Ląstelės Biologija III Klasei

Ląstelės teorija

• Visi gyvieji organizmai sudaryti iš ląstelių.
• Naujos ląstelės atsiranda tik dalijantis jau esančioms.
• Ląstelėse yra paveldimoji genetinė medžiaga, kuri perduodama iš motininių ląstelių dukterinėms.
• Visos medžiagų apykaitos reakcijos vyksta ląstelėse.

Organizmų skirstymas pagal ląstelių skaičių

• Vienaląsčiai: sudaryti iš vienos ląstelės.
• Daugialąsčiai: sudaryti iš milijonų ląstelių. Žmoguje apytiksliai $50 000 000 000 000$ ląstelių.

Organizmų skirstymas pagal ląstelių sandarą

• Prokariotinės ląstelės: paprastesnės ir primityvesnės sandaros.
• Neturi membrana apgaubto branduolio ir organelių.
  • Pavyzdžiai: bakterijos ir melsvabakterės (cyanobacteria).
• Tikėtina, kad panašūs organizmai buvo pirmieji Žemės organizmai.

Prokariotų bruožai

• DNR yra citoplazmoje.
  • Gali būti keletas į nedidelius žiedus susijungusių DNR molekulių - plazmidžių.
• Plazmidės gali replikuotis nepriklausomai nuo chromosomos replikacijos.
• Bakterijos ląstelės sienelė gaubia membraną iš viršaus.
  • Sudaryta iš mureino, kitaip – peptidoglikano sluoksnio.
• Iš membranos į ląstelės vidinę pusę kartais susidaro įlinkiai – mezosomos. Čia vyksta ląstelinis kvėpavimas.
• Kai kurios bakterijos turi judėjimui skirtus žiuželius.

Organizmų skirstymas pagal ląstelių sandarą

• Eukariotinės ląstelės: greičiausiai kilusios iš prokariotų bent prieš 2 mlrd. metų.
• Eukariotas - turintis tikrą branduolį. Tokiose ląstelėse DNR gaubia iš membranų sudarytas branduolio apvalkalas.
• Eukariotai turi mitochondrijas, chloroplastus, kurie taip pat apgaubti membranomis, todėl medžiagų apykaitos reakcijos vyksta pačiose organelėse.
  • Visus šiuos procesus reguliuoja fermentai.
• Dėl sudėtingos sandaros eukariotinės ląstelės yra didesnės už prokariotines.

Eukariotai. Gyvūninė ląstelė

• Ląstelės labai specializuotos, todėl gali būti labai skirtingos.
• Plazminė membrana (plazmolema) gaubia visas ląsteles iš išorės.
• Po ja yra citoplazma, joje – branduolys ir organelės: endoplazminis tinklas, mitochondrijos, Goldžio kompleksas, centriolės, lizosomos, ribosomos ir citoskeletas.
• Smulkus ląstelės sandaros išdėstymas vadinamas ultrastruktūra.

Eukariotai. Augalinė ląstelė

• Tipiška lapo ląstelė su chloroplastais, krakmolo grūdeliais, celiuliozine sienele ir stambia centrine vakuole.
• Joje yra beveik visos gyvūninėms ląstelėms būdingos struktūros.
• Virš plazminės membranos yra celiuliozinė ląstelės sienelė, kuri sutvirtina ląstelę ir suteikia jai formą.
• Sienelėje taip pat yra daug mažų įdubimų – porų. Pro jas eina citoplazmos siūleliai, kurie jungia dvi greta esančias ląsteles. Tokia augalinių ląstelių jungtis dar vadinama plazmodezma.
• Ląstelės centrą užpildo stambi ląstelių sulčių pilna vakuolė. Ji – geras augalinės ląstelės atpažinimo požymis.
  • Vakuolės membrana – tonoplastas.
• Vienas svarbiausių augalinių ląstelių požymių – chloroplastai, kuriuose vyksta fotosintezė.

Namų darbų užduotis (1) Prokariotų ir eukariotų skirtumai

• Organizmai: Kokie organizmai priskiriami?
• Dydis: Koks ląstelių dydis, didelės ar mažos?
• Branduolys: Turi ar neturi branduolį?
• Chromosomos: Kaip su chromosomomis?
• Ląstelės sienelė: Ar yra pas visus? Iš ko sudaryta?
• Organelės: Ar turi visas organeles? Kuo jos ypatingos?
• Žiuželiai: Ar yra, iš ko sudaryti?

Namų darbų užduotis (2) Augalinių ir gyvūninių ląstelių skirtumai

• Ląstelės sienelė: Turi ar neturi, iš ko sudaryta?
• Plazmodezmos: Turi ar neturi?
• Chloroplastas: Turi ar neturi?
• Vakuolė: Turi ar neturi? Kuo užpildyta, ar ilgai gyvuoja?
• Tonoplastas: Ar turi vakuolės membraną?
• Centriolės: Ar turi centrioles?
• Kaupiamoji medžiaga: Ką kaupia ląstelėse?

Eukariotinės ląstelės dalys: Ląstelės sienelė

• Sudaryta iš mažų celiuliozės skaidulų, vadinamų mikrofibrilėmis. Jas kartu sulipina polisacharidai.
• Kiekvieną fibrilę sudaro tūkstančiai celiuliozės molekulių, kurias jungia pektinai ir hemiceliuliozės.
• Funkcijos:
  1. Atraminė - leidžia jai pūstis ir keisti formą, ypač aktualu vykstant osmosui, kad ląstelė iškart nesprogtų.
  2. Ramstinė - celiuliozės mikrofibrilės labai stiprios. Dar labiau sieneles sutvirtina ligninas, kurio yra medienoje. Kolenchima – gyvas ramstinis audinys.
  3. Ląstelių sienelės lengvai praleidžia vandenį ir jame ištirpusias medžiagas.
  4. Sienelėse yra suplonėjimų – porų, pro kurias gretimos ląstelės susijungia plonais siūlais. Šios jungtys – plazmodezmos, jomis ląstelės gali keistis maisto medžiagomis.

Eukariotinės ląstelės dalys: Vakuolė

• Augalų ląstelėse yra stambios vakuolės. Jas gaubia membrana – tonoplastas.
• Vakuolė pilna ląstelių sulčių, kurias sudaro angliavandeniai, aminorūgštys, druskų tirpalai ir vandenyje ištirpę kiti junginiai, pigmentai.
• Funkcijos:
  1. Dėl osmoso į vakuolę skverbiasi vanduo ir ląstelės tūris didėja tol, kol šiam spaudimui pasipriešina tokio pat dydžio priešingos krypties jėga, tada dėl turgoro į ląstelę daugiau vandens nebepatenka.
  2. Vakuolėse kaupiamos maisto medžiagų – angliavandenių ir aminorūgščių atsargos.
  3. Vakuolės surenka susidariusias atliekas. Lapuose susikaupusios atliekos pašalinamos kartu su augalo lapais juos numetant.
  4. Kai kurių ląstelių vakuolėse yra pigmentų, kurie spalvotoms augalo dalims suteikia spalvą (pvz., žiedo vainiklapiai).

Eukariotinės ląstelės dalys: Branduolys

• Pati didžiausia ląstelės organelė, jį galima matyti pro mikroskopą.
• Tai paprastai apie $10 \mu m$ skermens rutuliukas, apgaubtas branduolio apvalkalu, kuris tiesiogiai jungiasi su membranų sistema - endoplazminiu tinklu.
• Pro branduolio poras medžiagos patenka į jį ir iš jo.
• Nukleoplazma - branduolio užpildas, kuriame yra chromatino. Jį sudaro DNR, susijungusi su baltymais - histonais.
• Branduolyje dar yra rutuliškas darinys – branduolėlis, kurių būna 1-2. Jame sintetinama RNR, kuri reikalinga ribosomoms susidaryti.
• Kur nėra branduolio? Ten, kur reikia taupyti erdvę – pavyzdžiui, eritrocituose pas dalį gyvūnų, karnienos induose pas augalus.

Eukariotinės ląstelės dalys: Endoplazminis tinklas (ET)

• Tai iš kanalėlių ir maišelių (suplotų pūslių) sudaryta sudėtinga sistema.
• Pagrindinė funkcija – kaupti, saugoti susidariusias medžiagas bei sudaryti pernašos/paskirstymo sistemą joms išnešioti.
• Skysčiu užpildytos membrana apgaubtos ertmės vadinamos cisternomis.
• ET tęsiasi nuo branduolio, su kurio apvalkalu jungiasi, iki membranos, todėl sudaro kanalėlių sistemą. Jais medžiagos išnešiojamos po visą ląstelę.
• Ta ET dalis, kur ant išorinio membranos paviršiaus yra ribosomų, vadinama šiurkščiuoju endoplazminiu tinklu (ŠET). Jos funkcija – supakuoti ir pernešti ribosomų susintetintus baltymus. Ląstelėse, kuriose susidaro daug baltymų, pvz., žarnyne, ŠET yra daugiau negu LET.
• Jei ET neapkibęs ribosomomis, tai lygusis endoplazminis tinklas (LET). LET yra lipidų sintezės vieta, todėl LET yra daug ten, kur susidaro daug lipidų ar steroidų, pvz., sėklidėse, kepenyse.

Eukariotinės ląstelės dalys: Ribosomos

• Mažos ir tankiai išsidėstę organelės. Visos ląstelė jų yra daug, eukariotinėse ląstelėse jų dydis yra apie $20 nm$, prokariotų – mažesnės.
• Vienos ribosomos gali būti laisvos citoplazmoje, jos sintetina citoplazmoje naudojamus fermentus, pvz., tuos, kurie naudojami glikolizės reakcijose.
• Kitos ribosomos prisitvirtina prie ŠET.
• Ribosomos susidaro branduolėlyje iš rRNR ir baltymų. Kiekviena jų sudaryta iš 1 mažojo ir 1 didžiojo subvienetų.
• Ribosomos yra baltymus sintetinančios organelės.

Eukariotinės ląstelės dalys: Goldžio kompleksas

• XIX a. pabaigoje pirmasis atrado italas Kamilas Goldžis.
• ŠET cisternų galuose susidaro mažytės pūslelės, joms susiliejus susidaro suplotas maišelis.
• Baltymai, kurie susidarė ir buvo saugomi ŠET, supakuojami į pūsleles ir pernešami į Goldžio kompleksą. Ten baltymai modifikuojami, prie jų prijungiant angliavandenius ir lipidus, taip sudarant naujas medžiagas – glikoproteinus ir kt.
• Tada iš Goldžio komplekso maišelių taip pat gali susidaryti mažos pūslelės, kuriose yra naujų cheminių junginių. Kai tokios pūslelės nukeliauja prie membranos, cheminiai junginiai išskiriami į ląstelės išorę – vyksta sekrecija. Kai kurios atsiskyrusios pūslelės virsta lizosomomis.
• Pagrindinės funkcijos:
  • Sudaro glikoproteinus, pvz., muciną.
  • Į jį pernešami ir saugomi lipidai.
  • Jame susidaro lizosomos.
  • Jame susidaro virškinimo fermentai.
  • Jis išskiria angliavandenius, iš kurių susidaro augalinių ląstelių sienelės ir vabzdžių kutikulė.

Eukariotinės ląstelės dalys: Lizosomos

• Nedidelės, apvalios organelės. Jomis virsta kai kurios nuo Goldžio komplekso galo atsiskyrusios pūslelės.
• Lizosomose yra reakcijas greitinančių fermentų, jie padeda ląstelėms virškinti maisto medžiagas.
• Lizosomų membrana saugo, kad jose esantys fermentai nesuvirškintų pačios ląstelės.
• Funkcijos:
  • Padeda sunaikinti susidėvėjusias organeles.
  • Suvirškinamos iš išorės į ląstelę paimtos medžiagos, jų dėka vyksta fagocitozė.
  • Medžiagų išskyrimas iš ląstelės pro membraną vadinamas egzocitoze. Lizosomų ląstelės į išorę išskirti fermentai suardo kitas ląsteles.
  • Lizosomos padeda ir pačiai ląstelei susinaikinti. Vyksta autolizė - plyšta lizosomų membrana ir išsiskyrę fermentai suvirškina visą ląstelę.

Eukariotinės ląstelės dalys: Mitochondrijos

• Jų yra visose eukariotų ląstelėse. Dažniausiai tai mažos, apie $1 \mu m$ storio ir $5 \mu m$ ilgio lazdelės.
• Jas gaubia vidinės ir išorinės (t.y. 2) membranos, kurios reguliuoja medžiagų judėjimą į vidų/išorę.
• Vidinė membrana sudaro daugybę raukšlių, vadinamų kristomis. Jų paviršiuje pilna grūdelių, gaminančių ATP – didžiaenerginį junginį.
• Mitochondriją užpildo į drebučius panašus matriksas. Jame yra ląsteliniame kvėpavime dalyvaujančių fermentų.
• Mitochondrijose vyksta ląstelinis kvėpavimas, todėl jos vadinamos energijos jėgainėmis.
• Pagal mitochondrijų skaičių galima spręsti apie ląstelių medžiagų apykaitos aktyvumą. Pavyzdžiui, daug jų bus kepenų ir skraidančių vabzdžių raumenų ląstelėse.

Eukariotinės ląstelės dalys: Chloroplastai

• Jų yra tik augalų fotosintezę atliekančių ir kai kurių protistų ląstelėse.
• Daugiausia - lapų statinio mezofilio ląstelėse. Jie priklauso pigmentų turinčiai plastidėmis vadinamai organelių grupei.
• Sandara panaši į mitochondrijų, nes juos gaubia iš 2 membranų sudarytas apvalkalas. Jis apgaubia skystąją dalį – stromą, kurioje yra fotosintezės reakcijose dalyvaujančių fermentų.
• Stromoje yra tilakoidais vadinamų suplotų membraninių maišelių.
• Iš keleto tilakoidų sudaryta monetų krūvelė primenanti grupė yra granas.
• Chlorofilas (pigmentas, sugeriantis šviesą) išsidėsto granų tilakoidų membranose.
• Stromoje yra stambių krakmolo grūdelių, tai laikinai per fotosintezę susidarę saugomi produktai.

Eukariotinės ląstelės dalys: Citoskeletas

• Nors citoplazma primena beformę drebučių masę, ji irgi turi sandarą.
• Visą ląstelę užpildo fibrilinių baltymų tinklas, kuris sudaro citoskeletą.
• Jis nėra nekintamas: tuo pačiu metu vienose ląstelės dalyse jis yra, o kitose susidaro iš naujo.
• Suteikia ląstelei formą, padeda išlaikyti esamą pavidalą ir padeda judėti.
• Mikrovamzdeliai – plonyčiai, nešakoti vamzdeliai, kurie sudaro ląstelei atramą lyg pastoliai. Jie sudaryti iš baltymo tubulino.
• Mikrofilamentai – tai už mikrovamzdelius plonesni siūlai, sudaryti iš baltymo aktino. Jis svarbus raumeniui susitraukti, todėl jie atsakingi už ląstelės judėjimą ir pernašą pačioje ląstelėje.
• Funkcijos:
  • Sudaro vidinį karkasą – atramą.
  • Išdėsto organeles ląstelėje ir perkelia į kitą vietą.
  • Padeda ląstelei savarankiškai judėti.
  • Sudaro verpstę ląstelei dalijantis.
  • Dalyvauja susidarant blakstienėlėms ir žiuželiams.

Eukariotinės ląstelės dalys: Centriolės, blakstienėlės, žiuželiai

• Centriolės yra du trumpi vienas prieš kitą stačiu kampu pasisukę ritinėliai, kurių sienelės sudarytos iš mikrovamzdelių. Jos būna netoli branduolio esančioje citoplazmoje - centrosomoje.
• Centriolės sienelę sudaro tam tikru kampu pakrypę 9 mikrovamzdelių tripletai. Ląstelei dalijantis abi centriolės nukeliauja į priešingus ląstelės polius ir dalyvauja susidarant verpstei. Taip išsidėstę mikrovamzdeliai padeda chromosomoms judėti.
• Blakstienėlių ir žiuželių sandara labai panaši. Jų matrikse yra 9 poros mikrovamzdelių, gaubiančių du neporinius centrinius mikrovamzdelius. Blakstienėlės yra trumpos, jų ląstelės paviršiuje būna labai daug.
• Žiuželiai dažnai būna pavieniai, gali būti labai ilgi. Dėl jų ląstelė juda, pvz., vienaląsčiai ar spermatozoidai.
• Blakstienėlėmis ląstelės stumia medžiagas, pvz., kaip konvejeris neša gleives iš kvėpavimo takų į gerklę.