Biologija ćelije

Upoznavanje građe i funkcije ćelije predstavlja osnovu za svako dublje proučavanje u biologiji i medicini. Grana biologije koja se bavi proučavanjem ćelije naziva se citologija. Rezultati proučavanja ćelije doprinose poznavanju i normalnog i patološkog stanja organizma.

Ćelija je osnovna gradivna i funkcionalana jedinica svakog živog bića, osim virusa. U prirodi postoje brojni organizmi čije se telo sastoji iz jedne ćelije, kao što su bakterije, praživotinje, neke alge i gljive. Sa druge strane višećelijski organizmi mogu imati više miliona, biliona, kvadriliona ćelija. Tako se u organizmu odraslog čoveka nalazi oko 1014 ćelija. Iako se sve te ćelije međusobno razlikuju postoje neke osobine koje su zajedničke svim ćelijama:

* rastenje do veličine koja je karakteristična za datu vrstu ćelije;
* obavljanje određenih zadataka (funkcija, uloga);
* primanje signala iz spoljašnje sredine na koje ćelija na određeni način odgovara;
* život ćelije završava se ili deobom ili ćelijskom smrću; pri deobi ćelija daje nove ćelije;
* jedinstven hemijski sastav;
* jedinstvena građa.

Zahvaljujući razvoju tehnike i instrumenata saznanja o ćeliji su postala veća i potpunija. Tehnika mikroskopiranja je danas dovedena skoro do savršenstva – pronalaskom različitih vrsta mikroskopa (elektronski, fazni i dr.)


Biljna ćelija




Životinjska ćelija

Strukturne razlike na ćelijskom nivou, koje postoje između biljnih i životinjskih organizama, nastale su kao rezultat načina života biljaka budući da su one pričvršćene za podlogu. Biljna ćelija se u nekoliko karakterističnih osobina razlikuje od animalne, a to su: posedovanje čvrstog ćelijskog zida, vakuole i plastida. Plastidi, a posebno hloroplasti, omogućavaju biljci autotrofan način ishrane. Time se biljke i neke autotrofne bakterije razlikuju oa svih ostalih organizama koji su heterotrofni. Ako se izuzmu ove navedene razlike u građi biljnih i animalnih ćelija, ostale razlike su od manjeg značaja. Za neke od ćelijskih delova, kao što su jedro, mitohondrije, mikrotubule i ribozomi, teško bi se na ultrastrukturnom nivou moglo odrediti da li pripadaju biljnoj ili životinjskoj ćeliji.





Ultrastruktura biljne ćelije

Pod elektronskim mikroskopom se prvo može uočiti da je svaka ćelija opkoljena ćelijskim zidom, koji zatvara unutrašnji sadržaj ćelije, protoplazmu (protoplast). Protoplast je opkoljen i ćelijskom membranom (plazma membrana). U njemu se razlikuju jedro i citoplazma. U citoplazmi se nalaze brojne organele i citoskelet.

Plazma membrana se sastoji od dvosloja lipida u koji su zaronjeni proteini. Spoljašnja i unutrašnja površina membrane obavljaju različite funkcije pa se razlikuju i po sastavu.

Organele su od okolne citoplazme odvojene semipermeabilnim membranama unutar kojih se dešavaju pojedini metabolički procesi kao što su fotosinteza, disanje i dr. Neke organele, kao što su jedro, mitohondrije i hloroplasti opkoljene su dvema membranama, a jednu opnu imaju Goldžijev kompleks, endoplazmatični retikulum, lizozomi i mikrotela (peroksizomi i oksizomi). Postoje i organele koje nisu oivičene membranom kao što su ribozomi i sistem mikrofilamenata i mikrotubula.

Osnovni citoplazmatski matriks, bez organela, naziva se citosol. Citosol je prožet finim proteinskim filamentima, koji obrazuju citoskelet. Citoskelet je u biljnoj, kao i u animalnoj ćeliji, sastavljen od aktinskih filamenata i mikrotubula. On ima ulogu u strujanju citoplazme (ciklozis) i kretanju organela kroz citoplazmu pri čemu se troši energija iz ATP-a.

Jedro je obavijeno dvojnom membranom na kojoj se nalaze otvori, nuklearne pore, preko kojih se ostvaruje komunikacija između unutrašnjeg sadržaja jedra (nukleoplazme) i okolne citoplazme. Za spoljašnju membranu jedra vezuju se ribozomi i endoplazmatični retikulum. Kao nosilac genetičkog materijala, jedro sadrži hromozome (hromatin) i jedarce. Jedarce nema membranu i u njemu se stvaraju ribozomi. Kod većine biljnih ćelija jedro je potisnuto uz plazma membranu zbog prisustva vakuola.

Ćelijske organele


Endoplazmatični retikulum predstavlja mrežu membrana koje obrazuju nizove cevčica i spljoštenih cisterni i protežu se kroz čitavu ćeliju – od jedrove do ćelijske membrane. Dve vrste ER, granularni i agranularni, razlikuju se ne samo po prisustvu ili odsustvu ribozoma, već i po obliku i ulozi. Granularni ER je u vidu spljoštenih cisterni, a glatki obrazuje duže ili kraće cevi. Osnovna funkcija granularnog ER je sinteza proteina, a agranularnog sinteza lipida. Proizvodi stvoreni u ER se transportuju u sve delove ćelije gde su potrebni. Taj transport obavlja se tako što se od ER odvoje vezikule, nazvane transportne vezikule, u kojima se nalaze proizvodi stvoreni u ER. Transportne vezikule su od izuzetnog značaja, s obzirom da nema fizičke povezanosti između ER i ostalih organela. Proizvodi ER, koji nisu potpuno zreli, se transportnim vezikulama neprekidno šalju do Goldžijevog aparata.



Goldžijev aparat (diktiozomi) su veoma brojne strukture u citoplazmi. Ova organela je izgrađena od malih, grupisanih ili raspršenih kesa u citoplazmi. Diktiozomi su uključeni u završnu obradu materijala koji će se izbaciti iz ćelije da bi se od njih izgradio ćelijski zid. Tipičan diktiozom biljne ćelije izgleda kao grupa tankih, 6-7 spljoštenih kesica (vezikula), koje su naslagane jedna na drugu. Prostor između njih je tanak. Periferni delovi diktiozoma su jako prošireni (vidi sliku).

Mitohondrije imaju loptast ili cilindričan oblik, a broj može da se kreće od 300-400 i ima ih u svim delovima citoplazme. Građa i funkcija im je slična mitohondrijama životinjske ćelije – sadrže na unutrašnjoj membrani respiratorne enzime tako da obavljaju ćelijsko disanje (proizvodnja ATP).

Peroksizomi se uočavaju u svim biljnim ćelijama u blizini hloroplasta ili u blizini lipidnih kapi. Ove organele su ograničene membranom i upola su manje od mitohondrija. Po svojoj funkciji razlikuju se dve vrste peroksizoma – jedna vrsta je ista kao peroksizomi u životinjskoj ćeliji, a druga vrsta su glioksizomi koji su karakteristični samo za biljnu ćeliju. Glioksizomi se najčešće nalaze u velikom broju u semenima u kojima se magacioniraju rezerve masti. Masti su nagomilane u vidu masnih kaplica nazvanih sferozomi. Pri klijanju semena dolazi do trošenja masnih rezervi i tada je povećan broj glioksizoma. Poreklo glioksizoma i peroksizoma nije još uvek razjašnjeno, ali se pretpostavlja da nastaju od granularnog ER-a.


Plastidi

Plastidi su organele prisutne isključivo u biljnim ćelijama. Postoji nekoliko tipova plastida : proplastidi, hloroplasti, hromoplasti, etioplasti i leukoplasti. Ovi tipovi mogu prelaziti jedan u drugi u zavisnosti od uloge tkiva u kome se nalaze, spoljašnjih i unutrašnjih faktora (vidi donju shemu).

Proplastidi su mali, bezbojni nediferencirani plastidi koji se nalaze u meristemskim ćelijama[1] izdanka i korena. Od njih nastaju različite vrste plastida. Imaju izgled malih vakuola okruženih dvojnom membranom po čemu se razlikuju od vakuola. Ako je biljka normalno osvetljena od proplastida će se razviti hloroplasti, ako je u tami onda leukoplasti.

Hromoplasti su žuto do crveno obojeni plastidi smešteni u cvetovima i plodovima. U njima se nalaze velike količine pigmenata iz grupe karotenoida (karoteni i ksantofili). Nastaju najčešće od hloroplasta koji se menjaju pri sazrevanju biljaka. Imaju važnu ekološku ulogu – u oprašivanju cvetova i rasejavanju plodova.

Leukoplasti su bezbojni plastidi koji se mogu naći u različitim tkivima. Imaju ulogu u magacioniranju hranljivih materija pa se tako razlikuju proteinoplasti (u njima se nagomilavaju proteini), oleoplasti (akomuliraju rezervne lipide) i amiloplasti (amilum=skrob) u kojima se sintetiše i akomulira skrob. Prisutni su u organima u kojima se čuvaju rezervne hranljive materije (krtole, lukovice, semena,plodovi itd.).

Biljka koja je od isklijavanja držana u stalnom mraku biće etiolirana (bezbojna). Plastidi biljke rasle u mraku su takođe bezbojni jer ne sadrže pigmente i nazivaju se etioplasti.


Hloroplasti


Hloroplasti su fotosintetički aktivni plastidi koji podsećaju na mitohondrije jer imaju duplu membranu, sopstvenu DNK i ribozome. Unutrašnja membrana hloroplasta obrazuje spljoštene vezikule nazvane tilakoidi (thylacos=vrećica, zbog izgleda u obliku spljoštene vrećice) koji su raspoređeni po unutrašnjosti (stromi) hloroplasta. Razlikuju se dve vrste tilakoida - tilakoidi grana i tilakoidi strome. Kraći tilakoidi, koji su gusto naslagani jedan uz drugi (kao novčići u fišeku), su tilakoidi grana, a duži, pojedinačni su tilakoidi strome. Tilakoidi strome povezuju međusobno tilakoide grana obrazujući tako jedan sistem u vidu mreže (vidi sliku). Hloroplasti koji sadrže samo tilakoide strome nazivaju se agranalni (imaju ih npr. parenhimske ćelije kukuruza i šećerne trske)U stromi se nalaze ribozomi, prstenasta DNK, lipidne kapljice, skrobna zrna i enzimi za odvijanje tamne faze fotosinteze.

Za membranu tilakoida vezani su pigmenti i enzimi koji učestvuju u svetloj fazi fotosinteze. Glavni fotosintetički pigment je hlorofil a, dok su karotenoidi i fikobilini (fikoeritrin i fikocijanin) pomoćni pigmenti. Pigmenti sa proteinima membrane grade fotosisteme I i II.


Vakuole


Vakuole učestvuju u mnogim procesima pa se morfološki međusobno razlikuju usled čega dobijaju naziv vakuolarni aparat. Uloge vakuola su :

* predstavljaju osnovnu vrstu biljnih lizozoma jer sadrže čitav niz kiselih hidrolaza
* održavanje stalnog ćelijskog turgora
* magacioniranje i razlaganje hranljivih materija
* uvećavaju ukupnu površinu i zapreminu ćelije, a da pri tome ne dolazi do sinteze nove citoplazme što biljkama omogućuje neograničen rast
* odbrambena uloga, npr. od životinja jer se u vakuolama nalaze teško svarljive, a nekad i vrlo otrovne materije
* čuvanje otpadnih produkata metabolizma i dr.

U mladim, nediferenciranim ćelijama (kakve su npr. meristemske ćelije koje imaju sposobnost da se neprekidno dele dajući sve ostale vrste biljnih ćelija) vakuole su malobrojne i sitne. Uporedo sa rastenjem i diferenciranjem ćelija dolazi i do postupnog povećanja zapremine vakuola i njihovog spajanja u često jednu veliku vakuolu. Ta vakuola potiskuje citoplazmu sa organelama na periferiju ćelije (vidi sliku). Vakuola je od okolne citoplazme odvojena membranom nazvanom tonoplast. U obrazovanju vakuola učestvuju endoplazmatični retikulum i diktiozomi.


Ćelijski zid


Ćelijski zid je čvrsti, jedinstven omotač koji opkoljava svaku biljnu ćeliju. Svojim osobinama štiti plazma membranu biljnih ćelija. Izgrađen je od polisaharida, ali je slojevit, vlaknast, elastičan, savitljiv i izuzetne čvrstine. Preko zidova se ćelije vezuju u složena tkiva, pri čemu je ostavljena mogućnost komunikacije među ćelijama preko kanalića nazvanih plazmodezmi. Neke supstance ćelijski zid propušta, a drugima ne omogućava ulazak u ćeliju.