Els estudis experimentals moderns han establert que la cèl·lula és la unitat estructural i funcional més complexa de gairebé tots els organismes vius, amb l'excepció dels virus, que són formes de vida no cel·lulars. La citologia estudia l'estructura, així com l'activitat vital de la cèl·lula: respiració, nutrició, reproducció, creixement. Aquests processos es consideraran en aquest document.
Estructura cel·lular
Mitjançant l'ús d'un microscopi lluminós i electrònic, els biòlegs han establert que les cèl·lules vegetals i animals contenen un aparell superficial (complexes supramembrana i submembrana), citoplasma i orgànuls. A les cèl·lules animals, un glicocàlix es troba per sobre de la membrana, que conté enzims i proporciona nutrició a la cèl·lula fora del citoplasma. A les cèl·lules vegetals, als procariotes (bacteris i cianobacteris), així com als fongs, es forma una paret cel·lular per sobre de la membrana, que consta de cel·lulosa, lignina o mureïna.
El nucli és un orgànul essencialeucariotes. Conté material hereditari: ADN, que sembla cromosomes. Els bacteris i els cianobacteris contenen un nucleoide que actua com a portador de l'àcid desoxiribonucleic. Tots ells realitzen funcions estrictament específiques que determinen els processos cel·lulars metabòlics.
Què entenem per nutrició cel·lular
Les manifestacions vitals d'una cèl·lula no són més que la transferència d'energia i la seva transformació d'una forma a una altra (segons la primera llei de la termodinàmica). L'energia que es troba en els nutrients en estat latent, és a dir, lligat, passa a les molècules d'ATP. A la pregunta de què és la nutrició cel·lular en biologia, hi ha una resposta que té en compte els postulats següents:
- La cèl·lula, en ser un biosistema obert, requereix un subministrament constant d'energia del medi extern.
- Substàncies orgàniques necessàries per a la nutrició, la cèl·lula pot obtenir de dues maneres:
a) del medi intercel·lular, en forma de compostos preparats;
b) sintetitza de manera independent proteïnes, hidrats de carboni i greixos a partir de diòxid de carboni, amoníac, etc.
Per tant, tots els organismes es divideixen en heteròtrofs i autòtrofs, les característiques metabòliques dels quals s'estudien per bioquímica.
Metabolisme i energia
Les substàncies orgàniques que entren a la cèl·lula es divideixen, com a resultat de la qual cosa s'allibera energia en forma de molècules d'ATP o NADP-H2. Tot el conjunt de reaccions d'assimilació i dissimilació és metabolisme. A continuació analitzarem les etapes del metabolisme energètic que proporcionen nutrició a les cèl·lules heteròtrofiques. Primers proteïnes, hidrats de carboni i lípidses descomponen en els seus monòmers: aminoàcids, glucosa, glicerol i àcids grassos. Després, durant la digestió lliure d'oxigen, pateixen una altra degradació (digestió anaeròbica).
D'aquesta manera s'alimenten paràsits intracel·lulars: rickettsia, clamídia i bacteris patògens, com el clostridi. Els fongs de llevats unicel·lulars descomponen la glucosa en alcohol etílic, els bacteris làctics en àcid làctic. Així, la glicòlisi, la fermentació d'alcohol, butíric i àcid làctic són exemples de nutrició cel·lular a causa de la digestió anaeròbica en heteròtrofs.
Autotròfia i característiques dels processos metabòlics
Per als organismes que viuen a la Terra, la principal font d'energia és el Sol. Gràcies a ell es cobreixen les necessitats dels habitants del nostre planeta. Alguns d'ells sintetitzen nutrients a causa de l'energia lumínica, s'anomenen fotòtrofs. Altres: amb l'ajuda de l'energia de les reaccions redox, s'anomenen quimiòtrofs. En les algues unicel·lulars, la nutrició de la cèl·lula, la foto de la qual es presenta a continuació, es realitza de manera fotosintètica.
Les plantes verdes contenen clorofil·la, que forma part dels cloroplasts. Fa el paper d'una antena que capta quants de llum. En les fases clares i fosques de la fotosíntesi, es produeixen reaccions enzimàtiques (cicle de Calvin), que donen lloc a la formació de totes les substàncies orgàniques utilitzades per a la nutrició a partir del diòxid de carboni. Per tant, la cèl·lula, que es nodreixa causa de l'ús de l'energia lumínica, s'anomena autòtrof o fototròfic.
Els organismes unicel·lulars, anomenats quimiosintètics, utilitzen l'energia alliberada com a resultat de reaccions químiques per formar substàncies orgàniques, per exemple, els bacteris del ferro oxiden els compostos ferrosos a ferro fèrric i l'energia alliberada es destina a la síntesi de glucosa. molècules.
Així, els organismes fotosintètics capturen l'energia lluminosa i la converteixen en l'energia dels enllaços covalents de monosacàrids i polisacàrids. Aleshores, al llarg dels enllaços de les cadenes alimentàries, l'energia es transfereix a les cèl·lules dels organismes heteròtrofs. És a dir, gràcies a la fotosíntesi, existeixen tots els elements estructurals de la biosfera. Es pot dir que una cèl·lula, la nutrició de la qual es produeix de manera autòtrofa, "s'alimenta" no només a ella mateixa, sinó també a tot el que viu al planeta Terra.
Com mengen els organismes heteròtrofs
Una cèl·lula la nutrició de la qual depèn de la ingesta de substàncies orgàniques del medi extern s'anomena heteròtrofa. Organismes com ara fongs, animals, humans i bacteris paràsits descomponen els hidrats de carboni, les proteïnes i els greixos mitjançant enzims digestius.
A continuació, els monòmers resultants són absorbits per la cèl·lula i utilitzats per ella per construir els seus orgànuls i vida. Els nutrients dissolts entren a la cèl·lula per pinocitosi, mentre que les partícules d'aliments sòlids entren a la cèl·lula per fagocitosi. Els organismes heteròtrofs es poden dividir en saprotrofs i paràsits. Els primers (per exemple, bacteris del sòl, fongs, alguns insectes) s'alimenten de matèria orgànica morta, els segons (bacteris patògens, helmints, fongs paràsits) s'alimenten de cèl·lules i teixits d'organismes vius.
Mixòtrofs, la seva distribució a la natura
El tipus de nutrició mixta a la natura és força rara i és una forma d'adaptació (idioadaptació) a diversos factors ambientals. La condició principal per a la mixotròfia és la presència a la cèl·lula d'ambdós orgànuls que contenen clorofil·la per a la fotosíntesi i un sistema d'enzims que descomponen els nutrients ja preparats procedents del medi. Per exemple, l'animal unicel·lular Euglena green conté cromatòfors amb clorofil·la al hialoplasma.
Quan l'embassament on viu l'euglena està ben il·luminat, s'alimenta com una planta, és a dir, de forma autòtrofa, mitjançant la fotosíntesi. Com a resultat, la glucosa es sintetitza a partir del diòxid de carboni, que la cèl·lula utilitza com a aliment. L'Euglena s'alimenta de forma heteròtrofa a la nit, descomposant la matèria orgànica amb l'ajuda d'enzims situats a les vacúols digestives. Així, els científics consideren que la nutrició mixotròfica de la cèl·lula és una prova de la unitat de l'origen de les plantes i els animals.
Creixement cel·lular i la seva relació amb el trofisme
L'augment de la longitud, la massa i el volum tant de tot l'organisme com dels seus òrgans i teixits individuals s'anomena creixement. És impossible sense un subministrament constant de nutrients a les cèl·lules, que serveixen com a material de construcció. Per obtenir una resposta a la pregunta de com creix una cèl·lula, la nutrició de la quales produeix de manera autòtrofa, cal aclarir si es tracta d'un organisme independent o si forma part d'un individu pluricel·lular com a unitat estructural. En el primer cas, el creixement es durà a terme durant la interfase del cicle cel·lular. Els processos d'intercanvi plàstic hi tenen lloc de manera intensiva. La nutrició dels organismes heteròtrofs està correlacionada amb la presència d'aliments procedents del medi extern. El creixement d'un organisme pluricel·lular es produeix a causa de l'activació de la biosíntesi en els teixits educatius, així com pel predomini de les reaccions anabòliques sobre els processos de catabolisme.
El paper de l'oxigen en la nutrició de les cèl·lules heteròtropes
Organismes aeròbics: alguns bacteris, fongs, animals i humans utilitzen l'oxigen per descompondre completament nutrients com la glucosa en diòxid de carboni i aigua (cicle de Krebs). Es produeix a la matriu dels mitocondris que conté el sistema enzimàtic H + -ATP-asa, que sintetitza molècules d'ATP a partir d'ADP. En organismes procariotes com els bacteris aeròbics i els cianobacteris, l'etapa de dissimilació de l'oxigen es produeix a la membrana plasmàtica de les cèl·lules.
Nutrició específica dels gàmetes
En biologia molecular i citologia, la nutrició cel·lular es pot descriure breument com el procés d'entrada de nutrients, la seva divisió i la síntesi d'una determinada porció d'energia en forma de molècules d'ATP. El trofisme dels gàmetes: òvuls i espermatozoides té algunes característiques associades a l' alta especificitat de les seves funcions. Això és especialment cert per a la cèl·lula germinal femenina, que es veu obligada a acumular una gran quantitat de nutrients, principalment en forma derovell.
Després de la fecundació, els farà servir per aixafar i formar un embrió. Els espermatozoides en procés de maduració (espermatogènesi) reben substàncies orgàniques de les cèl·lules de Sertoli situades als túbuls seminífers. Així, ambdós tipus de gàmetes tenen un alt nivell de metabolisme, que és possible a causa del trofisme cel·lular actiu.
El paper de la nutrició mineral
Els processos metabòlics són impossibles sense l'afluència de cations i anions que formen part de les sals minerals. Per exemple, els ions de magnesi són necessaris per a la fotosíntesi, els ions de potassi i de calci són necessaris per al funcionament dels sistemes enzimàtics mitocondrials i la presència d'ions de sodi, així com d'anions de carbonat, és necessària per mantenir les propietats amortidores del hialoplasma. Les solucions de sals minerals entren a la cèl·lula per pinocitosi o difusió a través de la membrana cel·lular. La nutrició mineral és inherent tant a les cèl·lules autòtrofs com a les heteròtrofs.
En resum, estem convençuts que la importància de la nutrició cel·lular és realment gran, ja que aquest procés condueix a la formació de material de construcció (hidrats de carboni, proteïnes i greixos) a partir del diòxid de carboni en organismes autòtrofs. Les cèl·lules heteròtrofs s'alimenten de substàncies orgàniques formades com a resultat de l'activitat vital dels autòtrofs. Utilitzen l'energia rebuda per a la reproducció, el creixement, el moviment i altres processos vitals.
