การศึกษาทดลองสมัยใหม่ระบุว่าเซลล์เป็นหน่วยโครงสร้างและการทำงานที่ซับซ้อนที่สุดของสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมด ยกเว้นไวรัส ซึ่งเป็นรูปแบบชีวิตที่ไม่ใช่เซลล์ เซลล์วิทยาศึกษาโครงสร้าง เช่นเดียวกับกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์: การหายใจ โภชนาการ การสืบพันธุ์ การเจริญเติบโต กระบวนการเหล่านี้จะได้รับการพิจารณาในบทความนี้
โครงสร้างเซลล์
โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและอิเล็กตรอน นักชีววิทยาได้กำหนดว่าเซลล์พืชและสัตว์ประกอบด้วยอุปกรณ์บนพื้นผิว (คอมเพล็กซ์เหนือเมมเบรนและซับเมมเบรน) ไซโตพลาสซึมและออร์แกเนลล์ ในเซลล์สัตว์ ไกลโคคาลิกซ์ตั้งอยู่เหนือเมมเบรนซึ่งมีเอนไซม์และให้สารอาหารแก่เซลล์นอกไซโตพลาสซึม ในเซลล์พืช โปรคาริโอต (แบคทีเรียและไซยาโนแบคทีเรีย) เช่นเดียวกับเชื้อรา ผนังเซลล์ก่อตัวขึ้นเหนือเมมเบรน ซึ่งประกอบด้วยเซลลูโลส ลิกนิน หรือมูริน
นิวเคลียสเป็นออร์แกเนลล์ที่จำเป็นยูคาริโอต มันมีสารพันธุกรรม - DNA ซึ่งดูเหมือนโครโมโซม แบคทีเรียและไซยาโนแบคทีเรียมีนิวคลีออยด์ที่ทำหน้าที่เป็นพาหะของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก พวกเขาทั้งหมดทำหน้าที่เฉพาะอย่างเคร่งครัดที่กำหนดกระบวนการเผาผลาญของเซลล์
โภชนาการระดับเซลล์หมายความว่าอย่างไร
การสำแดงที่สำคัญของเซลล์ไม่ได้เป็นเพียงการถ่ายเทพลังงานและการเปลี่ยนแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง (ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์) พลังงานที่พบในสารอาหารในสถานะแฝง กล่าวคือ ถูกผูกมัด ส่งผ่านไปยังโมเลกุล ATP สำหรับคำถามว่าโภชนาการของเซลล์คืออะไรในชีววิทยา มีคำตอบที่คำนึงถึงสมมติฐานต่อไปนี้:
- เซลล์ซึ่งเป็นระบบชีวภาพแบบเปิดต้องการพลังงานจากสิ่งแวดล้อมภายนอกอย่างต่อเนื่อง
- สารอินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับโภชนาการ เซลล์ได้สองวิธี:
a) จากสื่อระหว่างเซลล์ในรูปของสารประกอบสำเร็จรูป
b) สังเคราะห์โปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมันอย่างอิสระจากคาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนีย ฯลฯ
ดังนั้น สิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงถูกแบ่งออกเป็น heterotrophic และ autotrophic ซึ่งลักษณะการเผาผลาญจะถูกศึกษาโดยชีวเคมี
เมแทบอลิซึมและพลังงาน
สารอินทรีย์ที่เข้าสู่เซลล์จะถูกแยกออก อันเป็นผลมาจากการที่พลังงานถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของโมเลกุล ATP หรือ NADP-H2 ปฏิกิริยาการดูดซึมและการสลายตัวทั้งชุดคือเมแทบอลิซึม ด้านล่างเราจะพิจารณาขั้นตอนของการเผาผลาญพลังงานที่ให้สารอาหารสำหรับเซลล์ heterotrophic โปรตีน คาร์โบไฮเดรด และลิปิดชั้นแรกแบ่งออกเป็นโมโนเมอร์ ได้แก่ กรดอะมิโน กลูโคส กลีเซอรอล และกรดไขมัน จากนั้นในระหว่างการย่อยที่ปราศจากออกซิเจนก็จะเกิดการย่อยเพิ่มเติม (การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน)
ด้วยวิธีนี้ ปรสิตภายในเซลล์จะได้รับอาหาร: ริกเก็ตเซีย คลามัยเดีย และแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรค เช่น คลอสทริเดียม เชื้อรายีสต์ที่มีเซลล์เดียวสลายกลูโคสเป็นเอทิลแอลกอฮอล์ แบคทีเรียจากกรดแลคติกไปเป็นกรดแลคติก ดังนั้น glycolysis, แอลกอฮอล์, butyric, lactic acid fermentation จึงเป็นตัวอย่างของโภชนาการของเซลล์เนื่องจากการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนใน heterotrophs
ออโต้โทรฟีและคุณสมบัติของกระบวนการเผาผลาญ
สำหรับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บนโลก แหล่งพลังงานหลักคือดวงอาทิตย์ ต้องขอบคุณเขาที่ตอบสนองความต้องการของผู้อยู่อาศัยในโลกของเรา บางส่วนสังเคราะห์สารอาหารเนื่องจากพลังงานแสงเรียกว่า phototrophs อื่น ๆ - ด้วยความช่วยเหลือของพลังงานของปฏิกิริยารีดอกซ์พวกเขาจะเรียกว่าเคมีบำบัด ในสาหร่ายที่มีเซลล์เดียว สารอาหารของเซลล์ซึ่งแสดงภาพด้านล่างนั้นถูกสังเคราะห์ด้วยแสง
พืชสีเขียวมีคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคลอโรพลาสต์ มันเล่นบทบาทของเสาอากาศที่จับควอนตัมแสง ในระยะสว่างและมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง ปฏิกิริยาของเอนไซม์เกิดขึ้น (วัฏจักรคาลวิน) ซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสารอินทรีย์ทั้งหมดที่ใช้เป็นสารอาหารจากคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นเซลล์ที่หล่อเลี้ยงเนื่องจากการใช้พลังงานแสงจึงเรียกว่า autotrophic หรือ phototrophic
สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่เรียกว่าเคมีสังเคราะห์ใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างสารอินทรีย์ เช่น แบคทีเรียเหล็กออกซิไดซ์สารประกอบเหล็กเป็นเหล็กเฟอริก และพลังงานที่ปล่อยออกมาจะไปสู่การสังเคราะห์กลูโคส โมเลกุล
ดังนั้น สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงจะจับพลังงานแสงและแปลงเป็นพลังงานของพันธะโควาเลนต์ของโมโนและโพลีแซคคาไรด์ จากนั้นตามการเชื่อมโยงของห่วงโซ่อาหารพลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งเนื่องจากการสังเคราะห์ด้วยแสงทำให้องค์ประกอบโครงสร้างทั้งหมดของชีวมณฑลมีอยู่ อาจกล่าวได้ว่าเซลล์ซึ่งโภชนาการที่เกิดขึ้นในลักษณะ autotrophic "ฟีด" ไม่เพียง แต่ตัวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทุกสิ่งที่อาศัยอยู่บนโลกด้วย
สิ่งมีชีวิตต่างเพศกินอย่างไร
เซลล์ที่มีคุณค่าทางโภชนาการขึ้นอยู่กับการบริโภคสารอินทรีย์จากสิ่งแวดล้อมภายนอกเรียกว่า heterotrophic สิ่งมีชีวิต เช่น เชื้อรา สัตว์ มนุษย์ และแบคทีเรียกาฝากย่อยสลายคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมันโดยใช้เอนไซม์ย่อยอาหาร
จากนั้นโมโนเมอร์ที่ได้จะถูกดูดซึมโดยเซลล์ และใช้เพื่อสร้างออร์แกเนลล์และชีวิต สารอาหารที่ละลายเข้าสู่เซลล์โดยพิโนไซโทซิส ในขณะที่อนุภาคอาหารที่เป็นของแข็งเข้าสู่เซลล์โดยฟาโกไซโทซิส สิ่งมีชีวิต heterotrophic สามารถแบ่งออกเป็น saprotrophs และปรสิตอดีต (เช่น แบคทีเรียในดิน เชื้อรา แมลงบางชนิด) กินอินทรียวัตถุที่ตายแล้ว ส่วนหลัง (แบคทีเรียก่อโรค พยาธิ เชื้อราปรสิต) กินเซลล์และเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต
Mixotrophs การกระจายในธรรมชาติ
โภชนาการแบบผสมในธรรมชาตินั้นค่อนข้างหายากและเป็นรูปแบบของการปรับตัว (idioadaptation) ให้เข้ากับปัจจัยแวดล้อมต่างๆ เงื่อนไขหลักสำหรับการผสมแบบผสมคือการมีอยู่ในเซลล์ของออร์แกเนลล์ทั้งสองที่มีคลอโรฟิลล์สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง และระบบของเอ็นไซม์ที่สลายสารอาหารสำเร็จรูปที่มาจากสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น สัตว์เซลล์เดียว Euglena green ประกอบด้วย chromatophores ที่มีคลอโรฟิลล์ในไฮยาโลพลาสซึม
เมื่ออ่างเก็บน้ำที่ยูกลีนาอาศัยอยู่มีแสงสว่างเพียงพอ มันจะกินเหมือนต้นไม้ นั่นคือ autotrophically ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นผลให้กลูโคสถูกสังเคราะห์จากคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเซลล์ใช้เป็นอาหาร ยูกลีนาให้อาหารที่แตกต่างกันในเวลากลางคืน ทำลายสารอินทรีย์ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ที่อยู่ใน vacuoles ย่อยอาหาร ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงพิจารณาสารอาหารแบบผสมของเซลล์เพื่อพิสูจน์ความเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันของต้นกำเนิดของพืชและสัตว์
การเติบโตของเซลล์และความสัมพันธ์กับถ้วยรางวัล
การเพิ่มความยาว มวล ปริมาณของทั้งสิ่งมีชีวิตและอวัยวะและเนื้อเยื่อแต่ละส่วนเรียกว่าการเจริญเติบโต เป็นไปไม่ได้หากปราศจากสารอาหารไปยังเซลล์อย่างต่อเนื่องซึ่งทำหน้าที่เป็นวัสดุก่อสร้าง เพื่อให้ได้คำตอบสำหรับคำถามที่ว่าเซลล์เติบโตอย่างไร โภชนาการนั้นเกิดขึ้น autotrophically จำเป็นต้องชี้แจงว่ามันเป็นสิ่งมีชีวิตอิสระหรือไม่ว่าจะเป็นส่วนหนึ่งของบุคคลหลายเซลล์เป็นหน่วยโครงสร้างหรือไม่ ในกรณีแรก การเจริญเติบโตจะดำเนินการระหว่างเฟสของวัฏจักรเซลล์ กระบวนการแลกเปลี่ยนพลาสติกเกิดขึ้นอย่างเข้มข้น โภชนาการของสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันมีความสัมพันธ์กับการปรากฏตัวของอาหารที่มาจากสภาพแวดล้อมภายนอก การเติบโตของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เกิดจากการกระตุ้นการสังเคราะห์ทางชีวภาพในเนื้อเยื่อเพื่อการศึกษา เช่นเดียวกับความเด่นของปฏิกิริยาอะนาโบลิกเหนือกระบวนการแคแทบอลิซึม
บทบาทของออกซิเจนในโภชนาการของเซลล์ heterotrophic
สิ่งมีชีวิตแอโรบิก: แบคทีเรีย เชื้อรา สัตว์ และมนุษย์บางชนิดใช้ออกซิเจนในการย่อยสลายสารอาหารอย่างน้ำตาลกลูโคสให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ (วัฏจักรเครบส์) มันเกิดขึ้นในเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรียที่มีระบบเอนไซม์ H + -ATP-ase ซึ่งสังเคราะห์โมเลกุล ATP จาก ADP ในสิ่งมีชีวิตที่เป็นโปรคาริโอต เช่น แบคทีเรียแอโรบิกและไซยาโนแบคทีเรีย ขั้นตอนการสลายออกซิเจนจะเกิดขึ้นที่พลาสมาเมมเบรนของเซลล์
โภชนาการเฉพาะของ gametes
ในทางอณูชีววิทยาและเซลล์วิทยา โภชนาการของเซลล์สามารถอธิบายสั้นๆ ได้ว่าเป็นกระบวนการของสารอาหารที่เข้าสู่เซลล์ การแยกตัวของพวกมัน และการสังเคราะห์พลังงานบางส่วนในรูปของโมเลกุล ATP ถ้วยรางวัลของ gametes: ไข่และตัวอสุจิมีคุณสมบัติบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับความจำเพาะสูงของหน้าที่ของพวกมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์สืบพันธุ์เพศหญิงซึ่งถูกบังคับให้สะสมสารอาหารจำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปของไข่แดง
หลังจากปฏิสนธิแล้ว เธอจะใช้มันบดและก่อตัวเป็นเอ็มบริโอ อสุจิในกระบวนการสุก (spermatogenesis) ได้รับสารอินทรีย์จากเซลล์ Sertoli ที่อยู่ในท่อน้ำอสุจิ ดังนั้น gametes ทั้งสองประเภทจึงมีเมแทบอลิซึมในระดับสูง ซึ่งเป็นไปได้เนื่องจากการให้รางวัลระดับเซลล์ที่ใช้งานอยู่
บทบาทของสารอาหารแร่ธาตุ
กระบวนการเมตาบอลิซึมเป็นไปไม่ได้หากปราศจากไอออนบวกและแอนไอออนที่เป็นส่วนหนึ่งของเกลือแร่ ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมไอออนจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง โพแทสเซียมและแคลเซียมไอออนจำเป็นสำหรับการทำงานของระบบเอนไซม์ยล และการมีอยู่ของโซเดียมไอออน เช่นเดียวกับแอนไอออนคาร์บอเนต จำเป็นต่อการรักษาคุณสมบัติบัฟเฟอร์ของไฮยาโลพลาสซึม สารละลายของเกลือแร่เข้าสู่เซลล์โดยพิโนไซโทซิสหรือการแพร่กระจายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ สารอาหารจากแร่ธาตุมีอยู่ทั้งในเซลล์ autotrophic และ heterotrophic
โดยสรุป เราเชื่อว่าคุณค่าทางโภชนาการของเซลล์มีความสำคัญมาก เนื่องจากกระบวนการนี้นำไปสู่การก่อตัวของวัสดุก่อสร้าง (คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน) จากคาร์บอนไดออกไซด์ในสิ่งมีชีวิต autotrophic เซลล์เฮเทอโรโทรฟกินสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมที่สำคัญของออโตโทรฟ พวกมันใช้พลังงานที่ได้รับในการสืบพันธุ์ เติบโต เคลื่อนไหว และกระบวนการอื่นๆ ของชีวิต
