Các nghiên cứu thực nghiệm hiện đại đã xác định rằng tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng phức tạp nhất của hầu hết tất cả các sinh vật sống, ngoại trừ virus, là dạng sống không phải tế bào. Tế bào học nghiên cứu cấu trúc, cũng như hoạt động sống của tế bào: hô hấp, dinh dưỡng, sinh sản, tăng trưởng. Các quy trình này sẽ được xem xét trong bài báo này.
Cấu trúc tế bào
Bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử và ánh sáng, các nhà sinh học đã xác định rằng tế bào động thực vật có chứa một bộ máy bề mặt (phức hợp màng trên và màng dưới), tế bào chất và các bào quan. Trong tế bào động vật, một glycocalyx nằm phía trên màng, chứa các enzym và cung cấp dinh dưỡng cho tế bào bên ngoài tế bào chất. Trong tế bào thực vật, sinh vật nhân sơ (vi khuẩn và vi khuẩn lam), cũng như nấm, vách tế bào được hình thành phía trên màng, bao gồm cellulose, lignin hoặc murein.
Nhân là một bào quan thiết yếusinh vật nhân thực. Nó chứa vật liệu di truyền - DNA, trông giống như nhiễm sắc thể. Vi khuẩn và vi khuẩn lam có chứa một nucleoid hoạt động như một chất mang axit deoxyribonucleic. Tất cả chúng đều thực hiện các chức năng cụ thể nghiêm ngặt quyết định các quá trình trao đổi chất của tế bào.
Chúng ta có nghĩa là gì về dinh dưỡng tế bào
Các biểu hiện quan trọng của tế bào không gì khác ngoài sự truyền năng lượng và sự biến đổi của nó từ dạng này sang dạng khác (theo định luật đầu tiên của nhiệt động lực học). Năng lượng được tìm thấy trong các chất dinh dưỡng ở trạng thái tiềm ẩn, tức là trạng thái liên kết, sẽ chuyển vào các phân tử ATP. Đối với câu hỏi dinh dưỡng tế bào trong sinh học là gì, có một câu trả lời có tính đến các định đề sau:
- Tế bào, là một hệ thống sinh học mở, cần được cung cấp năng lượng liên tục từ môi trường bên ngoài.
- Các chất hữu cơ cần thiết cho dinh dưỡng, tế bào có thể nhận được theo hai cách:
a) từ môi trường gian bào, ở dạng hợp chất tạo sẵn;
b) tổng hợp độc lập protein, carbohydrate và chất béo từ carbon dioxide, amoniac, v.v.
Vì vậy, tất cả các sinh vật được chia thành dị dưỡng và tự dưỡng, các tính năng trao đổi chất của chúng được nghiên cứu bằng hóa sinh.
Trao đổi chất và năng lượng
Các chất hữu cơ đi vào tế bào sẽ trải qua quá trình phân chia, do đó năng lượng được giải phóng dưới dạng phân tử ATP hoặc NADP-H2. Toàn bộ tập hợp của các phản ứng đồng hóa và phân hủy là quá trình trao đổi chất. Dưới đây chúng ta sẽ xem xét các giai đoạn chuyển hóa năng lượng cung cấp dinh dưỡng cho tế bào dị dưỡng. Protein, carbohydrate và lipid đầu tiênđược chia thành các đơn phân của chúng: axit amin, glucozơ, glixerol và axit béo. Sau đó, trong quá trình phân hủy không có oxy, chúng trải qua quá trình phân hủy tiếp theo (phân hủy kỵ khí).
Bằng cách này, các ký sinh trùng nội bào được nuôi dưỡng: rickettsia, chlamydia và vi khuẩn gây bệnh, chẳng hạn như clostridium. Nấm men đơn bào phân giải glucôzơ thành rượu etylic, vi khuẩn sinh axit lactic thành axit lactic. Do đó, quá trình đường phân, rượu, butyric, lên men axit lactic là những ví dụ về dinh dưỡng tế bào do quá trình phân hủy kỵ khí ở sinh vật dị dưỡng.
Autotrophy và các tính năng của quá trình trao đổi chất
Đối với các sinh vật sống trên Trái đất, nguồn năng lượng chính là Mặt trời. Nhờ anh ấy, nhu cầu của cư dân trên hành tinh của chúng ta được đáp ứng. Một số trong số chúng tổng hợp chất dinh dưỡng nhờ năng lượng ánh sáng, chúng được gọi là quang dưỡng. Những người khác - với sự trợ giúp của năng lượng của các phản ứng oxy hóa khử, chúng được gọi là sinh vật hóa học. Ở tảo đơn bào, dinh dưỡng của tế bào, ảnh được trình bày dưới đây, được thực hiện qua quá trình quang hợp.
Cây xanh có chứa chất diệp lục, là một phần của lục lạp. Nó đóng vai trò của một ăng-ten thu nhận các lượng tử ánh sáng. Trong pha sáng và pha tối của quá trình quang hợp, các phản ứng enzym xảy ra (chu trình Calvin), dẫn đến việc hình thành tất cả các chất hữu cơ được sử dụng để dinh dưỡng từ cacbon đioxit. Do đó, tế bào, được nuôi dưỡngdo sử dụng năng lượng ánh sáng, được gọi là tự dưỡng hoặc quang dưỡng.
Các sinh vật đơn bào, được gọi là tổng hợp hóa học, sử dụng năng lượng được giải phóng do kết quả của các phản ứng hóa học để tạo thành các chất hữu cơ, ví dụ, vi khuẩn sắt oxy hóa các hợp chất đen thành sắt sắt, và năng lượng giải phóng được dùng để tổng hợp glucose phân tử.
Vì vậy, các sinh vật quang tổng hợp thu năng lượng ánh sáng và chuyển nó thành năng lượng của các liên kết cộng hóa trị của mono- và polysaccharid. Sau đó, dọc theo các mắt xích của chuỗi thức ăn, năng lượng được chuyển đến các tế bào của sinh vật dị dưỡng. Nói cách khác, nhờ quang hợp mà tồn tại tất cả các yếu tố cấu trúc của sinh quyển. Có thể nói rằng một tế bào, nguồn dinh dưỡng xảy ra theo cách tự dưỡng, “nuôi sống” không chỉ chính nó, mà còn cho tất cả mọi thứ sống trên hành tinh Trái đất.
Cách sinh vật dị dưỡng ăn
Tế bào mà dinh dưỡng phụ thuộc vào việc thu nhận các chất hữu cơ từ môi trường bên ngoài được gọi là dị dưỡng. Các sinh vật như nấm, động vật, con người và vi khuẩn ký sinh phân hủy carbohydrate, protein và chất béo bằng cách sử dụng các enzym tiêu hóa.
Sau đó, các đơn phân tạo thành được tế bào hấp thụ và được tế bào sử dụng để xây dựng các bào quan và sự sống của chúng. Các chất dinh dưỡng hòa tan đi vào tế bào bằng cách thực bào, trong khi các phần tử thức ăn rắn xâm nhập vào tế bào bằng quá trình thực bào. Sinh vật dị dưỡng có thể được chia thành sinh vật sinh dưỡng và sinh vật ký sinh. Loại trước (ví dụ, vi khuẩn trong đất, nấm, một số côn trùng) ăn chất hữu cơ chết, loại sau (vi khuẩn gây bệnh, giun sán, nấm ký sinh) ăn các tế bào và mô của sinh vật sống.
Mixotrophs, sự phân bố của chúng trong tự nhiên
Kiểu dinh dưỡng hỗn hợp trong tự nhiên khá hiếm và là một dạng thích nghi (idioadaptation) với các yếu tố môi trường khác nhau. Điều kiện chính để sinh ra hỗn hợp là sự hiện diện trong tế bào của cả hai bào quan có chứa chất diệp lục để quang hợp và một hệ thống các enzym phân hủy các chất dinh dưỡng tạo sẵn từ môi trường. Ví dụ, động vật đơn bào màu xanh lục Euglena chứa tế bào sắc tố với chất diệp lục trong tế bào chất.
Khi hồ chứa nơi euglena sinh sống được chiếu sáng tốt, nó sẽ nuôi dưỡng như một thực vật, tức là tự dưỡng, thông qua quá trình quang hợp. Kết quả là, glucose được tổng hợp từ carbon dioxide, được tế bào sử dụng làm thức ăn. Euglena kiếm ăn dị dưỡng vào ban đêm, phân hủy chất hữu cơ với sự trợ giúp của các enzym nằm trong không bào tiêu hóa. Do đó, các nhà khoa học coi dinh dưỡng hỗn hợp của tế bào là bằng chứng về sự thống nhất nguồn gốc của thực vật và động vật.
Sự phát triển của tế bào và mối quan hệ của nó với tính dinh dưỡng
Sự gia tăng về chiều dài, khối lượng, thể tích của cả sinh vật và các cơ quan và mô riêng lẻ của nó được gọi là sự tăng trưởng. Không thể không cung cấp liên tục các chất dinh dưỡng cho các tế bào, chúng đóng vai trò như một vật liệu xây dựng. Để có câu trả lời cho câu hỏi làm thế nào một tế bào phát triển, dinh dưỡng củaxảy ra tự dưỡng, cần làm rõ nó là một sinh vật độc lập hay nó là một phần của cá thể đa bào với tư cách là một đơn vị cấu trúc. Trong trường hợp đầu tiên, sự tăng trưởng sẽ được thực hiện trong các giai đoạn giữa của chu kỳ tế bào. Quá trình trao đổi nhựa diễn ra mạnh mẽ trong đó. Dinh dưỡng của sinh vật dị dưỡng tương quan với sự có mặt của thức ăn đến từ môi trường bên ngoài. Sự phát triển của một sinh vật đa bào xảy ra do sự kích hoạt của quá trình sinh tổng hợp trong các mô giáo dục, cũng như sự chiếm ưu thế của các phản ứng đồng hóa so với các quá trình dị hóa.
Vai trò của oxy trong dinh dưỡng của tế bào dị dưỡng
Sinh vật hiếu khí: Một số vi khuẩn, nấm, động vật và con người sử dụng oxy để phân hủy hoàn toàn các chất dinh dưỡng như glucose thành carbon dioxide và nước (chu trình Krebs). Nó xảy ra trong chất nền của ti thể có chứa hệ thống enzym H + -ATP-ase, tổng hợp các phân tử ATP từ ADP. Ở các sinh vật nhân sơ như vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn lam, bước phân hủy oxy xảy ra ở màng sinh chất của tế bào.
Dinh dưỡng cụ thể của giao tử
Trong sinh học phân tử và tế bào học, dinh dưỡng tế bào có thể được mô tả ngắn gọn là quá trình các chất dinh dưỡng xâm nhập vào nó, sự phân tách của chúng và tổng hợp một phần năng lượng nhất định dưới dạng phân tử ATP. Tính chất dinh dưỡng của giao tử: trứng và tinh trùng có một số đặc điểm liên quan đến tính đặc hiệu cao về chức năng của chúng. Điều này đặc biệt đúng với tế bào mầm cái, tế bào này buộc phải tích lũy một lượng lớn các chất dinh dưỡng, chủ yếu ở dạnglòng đỏ.
Sau khi thụ tinh, cô ấy sẽ dùng chúng để nghiền nát và tạo thành phôi thai. Tinh trùng trong quá trình trưởng thành (sinh tinh) nhận các chất hữu cơ từ tế bào Sertoli nằm trong ống bán lá kim. Như vậy, cả hai loại giao tử đều có mức độ trao đổi chất cao, điều này có thể xảy ra do quá trình sinh dưỡng tế bào tích cực.
Vai trò của dinh dưỡng khoáng
Quá trình trao đổi chất không thể xảy ra nếu không có sự gia tăng của các cation và anion là một phần của muối khoáng. Ví dụ, các ion magiê cần thiết cho quá trình quang hợp, các ion kali và canxi cần thiết cho hoạt động của hệ thống enzym ti thể, và sự hiện diện của các ion natri, cũng như các anion cacbonat, là cần thiết để duy trì các đặc tính đệm của hyaloplasm. Các dung dịch muối khoáng xâm nhập vào tế bào bằng quá trình pinocytosis hoặc khuếch tán qua màng tế bào. Dinh dưỡng khoáng vốn có trong cả tế bào tự dưỡng và dị dưỡng.
Tóm lại, chúng tôi tin rằng tầm quan trọng của dinh dưỡng tế bào thực sự rất lớn, vì quá trình này dẫn đến sự hình thành vật liệu xây dựng (carbohydrate, protein và chất béo) từ carbon dioxide trong các sinh vật tự dưỡng. Tế bào dị dưỡng ăn các chất hữu cơ được hình thành do hoạt động sống của sinh vật tự dưỡng. Chúng sử dụng năng lượng nhận được để sinh sản, tăng trưởng, di chuyển và các quá trình sống khác.
