Celija: Struktura i znacaj (Deo 1)

Celija: Struktura i znacaj

Celija: Struktura i znacaj – Osnovna jedinica gradje i funkcije svih zivih bica, kljucna za organizam i sve bioloske procese.

U slucaju da ste propustili : Osnovi opste fiziologije

Osnovi opste fiziologije 25

Iz biologije je poznato da je celija osnovna morfoloska i funkcionalna jedinica organizma. Njene morfoloske odlike proucava histologija , a njen sastav i fizicko-hemijske odlike biohemija i biofizika .

Sve do nedavno postojalo je vrlo malo podataka o funkciji same celije .

Medjutim , u toku poslednje dve decenije , zahvaljujucim novim tehnickim sredstvima i novim metodama proucavanja , dobiveno je dosta podataka i o zivotnim manifestacijama , tj. o funkcijama same celije , kaoo i funcionalnom znacaju pojedinih njenih delova.

Celija: Struktura i znacaj. Stoga se danas s puno prava moze govoriti i o fiziologiji same celije , a vecina savremenih udzbenika fiziologije , bez obzira na obim , govore i o funkciji same celije .

Celija: Struktura i znacaj . Narocito vazno je istaci da , i pored svih raznovrsnosti u gradji i specificnosti koje pokazuju celije raznih organizama odnosnoo celije ranih tkiva i organa istog organizma , postoje i odredjene zajednicke funkcionalne karakteristike tipicne za sve celije.

Navescemo neke od tih oblika koje ujedno spadaju i u najbitnije odlike zivota:

Razmena materije sa okolnom sredinom , niz karakteristika u vezi sa propustljivoscu celicnemembrane , procesi na povrsini celicne membrane koji se odigravaju u toku procesa radrazenja , odigravanje najvaznijih oksidacionih procesa i konzerviranje energije u obliku fosfatnih jedinjenja bogatih energijom ( adenozin- trifosfata ) u mitohondrijama , prisustvo dezoksiribonukleinskih kiselina u jedrima i njihova uloga u prenosenju naslednih osobina i regulisanju sinteze specificnih belancevina – preko sinteze specificnih ribonukleinskih kiselina itd.

Celija: Struktura i znacaj . Zbog svega recenog i mi cemo ovde , sasvim ukratko , dati neke osnovne podatke o najvaznijim odlikama celija .

Celija morfoloske i biohemijske odlike

Celija morfoloske i biohemijske odlike . Zavisno od organa u kome se nalaze i osnovne funkcije , celije mogu imati veoma razlicit oblik i velicinu .

Celija morfoloske i biohemijske odlike .Pri prikazivanju opstih odlika celije uzecemo sematski prikazanu ovalnu ili poliedarsku celiju i dati karakteristike njenih najvaznijih delova .

Celija morfoloske i biohemijske odlike . Podaci o sastavu pa i o funkcionalnom znacaju pojedinih delova celije , dobiveni su primenom raznih metoda , od kojih kao najvaznije pominjemo :

Mikroskopsko proucavanje nativnih , fiksiranih i obojenih celija , razne mikrohemijske i citohemijske probe , primenu elektronskog mikroskopa , ultracentrifugovanje izdvojenih celija i uporedno proucavanje gradje pre i posle ultracentrifugovanja , kao i izdavanje pojedinih delova celije putem postupnog ( difericijalnog ) centrifugovanja.

Celija morfoloske i biohemijske odlike. Metoda diferencijalnog ultracentrifugovanja primenjuje se na taj nacin sto se najpre u narocitom aparatu (homogenizatoru )isitni komadic nekog organa i razori struktura celije .

Isitnjeno tkivo se potopi u rastvor saharoze , odrdjene specificne tezine , i najpre centrifuguje malom brzinom , obicno centrifugom , pri cemu jedra , kao najveca i najteza , padaju na dno , a ostali delovi celije flotiraju , tj. penju se na povrsinu .

Celija morfoloske i biohemijske odlike . Po odvajanju jedara podesavanjem brzineobrtaja i specificne tezine rastvora dobijaju se 4 frakcije , cije su odlike iznete u tablici .

Broj frakcije	Vrsta centrifuge	Broj obrtaja	Delovi (organele) celije
I	obicna	mali	jedra mitohondrije mikrosomi
II		veliki	jedra mitohondrije mikrosomi
III	ultracentrifuga	preko 50.000 u minutu	jedra mitohondrije mikrosomi
IV	gornja tecnost posle izdvajanja III frakcije ultracentrifugovanjem		amorfni deo protoplazme

Celija morfoloske i biohemijske odlike . Na osnovu ranije pomenutih optickih i drugih metoda , u celiji se razlikuju sledeci morfoloski i funkcijalno vazni delovi :

Celijska membrana (opna) , jedro sa jedarcetom ,, citoplazma , mitohondrije , mikrosomi , Goldzijev aparat , vakuole , inkrustacije itd.

Celicna opna (membrana) cini spoljasni omotac celije i predstavlja viskozniji povrsinski sloj protoplazme , zilave i elasticne konzistencije , koje se moze jasno videti i razlikovati elektronskim mikroskopom .

Celija morfoloske i biohemijske odlike . O daljim odlikama i sastavu celicne opne pisacu pri proucavanju njene propustljivosti .

Jedro ( nucleus) jeste bitni deo celije , najcesce okruglog ili ovalnog oblika i odvojeno je od citoplazme posebnom , dvojnom , jedrovom membranom .

Celija morfoloske i biohemijske odlike . Kao narocito vazne delove jedra , pored opne , treba pomenuti jedarce ( nucleolus) i hromatin, od koga u toku deobe celije postaju hromosomi .

Najvazniji sastojak hromatina, , odnosno hromosoma jesu dezoksiribonukleoproteidi , cija prosteticka grupa , dezoksiribonukleinsa kiselina (DNK) , cini materijalni supstrat prenosenja nasledja i obezbedjuje preko sinteze specificnih ribonukleinskih sintezu specificnih proteina , a time sastavni i funkcionalni indetitet novih celija .

Prema danasnjem gledistu , nosioci naslednih faktora – geni – jesu odredjeni specificni delovi dzinovskog molekula dezoksiribonukleinske kiseline .

( O nacinu uloge DNK u prenosenju nasledja i o njihovoj ulozi u sintezi proteina treba se informisati iz biohemije ili genetike )

Celija morfoloske i biohemijske odlike. Karakteristican sastojak jedarceta su ribonukleoproteidi , cija prosteticka grupa , ribonukleinska kiselina (RNK) , igra ulogu u sintezi belancevina jedra.

Celija morfoloske i biohemijske odlike. U jedru se sintetisu i ribonukleinske kiseline citoplaze koje se potom transportuju u citoplazmu i nalaze se u mikrosomima.

Celija morfoloske i biohemijske odlike. Citoplazma

Citoplazma cini sadrzaj unutrasnjosti celije . To je slozeni fizicko-hemijski sistem , koji pored vode i mineralnih soli sadrzi proste belancevine – albumine i globuline , razne lipoide , vecim delom vezane za belancevine male molekulske tezine , veliki broj fermenata – razne hidroliticke fermente , fermente mlecnokiselinskog vrenja , fermente koji aktivisu amino-kiseline i omogucuju pocetnu fazu sinteze belancevina , itd.

U fiziko-hemijskom pogledu citoplazma nije homogena : pojedini delovi su gusti i viskozni – nalaze se u gel-stanju , dok se drugi , cesto susedni , nalaze u tecnijem , solo-stanju , pokazujuci veci disperzitet , Braunovo kretanje i strujanje .

Pojedini delovi citoplazme reverzivno ( povratno) prelaze iz gel-oblika u solo-oblik i obrnuto .

Proicavanjem strukture citoplazme elektronskim mikroskopom pokazalo je da je citoplazma izdeljena u vise odeljaka pomocu narocitih membranskih tvorevina – ergastoplazme , na kojima se vide fine , zrnaste tvorevine – Paladove granule .

One se pri diferencijalnom centrifogovanju , posle razaranja strukture celije , izdvajanja u obliku ribosoma .

Mitohondrije

Mitohondrije su celijske organele , tvorevine razlicitog oblika : granuliranog ( zrnastog) ili izduzenog – koncastog , velicine 0.5 do 10 mikrona.U nativnoj citoplazmi se krecu .

Izdeljene su u vise delova – “komorica“, i okruzene dvojnom membranom . Mitohondrije se sastoje od belancevina , od kojih znacajan deo cine lipoproteidi .

Oni sadrze veliki broj fermenata , narocito ensimske sisteme za najvaznije oksidacione reakcije i za konzervisanje energije oslobodjene u tou oksidacionih procesa u obliku fosfatnih jedinjenja bogatih energijom.

Zbog toga ih neki autori nazivaju energetskim centrima ” toplanama” celija.

Mikrosomi (ribosomi)

Mikrosomi jesu sitne zrnaste tvorevine , precnika 500 – 3000A koji se dobijaju ultracentrifugovanjem prethodno razorenih celija .

Sadrze dosta lipoida , visokomolekulskih ribonukleinskih kiselina i fermente koji ucestvuju u procesu sinteze belancevina . U njima se po danasnjem shvatanju , vrsi sinteza primarnog peptidnog lanca u toku procesa sinteze belancevina.

Goldzijev aparat

Goldzijev aparat je sistem velikih vakuola , okruzen dvojnom membranom . Narocito je izrazen u zlezdanim celijama . Smatra se da ima tesnu vezu sa sintezom sekreta.

Ostali delovi . – Pored pobrojanih , u celijama se mogu razlikovati i drugi delovi : vakuole ( supljinice) , ispunjene mastima ili drugim sastojcima , granule ( zrnca ) glikogena i drugih sastojaka itd.

Permeabilitet celicne membrane

Po Danijeliju, jedan od najvaznijih uslova za odrzavanje zivota je osobina celicne opne da neke sastojke spoljasne sredine ili same celije propusta , druge propusta u odredjenim uslovima , a za trece je nepropustljiva.

Stoga je neophodno dati nekoliko cinjenica o strukturi celicne opne i faktorima koji uticu na njen permeabilitet ( propustljivost).

Zivotinjska celicne membrana (opna)jeste lipoproteidska tvorevina debljine 5-100 A , zavisno od vrste celije , sastavljena od dva sloja lipoida i dva sloja belancevina , pri cemu se molekuli lipoida nalaze izmedju molekula belancevina .

U membrani sa elektronskim mikroskopom mogu zapaziti bore kroz koje prolaze razni neorganski i organski sastojci pri ulasku ili izlasku iz celije .

Veoma je znacajna cinjenica sto je celijska membrana sastavljena od proteina i lipoida , na prvom mestu fosfatida , i sto ova jedinjenja pri elektrohemijskoj reakciji kakva je u organizmu imaju negativno elektricno punjenje .

Ovo elektricno punjenje , kao i elektrostaticke privlacne sile koje dejstvuju iz citoplazme ( unutrasnjosti celije) , privlace katjone ( kalijuma), koji na povrsini celija grade elektropozitivni sloj .

Permeabilitet celicne opne je vrlo slozen proces i zavisi od citavog niza faktora .Tu pored osnovnih fizicko-hemijskih zakona difuzije i osmoze igra glavnu ulogu i citav niz drugih faktora koji zavise od prirode same membrane , a narocito od njenog elektricnog punjenja .

Najvazniji faktori od kojih zavisi celicni permeabilitet su:

• osmoza
• abnormalna i negativna osmoza
• raspodela sastojaka po Donenovoj ravnotezi
• rastvorljivost hemijskih supstancija u sastojcima membrane
• aktivni transport nekih sastojaka
• pinocitoza

Permeabilitet celicne membrane – osmoza

Osmoza . Pronalazak vode i nekih drugih supstancija male molekilske tezine kroz celicnu membranu odigrava se najvecim delom po zakonima osmoze .Znaci , ulazakk vode i tih supstancija zavisice od njihove ukupne kocentracije u celijama i ekstracelularnoj tecnosti , koj aokruzuje celije.

Ukolikoo je kocentracija tih supstancija u celijama manja , one ce ulazitiu celije , dok se pri vecoj koncetraciji ,, naprotiv , izlazi iz celija .

Sa vodom je stvar drukcija . Ukoliko je ukupna kocentracija rastvorenih sastojaka veca u celiji , bice i osmosti pritisak veci i voda ce ulaziti iz oblasti nize koncetracije , tj. iz ekstracelularne tecnosti celije .

U toku procesa prometa materije u celijama , cesto od materija vece molekulske tezine , postaje veci broj cestica manje molekulske tezine , cime ukupna kocentracija raste .

Tako , na primer , od molekula glukoze postaju najpre dva molekula mlecne kiseline , a zatim ukupno 6 molekula ugljen-dioksida , cijimm rastvaranjem u vodi postaje isti toliki broj molekula ugljene kiseline odnosno bikarbonata .

U toku razlaganja masnih kiselina od palmitinske kiseline (C₁₆H₃₂O₂) postaje najpre 8 molekula sircetne kiseline ( C₂H₄O₂) , a zatim od svakog molekula sircetne kiseline po dva molekula (CO₂).

Medju materijama koje se kroz celicnu membranu krecu po zakonima osmoze pomenucemo aminokiseline , koje ulaze u celije , a zatim metabolicke proizvode : ureju, amonijak i bikarbonate , koji izlaze iz celija u ekstracelularnu tecnost .

Permeabilitet celicne membrane – abnormalna i negativna osmoza

Abnormalna i negativna osmoza. Vec je receno da celicna opna koja je sastavljena od belancevinsko-lipoidnog komplesa ima odredjeno elektricno punjenje koje zavisi od reakcije sa obe strane membrane .

Usled toga , u odredjenim uslovima i pri odredjenom funkcionalnom stanju celicne elektrostaticke privlacne sile celicne membrane mogu uticati na molekule vode i na taj nacin omoguciti kretanje vode – bilo izlazak ili ulazak –nezavino od kocentracije rastvora s obe strane membrane , znaci i u pravcu vise osmotskog pritiska – negativna osmoza.

O abnormalnoj i negativnoj osmozi moze se vise naci podataka u biohemiji . Vazno je istaci da se abnormalna osmoza javlja na mahove i traje relevantno kratko vreme.

Permeabilitet celicne membrane – Denenova raznoteza

Denenova ravnoteza . Donan je ispitujuci raspodelu jona s obe strane membrane in vitro , konstotavao odrdjeni kvantitativni odnos izmedju pojedinih jona s obe strane membrane u onim slucajevima kada je 1 jon bio mikromolekulski jon , koji nije u stanju da prodje kroz tu membranu .

Permeabilitet celicne membrane. Ako s jedne strane membrane nalazi katjon kalijum , vezan za koloidni anjon An^– , a s druge strane stavi rastvor kalijumove soli sa anjonom , koji moze da prodje kroz membranu (C1^—) , onda ce posle izvesnog vremena usled ulaska KC1 u unutrasnjost celije doci do uspostavljanja ravnoteze pri cemu ce se u unutrasnjosti naci K⁺ i anjon An^– ( koloidni mikromolekul ) i CL^– , dok se spolja nalaze samo joni K⁺ i Cl^— ( posto anjon An^– kao makromolekul nije mogao proci kroz membranu.

Pri tome ce izmedju koncetracije kalijuma i hlorida postojati sledeci odnos s obe strane membrane : K_I*Cl_I=K_II*Cl_II .

Odavde proizilazi da ce koncetracija kalijuma u unutrasnjosti (I) biti veca no spolja (II) jer je tu kalijum vezan za Cl^— i An ^– , dok ce koncetracija hlorida biti veca spolja (II).

Permeabilitet celicne membrane. Proucavanjem koncetracije niza sastojaka , a narocito neorganskih soli , pokazalo je da je odnos tih sastojaka u nizu telesnih tecnosti po Donenovojravnotezi , na primer odnos pomenutih sastojaka u krvi i humor aqueusu ( tecnosti ocne komore) , odnosno cerebrospiralnoj tecnosti .

Permeabilitet celicne membrane aktivni transport

Celija aktivni transport . Eksperimentalno je konstantovano da glukoza , mada odlicno rastvorljiva u vodi , ne prolazi kroz celicnu opnu po zakonima osmoze , nego je za njen ulazak u celiju neophodna odredjena hemijska reakcija , pracena utroskom energije.

Celija aktivni transport . U celicnoj membrani misica , enterocita i niza drugih organa pod uticajem encima heksokinaze , koji se tu nalazi ivezan , dolazi do sjedinjavanja glukoze – glukozo-6-fosfata koji ulazi u celiju .

Celija aktivni transport . Ukoliko se dejstvuje otrovima koji inaktivisu heksokinazu , odnosno pri nedostaktu insulina, koji odrzava aktivnost heksokinaze , poremecen je ulazak glukoze u celije , iako , na primer pri nedostatku insulina , koncetracija glukoze u krvi i ekstracelularnoj tecnosti moze biti mnogo veca nego normalno .

Celija aktivni transport . Takodje je konstatovano da se u celijama nalazioko 20 puta veca koncetracija kalijuma nego u ekstracelularnoj tecnosti , dok je sa natrijumom obrnut slucaj – njegova koncetracija je mnogo veca u ekstracelularnoj tecnosti.

Celija aktivni transport . Ovakva raspodela Na⁺ i K⁺ odrzava se za sve vreme zivota , dok se u celijama vrse procesi prometa materije , posto je jedan deo energije koja se u ovim procesima oslobadja obezbedjuje taj odnos .

Posle smrti se koncetracija tih jona s obe strane celicne membrane brzo izjednacava . Odrzavanje ovako razlicite koncetracije K⁺ i Na⁺ u pravcu vece koncetracije , tj. ulazak K⁺ odnosno izlazak Na⁺.

Ovakvo kretanje se naziva aktivni transport , a mehanizam aktivnog transporta nije jos sasvim razjasnjen .

Celija i rastvorljivost u celicnoj membrani

Celija i rastvorljivost u celicnoj membrani . Za citav niz supstancija , rastvorljivih u lipoidima (alkohol , etar i niz drugih) poznato je da prolaze kroz celicnu membranu na taj nacin sto se rastvaraju u lipoidima .

Na taj nacin koncetracija liposolubilnih sastojaka moze postati mnogoo veca u celicnoj membrani no u okolnoj tecnosti .

Celija -pinocitoza

Celija -pinocitoza. Novijim ispitivanjima je konstantovano da celija moze ispustati vrlo male protoplazmaticne izdanke ( vidljive jedino elektronskim mikroskopom) , kojima obuhvata makromolekule belancevina koje zatim uvlaci u citoplazmaticku vakuolu u blizini povrsine celije , gde se pod uticajem odgovarajucih fermenata belancevine razlazu do svojih osnovnih sastojaka – aminokiselina.

Ova pojava se zove pinocitoza.