Visi organizmai iš ląstelių

190 0

Visi organizmai iš ląstelių

01_Lasteline-sandara.doc 18.11.06 09:01 5

Visi organizmai iš ląstelių

(Įvadas į ląstelės biologiją)

Visų laikų Žemės istorijoje dydžio rekordininkai
Pavadinimas Kūno ilgis Kūno masė
Stambiausi vandens organizmai
Mėlynasis banginis 33 m ~ 136 t
Ryklys Carcharodon megalodon

(išmiręs)

33 m ~ 125 t
Rudadumblis Macrocystis >60 m
Kalmaras Architheutis 18 m
Stambiausi sausumos organizmai
Brachiozauras 30 m ~ 50 t
Beragis raganosis Indricotherium

(stambiausias sausumos žinduolis)

8,5 m

(6 m aukštis)

~ 18 t
Afrikinis dramblys

(stambiausias dabartinis žinduolis)

4 m (aukštis) 7,5 t
Eukaliptas 110 m
Sekvoja 116 m

4 m (skersmuo)

~1500 t
Smulkiausi organizmai
Mikoplazmos 0,33 m
Bešaknė volfija

(mažiausias žiedinis augalas)

1,2 mm

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 euukariotai. 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 arrba 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 or

rganizmus 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 saavo 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

Matų priešdėliai
Giga- G 109
Mega M 106
Kilo k 103
Mili- m 10-3
Mikro- m 10-6
Nano- n 10-9

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):

.mikrometras (mm) = mikronas (m
m) = 10-6 metro
nanometras (nm) = 10-9 metro
angstremas = 0,1 nanometro

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.

Kai kurių biologinių objektų dydžiai
Objektas Ilgis (nm)
Alanino (amino rūgštis) molekulė 0,5
Gliukozės (monosacharidas) molekulė 0,7
Fosfatidilcholino (membraninis lipidas) molekulė 3,5
Mioglobino (nedidelis baltymas) molekulė 3,6
Hemoglobino (vidutinio dydžio baltymas) molekulė 6,8
Bakterijos Escherichia coli ribosoma 18
Poliomielito virusas 30
Miozino (ilgas raumenų baltymas) molekulė (ilgis) 160
Tabako mozaikos virusas 300
Kepenų ląstelės mitochondrija 1 500
Bakterija Escherichia coli 2 000
Špinato lapo chloroplastas 8 000
Kepenų ląstelė 20 000

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

r plazminė membrana sudaro ląstelės apvalkalėlį.

[1.3]

Tipiškos bakterijos ir tipiškos žinduolio ląstelės cheminės sudėtys
Komponentė Bakterija Žinduolio ląstelė
Ląstelės masės %
H2O 70 70
Neorganiniai jonai (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl- ir kt.) 1 1
Įvairios smulkiamolekulės organinės medžiagos 3 3
Baltymai 15 18
RNR 6 1,1
DNR 1 0,25
Fosfolipidai 2 3
Kiti lipidai 2
Polisacharidai 2 2
Bendras ląstelės tūris 2×10-12 cm3 4×10-9 cm3
Santykinis ląstelės tūris 1 2000

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, pap. . .

Join the Conversation

×
×