Visi organizmai iš ląstelių

Visi organizmai iš ląstelių

01_Lasteline-sandara.doc 18.11.06 09:01 5

Visi organizmai iš ląstelių

(Įvadas į ląstelės biologiją)

Žemės gyvybė labai įvairi: vieni organizmai vienaląsčiai, kiti daugialąsčiai. Pvz., ameba teturi vieną ląstelę, o žmogus, manoma, apie 1014 ląstelių.

Vienaląsčiai irgi nevienodi. Vienų ląstelės labai paprastos sandaros, tokie vienaląsčiai vadinami prokariotais. Kitų – sudėtingesnes, jie vadinami eukariotais.

Visi daugialąsčiai – augalai, gyvūnai, grybai – yra eukariotai. Itin retai daugialąsčio organizmą sudaro vienodos ląstelės. Daugumos daugialąsčių organizmą sudaro daugelio atmainų ląstelės. Pavyzdžiui, histologai1 suaugusio žmogaus organizme priskaičiuoja apie 210 tipų ląstelių. Jos skiriasi dydžiu, forma, sandara, atliekamomis funkcijomis, jautrumu aplinkos poveikiams. Šios ląstelės sudaro audinius, audiniai – organus.

Tad norint gerai suvokti, kaip veikia gyvi organizmai, kuo paremta gyvybė, reikia suprasti ląstelių sandarą ir funkcijas. O yra ir neląstelinė gyvybės forma – virusai. Kas jie tokie, irgi nesuprasi nesuprasdamas ląstelės.

[Pav.1.1]

Ir šiais laikais neretai gyvas būtybes2 įvairiomis kalbomis vadina sutvėrimais arba padarais. Angliškai – creature (“kūrinys”), rusiškai – ńīēäąķčå arba ņāąšü (irgi “kūrinys”, tik pirmasis žodis dažnai turi teigiamą atspalvį, o antrasis – neigiamą). Šie žodžiai atsirado iš žmonių tikėjimo, kad gyvybė buvo sukurta kažkokios aukštesnės būtybės, dievo.

Apie gyvybės atsiradimą kalbėsime vėliau. O dabar palyginkime organizmus su tokiais dirbtiniais daiktais kaip statiniai.

[1-2]

Senovėje pastatus neretai statydavo iš daugelio rūšių plytų. Pavyzdžiui, Vilniuje šv. 0nos bažnyčia pastatyta iš 38 rūšių plytų. Dauguma daugialąsčių organizmų irgi sudaryti iš daugelio rūšių ląstelių. Tačiau plytos – negyvi, pasyvūs kūnai. Jos – labai paprastos mechaninės konstrukcijos. Plytų funkcijos – laikyti aukščiau esančias plytas bei perdengimus, atitverti pastato vidų nuo išorės, nepraleisti dulkių, vandens, vėjo, šilumos. Laikui einant plytos yra, suirus dideliai daliai plytų suyra ir statinys.

O ląstelės – organizmo “plytos” – gyvos. Didžioji dalis jų aktyviai atlieka savo funkcijas. Ir tos funkcijos labai įvairios – jos atitveria vienas organizmo dalis vieną nuo kitos ir nuo išorės, sudaro tvirtus darinius, susitraukdamos judina visą kūną, skaido ir gamina įvairiausias medžiagas, gabena jas, priima signalus ir apdoroja informaciją…

Tik nedidelė dalis ląstelių savo funkcijas atlieka jau būdamos negyvos, pasyviai. Tai medienos ir karnienos plaušai (jie – tvirti storasieniai vamzdeliai, atsparūs tempimui ir spaudimui), tai kamštinės ląstelės (jos tiesiog sudaro negyvas pertvaras), vandens indai (tiesiog vamzdžiai, kuriais teka vanduo ir ištirpusios mineralinės medžiagos).

BENDRA EUKARIOTINĖS LĄSTELĖS SANDARA

intarpas “ląstelIŲ DYDIS ir matai“

Ląstelės labai mažos: bakterinės ląstelės paprastai būna apie 2 m ilgio, o aukštesniųjų gyvūnų ląstelės – 20-30 m ilgio. O sudedamosios ląstelių dalys – dar mažesnės. Tad ir matai vartojami maži (kursyvu išskirti nesisteminiai ilgio matai):

Kodėl nebūna ląstelių mažesnių už mikroorganizmą Mycoplasma? Nes ląstelę sudarančios molekulės negali būti mažesnės. O ląstelės gali būti gyva tik turėdama tam tikrą biomolekulių skaičių. Mažesnių ląstelių būtų tik tada, jei būtų mažesnių atomų.

O kodėl nebūna labai didelių ląstelių? Todėl, kad ląstelių gyvybinė veikla priklauso nuo medžiagų, kurias ląstelė gauna iš aplinkos pro paviršių. O kuo ląstelė didesnė, tuo mažiau paviršiaus tenka vienam tūrio vienetui, kuris vartoja pro paviršių patenkančias maisto medžiagas ir deguonį. Ir tuo prasčiau ląstelėje pasiskirsto medžiagos. Juk daugelis molekulių ląstelėje keliauja tik difuzijos būdu.

Ląstelė primena maišelį, stangriai pripildytą klampaus skysčio. Ląstelę nuo aplinkos skiria plona lipidinė plėvelė – plazminė3 membrana. Citozoliu4 vadinamas klampus ląstelės vidų užpildantis tirpalas – vanduo su ištirpusiomis organinėmis ir neorganinėmis medžiagomis ir jame kybančiais ląstelės organoidais5. Citozolis ir visi jame esantys organoidai sudaro citoplazmą6. Tik vienintelis ląstelės branduolys, nors taip pat yra citozolyje, nėra citoplazmos dalis. Citoplazmą nuo aplinkos visada riboja plazminė membrana. Augalinės, grybinės ir prokariotinės ląstelės aogobtos dar ir ląstelės sienele. Ląstelės sienelė ir plazminė membrana sudaro ląstelės apvalkalėlį.

[1.3]

UŽDAVINIAI

1. Bakterijos Escherichia coli aukštis 2 m, o skersmuo 0,8 m. Cilindro tūris apskaičiuojamas pagal formulę .

a) Kiek sveria viena bakterija E.coli, jei jos tankis 1.1 g/cm3? [1,1×10-12g]

b) E.coli sienelės storis – 10 nm. Kiek procentų bakterijos tūrio sudaro ląstelės sienelė? [5,9%]

c) E.coli greitai auga ir dauginasi todėl, kad ląstelėje baltymus sintetina apie 15 000 apvalių ribosomų, kurių skersmuo 18 nm. Kiek procentų ląstelės tūrio sudaro ribosomos? [4,6%]

2. Paskaičiuokite, kiek kepenų ląstelių (ilgis 20 m), ir kepenų ląstelių mitochondrijų (ilgis 1,5 m) tilptų ant adatos galiuko, kurio skersmuo 0,5 mm, jeigu jas sudėtume vienu sluoksniu? [625 ląstelės; 105 mitochondrijų]

3. Pačias smulkiausias ląsteles turi mikoplazmos, jos tokios mažos, kad net pralenda pro filtrus sulaikančius stambesnes bakterijas. Mikoplazmos Mycoplasma pneumoniae, kuri kartais sukelia netipišką plaučių uždegimą, apvalios ląstelės skersmuo – 0,33 m. Ląstelės viduje energijos šaltinis yra gliukozė. Gliukozės koncentracija ląstelės viduje – 1,0 mM. Avogadro skaičius (molekulių skaičius 1 molyje medžiagos) – 6,02×1023. Rutulio tūris . Kiek gliukozės molekulių būna vienoje ląstelėje? [1,1×104 molekulių]

4. Kodėl bakterijos taip greitai auga ir dauginasi. Bakterijų medžiagų apykaitos greitis žymiai didesnis, negu gyvūnų ląstelių. Idealiose sąlygose bakterinė ląstelė per 20 min. padidėja dvigubai ir pasidalija perpus, tuo tarpu gyvūninė ląstelė tai darytų 24 valandas. Bakterijų medžiagų apykaita tokia greita todėl, kad jos paviršius didelis, palyginus su kūno tūriu.

a) Kaip manote, kodėl maksimalus bakterijų medžiagų apykaitos greitis priklauso nuo ląstelės paviršiaus ploto ir ląstelės tūrio santykio? [medžiagų apykaitos greitis priklauso nuo medžiagų siurbimo į ląstelę, o šis tiesiogiai proporcingas paviršiaus plotui]

b) Apskaičiuokite gonorėją sukeliančios bakterijos Neisseria gonorrhoeae (skersmuo 0,5 m) paviršiaus ploto ir ląstelės tūrio santykį. Palyginkite jį su rutuliškos amebos (skersmuo 150 m) tokiu pat santykiu. [bakterijos: 12×106 m-1; amebos: 4×104 m-1; bakterijos santykis 300 kartų didesnis]

c) Apskaičiuokite savo kūno paviršiaus ploto ir tūrio santykį. Tarkime, kad Jūsų kūnas sudarytas iš rutulio ir daug cilindrų. Palyginkite gautą santykį su bakterijos santykiu. [žmogaus: 19 m-1; bakterijos santykis geresnis 1,2×106 kartų]

5. Kaip ląstelės didina savo paviršių. Kai kurios ląstelės, kurių paskirtis siurbti medžiagas iš aplinkos (pavyzdžiui, žarnyno epitelio ląstelės), turi mikrogaurelius. Tarkime, kad žarnyno epitelinė ląstelė yra rutulio formos (skersmuo 20 m), ir į žarnos ertmę kyšo ketvirtadalis paviršiaus. Šis paviršius padengtas cilindro formos mikrogaureliais (skersmuo 0,1 m, o aukštis 1 m). Mikrogaureliai išsidėstę taisyklingai kvadratiniu rėmėliu, atstumai tarp mikrogaurelių 0,2 m.

Apskaičiuokite:

a) kiek mikrogaurelių turės ląstelė? [7850]

b) koks mikrogaureliais padengto paviršiaus plotas be mikrogaurelių? [3,14×10-10 m2]

c) koks bendras mikrogaureliais padengto paviršiaus plotas be mikrogaurelių? [2,7×10-9 m2]

d) kiek procentų padidėja ląstelės siurbiamoji geba, kai susidaro mikrogaureliai? [765%]

Iliustracijos [1- ]

1.1 – spalvotos nuotraukos per abu puslapius – bakterijos(E.coli, spirocheta), melsvabakterė, ameba ir klumpelė, koralas, daugialąstis dumblis, grybas, papartis, keli gyvūnai.

1-2 – per abu puslapius – iliustracijos:

a) kairėje statiniai – šv.Onos bažnyčia ir šiuolaikinis gelžbetoninis statinys. Juose pažymėti skrituliukai, kurie išdidinti rodo įvairių formų plytas, čerpes, laštakus (bažnyčia) ar vidinę gelžbetonio struktūrą – armatūra ir užpildanti masė;

b) dešinėje – augalas ir žmogus, iš jų rodyklės taip pat rodo padidintas ląsteles – epitelines (plokščios, galima sulyginti su čerpėmis), vandens ir rėtinius indus (lyginti su vandentiekio vamzdžiais ar vandens laštakais), raumenines ląsteles, medienos plaušus. [kaulo ir odos struktūrą vėliau galima palyginti su gelžbetonio konstrukcija] ]

1-3 – Iliustracija iš BS.EA, 136-137 p. jos parašai:

a) Išorinė membrana: 0,004-0,005 m storio lipidinė plėvelė su joje esančiais baltymais ir prisegtais angliavandeniais; riboja ląstelę nuo aplinkos ir reguliuoja medžiagų patekimą į ląstelę ir iš jos.

b) Branduolys: paprastai 5-10 m skersmens; apvalkalėlis iš dviejų membranų, su poromis; viduje – DNR, kurios informacija reguliuoja ląstelės gyvenimą; DNR ir specialūs baltymai sudaro chromosomas; būna vienas ar keli branduolėliai, kurie yra ribosomų gamybos centrai.

c) Mikrovamzdeliai: 0,028 m skersmens įvairaus ilgio, sudaryti iš globulinių baltymų, greitai sumontuojami ir išardomi, sudaro ląstelės citoplazmos skeletą.

d) Lizosoma: 0,25-0,5 m skermens; viduląstelinio virškinimo vieta; atsiskiria nuo Goldžio komplekso, virškinimui susilieja su maisto dalelių vakuolytėmis.

e) Centriolės: 0,15 m skersmens ir 0,5 m ilgio; cilindrėliai iš mikrovamzdelių; jie – dalijimosi verpsčių sudarymo centrai.

f) Ląstelės sienelė: 0,1-10 m storio; augalų ląstelėse – iš celiuliozės skaidulų, “užbetonuotų” polisacharidiniais drebučiais; suteikia ląstelėms tvirtumo, padeda išlaikyti formą.

g) Mitochondrija: paprastai 2-10 m ilgio ir 0,5-1 m skersmens; turi dvi membranas; vidinė membrana labai raukšlėta; naudodama deguonį gamina labai daug energiją nešiojančių ATP molekulių; turi savo DNR.

h) Endoplazminis tinklas: kanalėlių iš 0,005 m storio membranų tinklas; šiurkščiojo tinklo membrana nusagstyta ribosomomis, gaminančiomis baltymus; lygiajame tinkle gaminami lipidai ir angliavandeniai.

i) Goldžio kompleksas: apie 1 m skermens; plokščių pūslelių sistema; modifikuoja, rūšiuoja ir ruošia makromolekules gabenimui į kitas ląstelės vietas ir už ląstelės ribų.

j) Citozolis: ląstelės vidų užpildanti skysta masė, kurioje plaukioja fermentų molekulės, ribosomos ir organoidai.

k) Chloroplastas: 5 m ilgio, 0,5-1 m skersmens; turi dvi membranas; viduje trečia membrana, turinti chlorofilo, sudaro sudėtingą plokščių pūslelių tilakoidų sistemą; atlieka fotosintezę.

l) Centrinė vakuolė: gali būti įvairaus dydžio, kartais užima beveik visą ląstelės tūrį; kaupia medžiagų apykaitos atliekas; siurbdama vandenį pučiasi ir suteikia ląstelei stangrumo.

1 Histologija (gr. histos – audinys + -logija) – biologijos skyrius, tyrinėjantis daugialąsčių gyvūnų audinius.

2 Lietuvių kalboje kalbant apie gyvybę gali būti vartojami du žodžiai – organizmai ir būtybės.

Žodį organizmas suvokiame kiek techniškai, panašiai, kaip mechanizmas. Iš esmės taip ir yra, biologai, vartodami šį žodį, paprastai turi omenyje organizmo funkcijas, būdus, kaip veikia įvairūs organai ir t.t. Tai tikrai techninis terminas.

Žodis būtybė suvokiamas kaip dvasinis, atspindintis nervinę ar kitokią “aukštesnę” organizmų pusę. Kalbėdami apie savo atsakomybę Žemės gyvybei mes vartojame šį žodį.

Būtybė, mūsų supratimu, turi turėti kažką “dvasiško”, nors ir sunku apibrėžti, kas tai. Tokiu atveju tokius organizmus, kaip augalai, grybai ar bakterijos sunkoka pavadinti būtybėmis.

3 Plazma mokslo kalboje dažnai vadinama tam tikra medžiaga. Gr. plasma – lipdinys, darinys. Plazma vadinama skystoji kraujo dalis, kurioje plūduriuoja kraujo ląstelės (kraujo plazma), ląstelę užpildanti masė vadinama citoplazma (seniau – protoplazma). Fizikoje plazma vadinama tam tikra medžiagos būsena, kai medžiaga nuo aukštos temperatūros ar kitokio stipraus poveikio virsta teigiamų ir neigiamų jonų mišiniu.

4 Citozolis – gr. kytos (talpa, čia – ląstelė) + zolis. Zolis – vok. Sole (iš lot. solutio (tirpalas)) – tirpalas, kai tirpiklyje medžiaga ištirpusi iki labai smulkių atomų grupių arba labai stambių molekulių.

5 Organoidas – gr. organon (organas) + gr. eidos (išvaizda). “panašus į organą, bet ne organas”.

6 Citoplazma – gr. kytos (talpa, čia – ląstelė) + gr. plasma (nulipdyta, suformuota).