Ląstelė: apibrėžimas, struktūra, organelės ir funkcijos
Biologijoje ląstelė yra pagrindinė organizmų struktūra. Visos ląstelės susidaro dalijantis kitoms ląstelėms.
Ląstelės išorinę aplinką nuo ląstelės viduje esančios citoplazmos skiria ląstelės membrana. Kai kurių ląstelių viduje ląstelės dalys yra atskirtos nuo kitų dalių. Šios atskiros dalys vadinamos organelėmis (kaip maži organai). Kiekviena jų ląstelėje atlieka skirtingus darbus. Pavyzdžiui, branduolys (kuriame yra DNR) ir mitochondrijos (kuriose paverčiama cheminė energija).
Ląstelių tipai
- Prokariotinės ląstelės – paprastesnės, neturi tikro branduolio ar membrana apsaugotų organelių. Jas sudaro bakterijos ir archae.
- Eukariotinės ląstelės – didesnės ir sudėtingesnės, turi branduolį ir įvairias membrana atskirtas organeles. Jas sudaro gyvūnų, augalų, grybų ir protistų ląstelės.
Ląstelės struktūra ir pagrindinės dalys
- Ląstelės membrana – plonas riebalinis sluoksnis, atskiriantis ląstelę nuo aplinkos. Kontroliuoja medžiagų patekimą ir išėjimą, dalyvauja signalizacijoje.
- Citoplazma – gelio tipo terpė, kurioje yra organelės, metabolizmo fermentai ir kitos molekulės.
- Branduolys – saugo genetinę medžiagą (DNR), atsakingas už genų ekspresiją ir ląstelės reguliavimą. Branduolyje susidaro ir ribosomų dalys (branduolėlis).
- Ribosomos – sintetinamos baltymus pagal RNR instrukcijas; gali būti laisvos citoplazmoje arba prisitvirtinusios prie endoplazminio tinklo.
- Endoplazminis tinklas (ER) – dalijasi į grublėtąjį (RER), kuriame sintetinami baltymai, ir lygiąjį (SER), dalyvaujantį lipidų sintezėje, detoksikacijoje ir kalcio apytakoje.
- Goldžio aparatas – modifikuoja, rūšiuoja ir pakelia baltymus bei lipidus, ruošiant juos sekretavimui arba pristatymui į kitus organelius.
- Mitochondrijos – ląstelės „elektrinė“, kur vyksta kvėpavimas ir ATP sintezė, tiekianti energiją daugeliui ląstelės procesų.
- Lizomos – turinčios fermentų, skaido atliekines medžiagas, pažeistas struktūras ir pašalina makromolekules; svarbios autografijai.
- Peroksisomos – įtrauktos į riebalų rūgščių katabolizmą ir toksinių peroksidų šalinimą.
- Chloroplastai (augalinėse ląstelėse) – fotosintezės vieta; paverčia šviesos energiją cheminėmis junginiais (gliukozėmis).
- Vakuolės – ypač didelės augalinėse ląstelėse; saugo vandenį, maistines medžiagas, pigmentus ir palaiko ląstelių turgorą.
- Citoskeletas – sudarytas iš mikrofilamentų, mikrotubulų ir intermedinių filamentų; suteikia formą, dalyvauja ląstelės judesyje, organelių ir transportinių vezikulų pernešime.
- Ląstelės sienelė – randama augalų, grybų ir kai kurių prokariotų ląstelėse; suteikia mechaninį tvirtumą ir apsaugą.
- Judėjimo organelės – žiuželiai (flagelos) ir blakstienos (cilijos) leidžia kai kurioms ląstelėms judėti arba perkelti skysčio srautus.
Ląstelių funkcijos
- Medžiagų apykaita: cheminės reakcijos, kuriomis organizmas gauna ir naudoja energiją bei pastatines medžiagas.
- Energetika: ATP gamyba mitochondrijose (ar fotosintezė chloroplastuose).
- Baltymų sintezė: genetinės informacijos panaudojimas baltymams kurti.
- Augimas ir dalijimasis: ląstelės gali augti ir dalytis (mitozė, mejozė), leidžiant organizmui augti, atsinaujinti ir daugintis.
- Jautrumas ir signalizacija: ląstelės reaguoja į aplinkos ir kitų ląstelių signalus, bendradarbiauja audiniuose ir organuose.
- Homeostazė: palaiko vidinę pusiausvyrą, reguliuodamos ionų koncentracijas, pH ir t.t.
Ląstelių dalijimasis ir specializacija
Ląstelės dalijimasis vyksta dviem pagrindiniais būdais: mitozė (somatinių ląstelių dalijimasis, kuriuo susidaro dvi genetiškai identiškos dukterų ląstelės) ir mejozė (lytinė ląstelių dalijimasis, vykstantis redukcinėms dalijosioms, leidžiantis susidaryti lytinėms ląstelėms su sumažintu chromosomų skaičiumi). Iš kamieninių ląstelių susidaro įvairių tipų specializuotos ląstelės per diferenciaciją, kas leidžia formuotis audiniams ir organams.
Dydis ir stebėjimas
- Prokariotų ląstelės dažniausiai matuojamos mikrometrais (µm), paprastai ~1–5 µm.
- Eukariotinės ląstelės yra didesnės – 10–100 µm dydžio, priklausomai nuo tipo.
- Ląsteles tiria optiniai mikroskopai (šviesos mikroskopija) ir elektroniniai mikroskopai, leidžiantys matyti smulkias organeles.
Praktinė reikšmė
Ląstelių supratimas yra kertinis modernios biologijos, medicinos ir biotechnologijų srityse. Keli pavyzdžiai:
- Medicinoje: vėžio, infekcinių ligų ir genetinių sutrikimų tyrimai bei gydymas.
- Biotechnologijose: genų inžinerija, fermentų gamyba, vaistų kūrimas.
- Ekologijoje ir žemės ūkyje: mikroorganizmų vaidmuo dirvožemio derlingume, augalų ląstelių inžinerija derliui gerinti.
Santrauka
Ląstelė yra gyvybės pagrindinis vienetas: ji saugo genetinę informaciją, gamina energiją, sintezuoja baltymus ir atlieka visas būtinas funkcijas, leidžiančias organizmams augti, daugintis ir reaguoti į aplinką. Nuo paprastų prokariotų iki sudėtingų eukariotinių audinių — ląstelės režisuoja gyvybės procesus įvairiuose lygiuose.


Eukariotų (kairėje) ir prokariotų (dešinėje) ląstelės


Endotelio ląstelė: branduoliai nudažyti mėlynai, mitochondrijos - raudonai, o F-aktinas - mikrofilamentų sudedamoji dalis - žaliai. Ląstelė nufotografuota fluorescenciniu mikroskopu.
Ląstelių rūšys
Yra dvi pagrindinės ląstelių rūšys: prokariotinės ląstelės ir eukariotinės ląstelės. Prokariotai, bakterijos ir archėjos, yra paprastos ląstelės, neturinčios ląstelės branduolio. Jos turi bakterijų mikrokomandų.
Eukariotai yra sudėtingos ląstelės su daugybe organelių ir kitų ląstelių struktūrų. Jos yra didesnės už prokariotų ląsteles: jų tūris gali būti net 1000 kartų didesnis. Eukariotai savo genetinę informaciją (DNR) saugo chromosomose, esančiose ląstelės branduolyje. Organizmai (gyvosios būtybės), kuriuos sudaro kelios ląstelės, yra eukariotai.
Prokariotinių organizmų rūšys
Vienintelės šiuo metu gyvenančios prokariotinių organizmų rūšys yra bakterijos ir archėjos. Prokariotiniai organizmai išsivystė anksčiau nei eukariotiniai organizmai, todėl kažkada pasaulį sudarė tik prokariotiniai organizmai. Taip pat yra virusų, kuriuos sunku klasifikuoti, tačiau jie sukelia kai kurias svarbias ligas. Virusai sudaryti iš RNR arba DNR ir baltymų, jie dauginasi bakterijų arba eukariotų ląstelėse.
Eukariotinių organizmų rūšys
Vienaląsčiai
Vienaląsčius organizmus sudaro viena ląstelė. Vienaląsčių organizmų pavyzdžiai:
- Ameba
- Paramecium
Vienaląsčiai organizmai turi:
Visi vienaląsčiai organizmai turi:
- atsikratyti atliekų (išmesti)
- daugintis (pasigaminti daugiau savęs).
- auginti
Kai kurie gali:
- perkelti
- jaučia aplinką.
- energiją gauna iš saulės (pvz., cianobakterijos).
- rauginti (pvz., mielės).
- naudoja anaerobinį kvėpavimą (pvz., Clostridium botulinum)
Daugialąsčiai
Daugialąsčius organizmus sudaro daugybė ląstelių. Tai sudėtingi organizmai. Tai gali būti tiek nedidelis ląstelių skaičius, tiek milijonai ar trilijonai ląstelių. Visi augalai ir gyvūnai yra daugialąsčiai organizmai. Daugialąsčių organizmų ląstelės nėra visos vienodos. Jos yra skirtingų formų ir dydžių ir atlieka skirtingą darbą organizme. Ląstelės yra specializuotos. Tai reiškia, kad jos atlieka tik kai kurių rūšių darbus. Vienos pačios jos negali atlikti visko, ko reikia organizmui gyventi. Joms reikalingos kitos ląstelės, kad atliktų kitus darbus. Jos gyvena kartu, bet negali gyventi vienos.


Paramecijus , vienaląstis organizmas
.svg.png)

Paprasta gyvūno ląstelės schema
.svg.png)

Paprasta augalo ląstelės schema
Ląstelių istorija
Ląsteles atrado Robertas Hukas (1635-1703). Jis naudojo sudėtinį mikroskopą su dviem lęšiais kamščio struktūrai, lapams ir kai kuriems vabzdžiams tirti. Tai jis darė maždaug nuo 1660 m., o 1665 m. apie tai pranešė knygoje "Micrographica". Ląsteles pavadino lotyniško žodžio cella, reiškiančio kambarį, vardu. Taip jis pasielgė, nes manė, kad ląstelės atrodo kaip maži kambariai.
Daugelis kitų gamtininkų ir filosofų išbandė naująjį instrumentą. Augalų sandarą tyrinėjo Nehemiah Grew (1641-1712) ir Marcello Malpighi (1628-1694). Svarbiausias Grew darbas buvo "Augalų anatomija" (1682 m.). Neaišku, kas pirmieji pamatė gyvūnų ląsteles - Malpighi, Janas Swammerdamas (1637-1680) ar Antonie van Leeuwenhoekas (1632-1723). p17
Leeuwenhoeko atradimai ir "mažųjų gyvūnų molekulių" piešiniai gamtininkams atvėrė visiškai naują pasaulį. Buvo atrasti pirmuonys ir apskritai mikroorganizmai, kurių atradimai tęsiasi iki šiol. Kristiano Gotfrydo Erenbergo (Christian Gottfried Ehrenberg) knygoje Die Infusionsthierchen apibendrinta tai, kas buvo žinoma 1838 m. Lorenzas Okenas (1779-1851) 1805 m. rašė, kad infuzorijos (mikroskopinės formos) yra visos gyvybės pagrindas.
Mintis, kad ląstelės yra didesnių gyvybės formų pagrindas, kilo XVIII amžiuje. Tam tikrą laiką užtruko išsiaiškinti, kas atliko šį darbą:
"Čekų Jano Purkyně (1787-1869) ir jo mokinio bei bendradarbio Gabrielio Valentino (1810-1883) kūrybą nepelnytai menkino nacionalistiškai nusiteikę vokiečiai. Jie turi pretenzijų į tam tikrą pirmenybę ląstelių teorijoje". 9 skyrius Didelį indėlį įnešė ir Johanesas Miuleris (Johannes Müller, 1801-1858). "Tačiau būtent jo mokiniui Teodorui Švanui (Theodor Schwann, 1810-1882) ir Motiejui Šleidenui (Matthias Schleiden, 1804-1881) atiteko ląstelės teorijos nuopelnai, nepaisant to, kad kai kurie jų stebėjimai buvo neteisingi, o jų nuopelnai ankstesniems darbuotojams buvo "parodija".p97
Ląstelių teorija apima šias svarbias idėjas:
- Visos gyvos būtybės yra sudarytos iš ląstelių.
- Ląstelė yra pagrindinis visų organizmų struktūros ir funkcijos vienetas.
- Kiekviena ląstelė yra kilusi iš kitos prieš ją gyvenusios ląstelės.
- Branduolys yra pagrindinis ląstelės elementas.
Ląstelių dauginimasis
Metazoanų kūno ląstelės dalijasi paprastu mitoziniu būdu. Lytinis dauginimasis yra eukariotų protėvis, o metazoose jį vykdo specializuotos lytinės ląstelės. Jos susidaro vykstant procesui, vadinamam mejoze.
Prokariotinės ląstelės dauginasi dvinario dalijimosi būdu, kai ląstelė paprasčiausiai skyla pusiau. Tiek mitozės, tiek binarinio dalijimosi metu ląstelė turi replikuoti (nukopijuoti) visą savo genetinę informaciją (DNR), kad kiekviena nauja ląstelė turėtų jos kopiją.
Susiję puslapiai
- Citologija
Klausimai ir atsakymai
K: Kokia yra pagrindinė biologijos organizmų sandara?
Atsakymas: Ląstelė yra pagrindinė biologijos organizmų struktūra.
K: Kaip gaminamos ląstelės?
A: Ląstelės atsiranda dalijantis kitoms ląstelėms.
K: Kas skiria aplinką už ląstelės ribų nuo citoplazmos jos viduje?
A: Ląstelės membrana skiria aplinką už ląstelės ribų nuo citoplazmos jos viduje.
K: Kas yra organelės?
A: Organelės yra ląstelės dalys, kurios yra atskirtos nuo kitų dalių ir ląstelėje atlieka skirtingus darbus.
K: Kurioje ląstelėje yra DNR?
A: DNR yra branduolyje, kuris yra organelė.
K: Kur paverčiama cheminė energija?
A: Cheminė energija paverčiama mitochondrijose, kurios yra organelės.