Информация

Връзка/разлика между метаболизма и клетъчната организация

Връзка/разлика между метаболизма и клетъчната организация


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

В подчертания параграф от учебника на NCERT те споменават, че клетъчната организация е определящото свойство на формите на живот, докато метаболизмът без изключение също е определящото свойство на формите на живот. Съмнявам се дали терминът „метаболизъм“ включва и реакцията на метаболизма инвитро състояние също или метаболизъм означава само всички химични реакции, протичащи в клетка изключвайки инвитро състояние. Ако това, което имам предвид, е вярно, клетъчната организация и метаболизмът означават едно и също нещо? Но отново, ако и двете са едно и също нещо, метаболизмът също трябва да бъде определящото свойство на формите на живот, но не е така, както е споменато в моя учебник. Това означава, че метаболизмът и клетъчната организация са различни неща. Това вярно ли е?


Изглежда, че този параграф прави разлика между „общата сума от всички реакции в клетките“ и „някои изолирани реакции, които се случват в клетките“. Първият е "метаболизъм" и една определяща черта на живота; последните са „метаболитни реакции“ и могат да се появят в епруветка и ако е така, те не се вписват добре в разграничение между живи/неживи (параграфът говори за „не живи същества“, а „сигурно живи реакции“, което е един от начините за илюстриране на объркването, предполагам).

Що се отнася до това дали "метаболизмът" и "клетъчната структура" са едно и също нещо, мисля, че не е толкова, че са буквално едно и също нещо, но всъщност не са разделени, нали. Клетъчната структура е направено от "всички химични реакции в клетката" и "всички химични реакции в клетката" са опосредствани от клетъчната структура. Това е малко като да се опитвате да отделите „състезание“ от „хората, участващи в надпреварата“. Може да имате една или две метаболитни реакции, които се случват in vitro, но ако сте имали всички тях във вашата епруветка, което се случва по същия начин, както в клетката, ще имате клетка.

Реалността, разбира се, е, че няма единна всеобхватна дефиниция за "живот", така че не се опитвайте да дразните нещата твърде много. Метаболизмът е важен, защото позволява на живите същества да правят това, което правят живите същества, термодинамично казано. Клетъчната структура е важна, защото това е начинът, по който всички живи същества изпълняват своя метаболизъм и вероятно това е необходимо изискване за осъществяване на метаболизма (има аргументи защо имате нужда от малко пространство, затворено от мембрана например). Други неща също са важни като възпроизвеждането (и друга почти универсална характеристика на живота, която е основно нещо, което правят живите същества и позволява дарвинистката еволюция), подчинение на дарвинистката еволюция (защото това е процесът, който води до оптимизиране на живота в такъв, какъвто е, и способен да прави нещата, които прави в началото), усещайки и реагиращи на околната среда (всички тези неща за „какво прави животът“, добре, това са универсални неща, които животът прави)… Това означава, че можете да имате спорни примери като вируси, които бих очаквал вашият учебник да нарече "неживи", защото нямат метаболизъм или клетъчна структура, но някои други биха могли да нарекат "живи", защото имат генетична информация, репликират се, са обект на дарвинистката еволюция и споделят общ прародител с всички останали известни животи. Етикетите са по-малко важни от характеристиките, които се обсъждат в даден момент. Предполагам, че вашият учебник вероятно казва нещо подобно в даден момент.


Клетка (биология)

В клетка (от лат cella, което означава „малка стая“ [1] ) е основната структурна, функционална и биологична единица на всички познати организми. Клетките са най-малките единици на живота и следователно често се наричат ​​​​„градивните елементи на живота“. Изучаването на клетките се нарича клетъчна биология, клетъчна биология или цитология.

Клетките се състоят от цитоплазма, затворена в мембрана, която съдържа много биомолекули като протеини и нуклеинови киселини. [2] Повечето растителни и животински клетки се виждат само под светлинен микроскоп с размери между 1 и 100 микрометра. [3] Електронната микроскопия дава много по-висока разделителна способност, показваща много подробна клетъчна структура. Организмите могат да бъдат класифицирани като едноклетъчни (състоящи се от една клетка като бактерии) или многоклетъчни (включително растения и животни). [4] Повечето едноклетъчни организми се класифицират като микроорганизми.

Броят на клетките в растенията и животните варира от вид до вид, изчислено е, че хората съдържат някъде около 40 трилиона (4×10 13) клетки. [a] [5] Човешкият мозък представлява около 80 милиарда от тези клетки. [6]

Клетките са открити от Робърт Хук през 1665 г., който ги наименува заради приликата им с килии, обитавани от християнски монаси в манастир. [7] [8] Клетъчната теория, разработена за първи път през 1839 г. от Матиас Якоб Шлейден и Теодор Шван, заявява, че всички организми са съставени от една или повече клетки, че клетките са основната единица на структурата и функцията на всички живи организми и че всички клетки идват от вече съществуващи клетки. [9] Клетките са се появили на Земята преди най-малко 3,5 милиарда години. [10] [11] [12]


Какво трябва да знаете за метаболизма и хомеостазата

Метаболизмът се състои от два противоположни процеса: анаболизъм и катаболизъм. Анаболизмът е набор от реакции на синтез, които превръщат по-простите съединения в органични молекули, като обикновено се изразходва енергия. Катаболизмът е набор от реакции, които разграждат органичните молекули на по-прости и по-малко сложни вещества, като обикновено се отделя енергия. Енергията, освободена при катаболизъм, може да се използва в жизненоважни процеси на тялото, включително анаболизъм.

Определението за хомеостаза

3. Какво е хомеостаза? Какви са сензорите, контролерите и ефекторите на хомеостазата?

Хомеостазата включва процесите, чрез които тялото поддържа адекватни вътреклетъчни и извънклетъчни условия, така че метаболизмът да може да осъществява своите нормални реакции.

Хомеостатичните сензори са структури, които откриват информация за околната среда вътре и извън тялото. Тези сензори могат да бъдат нервни рецепторни клетки, цитоплазмени или мембранни протеини или други специализирани молекули. Контролерите са структури, отговорни за обработката и интерпретацията на информацията, получена от сензорите. Като цяло, контролерите са специализирани области на централната нервна система. Те обаче съществуват и на молекулярно ниво, както в случая с ДНК, молекула, която може да получава информация от протеини, за да инхибира или засилва експресията на определени гени. Ефекторите са елементи, командвани от контролерите, които имат функцията да извършват действия, които всъщност регулират и поддържат равновесието на тялото, включително в мускулите, жлезите, клетъчните органели и т.н., както и структури, които участват в генетичния превод, производството на протеини и др. на молекулярно ниво.

4. Как антагонистичните механизми произвеждат хомеостатична регулация?

Хомеостатичното поддържане на тялото се осъществява предимно чрез редуващи се антагонистични компенсаторни механизми. Някои от тези регулатори понижават pH, докато други го повишават. Освен това има ефектори, чиято функция е да повишават телесната температура и други, които я понижават. По същия начин съществуват хормони, които намаляват нивото на глюкозата в кръвта, например, и други, които повишават нивата на глюкозата. Използването на антагонистични механизми е еволюционна стратегия за решаване на проблема с поддържането на равновесието в тялото.

Изберете всеки въпрос, за да го споделите във FB или Twitter

Просто изберете (или щракнете двукратно) въпрос, който да споделите. Предизвикайте приятелите си във Facebook и Twitter.


6.1 Енергия и метаболизъм

В този раздел ще разгледате следните въпроси:

  • Какви са метаболитните пътища?
  • Какви са разликите между анаболните и катаболните пътища?
  • Как химичните реакции играят роля в преноса на енергия?

Връзка за AP ® курсове

Всички живи системи, от прости клетки до сложни екосистеми, изискват безплатна енергия за провеждане на клетъчни процеси като растеж и размножаване.

Организмите са развили различни стратегии за улавяне, съхраняване, трансформиране и прехвърляне на свободна енергия. Метаболизмът на клетката се отнася до химичните реакции, които протичат в нея. Някои метаболитни реакции включват разграждането на сложни молекули до по-прости с освобождаване на енергия (катаболизъм), докато други метаболитни реакции изискват енергия за изграждане на сложни молекули (анаболизъм). Централен пример за тези пътища е синтезът и разграждането на глюкозата.

Съдържанието, представено в този раздел, поддържа учебните цели, описани в Голяма идея 1 и Голяма идея 2 на Рамката на учебната програма по биология на AP ®, изброени по-долу. Учебните цели на AP ® обединяват съдържанието на основните знания с една или повече от седемте научни практики. Тези цели осигуряват прозрачна основа за курса по AP ® по биология, заедно с базирани на запитвания лабораторни опити, учебни дейности и изпитни въпроси AP ®.

Голяма идея 1 Процесът на еволюция движи разнообразието и единството на живота.
Трайно разбиране 1.B Организмите са свързани чрез линии на произход от общото потекло.
Основни знания 1.B.1 Организмите споделят много запазени основни процеси и характеристики, които се развиват и са широко разпространени сред организмите днес.
Научна практика 3.1 Студентът може да задава научни въпроси.
Учебна цел 1.14 Студентът може да задава научни въпроси, които правилно идентифицират съществени свойства на споделени, основни жизнени процеси, които дават поглед върху историята на живота на Земята.
Основни знания 1.B.1 Организмите споделят много запазени основни процеси и характеристики, които се развиват и са широко разпространени сред организмите днес.
Научна практика 7.2 Студентът може да свърже концепции в и между домейн(и), за да обобщи или екстраполира в и/или между трайни разбирания и/или големи идеи.
Учебна цел 1.15 Студентът може да опише конкретни примери за съхранени основни биологични процеси и характеристики, споделяни от всички домейни или в рамките на един домейн на живота, и как тези споделени, запазени основни процеси и характеристики поддържат концепцията за общ произход за всички организми.
Основни знания 1.B.1 Организмите споделят много запазени основни процеси и характеристики, които се развиват и са широко разпространени сред организмите днес.
Научна практика 6.1 Ученикът може да обоснове твърденията си с доказателства.
Учебна цел 1.16 Студентът е в състояние да обоснове научното твърдение, че организмите споделят много запазени основни процеси и характеристики, които са се развили и са широко разпространени сред организмите днес.
Голяма идея 2 Биологичните системи използват свободна енергия и молекулярни градивни елементи, за да растат, да се възпроизвеждат и да поддържат динамична хомеостаза.
Трайно разбиране 2.A Растежът, размножаването и поддържането на живите системи изискват безплатна енергия и материя.
Основни знания 2.A.1 Всички живи системи изискват постоянно влагане на безплатна енергия.
Научна практика 6.2 Студентът може да конструира обяснения на явления въз основа на доказателства, получени чрез научни практики.
Учебна цел 2.1 Студентът може да обясни как биологичните системи използват безплатна енергия въз основа на емпирични данни, че всички организми изискват постоянна енергия, за да поддържат организацията, да растат и да се възпроизвеждат.

Въпросите за предизвикателство за научна практика съдържат допълнителни тестови въпроси за този раздел, които ще ви помогнат да се подготвите за изпита за AP. Тези въпроси се отнасят до следните стандарти:
[APLO 2.1][APLO 2.3][APLO 4.3][APLO 4.15][APLO 4.17][APLO 2.21]

Поддръжка на учители

Започвайки с дефиницията на метаболизма като общата химическа активност на организма, попитайте учениците за примери за процеси, които отговарят. Пребройте примерите на дъска или екран и ги разширете според случая.

Концепциите за анаболизъм и катаболизъм може да са трудни за поддържане. Използвайте примера на анаболните стероиди като начин (неподходящ и опасен) за изграждане на тялото, следователно всеки анаболен процес изгражда макромолекули, а обратното, катаболитно, ги разгражда.

Учените използват термина биоенергетика, за да обсъждат концепцията за енергиен поток (Фигура 6.2) през живи системи, като клетките. Клетъчните процеси като изграждането и разграждането на сложни молекули протичат чрез поетапни химични реакции. Някои от тези химични реакции са спонтанни и освобождават енергия, докато други изискват енергия, за да продължат. Точно както живите същества трябва непрекъснато да консумират храна, за да попълнят използваното, клетките трябва непрекъснато да произвеждат повече енергия, за да попълнят тази, използвана от многото химични реакции, изискващи енергия, които непрекъснато протичат. Всички химични реакции, които протичат вътре в клетките, включително тези, които използват енергия и тези, които освобождават енергия, са метаболизъм на клетката.

Метаболизъм на въглехидратите

Метаболизмът на захарта (обикновен въглехидрат) е класически пример за многото клетъчни процеси, които използват и произвеждат енергия. Живите същества консумират захар като основен енергиен източник, тъй като молекулите на захарта имат много енергия, съхранявана в техните връзки. Разграждането на глюкозата, обикновена захар, се описва с уравнението:

Въглехидратите, които се консумират, произхождат от фотосинтезиращи организми като растенията (Фигура 6.3). По време на фотосинтезата растенията използват енергията на слънчевата светлина за преобразуване на въглероден диоксид (CO2) в захарни молекули, като глюкоза (C6Х12О6). Тъй като този процес включва синтезиране на по-голяма, съхраняваща енергия молекула, той изисква въвеждане на енергия, за да продължи. Синтезът на глюкоза се описва с това уравнение (забележете, че е обратното на предишното уравнение):

По време на химичните реакции на фотосинтезата енергията се осигурява под формата на много високоенергийна молекула, наречена АТФ или аденозин трифосфат, който е основната енергийна валута на всички клетки. Точно както доларът се използва като валута за закупуване на стоки, клетките използват молекулите на АТФ като енергийна валута за извършване на незабавна работа. Захарта (глюкоза) се съхранява като нишесте или гликоген. Полимери като тези, съхраняващи енергия, се разграждат до глюкоза, за да доставят молекули АТФ.

Слънчевата енергия е необходима за синтезиране на молекула глюкоза по време на реакциите на фотосинтезата. При фотосинтезата светлинната енергия от слънцето първоначално се трансформира в химическа енергия, която временно се съхранява в енергийните носители на молекулите ATP и NADPH (никотинамид аденин динуклеотид фосфат). Съхранената енергия в ATP и NADPH след това се използва по-късно във фотосинтезата за изграждане на една молекула глюкоза от шест молекули CO2. Този процес е аналогичен на закуската сутрин, за да придобиете енергия за тялото си, която може да се използва по-късно през деня. При идеални условия е необходима енергия от 18 молекули АТФ, за да се синтезира една молекула глюкоза по време на реакциите на фотосинтезата. Молекулите на глюкозата също могат да бъдат комбинирани и превърнати в други видове захари. Когато се консумират захари, молекулите на глюкозата в крайна сметка си проправят път във всяка жива клетка на организма. Вътре в клетката всяка захарна молекула се разгражда чрез сложна серия от химични реакции. Целта на тези реакции е да се събере енергията, съхранявана вътре в захарните молекули. Събраната енергия се използва за производството на високоенергийни АТФ молекули, които могат да се използват за извършване на работа, захранвайки много химични реакции в клетката. Количеството енергия, необходимо за производството на една молекула глюкоза от шест молекули въглероден диоксид е 18 молекули АТФ и 12 молекули NADPH (всяка от които е енергийно еквивалентна на три молекули АТФ), или общо 54 молекули АТФ. необходими за синтеза на една молекула глюкоза. Този процес е основен и ефективен начин клетките да генерират необходимата им молекулярна енергия.

Поддръжка на учители

Попитайте учениците откъде идва енергията, използвана за метаболизма. Накарайте ги да проследят енергията обратно към растенията и светлинната енергия, която растенията превръщат в захари. Започнете да въвеждате взаимодействията между въглехидратния метаболизъм, липидите и протеините. Попитайте ги какъв е крайният край на енергията (топлина).

Метаболитни пътища

Процесите на производство и разграждане на захарните молекули илюстрират два вида метаболитни пътища. Метаболитният път е поредица от взаимосвързани биохимични реакции, които превръщат молекула или молекули на субстрата, стъпка по стъпка, чрез серия от метаболитни междинни продукти, в крайна сметка давайки краен продукт или продукти. В случай на метаболизъм на захарта, първият метаболитен път синтезира захарта от по-малки молекули, а другият път разгражда захарта на по-малки молекули. Тези два противоположни процеса – първият изисква енергия, а вторият произвежда енергия – се наричат ​​съответно анаболен (изграждащ) и катаболен (разграждащ) път. Следователно метаболизмът се състои от изграждане (анаболизъм) и разграждане (катаболизъм).

Поддръжка на учители

Обсъдете еволюцията на метаболитните пътища, както вероятно са се развили на Земята. Използвайки експеримента Милър-Юри, обсъден в глава 3, попитайте защо в ранната атмосфера нямаше свободен кислород. Какви пътища биха могли да се развият при тези условия? Как това ограничи развитието на организмите? Какъв път създава свободен кислород като отпадък, който може да проникне в атмосферата? Това наистина ли е добра идея за съществуващите организми? Защо?

Evolution Connection

Еволюция на метаболитните пътища

Сложността на метаболизма е нещо повече от разбирането само на метаболитните пътища. Метаболитната сложност варира от организъм до организъм. Фотосинтезата е основният път, по който фотосинтезиращите организми като растенията (по-голямата част от глобалната фотосинтеза се извършва от планктонни водорасли) събират слънчевата енергия и я превръщат във въглехидрати. Страничният продукт на фотосинтезата е кислородът, необходим на някои клетки за извършване на клетъчното дишане. По време на клетъчното дишане кислородът подпомага катаболното разграждане на въглеродните съединения, като въглехидратите. Сред продуктите на този катаболизъм са CO2 и АТФ. В допълнение, някои еукариоти извършват катаболни процеси без кислород (ферментация), тоест извършват или използват анаеробен метаболизъм.

Организмите вероятно са развили анаеробния метаболизъм, за да оцелеят (живите организми са се появили преди около 3,8 милиарда години, когато в атмосферата е липсвал кислород). Въпреки разликите между организмите и сложността на метаболизма, изследователите са открили, че всички клонове на живота споделят някои от едни и същи метаболитни пътища, което предполага, че всички организми са еволюирали от един и същ древен общ прародител (Фигура 6.4). Доказателствата показват, че с течение на времето пътищата се разминават, добавяйки специализирани ензими, за да позволят на организмите да се адаптират по-добре към околната среда, като по този начин увеличават шансовете си за оцеляване. Въпреки това, основният принцип остава, че всички организми трябва да събират енергия от околната среда и да я преобразуват в АТФ, за да изпълняват клетъчни функции.

  1. Кислородът е страничен продукт на анаеробното дишане, така че в атмосферата е имало много малко кислород, докато не се развият анаеробни организми.
  2. Кислородът е страничен продукт от ферментацията, така че в атмосферата е имало малко кислород, докато се появиха прокариоти.
  3. Кислородът е страничен продукт от аеробното дишане, така че е имало много малко кислород в атмосферата, докато животните не са еволюирали.
  4. Кислородът е страничен продукт от фотосинтезата, така че е имало много малко кислород в атмосферата, докато фотосинтезиращите организми не са еволюирали.

Анаболен и катаболен път

Анаболните пътища изискват влагане на енергия за синтезиране на сложни молекули от по-прости. Синтезиране на захар от CO2 е един пример. Други примери са синтеза на големи протеини от аминокиселинни градивни елементи и синтеза на нови ДНК вериги от градивни елементи на нуклеинова киселина. Тези биосинтетични процеси са от решаващо значение за живота на клетката, протичат постоянно и изискват енергия, осигурена от АТФ и други високоенергийни молекули като NADH (никотинамид аденин динуклеотид) и NADPH (Фигура 6.5).

АТФ е важна молекула, която клетките трябва да имат достатъчно по всяко време. Разграждането на захарите илюстрира как една молекула глюкоза може да съхранява достатъчно енергия, за да произведе голямо количество АТФ, 36 до 38 молекули. Това е катаболен път. Катаболните пътища включват разграждането (или разграждането) на сложни молекули до по-прости. Молекулната енергия, съхранявана в връзките на сложни молекули, се освобождава по катаболни пътища и се събира по такъв начин, че може да се използва за производството на АТФ. Други молекули, съхраняващи енергия, като мазнините, също се разграждат чрез подобни катаболни реакции за освобождаване на енергия и образуване на АТФ (Фигура 6.5).

Важно е да се знае, че химичните реакции на метаболитните пътища не протичат спонтанно. Всяка стъпка на реакцията се улеснява или катализира от протеин, наречен ензим. Ензимите са важни за катализиране на всички видове биологични реакции - тези, които изискват енергия, както и тези, които освобождават енергия.


Метаболизъм на гиберелин и неговата регулация

Биоактивните гиберелини (GAs) са дитерпенови растителни хормони, които се биосинтезират по сложни пътища и контролират различни аспекти на растежа и развитието. Биохимични, генетични и геномни подходи доведоха до идентифицирането на по-голямата част от гените, които кодират ензими за биосинтеза и дезактивиране на GA. Последните проучвания подчертават появата на неразпознати по-рано механизми за дезактивиране. Сега е ясно, че както биосинтезата, така и пътищата на дезактивиране на GA са строго регулирани от сигнали за развитие, хормони и околната среда, в съответствие с ролята на GA като ключови регулатори на растежа. В някои случаи започват да се разкриват молекулярните механизми за фина настройка на хормоналните нива. В този преглед аз обобщавам нашето текущо разбиране за пътищата на биосинтеза и дезактивиране на GA в растенията и гъбичките и обсъждам как концентрациите на GA в растителните тъкани се регулират по време на развитието и в отговор на стимули от околната среда.


Клетъчната терапия и генната терапия са припокриващи се области на биомедицински изследвания и лечение 6 . И двете терапии имат за цел да лекуват, предотвратяват или потенциално лекуват заболявания и двата подхода имат потенциал да облекчат основната причина за генетични заболявания и придобити заболявания 6 . Но клетъчните и генните терапии работят по различен начин.

Клетъчната терапия има за цел да лекува заболявания чрез възстановяване или промяна на определени групи клетки или чрез използване на клетки за пренасяне на терапия през тялото 5 . При клетъчната терапия клетките се култивират или модифицират извън тялото, преди да бъдат инжектирани на пациента. Клетките могат да произхождат от пациент (автоложни клетки) или донор (алогенни клетки) 6 .

Генната терапия има за цел да лекува заболявания чрез заместване, инактивиране или въвеждане на гени в клетките – или вътре в тялото (in vivo), или извън тялото (ex vivo) 6 .

Някои терапии се считат за клетъчна и генна терапия. Тези терапии работят, като променят гените в специфични видове клетки и ги вкарват в тялото.


Признания

Благодарим на L. Keren за проницателни дискусии и безценна обратна връзка, както и на лабораторията Nakamura в институтите Gladstone за достъп до техния анализатор Seahorse XF. Освен това благодарим на A. Tsai за съвет и помощ с клинични проби. Това проучване беше подкрепено от дългосрочна стипендия EMBO ALTF 1141–2017 (до FJH), Фондация Novartis за медико-биологични изследвания 16C148 (до FJH) и Швейцарската национална научна фондация SNF Early Postdoc Mobility P2ZHP41 до 171 FJHP3-171 . Освен това получихме подкрепа от Националните институти по здравеопазване 1DP2OD022550-01 (до S.C.B.), 1R01AG056287-01 (до S.C.B.), 1R01AG057915-01 (до S.C.B.) и 1U24CA224309 (до S.C.B.).


Съдържание

Клетките са забелязани за първи път през 17-ти век в Европа с изобретяването на сложния микроскоп. През 1665 г. Робърт Хук нарече градивния елемент на всички живи организми „клетки“, след като погледна парче корк и наблюдава структура, подобна на клетка, [3] [4] обаче клетките бяха мъртви и не дадоха индикация за действителните цялостни компоненти на клетката. Няколко години по-късно, през 1674 г., Антон Ван Льовенхук е първият, който анализира живи клетки при изследването си на водорасли. Всичко това предшества клетъчната теория, която гласи, че всички живи същества са изградени от клетки и че клетките са функционалната и структурна единица на организмите. Това в крайна сметка е заключено от учения по растенията Матиас Шлайден [4] и учен по животни Теодор Шван през 1838 г., които разглеждат живи клетки съответно в растителна и животинска тъкан. [5] 19 години по-късно Рудолф Вирхов допълнително допринася за клетъчната теория, добавяйки, че всички клетки идват от деленето на вече съществуващи клетки. [5] Макар и широко приети, има много изследвания, които поставят под въпрос валидността на клетъчната теория. Вирусите, например, нямат общи характеристики на жива клетка, като мембрани, клетъчни органели и способността да се възпроизвеждат сами. [6] Учените се борят да решат дали вирусите са живи или не и дали са в съгласие с клетъчната теория.

Съвременните изследвания на клетъчната биология разглеждат различни начини за култивиране и манипулиране на клетки извън живо тяло за по-нататъшни изследвания в човешката анатомия и физиология и за извличане на лекарства. Техниките, чрез които се изучават клетките, са се развили. Благодарение на напредъка в микроскопията, техниките и технологиите позволиха на учените да разберат по-добре структурата и функцията на клетките. Много техники, които обикновено се използват за изучаване на клетъчната биология, са изброени по-долу: [7]

    : Използва бързо растящи клетки върху среда, която позволява голямо количество от специфичен тип клетки и ефикасен начин за изследване на клетките. [8] : Флуоресцентни маркери като GFP се използват за етикетиране на специфичен компонент на клетката. След това се използва определена дължина на вълната на светлината за възбуждане на флуоресцентния маркер, който след това може да бъде визуализиран. [8] : Използва оптичния аспект на светлината, за да представи промените в твърдата, течната и газовата фаза като разлики в яркостта. [8] : Комбинира флуоресцентна микроскопия с изображения, като фокусира светлината и моменти на снимане, за да образува 3-D изображение. [8] : Включва оцветяване на метал и преминаване на електрони през клетките, които ще бъдат отклонени при взаимодействие с метал. Това в крайна сметка формира представа за компонентите, които се изучават. [8] : Клетките се поставят в машината, която използва лъч за разпръскване на клетките въз основа на различни аспекти и следователно може да ги разделя въз основа на размера и съдържанието. Клетките могат също да бъдат маркирани с GFP-флоресценция и могат да бъдат разделени по този начин. [9] : Този процес изисква разбиване на клетката с помощта на висока температура или сонификация, последвано от центрофугиране, за да се отделят частите на клетката, което позволява те да бъдат изследвани отделно. [8]

Има две основни класификации на клетките: прокариотни и еукариотни. Прокариотните клетки се различават от еукариотните по отсъствието на клетъчно ядро ​​или друга мембранно свързана органела. [10] Прокариотните клетки са много по-малки от еукариотните клетки, което ги прави най-малката форма на живот. [11] Прокариотните клетки включват бактерии и археи и нямат затворено клетъчно ядро. И двете се възпроизвеждат чрез бинарно делене. Бактериите, най-известният тип, имат няколко различни форми, които включват предимно сферични и пръчковидни. Бактериите могат да бъдат класифицирани като грам положителни или грам отрицателни в зависимост от състава на клетъчната стена. Бактериалните структурни характеристики включват флагел, който помага на клетката да се движи, [12] рибозоми за транслация на РНК в протеин [12] и нуклеоид, който държи целия генетичен материал в кръгова структура. [12] Има много процеси, които се случват в прокариотните клетки, които им позволяват да оцелеят. Например, в процес, наречен конюгация, факторът на плодовитостта позволява на бактериите да притежават пилус, който им позволява да предават ДНК на друга бактерия, която няма F фактор, позволявайки пропускането на резистентност, което й позволява да оцелее в определени среди. [13]

Еукариотните клетки могат да бъдат едноклетъчни или многоклетъчни [12] и включват животински, растителни, гъбични и протозои клетки, които всички съдържат органели с различни форми и размери. [14]

Структура на еукариотните клетки Редактиране

Еукариотните клетки са съставени от следните органели:

    : Това функционира като съхранение на генома и генетична информация за клетката, съдържаща цялата ДНК, организирана под формата на хромозоми. Той е заобиколен от ядрена обвивка, която включва ядрени пори, позволяващи транспортиране на протеини между вътрешната и външната част на ядрото. [15] Това също е мястото за репликация на ДНК, както и за транскрипция на ДНК в РНК. След това РНК се модифицира и транспортира до цитозола, за да бъде транслиран в протеин. : Тази структура е в ядрото, обикновено плътна и сферична по форма. Това е мястото на синтеза на рибозомна РНК (рРНК), което е необходимо за рибозомното сглобяване. : Това функционира за синтезиране, съхраняване и секретиране на протеини към апарата на Голджи. [16] : Това функционира за производството на енергия или АТФ в клетката. По-конкретно, това е мястото, където се случва цикълът на Кребс или TCA цикълът за производство на NADH и FADH. След това тези продукти се използват в рамките на веригата за транспорт на електрони (ETC) и окислително фосфорилиране за крайното производство на АТФ. [17] : Това функционира за по-нататъшна обработка, пакетиране и секретиране на протеините до местоназначението им. Протеините съдържат сигнална последователност, която позволява на апарата на Голджи да го разпознае и насочи към правилното място. [18] : Лизозомата функционира за разграждане на материал, внесен от външната страна на клетката или старите органели. Той съдържа много киселинни хидролази, протеази, нуклеази и липази, които разграждат различните молекули. Аутофагията е процес на разграждане чрез лизозоми, който се случва, когато везикула се отдели от ER и погълне материала, след което се прикрепя и слива с лизозомата, за да позволи на материала да се разгради. [19] : Функции за транслация на РНК в протеин. : Това функционира за закотвяне на органелите в клетките и съставяне на структурата и стабилността на клетката. : Клетъчната мембрана може да бъде описана като фосфолипиден двуслой и се състои също от липиди и протеини. [12] Тъй като вътрешността на двойния слой е хидрофобна и за да могат молекулите да участват в реакциите в клетката, те трябва да могат да пресичат този мембранен слой, за да влязат в клетката чрез осмотично налягане, дифузия, градиенти на концентрация и мембранни канали . [20] : Функция за производство на вретенови влакна, които се използват за разделяне на хромозомите по време на клетъчното делене.

Еукариотните клетки могат също да бъдат съставени от следните молекулярни компоненти:

    : Това изгражда хромозоми и е смес от ДНК с различни протеини. : Те спомагат за задвижването на вещества и могат да се използват и за сензорни цели. [21]

Клетъчен метаболизъм Редактиране

Клетъчният метаболизъм е необходим за производството на енергия за клетката и следователно за нейното оцеляване и включва много пътища. За клетъчното дишане, след като глюкозата е налична, в цитозола на клетката настъпва гликолиза за производство на пируват. Пируватът се подлага на декарбоксилиране с помощта на мултиензимен комплекс за образуване на ацетил coA, който може лесно да се използва в TCA цикъла за производство на NADH и FADH2. Тези продукти участват във веригата за транспорт на електрони, за да образуват в крайна сметка протонен градиент през вътрешната митохондриална мембрана. След това този градиент може да стимулира производството на АТФ и H2O по време на окислително фосфорилиране. [22] Метаболизмът в растителните клетки включва фотосинтеза, която е точно обратното на дишането, тъй като в крайна сметка произвежда молекули глюкоза.

Клетъчна сигнализация Редактиране

Клетъчната сигнализация е важна за клетъчното регулиране и клетките да обработват информация от околната среда и да реагират съответно. Сигнализацията може да се осъществи чрез директен клетъчен контакт или ендокринна, паракринна и автокринна сигнализация. Директен контакт клетка-клетка е, когато рецептор на клетката свързва молекула, която е прикрепена към мембраната на друга клетка. Ендокринната сигнализация се осъществява чрез молекули, секретирани в кръвния поток. Паракринната сигнализация използва молекули, дифундиращи между две клетки, за да комуникират. Автокринната е клетка, изпращаща сигнал към себе си чрез секретиране на молекула, която се свързва с рецептор на повърхността си. Формите на комуникация могат да бъдат чрез:

    : Могат да бъдат от различни типове, като йонни канали с управление на напрежение или лиганд. Дават възможност за изтичане и приток на молекули и йони. (GPCR): Широко признато е, че съдържа 7 трансмембранни домена. Лигандът се свързва с извънклетъчния домен и след като лигандът се свърже, това сигнализира за гуанинов обменен фактор за преобразуване на GDP в GTP и активиране на G-α субединицата. G-α може да се насочи към други протеини като аденил циклаза или фосфолипаза С, които в крайна сметка произвеждат вторични посланици като cAMP, Ip3, DAG и калций. Тези вторични месинджъри функционират за усилване на сигналите и могат да се насочат към йонни канали или други ензими. Един пример за усилване на сигнал е сАМР свързване и активиране на PKA чрез премахване на регулаторните субединици и освобождаване на каталитичната субединица. Каталитичната субединица има последователност за ядрена локализация, която я подтиква да влезе в ядрото и да фосфорилира други протеини, за да потисне или активира генната активност. [22] : Свързват растежните фактори, допълнително насърчавайки тирозина върху вътреклетъчната част на протеина да кръстоса фосфорилира. Фосфорилираният тирозин се превръща в площадка за приземяване на протеини, съдържащи SH2 домен, позволяващ активиране на Ras и участието на пътя на MAP киназа. [23]

Редактиране на клетъчния цикъл

Процесът на растеж на клетката не се отнася до размера на клетката, а до плътността на броя на клетките, присъстващи в организма в даден момент. Клетъчният растеж се отнася до увеличаването на броя на клетките, присъстващи в организма, докато расте и се развива, когато организмът става по-голям, както и броят на наличните клетки. Клетките са основата на всички организми и са основната единица на живота. Растежът и развитието на клетките са от съществено значение за поддържането на гостоприемника и оцеляването на организма. За този процес клетката преминава през стъпките на клетъчния цикъл и развитие, което включва клетъчен растеж, репликация на ДНК, клетъчно делене, регенерация и клетъчна смърт. Клетъчният цикъл е разделен на четири отделни фази: G1, S, G2 и M. G фазата – която е фазата на клетъчния растеж – съставлява приблизително 95% от цикъла. Пролиферацията на клетките се предизвиква от прогенитори. Всички клетки започват в идентична форма и по същество могат да се превърнат в всякакъв тип клетки. Клетъчната сигнализация като индукция може да повлияе на близките клетки, за да се диференцира и да се определи вида на клетката, която ще стане. Освен това, това позволява на клетките от същия тип да се агрегират и образуват тъкани, след това органи и в крайна сметка системи. Фазата G1, G2 и S (репликация, увреждане и възстановяване на ДНК) се считат за интерфазната част на цикъла, докато М фазата (митоза) е частта на клетъчното делене на цикъла. Митозата се състои от много етапи, които включват, съответно, профаза, метафаза, анафаза, телофаза и цитокинеза. Крайният резултат от митозата е образуването на две идентични дъщерни клетки.

Клетъчният цикъл се регулира от серия от сигнални фактори и комплекси като циклини, циклин-зависима киназа и р53. Когато клетката завърши своя процес на растеж и ако се установи, че е повредена или променена, тя претърпява клетъчна смърт или чрез апоптоза, или некроза, за да елиминира заплахата, която може да причини за оцеляването на организма. [24]

Клетъчна смъртност, безсмъртие на клетъчна линия Редактиране

Предполага се, че произходът на всяка днешна клетка се проследява назад, в непрекъсната линия за над 3 милиарда години до произхода на живота. Всъщност не клетките са безсмъртни, а клетъчни линии от няколко поколения. [25] Безсмъртието на клетъчната линия зависи от поддържането на потенциала за клетъчно делене. Този потенциал може да бъде загубен във всяка конкретна линия поради увреждане на клетките, терминална диференциация, както се случва в нервните клетки, или програмирана клетъчна смърт (апоптоза) по време на развитието. Поддържането на потенциала за клетъчно делене през последователни поколения зависи от избягването и точното възстановяване на клетъчното увреждане, особено увреждането на ДНК. При сексуалните организми непрекъснатостта на зародишната линия зависи от ефективността на процесите за избягване на увреждане на ДНК и възстановяване на тези увреждания на ДНК, които се появяват. Сексуалните процеси при еукариотите, както и при прокариотите, дават възможност за ефективно възстановяване на уврежданията на ДНК в зародишната линия чрез хомоложна рекомбинация. [25] [26]

Научният клон, който изучава и диагностицира заболявания на клетъчно ниво, се нарича цитопатология. Цитопатологията обикновено се използва върху проби от свободни клетки или тъканни фрагменти, за разлика от патологичния клон на хистопатологията, който изучава цели тъкани. Цитопатологията обикновено се използва за изследване на заболявания, включващи широк спектър от места в тялото, често за подпомагане при диагностицирането на рак, но също и при диагностицирането на някои инфекциозни заболявания и други възпалителни състояния. Например, често срещано приложение на цитопатологията е цитонамазката, скрининг тест, използван за откриване на рак на маточната шийка и предракови цервикални лезии, които могат да доведат до рак на маточната шийка.


Най-простата единица на живота е клетката. Всъщност някои организми като бактериите не са нищо повече от една клетка. Човешкото тяло съдържа приблизително 30 трилиона клетки и това е без да се вземат предвид всички едноклетъчни бактерии, които естествено колонизират храносмилателния тракт. Учените смятат, че в човешкото тяло има приблизително 200 уникални типа клетки.

Групи от клетки, организирани заедно за специфична функция, образуват тъкани. В човешкото тяло има четири основни типа тъкан: епителна, мускулна, нервна и съединителна. Епителната тъкан покрива външната част на тялото, както и обвивките на органите и кухините на тялото. Мускулната тъкан съдържа клетки, които понякога се наричат ​​„възбудими“, защото са в състояние да се свиват и дават възможност за движение. Нервната тъкан провежда електрически импулси и изпраща сигнали през тялото. Съединителната тъкан държи тялото заедно и включва както кости, така и кръв.


Разлика между метаболитна алкалоза и респираторна алкалоза | Киселинно-основна регулация

4. Потискане на дихателния център и хипервентилация, водещи до задържане на СО2.

5. В бъбречния механизъм има повишен NH3 образуване и H + – Na + обмен, повишена екскреция на K +, намалена реабсорбция, задържане на CI – .

6. Урината показва алкална, намален NH3и намалена титруваща се киселинност.

7. Нисък Ca ++, водещ до тетания, хипокалиемия, кетоза и кетонурия, дегенеративни промени в тубулите, водещи до задържане на азот.

8. Причините са прекомерна загуба на HCI, висока чревна непроходимост, пилорна обструкция, алкално поглъщане, прекомерна загуба на К+, рентгенова терапия, ултравиолетово лъчение.

Разлика # Респираторна алкалоза:

4. В бъбречния механизъм има намален H + -Na + обмен, намалена екскреция на киселина и амоняк, повишена екскреция на HCO3 – и K+, задържане на CI –.

5. Хиповентилация поради високо рН на дихателните пътища и нисък PCO2 и увеличаване на H2CO3.

6. Урината е алкална, намален NH3 и намалена титруваща се киселинност.

7. Нисък Ca ++, водещ до тетания, хипокалиемия, кетоза и кетонурия, увреждане на бъбреците, водещо до задържане на азот.

8. Причини са заболявания на ЦНС като менингит и енцефалит, отравяне със салицилат, хиперпирексия, истерия, изкачване на голяма надморска височина, страх от кръводарители, неразумно използване на респиратор, някои случаи на чернодробна кома.


Гледай видеото: КАК ВОССТАНОВИТЬ МЕТАБОЛИЗМ. реверсивная диета (Февруари 2023).