Các thành phần của tế bào sống và chức năng của chúng
Đọc bài viết này để tìm hiểu về các thành phần của tế bào sống và chức năng của chúng!
Tổ chức cấu trúc của tế bào:
Tế bào là một đơn vị cấu trúc và hoạt động sinh học. Nó bao gồm một khối nguyên sinh có tổ chức được bao quanh bởi một lớp phủ bảo vệ và có thể thấm được gọi là màng plasma.
Nguyên sinh chất của một tế bào được gọi là protoplast (Hanstein, 1880). Nó được làm từ huyết tương-bổ đề, tế bào chất, không bào và nhân. Trong tế bào thực vật, nấm, vi khuẩn và vi khuẩn lam, một tế bào cũng được bao quanh bởi một thành tế bào.
Tế bào là một đơn vị cấu trúc và hoạt động sinh học. Nó bao gồm một khối nguyên sinh có tổ chức được bao quanh bởi một lớp phủ bảo vệ và có thể thấm được gọi là màng plasma. Nguyên sinh chất của một tế bào được gọi là protoplast (Hanstein, 1880). Nó được làm từ huyết tương-bổ đề, tế bào chất, không bào và nhân. Trong tế bào thực vật, nấm, vi khuẩn và vi khuẩn lam, một tế bào cũng được bao quanh bởi một thành tế bào.
[I] Nguyên sinh chất:
Nguyên sinh chất được mô tả là "cơ sở vật chất sống của cuộc sống" bởi Thomas Huxley (1868), vì tất cả các hoạt động của sinh vật đều là hoạt động của chính nguyên sinh chất. Nó là chất duy nhất được ban cho sự sống và do đó, thực vật và động vật có chứa chất này trong cơ thể của chúng được coi là sống. Khi nguyên sinh chất chết, tế bào ngừng thực hiện bất kỳ chức năng nào cho thực vật hoặc động vật, sau đó toàn bộ trở nên trơ và chết.
Tính chất vật lý của Protoplasm:
Trên cơ sở các nghiên cứu kính hiển vi nguyên sinh chất xuất hiện dưới dạng một chất gelatin trong suốt, không màu, giống như thạch. Nó là một dung dịch nước của các hạt rất nhỏ và các hạt khác nhau (các chất do nó xuất hiện dưới dạng nhớt, đàn hồi và dạng hạt).
Ở trạng thái hoạt động, nguyên sinh chất vẫn bão hòa với nước, chiếm tới 75-90% hàm lượng. Protoplasm đông lại khi đun nóng, và khi bị giết, nó mất độ trong suốt. Nó đáp ứng với các kích thích bên ngoài khác nhau, ví dụ như điện giật và hóa chất.
Protoplasm có tính bán thấm trong tự nhiên và tính chất này bị mất khi nguyên sinh chất bị giết. Trong điều kiện bình thường, nguyên sinh chất của một tế bào sống ở trạng thái chuyển động chậm nhưng liên tục. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, nó cho thấy các chuyển động khác nhau của các loại khác nhau.
Các khối nguyên sinh chất trần trụi, cho thấy hai loại chuyển động Con đường mật (chuyển động bơi tự do, phút chốc, các cơ quan nguyên sinh vật như các loài động vật của nhiều loài tảo và nấm với sự trợ giúp của lông mao hoặc vi khuẩn lùn) và amip trong Amoeba). Nguyên sinh chất, được bao bọc bởi một thành tế bào, cho thấy một chuyển động phát trực tiếp bên trong nó, được gọi là cyclosis.
Cyclosis có hai loại xoay vòng (protoplasm di chuyển xung quanh một không bào bên trong một tế bào theo một hướng duy nhất, theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ, ví dụ, các tế bào lá của Hydrilla hoặc Vallisneria và lưu thông (nguyên sinh chất di chuyển theo các hướng khác nhau xung quanh các không bào khác nhau bên trong một tế bào như trong sợi tóc của Tradescantia).
Protoplasm là một hệ keo đa hình phức tạp. Đặc tính vật lý quan trọng nhất của nguyên sinh chất là bản chất keo mà nó nợ hầu hết các tính chất của nó.
Thành phần hóa học của Protoplasm:
Nguyên sinh chất hoạt động chứa một tỷ lệ cao nước (75-90%) và vẫn bão hòa với nó. Loại bỏ nước này, chất rắn của nguyên sinh chất có chứa các chất sau: protein Ôm 40-60%.
Các chất béo (chất béo và lipit thật, đặc biệt là lecithin) -12-14%; carbohydrate-12-14% và muối vô cơ 5-7%. Phân tích các nguyên sinh vật chết cho thấy một danh sách dài các yếu tố có trong nó.
Trong số Oxy (O) khoảng 65% ', carbon (C) khoảng 18, 3%, hydro (H) khoảng 11% và nitơ (N) khoảng 2, 5%, dễ thấy nhất. Các nguyên tố khác chiếm 3% còn lại bao gồm clo (CI), lưu huỳnh (S), phốt pho (P), silicon (Si), canxi (Ca), mangan (Mn), v.v.
Ngoài các hóa chất đã đề cập ở trên, các loại sắc tố khác nhau, latex, vitamin, chất điều hòa tăng trưởng, enzyme và alkaloids cũng được tìm thấy trong nguyên sinh chất và đóng vai trò cụ thể trong tế bào.
Nguyên sinh chất có hai phần chính
1. Tế bào chất
2. Hạt nhân
Phần ngoài cùng của tế bào chất được tạo thành từ một màng đơn vị gọi là huyết tương hoặc màng plasma trong tế bào động vật và thực vật. Trong tế bào thực vật, màng plasma được bảo vệ từ bên ngoài bởi một thành tế bào dày.
[II] Thành tế bào:
Thành tế bào là một đặc điểm hệ thống không sống của tế bào thực vật. Ngoại lệ, giao tử của một số thực vật bậc thấp và plasmodium của một số loại nấm nhất định không có thành tế bào. Chỉ khi thành tế bào tiếp xúc với nguyên sinh vật sống hình thành nên nó mới có khả năng phát triển và do đó không thể nói là độc lập với nguyên sinh chất.
Tường tế bào bao gồm ba phần:
1. Trung lamella:
Nó là một dạng mỏng, vô định hình, tạo thành các chất nội bào và giúp giữ các thành chính của các tế bào lân cận. Lamella giữa không có ở mặt ngoài của các tế bào bề mặt. Nó được tạo thành từ pectate canxi và magiê. Lamella giữa có thể được hòa tan bởi các chất khác nhau bao gồm pectinase và chất lỏng của Jeffery. Nó là đẳng hướng quang học.
2. Tường chính:
Nó là cái đầu tiên được hình thành bởi tế bào và được lắng đọng ở hai bên của lamella giữa trong các tế bào tiếp giáp. Nó là bất đẳng hướng quang học và hóa học bao gồm cellulose, các chất pectic, hemiaellulose và một số polysacarit khác. Tất cả các tế bào sống sở hữu các bức tường chính. Vì thành chính được lắng đọng rất sớm trong quá trình tạo tế bào, nên nó bị căng thẳng đáng kể trong quá trình phát triển tiếp theo của tế bào.
Nó không chỉ phát triển theo chiều tuyến tính mà còn về độ dày. Do đó, thành tế bào sơ cấp có cả độ dẻo và độ đàn hồi. Trong một số trường hợp, sự tăng trưởng độ dày của tường sơ cấp có thể đảo ngược tương phản với bản chất không thể đảo ngược của tường thứ cấp.
Tường sơ cấp bao gồm một số sợi nhỏ được nhúng trong ma trận giống như gel vô định hình hoặc chất nền. Trong phần lớn thực vật, các sợi nhỏ được hình thành từ cellulose. Chúng là 1 được làm từ một polymer của acetyl glucosamine hoặc cellulose nấm trong nhiều loại nấm. Micro-fibrils được định hướng khác nhau theo hình dạng và độ dày của tường. Thông thường chúng được sắp xếp trong một mạng lỏng lẻo.
3. Tường phụ:
Nó được sản xuất trong một số tế bào trưởng thành khi sau này đã ngừng tăng trưởng, ví dụ, tracheids, các yếu tố tàu, sợi, collenchyma. Tường thứ cấp được đặt bên trong vào tường chính bằng cách bồi tụ hoặc lắng đọng vật liệu trên bề mặt cấu trúc hiện có. Nó dày (3 Lọ 10 μm) và được tạo thành từ ít nhất ba lớp, đôi khi nhiều hơn (ví dụ, ống latex của Euphorbia milli).
Chúng được đặt tên là S 1, S 2, S 3, S x v.v ... Lớp trong cùng của bức tường thứ cấp đôi khi khác biệt cả về mặt hóa học cũng như tính chất nhuộm màu do sự hiện diện của xylans. Sau đó, nó được gọi là tường thứ ba, ví dụ, gỗ căng trong thực vật hạt trần. Thành thứ cấp có thể vắng mặt, lắng đọng không đều hoặc hình thành đồng đều trong các tế bào. Điều này dẫn đến sự biệt hóa của các tế bào nhu mô, collenchyma, sclerenchyma, tracheids và mạch.
Thành phần của thành thứ cấp về cơ bản tương tự như thành sơ cấp trong việc có các sợi nhỏ cellulose được nhúng trong một ma trận của pectin và hemiaellulose. Các sợi nhỏ cellulose của vách thứ cấp nằm sát, song song và theo góc với trục dọc của tế bào.
Một số vật liệu khác nhau có thể được gửi trong tường như lignin, suberin và cutin. Các chất khác có thể lắng đọng trong thành tế bào là silica (ví dụ: cỏ), khoáng chất, sáp, tannin, nhựa, nướu, v.v.
Thành phần hóa học của vách tế bào:
Thành tế bào của thực vật không phải là nấm được tạo thành từ xenluloza một polysacarit. Công thức của nó là (C 6 H J0 O 5 ) n. Ngoài cellulose, một số chất pectic, hemiaellulose và các polysacarit khác cũng có thể có mặt. Lamella giữa được làm từ pectate canxi và magiê pectate. Thành sơ cấp và thứ cấp thường được tạo thành từ cellulose mặc dù một số chất khác cũng có thể có mặt.
Sự sắp xếp phân tử và đại phân tử của Cellulose trong thành tế bào:
Cellulose, một chuỗi polymer dài của d-glucose, tạo thành một phần tốt của bộ xương của thành tế bào. Khoảng 100 chuỗi cellulose dài tạo thành một fibril hoặc micelle cơ bản. Khoảng 20 fibril cơ bản tạo thành một fibril micro.
Các khoảng trống giữa các fibrils được lấp đầy bằng nước, các chất pectic, hemiaelluloses trong các bức tường chính và lignin, cutin, suberin, v.v., trong các bức tường thứ cấp. Khoảng 250 micro-fibril tạo thành một fibril.
Plamodesmata:
Plasmodesmata (Plasmodesma đơn lẻ; Tangl, 1879; Giorgburger, 1901) là cầu nối tế bào chất giữa các tế bào thực vật liền kề phát triển trong các lỗ nhỏ của các bức tường. Chúng tạo thành một liên tục nguyên sinh chất gọi là symplast.
Các chất khác nhau có thể truyền từ tế bào này sang tế bào khác thông qua plasmodesmata. Một plasmodesma bao gồm một kênh được lót bởi màng plasma và có một ống đơn giản hoặc phân nhánh được gọi là desmotubule. Desmotubule là một phần mở rộng của mạng lưới nội chất.
Hố:
Các hố là khu vực không được đánh dấu trong các bức tường thứ cấp của tế bào thực vật. Họ, do đó, xuất hiện như trầm cảm. Các hố thường xuất hiện theo cặp trên thành của hai ô liền kề. Một hố có một khoang hoặc khoang hố và màng hố. Màng hố bao gồm vách sơ cấp và lamella giữa.
Hố có hai loại, đơn giản và có viền. Hố đơn giản có chiều rộng đồng đều của buồng hố. Trong hố có viền, khoang hố có hình bình vì bức tường thứ cấp bao phủ miệng của nó.
Màng hố được thấm. Nó có thể có lỗ chân lông dưới phút. Do đó, hố giúp chuyển vị nhanh giữa hai ô liền kề.
Chức năng của vách tế bào:
Nó thực hiện một số chức năng:
(i) Bảo vệ nguyên sinh chất chống lại chấn thương cơ học.
(ii) Bảo vệ tế bào khỏi sự tấn công của mầm bệnh.
(iii) Cung cấp độ cứng cho tế bào.
(iv) Cung cấp hình dạng cho tế bào và chống lại áp suất thẩm thấu
(v) Cung cấp sức mạnh cho các nhà máy trên đất để chịu được lực hấp dẫn.
(vi) Bằng sự tăng trưởng của nó, bức tường giúp mở rộng tế bào.
(vii) Tùy thuộc vào loại tế bào, thành của nó có thể thấm hoặc không thấm. Ngay cả bức tường thấm cũng có tác dụng điều hòa đối với việc vận chuyển các chất vào và ra khỏi tế bào.
(viii) Các hố có trong tường giúp tạo ra sự liên tục nguyên sinh chất hoặc giao cảm giữa các tế bào.
(ix) Cutin và suberin của thành tế bào làm giảm mất nước qua thoát hơi nước.
(x) Tường của các ống sàng, tracheids và tàu được chuyên dùng để vận chuyển đường dài.
[III] Tế bào chất:
Tế bào chất là khối nguyên sinh bán chất lỏng giống như thạch của thạch, ngoại trừ nhân nhưng bao gồm tất cả các thành phần khác - ma trận tế bào chất, bào quan tế bào và các thể vùi tế bào.
A. Ma trận tế bào chất hoặc Cytosol (Hyaloplasm):
Nó là phần chất lỏng trong của tế bào chất có thể tồn tại ở hai trạng thái, sol và gel. Hai loại tương ứng được gọi là plasmasol và plasmagel. Plasmagel thường có mặt dưới màng sinh chất. Nó được gọi là ngoại bì.
Plasmasol là nội bộ và được gọi là endoplast. Nước cấu thành 90% ma trận. Ma trận thực sự là một phức chất kết tinh trong nước, trong đó một số hóa chất có mặt dưới dạng dung dịch thực sự trong khi các chất khác có mặt dưới dạng dung dịch keo.
Ma trận tế bào chất thực hiện một số chức năng. Những điều quan trọng là:
1. Các bào quan trao đổi vật chất thông qua ma trận tế bào chất.
2. Ma trận chứa nguyên liệu thô và cung cấp tương tự cho các bào quan tế bào cho hoạt động của chúng.
3. Ma trận là nơi tổng hợp của một số hóa chất sinh học như chất béo, nucleotide, một số carbohydrate, protein, coenzyme, v.v.
4. Glycolysis, hô hấp kị khí và loại đường pentose của hô hấp hiếu khí xảy ra trong phần ma trận của tế bào chất.
5. Nó giúp phân phối các vật liệu khác nhau bên trong tế bào.
B. Tế bào cơ quan:
Chúng là các cấu trúc tế bào phụ với các hình thái hình thái đặc trưng, cấu tạo hóa học đặc biệt và chức năng xác định. Một tế bào chứa một số bào quan như ty thể, plastid, mạng lưới nội chất, phức hợp Golgi, ribosome, cơ thể vi mô, lysosome, v.v.
1. Mitochondria (Mito = thread, chondrion- granules) TiênFirst được Kolliker phát hiện vào năm 1880 và được mô tả là "nhựa sinh học" của Altmann vào năm 1894, các bào quan này được ty thể hóa lại bởi Benda (1897).
Nhìn chung, ty thể có hình que nhưng tinh trùng và trứng của một số sinh vật, có dạng hình cầu hơn. Ty thể có khung lipoprotein chứa nhiều enzyme và coenzyme cần thiết cho quá trình chuyển hóa năng lượng. Chúng cũng chứa một DNA cụ thể cho sự di truyền tế bào chất và ribosome để tổng hợp protein.
Hình dạng, kích thước, cũng như số lượng khác nhau tùy thuộc vào mô, sinh vật và tình trạng sinh lý của sinh vật. Hoạt động của tế bào là tiêu chí chính để ty thể được phân phối trong một tế bào, ví dụ, trong tế bào gan chúng hình thành khoảng 30 - 35% protein tế bào trong khi ở tế bào thận chúng hình thành khoảng 20%.
Trong tế bào thực vật số lượng ít hơn so với tế bào động vật. Mặc dù phân bố đều trong tế bào chất, chúng có thể bị giới hạn ở một khu vực cụ thể, nơi cần phải đáp ứng nhu cầu ATP cao, ví dụ, trong các tế bào cơ, tinh trùng, que và hình nón của mắt. Ty thể không có ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực kỵ khí.
Cơ sở hạ tầng của Mitochondria:
Ty thể đơn có đường kính khác nhau giữa 0, 5 và 1, 0 μm và 7 μm dài. Ty thể được bao bọc bởi hai màng riêng biệt gọi là màng ngoài và màng trong; cái sau tách ra ma trận của organelle, một chất lỏng giống như gel.
Do đó, màng trong ngăn cách ma trận với không gian màng bên trong chứa đầy chất lỏng. Cả màng ngoài và màng trong đều chứa nhiều loại enzyme. Một số enzyme được sử dụng trong chu trình Krebs được gắn vào ma trận với các chuỗi DNA lơ lửng trong đó và các ribosome nằm rải rác khắp nơi.
Các màng bên trong và bên ngoài khác nhau rõ rệt về mặt hóa học và cấu trúc với nhau và cả về tính thấm. Màng bên trong có diện tích bề mặt lớn hơn do sự mở rộng của nó thành ma trận dưới dạng của cristae, có hình dạng và số lượng khác nhau, tùy thuộc vào địa hình tế bào, từ nằm song song với nhau để tạo thành mạng lưới anastomizing.
Số lượng cristae tăng hoặc giảm tùy thuộc vào hoạt động hiếu khí của ty thể vì trong quá trình hoạt động hiếu khí, số lượng ATP sẽ được sản xuất nhiều hơn do đó số lượng cristae lớn hơn để chứa các hệ thống enzyme. Màng bên trong rất giàu protein và cardiolipin trong khi bên ngoài rất giàu phospholoids. Cả hai màng dường như nằm trên mô hình trilamellar, được mô tả bởi Robertson (1967).
Màng bên trong cũng như cristae của nó có vợt tennis nhỏ như các hạt gọi là hạt cơ bản, hạt F 0 - F 1 hoặc oxysome (= oxisomes). Một ty thể chứa lx 10 4 - lx 10 5 hạt cơ bản. Mỗi hạt cơ bản hoặc oxysome có một đầu, thân và gốc. Cơ sở (tiểu đơn vị F 0 ) dài khoảng 11 nm và dày 1, 5 nm.
Thân cây dài 5nm và rộng 3, 5nm. Đầu (tiểu đơn vị F 1 ) có đường kính 9 che10nm. Các hạt cơ bản chứa ATP-ase. Do đó, chúng là trung tâm của tổng hợp ATP trong quá trình phosphoryl oxy hóa. Các enzyme của sự vận chuyển điện tử được đặt ở màng bên trong tiếp xúc với các hạt cơ bản.
Tại những nơi, màng ngoài ty thể và bên trong tiếp xúc với nhau. Chúng được gọi là các trang web bám dính. Các vị trí bám dính là các vùng thấm đặc biệt của ty thể để chuyển vật liệu từ bên ngoài vào bên trong và ngược lại.
Không gian bên ngoài hoặc không gian ty thể là không gian nằm giữa màng ngoài và trong của màng bọc ty thể. Thông thường, nó rộng 60-100 A ° và kéo dài vào không gian của cristae. Khoang chứa một chất lỏng có một vài enzyme.
Khoang bên trong tạo thành lõi của ty thể và chứa một ma trận bán lỏng. Ma trận có các hạt protein, ribosome, RNA, DNA ty thể, enzyme của chu trình Krebs, tổng hợp axit amin và chuyển hóa axit béo. Ribosome ty thể là 55 S đến 70 S trong tự nhiên. DNA trần trụi. Nó thường là hình tròn nhưng có thể là tuyến tính. DNA làm cho ty thể bán tự trị.
Tình trạng bán tự trị của ty thể:
Ty thể được biết là có chứa DNA và RNA và có bằng chứng cho thấy rằng chúng có sự tổng hợp protein của chính chúng. Tuy nhiên, DNA hạt nhân cũng đóng một vai trò trong quá trình tổng hợp protein của ty thể.
Vì lý do này, ty thể được coi là các hạt tự trị tự lan truyền. Người ta tin rằng các protein cấu trúc của ty thể được lắp ráp tại chỗ trong khi các protein hòa tan được lắp ráp trên các ribosome không ty thể. Chức năng:
1. Ti thể là các nhà máy sinh hóa thu nhỏ nơi thức ăn hoặc chất hô hấp bị oxy hóa hoàn toàn thành carbon dioxide và nước. Năng lượng được giải phóng trong quá trình ban đầu được lưu trữ dưới dạng coenzyme giảm và các nhóm giả.
Loại thứ hai sớm trải qua quá trình oxy hóa và hình thành ATP giàu năng lượng. ATP ra khỏi ty thể và giúp thực hiện các quá trình đòi hỏi năng lượng khác nhau của tế bào như co cơ, dẫn truyền xung thần kinh, sinh tổng hợp, vận chuyển màng, phân chia tế bào, di chuyển, v.v. Do sự hình thành ATP, ty thể được gọi là nhà máy điện của tế bào.
2. Ti thể cung cấp các chất trung gian quan trọng để tổng hợp một số hóa chất sinh học như diệp lục, cytochrome, pyrimidine, steroid, alkaloids, v.v.
3. Ma trận hoặc khoang bên trong của ty thể có các enzyme để tổng hợp axit béo. Enzyme cần thiết cho sự kéo dài của axit béo đã được báo cáo trong buồng ty thể bên ngoài.
4. Tổng hợp nhiều axit amin xảy ra trong ty thể. Các axit amin được hình thành đầu tiên là axit glutamic và axit aspartic. Chúng được tổng hợp từ axit-ketoglutaric và axit oxaloacetic tương ứng. Các axit amin khác được tạo ra bằng cách biến đổi và truyền hoặc chuyển nhóm amin (từNHNH 2 ) từ axit glutamic và axit aspartic.
5. Một sinh vật thường nhận được ty thể từ mẹ của nó, vì nó có trong trứng.
2. Plastids:
Thuật ngữ plastid được E. Haeckel giới thiệu vào năm 1866. Plastid là các bào quan bán tự trị có DNA và màng bọc kép chứa hoặc tổng hợp các loại hợp chất hữu cơ. Ngoại trừ một số chất bảo vệ, plastid chỉ được giới hạn ở thực vật. Plastids phát triển từ tiền chất không màu được gọi là proplastids.
Proplastids có khả năng phân chia và phân biệt thành nhiều loại plastid khác nhau. Tùy thuộc vào màu sắc của chúng, chúng có ba loại chính - leucoplast, chromoplast và chloroplasts (Schimper, 1883).
(i) Leucoplasts (Gk. leucos Đục trắng, plastos Đục đúc):
Chúng là những plastid không màu thường xuất hiện gần nhân trong các tế bào không có màu xanh lá cây và có các lamellae bên trong. Grana và sắc tố quang hợp vắng mặt. Leucoplasts có kích thước và hình thức thay đổi, ví dụ như hình tròn, hình bầu dục, hình trụ, dạng sợi, v.v.
Có ba loại leucoplasts đặc biệt. (a) Amylo-plasts. Chúng là tinh bột chứa leucoplasts. Nó chứa một hạt tinh bột đơn giản hoặc hợp chất được bao phủ bởi vỏ protein đặc biệt, ví dụ, củ khoai tây, gạo, lúa mì, (b) Elaioplasts (Lipidoplasts, Oleoplasts). Các plastid không màu lưu trữ chất béo, ví dụ, Tube Rose, (c) Aleuroplasts, Proteoplasts hoặc Proteinoplasts. Các plastid chứa protein ở trạng thái vô định hình, tinh thể hoặc tinh thể-globoid (ví dụ, các tế bào aitonone của hạt ngô, tế bào nội nhũ của Castor).
(ii) Chromoplasts (Gk. chroma Màu sắc, plastos Đục đúc):
Các plastid có màu vàng hoặc hơi đỏ vì sự hiện diện của các sắc tố carotene. Chất diệp lục vắng mặt. Chromoplast được hình thành từ bạch cầu hoặc lục lạp. Sự thay đổi màu sắc từ màu xanh lá cây sang màu đỏ trong quá trình chín của cà chua và ớt là do sự biến đổi của lục lạp thành nhiễm sắc thể. Màu cam của rễ cà rốt là do nhiễm sắc thể.
(iii) Lục lạp (Gk. chloros = cỏ xanh, đúc plastos):
Chúng là các plastid xanh có các sắc tố quang hợp, diệp lục và carotenoids, và tham gia vào quá trình tổng hợp thực phẩm từ các nguyên liệu thô vô cơ với sự hiện diện của năng lượng bức xạ. Lục lạp của tảo khác với màu xanh lá cây được gọi là chromatophores (ví dụ: rhodoplasts của tảo đỏ, phaeoplasts của tảo nâu).
Trường hợp lục lạp có mặt, số lượng, hình dạng và kích thước của chúng khác nhau. Ở thực vật bậc thấp, chúng có quá nhiều trên mỗi tế bào và có hình dạng khác nhau: hình chén ở Chlamydomonas, hình dầm ở Ulothrix, hình ruy băng ở Spirogyra, v.v.
Trong tảo xanh, lục lạp được liên kết với một loại thực phẩm và lưu trữ cơ thể protein, được gọi là pyrenoid. Nhưng trong phần lớn các loại cây xanh, nó là những thân nhỏ, hai mặt, rời rạc, thường dao động từ 4 đến 6 μm.
Cơ sở hạ tầng của lục lạp:
Lục lạp của thực vật xanh có lớp màng tương tự như của ty thể, mỗi lớp dày khoảng 50A và không gian liên màng rộng 70-100A. Màng giới hạn bên ngoài cung cấp hình dạng nhất định cho lục lạp cũng giúp điều chỉnh chuyển động của vật liệu, giữa lục lạp và tế bào chất xung quanh.
Màng bên trong tương đương với màng ngoài và được ném vào các đường truyền chạy song song với nhau và được gọi là lamellae. Hầu hết các lamellae trong lục lạp của thực vật bậc cao được tổ chức thành các túi hình đĩa gọi là thylakoid. Thylakoids là các thành phần cấu trúc của lục lạp khi chúng tham gia vào quá trình quang hợp.
Một chồng thylakoids được gọi là granum. 40-100 grana có thể xảy ra trong lục lạp. Mỗi hạt có 20-50 thylakoids. Grana vắng mặt trong lục lạp tảo. Thứ hai, do đó, agranal. Màng Grana chứa các hạt protein có hai kích thước cơ bản, đường kính 105 và 140μ.
Các hạt lớn hơn được liên kết với hệ thống quang hợp I của quang hợp và hạt nhỏ hơn với hệ thống quang hợp II của quang hợp. Do sự hiện diện của grana, thylakoids được phân biệt thành thylakoids hai hạt và stroma hoặc thylakoids liên hạt.
Các stroma hạt bao gồm các hạt tinh bột và trung tâm stroma; các chuỗi DNA và ribosome (70 S) cũng được phân tán qua lớp nền. Lục lạp hoặc ct DNA là trần trụi, tròn hoặc đôi khi tuyến tính. Ma trận lục lạp của thực vật bậc cao có thể lưu trữ tinh bột tạm thời, như các hạt tinh bột, được gọi là tinh bột đồng hóa.
Màng của grana lamellae được tạo thành từ protein và phospholipids và chứa diệp lục và carotenoids là các sắc tố quang hợp cơ bản.
Phát triển lục lạp:
Lục lạp mới được sản xuất bởi sự phân chia lục lạp trưởng thành hoặc chúng phát triển de novo từ proplastids trong tế bào. Proplastids có thể làm phát sinh các loại plastid khác ngoài lục lạp. Thông tin di truyền có trong nhân tế bào và của lục lạp tương tác trong quá trình biệt hóa các bào quan mới.
DNA chứa trong lục lạp được phiên mã và dịch mã để tạo thành một số protein lục lạp và phần còn lại của protein lục lạp được DNA hạt nhân thu được sau khi dịch.
Chức năng của lục lạp:
1. Ở thực vật nhân thực, quá trình quang hợp xảy ra ở lục lạp khi có ánh sáng mặt trời. Phản ứng quang hóa (phản ứng ánh sáng) của quang hợp xảy ra trên màng thylakoid của grana, trong khi các phản ứng sinh hóa (phản ứng tối) xảy ra trong lớp nền.
2. Lục lạp là những cỗ máy tự nhiên để tổng hợp các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng, cung cấp thực phẩm không chỉ cho thực vật mà còn cho tất cả các sinh vật sống.
3. Trong quá trình quang hợp lục lạp hấp thụ carbon dioxide (CO 2 ) từ môi trường và giải phóng oxy (O 2 ) được sử dụng trong hô hấp tế bào bởi tất cả các sinh vật. Do đó, nó duy trì sự cân bằng của CO 2 và O 2 trong môi trường.
3. Mạng lưới nội chất (ER):
Nó được phát hiện độc lập bởi Porter (1945) và Thompson (1945). Tên được đưa ra bởi Porter vào năm 1953. Mạng lưới nội chất là một hệ thống 3 chiều, phức tạp và liên kết với nhau của các kênh lót màng chạy qua tế bào chất. Tại các địa điểm, nó được kết nối với bổ đề plasma cũng như vỏ bọc hạt nhân. ER phát triển cao của tế bào cơ được gọi là "mạng lưới sarcoplasmic".
Mạng lưới nội chất được phân biệt thành:
(a) Mạng lưới nội chất thô hoặc dạng hạt; sự gồ ghề là do sự hiện diện của các ribosome hoặc các hạt RNP (Ribonucleoprotein) và
(b) Mạng lưới nội chất trơn hoặc nông; nó trơn tru vì không có ribosome.
Mạng lưới nội chất thô được phát triển tốt trong các tế bào liên quan đặc biệt đến tổng hợp protein như tế bào sản xuất enzyme. Nó cũng giúp sản xuất lysosome. Màng của chúng có một lỗ rỗng nhỏ trong khu vực của ribosome được gắn vào để truyền polypeptide tổng hợp vào kênh của mạng lưới nội chất để vận chuyển.
Mạng lưới nội chất thô chứa hai loại glycoprotein (ribophorin I và ribophorin II) để gắn vào ribosome. Mạng lưới nội chất thô chủ yếu được làm bằng vỏ nang. Ống rất ít.
Mạng lưới nội chất trơn được tìm thấy rất nhiều trong các tế bào tổng hợp lipid và trong các tế bào sản xuất hormone steroid như cholesterol, glyceride, testosterone và progesterone hoặc trong những chất có liên quan đến chuyển hóa các vitamin như tế bào biểu mô sắc tố của võng mạc. Nó chủ yếu được làm từ túi và ống. Sphaerosomes được cho là bắt nguồn từ SER.
ER, có thể hoạt động như một loại hệ thống dẫn điện và tính liên tục được quan sát thấy trong một số trường hợp giữa ER và vỏ hạt nhân cho thấy tính chất này là có thể và đây có thể là một trong những phương thức vận chuyển RNA và protein nhân từ hạt nhân đến tế bào chất.
Kết cấu:
Mạng lưới nội chất bao gồm một kênh hoặc không gian lót màng có chứa một chất lỏng gọi là ma trận nội chất. Màng đơn vị của ER tương tự như màng plasma trong thành phần hóa học và dày 50-60A 0 . Mạng lưới nội chất có thể tồn tại ở ba dạng cisternae, túi và ống. Ba dạng ER có thể xảy ra trong cùng một tế bào nhưng tại các thời điểm phát triển tế bào khác nhau.
(i) Bể chứa nước:
Chúng là những phần giống như túi nối liền nhau của mạng lưới nội chất có đường kính 40 đường kính 50nm50. Các bể chứa nước được tìm thấy trong các bó nơi chúng nằm song song với nhau. Chúng xảy ra trong các tế bào tích cực tham gia vào hoạt động tổng hợp.
(ii) Mụn nước:
Chúng là những túi hình bầu dục hoặc tròn có đường kính 25-500nm. Các mụn nước xuất hiện dưới dạng không bào nhỏ. Họ vẫn bị cô lập trong tế bào chất. Các mụn nước cũng được gọi là microsome.
(iii) Các ống:
Chúng là các phần mở rộng giống như ống có thể được kết nối với bể chứa hoặc túi để tạo thành một hệ thống lưới. Các ống có thể không đều hoặc đều đặn, phân nhánh hoặc không phân nhánh với đường kính 50-100nm.
Chức năng:
Mạng lưới nội chất giúp rất nhiều trong việc tăng diện tích bề mặt cho các hoạt động trao đổi chất cho phép enzyme hoạt động với cơ chất của nó ở một mức độ lớn hơn.
Nó hoạt động như khung tế bào hoặc khung xương cấu trúc nội bào và siêu cấu trúc bằng cách cung cấp hỗ trợ cơ học cho ma trận tế bào chất keo.
Các hốc lớn được tạo ra bởi sự phình ra của ER cung cấp các vị trí thu thập cho các sản phẩm, trước khi chúng được vận chuyển ra khỏi tế bào. Điều này làm cho bảo tồn các sản phẩm trao đổi chất.
Màng của mạng lưới nội chất chứa một số enzyme (ví dụ ATP-ase, reductase, dehydrogenase, phosphatase) cho các hoạt động trao đổi chất và cytochrome khác nhau tham gia vận chuyển điện tử.
4. Khu phức hợp Golgi:
Phức hợp Golgi là một cấu trúc tế bào chất phức tạp được tạo thành từ các màng tế bào trơn hoặc cisternae, một mạng lưới các ống có túi và không bào, tham gia vào quá trình biến đổi màng, bài tiết và sản xuất các hóa chất sinh học phức tạp.
Nó được bao quanh bởi một tế bào chất tự do organelle gọi là vùng loại trừ hoặc chất nền Golgi. Nó được nhìn thấy lần đầu tiên bởi George (1867) nhưng được đặt theo tên của nhà khoa học người Ý Camillo Golgi, người vào năm 1898 đã nhận ra bộ máy trong các tế bào thần kinh của con cú và mèo.
Thiết bị hoặc phức hợp Golgi không có trong các tế bào prokaryote (PPLO, vi khuẩn và tảo xanh lam). Trong các tế bào động vật, nó là đơn hoặc bao gồm một phức hợp kết nối duy nhất. Hai điều kiện tương ứng được gọi là cục bộ (hầu hết các tế bào động vật có xương sống) và khuếch tán (hầu hết các tế bào không xương sống, tế bào gan và thần kinh của động vật có xương sống). Trong tế bào thực vật, nó được hình thành từ một số đơn vị không liên kết được gọi là dictyosome.
Kết cấu:
Hình dạng và kích thước của phức hợp Golgi không cố định. Chúng phụ thuộc vào trạng thái sinh lý của các tế bào. Thông thường Golgi phức hợp được tạo thành từ bốn phần vỏ nang, ống, túi và không bào.
Rìa của bể chứa nước được uốn cong nhẹ nhàng và điều này mang lại cho toàn bộ cơ thể Golgi một hình dạng cong hoặc giống hình cánh cung; Do đó, mặt lồi của bể chứa nước có khuôn mặt của cisernis hoặc mặt hình chữ nhật và mặt lõm bao gồm mặt trans trans, hay mặt chín trưởng thành.
Các cisternae tương tự như mạng lưới nội chất trơn láng xuất hiện và bao quanh một ống dẫn 60-90 A ° có chứa một chất lỏng hoặc ma trận. Vị trí mặt trans của cơ thể Golgi được sắp xếp đặc biệt tùy thuộc vào loại tế bào.
Do sự liên kết chặt chẽ về hình thái và sinh lý của chúng với mạng lưới nội chất và lysosome, đôi khi chúng được gọi là các yếu tố của hệ thống endomembrane hoặc không bào.
Đôi khi các lề của bể chứa nước được đục lỗ, hình thành nên fenestrae. Số lượng và kích thước của cơ thể Golgi thay đổi theo hoạt động trao đổi chất của tế bào. Trong quá trình phân chia tế bào, số lượng cơ thể Golgi tăng lên khi chúng tiết ra các vật liệu để tạo thành tấm tế bào.
Chức năng:
1. Một số protein được tổng hợp bởi mạng lưới nội chất thô được chuyển đến cơ thể Golgi để xử lý cuối cùng trước khi chúng được xuất khẩu đến đích cuối cùng. Các protein được định sẵn để tiết, sửa chữa màng plasma hoặc lắng đọng của chúng, chạm tới mặt cis của bộ máy Golgi.
Khi trong bể chứa các protein này được phosphoryl hóa, glycolyated, sulphated hoặc đơn giản được xử lý. Glycolysation diễn ra trong khuôn mặt Trans và đây là lúc các protein được sắp xếp theo điểm đến của chúng.
Chức năng và hiệu quả của bộ máy Golgi là do nhóm enzyme có tên là Nucleoside Diphosphatase giúp thủy phân các diphosphate của uridine, guanosine và inosine.
2. Trong tế bào trứng của động vật, bộ máy Golgi hoạt động như trung tâm mà lòng đỏ được lắng đọng, quá trình này được gọi là vitellogenesis.
3. Hầu hết các carbohydrate phức tạp, trừ glycogen và tinh bột, được tổng hợp bên trong phức hợp Golgi, ví dụ, mucopolysacarit, axit hyaluronic, hemiaellulose, v.v.
Lysosome:
Chúng được Christian de Duve phát hiện tình cờ vào năm 1955. Các bào quan được quan sát dưới kính hiển vi điện tử của Novikoff (1956). Ông cũng đặt ra thuật ngữ, Lysosome (Gk. Lysis- tiêu hóa hoặc lỏng lẻo, cơ thể soma) là các túi nhỏ được bao bọc bởi một màng duy nhất và chứa các enzyme thủy phân ở dạng hạt tinh thể phút hoặc bán tinh thể 5-8nm .
Màng đơn lớp được tạo thành từ lipoprotein và rất khó xác định lysosome dựa trên đặc điểm hình thái. Khoảng 40 enzyme đã được ghi nhận xảy ra trong đó. Tất cả các enzyme không xảy ra trong cùng một lysosome nhưng có các bộ enzyme khác nhau trong các loại lysosome khác nhau.
Những túi liên kết màng này rất giàu enzyme nồng độ cao thủy phân sự phân hủy protein và các hợp chất sinh hóa khác và chúng được giải phóng khi vỡ màng ngoài. Các enzyme là acid phosphatase, ribonuclease, B-glucoronidase và protease. Do sự hiện diện của các enzyme tiêu hóa này, lysosome được gọi là túi tự sát.
Một đặc tính thú vị khác của lysosome, được phân lập từ các tế bào thận là khả năng bẫy và tập trung các protein ngoại lai được tiêm, cho thấy rằng chúng có thể giúp tiêu hóa hoặc giải độc các vật liệu lạ bằng cách pinocytosis.
Xảy ra:
Lysosome xảy ra trong tất cả các tế bào động vật ngoại trừ các tiểu thể máu đỏ. Chúng đã được ghi nhận trong nấm, Euglena, tế bào đầu rễ của hạt ngô, bông và hạt đậu. Ở động vật, lysosome có nhiều trong bạch cầu, đại thực bào, tế bào Kupffer và các tế bào tương tự có hoạt động thực bào.
Sự hình thành của Lysosome:
Lysosome được cho là được hình thành do hoạt động chung của mạng lưới nội chất và phức hợp Golgi. Tiền chất của các enzyme thủy phân hầu hết được tổng hợp tại mạng lưới nội chất thô, chuyển chúng đến mặt hình thành phức hợp Golgi thông qua các túi của nó. Trong phức hợp Golgi tiền chất được thay đổi thành enzyme. Sau đó chúng được đóng gói trong các túi lớn hơn bị chèn ép dưới dạng lysosome từ mặt trưởng thành.
Lysosome đi qua các giai đoạn khác nhau trong cùng một tế bào. Hiện tượng này được gọi là đa hình hoặc sự tồn tại của nhiều hơn một hình thái hình thái. Bốn dạng lysosome khác biệt nhất được quan sát thấy viz.,
1. Nguyên phát hoặc protolysosome được cho là bắt nguồn từ mặt trans của phức hợp Golgi.
2. Lysosome thứ cấp, heterolysosome và autolysosome: Loại trước được hình thành sau khi lysosome nguyên phát hợp nhất với không bào tế bào chất có chứa các chất ngoại bào thu được bởi bất kỳ hình thức nội bào nào. Khi quá trình tổng hợp kết thúc, các enzyme của các lysosome chính được giải phóng vào các không bào này được gọi là "phagosome hoặc endosome".
Một khi quá trình hình thành các heterolysosome hoặc autolysosome kết thúc, quá trình tiêu hóa enzyme của nội dung không bào bắt đầu và khi quá trình tiếp tục, việc xác định bản chất của lysosome thứ cấp trở nên khó khăn và chúng được gọi là không bào tiêu hóa.
3. Cơ thể còn lại cũng được gọi là 'teloly : osomes' hoặc 'cơ thể dày đặc'. Chúng đại diện cho các giai đoạn cuối cùng của sự phân hủy vật chất nước ngoài hoặc các bào quan tế bào bởi lysosome. Tại thời điểm này có sự tích tụ của vật liệu tiêu hóa kém liên quan đến màng.
Tự động hoặc Autophagy:
Nó tự hủy hoại một tế bào, mô hoặc cơ quan với sự trợ giúp của lysosome. Lysosome thực hiện tự động hóa không bao gồm các cấu trúc bị phá vỡ. Thay vào đó, họ tự nổ để giải phóng các enzyme tiêu hóa. Tự động xảy ra trong các mô trải qua thoái hóa hoặc hoại tử.
6. Sphaerosomes:
Sphaerosome (= spherosome) là các bào quan tế bào nhỏ được giới hạn bởi màng đơn tham gia vào việc lưu trữ và tổng hợp chất béo. Chúng được phát hiện bởi Perner vào năm 1953. Sphaerosomes là các túi hình cầu và khúc xạ nhỏ có đường kính 0, 5. Chúng phát sinh từ mạng lưới nội chất và được bao quanh bởi một màng duy nhất. 98% của một sphaerosome là chất béo.
Protein chiếm 2% còn lại. Một số protein có thể là enzyme và tham gia vào quá trình tổng hợp chất béo. Do sự hiện diện của chất béo, sphaerosome có thể được nhìn thấy dưới kính hiển vi ánh sáng sau khi nhuộm các tế bào bằng thuốc nhuộm Sudan và osmium tetraoxide.
Sphaerosome xảy ra rất nhiều trong các tế bào nội nhũ của hạt dầu. Sphaerosome của một số mô (ví dụ, nội nhũ thuốc lá, đầu rễ ngô) có chứa enzyme thủy phân. Do đó, chúng được coi là có hoạt động lysosomic.
7. Vi thể hoặc microsome:
Chúng biểu thị một loạt các thành phần tế bào nhỏ được bao bọc bởi màng đơn và tên thường được giới hạn ở các bào quan sở hữu flavin oxyase và catalase. Một sự khác biệt quan trọng giữa các vi sinh vật của động vật và thực vật là các vi sinh vật của động vật có chứa urease, trong khi các vi sinh vật thực vật không có enzyme này. Microbody có hai loại Peroxisomes và glyoxysome.
(i) Peroxisomes (Rhodin, 1954):
Peroxisome được tìm thấy trong cả tế bào thực vật và động vật, thường liên quan chặt chẽ với mạng lưới nội chất, ty thể và lục lạp. Thông thường chúng có đường kính 0, 5-1, 0 m. Nó chứa nhiều loại enzyme để oxy hóa các chất nền khác nhau để tạo ra hydro peroxide và chứa nồng độ catalase cao để loại bỏ H 2 O 2 độc hại. Các peroxisome có thể oxy hóa các chất nền như urate, axit amin hoặc glyoxylate để tạo ra H, O 2, ngay lập tức được catalase tác dụng để khử oxy và nước. Trong lá màu xanh lá cây peroxisomes thực hiện phản ứng hấp thụ ánh sáng.
(ii) Glyoxysome (Briedenbach, 1967):
Những vi khuẩn của các tế bào lưu trữ chất béo trong hạt có dầu nảy mầm chứa các enzyme của chu trình Glyoxylate, ví dụ như malate synthetase và isocitrate lyase; chúng cũng chứa một số enzyme thiết yếu của chu trình Krebs. Glyoxysome thường tham gia vào quá trình chuyển hóa chất béo trung tính.
Giống như các vi sinh vật khác, glyoxysome có một màng bao phủ duy nhất và một ma trận giàu enzyme với lõi tinh thể. Cả các thành phần phospholipid và enzyme của organelle này đều bắt nguồn từ ER. oxid-oxy hóa các axit béo tạo ra acetyl CoA mà các cơ thể này chuyển đổi thành axit succinic, do đó, một con đường glycolytic đảo ngược tạo ra glucose. Khả năng xen kẽ carbohydrate chất béo này là đặc thù chỉ với thực vật và không được báo cáo ở động vật.
8. Ribosome (Hạt Palade):
Ribosome được phát hiện bởi Robinson và Brown (1953) trong tế bào thực vật và Palade (1955) trong tế bào động vật. Palade cũng đặt ra thuật ngữ Ribosome. Chúng là các hạt protoplasmic (RNP) trần trụi (RNP) với chiều dài 200-340A 0 và đường kính 170-4040 A 0 có chức năng tổng hợp protein hoặc polypeptide.
Ribosome thường được gọi là nhà máy protein. Ribosome thường hình thành các sắp xếp xoắn ốc hoặc hoa hồng với mạng lưới nội chất và không chỉ được tìm thấy liên quan đến ER, mà còn được tìm thấy rải rác trong tế bào chất, cả hai loại khác nhau về vai trò của chúng trong tế bào.
Cái trước rất phong phú khi quá trình tổng hợp protein được kích hoạt để sử dụng chính tế bào (ví dụ, huyết sắc tố, enzyme, v.v.) và sau đó khi protein được xuất ra khỏi tế bào (ví dụ như enzyme tiêu hóa, kháng thể, v.v.)
Cấu trúc của Ribosome:
Mỗi ribosome bao gồm hai đơn vị con không bằng nhau, hình vòm lớn hơn và hình trứng nhỏ hơn. Tiểu đơn vị lớn có phần nhô ra, một sườn núi và thân cây. Tiểu đơn vị nhỏ hơn sở hữu một nền tảng, khe hở, đầu và cơ sở. Nó là khoảng một nửa kích thước của tiểu đơn vị lớn hơn. Tiểu đơn vị nhỏ hơn vừa với cái lớn hơn ở một đầu như nắp. Mg 2+ là cần thiết để liên kết hai tiểu đơn vị.
Ribosome có thể xảy ra trong các hoa hồng hoặc nhóm xoắn ốc được gọi là polyribosome hoặc polysome (Gk. Poly tựa nhiều, soma-body). Các ribosome khác nhau của một polyribosome được kết nối với một chuỗi mRNA dày 10-20A 0 và được hình thành trong các giai đoạn tổng hợp protein hoạt động.
Tùy thuộc vào nơi xuất hiện của chúng, ribosome có hai loại, tế bào chất và bào quan. Các ribosome organelle được tìm thấy có thể vẫn còn tự do trong ma trận tế bào chất hoặc gắn vào mạng lưới nội chất. Chỉ có các ribosome tế bào chất tự do xảy ra trong các tế bào prokaryote. Ribosome ràng buộc và organelle vắng mặt.
Kích thước của các ribosome được xác định bởi hệ số lắng đọng Hình 2.28 Polyribosome trong máy ly tâm. Nó được đo bằng đơn vị Svedberg gọi là S (S = 1 × 10 13 giây). The cytoplasmic ribosomes of prokaryotes are 70 S. The two subunits of 70 S ribosomes are 50 S (molecular weight – 1.8 x 10 6 dalton) and 30 S (molecular weight – 0.6 x 10 6 dalton). The cytoplasmic ribosomes of eukaryotes are 80 S with the two subunits of 60 S and 40 S. A tunnel occurs between the two subunits for passage of mRNA.
The larger subunit has a groove for pushing out the newly synthesised polypeptide. There are two reactive sites in the larger subunit called P-site (peptidyl or donor site) and A-site (aminoacyl or acceptor site). Most probably the aminoacyl-tRNA complex is attached to the acceptor site and the tRNA carrying peptide chain is attached to the peptidyl or donor site.
80 S ribosomes are synthesised inside the nucleolus. 70 S ribosomes of prokaryotes are formed in the cytoplasm while those of semi-autonomous cell organelles are formed in their matrix.
Thành phần hóa học:
Chemically a ribosome is made up of two parts, proteins and RNA (rRNA). Usually more rRNA is present in 70 S ribosomes as compared to protein (60-65: 35-40) while the reverse is true for 80S ribosomes (40-44: 56-60). The protein and RNA molecules are presumed to be held together either by electrostatic forces forming salt bond between the phosphates groups of RNA and amino groups of proteins or by forming magnesium complex or a combination of both.
9. Cytoskeletal Structures:
They are extremely minute, fibrous and tubular structures which form the structural framework inside the cell. They occur only in eukaryotic cells. Cytoskeletal structures maintain shape of the cell and its extensions regulate orientation and distribution of cell organelles. They are of three types—microfilaments, intermediate filaments and microtubules.
(a) Microfilaments:
They are ultramicroscopic long, narrow cylindrical rods or protein filaments which occur in eukaryotic plant and animal cells. Microfilaments are made up of actin constituting 10-15% of total cell protein.
They are 6 nm in thickness and show periodic beaded appearance due to close helical arrangement of otherwise globular actin molecules. They may also occur in parallel bundles or loose network and generally lie at sol-gel interphase as well as below plasma membrane. Microfilaments are also connected with spindle fibres, endoplasmic reticulum, chloroplast etc.
Microfilaments are contractile. Association with myosin protein seems to be essential for contraction of micro-filaments. Myofibrils of muscle fibres also represent microfilaments. Microfilaments form the contractile machinery of the cell, like formation and retraction of pseudopodia, plasma membrane undulations, microvilli, endocytosis, cytoplasmic streaming and movement of other cell organelles.
(b) Intermediate filaments:
They are hollow filaments of 10 nm thickness which often form a network. They are of four types—-Keratin filaments—which form tonofibrils and keratin of skin; Neurofilaments which form a lattice with bundles of microtubules in axons and dendrons of nerve cells; Glial filaments are intermediate filaments found in astrocytes, and Heterogenous filaments which are intermediate filaments found in muscles and connected to nuclear envelope and centriole, etc.
(c) Microtubules:
These highly versatile organelles are not only involved in the maintenance of the cell, but also in providing a directional guidance to the chromosome movement during cell division. Found in all the eukaryotic cells, these are mainly associated with cilia, flagella and other whip-like organs involved in locomotion.
These hollow unbranched proteinaceous cylinders are 200-700 A 0 in diameter and are made up of 13 microfilaments running across the entire length of the microtubule that encloses a lumen. The main constituent of the microtubule is a glycoprotein called tubulin which occurs in two forms, α-Tubulin and β-Tubulin. There are other commonly found proteins called MAPS (Microtubule Associated Protein) whose function is supposed to form stabilising bridges between laterally arranged microtubules as in spindles.
10. Flagella and Cilia:
They are fine hair movable protoplasm processes of the cells which are capable of producing a current in the fluid medium for locomotion and passage of substances. Flagella are longer but fewer. Only 1-4 flagella occur per cell, eg, many protists, motile algae, spermatozoa of animals, bryophytes and pteriodophytes, etc.
Cilia are smaller but are numerous. They occur in group ciliata of protista, flame cells of worms, etc. Both cilia and flagella are structurally similar and possess similar parts—basal body, rootlets, basal plate and shaft.
(i) Basal Body or Kinetosome:
It is also called basal granule or blepharoplast and occurs embedded in the outer part of the cytoplasm below the plasma membrane. It is like a micro-cylinder which has a structure similar to a centriole with triplet fibrils present on the periphery without a central fibril, though a hub of protein is present here.
(ii) Rootlets:
They are striated fibrillar outgrowths which develop from the outer lower part of the basal body and are meant for providing support to the basal body. The rootlets are made of bundles of microfilaments.
(iii) Basal Plate:
It is an area of high density which lies above the basal body at the level of plasma membrane. In the region of basal plate, one sub-fibre of each peripheral fibril disappears. The central fibrils develop in this area.
(iv) Shaft:
It is the hair-like projecting part of flagellum or cilium. The length is 5—10 fim in case of cilium and 150nm in case of flagellum. The shaft is covered on the outside by a sheath which is the extension of plasma membrane. Internally, it contains a semi-fluid matrix having an axoneme of 9 peripheral doublet fibrils and 2 central singlet fibrils.
This arrangement is called 9+2 or 11- stranded in comparison to 9+0 arrangement of the centriole or basal body. The two central singlet fibres are covered by a proteinaceous central sheath. They are connected by a double bridge. Each peripheral fibril consists of two microtubules or sub-fibres B and A.
It bears two bent arms, the outer one having a hook. The side arms of the A sub-fibre are made up of the protein dynein with ATP-ase activity. Such activity is also present in central fibrils. The peripheral doublet fibrils as well as central singlet fibrils are made up of tubulin. Each sub-fibre or central singlet fibril contains thirteen protofilaments.
The peripheral doublet fibrils are interconnected by AB linkers of protein nexin between B-subfibre of one and inner side arm of A-subfibre of adjacent fibril. Each of their A sub-fibres sends a radial proteinaceous column to the centre called spoke. The spokes are broader internally to form heads which is connected to central proteinaceous sheath.
Chức năng:
1. They help in locomotion in flagellate and ciliated organisms.
2. In aquatic organisms cilia and flagella create current for obtaining food called as food current.
3. In land animals, the cilia of the respiratory tract help in eliminating dust particles in the inhaled air.
11. Centrioles:
Centrioles are minute submicroscopic microtubular subcylinders with a configuration of nine triplet fibrils and ability to form their own duplicates, astral poles and basal bodies, without having DNA and a membranous covering. They are approximately 0.3 – 0.5 μm in length and 0.15 μm in diameter.
Usually two centrioles are found associated together and the pair is often called diplosome which lies in a common specialized part of cytoplasm called centrosphere. Centrosphere is devoid of any other ceil organelle. It, however, contains a fine fibrous material. The complex formed of centrioles and centrosphere is called centrosome or central apparatus.
Kết cấu:
A centriole is formed of nine triplet sets of microtubules or fibres arranged equidistantly in a circle around an imaginary central axis known as hub. From outside to inside the three sub- fibres of a triplet fibril are named C, B and A.
The adjacent triplet fibrils are connected by C—A proteinaceous linkers. The centre of centriole possesses a rod-shaped proteinaceous mass known as hub. The hub has a diameter of 2.5 nm. From the hub, develops 9 proteinaceous strands towards the peripheral triplet fibrils.
They are called spokes. Each spoke has a thickening called X before uniting with A sub-fibre. Another thickening known as Y is present nearby. It is attached both to X thickening as well as C—A linkers by connectives. Due to the presence of radial spokes and peripheral fibrils, the centriole gives a cart wheel appearance in TS
On the outside of centriole are present dense, amorphous, protoplasmic plaques in one or more series. They are called massules or pericentriolar satellites. Their position is found to change with the different states of the cell. Massules function as nucleating centres for the growth of microtubules during aster formation and production of more centrioles.
Chức năng:
1. Centrioles play an important role in the formation of spindle and, therefore in cell division.
2. They form basal bodies of cilia and flagella.
12. Vacuoles:
Vacuoles are non-cytoplasmic areas present inside the cytoplasm which are separated from the latter by specific membranes. Depending upon the contents and functions, vacuoles are of four types-sap vacuoles, contractile vacuoles, food vacuoles and air vacuoles.
(a) Sap Vacuoles:
They are fluid filled (sap or vacuolar sap) vacuoles which are separated from the cytoplasm by a selectively permeable membrane called tonoplast. A number of small sap vacuoles occur in animal cells and young plant cells. In mature plant cells, the small vacuoles fuse to form a single large central vacuole. The large central vacuole facilitates rapid exchange between cytoplasm and the surrounding medium.
The vacuolar sap contains mineral salts, sugars, amino acids, proteins, waste products and water soluble pigments called anthocyanins. Solutes present in cell sap maintain a proper osmotic pressure in the cell for its turgidity and water absorption.
(b) Contractile Vacuoles:
They occur in some protistan and algal cells found mostly in fresh water. A contractile vacuole has a highly extensible and collapsible membrane. It is also connected to a few feeding canals (eg Paramecium). Contractile vacuoles take part in osmoregulation and excretion.
(c) Food vacuoles:
They occur in the cells of protozoan protists, several lower animals and phagocytes of higher animals. It is formed by fusion of phagosome and a lysosome. The food vacuole contains digestive enzymes with the help of which nutrients are digested. The digested materials pass out into the surrounding cytoplasm.
(d) Air Vacuoles:
(Pseudovacuoles, Gas vacuoles)—They have been reported only in prokaryotes. An air vacuole is not a single entity neither it is surrounded by a common membrane. It consists of a number of small submicroscopic vesicles each surrounded by a protein membrane. Air vacuoles not only store metabolic gases but provide buoyancy, mechanical strength and protection from harmful radiations.
13. Cell Inclusions:
Cell inclusions are non-living substances present in the cells. They are also called ergastic bodies. They may be present in soluble or insoluble state and can be organic or inorganic in nature. The cell inclusions belong to three categories—reserve food, excretory or secretory products and mineral matter.
(a) Reserve Food:
They are of four main types—starch, glycogen, fat droplets and aleurone grains. Starch grains occur in plant cells, eg, Rice, Oat. Glycogen granules are minute granules of storage carbohydrate which occur in animal cells, especially near the smooth endoplasmic reticulum inside the liver and muscle cells.
Fat droplets occur in both plant and animal cells. Animal cells specialized to store fats are called adipocytes. Aleurone grains represent the storage proteins which occur inside special leucoplasts called aleuroplasts.
(b) Excretory or Secretory Products:
They are of several types like mucus in several animal cells, essential oils, alkaloids, resins, gums, latex, tannins, etc.
(c) Mineral Matter (crystals):
It occurs as crystals or incrustations of silica, calcium carbonate, calcium sulphate and calcium oxalate. Silica is generally deposited on the outer side of epidermal cells in several plants, especially grasses.
Calcium carbonate is deposited in the form of a mass of crystals called cystolith, eg, in hypodermal cells of Banyan. Calcium oxalate occurs in several forms—crystal sand, star shaped aggregate of crystals sphaeraphide, prismatic crystals and raphides.
14. Nucleus:
Discovered by Robert Brown (1831) the nucleus is the most important part of the cell, since it controls various metabolic activities, and also is the seat of heredity.
Commonly eukaryotic cells are uninucleate, though there are instances of bi-and multinucleate cells also. The protistan Paramecium caudatum has two nuclei (binucleate). Multinucleate or polynucleate condition is found in some cells of bone marrow, striated muscles, latex vessels, several fungi and algae.
Multinucleate animal or protistan cells are called syncytial cells (eg, epidermis of Ascaris) while in plants and fungi, they are known as coenocytic cells (eg, Rhizopus, Vaucheria).
Ultrastructure:
A typical interphase (non-dividing or metabolic phase) nucleus is 5-25 (im in diameter. It is differentiated into five parts—nuclear envelope, nucleoplasm, nuclear matrix, chromatin and nucleolus.
1. Nuclear Envelope (Karyotheca):
It bounds the nucleus on the outside and separates the nucleus from the cytoplasm. It is made up of two lipoprotein and trilaminar membranes concentrically arranged, each of which is 60-90 A° thick. The inner membrane is smooth whereas the outer membrane may be smooth or its cytoplasmic surface may bear ribosomes. The two membranes are separated by an electron transparent perinuclear space, 100-700 A° in width. The outer membrane is often connected to endoplasmic reticulum.
Nuclear envelope is perforated by nuclear pores which help in transport of material between nucleus and cytoplasm. The two membrane of the envelope become continuous in the region of pores. Nuclear pores have complex structure. They may have diaphragm, septum, and plug of electron dense material or nucleoplasmin, annuli.
An annulated nuclear pore may possess 9 cylinders, one central and eight peripheral. The nuclear pores allow selective passage of materials between nucleus and cytoplasm, eg K +, Na + . Cl – and ribosomal sub-units assembled in the nucleolus. In the same way RNA polymerase and DNA polymerase though synthesised in the cytoplasm are subsequently transferred to the nucleus through these pores.
2. Nucleoplasm or Nuclear Sap or Karyolymph:
It is a transparent, semi-fluid and colloidal substance which fills the nucleus. It contains nucleosides and a number of enzymes, (eg DNA polymerase, RNA polymerase, nucleoside phosphorylase) which are required for the synthesis and functioning of DNA, RNA, nucleoproteins, etc.
3. Nuclear Matrix:
It is a network of fine fibrils of acid proteins that function as scaffold for chromatin. On the periphery, below the nuclear envelope, nuclear matrix forms a dense fibrous layer called nuclear lamina in which the terminal ends of chromatin fibres or telomeres are embedded.
4. Chromatin:
It is hereditary DNA-protein fibrillar complex which is named so because of its ability to get stained with certain basic dyes (Gk. Chroma-colour; Flemming, 1879). Chromatin occurs in the form of fine overlapping and coiled fibres which appear to produce a network called chromatin reticulum. They are distributed throughout the nucleoplasm.
Chromatin fibres are differentiated into two regions—euchromatin and heterochromatin. Euchromatin is narrow (30-80A 0 thick) lightly stained and diffused fibrous part which forms the bulk of chromatin. Heterochromatin is wider (250 A 0 thick) darkly stained and condensed granular part which is attached here and there on the euchromatin. Depending upon the size of granules formed by heterochromatin they are called chromocentres, karyosome or false nucleoli.
The whole of chromatin is not functional. Generally only a portion of euchromatin which is associated with acid proteins takes part in transcription or formation of RNAs. During prophase of nuclear division, the chromatin fibres condense to form a definite number of thread—like structures called chromosomes.
5. Nucleolus:
The nucleolus was first discovered by Fontana in 1781, described by Wagner in 1840 and provided with its present name by Bowman in 1840. Nucleolus is naked, round or slightly irregular structure which is attached to the chromatin at a specific region called nucleolar organiser region (NOR).
Being contained within the nucleus its size depends on the synthetic activity of the cell especially in cells not important for protein synthesis, for example, sperm cells and blastomeres. Four major types of components can be seen inside the nucleolus, viz:
a. Particulate:
Consisting mainly of ribonucleoprotein in the form of small particles 150- 200A° in diameter, and structurally and chemically similar to cytoplasmic ribosomes, these are slightly smaller than their cytoplasmic counterparts. This zone is at the periphery of the nucleolus.
b. Fibrillar portion:
This is made up of ribonucleo-protein fibrils 50-150A 0 in diameter. perinocleolar material. The fibril sometimes are as long as 500A°. The particulate and fibrillar portion constitutes the nucleolonema.
c. Amorphous part consists of protem fibrils and granules. The amorphous part is often referred to as pars amorpha. In animals, the nucleolonema may appear embedded in the pars amorpha, whereas the pars amorpha usually central to the nucleolus tends to be associated with the chromosomal heterochromatin.
d. Chromatin part is a tangled network penetrating the body of the nucleolus but it is attached to nucleolar organizers of the chromosomes. Depending upon its position nucleolar chromatin is of two types perinucleolar and intranucleolar.
Though nucleoli are rich in protein (69-70%) RNA is also present in significant amounts (20-25%), indicating that a major portion of RNA is produced in the nucleolus. Several fractions of ribosomes synthesised in the cytoplasm migrate to nucleolus before they take on their final form. Thus nucleolus plays an important role in biogenesis of RNA.
Chemistry of the nucleus:
The two chief important chemical constituents of the nucleus are the nucleic acids, DNA and RNA and the proteins both, basic and acidic. The basic proteins include histones and protamine, the amino acids of lysine, histidine and arginine figuring in both.
The acidic proteins of the nuclei include the residual proteins of chromosomes. The acidic proteins contain tryptophan but histones do not have this amino acid. Histones seem to be associated with the chromosomes while the acidic proteins are found in the nucleolus and karyolymph.
The nucleic acids constitute 20-40% of the nuclear material, with DNA primarily in the chromatin and RNA distributed throughout the nucleus.
Functions of the Nucleus:
1. Nucleus is an integral and essential part of the eukaryotic cells and contains hereditary material called chromatin, a DNA-protein complex. Chromatin part of nucleus possesses all the genetic information that is required for growth and development of the organism, its reproduction, metabolism and behaviour.
2. Nucleus controls cell metabolism and other activities through the formation of RNAs (mRNA, rRNA, tRNA) which controls synthesis of particular types of enzymes. With the help of RNAs, nucleus directs the synthesis of specific structural proteins and other chemicals required for cell growth and cell maintenance.
3. Ribosomes are formed in nucleolus part of the nucleus.
4. Nucleus directs cell differentiation by allowing certain particular sets of genes to operate.
