A sejt ( latin cellula , görögül κύτος ) minden szervezet (kivéve a vírusokat , amelyeket gyakran nem sejtes életformáknak neveznek) felépítésének és élettevékenységének szerkezeti és funkcionális elemi egysége , amely saját anyagcserével rendelkezik , önálló létezés, önreprodukció és fejlődés. Minden élő szervezet vagy sok sejtből áll (többsejtű állatok , növények és gombák ), vagy egysejtű (sok protozoa és baktérium ). A biológia azon ágát , amely a sejtek szerkezetének és aktivitásának vizsgálatával foglalkozik, citológiának nevezik . Szokás a sejt biológiájáról vagy sejtbiológiájáról is beszélni .
Az első ember, aki sejteket látott, az angol tudós, Robert Hooke volt (a Hooke-törvény felfedezéséről híres ). 1665-ben, megpróbálva megérteni, miért úszik jól a parafafa , Hooke elkezdte vizsgálni a parafa vékony metszeteit egy általa továbbfejlesztett mikroszkóp segítségével . Úgy találta, hogy a parafa sok apró sejtre oszlik, ami a méhek méhsejtjeire emlékeztette , amelyeket ő nevezett el . cella (" cella ").
1675-ben Marcello Malpighi olasz orvos , 1681-ben pedig Nehemiah Grew angol botanikus erősítette meg a növények sejtszerkezetét . Úgy kezdtek beszélni a sejtről, mint "tápláló lével teli buborékról". Anthony van Leeuwenhoek holland mester 1674-ben látott először „állatokat” mikroszkóp segítségével egy csepp vizet mozgó élő szervezetben ( csillók , amőbák , baktériumok ). Leeuwenhoek először figyelt meg állati sejteket is – vörösvértesteket és spermiumokat . Így a 18. század elejére a tudósok tudták, hogy nagy nagyítás mellett a növények sejtszerkezettel rendelkeznek, és láttak néhány olyan organizmust, amelyek később egysejtűekként váltak ismertté. 1802 és 1808 között Charles-Francois Mirbel francia felfedező megállapította, hogy a növények sejtek által alkotott szövetekből állnak. J. B. Lamarck 1809-ben kiterjesztette Mirbel sejtszerkezetre vonatkozó elképzelését az állati szervezetekre is. 1825-ben Jan Purkyne cseh tudós felfedezte a madarak tojássejtjének magját, és 1839-ben bevezette a „ protoplazma ” kifejezést. 1831-ben Robert Brown angol botanikus írta le először a növényi sejt magját, majd 1833-ban megállapította, hogy a sejtmag egy növényi sejt esszenciális szerve. Azóta a sejtek szervezésében nem a héj, hanem a tartalom a fő.
Az élőlények szerkezetének sejtelméletét 1839-ben német tudósok, Theodor Schwann zoológus és Matthias Schleiden botanikus alkották meg , és három rendelkezést tartalmazott. 1858-ban Rudolf Virchow egy újabb rendelkezéssel egészítette ki, azonban elképzeléseiben számos hiba volt: például azt feltételezte, hogy a sejtek gyengén kapcsolódnak egymáshoz, és mindegyik „magától” létezik. Csak később sikerült bizonyítani a sejtrendszer integritását.
1878-ban az orosz tudós, ID Chistyakov felfedezte a mitózist a növényi sejtekben; 1878-ban W. Flemming és P. I. Peremezhko felfedezte a mitózist állatokban. 1882-ben W. Flemming meiózist figyelt meg állati sejtekben, 1888-ban pedig E. Strasburger növényi sejtekben.
A sejtelmélet a modern biológia egyik alapgondolata, megcáfolhatatlan bizonyítéka lett minden élőlény egységének, és az olyan tudományágak fejlődésének alapja, mint az embriológia , a szövettan és a fiziológia . A mai napig az elmélet a következő állításokat tartalmazza:
A modern sejtelmélet egyes rendelkezéseinek száma és megfogalmazása a különböző forrásokban eltérő lehet.
Először csak az optikai (fény) mikroszkópok létrehozása után láttak sejteket . Azóta a mikroszkópia a sejtek tanulmányozásának egyik legfontosabb módszere. A fénymikroszkópia alacsony felbontása ellenére lehetővé tette az élő sejtek megfigyelését. A 20. században feltalálták az elektronmikroszkópot , amely lehetővé tette a sejtek ultrastruktúrájának tanulmányozását.
A sejtek és részeik funkcióinak tanulmányozására számos biokémiai módszert alkalmaznak - mind preparatív, például differenciális centrifugálással történő frakcionálást , mind analitikai módszert. Kísérleti és gyakorlati célokra sejtmérnöki módszereket alkalmaznak . Az összes említett módszertani megközelítés alkalmazható sejttenyésztési módszerekkel kombinálva .
Az optikai mikroszkópban egy tárgy nagyítása olyan lencsék sorozatán keresztül történik, amelyeken a fény áthalad. A maximális nagyítás több mint 1000-szeres. Szintén fontos jellemző a felbontás – a távolság két, még külön felismerhető pont között. A felbontás a kép élességére utal. Ennek az értéknek a fény hullámhossza szab határt , és még a legrövidebb fényhullámú, ultraibolya sugárzással is csak körülbelül 200 nm -es felbontás érhető el ; század végén szereztek ilyen engedélyt. Az optikai mikroszkóp alatt megfigyelhető legkisebb struktúrák a mitokondriumok és a baktériumok . Lineáris méretük körülbelül 500 nm. A 200 nm-nél kisebb tárgyak azonban akkor láthatók fénymikroszkópban, ha maguk bocsátanak ki fényt. Ezt a funkciót a fluoreszcens mikroszkópiában használják , amikor a sejtszerkezetek vagy egyedi fehérjék speciális fluoreszcens fehérjékhez vagy fluoreszcensen jelölt antitestekhez kötődnek. Az optikai mikroszkóppal készített kép minőségét a kontraszt is befolyásolja – ez különböző sejtfestési módszerekkel növelhető. Az élő sejtek tanulmányozásához fáziskontrasztot , differenciális interferencia-kontrasztot és sötétmezős mikroszkópiát használnak. A konfokális mikroszkópok javítják a fluoreszcens képek minőségét [3] [4] .
Optikai mikroszkóppal készült képekAz 1930-as években elektronmikroszkópot építettek , amelyben fény helyett elektronsugarat vezetnek át egy tárgyon. A modern elektronmikroszkópok elméleti felbontási határa körülbelül 0,002 nm, azonban gyakorlati okokból a biológiai objektumok esetében csak körülbelül 2 nm-es felbontás érhető el. Elektronmikroszkóppal vizsgálható a sejtek ultrastruktúrája. Az elektronmikroszkópiának két fő típusa van: pásztázó és átvitel. A pásztázó (raszteres) elektronmikroszkópot (SEM) egy tárgy felületének tanulmányozására használják. A mintákat gyakran vékony aranyréteggel vonják be. A SEM lehetővé teszi háromdimenziós képek készítését. A transzmissziós (transzmissziós) elektronmikroszkóppal (TEM) a sejt belső szerkezetét vizsgálják. Az elektronsugarat nehézfémekkel előkezelt tárgyon vezetik át , amelyek bizonyos szerkezetekben felhalmozódnak, növelve azok elektronsűrűségét . Az elektronok a sejt nagyobb elektronsűrűségű területeire szóródnak, ami azt eredményezi, hogy ezek a területek sötétebbnek tűnnek a képeken [3] [4] .
A sejt egyes komponenseinek funkcióinak megállapításához fontos, hogy tiszta formájukban izolálják őket, leggyakrabban ezt differenciális centrifugálás módszerével végezzük . Olyan technikákat fejlesztettek ki, amelyek segítségével bármilyen sejtorganellum tiszta frakcióit lehet nyerni. A frakciók termelése a plazmalemma elpusztulásával és a sejthomogenizátum képződésével kezdődik. A homogenizátumot szekvenciálisan centrifugálják különböző sebességgel, az első szakaszban négy frakció nyerhető: (1) sejtmagok és nagy sejtfragmensek, (2) mitokondriumok, plasztidok, lizoszómák és peroxiszómák, (3) mikroszómák - Golgi vezikulák a berendezés és az endoplazmatikus retikulum , (4) a riboszómák, fehérjék és kisebb molekulák a felülúszóban maradnak . Az egyes kevert frakciók további differenciált centrifugálása lehetővé teszi tiszta organellumkészítmények előállítását, amelyekre különféle biokémiai és mikroszkópos módszereket lehet alkalmazni [2] .
A Földön található összes sejtes életforma két birodalomra osztható az alkotó sejtjeik szerkezete alapján:
A formák sokfélesége ellenére minden élő szervezet sejtjeinek szerveződése egységes szerkezeti elvek szerint történik.
A sejt tartalmát a plazmamembrán vagy plazmalemma választja el a környezettől . A sejt belsejében citoplazma található, amely különféle organellumokat és sejtzárványokat , valamint genetikai anyagot tartalmaz DNS- molekula formájában . A sejtszervecskék mindegyike ellátja a saját specifikus funkcióját, és ezek együttesen határozzák meg a sejt egészének létfontosságú tevékenységét.
Prokarióták ( más görög πρό „előtte, előtte” + κάρῠον „dió; mag ” szóból) - olyan organizmusok, amelyek az eukariótáktól eltérően nem rendelkeznek kialakult sejtmaggal és más belső membránszervekkel(kivéve a fotoszintetikus fajok lapos ciszternáit, pl. mint cianobaktériumok ). Az egyetlen nagy körkörös (egyes fajoknál lineáris) kettős szálú DNS -molekula , amely a sejt genetikai anyagának nagy részét tartalmazza (az úgynevezett nukleoid ), nem képez komplexet a hisztonfehérjékkel ( az úgynevezett kromatinnal ). A prokarióták közé tartoznak a baktériumok , köztük a cianobaktériumok (kék-zöld algák) és az archaeák . A prokarióta sejtek leszármazottai azeukarióta sejtek organellumai - mitokondriumok és plasztidok . A teljes térfogatát kitöltő prokarióta sejt fő tartalma egy viszkózus szemcsés citoplazma.
Eukarióták , eukarióták is ( más görög εὖ "jó; teljesen" + κάρῠον "dió; mag") olyan szervezetek, amelyek a prokariótáktól eltérően kialakult sejtmaggal rendelkeznek , amelyet a nukleáris membrán határol el a citoplazmától. A genetikai anyag több lineáris, kétszálú DNS-molekulába van zárva (az élőlények típusától függően ezek száma magonként kettőtől több százig is változhat), belülről a sejtmag membránjához kötődik, és a nagy kiterjedésben képződik. többsége (a dinoflagellátok kivételével) hisztonfehérjékkel alkotott komplex, az úgynevezett kromatin . Az eukarióta sejtek belső membránrendszerrel rendelkeznek, amely a sejtmagon kívül számos más organellumát is képez ( endoplazmatikus retikulum , Golgi-készülék stb.). Ezenkívül a túlnyomó többségüknek állandó intracelluláris szimbiontái - prokarióták - mitokondriumai vannak, és az algáknak és a növényeknek is vannak plasztidjai .
A prokarióták két fő csoportjának - a baktériumok és az archaeák - sejtjei szerkezetükben hasonlóak, jellemzőjük a mag és a membránszervecskék hiánya.
A prokarióta sejt fő összetevői a következők:
Glikokalyxból , plazmalemmából és az alatta lévő kérgi citoplazmarétegből áll . A plazmamembránt plazmamembránnak, külső sejtmembránnak, citolemmának stb. is nevezik. Vastagsága körülbelül 10 nanométer. Biztosítja a sejt és a külső környezet elválasztását, valamint bizonyos anyagok be- és kijutását.
A sejt nem pazarol energiát membránja integritásának megőrzésére: a molekulák ugyanazon elv szerint tartják össze a zsírmolekulákat – termodinamikailag előnyösebb, ha a molekulák hidrofób részei a molekulák közvetlen közelében helyezkednek el. egymás.
A glikokalix egy plazmalemmához rögzített oligoszacharid , poliszacharid , glikoprotein és glikolipid molekula . A glikokalix receptor és marker funkciókat lát el.
Az állati sejtek plazmamembránja főként foszfolipidekből és lipoproteinekből áll, fehérjemolekulákkal , különösen felületi antigénekkel és receptorokkal tarkítva .
A citoplazma kérgi (plazmamembránnal szomszédos) rétegében a citoszkeleton - aktin mikrofilamentumok meghatározott elemei vannak meghatározott módon rendezve . A kérgi réteg (cortex) fő és legfontosabb funkciója a pszeudopodiális reakciók: a pszeudopodiák kilökődése, rögzítése és csökkentése . Ebben az esetben a mikrofilamentumok átrendeződnek, meghosszabbodnak vagy lerövidülnek. A sejt alakja a kérgi réteg citoszkeletonjának szerkezetétől is függ (például a mikrobolyhok jelenlététől ).
A citoplazma folyékony komponensét citoszolnak is nevezik. Fénymikroszkóp alatt úgy tűnt, hogy a sejtet valami folyékony plazma vagy szol tölti meg, amelyben a sejtmag és más organellumok "lebegnek" . Valójában nem. Az eukarióta sejt belső tere szigorúan rendezett. Az organellumok mozgását speciális szállítórendszerek - mikrotubulusok , amelyek intracelluláris "útként" szolgálnak, és speciális fehérjék , a dyneinek és kinezinek - koordinálják , amelyek "motorok" szerepét töltik be. A különálló fehérjemolekulák szintén nem diffundálnak szabadon a teljes intracelluláris térben, hanem a felszínükön lévő speciális jelek segítségével, a sejt transzportrendszerei által felismert, szükséges kompartmentek felé irányítják őket.
A riboszómák azok az organellumok, amelyekre a sejtnek szüksége van a fehérjeszintézishez . Méretük körülbelül 20-30 nm . Több millióan vannak egy cellában. A riboszómák két alegységből állnak: nagy és kicsi, négy RNS-molekulából és több fehérjemolekulából állnak. Az eukarióta sejtekben a riboszómák nemcsak a citoplazmában találhatók, hanem a mitokondriumokban és a kloroplasztiszokban is. A riboszómák a sejtmagokban képződnek, majd a nukleáris pórusokon keresztül a citoplazmába jutnak.
Az endoplazmatikus retikulum (vagy endoplazmatikus retikulum, EPR vagy EPS) egymásba átmenő membránkompartmentek (különböző méretű tubulusok, tasakok és lapos ciszternák) rendszere. Az EPR-nek azt a részét, amelynek membránjához riboszómák kapcsolódnak , szemcsés (vagy durva ) endoplazmatikus retikulumnak nevezik, membránjain fehérjeszintézis megy végbe. Azokat a rekeszeket, amelyek falán nincs riboszóma, agranuláris (vagy sima ) EPR-nek nevezzük, amely részt vesz a lipidszintézisben . A sima és szemcsés EPS belső terei nincsenek elszigetelve, hanem átmennek egymásba és kommunikálnak a magmembrán lumeneivel .
A Golgi-készülék lapos membránciszternák halmaza, amely a szélekhez közelebb van kitágítva. A Golgi apparátus tartályaiban megérnek bizonyos fehérjék, amelyek a szemcsés ER membránján szintetizálódnak, és szekrécióra vagy lizoszómák képzésére szolgálnak . A Golgi apparátus aszimmetrikus - a sejtmaghoz közelebb elhelyezkedő tartályok ( cisz -Golgi) tartalmazzák a legkevésbé érett fehérjéket, ezekhez a tartályokhoz folyamatosan csatlakoznak a membrános vezikulák - az endoplazmatikus retikulumból bimbózó vezikulák. Nyilván ugyanazon vezikulák segítségével megy végbe az érlelő fehérjék további mozgása egyik tartályból a másikba. Végül a teljesen érett fehérjéket tartalmazó vezikulák az organellum másik végéből ( transz -Golgi) rügyeznek.
A sejtmag DNS - molekulákat tartalmaz, amelyek egy szervezet genetikai információit tartalmazzák. A sejtmagban replikáció történik - a DNS-molekulák megkettőzése, valamint a transzkripció - az RNS -molekulák szintézise a DNS-templáton. A sejtmagban a szintetizált RNS-molekulák bizonyos módosításokon mennek keresztül (például a splicing folyamatában a jelentéktelen, értelmetlen szakaszok - intronok ) ki vannak zárva a hírvivő RNS - molekulákból , majd bejutnak a citoplazmába. A riboszómák összeállítása a sejtmagban is végbemegy, speciális képződményekben, az úgynevezett nucleolusokban .
A mag számára kialakított rekesz - a kariotéka - az endoplazmatikus retikulum tartályainak kitágulásával és egymással való összeolvadásával jön létre oly módon, hogy a magnak kettős fala legyen az őt körülvevő magmembrán keskeny rekeszei miatt . A magmembrán üregét lumennek vagy perinukleáris térnek | perinukleáris térnek nevezzük . A nukleáris burok belső felületét a nukleáris lamina béleli , egy merev fehérjeszerkezet, amelyet lamináknak nevezett fehérjék alkotnak , és amelyhez kromoszómális DNS -szálak kapcsolódnak . Egyes helyeken a magburok belső és külső membránjai egyesülnek, és úgynevezett nukleáris pórusokat képeznek , amelyeken keresztül anyagcsere megy végbe a sejtmag és a citoplazma között.
A lizoszóma egy kis test, amelyet egyetlen membrán határol a citoplazmától, és buborékszerű megjelenésű. Litikus enzimeket tartalmaz , amelyek szinte minden természetes szerves vegyületet le tudnak bontani. A fő funkció - az autolízis -, vagyis az egyes organellumok, a sejt citoplazmájának szakaszai felosztása.
A citoszkeleton elemei közé tartoznak a sejt citoplazmájában elhelyezkedő fehérjefibrilláris struktúrák: mikrotubulusok , aktin és közbenső filamentumok . A mikrotubulusok részt vesznek a sejtszervecskék szállításában, részei a mozgásszerveknek - csillók és flagellák , amelyek egyes sejtekre (például csillótestekre, spermiumokra) jellemzőek, a mitotikus osztódási orsó mikrotubulusokból épül fel. Az aktin filamentumok nélkülözhetetlenek a sejtforma fenntartásához, a pszeudopodiális reakciókhoz. Úgy tűnik, hogy a köztes filamentumok szerepe a sejt szerkezetének fenntartása is. A citoszkeleton fehérjéi a sejtfehérje tömegének több tíz százalékát teszik ki.
A centriolok hengeres fehérjestruktúrák, amelyek az állati sejtek magjának közelében helyezkednek el (a növényeknek nincs centrioljuk, kivéve az alacsonyabb algákat). A centriol egy henger, amelynek oldalsó felületét kilenc mikrotubulus csoport alkotja . A mikrotubulusok száma egy halmazban a különböző organizmusoknál 1-től 3-ig változhat.
A centriolák körül található a citoszkeleton úgynevezett szerveződési központja, az a régió, amelyben a sejt mikrotubulusainak mínusz végei csoportosulnak.
Az osztódás előtt a sejtben két centriol található, amelyek egymásra merőlegesen helyezkednek el. A mitózis során a sejt különböző végeire térnek el, és az orsó pólusait alkotják . A citokinézis után minden leánysejt kap egy centriolt, amely megduplázódik a következő osztódáshoz. A centriolok megkettőződése nem osztódással, hanem a meglévőre merőleges új szerkezet szintézisével történik.
A centriolák homológnak tűnnek a flagellák és a csillók bazális testével .
A mitokondriumok speciális sejtszervecskék, amelyek fő funkciója az ATP , egy univerzális energiahordozó szintézise. A légzés ( oxigénfelvétel és szén-dioxid felszabadulás ) szintén a mitokondriumok enzimrendszerének köszönhető .
A mitokondriumok belső lumenét, az úgynevezett mátrixot , két membrán, a külső és a belső határolja a citoplazmától, amelyek között membránközi tér van . A mitokondriumok belső membránja redőket képez - cristae , amelyeken enzimek találhatók , amelyek felgyorsítják a zsírok és szénhidrátok oxidációját. A mátrix különféle enzimeket tartalmaz, amelyek részt vesznek a légzésben és az ATP szintézisben. A belső mitokondriális membrán hidrogénpotenciálja központi jelentőségű az ATP szintézisében .
A mitokondriumoknak saját DNS-genomjuk és prokarióta riboszómájuk van , ami egyértelműen jelzi ezen organellumok szimbiotikus eredetét. Nem minden mitokondriális fehérjét kódol a mitokondriális DNS , a mitokondriális fehérje gének többsége a nukleáris genomban található, és a megfelelő termékeik a citoplazmában szintetizálódnak, majd a mitokondriumokba szállítják. A mitokondriális genomok mérete változó: például az emberi mitokondriális genom mindössze 13 gént tartalmaz. A vizsgált szervezetek közül a legtöbb mitokondriális gén (97) a Reclinomonas americana protozoonnal rendelkezik .
Sokáig a legfontosabb különbség az eukarióták és a prokarióták között a jól kialakult mag és membránszervecskék jelenléte volt. Az 1970-es és 1980-as évekre azonban világossá vált, hogy ez csak a citoszkeleton felépítésében tapasztalható mélyebb különbségek következménye . Egy ideig azt hitték, hogy a citoszkeleton az eukariótákra jellemző, de az 1990-es évek közepén az eukarióta citoszkeleton fő fehérjéivel homológ fehérjéket találtak baktériumokban is.
Egy speciálisan elrendezett citoszkeleton jelenléte teszi lehetővé az eukarióták számára, hogy mobil belső membránszervecskék rendszerét hozzanak létre. Ezenkívül a citoszkeleton lehetővé teszi az endo- és exocitózist (feltehetően az endocitózisnak köszönhető, hogy intracelluláris szimbionták, köztük mitokondriumok és plasztidok jelentek meg az eukarióta sejtekben). Az eukarióta citoszkeleton másik fontos funkciója az eukarióta sejt magjának ( mitózis és meiózis ) és testének ( citotómia ) osztódásának biztosítása (a prokarióta sejtek osztódása egyszerűbben szerveződik). A citoszkeleton szerkezetének különbségei megmagyarázzák a pro- és eukarióták közötti egyéb különbségeket is - például a prokarióta sejtek formáinak állandóságát és egyszerűségét, valamint az eukarióta sejtek alakjának jelentős változatosságát és megváltoztatási képességét, valamint a az utóbbi viszonylag nagy mérete. Így a prokarióta sejtek mérete átlagosan 0,5-5 mikron , míg az eukarióta sejtek mérete átlagosan 10-50 mikron. Ezenkívül csak az eukarióták között találhatók igazán gigantikus sejtek, például cápák vagy struccok hatalmas tojásai (a madártojásban a teljes tojássárgája egy hatalmas tojás), a nagy emlősök neuronjai , amelyek folyamatait a citoszkeleton megerősíti. elérheti a több tíz centiméter hosszúságot.
Az eukarióta és prokarióta sejtek összehasonlító jellemzői [5] | ||
jel | prokarióták | eukarióták |
Sejtméretek | Átlagos átmérő 0,5-10 µm | Átlagos átmérő 10-100 µm |
A genetikai anyag rendszerezése | ||
A DNS- molekulák alakja, száma és elrendezése | Általában egy kör alakú DNS-molekula található a citoplazmában | Általában több lineáris DNS-molekula - kromoszóma található a sejtmagban |
DNS tömörítés | Baktériumokban a DNS a hisztonok részvétele nélkül tömörül [6] . Az archaeában a DNS hisztonfehérjékhez kapcsolódik [7] | Van kromatin: a DNS hisztonfehérjékkel komplexbe tömörül [6] |
A genom szerveződése | A baktériumoknak gazdaságos genomjuk van: nincsenek intronok és nagy, nem kódoló régiók [8] . A géneket operonokká egyesítik [6] . Az archaeáknak különleges szerkezetű intronrégiói vannak [9] |
A genom többnyire nem gazdaságos: a gének exon - intron szerveződése, a nem kódoló DNS nagy részei vannak [8] . A gének nincsenek operonokká kombinálva [6] |
Osztály | ||
felosztás típusa | Egyszerű bináris osztás | meiózis vagy mitózis |
Orsó kialakulása | Hasadási orsó nem képződik | Kialakul az osztódás orsója |
Sejtszervecskék | ||
Riboszóma típus | 70S riboszómák | 80S riboszómák |
Membránszervecskék jelenléte | Nincsenek membránnal körülvett organellumok, néha a plazmalemma kiemelkedést képez a sejtbe | Nagyszámú egy- és kétmembrános organellum létezik |
flagellum típusú | A flagellum egyszerű, nem tartalmaz mikrotubulusokat , nem veszi körül membrán, és körülbelül 20 nm átmérőjű. | A zászlók plazmamembránnal körülvett, „9 + 2” elven elrendezett mikrotubulusokból állnak, amelyek átmérője körülbelül 200 nm |
A sejtszerkezet pusztulását (például rosszindulatú daganatokban ) anaplasiának nevezik .
A magasabbrendű állatokban és növényekben a sejtek szövetekké és szervekké egyesülnek, amelyekben kölcsönhatásba lépnek egymással, különösen a közvetlen fizikai érintkezés következtében. A növényi szövetekben az egyes sejtek plazmodezma segítségével kapcsolódnak egymáshoz , és az állatok különféle típusú sejtkontaktusokat alakítanak ki.
A növényi plazmodezmák vékony citoplazmatikus csatornák, amelyek áthaladnak a szomszédos sejtek sejtfalain, és összekötik azokat. A plazmodezma üregét a plazmalemma béleli . A plazmodezmák által egyesített összes sejtet szimplasztnak nevezzük, közöttük szabályozott anyagszállítás lehetséges.
A gerincesek sejtközi csomópontjait szerkezetük és funkcióik alapján három fő típusra osztják: rögzítő csomópontok , beleértve a tapadó csomópontokat és a dezmoszómákat , szoros vagy szigetelő ( szoros csomópont ) és rés vagy kommunikáció ( rés csomópont ) . Ezenkívül a sejtek közötti kapcsolatok néhány speciális típusa, például az idegrendszer kémiai szinapszisai és az immunológiai szinapszisok (a T-limfociták és az antigénprezentáló sejtek között) egy funkcionális jellemző szerint külön csoportba kapcsolódnak: a jeleket továbbító kontaktusokba. ( eng. jelátvivő csomópont ) . Azonban a horgony, a rés és a szoros csomópontok is részt vehetnek az intercelluláris jelátvitelben [3] .
A sejtek közötti kapcsolatok főbb jellemzői gerincesekben [3] | ||
---|---|---|
Rögzített érintkezők | szoros érintkezők | Hiányos érintkezők |
A rögzítő érintkezők fizikailag összekapcsolják a sejteket egymással, biztosítják a szövetek, különösen a hám és az izom integritását és erejét. Az ilyen típusú kontaktusok kialakulásakor a szomszédos sejtek citoszkeletonjának elemei egyetlen szerkezetbe egyesülnek: speciális horgonyfehérjék segítségével a plazmamembránon áthaladó cadherin fehérjék intracelluláris részéhez kapcsolódnak , az intercelluláris térben pedig a szomszédos sejtek kadherinjeihez kapcsolódnak. A rögzítő érintkezőknek két fő típusa van: ragasztó , amely egyesíti a szomszédos sejtek mikroszálait ; és dezmoszómák , amelyek kialakításában köztes filamentumok vesznek részt . | A szoros (szigetelő) érintkezők biztosítják a szomszédos sejtek membránjainak maximális konvergenciáját, amelyek között 2-3 nm rés van. Ez a fajta érintkezés leggyakrabban a hámban fordul elő . A szoros csomópontok folytonos öveket képeznek az egyes sejtek körül, szorosan összetartva azokat, és megakadályozva, hogy az intersticiális folyadék folyjon közöttük. Az ilyen érintkezések különösen a bőr vízállóságának biztosításához szükségesek. Az okkludinok , claudinok és mások a szoros kapcsolatok kialakításában vesznek részt . | A rés (kommunikációs) kontaktusok olyan kis területek, ahol a szomszédos sejtek plazmamembránjai 2-4 nm távolságban egymáshoz közel helyezkednek el, és fehérjekomplexekkel - konnexonokkal vannak átitatva . Mindegyik konnexon hat transzmembrán connexin fehérjéből áll, amelyek 1,5 nm átmérőjű kis hidrofil pórusokat vesznek körül. Ezeken a csatornákon keresztül az ionok és más kis hidrofil molekulák átjuthatnak egyik sejtből a másikba. Így létrejön a kommunikáció a szomszédos sejtek között. A réskötések az állati test legtöbb szövetére jellemzőek: különösen a hám-, kötő-, szívizom- , ideg- (ahol elektromos szinapszisok képződnek ) stb. |
Amitózis - közvetlen sejtosztódás , a szomatikus eukarióta sejtekben ritkábban fordul elő , mint a mitózis . A legtöbb esetben amitózist a csökkent mitotikus aktivitású sejtekben figyelnek meg: ezek öregedő vagy kórosan megváltozott sejtek, amelyek gyakran halálra vannak ítélve (emlősök embrionális membránjának sejtjei, daganatos sejtek és mások). Az amitózis során a sejtmag interfázisos állapota morfológiailag megmarad, jól látható a mag és a magmembrán . DNS-replikáció hiányzik. A kromatin spiralizációja nem történik meg, a kromoszómák nem észlelhetők. A sejt megőrzi benne rejlő funkcionális aktivitását, amely a mitózis során szinte teljesen eltűnik. Ilyen például a sok csillós makronukleusz osztódása, ahol orsó kialakulása nélkül a kromoszóma rövid fragmentumai szétválnak. Az amitózis során csak a mag osztódik, hasadási orsó kialakulása nélkül , ezért az örökítőanyag véletlenszerűen oszlik el. A citokinézis hiánya binukleáris sejtek képződéséhez vezet, amelyek ezt követően nem képesek normális mitotikus ciklusba belépni. Ismételt amitózis esetén többmagvú sejtek képződhetnek.
Mitózis (a görög μιτος - fonal szóból) - közvetett sejtosztódás , az eukarióta sejtek szaporodásának leggyakoribb módja , az ontogenezis egyik alapvető folyamata . A mitotikus osztódás a szöveti sejtek populációjának növelésével biztosítja a többsejtű eukarióták növekedését. A mitózis biológiai jelentősége a kromoszómák leánymagok közötti szigorúan azonos eloszlásában rejlik , ami biztosítja a genetikailag azonos leánysejtek képződését és a folytonosságot számos sejtgenerációban [ 10] . A megtermékenyített petesejt hasítása és a legtöbb szövet növekedése az állatokban szintén mitotikus osztódások révén történik [11] . A morfológiai jellemzők alapján a mitózist hagyományosan a következőkre osztják:
A mitózis átlagos időtartama 1-2 óra [10] [12] . Állati sejtekben a mitózis általában 30-60 percig tart, növényi sejtekben pedig 2-3 óráig [13] . Az emberi sejtek 70 év alatt összesen körülbelül 10 14 osztódáson mennek keresztül [14] .
A meiózis ( más görög μείωσις - „redukció”) vagy redukciós sejtosztódás egy eukarióta sejt magjának osztódása a kromoszómák számának felére csökkenésével . Két szakaszban fordul elő (a meiózis redukciós és egyenlítő szakaszában). A meiózist nem szabad összetéveszteni a gametogenezissel – speciális nemi sejtek ( ivarsejtek ) képződésével differenciálatlan őssejtekből . A kromoszómák számának csökkenése a meiózis következtében az életciklusban a diploid fázisból a haploidba való átmenethez vezet. A ploiditás helyreállítása (átmenet haploidból diploid fázisba) a szexuális folyamat eredményeként következik be . Tekintettel arra, hogy a homológ kromoszómák első, redukciós, stádiumú, páronkénti fúziója ( konjugációja ) profázisában a meiózis helyes lefolyása csak diploid sejtekben vagy akár poliploid (tetra-, hexaploid stb.) sejtekben lehetséges. ). Páratlan poliploidokban (tri-, pentaploid stb. sejtek) is előfordulhat meiózis, de bennük, mivel az I. profázisban nem tudják biztosítani a kromoszómák páros fúzióját, kromoszóma divergencia lép fel olyan zavarokkal, amelyek veszélyeztetik a sejt életképességét vagy a sejt életképességét. fejlődik belőle egy többsejtű haploid szervezet. Ugyanez a mechanizmus áll az interspecifikus hibridek sterilitásának hátterében . A kromoszómák konjugációjának bizonyos korlátozásait a kromoszómális mutációk (nagy léptékű deléciók, duplikációk, inverziók vagy transzlokációk) is megszabják.
A prokarióta sejtek két részre osztódnak. Először a sejt megnyúlik, keresztirányú septum képződik benne. Az utolsó szakaszban a leánysejtek szétválnak. A prokarióta sejtek osztódásának sajátossága a replikált DNS közvetlen részvétele az osztódási folyamatban [15] . Általában a prokarióta sejtek osztódnak két azonos méretű leánysejtté, ezért ezt a folyamatot néha bináris hasadásnak is nevezik . Tekintettel arra, hogy az esetek túlnyomó többségében a prokarióta sejteknek sejtfaluk van , a bináris osztódást septum - a leánysejtek közötti válaszfal - képződés kíséri , amely aztán középen rétegeződik. A prokarióta sejt osztódási folyamatát részletesen tanulmányozták az Escherichia coli példáján [16] .
A többsejtű szervezetek olyan sejtekből állnak, amelyek szerkezetükben és működésükben bizonyos mértékig különböznek, például egy felnőttben körülbelül 230 különböző típusú sejt található [17] . Mindannyian ugyanannak a sejtnek - a zigótának ( ivaros szaporodás esetén ) - leszármazottai, és a differenciálódási folyamat eredményeként különbözőségre tesznek szert. A differenciálódás az esetek túlnyomó többségében nem jár együtt a sejt örökletes információinak változásával, csak a génaktivitás szabályozása biztosítja, a génexpresszió sajátossága az anyasejt osztódása során öröklődik, általában epigenetikai okokból. mechanizmusok. Vannak azonban kivételek: például a gerincesek specifikus immunrendszerének sejtjeinek kialakulása során egyes gének átrendeződnek, az emlősök eritrocitái elveszítik az összes örökletes információt, a csírasejtek pedig a felét.
Az embrionális fejlődés első szakaszában a sejtek közötti különbségek először is a megtermékenyített tojás citoplazmájának heterogenitása miatt jelentkeznek, aminek következtében a zúzás során olyan sejtek képződnek, amelyek bizonyos fehérjék és RNS tartalmában különböznek ; másodszor, fontos szerepet játszik a sejt mikrokörnyezete – kapcsolatai más sejtekkel és a környezettel.
A differenciálódás során a sejtek elveszítik hatékonyságukat, vagyis azt a képességüket, hogy más típusú sejteket hozzanak létre. A totipotens sejtekből, amelyek közé tartozik különösen a zigóta, teljes szervezet képződhet. A pluripotens sejtek (például a blasztociszta sejtek ) képesek bármilyen típusú testsejtté differenciálódni, de nem tudnak embrion kívüli szöveteket kialakítani, és így új egyedeket sem fejleszteni. Azokat a sejteket, amelyek csak korlátozott számú egyéb szövetet képesek létrehozni, multipotensnek ( felnőtt emberi őssejtek ), azokat pedig, amelyek csak saját fajtájukat képesek szaporítani , unipotensnek nevezik . A véglegesen differenciálódott sejtek közül sok (például neuronok , eritrociták ) teljesen elveszíti osztódási képességét és elhagyja a sejtciklust [3] .
Egyes esetekben a differenciálódás megfordítható, az ellenkező folyamatot dedifferenciálódásnak nevezik. A regenerációs folyamatokra jellemző . Bizonyos fenntartásokkal a sejtek tumoros átalakulása a dedifferenciálódás jelenségének tulajdonítható [18] .
Az egysejtű élőlények bizonyos értelemben "halhatatlannak" tekinthetők, mert a károsodás vagy éhezés eseteit leszámítva nem pusztulnak el, hanem osztódnak, így két új organizmus keletkezik. Másrészt a többsejtű élőlények összes sejtje (az ivarsejtek kivételével ) halálra van ítélve, de nemcsak az egész egyed halála esetén pusztulnak el - ez a folyamat folyamatosan történik.
Egyes sejtek halála szükséges az embrionális fejlődés során, a sejtek továbbra is elpusztulnak a felnőtt szervezetekben, például az emberi csontvelőben és a belekben , óránként több milliárd sejt pusztul el. A fiziológiás körülmények miatt „programozott sejthalál” következik be, vagyis a sejtek „öngyilkosságot követnek el”. A sejtek önpusztításának leggyakoribb, de nem egyetlen módja az apoptózis . Az apoptózis fő jelei a DNS fragmentáció, a sejt apoptotikus testekké - membránokkal körülvett vezikulák - bomlása. Felületükön speciális molekulák találhatók, amelyek a szomszédos sejteket és makrofágokat fagocitizálják , oly módon, hogy a folyamatot ne kísérje gyulladás . Az apoptózis energiafüggő folyamat, és ATP használatát igényli . Ez a sejtpusztulási út nemcsak a szervezet fejlődése, az immunrendszer normális működése szempontjából fontos, hanem azért is, hogy megvédje az egyént a rosszindulatúvá váló károsodott sejtektől és a vírusfertőzésektől [19] .
A sejtek fizikai vagy kémiai károsodása, valamint az energia- és oxigénforrások hiánya újabb halálhoz - nekrotikushoz - vezethet. A nekrózis , ellentétben az apoptózissal, passzív folyamat, gyakran a plazmalemma szakadásával és a citoplazma szivárgásával jár együtt . A nekrózis szinte mindig a környező szövetek gyulladását okozza. A közelmúltban a programozott nekrózis mechanizmusát mint lehetséges vírus- és daganatellenes védekezést tanulmányozták [19] .
A sejt hosszú távú ATP hiánya esetén nem pusztul el azonnal nekrózis következtében, hanem sok esetben az autofágia útját választja , amely folyamat lehetővé teszi, hogy egy ideig életképes maradjon. Az autofágiával (szó szerint "önevés") az anyagcsere az aktív katabolizmus felé fordul , miközben az egyes organellumokat kettős membrán veszi körül, úgynevezett autofagoszómák jönnek létre, amelyek összeolvadnak a lizoszómákkal , ahol a szerves anyagok emésztése történik. Ha az éhségsztrájk azután is folytatódik, hogy a legtöbb organellum már „elfogyott”, a sejt nekrózis következtében elpusztul. Egyes szerzők úgy vélik, hogy bizonyos körülmények között az autofágia a sejthalál külön típusa lehet [19] .
A sejthalál külön típusa a netózis - a neutrofilek pusztulásának folyamata , az immunsejtek egyik fajtája. A neutrofilek, ha bőségesen vannak jelen a kórokozók körül, nukleinsav-hálózatokat lökhetnek ki magjukból. A kórokozók belegabalyodnak ezekbe a hálózatokba, és semlegesítik őket. Így a netózis „sejt-önfeláldozásnak” tekinthető. Az utóbbi években azonban a netózist "létfontosságúra", amelyben a neutrofil nem pusztul el, és "öngyilkosságra", amelyben elpusztul. Leírják a netózis szervezetre gyakorolt negatív hatásait és szerepét a fertőző, gyulladásos és trombózisos betegségek patogenezisében.
Nem ismert pontosan, mikor jelent meg az első sejt a Földön , és hogyan keletkezett. A legkorábbi sejtfosszíliák , amelyek becslések szerint 3,49 milliárd évesek, az ausztráliai Pilbara keleti részén találhatók , bár biogén eredetüket megkérdőjelezték. A korai archean életének létezését az ugyanebben az időszakban keletkezett stromatolitok is bizonyítják [20] [21] .
Az első sejtek megjelenését minden bizonnyal megelőzte a szerves anyagok felhalmozódása a tápközegben és a prebiotikus anyagcsere bizonyos formáinak megjelenése. A protocellák legalább két kötelező elemet tartalmaztak: az örökletes információt önreplikációra képes molekulák formájában, és egy bizonyos típusú héjat, amely megvédte az első sejtek belső tartalmát a környezettől. Az önreplikálódó molekulák szerepének legvalószínűbb jelöltje az RNS , mivel egyszerre képes örökletes információhordozóként és katalizátorként működni; ráadásul az RNS a DNS - sel ellentétben önellátó a fehérjebioszintézishez [21] [22] .
Az sem ismert, hogy az első sejtek membránja milyen anyagokból épült fel, de valószínű, hogy egyszerű amfifil vegyületekről lehet szó, például zsírsavak sóiról , amelyek képesek liposzómákká önszerveződni , amelyek ciklusokon mennek keresztül. növekedés és megosztottság. Zsírsavakat számos kísérletben szintetizáltak a prebiotikus körülmények reprodukálásával, és meteoritokban is megtalálhatók [22] [23] . Úgy gondolják, hogy az első élő sejtek heterotrófok voltak .
Az rRNS szekvenálási adatok lehetővé tették egy univerzális életfa megalkotását, amelyben az utolsó univerzális közös ős az evolúció két ágát hozta létre: az eubaktériumokat és a Neomura kládot , amelyek közül az utóbbi két ágra bomlott: archaeákra és eukariótákra . [24] . Az eukarióták evolúciójában valószínűleg nagy szerepe volt az endoszimbiózisnak – úgy gondolják, hogy ezzel a módszerrel jutottak nukleáris szervezetek sejtjei mitokondriumokhoz , majd később kloroplasztiszokhoz [25] .
Az eukarióták számos génen osztoznak az eubaktériumokkal és az archaeákkal egyaránt; egyes tudósok úgy vélik, hogy e két organizmuscsoport genomjának összeolvadásából keletkeztek, ami endoszimbiózis eredményeként következhetett be . Emiatt az "életfa" helyett az "életkör" használatát javasolják [26] . Más kutatók, felhívva a figyelmet az eukarióták, baktériumok és archeobaktériumok ősei közötti intenzív horizontális transzfer fontosságára, azt javasolják, hogy az „életháló” segítségével mutassák be a köztük lévő filogenetikai kapcsolatokat [27] .
1. csoport (max. 98%) ( organogének )
2. csoport (1,5-2%) ( makrotápanyagok )
3. csoport (>0,01%) ( mikroelemek )
4. csoport (>0,00001%) (ultramikrotápanyagok)
eukarióta sejtszervecskék _ | |
---|---|
endomembrán rendszer | |
citoszkeleton | |
endoszimbionták | |
Egyéb belső organellumok | |
Külső organellumok |
Az életszervezés szintjei | |
---|---|
|
Tematikus oldalak | ||||
---|---|---|---|---|
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
|