Ma `lumot

5.2: Hujayralarning kashfiyoti va hujayra nazariyasi - Biologiya

5.2: Hujayralarning kashfiyoti va hujayra nazariyasi - Biologiya


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.

Katta ko'k hujayra

Bu aql bovar qilmaydigan ob'ekt nima? Bu inson hujayrasi ekanligini bilish sizni ajablantiradimi? Hujayra aslida qurolsiz ko'z bilan ko'rish uchun juda kichikdir. Bu erda juda batafsil ko'rinadi, chunki u juda kuchli mikroskop bilan ko'riladi. Hujayralar hajmi kichik bo'lishi mumkin, ammo ular hayot uchun juda muhimdir. Boshqa barcha tirik mavjudotlar kabi siz ham hujayralardan yaratilgansiz. Hujayralar hayotning asosidir va hujayralarsiz, biz bilganimizdek, hayot mavjud bo'lmaydi. Ushbu bo'limni o'qiganingizda, hayotning ushbu ajoyib qurilish bloklari haqida ko'proq bilib olasiz.

Agar siz tirik materiyaga mikroskop, hatto oddiy yorug'lik mikroskopi bilan qarasangiz, u hujayralardan iborat ekanligini ko'rasiz. Hujayralar tirik mavjudotlar tuzilishi va funktsiyasining asosiy birliklari. Ular hayot jarayonlarini amalga oshira oladigan eng kichik birliklardir. Barcha organizmlar bir yoki bir nechta hujayradan iborat bo'lib, barcha hujayralar bir xil tuzilishga ega va bir xil asosiy hayot jarayonlarini amalga oshiradi. Hujayralarning tuzilishi va ular bajaradigan jarayonlarni bilish hayotning o'zini tushunish uchun zarurdir.

Hujayralarning kashfiyoti

Birinchi marta so'z hujayra Hayotning bu kichik birliklariga murojaat qilish uchun 1665 yilda Robert Huk ismli britaniyalik olim tomonidan ishlatilgan. Huk tirik mavjudotlarni mikroskop ostida oʻrgangan ilk olimlardan biri edi. Uning davrining mikroskoplari unchalik kuchli emas edi, lekin Huk hali ham muhim kashfiyot qila oldi. U mikroskop ostidagi yupqa bo'lak tiqinni ko'rib, asal qolipiga o'xshash narsani ko'rib hayron bo'ldi. Huk ko'rgan narsasini ko'rsatish uchun quyidagi rasmdagi rasmni chizdi. Ko'rib turganingizdek, mantar ko'plab mayda bo'laklardan iborat bo'lib, ularni Huk hujayralar deb atagan.

Robert Guk mantardagi hujayralarni topgach, Gollandiyalik Anton van Levenguk mikroskop yordamida boshqa muhim kashfiyotlar qildi. Levenguk o'zining mikroskop linzalarini yaratdi va u buni shunchalik yaxshi bildiki, uning mikroskopi o'z davrining boshqa mikroskoplariga qaraganda kuchliroq edi. Darhaqiqat, Leeuvenguk mikroskopi deyarli zamonaviy yorug'lik mikroskoplari kabi kuchli edi. Levenguk o'zining mikroskopidan foydalanib, inson hujayralari va bakteriyalarni kuzatgan birinchi odam edi.

Hujayra nazariyasi

1800-yillarning boshlarida olimlar turli xil organizmlarning hujayralarini kuzatdilar. Ushbu kuzatishlar Teodor Shvann va Mattias Yakob Shleyden ismli ikki nemis olimi hujayralar barcha tirik mavjudotlarning asosiy qurilish bloklari ekanligini taklif qilishlariga olib keldi. Taxminan 1850 yilda Rudolf Virxov ismli nemis shifokori hujayralarni mikroskop ostida o'rganayotganda, ularning bo'linishini va yangi hujayralar paydo bo'lishini ko'rdi. U tirik hujayralar bo'linish orqali yangi hujayralar hosil qilishini tushundi. Virxov ushbu tushunchaga asoslanib, tirik hujayralar faqat boshqa tirik hujayralardan paydo bo'lishini taklif qildi.

Barcha uch olim - Shvann, Shleyden va Virxovning g'oyalari bunga olib keldi hujayra nazariyasi, bu butun biologiyani birlashtiruvchi asosiy nazariyalardan biridir. Hujayra nazariyasi quyidagilarni ta'kidlaydi:

  • Barcha organizmlar bir yoki bir nechta hujayradan iborat.
  • Organizmlarning barcha hayotiy funktsiyalari hujayralar ichida sodir bo'ladi.
  • Barcha hujayralar allaqachon mavjud hujayralardan keladi.

Ichki hujayralarni ko'rish

1600-yillarda Robert Hukdan boshlab, mikroskop ajoyib yangi dunyo - hujayra darajasida hayot dunyosini ochdi. Mikroskoplar takomillashib borar ekan, tirik mavjudotlar hujayralari haqida ko'proq kashfiyotlar qilindi. Biroq, 1800-yillarning oxiriga kelib, yorug'lik mikroskoplari o'z chegarasiga yetdi. Hujayralardan ancha kichikroq ob'ektlar, jumladan hujayra ichidagi tuzilmalar, hatto eng kuchli yorug'lik mikroskopi bilan ham ko'rish uchun juda kichik edi.

Keyin, 1950-yillarda mikroskopning yangi turi ixtiro qilindi. Elektron mikroskop deb atalgan u o‘ta kichik jismlarni kuzatish uchun yorug‘lik o‘rniga elektronlar nuridan foydalangan. Elektron mikroskop yordamida olimlar nihoyat hujayralar ichidagi mayda tuzilmalarni ko'rishlari mumkin edi. Aslida, ular hatto alohida molekulalar va atomlarni ham ko'rishlari mumkin edi. Elektron mikroskop biologiyaga katta ta'sir ko'rsatdi. U olimlarga organizmlarni o'z molekulalari darajasida o'rganish imkonini berdi va hujayra biologiyasi sohasining paydo bo'lishiga olib keldi. Elektron mikroskop yordamida hujayralar bo'yicha yana ko'plab kashfiyotlar qilindi. (PageIndex{3}) rasmda hujayra tuzilmalari qanday chaqirilganligi ko'rsatilgan organellalar elektron mikroskop bilan tekshirilganda paydo bo'ladi.

Hujayralar xilma-xil bo'lishiga qaramay, barcha hujayralarning umumiy qismlari bor. Bu qismlarga plazma membranasi, sitoplazma, ribosomalar va DNK kiradi.

  1. The plazma membranasi (hujayra membranasi deb ham ataladi) hujayrani o'rab turgan yupqa fosfolipid qatlamidir. U hujayra va uning muhiti o'rtasidagi jismoniy chegarani tashkil qiladi, shuning uchun siz uni hujayraning "terisi" deb hisoblashingiz mumkin.
  2. Sitoplazma plazma membranasi ichidagi barcha uyali materialga ishora qiladi. Sitoplazma sitozol deb ataladigan suvli moddadan iborat bo'lib, ribosomalar kabi boshqa hujayra tuzilmalarini o'z ichiga oladi.
  3. Ribosomalar sitoplazmada oqsillar hosil bo'ladigan tuzilmalardir.
  4. DNK hujayralarda joylashgan nuklein kislotadir. U hujayralar oqsillarni hosil qilish uchun zarur bo'lgan genetik ko'rsatmalarni o'z ichiga oladi.

Bu qismlar barcha hujayralar uchun umumiy bo'lib, bakteriyalar va odamlar kabi turli xil organizmlardir. Qanday qilib barcha ma'lum organizmlar shunday o'xshash hujayralarga ega bo'lgan? O'xshashliklar shuni ko'rsatadiki, Yerdagi barcha hayot umumiy evolyutsiya tarixiga ega.

Ko‘rib chiqish

  1. Hujayralarni tavsiflang.
  2. Hujayralar qanday kashf etilganligini tushuntiring.
  3. Hujayra nazariyasi qanday rivojlanganligini aytib bering.
  4. Barcha hujayralar tomonidan taqsimlangan tuzilmalarni aniqlang.
  5. To'g'ri yoki noto'g'ri. Cork tirik organizm emas.
  6. To'g'ri yoki noto'g'ri. Ba'zi organizmlar faqat bitta hujayradan iborat.
  7. To'g'ri yoki noto'g'ri. Ribosomalar hujayra sitoplazmasidan tashqarida joylashgan.
  8. Proteinlar _____________ da hosil bo'ladi.
  9. Yorug'lik mikroskopi va elektron mikroskop o'rtasidagi farq nima?
  10. Birinchi mikroskoplar atrofida yaratilgan
    1. 1965
    2. 1665
    3. 1950
    4. 1776
  11. Ushbu olimlardan qaysi biri quyidagi kashfiyotlarning har birini qilgan? (Anton van Levenguk; Robert Guk; Rudolf Virxov)
    1. Birinchi hujayralarning bir qismini kuzatgan va birinchi marta "hujayra" atamasini ishlatgan.
    2. Birinchi inson hujayralari kuzatilgan
    3. Kuzatilgan hujayralar bo'linishi
  12. Robert Xuk mikroskop ostida o'simlik hujayralarini kuzatganida asal qoliplari yoki takroriy aylana yoki kvadrat birliklarga o'xshash narsalarni chizdi.
    1. Har bir birlik nima?
    2. Barcha hujayralarning umumiy qismlaridan har bir birlikning tashqi yuzasi nimadan iborat?
    3. Barcha hujayralarning umumiy qismlaridan har bir birlikning ichki qismini nima tashkil qiladi?

Ko'proq o'rganing

Hujayra nazariyasi va uning tarixi haqida ko'proq bilish uchun quyidagi videoni tomosha qiling.


Birinchi mikroskopni 1625 yilda yaratgan italiyalik olim Galileo Galiley hisoblangan. U 1609 yilda teleskoplar va astronomiyaga oid innovatsion ishidan chiqishi mantiqiy qadam edi. 1665 yilda ingliz olimi Robert Guk yupqa bo'lakka qaradi. mikroskop ostida mantarni ko'rdi va u hujayralar deb atagan kichik bo'limlardan tashkil topgan chuqurchalar tuzilishini ko'rdi. Mikroskop ostida tirik hujayralarni ko'rgan birinchi odam Anton van Levenguk edi. 1670-yilda Levenguk mikroskop linzalarining sifatini sezilarli darajada yaxshiladi, shunda u bir tomchi hovuz suvida yashovchi bir hujayrali organizmlarni ko'ra oladi. U bu organizmlarni "hayvonlar" deb atadi, bu "miniatyura hayvonlari" degan ma'noni anglatadi.

Mikroskoplar va umuman ilm-fan 1700-yillar davomida rivojlanib, 1800-yillarning boshlarida olimlar tomonidan bir nechta muhim kashfiyotlarga olib keldi. 1804 yilda Karl Rudolfi va J.H.F. Link birinchi bo'lib hujayralar bir-biridan mustaqil ekanligini va o'z hujayra devorlariga ega ekanligini isbotladi. Ushbu ishdan oldin, hujayralar devorlarini birlashtiradi va ular orasida suyuqliklar shunday tashiladi deb o'ylangan. Keyingi muhim kashfiyot 1833 yilda ingliz botanisti Robert Braun o'simlik hujayralarida yadroni birinchi marta kashf qilganida sodir bo'ldi.

1838-1839 yillarda nemis olimi Matias Shleyden barcha o'simlik to'qimalari hujayralardan iborat, degan hujayralar haqidagi birinchi asosli e'tiqodni ilgari surdi. Uning hamkasbi olim va vatandoshi Teodor Shvann barcha hayvonlar to'qimalari ham hujayralardan iborat degan xulosaga keldi. Shvann ikkala bayonotni bitta nazariyaga birlashtirdi, unda 1) barcha tirik organizmlar bir yoki bir nechta hujayradan iborat va 2) hujayra barcha tirik organizmlar uchun asosiy tuzilish birligidir. 1845 yilda olim Karl Geynrix Braun hujayralar hayotning asosiy birligi ekanligi haqidagi talqini bilan hujayra nazariyasini qayta ko'rib chiqdi.

Asl hujayra nazariyasining uchinchi qismi 1855 yilda Rudolf Virxov tomonidan ilgari surilgan va shunday xulosaga kelgan. Omnis cellula e cellula Bu taxminan lotin tilidan "hujayralar faqat boshqa hujayralardan paydo bo'ladi" deb tarjima qilinadi.


Yuqoridagi rasmda 1665 yilda Robert Xuk tomonidan qo'llanilgan mikroskopning chizmasi ko'rsatilgan, unda u birinchi bo'lib yupqa tiqin bo'lagidagi hujayralarni ko'rgan. Dumaloq ichki qismda mikroskop ostida ko'rgan chuqurchalar tuzilishidan yasalgan Hooke chizmasi ko'rsatilgan.

Taksonomik tamoyillarning rivojlanishi

1687 yilda ingliz matematigi, fizigi va astronomi Isaak Nyuton o'zining buyuk asarini nashr etdi. Principia, unda u koinotni sobit, Yer va boshqa samoviy jismlar matematik qonunlarga muvofiq uygʻun harakat qilayotgan holda tasvirlagan. Tizimlashtirish va tasniflashning bunday yondashuvi 17-18-asrlarda biologiyada hukmronlik qildi. Buning sabablaridan biri shundaki, 16-asrdagi "botanikaning otalari" faqat o'simliklarni tasvirlash va chizish bilan kifoyalanib, juda ko'p va xilma-xil sonlarni yig'ishgan, chunki xorijiy mamlakatlarda olib borilgan izlanishlar har bir mamlakatning o'ziga xos o'simliklari va o'simliklari borligini ko'rsatishda davom etgan. hayvonlar.

Aristotel hayvonlar guruhlarini ajratish uchun ko'payish usullari va yashash joylaridan foydalanganda tasniflash jarayonini boshlagan. Darhaqiqat, so'zlar jins va turlari yunon tilidan tarjimalardir genos va eidos Aristotel tomonidan ishlatilgan. Shveytsariyalik botanik Bauxin umumiy nom va o'ziga xos nomdan foydalangan holda tasniflashning binomial tizimini joriy qildi. Biroq, 17-asrdan oldin taklif qilingan tasniflash sxemalarining aksariyati chalkash va qoniqarsiz edi.


Hujayra nazariyasi

Bir paytlar olimlar hayot jonsiz narsalardan o'z-o'zidan paydo bo'lgan deb o'ylashgan. Tajriba va mikroskop ixtirosi tufayli hayot avvaldan mavjud bo'lgan hayotdan, hujayralar esa avvalgi hujayralardan kelib chiqishi ma'lum bo'ldi.

Mikrografiya qopqog'i

Ingliz olimi Robert Guk nashr etdi Mikrografiya 1665 yilda. Unda u hujayralar deb atagan organizmning eng kichik to'liq qismlarini tasvirlab berdi.

Getty Images orqali Universal History Archive/Universal Images guruhi tomonidan olingan fotosurat

1665 yilda Robert Huk nashr etdi Mikrografiya, yaqinda ixtiro qilingan mikroskop ostida ko'rgan organizmlarning rasmlari va tavsiflari bilan to'ldirilgan kitob. Mikroskopning ixtirosi Huk tomonidan hujayraning kashf etilishiga olib keldi. Qo'ziqorinni ko'zdan kechirar ekan, Huk quti shaklidagi tuzilmalarni kuzatdi, ularni &ldquocells&rdquo deb ataydi, chunki ular monastirlardagi hujayralar yoki xonalarni eslatdi. Bu kashfiyot klassik hujayra nazariyasining rivojlanishiga olib keldi.

Klassik hujayra nazariyasi 1839 yilda Teodor Shvann tomonidan taklif qilingan. Bu nazariya uch qismdan iborat. Birinchi qismda barcha organizmlar hujayralardan tashkil topganligi aytiladi. Ikkinchi qismda hujayralar hayotning asosiy birliklari ekanligi aytiladi. Ushbu qismlar 1838 yilda Shvann va Matias Shleyden tomonidan o'simlik va hayvon hujayralarini kuzatishlarini taqqoslagandan so'ng tuzilgan xulosaga asoslangan edi. Hujayralar ko'payib ketgan oldindan mavjud bo'lgan hujayralardan kelib chiqadi degan uchinchi qism 1858 yilda Rudolf Virxov tomonidan tasvirlangan. omnis cellula e cellula (barcha hujayralar hujayralardan keladi).

Klassik hujayra nazariyasi shakllanganidan beri texnologiya yaxshilandi, bu hujayralar haqida yangi kashfiyotlarga olib kelgan batafsilroq kuzatishlar imkonini berdi. Ushbu topilmalar zamonaviy hujayra nazariyasining shakllanishiga olib keldi, uning uchta asosiy qo'shimchasi bor: birinchidan, hujayra bo'linishi paytida DNK hujayralar o'rtasida ikkinchidan o'tadi, o'xshash turdagi barcha organizmlarning hujayralari asosan bir xil, ham strukturaviy, ham kimyoviy jihatdan. va nihoyat, bu energiya oqimi hujayralar ichida sodir bo'ladi.

Ingliz olimi Robert Guk nashr etdi Mikrografiya 1665 yilda. Unda u hujayralar deb atagan organizmning eng kichik to'liq qismlarini tasvirlab berdi.

Getty Images orqali Universal History Archive/Universal Images guruhi tomonidan olingan fotosurat


Prokaryotlar va eukaryotlar: umumiy ajdodlar uchun holat

Barcha hayot hujayralardan iborat bo'lsa-da, barcha hujayralar bir xil tuzilishga ega emas. Tirik mavjudotlarni tashkil qilishda organizmlar ikki guruhdan biriga bo'linadi: prokariotlar va eukariotlar. Prokaryotlar (arxeya va bakteriyalar) va eukaryotlar (zamburug'lar, o'simliklar, hayvonlar va protistlar) bir-biridan farq qiluvchi ko'plab aniqlovchi omillarga ega, ammo ularning o'xshashliklari juda muhim va umumiy ajdodlar nazariyasi qurilgan poydevorni tashkil qiladi.

Barcha prokaryotlar va eukariotlar sitozoldan iborat bo'lib, unda ribosomalar osilgan, DNK va RNKning genetik materiali bo'lib, membrana bilan o'ralgan. Bu umumiy elementlar kimyoviy va strukturaviy jihatdan deyarli farqlanmaydi. Plazma membranasi fosfolipid ikki qavatidan iborat bo'lib, u hujayrani o'rab turgan yog'li plyonkadir (qo'shimcha ma'lumot olish uchun bizning Membranalar I: Biologik membranalarga kirish moduliga qarang). Bu membrana hujayraga kerakli vazifalarni bajarishga imkon beruvchi bir qancha tuzilmalarni o'z ichiga oladi, jumladan moddalarning hujayra ichiga va tashqarisiga o'tishini ta'minlovchi nasoslar va kanallar hamda hujayraning atrofdagi narsalarni his qilishiga va boshqa hujayralar tomonidan tan olinishiga imkon beruvchi retseptorlar ( Membranalar II: Passiv va faol tashuvchilar moduliga qarang). Ushbu plazma membranasi yarim o'tkazuvchan to'siqni hosil qiladi, bu hujayra sitozolini tashqariga oqib chiqmasligi va atrofdagi muhitning oqib chiqishiga yo'l qo'ymaydi.

Sitozol erigan ozuqa moddalari, chiqindilar, ionlar, oqsillar, fermentlar va boshqa ko'plab molekulalar bilan to'ldirilgan suvdan iborat jelga o'xshash suyuqlikdir. Sitozolda ko'plab kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'ladi va u hujayralarga shakl beradigan zarralar va filamentlarni o'z ichiga oladi. Sitozolda to'xtatilgan ribosomalar - RNK tarkibidagi ma'lumotlarni oqsillarga aylantirish uchun mas'ul bo'lgan yirik molekulyar mashinalar. Hujayradagi ribosomalar soni ko'p jihatdan hujayra funktsiyasiga bog'liq. (Hujayra tuzilmalarining rasmlari uchun 5 va 6-rasmlarga qarang.)

5-rasm: Oddiy hayvon hujayrasining diagrammasi. 6-rasm: Oddiy o'simlik hujayrasining diagrammasi.

Eukaryotlar ham, prokaryotlar ham oqsillarni ishlab chiqarish bo'yicha ko'rsatmalarni o'z ichiga olgan genetik materialga (DNK va RNK) ega (bizning DNK modullari seriyasiga qarang). Ammo, ehtimol, hujayralarning ikkita taksoni o'rtasidagi eng muhim farq shundaki, eukaryotlarning genetik materiali yadro hosil qiluvchi qo'sh membrana ichiga o'ralgan. Prokariotlarda bunday membrana bilan bog'langan yadro yo'q, ularning genetik materiali nukleoidda - sitozol ichidagi tartibsiz shakldagi hududda mavjud.

Garchi bakteriya mog'ordan, daraxt esa odamdan juda farq qiladigan bo'lsa ham, bu organizmlarning hujayralari ichida ko'p narsa bir xil. Bu yerdagi barcha tirik mavjudotlar bir-biriga bog'langan va umumiy ajdoddan kelib chiqqanligini ta'kidlaydi. Bu deyiladi Umumjahon umumiy nasl nazariyasi. Quyidagilarni ko'rib chiqing:

7 -rasm: Ribonuklein kislotasi (RNK) va deoksiribonuklein kislotasi (DNK) ni solishtirish.

  1. Barcha tirik mavjudotlar o'zlarining genetik materiallari uchun DNKdan foydalanadilar. Gipotetik jihatdan aytadigan bo'lsak, genetik ma'lumotlar ombori bo'lib ishlay oladigan o'nlab molekulalar mavjud. Darhaqiqat, oqsillar va shakarlar DNKga qaraganda "yaxshiroq" tanlov bo'lishi mumkin edi, chunki ular bir xil o'lchamdagi molekulada ko'proq ma'lumotni saqlashga imkon beradi. Biroq, har bir tirik hujayra o'z genetik ma'lumotlarini DNKdan tashkil topgan xromosomalar shaklida saqlaydi. Bundan tashqari, barcha tirik mavjudotlar DNKning qurilish bloklari kabi bir xil to'rtta nukleotiddan foydalanadilar. Nukleotidlar deyarli cheksiz ko'p usullarda tuzilishi mumkin edi, lekin Yerdagi hayot faqat to'rttasini ishlatadi (6-rasm).

  2. Genetik kod universaldir. Barcha tirik mavjudotlar o'zlarining genetik ma'lumotlarini bir xil molekula yordamida saqlamaydilar, ma'lumotni o'qish uchun kod ham bir xil. Misol uchun, berilgan DNK ketma-ketligida sitozin-timin-sitozin (CTC) aminokislota leysinni kodlaydi. Bu bakteriyalardan tortib to odamlargacha bo'lgan har bir tirik hujayraga to'g'ri keladi. Bu haqiqat bo'lishi uchun hech qanday sabab yo'q. Genetik kod Morze kodiga o'xshaydi: u faqat o'zboshimchalik bilan. DNK nukleotidlarining har qanday soni va kombinatsiyasi har qanday aminokislota uchun kod bo'lib xizmat qilishi mumkin. Va shunga qaramay, butun hayot aynan bir xil koddan foydalanadi. (Bir nechta istisnolar bor, lekin ular juda kam uchraydi.) Hayotning bu umumiy xususiyati bizga bir turdan boshqasiga genlar kiritish va bu genlar to'g'ri ishlashiga imkon beradi. Masalan, diabet bilan og'rigan bemorlarni davolash uchun inson donorlaridan insulin olish juda qimmatga tushadi. Buning o'rniga olimlar inson insulini genini o'z ichiga olgan bakteriyalarni yaratdilar. Gen ikkala hujayrada bir xil tarzda o'qiladi va talqin qilinadi, shuning uchun bakteriyalar mukammal ishlaydigan inson insulin molekulasini yaratadi.

  3. Barcha hujayralar kimyoviy energiyani xuddi shunday tarzda aylantiradi. Quyoshdan sayyoraga keladigan energiya deyarli cheksiz ko'p usullar bilan olinishi mumkin. Biroq, fotosintez jarayoni va fermentlari siyanobakteriyalar va planktonlardan tortib eman daraxtlari va nilufar yostiqchalarigacha bo'lgan barcha fotosintetik hujayralar orasida juda o'xshashdir. Xuddi shunday, barcha hujayralar makromolekulalarni iste'mol qiladilar va ularning energiyasini hayratlanarli darajada o'xshash tarzda aylantiradilar. Glikoliz fermentlari, glyukozani parchalash jarayoni barcha tirik hujayralar orasida taqsimlanadi. Bundan tashqari, barcha hujayralar ATP molekulalarini ko'plab kimyoviy reaktsiyalarda energiya o'tkazish uchun umumiy "valyuta" sifatida yaratadilar va ishlatadilar. Bu maqsadda ishlatilishi mumkin bo'lgan minglab molekulalar mavjud, ular orasida ATP ga qaraganda samaraliroq ishlaydi. Energiyani aylantirishning kimyoviy reaktsiyalari Yerdagi barcha hujayralarda juda o'xshash.

  4. Barcha ribosomalar strukturaviy va funktsional jihatdan o'xshashdir. Ribosomalar deb ataladigan tuzilmalar mRNK shaklida olingan DNKning genetik kodini talqin qilish va shu kodga muvofiq oqsillarni qurish uchun javobgardir. Barcha prokariotlarning ribosomalari deyarli bir xil va barcha eukariotlarning ribosomalari ham xuddi shunday. Eukaryotlar va prokaryotlar o'rtasida farqlar mavjud bo'lsa-da, umumiy tuzilish juda o'xshash. Barcha ribosomalar ikkita qismdan iborat: katta bo'linma va kichik bo'linma. Ular deyarli bir xil mexanizmlarda ishlaydi.

  5. Barcha biologik membranalar bir xil. Bakteriyalarning plazma membranasidan hayvonlarning yadro qobig'igacha, tirik hujayra ichida va atrofida alohida bo'limlarni tashkil etadigan suv o'tkazmaydigan membranalar juda o'xshash. Bir tomondan, bu ajablanarli emas, chunki fosfolipidlarning xossalari juda noyobdir. Boshqa tomondan, erta Yerda topilganlar kabi juda oddiy kimyoviy qurilish bloklaridan boshlab, ko'plab mumkin bo'lgan membrana hosil qiluvchi molekulalar paydo bo'lishi mumkin edi. Darhaqiqat, olimlar endi ancha yaxshi, sodda va barqaror membranalarni sintez qilishlari mumkin. Barcha hayot bir xil asosiy membrana tuzilishidan foydalanishi, membranalar birinchi marta paydo bo'lgandan so'ng, ular yo'lda ozgina o'zgarishlar bilan avlodlarga o'tganligining kuchli dalilidir.

Bular Umumjahon umumiy nasl nazariyasining bir nechta dalillari.

Prokaryotlar fotoalbomlarda 4,2 milliard yil avval hujjatlashtirilgan (8-rasmga qarang). Biroq, eukaryotlar faqat 2,7 milliard yil oldin hujjatlashtirilishi mumkin, bu orada 1,5 milliard yillik evolyutsiyani qoldiradi. Shu sababli, olimlar eukariotlar tirik hujayralarning markaziy xususiyatlari allaqachon paydo bo'lganidan keyin prokaryotlardan uzoq vaqt davomida paydo bo'lgan deb hisoblashadi.

8-rasm: Prokariotlar evolyutsiyasining vaqt shkalasi. Battistuzzi, F.U., Feijao, A. va Hedgesning maqolasidan, S.B. 2004. Prokariot evolyutsiyasining genomik vaqt shkalasi: metanogenez, fototrofiya va erning mustamlakachiligining kelib chiqishi haqidagi tushunchalar. BMC evolyutsion biologiyasi, 4: 44. tasvir © 2004 Battistuzzi va boshqalar.

Eukariotlarning o'ziga xos xususiyati yadro birinchi marta DNKni saqlash va himoya qilish uchun bo'linmani tashkil etuvchi plazma membranasining ichki qavati sifatida rivojlandi. Bu katlama yadro qobig'iga - yadroning qo'sh membranasiga aylandi (9-rasm). Bundan tashqari, bizning Hujayra organellalari I: Membrana bilan bog'langan organellalar modulida muhokama qilinganidek, Endosimbioz nazariyasi kichik aerob bakteriyalar kattaroq, anaerob prokaryotning plazma membranasiga kirib, simbiotik hayot kechirib, tirik qolishi mumkinligini ko'rsatadi. mezbon hujayra bilan. Vaqt o'tishi bilan kichik aerob bakteriyalar bugungi kunda mitoxondriya deb biladigan organellaga aylandi.

9 -rasm: Hujayra membranasi buklanib, yadro qobig'ini hosil qiladi.

Umumjahon umumiy nasl nazariyasi buni ta'kidlaydi


Robert Braun hujayra nazariyasiga qanday hissa qo'shgan?

Robert Braun mikroskop nuri ostida hujayra ichidagi molekulalarning radikal harakatini ko'rsatib, hujayra nazariyasiga hissa qo'shdi. Braun metodi Braunning molekulalarning harakatlanish usulini kashf qilganligi sababli nomini oldi.

1802 yilda Frants Bauer birinchi marta hujayraning yadrosini kashf etdi va tasvirlab berdi. Bunga erishish uchun u ilg'or mikroskopik tizimdan foydalangan. Braun yadroni birinchi bo'lib kashf qilmagan bo'lsa-da, ko'pincha u yadro nima ekanligini va uning hujayra ichida qanday ishlashini to'g'ri ta'riflab, unga nom bergan birinchi olim bo'lganligi sababli uni ko'pincha deb hisoblashadi.

Robert Braun o'simliklar hayotining barcha jabhalarini o'rgangan botanik edi, o'simliklarning o'sishidan tortib, ularning hujayralari birgalikda ishlashigacha. U mikroskoplarni ilgari hech kim ishlatmagan tarzda ishlatgan. U nafaqat yadroni to'g'ri tasvirlash ustida ishlagan, balki hujayralardagi sitoplazmatik funktsiyalarni tavsiflab bera olgan. Bir-biriga bog'liq bo'lmagan tadqiqotlarda u angiospermlar va gimnospermlar o'rtasidagi farqni aniqlay oldi. Ilgari bu o'simliklar bir xil deb hisoblangan. Hozirgi zamonda mavjud bo'lgan ko'plab o'simliklar oilalari Braun tomonidan topilgan, tasniflangan va nomlangan.


Hujayra nazariyasining rivojlanishi

1824 yilda frantsuz Anri Miln-Edvards barcha hayvonlar to'qimalarining asosiy tuzilishi "globulalar" to'plamidir, deb taklif qildi, garchi uning bu globulalar uchun bir xil o'lchamda bo'lishini talab qilishi uning kuzatishlarining to'g'riligini shubha ostiga qo'yadi. Anri Dutrochet (1776 �) o'simlik hujayralari va hayvon hujayralari o'rtasidagi bog'liqlikni aniq ko'rsatdi va u hujayra nafaqat strukturaviy, balki fiziologik birlik ekanligini ham taklif qildi: "U uyushgan davlatning asosiy birligini tashkil etishi aniq. Haqiqatan ham, hamma narsa oxir-oqibat hujayradan olingan & # x0022 (Harris 1999, p. 29). Dutrochet yangi hujayralar eski hujayralar ichidan paydo bo'lishini taklif qildi, bu fikrni uning zamondoshi Fren Raspail (1794 �) tasdiqlagan. Raspail birinchi bo'lib hujayra nazariyasining ikkita asosiy qoidasidan birini ta'kidladi: Omnis cellula va cellula, ya'ni "Har bir hujayra boshqa hujayradan hosil bo'ladi." Biroq, bu jiringlash va mashhur iboraga qaramay, uning taklif qilgan hujayra hosil qilish mexanizmi noto'g'ri edi. Raspail shuningdek, hujayra biokimyosining asoschisi bo'lib, hujayraning kimyoviy tarkibi va ularning kimyoviy muhitning o'zgarishiga munosabati bo'yicha tajribalar o'tkazdi.

1832 yilda frantsiyalik Bartelemi Dumortier (1797-131878) o'simliklardagi "ikkilamchi bo'linish" (hujayra bo'linishi)ni tasvirlab berdi. U asl hujayra va yangi hujayra o'rtasida o'rta chiziq bo'linishining shakllanishini kuzatdi, Dumortier ta'kidlaganidek, bu bizga hujayralarning kelib chiqishi va rivojlanishini aniq tushuntirib beradigandek tuyuladi, shu paytgacha tushuntirilmagan bo'lib kelgan. (Harris 1999, 66-bet) Bu kuzatishlar uni yangi hujayralar eski hujayralar ichidan paydo bo'lishi yoki ular hujayrasiz materialdan o'z-o'zidan paydo bo'lishi haqidagi g'oyani rad etishga olib keldi. Hujayra bo'linishining kashfiyoti odatda Gyugo fon Mohl (1805�) tomonidan amalga oshiriladi, ammo Dumortier bu borada uni davom ettirdi. Von Mohl hujayradagi material uchun "protoplazma" so'zini tanlagan.

Hujayraning birinchi aniq tavsifi yadro 1802-yilda chexiyalik Frans Bauer tomonidan yaratilgan va 1831-yilda molekulalarning tasodifiy ȫrown" harakatini kashf etgani uchun eng yaxshi esda qolgan shotlandiyalik Robert Braun (1773�) tomonidan nomi berilgan. Yadrochaning birinchi aniq tavsifi 1835 yilda qilingan.

Hujayra nazariyasini ochib berish uchun odatda maqtovga sazovor bo'lgan Shleyden va Shvann 1838 va 1839 yillarda o'z izlarini qo'ydilar. 1838 yilda Matteis Shleyden (1804-1881) o'simliklarning har bir strukturaviy elementi hujayralar yoki hujayralar mahsullaridan iborat ekanligini taklif qildi. Shu bilan birga, Shleyden o'ziga tegishli bo'lmagan bir nechta g'oyalarga ustunlik berishni ta'kidladi va hujayralar boshqa hujayralar ichida yoki tashqaridan bir necha yil avval Dumortierdan voz kechgan kristallanishga o'xshash jarayon orqali paydo bo'ladi degan fikrga yopishdi. (Shleyden himoyasida shuni yodda tutish kerakki, cheklangan kuzatuvlardan noto'g'ri xulosalar chiqarish fanga xos bo'lgan xavf, ayniqsa yangi soha chegarasida ishlashda.)

1839-yilda nemis hamkasbi Teodor Shvann (1810-1882) hayvonlarda ham har bir strukturaviy element hujayralar yoki hujayra mahsulotlaridan tashkil topganligini taklif qildi. Shvanning hissasi ko'proq asosli deb hisoblanishi mumkin, chunki hayvonlarning tuzilishini tushunish o'simliklarnikidan orqada edi. Bundan tashqari, Shvann hujayralarni boshqaradigan asosiy qonunlar o'simliklar va hayvonlar o'rtasida bir xil ekanligini aniq da'vo qildi: "Barcha organizmlarning barcha individual elementar bo'linmalari rivojlanishining umumiy printsipi" (Harris 1999, 102-bet).

Chexiya Jan Purki haqida bu erda alohida so'z aytish kerak (1787 & # x20131869), yoki Purkinje, odatda uning nomi berilgan. Purkinje premyerasi edi sitolog davridagi va hujayra nazariyasining eng nufuzli formulachilaridan biri. U butun tanadagi tuzilmalarga, shu jumladan serebellumning Purkinje hujayralariga o'z nomini berdi. Purkinje, odatda, Shvannga tegishli bo'lgan ko'p maqtovga loyiqdir, chunki 1837 yilda u nafaqat hayvonlarning asosan hujayralar va hujayra mahsulotlaridan iboratligini taklif qildi (garchi u tolalar uchun joy qoldirgan bo'lsa ham), balki asosiy hujayra to'qimasini ham taklif qildi. yana aniq o'simliklar o'xshash & # x0022 (Harris 1999, p. 92). Afsuski, Shvann o'zining nufuzli nashrida Purkinjeni hurmat qilmadi.


5.1 Hujayra membranasining tuzilishi va funktsiyasi

Hujayra membranasi tirik hujayralar sitoplazmasini o'rab, hujayra ichidagi komponentlarni hujayradan tashqari muhitdan fizik jihatdan ajratib turadi. Hujayra membranasi, shuningdek, hujayra shaklini ta'minlash uchun sitoskeletonni bog'lashda va hujayradan tashqari matritsaga va boshqa hujayralarga biriktirilib, to'qimalarni hosil qilish uchun ularni ushlab turadigan rol o'ynaydi. Zamburug'lar, bakteriyalar, ko'pchilik arxeya va o'simliklarda ham hujayra devori mavjud bo'lib, u hujayraga mexanik yordam beradi va katta molekulalarning o'tishiga to'sqinlik qiladi.

Hujayra membranasi tanlab o'tkazuvchan bo'lib, hujayra ichiga kirib-chiqadigan narsalarni tartibga solishga qodir, shuning uchun tirik qolish uchun zarur bo'lgan materiallarni tashishni osonlashtiradi. Moddalarning membrana bo'ylab harakati hujayra energiyasini kiritmasdan sodir bo'ladigan "passiv" yoki "faol" bo'lishi mumkin, bu esa hujayradan energiyani tashish uchun sarflashni talab qiladi. Membran shuningdek hujayra potentsialini saqlaydi. Shunday qilib, hujayra membranasi faqat ma'lum narsalarning hujayra ichiga kirishiga yoki tashqariga chiqishiga imkon beruvchi selektiv filtr sifatida ishlaydi. Hujayra biologik membranalarni o'z ichiga olgan bir qancha transport mexanizmlaridan foydalanadi:

Passiv osmoz va diffuziya: karbonat angidrid (CO) kabi ba'zi moddalar (kichik molekulalar, ionlar)2) va kislorod (O2), plazma membranasi bo'ylab diffuziya orqali harakatlanishi mumkin, bu passiv tashish jarayonidir. Membrana ma'lum molekulalar va ionlar uchun to'siq vazifasini o'taganligi sababli ular membrananing ikki tomonida turli konsentratsiyalarda paydo bo'lishi mumkin. Diffuziya kichik molekulalar va ionlar membranani muvozanatlash uchun yuqori konsentratsiyadan past konsentratsiyaga erkin harakat qilganda sodir bo'ladi. Bu passiv transport jarayoni hisoblanadi, chunki u energiya talab qilmaydi va membrananing har bir tomoni tomonidan yaratilgan kontsentratsiya gradienti bilan harakatlanadi. Yarim o'tkazuvchan membrana bo'ylab bunday kontsentratsiya gradienti suv uchun osmotik oqimni o'rnatadi. Biologik tizimlarda osmos erituvchini o'z ichiga oladi, u passiv diffuziyaga o'xshab yarim o'tkazuvchan membrana orqali harakat qiladi, chunki hal qiluvchi konsentratsiya gradienti bilan harakat qiladi va energiya talab qilmaydi. Suv hujayradagi eng keng tarqalgan erituvchi bo'lsa-da, u boshqa suyuqliklar, shuningdek, o'ta kritik suyuqliklar va gazlar bo'lishi mumkin.

Transmembran oqsil kanallari va tashuvchilar: Transmembran oqsillari membranalarning lipid ikki qavati orqali tarqalib, molekulalarni u orqali tashish uchun membrananing har ikki tomonida ishlaydi. Oziq moddalar, masalan, shakar yoki aminokislotalar hujayra ichiga kirib, metabolizmning ayrim mahsulotlari hujayradan chiqib ketishi kerak. Bunday molekulalar osonlashtirilgan diffuziyada akvaporinlar kabi oqsil kanallari orqali passiv ravishda tarqalishi mumkin yoki membrana orqali transmembran tashuvchilar tomonidan pompalanadi. Protein kanali oqsillari, shuningdek, permeazlar deb ham ataladi, odatda juda o'ziga xosdir va ular faqat cheklangan turli xil kimyoviy moddalarni taniydi va tashiydi, ko'pincha bitta modda bilan chegaralanadi. Transmembran oqsilining yana bir misoli hujayra-yuzadagi retseptor bo'lib, hujayra signalizatsiya molekulalarining hujayralar o'rtasida aloqa qilishiga imkon beradi.

Endositoz: Endotsitoz hujayralar molekulalarni yutib yuborish orqali so'rish jarayonidir. Plazma membranasi ichkarida kichik deformatsiyani hosil qiladi, bu invaginatsiya deb ataladi, bunda tashiladigan modda tutiladi. Bu invaginatsiya hujayra membranasining tashqi qismidagi oqsillarning retseptorlari rolini o'ynashi va oxir-oqibat ko'proq to'planishiga yordam beradigan depressiyalarga to'planishi tufayli yuzaga keladi. membrananing sitozolik tomonida oqsillar va lipidlar. Keyin deformatsiya hujayraning ichki qismidagi membranadan chimchilab, ushlangan moddani o'z ichiga olgan pufakchani hosil qiladi. Endotsitoz qattiq zarrachalarni ("hujayra ovqatlanishi" yoki fagotsitoz), kichik molekulalar va ionlarni ("hujayra ichish" yoki pinotsitoz) va makromolekulalarni ichki singdirish yo'lidir. Endositoz energiya talab qiladi va shuning uchun faol transport shaklidir.

Ekzotsitoz: Hujayra ichiga materialni invaginatsiya va vesikula hosil qilish orqali olib kirish mumkin bo'lganidek, pufakchaning membranasi ham plazma membranasi bilan birlashib, uning tarkibini atrofdagi muhitga ekstruziya qilishi mumkin. Bu ekzotsitoz jarayoni. Ekzotsitoz turli hujayralarda endotsitoz natijasida olingan moddalarning hazm qilinmagan qoldiqlarini olib tashlash, gormonlar va fermentlar kabi moddalarni ajratish va moddani hujayra to'sig'i orqali to'liq tashish uchun sodir bo'ladi. Ekzotsitoz jarayonida hazm bo'lmagan chiqindilarni o'z ichiga olgan oziq-ovqat vakuolasi yoki Golji apparatidan to'plangan sekretor pufakcha, birinchi navbatda hujayraning ichki qismidan sirtga sitoskeleton tomonidan ko'chiriladi. Vesikulyar membrana plazma membranasi bilan aloqa qiladi. Ikki qavatli lipid molekulalari o'zlarini qayta tashkil qiladi va ikkita membrana birlashadi. Birlashtirilgan membranada o'tish joyi hosil bo'ladi va pufakchalar uning tarkibini hujayradan tashqariga chiqaradi.

5.1.1 Hujayra membranasining suyuq mozaik modeli

Davson va Daniellining oldingi modeli o‘rnini bosgan S. J. Singer va G. L. Nikolson (1972) ning suyuq mozaikali modeliga ko‘ra, biologik membranalarni ikki o‘lchovli suyuqlik deb hisoblash mumkin, unda lipid va oqsil molekulalari ozmi-ko‘pmi oson tarqaladi. Membrananing asosini tashkil etuvchi lipid ikki qatlamlari haqiqatan ham o'z-o'zidan ikki o'lchovli suyuqliklarni hosil qilsa ham, plazma membranasi ko'proq tuzilishni ta'minlaydigan ko'p miqdordagi oqsillarni o'z ichiga oladi. Bunday tuzilmalarga oqsil-oqsil komplekslari, aktin asosidagi sitoskeletdan hosil bo'lgan piketlar va to'siqlar va potentsial lipidli raftlar misol bo'ladi.

5.1.2 Lipidlarning ikki qavati

Lipid bilayers form through the process of self-assembly. The cell membrane consists primarily of a thin layer of amphipathic phospholipids that spontaneously arrange so that the hydrophobic “tail” regions are isolated from the surrounding water while the hydrophilic “head” regions interact with the intracellular (cytosolic) and extracellular faces of the resulting bilayer. This forms a continuous, spherical lipid bilayer. Hydrophobic interactions (also known as the hydrophobic effect) are the major driving forces in the formation of lipid bilayers. An increase in interactions between hydrophobic molecules (causing clustering of hydrophobic regions) allows water molecules to bond more freely with each other, increasing the entropy of the system. This complex interaction can include noncovalent interactions such as van der Waals, electrostatic and hydrogen bonds.

Lipid bilayers are generally impermeable to ions and polar molecules. The arrangement of hydrophilic heads and hydrophobic tails of the lipid bilayer prevent polar solutes (ex. amino acids, nucleic acids, carbohydrates, proteins, and ions) from diffusing across the membrane, but generally allows for the passive diffusion of hydrophobic molecules. This affords the cell the ability to control the movement of these substances via transmembrane protein complexes such as pores, channels and gates. Flippases and scramblases concentrate phosphatidyl serine, which carries a negative charge, on the inner membrane. Along with NANA, this creates an extra barrier to charged moieties moving through the membrane.

Membranes serve diverse functions in eukaryotic and prokaryotic cells. One important role is to regulate the movement of materials into and out of cells. The phospholipid bilayer structure (fluid mosaic model) with specific membrane proteins accounts for the selective permeability of the membrane and passive and active transport mechanisms. In addition, membranes in prokaryotes and in the mitochondria and chloroplasts of eukaryotes facilitate the synthesis of ATP through chemiosmosis.

5.1.3 Membrane Polarity

The apical membrane of a polarized cell is the surface of the plasma membrane that faces inward to the lumen. This is particularly evident in epithelial and endothelial cells, but also describes other polarized cells, such as neurons. The basolateral membrane of a polarized cell is the surface of the plasma membrane that forms its basal and lateral surfaces. It faces outwards, towards the interstitium, and away from the lumen. Basolateral membrane is a compound phrase referring to the terms “basal (base) membrane” and “lateral (side) membrane”, which, especially in epithelial cells, are identical in composition and activity. Proteins (such as ion channels and pumps) are free to move from the basal to the lateral surface of the cell or vice versa in accordance with the fluid mosaic model. Tight junctions join epithelial cells near their apical surface to prevent the migration of proteins from the basolateral membrane to the apical membrane. The basal and lateral surfaces thus remain roughly equivalent[clarification needed] to one another, yet distinct from the apical surface.

Cell membrane can form different types of “supramembrane” structures such as caveola, postsynaptic density, podosome, invadopodium, focal adhesion, and different types of cell junctions. These structures are usually responsible for cell adhesion, communication, endocytosis and exocytosis. They can be visualized by electron microscopy or fluorescence microscopy. They are composed of specific proteins, such as integrins and cadherins.

5.1.4 The Cytoskeleton

The cytoskeleton is found underlying the cell membrane in the cytoplasm and provides a scaffolding for membrane proteins to anchor to, as well as forming organelles that extend from the cell. Indeed, cytoskeletal elements interact extensively and intimately with the cell membrane. Anchoring proteins restricts them to a particular cell surface — for example, the apical surface of epithelial cells that line the vertebrate gut — and limits how far they may diffuse within the bilayer. The cytoskeleton is able to form appendage-like organelles, such as cilia, which are microtubule-based extensions covered by the cell membrane, and filopodia, which are actin-based extensions. These extensions are ensheathed in membrane and project from the surface of the cell in order to sense the external environment and/or make contact with the substrate or other cells. The apical surfaces of epithelial cells are dense with actin-based finger-like projections known as microvilli, which increase cell surface area and thereby increase the absorption rate of nutrients. Localized decoupling of the cytoskeleton and cell membrane results in formation of a bleb.

5.1.5 Intracellular Membranes In Eukaryotic Cells

The content of the cell, inside the cell membrane, is composed of numerous membrane-bound organelles, which contribute to the overall function of the cell. The origin, structure, and function of each organelle leads to a large variation in the cell composition due to the individual uniqueness associated with each organelle.

  • Mitochondria and chloroplasts are considered to have evolved from bacteria, known as the endosymbiotic theory. This theory arose from the idea that Paracoccus and Rhodopseaudomonas, types of bacteria, share similar functions to mitochondria and blue-green algae, or cyanobacteria, share similar functions to chloroplasts. The endosymbiotic theory proposes that through the course of evolution, a eukaryotic cell engulfed these 2 types of bacteria, leading to the formation of mitochondria and chloroplasts inside eukaryotic cells. This engulfment lead to the 2 membranes systems of these organelles in which the outer membrane originated from the host’s plasma membrane and the inner membrane was the endosymbiont’s plasma membrane. Considering that mitochondria and chloroplasts both contain their own DNA is further support that both of these organelles evolved from engulfed bacteria that thrived inside a eukaryotic cell.
  • In eukaryotic cells, the nuclear membrane separates the contents of the nucleus from the cytoplasm of the cell. The nuclear membrane is formed by an inner and outer membrane, providing the strict regulation of materials in to and out of the nucleus. Materials move between the cytosol and the nucleus through nuclear pores in the nuclear membrane. If a cell’s nucleus is more active in transcription, its membrane will have more pores. The protein composition of the nucleus can vary greatly from the cytosol as many proteins are unable to cross through pores via diffusion. Within the nuclear membrane, the inner and outer membranes vary in protein composition, and only the outer membrane is continuous with the endoplasmic reticulum (ER) membrane. Like the ER, the outer membrane also possesses ribosomes responsible for producing and transporting proteins into the space between the two membranes. The nuclear membrane disassembles during the early stages of mitosis and reassembles in later stages of mitosis.
  • The ER, which is part of the endomembrane system, which makes up a very large portion of the cell’s total membrane content. The ER is an enclosed network of tubules and sacs, and its main functions include protein synthesis, and lipid metabolism. There are 2 types of ER, smooth and rough. The rough ER has ribosomes attached to it used for protein synthesis, while the smooth ER is used more for the processing of toxins and calcium regulation in the cell.
  • The Golgi apparatus has two interconnected round Golgi cisternae. Compartments of the apparatus forms multiple tubular-reticular networks responsible for organization, stack connection and cargo transport that display a continuous grape-like stringed vesicles ranging from 50-60 nm. The apparatus consists of three main compartments, a flat disc-shaped cisterna with tubular-reticular networks and vesicles.

Cell memory mechanism discovered

The cells in our bodies can divide as often as once every 24 hours, creating a new, identical copy. DNA binding proteins called transcription factors are required for maintaining cell identity. They ensure that daughter cells have the same function as their mother cell, so that for example muscle cells can contract or pancreatic cells can produce insulin. However, each time a cell divides the specific binding pattern of the transcription factors is erased and has to be restored in both mother and daughter cells. Previously it was unknown how this process works, but now scientists at Karolinska Institutet have discovered the importance of particular protein rings encircling the DNA and how these function as the cell's memory.

The DNA in human cells is translated into a multitude of proteins required for a cell to function. When, where and how proteins are expressed is determined by regulatory DNA sequences and a group of proteins, known as transcription factors, that bind to these DNA sequences. Each cell type can be distinguished based on its transcription factors, and a cell can in certain cases be directly converted from one type to another, simply by changing the expression of one or more transcription factors. It is critical that the pattern of transcription factor binding in the genome be maintained. During each cell division, the transcription factors are removed from DNA and must find their way back to the right spot after the cell has divided. Despite many years of intense research, no general mechanism has been discovered which would explain how this is achieved.

"The problem is that there is so much DNA in a cell that it would be impossible for the transcription factors to find their way back within a reasonable time frame. But now we have found a possible mechanism for how this cellular memory works, and how it helps the cell remember the order that existed before the cell divided, helping the transcription factors find their correct places," explains Jussi Taipale, professor at Karolinska Institutet and the University of Helsinki, and head of the research team behind the discovery.

The results are now being published in the scientific journal Cell. The research group has produced the most complete map yet of transcription factors in a cell. They found that a large protein complex called cohesin is positioned as a ring around the two DNA strands that are formed when a cell divides, marking virtually all the places on the DNA where transcription factors were bound. Cohesin encircles the DNA strand as a ring does around a piece of string, and the protein complexes that replicate DNA can pass through the ring without displacing it. Since the two new DNA strands are caught in the ring, only one cohesin is needed to mark the two, thereby helping the transcription factors to find their original binding region on both DNA strands.

"More research is needed before we can be sure, but so far all experiments support our model," says Martin Enge, assistant professor at Karolinska Institutet.

Transcription factors play a pivotal role in many illnesses, including cancer as well as many hereditary diseases. The discovery that virtually all regulatory DNA sequences bind to cohesin may also end up having more direct consequences for patients with cancer or hereditary diseases. Cohesin would function as an indicator of which DNA sequences might contain disease-causing mutations.

"Currently we analyse DNA sequences that are directly located in genes, which constitute about three per cent of the genome. However, most mutations that have been shown to cause cancer are located outside of genes. We cannot analyse these in a reliable manner -- the genome is simply too large. By only analysing DNA sequences that bind to cohesin, roughly one per cent of the genome, it would allow us to analyse an individual's mutations and make it much easier to conduct studies to identify novel harmful mutations," Martin Enge concludes.

This project was supported by the Center for Biosciences at Karolinska Institutet, Knut and Alice Wallenberg Foundation, the Swedish Research Council, Science for Life Laboratory, the Swedish Cancer Foundation, ERC Advanced Grant GROWTHCONTROL, and the EU FP7 Health project SYSCOL.


What's Next?

Looking for more cell biology explanations? We have articles on everything from parts of the cell (like nucleotides and the endoplasmic reticulum) to how mitosis works and how it's different from meiosis.

Are there other science topics you want to review? Then you're in luck! Our guides will teach you loads of useful topics, including how to convert Celsius to Fahrenheit and what the density of water is.

What are the most important science classes to take in high school? Check out our guide to learn all the high school classes you should be taking.

Are you learning about trig identities in your math classes? Learn all the trig identities that you must know by reading our guide!

Have friends who also need help with test prep? Share this article!

Christine graduated from Michigan State University with degrees in Environmental Biology and Geography and received her Master's from Duke University. In high school she scored in the 99th percentile on the SAT and was named a National Merit Finalist. She has taught English and biology in several countries.



Izohlar:

  1. Brenn

    Bu haqda nima deyish mumkin?

  2. Darwyn

    Teatr aksessuarlari muvaffaqiyatli bo'ladi

  3. Tejind

    Hali ham ko'p variantlar mavjud



Xabar yozing