visas dzīvotspējīgās šūnas, izņemot baktērijas, satur kodols , un tajā - hromosomas

- gari pavedieniem līdzīgi ķermeņi, kas sastāv no dezoksiribonukleīnskābes un tai pievienotas olbaltumvielas. Šūnas aug un vairojas, sadaloties divās meitas šūnās. Kad meitas šūna dalās, tiek pārnests pilns hromosomu komplekts, kas satur ģenētisko informāciju. Tāpēc pirms dalīšanās hromosomu skaits šūnā dubultojas un dalīšanās laikā katra meitas šūna saņem vienu to komplektu. Šo šūnu dalīšanās procesu, kas nodrošina identisku ģenētiskā materiāla sadalījumu starp meitas šūnām, sauc.

Ne visas daudzšūnu dzīvnieka vai auga šūnas ir vienādas. Šūnu modifikācija notiek pakāpeniski organisma attīstības laikā. Katrs organisms attīstās no vienas šūnas – olšūnas, kura sāk dalīties, un galu galā veidojas daudzas dažādas šūnas – muskuļi, asinis utt. Atšķirības starp šūnām galvenokārt nosaka konkrētās šūnas sintezēto proteīnu kopums. Tādējādi kuņģa šūnas sintezē gremošanas enzīmu pepsīnu; tas netiek ražots citās šūnās, piemēram, smadzeņu šūnās. Visām augu vai dzīvnieku šūnām ir pilnīga ģenētiskā informācija visu noteikta veida organisma proteīnu uzbūvei, bet katra tipa šūnā tiek sintezēti tikai tie proteīni, kas tai nepieciešami.

Atkarībā no šūnu veida visus organismus iedala divās grupās - prokariots Un eikarioti. Pie prokariotiem pieder baktērijas, un pie eikariotiem pieder visi pārējie organismi: vienšūņi, sēnes, augi un dzīvnieki. Eikarioti var būt vienšūnu vai daudzšūnu.

Cilvēka ķermenis, piemēram, sastāv no 10 15 šūnām.

Visi prokarioti ir vienšūnas. Viņiem nav skaidri definēta kodola: DNS molekulas neapņem kodola membrāna un nav sakārtotas hromosomās. To sadalīšanās notiek bez mitozes. To izmēri ir salīdzinoši mazi. Tajā pašā laikā pazīmju pārmantošana tajās balstās uz DNS pārnešanu uz meitas šūnām. Tiek pieņemts, ka pirmie organismi, kas parādījās apmēram pirms 3,5 miljardiem gadu, bija prokarioti. Ja vienšūnas organisms, piemēram, baktērija, nemirst no ārējās ietekmes, tad tas paliek nemirstīgs, tas ir, nemirst, bet sadalās divās jaunās šūnās. Daudzšūnu organismi dzīvo tikai noteiktu laiku. Tie satur divu veidu šūnas: Un somatiskās – ķermeņa šūnas dzimumšūnas.

Dzimuma šūnas, tāpat kā baktērijas, ir nemirstīgas. Pēc apaugļošanas veidojas somatiskās šūnas, kas ir mirstīgas, un jaunas dzimumšūnas. Augi satur īpašus audus - meristēma

Augstāko dzīvnieku somatiskās šūnas ir sadalītas divos veidos. Dažas no tām ietver šūnas, kas nedzīvo ilgi, bet tiek pastāvīgi atjaunotas sava veida meristēmu audu dēļ. Tie ietver, piemēram, epidermas šūnas. Cits veids sastāv no šūnām, kas pieauguša cilvēka ķermenī nedalās un tāpēc neatjaunojas. Tās galvenokārt ir nervu un muskuļu šūnas. Viņi ir pakļauti novecošanai un nāvei.

Ir vispāratzīts, ka galvenais ķermeņa novecošanas iemesls ir ģenētiskās informācijas zudums. DNS molekulas pakāpeniski tiek bojātas mutāciju rezultātā, kas izraisa šūnu un visa organisma nāvi. Bojātās DNS molekulas vietas var atjaunot, pateicoties remonta fermentiem. Lai gan to iespējas ir ierobežotas, tām ir liela nozīme ķermeņa mūža pagarināšanā.

Pamatlīmenis

Katram uzdevumam izvēlieties vienu pareizo atbildi no četrām piedāvātajām atbildēm.

A1. Visi dzīvie organismi sastāv no

šūnas
audumi
starpšūnu viela
orgānu sistēmas

A2. Šūna pastāv kā neatkarīgs organisms

lapu miza
baktēriju
muskuļu šķiedra
sakņu cepure

AZ. Dzīvs organisms ir

dzīvo šūnu asociācija
integumentāru un vadošu audu kopums
viena orgānu sistēma
koordinēta šūnu, audu, orgānu sistēma

A4. Veidojas pēc struktūras un fizioloģiskajām īpašībām līdzīgas personas

organisms
biosfēra
meža kopiena

A5. Tiek saukta dzīvnieku un augu kopiena - organismi, kas dzīvo kopā pļavā un mijiedarbojas viens ar otru

iedzīvotāju
biocenoze
biosfēra

A6. Biosfērā iekļautā augsne ir

dzīvā matērija
inerta viela
bioinerta viela
neorganiskā viela

A7. Tiek saukts process, kurā cilvēks rada kultivēto augu šķirnes

mākslīgā atlase
dabiskā atlase
cīņa par eksistenci
iedzimtība

A8. Dabiskās atlases rezultātā tie izdzīvo dabā

tikai vienkāršākie dzīvnieki
personas, kas pielāgotas vides apstākļiem
visi ziedošie augi
noderīga cilvēkiem

A9. Bioloģijas zinātne nodarbojas ar organismu klasifikāciju vai sadalījumu grupās, pamatojoties uz to līdzību un radniecību.

taksonomija
anatomija
ekoloģija
citoloģija

A10. Par mazāko dzīvo organismu* klasifikācijas sistemātisko vienību uzskata

komanda
valstība

A11. Organismiem ir nešūnu struktūra

sēnes
baktērijas
vīrusi
dzīvnieki

- - - Atbildes - - -

A1-1; A2-2; A3-4; A4-3; A5-2; A6-3; A7-1; A8-2; A9-1; A10-2; A11-3.

Paaugstināts grūtības līmenis

B1. Vai šādi apgalvojumi ir patiesi?

A. Ir sugas, kurām ķermenis sastāv no vienas šūnas.
B. Baktērijas ir vienas no vissarežģītākajām šūnām.

Pareizi ir tikai A
Pareizi ir tikai B
Abi spriedumi ir pareizi
Abi spriedumi ir nepareizi

B2. Vai šādi apgalvojumi ir patiesi?

A. Dabā īpatņu dabiskā atlase izraisa jaunu sugu veidošanos.
B. Cīņa par eksistenci notiek tikai starp dzīvniekiem.

Pareizi ir tikai A
Pareizi ir tikai B
Abi spriedumi ir pareizi
Abi spriedumi ir nepareizi

BZ. Vai šādi apgalvojumi ir patiesi?

A. Cieši radniecīgu dzīvnieku sugas tiek apvienotas ģintī.
B. Kopumā ir divas dzīvās dabas valstības: augi un dzīvnieki.

Pareizi ir tikai A
Pareizi ir tikai B
Abi spriedumi ir pareizi
Abi spriedumi ir nepareizi

B4. Izvēlieties trīs patiesus apgalvojumus. Dzīvās vielas organizācijas līmeņi, kas piedalās daudzšūnu dzīvnieka organisma veidošanā, ir

šūnu
sugas
audums
orgāns
biocenotisks
biosfēra

B5. Nosakiet dzīvās vielas organizācijas līmeņu secību, sākot ar šūnu.

šūna
organisms
tekstils
biosfēra
biocenoze

B6. Izveidojiet sistemātisku kategoriju secību, sākot ar mazāko.

valstība
Klase

- - - Atbildes - - -

B1-1; B2-1; B3-1; B4-134; B5-132564; B6-3412.

Šūna ir elementāra organisma sastāvdaļa, kas spēj patstāvīgi pastāvēt, pašatvairot un attīstīties. Visi dzīvie organismi (izņemot vīrusus) sastāv no šūnām, un šajā rakstā tiks apskatīta šūna, tās struktūra un vispārīgās īpašības

Kas ir šūna?

Šūna ir visu dzīvo organismu un augu struktūras un dzīvības aktivitātes pamats. Šūnas var pastāvēt kā neatkarīgi organismi vai kā daļa no daudzšūnu organismiem (audu šūnām). Terminu “šūna” ierosināja angļu mikroskopists R. Huks (1665). Šūna ir īpašas bioloģijas nozares - citoloģijas - izpētes priekšmets. Aktīva un sistemātiska šūnu izpēte sākās deviņpadsmitajā gadsimtā. Viena no tā laika lielākajām zinātniskajām teorijām bija Šūnu teorija, kas apgalvoja visas dzīvās dabas struktūras vienotību. Visas dzīvības izpēte šūnu līmenī ir mūsdienu bioloģisko pētījumu pamatā.

Katras šūnas struktūrā un funkcijās atrodamas visām šūnām kopīgas pazīmes, kas atspoguļo to izcelsmes vienotību no primārajām organiskajām vielām. Dažādu šūnu īpašās īpašības ir to specializācijas rezultāts evolūcijas procesā. Tādējādi visas šūnas vienādi regulē vielmaiņu, dubultojas un izmanto savu iedzimto materiālu, saņem un izmanto enerģiju. Tajā pašā laikā dažādi vienšūnas organismi (amēbas, čības, ciliāti u.c.) diezgan stipri atšķiras pēc izmēra, formas un uzvedības. Daudzšūnu organismu šūnas atšķiras ne mazāk krasi. Tādējādi cilvēkam ir limfoīdās šūnas - mazas (ap 10 mikronu diametrā) apaļas šūnas, kas iesaistītas imunoloģiskās reakcijās, un nervu šūnas, no kurām dažās ir vairāk nekā metru gari procesi; Šīs šūnas veic galvenās regulējošās funkcijas organismā.

Pirmā citoloģiskā pētījuma metode bija dzīvu šūnu mikroskopija. Mūsdienu intravitālās gaismas mikroskopijas versijas - fāzes kontrasts, luminiscence, interference utt. - ļauj izpētīt šūnu formu un dažu to struktūru vispārējo struktūru, šūnu kustību un to dalīšanos. Sīkāka informācija par šūnu struktūru tiek atklāta tikai pēc īpašas kontrastēšanas, kas tiek panākta, krāsojot nogalināto šūnu. Jauns posms šūnu struktūras izpētē ir elektronu mikroskopija, kurai ir ievērojami augstāka šūnu struktūras izšķirtspēja, salīdzinot ar gaismas mikroskopiju. Šūnu ķīmiskais sastāvs tiek pētīts ar cito- un histoķīmiskām metodēm, kas ļauj noteikt vielas lokalizāciju un koncentrāciju šūnu struktūrās, vielu sintēzes intensitāti un to kustību šūnās. Citofizioloģiskās metodes ļauj pētīt šūnu funkcijas.

Šūnu vispārīgās īpašības

Jebkurā šūnā ir divas galvenās daļas - kodols un citoplazma, kurā savukārt var izdalīt struktūras, kas atšķiras pēc formas, izmēra, iekšējās struktūras, ķīmiskajām īpašībām un funkcijām. Dažas no tām - tā sauktās organellas - ir vitāli svarīgas šūnai un ir atrodamas visās šūnās. Citi ir šūnu darbības produkti un ir pagaidu veidojumi. Specializētās struktūrās tiek atdalītas dažādas bioķīmiskās funkcijas, kas atvieglo dažādu procesu īstenošanu vienā šūnā, tostarp daudzu vielu sintēzi un sadalīšanos.

Kodolorganellās - hromosomās, to galvenajā komponentā - DNS, tiek glabāta visa ģenētiskā informācija par noteiktas sugas organismam raksturīgo olbaltumvielu struktūru. Vēl viena svarīga DNS īpašība ir pašreproducēšanās spēja, kas nodrošina gan iedzimtības informācijas stabilitāti, gan tās nepārtrauktību – nodošanu nākamajām paaudzēm. Ierobežotās DNS daļās, kas aptver vairākus gēnus, tāpat kā veidnēs, tiek sintezētas ribonukleīnskābes - tiešie proteīnu sintēzes dalībnieki. DNS koda pārnešana (transkripcija) notiek ziņotāja RNS (i-RNS) sintēzes laikā.

Olbaltumvielu sintēze tiek uzskatīta par informācijas nolasīšanu no RNS veidnes. Šis process, ko sauc par translāciju, ietver pārneses RNS (tRNS) un īpašas organellas - ribosomas, kas veidojas kodolā. Kodola lielumu nosaka galvenokārt šūnas nepieciešamība pēc ribosomām; tāpēc tas ir īpaši augsts šūnās, kas intensīvi sintezē olbaltumvielas. Olbaltumvielu sintēze, hromosomu funkciju īstenošanas gala rezultāts, galvenokārt notiek citoplazmā. Olbaltumvielas – enzīmi, struktūras detaļas un dažādu procesu, tostarp transkripcijas, regulatori, galu galā nosaka visus šūnu dzīves aspektus, ļaujot tām saglabāt savu individualitāti, neskatoties uz nepārtraukti mainīgo vidi.

Ja baktēriju šūnā tiek sintezēti aptuveni 1000 dažādu proteīnu, tad gandrīz jebkurā cilvēka šūnā - vairāk nekā 10 000 Tādējādi organismu evolūcijas gaitā ievērojami palielinās intracelulāro procesu daudzveidība.

Kodola apvalks, kas atdala tā saturu no citoplazmas, sastāv no divām membrānām, kas caurstrāvotas ar porām - specializētām zonām noteiktu savienojumu transportēšanai no kodola uz citoplazmu un atpakaļ. Citas vielas iziet cauri membrānām difūzijas vai aktīva transporta ceļā, kam nepieciešama enerģija. Šūnas citoplazmā notiek daudzi procesi, kuros piedalās endoplazmatiskā tīkla membrānas - galvenā šūnas sintezējošā sistēma, kā arī Golgi komplekss un mitohondriji.

Atšķirības starp dažādu organellu membrānām nosaka tās veidojošo olbaltumvielu un lipīdu īpašības. Ribosomas ir pievienotas dažām endoplazmatiskā tīkla membrānām; šeit notiek intensīva olbaltumvielu sintēze. Šāds graudains endoplazmatiskais tīkls ir īpaši izstrādāts šūnās, kas izdala vai intensīvi atjauno proteīnu, piemēram, cilvēka aknu šūnās, aizkuņģa dziedzera šūnās un nervu šūnās. Citas bioloģiskās membrānas, kurās nav ribosomu, ietver fermentus, kas iesaistīti ogļhidrātu-olbaltumvielu un lipīdu kompleksu sintēzē.

Šūnu aktivitātes produkti var īslaicīgi uzkrāties endoplazmatiskā retikuluma kanālos; Dažās šūnās vielu virzīta transportēšana notiek pa kanāliem. Pirms izņemšanas no šūnas viela tiek koncentrēta lamelārajā kompleksā (Golgi kompleksā). Šeit tiek izolēti dažādi šūnu ieslēgumi, piemēram, sekrēcijas vai pigmenta granulas, un veidojas lizosomas - pūslīši, kas satur hidrolītiskos enzīmus un ir iesaistīti daudzu vielu intracelulārajā gremošanā. Kanālu, vakuolu un pūslīšu sistēma, ko ieskauj membrānas, ir vienots veselums. Tādējādi endoplazmatiskais tīkls var nepārtraukti iekļūt membrānās, kas ieskauj kodolu, savienoties ar citoplazmas membrānu un veidot Golgi kompleksu. Tomēr šie savienojumi ir nestabili. Bieži un daudzās šūnās parasti tiek atdalītas dažādas membrānas struktūras un apmainās ar vielām caur hialoplazmu. Šūnu enerģija lielā mērā ir atkarīga no mitohondriju darbības.

Mitohondriju skaits dažāda veida šūnās svārstās no desmitiem līdz vairākiem tūkstošiem. Piemēram, cilvēka aknu šūnā ir aptuveni 2 tūkstoši mitohondriju; to kopējais tilpums ir vismaz 20% no šūnas tilpuma. Mitohondrija ārējā membrāna to atdala no citoplazmas uz iekšējās membrānas, notiek vielu galvenās enerģētiskās pārvērtības, kā rezultātā veidojas ar enerģiju bagāts savienojums – adenozīna trifosforskābe (ATP) – universāls enerģijas nesējs šūnās. Mitohondriji satur DNS un spēj pašatvairot; tomēr mitohondriju autonomija ir relatīva, to vairošanās un darbība ir atkarīga no kodola. Pateicoties ATP enerģijai, šūnās tiek veiktas dažādas sintēzes, vielu transportēšana un izdalīšanās, mehāniskais darbs, procesu regulēšana u.c.

Šūnu dalīšanās un dažreiz to kustība ietver struktūras, kas izskatās kā submikroskopiska izmēra caurules. Šādu struktūru “montāža” un funkcionēšana ir atkarīga no centrioliem, ar kuru līdzdalību tiek organizēta šūnu dalīšanās vārpsta, kas saistīta ar hromosomu kustību un šūnu dalīšanās ass orientāciju. Bazālie ķermeņi - centriolu atvasinājumi - ir nepieciešami flagellas un skropstu uzbūvei un normālai funkcionēšanai - šūnas kustību un sensoro veidojumu, kuru struktūra vienšūņiem un dažādās daudzšūnu šūnās ir vienāda.

Šūnu no ārpusšūnu vides atdala plazmas membrāna, caur kuru joni un molekulas nonāk šūnā un tiek izņemtas no šūnas. Šūnas virsmas attiecība pret tās tilpumu samazinās, palielinoties tilpumam, un jo lielāka ir šūna, jo grūtāk ir tās savienojumi ar ārējo vidi. Šūnas izmērs nevar būt īpaši liels.

Dzīvām šūnām ir raksturīgs aktīvs jonu transports, kam nepieciešama enerģija, īpaši fermenti un, iespējams, nesēji. Pateicoties dažu jonu aktīvai un selektīvai pārnešanai šūnā un citu nepārtrauktai izņemšanai no tās, šūnā un vidē veidojas jonu koncentrāciju atšķirība. Šo efektu var izraisīt arī šūnu komponentu jonu saistīšanās. Daudzi joni ir nepieciešami kā intracelulārās sintēzes aktivatori un kā organellu struktūras stabilizatori. Atgriezeniskas izmaiņas jonu attiecībās šūnā un vidē ir pamatā šūnas bioelektriskajai aktivitātei – vienam no svarīgiem faktoriem signālu pārraidē no vienas šūnas uz otru. Veidojot iespiedumus, kas pēc tam aizveras un atdalās kā burbuļi šūnā, plazmas membrāna spēj notvert lielu molekulu šķīdumus vai pat atsevišķas daļiņas, kuru izmērs ir vairāki mikroni. Tādā veidā dažas šūnas tiek pabarotas, vielas tiek transportētas caur šūnu, un baktērijas tiek uztvertas ar fagocītiem. Plazmas membrānas īpašības ir saistītas arī ar adhezīviem spēkiem, kas daudzos gadījumos notur šūnas vienu pie otras, piemēram, ķermeņa vai iekšējo orgānu apvalkā. Šūnu adhēziju un komunikāciju nodrošina membrānu un īpašu membrānu struktūru - desmosomu ķīmiskā mijiedarbība.

Vispārīgi aplūkotā šūnu struktūras shēma ir raksturīga gan dzīvnieku, gan augu šūnu galvenajās iezīmēs. Bet ir arī būtiskas atšķirības augu un dzīvnieku šūnu metabolisma un struktūras īpašībās.

Augu šūnas

Virs plazmas membrānas augu šūnas ir pārklātas ar cietu ārējo apvalku (tā var nebūt tikai dzimumšūnās), kas vairumā augu sastāv galvenokārt no polisaharīdiem: celulozes, pektīnvielām un hemicelulozēm, bet sēnēs un dažās aļģēs - no polisaharīdiem. hitīns. Membrānas ir aprīkotas ar porām, caur kurām blakus esošās šūnas tiek savienotas viena ar otru ar citoplazmas izaugumu palīdzību. Membrānas sastāvs un struktūra mainās, šūnām augot un attīstoties. Bieži vien šūnās, kas pārtraukušas augt, membrāna ir piesūcināta ar lignīnu, silīcija dioksīdu vai citu vielu, kas padara to stiprāku. Šūnu sienas nosaka auga mehāniskās īpašības. Dažu augu audu šūnas izceļas ar īpaši biezām un izturīgām sieniņām, kas saglabā savas skeleta funkcijas pēc šūnu nāves. Diferencētām augu šūnām ir vairākas vakuolas vai viena centrālā vakuole, kas parasti aizņem lielāko daļu šūnu tilpuma. Vakuolu saturs ir dažādu sāļu, ogļhidrātu, organisko skābju, alkaloīdu, aminoskābju, olbaltumvielu šķīdums, kā arī ūdens padeve. Uzturvielas var nogulsnēties vakuolos. Augu šūnas citoplazmā ir īpaši organoīdi - plastidi, leikoplasti (bieži tajos nogulsnējas ciete), hloroplasti (satur galvenokārt hlorofilu un veic fotosintēzi) un hromoplasti (satur pigmentus no karotinoīdu grupas). Plastīdi, tāpat kā mitohondriji, spēj pašatvairot. Golgi kompleksu augu šūnā attēlo diktiosomas, kas izkaisītas visā citoplazmā.

Vienšūnu organismi

Atšķirībā no vienšūņiem un daudzšūnu organismiem baktērijām, zilaļģēm un aktinomicetiem nav izveidots kodols un hromosomas. Viņu ģenētisko aparātu, ko sauc par nukleoīdu, attēlo DNS virknes, un to neapņem apvalks. Vēl vairāk no daudzšūnu organismiem un vienšūņiem atšķiras vīrusi, kuriem trūkst vielmaiņai nepieciešamo pamata enzīmu. Tāpēc vīrusi var augt un vairoties, tikai iekļūstot šūnās un izmantojot to enzīmu sistēmas.

Īpašas šūnu funkcijas

Daudzšūnu organismu evolūcijas laikā radās funkciju sadalījums starp šūnām, kas izraisīja dzīvnieku un augu spēju pielāgoties mainīgajiem vides apstākļiem paplašināšanos. Iedzimtas šūnu formas atšķirības, to izmēri un daži vielmaiņas aspekti tiek realizēti organisma individuālās attīstības procesā. Galvenā attīstības izpausme ir šūnu diferenciācija, to strukturālā un funkcionālā specializācija. Diferencētām šūnām ir tāds pats hromosomu komplekts kā apaugļotai olšūnai. To pierāda, pārstādot diferencētas šūnas kodolu iepriekš atdalītā olā, pēc kuras var attīstīties pilnvērtīgs organisms. Tādējādi atšķirības starp diferencētajām šūnām nosaka dažādas aktīvo un neaktīvo gēnu attiecības, no kurām katra kodē noteikta proteīna biosintēzi. Spriežot pēc olbaltumvielu sastāva, diferencētās šūnās ir aktīva (transkripcijas spējīga) tikai neliela daļa (apmēram 10%) konkrētā organisma tipa šūnām raksturīgo gēnu. No tiem tikai daži ir atbildīgi par īpašu šūnu funkciju, bet pārējie nodrošina vispārējās šūnu funkcijas. Tādējādi gēni, kas kodē saraušanās proteīnu struktūru, ir aktīvi muskuļu šūnās, gēni, kas kodē hemoglobīna biosintēzi utt., eritroīdās šūnās. Taču katrā šūnā aktīviem jābūt gēniem, kas nosaka visām šūnām nepieciešamo vielu un struktūru biosintēzi, piemēram, vielu enerģētiskajās transformācijās iesaistītajiem enzīmiem.

Šūnu specializācijas procesā īpaši spēcīgi var attīstīties atsevišķas vispārējās šūnu funkcijas. Tādējādi dziedzeru šūnās sintētiskā aktivitāte ir visizteiktākā, muskuļu šūnas ir visvairāk kontrakcijas, un nervu šūnas ir visvairāk uzbudināmas. Augsti specializētās šūnās tiek atrastas struktūras, kas raksturīgas tikai šīm šūnām (piemēram, dzīvniekiem - muskuļu miofibrillas, tonofibrillas un dažu integrālo šūnu skropstas, nervu šūnu neirofibrillas, flagellas vienšūņos vai daudzšūnu organismu spermatozoīdos). Dažreiz specializāciju pavada noteiktu īpašību zudums (piemēram, nervu šūnas zaudē spēju vairoties; zīdītāju zarnu epitēlija šūnu kodoli nespēj sintezēt RNS nobriedušā stāvoklī; zīdītāju nobriedušām sarkanajām asins šūnām trūkst kodola).

Ķermenim svarīgu funkciju veikšana dažkārt ir saistīta ar šūnu nāvi. Tādējādi ādas epidermas šūnas pamazām keratinizējas un atmirst, bet kādu laiku paliek slānī, pasargājot apakšējos audus no bojājumiem un infekcijas. Tauku dziedzeros šūnas pamazām pārvēršas tauku pilienos, ko organisms izmanto vai izvada.

Lai veiktu noteiktas audu funkcijas, šūnas veido nešūnu struktūras. Galvenie to veidošanās veidi ir citoplazmas komponentu sekrēcija vai transformācija. Tādējādi ievērojamu daļu zemādas audu, skrimšļa un kaula apjoma veido intersticiāla viela - saistaudu šūnu atvasinājums. Asins šūnas dzīvo šķidrā vidē (asins plazmā), kas satur olbaltumvielas, cukurus un citas vielas, ko ražo dažādas ķermeņa šūnas. Slāni veidojošās epitēlija šūnas ieskauj plāns difūzi izkliedētu vielu slānis, galvenokārt glikoproteīni (tā sauktais cementa jeb supramembrānas komponents). Posmkāju ārējais apvalks un gliemju čaumalas arī ir šūnu sekrēcijas produkti. Specializēto šūnu mijiedarbība ir nepieciešams nosacījums organisma un bieži arī pašu šo šūnu dzīvībai. Atņemtas saiknes savā starpā, piemēram, kultūrā, šūnas ātri zaudē tām raksturīgās īpašās funkcijas.

Šūna(turpmāk tekstā – K.) ir elementāra dzīva sistēma, kas spēj patstāvīgi pastāvēt, pašatvairot un attīstīties; visu dzīvnieku un augu uzbūves un dzīvības aktivitātes pamats. Šūnas pastāv gan kā neatkarīgi organismi (vienšūņi), gan kā daļa no daudzšūnu organismiem (audu šūnas). Terminu “šūna” ierosināja angļu mikroskopists Roberts Huks (Robert Hooke, 1635. gada 18. jūlijs, Vaitas sala, Anglija – 1703. gada 3. marts, Londona).

Rīsi. 1. Šūnu struktūra:

Citoloģija ir īpašas bioloģijas nozares - citoloģijas - studiju priekšmets. Sistemātiska k izpēte sākās tikai 19. gs. Viens no tā laika lielākajiem zinātniskajiem vispārinājumiem bija šūnu teorija, kas apgalvoja visas dzīvās dabas struktūras vienotību. Dzīvības izpēte šūnu līmenī ir mūsdienu bioloģisko pētījumu pamatā.

Katras šūnas struktūrā un funkcijās tiek atrastas visām šūnām kopīgas pazīmes, kas atspoguļo to izcelsmes vienotību no primārajiem organiskajiem kompleksiem. Dažādu šūnu īpašās īpašības ir to specializācijas rezultāts evolūcijas procesā. Tādējādi visas šūnas līdzīgi regulē, dubultojas un izmanto savu iedzimto materiālu, saņem un izmanto enerģiju. Tajā pašā laikā dažādi vienšūnas organismi (amēbas, ciliāti u.c.) ļoti atšķiras pēc izmēra, formas un uzvedības. Daudzšūnu organismu īpašības atšķiras ne mazāk krasi. Tādējādi cilvēkiem ir limfoīdās šūnas - mazas (ap 10 mikronu diametrā) apaļas šūnas, kas piedalās reakcijās, un šūnas, no kurām dažās ir vairāk nekā metru gari procesi; šie K. veic galvenās regulējošās funkcijas organismā.

Rīsi. 2. Metabolisms šūnā

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

Šūnu izpētes metodes

Pirmā citoloģiskā metode bija dzīvu šūnu mikroskopija. Mūsdienu intravitālās (vitālās) gaismas mikroskopijas versijas - fāzes kontrasts, luminiscence, interference utt. - ļauj izpētīt šūnas formu un dažu tās struktūru vispārējo struktūru, šūnas kustību un to dalīšanos. Sīkāka informācija par šūnu struktūru tiek atklāta tikai pēc īpašas kontrastēšanas, kas tiek panākta, krāsojot nogalinātās šūnas. Jauns posms šūnu struktūras izpētē ir elektronu mikroskopija, kas nodrošina ievērojami lielāku šūnu struktūru izšķirtspēju, salīdzinot ar gaismas mikroskopiju (izšķirtspēja). optiskie instrumenti).

Šūnu ķīmiskais sastāvs tiek pētīts ar cito- un histoķīmiskām metodēm, kas ļauj noteikt vielu lokalizāciju un koncentrāciju šūnu struktūrās, vielu sintēzes intensitāti un to kustību šūnās ļauj pētīt citofizioloģiskās metodes šūnu funkcijas, piemēram, ierosināšana un sekrēcija.

Šūnu vispārīgās īpašības

Katrā šūnā tiek izdalītas divas galvenās daļas - kodols un citoplazma (skat. Citoplazma), kurā savukārt var izdalīt struktūras, kas atšķiras pēc formas, izmēra, iekšējās struktūras, ķīmiskajām īpašībām un funkcijām. Dažas no tām – tā sauktās organellas – ir vitāli svarīgas šūnām un ir atrodamas visās šūnās. Citi ir šūnu darbības produkti, kas pārstāv pagaidu veidojumus. Specializētās struktūrās tiek veikta dažādu bioķīmisko funkciju atdalīšana, kas veicina neviendabīgu procesu īstenošanu vienā un tajā pašā šūnā, tostarp daudzu vielu sintēzi un sadalīšanos.

Kodolorganellās - hromosomās (skat. Hromosomas), to galvenajā komponentā glabājas ģenētiskā informācija par noteiktas sugas organismam raksturīgo uzbūvi. Vēl viena svarīga DNS īpašība ir pašreproducēšanās spēja, kas nodrošina gan iedzimtības informācijas stabilitāti, gan tās nepārtrauktību – nodošanu nākamajām paaudzēm. Ierobežotās DNS daļās, kas aptver vairākus gēnus, tāpat kā veidnēs, tiek sintezētas ribonukleīnskābes - tiešie proteīnu sintēzes dalībnieki. DNS koda pārnešana (transkripcija) notiek ziņotāja RNS (i-RNS) sintēzes laikā.

Olbaltumvielas – fermenti, struktūras detaļas un dažādu procesu, tostarp transkripcijas, regulatori, galu galā nosaka visus šūnu dzīves aspektus, ļaujot šūnām saglabāt savu individualitāti, neskatoties uz nepārtraukti mainīgo vidi. Kamēr baktēriju šūnās tiek sintezēti aptuveni 1000 dažādu proteīnu, gandrīz katrā cilvēka šūnā tiek sintezēti vairāk nekā 10 000. Tādējādi organismu evolūcijas laikā ievērojami palielinās intracelulāro procesu daudzveidība. Kodola apvalks, kas atdala tā saturu no citoplazmas, sastāv no divām membrānām, kas caurstrāvotas ar porām - specializētām zonām noteiktu savienojumu transportēšanai no kodola uz citoplazmu un atpakaļ. Citas vielas iziet cauri membrānām difūzijas vai aktīva transporta ceļā, kam nepieciešama enerģija.

Šūnu citoplazmā notiek daudzi procesi, kuros piedalās endoplazmatiskā tīkla membrānas - galvenā šūnu sintezējošā sistēma, kā arī Golgi komplekss un. Atšķirības starp dažādu organellu membrānām nosaka tās veidojošo olbaltumvielu un lipīdu īpašības. Ribosomas ir pievienotas dažām endoplazmatiskā tīkla membrānām; šeit notiek intensīva olbaltumvielu sintēze. Šāds granulēts endoplazmatiskais tīklojums ir īpaši izstrādāts šūnās, kas izdala vai intensīvi atjauno proteīnu, piemēram, cilvēka aknu šūnās un nervu šūnās. Citas bioloģiskās membrānas, kurās nav ribosomu (gluds kontūru tīkls), ietver fermentus, kas iesaistīti ogļhidrātu-olbaltumvielu sintēzē. un lipīdu kompleksi.

Šūnu aktivitātes produkti var īslaicīgi uzkrāties endoplazmatiskā retikuluma kanālos. Dažās šūnās vielu virzīta transportēšana notiek pa kanāliem. Pirms izvadīšanas no asinsrites vielas koncentrējas lamelārajā kompleksā (Golgi kompleksā). Šeit tiek izolēti dažādi šūnu ieslēgumi, piemēram, sekrēcijas vai pigmenta granulas, un veidojas lizosomas - pūslīši, kas satur hidrolītiskos enzīmus un piedalās daudzu vielu intracelulārajā gremošanā. Kanālu, vakuolu un pūslīšu sistēma, ko ieskauj membrānas, veido vienu veselumu. Tādējādi endoplazmatiskais tīkls var nepārtraukti iekļūt membrānās, kas ieskauj kodolu, savienoties ar citoplazmas membrānu un veidot Golgi kompleksu. Tomēr šie savienojumi ir nestabili. Bieži un daudzās šūnās parasti tiek atdalītas dažādas membrānas struktūras un apmainās ar vielām caur hialoplazmu.

Šūnu enerģija lielā mērā ir atkarīga no mitohondriju darbības. To skaits dažāda veida šūnās svārstās no desmitiem līdz tūkstošiem. Piemēram, cilvēka aknās ir aptuveni 2 tūkstoši mitohondriju; to kopējais tilpums ir vismaz 1/5 no K tilpuma. Mitohondrija ārējā membrāna norobežo to no citoplazmas uz iekšējās membrānas, notiek vielu galvenās enerģētiskās pārvērtības, kuru rezultātā veidojas ar enerģiju bagāts savienojums veidojas adenozīntrifosforskābe (ATP), universāls enerģijas nesējs K.

Mitohondriji satur DNS un spēj pašatvairot; tomēr mitohondriju autonomija ir relatīva, to vairošanās un darbība ir atkarīga no kodola. Pateicoties ATP enerģijai, organismā tiek veiktas dažādas sintēzes, vielu transportēšana un izdalīšanās, mehāniskais darbs, procesu regulēšana u.c. Struktūras, kas izskatās kā submikroskopiska izmēra caurules, piedalās šūnu dalīšanā un dažreiz arī to kustībā. Šādu struktūru “montāža” un funkcionēšana ir atkarīga no centrioliem, ar kuru līdzdalību tiek organizēta šūnu dalīšanās vārpsta, kas saistīta ar hromosomu kustību un dalīšanās ass orientāciju K. Bāzes ķermeņi - centriolu atvasinājumi ir nepieciešami flagellu un skropstu uzbūvei un normālai funkcionēšanai - kustību un sensoro K. veidojumu, kuru struktūra vienšūņiem un dažādos daudzšūnu K. ir viena tipa.

Atgriezeniskas izmaiņas jonu attiecībās šūnā un vidē ir pamatā šūnu bioelektriskajai aktivitātei, kas ir viens no svarīgiem faktoriem signālu pārraidē no vienas šūnas uz otru (bioelektriskie potenciāli). Veidojot invaginācijas, kas pēc tam šūnā aizveras un atdalās vezikulu veidā, plazmas membrāna spēj uztvert lielu molekulu šķīdumus (pinocitoze) vai pat atsevišķas vairāku mikronu lieluma daļiņas (fagocitoze). Tādā veidā dažas baktērijas tiek pabarotas, vielas tiek pārnestas caur šūnām, un baktērijas tiek uztvertas ar fagocītiem. Plazmas membrānas īpašības ir saistītas arī ar adhēzijas spēkiem, kas daudzos gadījumos notur šūnas vienu pie otras, piemēram, ķermeņa vai iekšējo orgānu apvalkā.

Šūnu adhēziju un komunikāciju nodrošina membrānu un īpašu membrānu struktūru - desmosomu ķīmiskā mijiedarbība.

Vispārīgi aplūkotā šūnu struktūras shēma ir raksturīga gan dzīvnieku, gan augu šūnu galvenajās iezīmēs. Taču ir arī būtiskas atšķirības dzīvnieku vielmaiņas īpašībās un augu šūnu struktūrā.

Rīsi. 3. Dzīvnieku un augu šūnu daudzveidība:

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

1 - aksolotla aknu šūna, citoplazmā - sarkanie mitohondriji un purpursarkano proteīnu ieslēgumi, kodolā - sarkans kodols un zilā hromatīna ķekars; 2 - aksolotla hromatofors, kas pildīts ar pigmenta granulām; 3 - vardes sarkanās asins šūnas; 4 - žurkas smadzenīšu Purkina šūna; 5 - spirogyra aļģu šūna.

Augu šūnas

Augu šūnas virs plazmas membrānas parasti ir pārklātas ar cietu ārējo apvalku (tā var nebūt tikai dzimumšūnās), kas vairumā augu sastāv galvenokārt no polisaharīdiem: celulozes, pektīnvielām un hemicelulozēm, kā arī sēnēs un dažās aļģēs. - no hitīna. Membrānas ir aprīkotas ar porām, caur kurām blakus esošās šūnas tiek savienotas viena ar otru ar citoplazmas izaugumu palīdzību. Šūnām augot un attīstoties, mainās čaumalas sastāvs un struktūra.

K. čaumalas nosaka auga mehāniskās īpašības. Dažu augu audu šūnas izceļas ar īpaši biezām un spēcīgām sieniņām, kas pēc šūnu nāves saglabā savas skeleta funkcijas vakuoli ir dažādu sāļu, ogļhidrātu un organisko skābju, alkaloīdu, aminoskābju, olbaltumvielu šķīdums, kā arī ūdens padeve. Uzturvielas var nogulsnēties vakuolos.

Augu šūnas citoplazmā ir īpašas organellas - plastidi; leikoplasti (bieži tajos nogulsnējas ciete), hloroplasti (satur galvenokārt hlorofilu un veic fotosintēzi) un hromoplasti (satur pigmentus no karotinoīdu grupas). Plastīdi, tāpat kā mitohondriji, spēj pašatvairot. Golgi kompleksu augu šūnās attēlo diktiosomas, kas izkaisītas visā citoplazmā.

Rīsi. 4. Augu šūnas iekšējā uzbūve

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

Rīsi. 5. Auga izglītības audu (meristēmas) šūnas struktūras shēma:

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

1 - šūnu siena; 2 - plazmodesmata; 3 - plazmas membrāna; 4 - endoplazmatiskais tīkls; 5 - vakuoli; 6 - ribosomas; 7 - mitohondriji; 8 - plastids; 9 - Golgi komplekss; 10 - serdes apvalks; 11 - poras kodola apvalkā; 12 - hromatīns; 13 - kodols.

Vienšūnu organismi

Vienšūņu izpēte ir ļoti interesanta, lai noskaidrotu šūnu filoģenētiskās spējas: evolūcijas izmaiņas organismā notiek šūnu līmenī. Atšķirībā no vienšūņiem un daudzšūnu organismiem baktērijām, zilaļģēm un aktinomicetiem nav izveidots kodols un hromosomas. Viņu ģenētisko aparātu, ko sauc par nukleoīdu, attēlo DNS virknes, un to neapņem apvalks.

Vēl vairāk tie atšķiras no daudzšūnu organismu šūnām un no vienšūņiem, kuriem trūkst vielmaiņai nepieciešamo pamata enzīmu. Tāpēc vīrusi var augt un vairoties, tikai iekļūstot šūnās un izmantojot to enzīmu sistēmas.

Rīsi. 6. Dzīvnieku un augu šūnu daudzveidība:

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

1 - redzamas vardes nieru šūnas, mitohondriji; 2 - cilvēka mugurkaula ganglija sensorā šūna, redzams Golgi komplekss; 3 - megakariocīts no cilvēka kaulu smadzenēm; 4 - šūna no žurkas zemādas audiem; 5 - ir redzamas cilvēka šūnas, Golgi komplekss un sekrēcijas granulas; 6 - cilvēka neitrofīlais leikocīts; 7 - cilvēka zarnu gludās muskulatūras šūna; 8 - tuklo šūnas irdenos žurkas saistaudos; 9 - cilvēka eritrocīti; 10 - kamieļu eritrocīti; 11 - cilvēka smadzeņu garozas mazās un lielās piramīdveida šūnas; 12 - vistas sarkanās asins šūnas; 13 - Tradescantia putekšņveida pavediena matu šūna; 14 - Elodea lapu šūnas; 15 - maijpuķītes augļu šūna; 16 - cūku eritrocīti.

Īpašas šūnu funkcijas

Diferencētām šūnām ir tāds pats hromosomu komplekts kā apaugļotai olšūnai. To pierāda diferencētas šūnas kodola pārstādīšana olšūnā, kas iepriekš ir dekodēta, un pēc tam var attīstīties pilnvērtīgs organisms. Tādējādi atšķirības starp diferencētajām šūnām acīmredzot nosaka dažādas aktīvo un neaktīvo gēnu attiecības, no kurām katra kodē noteikta proteīna biosintēzi.

Spriežot pēc proteīnu sastāva, diferencētās šūnās aktīvi (spējīgi transkripcijai) ir tikai neliela daļa (apmēram 10%) no konkrētā organisma tipa šūnām raksturīgo gēnu. No tiem tikai daži ir atbildīgi par šūnu īpašo funkciju, bet pārējie nodrošina vispārējās šūnu funkcijas. Tātad muskuļu šūnās aktīvi darbojas gēni, kas kodē saraušanās proteīnu struktūru, eritroīdās šūnās - biosintēzi kodē gēni utt. Taču katrā šūnā ir jābūt aktīviem gēniem, kas nosaka visām šūnām nepieciešamo vielu un struktūru biosintēzi, piemēram, vielu enerģētiskajās transformācijās iesaistītajiem fermentiem.

Šūnu specializācijas procesā īpaši spēcīgi var attīstīties to individuālās vispārējās šūnu funkcijas. Tādējādi dziedzeru šūnās sintētiskā aktivitāte ir visizteiktākā, savukārt muskuļu šūnas ir visizteiktākās un uzbudināmākās. Augsti specializētās šūnās tiek atrastas struktūras, kas raksturīgas tikai šīm šūnām (piemēram, dzīvniekiem - muskuļu miofibrillas, tonofibrillas un dažu integrālo šūnu skropstas, nervu šūnu neirofibrillas, flagellas vienšūņos vai daudzšūnu organismu spermatozoīdos). Dažkārt specializāciju pavada noteiktu īpašību zudums (piemēram, nervu šūnas zaudē spēju vairoties; zīdītāju zarnu epitēlija šūnu kodoli nespēj sintezēt RNS nobriedušā stāvoklī; nobriedušiem zīdītājiem trūkst kodola).

Ķermenim svarīgu funkciju veikšana dažkārt ir saistīta ar šūnu nāvi. Tātad, K. epidermis pamazām keratinizējas un atmirst, bet kādu laiku paliek slānī, pasargājot apakšējos audus no bojājumiem un. Tauku dziedzeros sebums pamazām pārvēršas pilienos, kurus organisms izmanto vai izdala.

Slāni veidojošās epitēlija šūnas ieskauj plāns difūzi izkliedētu vielu slānis, galvenokārt glikoproteīni (tā sauktais cementa jeb supramembrānas komponents). Arī posmkāju un gliemju čaumalu ārējie apvalki ir K izstrādājumi.

Specializēto šūnu mijiedarbība ir nepieciešams nosacījums organisma un nereti arī pašu šūnu dzīvībai (histoloģija). Atņemtas saiknes savā starpā, piemēram, kultūrā, kopienas ātri zaudē tām raksturīgās īpašās funkcijas.

Rīsi. 7. Dzīvnieka epitēlija šūnas vispārīgs skats dažādos palielinājumos:

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

a - optiskajā mikroskopā; b - elektronu mikroskopa mazā palielinājumā; c - ar lielu palielinājumu.

Kodola struktūras: 1 - kodols; 2 - hromatīns (hromosomu daļas); 3 - kodola membrāna.

Citoplazmas struktūras: 4 - ribosomas; 5 - granulēts (ar ribosomu pārklāts) endoplazmatiskais tīkls; 6 - gludu kontūru tīkls; 7 - Golgi komplekss; 8 - mitohondriji; 9 - multivezikulāri (vairāku burbuļu) ķermeņi; 10 - sekrēcijas granulas; 11 - tauku ieslēgumi; 12 - plazmas membrāna; 13 - desmosome.

Šūnu dalīšanās

Šūnu spēja vairoties ir balstīta uz unikālo DNS īpašību paškopēties un reproducēto hromosomu stingri līdzvērtīgu sadalījumu. Sadalīšanās rezultātā veidojas divas šūnas, kas pēc ģenētiskajām īpašībām ir identiskas oriģinālajai un ar atjauninātu kodola un citoplazmas sastāvu. Hromosomu pašreprodukcijas procesi, to dalīšanās, divu kodolu veidošanās un citoplazmas dalīšanās tiek atdalīti, kolektīvi veidojot hromosomas mitotisko ciklu Ja pēc dalīšanās hromosoma sāk gatavoties nākamajai dalīšanai , mitotiskais cikls sakrīt ar hromosomas dzīves ciklu Tomēr daudzos gadījumos pēc dalīšanās (un dažreiz arī pirms tās) šūnas iziet no mitotiskā cikla, diferencējas un veic vienu vai otru īpašu funkciju organismā. Šādu šūnu sastāvs var tikt atjaunots slikti diferencētu šūnu dalīšanās dēļ. Dažos audos diferencētas šūnas spēj atkārtoti iekļūt mitotiskajā ciklā.

Nervu audos diferencētas šūnas nedalās; daudzi no viņiem dzīvo tik ilgi, cik ķermenis kopumā, tas ir, cilvēkiem - vairākus gadu desmitus. Tajā pašā laikā nervu šūnu kodoli nezaudē savu spēju dalīties: tiek pārstādīti šūnu citoplazmā, neironu kodoli sintezē DNS un dalās. Eksperimenti ar hibrīdšūnām parāda citoplazmas ietekmi uz kodolfunkciju izpausmēm. Nepietiekama sagatavošanās dalīšanai novērš mitozi vai izkropļo tās gaitu. Tādējādi dažos gadījumos citoplazma nedalās un veidojas divkodolu šūna Atkārtota kodolu dalīšanās nedalošā šūnā izraisa daudzkodolu šūnu vai sarežģītu supracelulāru struktūru (simplastu) parādīšanos, piemēram, šķērssvītrotos muskuļos.

Dažreiz šūnu reprodukcija aprobežojas ar hromosomu pavairošanu, un veidojas poliploīda šūna, kurai ir dubultots (salīdzinājumā ar sākotnējo šūnu) hromosomu komplekts. Poliploidizācija palielina sintētisko aktivitāti un palielina K izmēru un svaru.

Rīsi. 8. Augstāko augu šūnu daudzveidība:

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

a, b - meristēmiskās šūnas; c - cieti saturoša šūna no uzglabāšanas parenhīmas; g - šūna; e - putekšņu ligzdas sekrēcijas slāņa divkodolu šūna; e - asimilācijas lapu audu šūna ar hloroplastiem; g - sieta caurules segments ar pavadošo šūnu; h - akmeņaina šūna; un - locītava.

Šūnu atjaunošana

Katrai šūnai ilgstošai darbībai nepieciešama nolietoto konstrukciju atjaunošana, kā arī ārējās ietekmes radīto šūnu bojājumu likvidēšana. Visām šūnām raksturīgie reģeneratīvie procesi ir saistīti ar plazmas membrānas caurlaidības izmaiņām, un tos pavada intracelulārās sintēzes, galvenokārt olbaltumvielu sintēzes, palielināšanās. Daudzos audos atjaunošanas procesu stimulēšana noved pie ģenētiskā aparāta vairošanās un šūnu dalīšanās; tas ir raksturīgs, piemēram, ādai vai hematopoētiskajai sistēmai. Šajos audos intracelulārās atjaunošanās procesi ir vāji izteikti, un to šūnas dzīvo salīdzinoši īslaicīgi (piemēram, zīdītāju zarnu gļotādas šūnas - tikai dažas dienas). Intracelulārie atjaunošanas procesi sasniedz maksimālo izpausmi nedalošās vai slikti dalās šūnu populācijās, piemēram, nervu šūnās. Šūnu iekšējās atjaunošanas procesu pilnības rādītājs ir to dzīves ilgums; daudzām nervu šūnām tas sakrīt ar visa organisma dzīves ilgumu.

Rīsi. 9. Žurku vairogdziedzera šūnas ar ieslēgumiem (18 000 reizes palielinātas):

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

Leģenda: 1 - kodols, 2 - kodola apvalks, 3 - šūnu membrāna, 4 - endoplazmatiskais tīkls, 5 - mitohondriji, 6 - Golgi komplekss, 7 - blīvi ķermeņi, 8 - ribosomas.

Šūnu mutācijas

Parasti DNS reprodukcijas process notiek bez novirzēm, un ģenētiskais kods paliek nemainīgs, kas nodrošina viena un tā paša proteīnu kopuma sintēzi daudzās šūnu paaudzēs. Taču retos gadījumos var rasties mutācija – daļēja gēna struktūras maiņa. Tās galīgais efekts ir izmaiņas proteīnu īpašībās, ko kodē mutantu gēni. Ja tiek ietekmētas svarīgas enzīmu sistēmas, būtiski mainās šūnas un dažreiz visa organisma īpašības. Tādējādi mutācija vienā no gēniem, kas kontrolē hemoglobīna sintēzi, noved pie nopietnas slimības -. Labvēlīgo mutāciju dabiskā atlase ir svarīgs evolūcijas mehānisms.

Rīsi. 10. Specializēta membrānu (poraino plākšņu) forma nobriestošās stores olas citoplazmā (palielināta 35 000 reizes):

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

Leģenda: 5 - mitohondriji, 9 - porainas plāksnes.

Šūnu funkciju regulēšana

Galvenais intracelulāro procesu regulēšanas mehānisms ir saistīts ar dažādu ietekmi uz fermentiem - ļoti specifiskiem bioķīmisko reakciju katalizatoriem. Regulēšanu var veikt ģenētiskā līmenī, kad tiek noteikts fermentu sastāvs vai konkrēta enzīma daudzums K. Pēdējā gadījumā regulēšana var notikt arī translācijas līmenī. Cits regulēšanas veids ir ietekme uz pašu fermentu, kas var izraisīt gan tā aktivitātes inhibīciju, gan stimulēšanu. Regulēšanas struktūras līmenis - ietekme uz šūnu struktūru montāžu: membrānām, ribosomām utt. Specifiski intracelulāro procesu regulatori var būt nervu ietekme, hormoni, īpašas vielas, ko ražo šūnas iekšienē vai apkārtējās šūnās (īpaši olbaltumvielas), vai paši reakcijas produkti. Pēdējā gadījumā iedarbība tiek veikta saskaņā ar atgriezeniskās saites principu, kad reakcijas produkts ietekmē fermenta aktivitāti, kas katalizē šo reakciju. Regulēšanu var veikt, transportējot prekursorus un jonus, ietekmējot matricas sintēzi (RNS, polisomas, sintēzes enzīmus), mainot regulētā enzīma formu.

Ietekme uz šūnām tiek izmantota ārstēšanai un. Daudzas ārstnieciskās vielas izmaina noteiktu nervu šūnu darbību. Tādējādi trankvilizatori un pretsāpju līdzekļi samazina nervu šūnu aktivitātes intensitāti, bet stimulanti to pastiprina. Dažas vielas stimulē muskuļu trauku kontrakciju, citas - dzemdes

Leģenda: 5 - mitohondriji, 10 - miofibrils.

Rīsi. 12. Divu žurku vairogdziedzera šūnu sekcijas (palielinātas 30 000 reižu):

(noklikšķiniet uz attēla, lai palielinātu)

Leģenda: 3 - šūnu membrāna, 4 - endoplazmatiskais tīkls, 5 - mitohondriji, 6 - Golgi komplekss.

Lasiet vairāk par šūnām literatūrā:

Nikolajs Konstantinovičs Koļcovs., Kameras organizācija, M. - L., 1936;
Edmunds Vilsons., Šūna un tās loma attīstībā un iedzimtībā, tulkojums no angļu valodas, 1. - 2. sēj., M. - L., 1936. - 1940.;
Dmitrijs Nikolajevičs Nasonovs un Vladimirs Jakovļevičs Aleksandrovs, Dzīvās vielas reakcija uz ārējām ietekmēm, M. - L., 1940;
Boriss Vasiļjevičs Kedrovskis., Olbaltumvielu sintēzes citoloģija dzīvnieka šūnā, Maskava, 1959;
Mezia D., Mitoze un šūnu dalīšanās fizioloģija, trans. no angļu val., M., 1963;
Citoloģijas rokasgrāmata, 1. - 2. sēj., M. - L., 1965. - 66.;
Vsevolods Jakovļevičs Brodskis., Šūnu trofisms, M., 1966;
Living Cell, [Rakstu krājums], tulkojums no angļu valodas, M., 1966;
De Robertis E., Novinsky V., Saez F., Cell Biology, tulk. no angļu val., M., 1967;
Jurijs Markovičs Vasiļjevs un Andrejs Georgijevičs Malenkovs., Šūnu virsma un šūnu reakcijas, L., 1968;
Joseph Aleksandrovich Alov, Braude A.I., Aspiz M.E., Fundamentals offunctional cell morphology, 2. edition, M., 1969;
Löwy A., Sikiewitz F., Šūnu struktūra un funkcija, trans. no angļu val., M., 1971;
Molekulārās citoloģijas rokasgrāmata, ed. A. Lima-de-Faria, Amst., 1969. gads.