Komponenter af Living Cell og deres funktioner
Læs denne artikel for at lære om Components of Living Cell og deres funktioner!
Strukturelle organisation af cellen:
Celle er en enhed med biologisk struktur og aktivitet. Den består af en organiseret masse protoplasma omgivet af en beskyttende og selektivt gennemtrængelig dækning kaldet plasmamembran.
Protoplasma af en celle kaldes protoplast (Hanstein, 1880). Det er lavet af plasma-lemma, cytoplasma, vacuoler og kerner. I planteceller, svampe, bakterier og cyanobakterier er en celle også omgivet af en cellevæg.
Celle er en enhed med biologisk struktur og aktivitet. Den består af en organiseret masse protoplasma omgivet af en beskyttende og selektivt gennemtrængelig dækning kaldet plasmamembran. Protoplasma af en celle kaldes protoplast (Hanstein, 1880). Det er lavet af plasma-lemma, cytoplasma, vacuoler og kerner. I planteceller, svampe, bakterier og cyanobakterier er en celle også omgivet af en cellevæg.
[I] Protoplasm:
Protoplasm blev beskrevet som "levende fysiske grundlag for livet" af Thomas Huxley (1868), da alle levende væsens aktiviteter er selve protoplasmens aktiviteter. Det er det eneste stof, der er udstyret med livet, og derfor er planter og dyr, der indeholder dette stof i deres krop, betragtet som levende. Når protoplasma dør, ophører cellen med at udføre enhver funktion for planterne eller dyret, som så som helhed bliver inert og dødt.
Fysiske egenskaber ved protoplasma:
På basis af mikroskopiske undersøgelser fremkommer protoplasma som en klar, farveløs, gelélignende gelatinøs substans. Det er en vandig opløsning af meget små granuler og globuler af forskellige (stoffer på grund af dette forekommer som viskøse, elastiske og granulære).
I sin aktive tilstand forbliver protoplasmaet mættet med vand, hvilket udgør 75-90 procent af indholdet. Protoplasma koagulerer ved opvarmning, og når den dræbes mister den sin gennemsigtighed. Det reagerer på forskellige eksterne stimuli, fx elektrisk stød og kemikalier.
Protoplasma er semipermeabelt i naturen, og denne egenskab går tabt, når protoplasmaet dræbes. Under normale forhold er protoplasmen af en levende celle i en tilstand af langsom men konstant bevægelse. I mange tilfælde viser det imidlertid forskellige bevægelser af forskellige slags.
Nakne masser af protoplasma, viser to slags bevægelse-ciliary (svømningsbevægelse af fri, minut, protoplasmiske kroppe som zoosporer af mange alger og svampe ved hjælp af cilia eller flagella) og amoeboid (krybende bevægelse ved hjælp af pseudopodier som i Amoeba). Protoplasmaet, der er omsluttet af en cellevæg, viser en strømningsbevægelse inden for den, der kaldes cyclosis.
Cyclosis er af to slags rotation (protoplasma bevæger sig rundt om en vakuole inde i en celle i kun én retning, enten klokvis eller mod uret, fx bladceller af Hydrilla eller Vallisneria og cirkulation (protoplasma bevæger sig i forskellige retninger rundt om forskellige vakuoler inde en celle som i stamceller fra Tradescantia).
Protoplasma er et komplekst polyphasisk kolloidalt system. Protoplasmens vigtigste fysiske egenskab er dens kolloidale karakter, som den skylder de fleste af dets egenskaber.
Kemisk sammensætning af protoplasma:
Aktiv protoplasma indeholder en høj procentdel vand (75-90%) og forbliver mættet med det. Forladelse af dette vand indeholder protoplasmens faste stof følgende: proteiner-40-60%.
Fede stoffer (ægte fedtstoffer og lipider, især lecithin) -12-14%; kulhydrater-12-14% og uorganiske salte 5-7%. Analyse af den døde protoplasma afslører en lang liste over elementer, der er til stede i den.
Af disse oxygen (O) ca. 65%, carbon (C) ca. 18, 3%, hydrogen (H) ca. 11% og nitrogen (N) ca. 2, 5% er mest iøjnefaldende. Andre elementer, der udgør de resterende 3%, omfatter chlor (CI), svovl (S), fosfor (P), silicium (Si), calcium (Ca), mangan (Mn) osv.
Udover de ovennævnte kemikalier findes også forskellige typer af pigmenter, latex, vitaminer, vækstregulatorer, enzymer og alkaloider i protoplasma og spiller specifikke roller i cellen.
Protoplasma har to hoveddele
1. cytoplasma
2. Nucleus
Den yderste del af cytoplasma består af en enhedsmembran kaldet plasma-lemma eller plasmamembran i dyre- og planteceller. I planteceller beskyttes plasmamembranen udefra af en tykk cellevæg.
[II] cellevæg:
Cellevæggen er et ikke-levende systemkarakteristisk for planteceller. Undtagelsesvis besidder gameterne af visse lavere planter og plasmodiet af visse svampe ikke cellevægge. Kun når cellevæggen er i kontakt med den levende protoplast, der dannede den, er den i stand til at vokse, og det kan således ikke siges at være uafhængigt af protoplasten.
Cellevæg består af tre dele:
1. Mellem lamella:
Det er en tynd, amorf form den intercellulære substans og hjælper med at holde sammen de primære vægge i tilstødende celler. Mellemlamellen er fraværende på ydersiden af ydercellerne. Den består af calcium- og magnesiumpektater. Middle lamella kan opløses af forskellige stoffer, herunder pectinase og Jeffery's væske. Det er optisk isotropisk.
2. Den primære væg:
Det er den første, der dannes af cellen og deponeres på hver side af den midterste lamell i tilstødende celler. Det er optisk anisotropisk og består kemisk af cellulose, pektiske stoffer, hemicellulose og noget andet polysaccharid. Alle levende celler har primære vægge. Da den primære væg er deponeret meget tidligt i cellenes ontogeni, bliver den lagt til betydelig stress under den efterfølgende vækst af cellen.
Det vokser ikke kun i lineær dimension, men også i tykkelse. Således har den primære cellevæg både plasticitet og elasticitet. I nogle tilfælde er væksten af tykkelsen af den primære væg reversibel i modsætning til den sekundære vægts irreversible karakter.
Primærvæg består af et antal mikrofibriller, der er indlejret i den amorfe gelignende matrix eller jordstoffet. I de fleste planter er mikrofibrillerne dannet af cellulose. De er 1 lavet af en polymer af acetylglucosamin eller svampcellulose i mange svampe. Mikrofibriller orienteres forskelligt i forhold til formen og fortykkelsen af væggen. Normalt arrangeres de i et løst netværk.
3. Secondary Wall:
Det produceres i nogle modne celler, når den senere er stoppet med vækst, fx trakeider, kar-elementer, fibre, collenchyma. Sekundær væg er lagt ind i den primære væg ved akkretion eller deponering af materialer over overfladen af den eksisterende struktur. Det er tykt (3-10 μm) og består af mindst tre lag, nogle gange mere (f.eks. Latexrør af Euphorbia milli).
De er betegnet som S1, S2, S3, Sx osv. Det indre lag af sekundærvæggen er undertiden forskelligt både kemisk såvel som i farvningsegenskaber på grund af tilstedeværelsen af xylaner. Det kaldes så tertiær væg, fx spændingstræ i gymnospermer. Sekundær væg kan være fraværende, uregelmæssigt deponeret eller dannet ensartet i cellerne. Dette resulterer i differentiering af celler-parenchyma, collenchyma, sclerenchyma, trakeider og kar.
Sammensætningen af sekundærvæg svarer stort set til den primære væg ved at have cellulose-mikrofibriller indlejret i en matrix af pectin og hemicellulose. Cellulose-mikrofibriller af sekundærvæggen ligger tæt, parallelt og i vinkel til cellens længdeakse.
En række forskellige materialer kan deponeres i væggen, såsom lignin, suberin og cutin. Andre stoffer, der kan deponeres i cellevæggen, er silica (fx græs), mineraler, voks, tanniner, harpikser, tandkød osv.
Kemisk sammensætning af cellevæg:
Cellevæg af andre planter end svampe består af cellulose-et polysaccharid. Dens formel er ( C6HJ0O5 ) n. Foruden cellulose kan nogle pektiske stoffer, hemicellulose og andre polysaccharider også være til stede. Mellemlamellen er lavet af calciumpektat og magnesiumpektat. Primære og sekundære vægge består sædvanligvis af cellulose, selv om nogle andre stoffer også kan være til stede.
Molekylær og makromolekylær arrangement af cellulose i cellevæg:
Cellulose, en lang retkædet polymer af d-glucose, udgør en god del af cellemurets skelet. Ca. 100 lange kæder af cellulose udgør en elementær fibril eller micelle. Ca. 20 elementære fibriller udgør en mikrofibril.
Mellemrummet mellem mikrofibrillerne er fyldt med vand, pektiske stoffer, hemicelluloser i de primære vægge og lignin, cutin, suberin osv. I sekundærvægge. Ca. 250 mikrofibriller udgør en fibril.
Plamodesmata:
Plasmodesmata (singular-plasmodesma; Tangl, 1879; Strasburger, 1901) er cytoplasmiske broer mellem tilstødende planteceller, der udvikler sig i deres porer. De danner et protoplasmisk kontinuum kaldet symplast.
Forskellige stoffer kan passere fra en celle til en anden gennem plasmodesmata. Et plasmodesma består af en kanal foret med plasmamembran og har et simpelt eller forgrenet rørformet kendt som desmotubule. Desmotubule er en forlængelse af endoplasmatisk retikulum.
Pits:
Gruber er ustikkede områder i plantecellernes sekundære vægge. De ser derfor ud som depressioner. Gruber forekommer normalt parvis på væggen af to tilstødende celler. En pit har et hulrum eller et hulrum og en hulmembran. Pit-membranen består af primærvæg og mellemlamell.
Gruber er af to typer, enkle og afgrænsede. Enkel pit har ensartet bredde af pitkammeret. I grænsekammeret er kammerkammeret kolbeformet, fordi den sekundære væg overstiger munden.
Pits membran er permeabel. Det kan have små submikroskopiske porer. Derfor hjælper pits i hurtig translokation mellem to tilstødende celler.
Funktioner af cellevæggen:
Det udfører en række funktioner:
(i) Beskytter protoplasmaet mod mekanisk skade.
(ii) Beskytter cellen mod angreb fra patogener.
(iii) Giver stivhed til cellen.
(iv) Giver form til cellen og modvirker osmotisk tryk
(v) Giver styrke til landplanterne for at modstå tyngdekrafter.
(vi) Ved sin vækst hjælper væggen med cellekspansion.
(vii) Afhængig af typen af celle kan væggen være permeabel eller uigennemtrængelig. Selv den permeable væg udøver en vis regulatorisk virkning på transporten af stoffer ind i og ud af cellen.
(viii) Pits til stede i væggen hjælper med at producere et protoplasmisk kontinuum eller symplast blandt celler.
(ix) Cutin og suberin i cellevæggen reducerer vandtabet gennem transpiration.
(x) Vægge af sigtør, tracheider og fartøjer er specialiseret til fjerntransport.
[III] cytoplasma:
Cytoplasma er gelélignende halvvæske generel protoplasmmasse eksklusiv kernen, men inklusive alle andre komponenter-cytoplasmatisk matrix, cellorganeller og celleindeslutninger.
A. Cytoplasmatisk matrix eller cytosol (hyaloplasma):
Det er den klare væskedel af cytoplasmaen, der kan eksistere i to tilstande, sol og gel. De to kaldes henholdsvis plasmasol og plasmagel. Plasmagel er sædvanligvis til stede under plasmamembranen. Det hedder ectoplast.
Plasmasol er intern og er kendt som endoplast. Vand udgør 90% af matricen. Matrix er faktisk et crystallo-colloidal kompleks i vand, hvor nogle kemikalier er til stede i form af en sand løsning, mens andre er til stede som kolloidal opløsning.
Cytoplasmatisk matrix udfører en række funktioner. Vigtige er:
1. Celleorganellerne udskifter materiale gennem den cytoplasmatiske matrix.
2. Matrixen indeholder råmaterialer og giver det samme til celleorganeller for deres funktion.
3. Matrixen er syntesesetet for en række biokemikalier som fedtstoffer, nukleotider, nogle kulhydrater, proteiner, coenzymer osv.
4. Glykolyse, anaerob respiration og pentose vej type aerob åndedræt forekommer i matrix delen af cytoplasma.
5. Det hjælper med fordelingen af forskellige materialer inde i cellen.
B. Cell Organelles:
De er subcellulære strukturer med karakteristiske morfologiske former, karakteristiske kemiske forfatninger og bestemte funktioner. En celle indeholder et antal organeller som mitokondrier, plastider, endoplasmisk retikulum, Golgi-kompleks, ribosomer, mikrokropper, lysosomer osv.
1. Mitokondrier (Mito = tråd, chondrion-granulater) -First opdaget af Kolliker i 1880 og beskrevet som 'bioplaster' af Altmann i 1894, blev disse organeller rechristened mitochondria ved Benda (1897).
Generelt er mitokondrierne stangformede, men sæd og æg af en række organismer har mere sfæriske former. Mitokondrier har lipoproteinrammer, der indeholder mange enzymer og coenzymer, der kræves til energimetabolisme. De indeholder også et specifikt DNA til den cytoplasmatiske arv og ribosom til proteinsyntesen.
Formen, størrelsen og antallet varierer afhængigt af organismenes væv, organisme og fysiologiske tilstand. Aktiviteten af cellen er hovedkriteriet for, at mitokondrierne skal fordeles i en celle, for eksempel i leverenceller danner de ca. 30-35% af celleproteinet, mens de i nyrerne udgør ca. 20%.
I planteceller er antallet mindre sammenlignet med dyreceller. Selvom de distribueres jævnt i cytoplasma, kan de begrænses til et bestemt område, hvor der er behov for stor efterspørgsel efter ATP, f.eks. I muskelceller, spermatozoer, stænger og kegler i øjnene. Mitokondrier er fraværende i prokaryoter og anaerobe eukaryoter.
Ultrastruktur af mitokondrier:
Enkelt mitokondrion varierer i diameter mellem 0, 5 og 1, 0 μm og 7 μm lang. Mitochondrion er omgivet af to forskellige membraner kaldet ydre og indre membraner; sidstnævnte adskiller organelens matrix, en gelignende væske.
Således adskiller den indre membran matricen fra det væskefyldte indre membranrum. Både de ydre og indre membraner indeholder en række enzymer. Et antal enzymer, der anvendes under Krebs-cyklus, er bundet til matrix med DNA-tråde suspenderet i det og ribosomer spredt overalt.
De indre og ydre membraner er tydeligt forskellige kemisk og strukturelt fra hinanden og også i permeabilitet. Den indre membran har et større overfladeareal på grund af dets forlængelse i matrixen i form af "cristae", som varierer i form og antal, afhængigt af celletopografi, lige fra liggende parallelt med hinanden for at danne et anastomoserende netværk.
Antallet cristae stiger eller falder afhængigt af mitokondrions aerobiske aktivitet som under aerob aktivitet. Flere antal ATP skal produceres og dermed større antal cristae for at rumme enzymsystemer. Den indre membran er rig på proteiner og cardiolipin, mens den yderste er rig på fosfoloider. Begge membraner ser ud til at være på trilamellarmønsteret, beskrevet af Robertson (1967).
Den indre membran såvel som dens cristae har små tennisrackete som partikler kaldet elementærpartikel, F 0 - F 1 partikler eller oxysomer (= oxisomer). En mitochondrion indeholder lx 10 4 - lx 10 5 elementære partikler. Hver elementær partikel eller oxysom har et hoved, en stilk og en base. Basen (F0-underenhed) er ca. 11 nm lang og 1, 5 nm i tykkelse.
Stalken er 5 nm lang og 3, 5 nm bred. Hovedet (F1-underenhed) har en diameter på 9-10 nm. Elementære partikler indeholder ATP-ase. De er derfor centrene for ATP syntese under oxidativ phosphorylering. Enzymer af elektrontransport er placeret i den indre membran i kontakt med elementære partikler.
På steder kommer ydre og indre mitokondrie membraner i kontakt. De kaldes vedhæftningssteder. Adhæsionssteder er specielle permeationsområder i mitokondrionen til overførsel af materialer fra udvendigt til indvendigt og omvendt.
Yderkammer eller perititokondrialt rum er det rum, der ligger mellem den ydre og indre membran i mitokondrialkuvertet. Normalt er det 60-100 A ° bredt og strækker sig ind i cristae rum. Kammeret indeholder et fluidum med nogle få enzymer.
Det indre kammer danner kernen i mitochondrionen og indeholder en halvfluid matrix. Matricen har proteinpartikler, ribosomer, RNA, mitokondrie-DNA, enzymer af Krebs-cyklus, aminosyresyntese og fedtsyremetabolisme. Mitokondrie ribosomer er 55 S til 70 S i naturen. DNA er nøgent. Det er almindeligt cirkulært, men kan være lineært. DNA gør mitokondrionen halvautonomisk.
Halvautonomisk status for mitokondrier:
Mitokondrier er kendt for at indeholde DNA og RNA, og der er tegn på, at de har egen proteinsyntese. Den nukleare DNA spiller imidlertid også en rolle i mitokondriernes proteinsyntese.
Af denne grund betragtes mitokondrier som selvforplantende autonome partikler. Det antages, at de strukturelle proteiner af mitokondrier samles in situ, mens opløselige proteiner samles på ikke-mitokondrie ribosomer. Funktioner:
1. Mitokondrier er miniature biokemiske fabrikker, hvor fødevarer eller respiratoriske substrater er fuldstændigt oxideret til kuldioxid og vand. Den energi, der frigives i processen, opbevares oprindeligt i form af reducerede coenzymer og reducerede protetiske grupper.
Sidstnævnte gennemgår hurtigt oxidation og danner energirigt ATP. ATP kommer ud af mitokondrier og hjælper med at udføre forskellige energikrævende processer i cellen, som muskelkontraktion, nerveimpulsledning, biosyntese, membrantransport, celledeling, bevægelse osv. På grund af dannelsen af ATP kaldes mitokondrierne krafthuse af celle.
2. Mitokondrier giver vigtige mellemprodukter til syntesen af adskillige biokemikalier som chlorophyll, cytokromer, pyrimidiner, steroider, alkaloider osv.
3. Mitokondrierens matrix eller indre kammer har enzymer til syntese af fedtsyrer. Enzymer, der kræves til forlængelse af fedtsyrer, er blevet rapporteret i det ydre mitokondriske kammer.
4. Syntese af mange aminosyrer forekommer i mitokondrier. De første dannede aminosyrer er glutaminsyre og asparaginsyre. De syntetiseres fra henholdsvis ∞-ketoglutarsyre og oxaloeddikesyre. Andre aminosyrer fremstilles ved transformation og transaminering eller overførsel af aminogruppe (-NH2) fra glutaminsyre og asparaginsyre.
5. En organisme modtager generelt mitokondrier fra sin mor, da den er til stede i æg.
2. Plastids:
Betegnelsen plastid blev introduceret af E. Haeckel i 1866. Plastider er semi-autonome organeller, der har DNA- og dobbeltmembranhylster, som opbevarer eller syntetiserer forskellige typer af organiske forbindelser. Med undtagelse af nogle protistanter er plastider kun begrænset til planter. Plastider udvikles fra farveløse precursorer kaldet proplastider.
Proplastider har evnen til at opdele og differentiere i forskellige typer plastider. Afhængigt af deres farve er de af tre hovedtyper-leucoplaster, chromoplaster og chloroplaster (Schimper, 1883).
(i) Leukoplaster (Gk. leucos-hvid, plastformet):
De er farveløse plastider, som generelt forekommer nær kernen i ikke-grønne celler og har interne lameller. Grana og fotosyntetiske pigmenter er fraværende. Leucoplaster har variabel størrelse og form, fx afrundet, oval, cylindrisk, trådformet osv.
Der er tre typer specielle leucoplaster. (a) amyloplaster De er stivelsen indeholdende leukoplaster. Den indeholder et simpelt eller sammensat stivelseskorn, der er dækket af en speciel proteinkappe, f.eks. Kartoffelknold, ris, hvede, (b) elaioplaster (lipidoplaster, oleoplaster). De farveløse plastider opbevarer fedt, fx Tube Rose, (c) Aleuroplasts, Proteoplasts eller Proteinoplasts. Plastiderne indeholder protein i amorf, krystalloid eller crystallo-globoid tilstand (fx aleuronceller af majskorn, endospermceller af Castor).
(ii) Chromoplaster (Gk. kromfarve, plastformet):
Plastiderne er gule eller rødlige i farve på grund af tilstedeværelsen af carotenoidpigmenter. Klorofyler er fraværende. Chromoplaster dannes enten fra leukoplaster eller chloroplaster. Ændring af farve fra grønt til rødligt under modningen af tomat og chili skyldes omdannelse af kloroplaster til chromoplaster. Den oransje farve gulerødderne skyldes chromoplaster.
(iii) Kloroplaster (Gk. chloros = græsgrøn, plastformet):
De er de grønne plastider, der har fotosyntetiske pigmenter, chlorofyler og carotenoider, og deltager i syntesen af fødevarer fra uorganiske råmaterialer i nærværelse af strålingsenergi. Kloroplaster af andre alger end grønne kaldes chromatophorer (fx rhodoplaster af røde alger, faeoplaster af brune alger).
Hvor kloroplaster er til stede, varierer deres antal, form og størrelse. I de nedre planter er de en for mange pr. Celle og har forskellige former: Kopformet i Chlamydomonas, Bælteformet i Ulothrix, Ribbonformet i Spirogyra mv.
I grønalgerne er chloroplast forbundet med en mad og opbevaring af proteinholdig krop, der kaldes pyrenoid. Men i et flertal af grønne planter er det små, bikonvekse, diskrete legemer, som regel varierer fra 4 til 6 μm.
Ultrastruktur af chloroplaster:
Kloroplaster af grønne planter har lignende membranlag som mitokondrier, hver ca. 50A tykke, og intermembranrummet er 70-100A bredt. Den ydre begrænsningsmembran, som giver en klar form til kloroplasten, hjælper også med at regulere bevægelse af materialer mellem kloroplast og den omgivende cytoplasma.
Den indre membran parallellerer den ydre membran og kastes i infoldings, der løber parallelt med hinanden og kaldes lameller. De fleste af lamellerne i chloroplasterne af højere plante er organiseret i skiveformede sacs kaldet thylakoid. Thylakoider er kloroplastens strukturelle elementer, da de deltager i fotosyntese.
En stak af thylakoider kaldes granum. 40-100 grana kan forekomme i en chloroplast. Hver granum har 20-50 thylakoider. Grana er fraværende i algkloroplaster. Sidstnævnte er derfor agranale. Grana membraner indeholder proteinholdige partikler med to grundstørrelser, 105 og 140 μ diameter.
De større partikler er forbundet med fotosystem I af fotosyntese og det mindre med fotosystem II af fotosyntese. På grund af tilstedeværelsen af grana differentieres thylakoider i to-granale thylakoider og stroma eller intergranal-thylakoider.
Den granulære stroma består af stivelseskorn og stroma-centre; Strikker af DNA og ribosomer (70S) spredes også gennem stroma. Kloroplast eller ct DNA er nøgen, cirkulær eller lejlighedsvis lineær. Kloroplastmatrixen af højere plante kan midlertidigt opbevare stivelse, som stivelseskorn, kendt som assimileringsstivelse.
Membran af grana lameller består af proteiner og phospholipider og indeholder chlorophyll og carotenoider, som er de grundlæggende fotosyntetiske pigmenter.
Udvikling af chlorplaster:
Nye kloroplaster fremstilles ved opdeling af modne chloroplaster, eller de udvikler de novo fra proplastider i cellen. Proplastider kan give anledning til andre plastidtyper også i tillæg til kloroplaster. Den genetiske information til stede i cellekernen og kloroplasterne interagerer under differentieringen af nye organeller.
DNA indeholdt i selve chloroplastet transkriberes og translateres til dannelse af nogle af chloroplastproteinerne, og resten af chloroplastproteinerne opnås ved atom-DNA'et efter translation.
Funktioner af chloroplast:
1. I eukaryotiske planter forekommer fotosyntese i kloroplaster i nærværelse af sollys. Fotokemiske reaktioner (lette reaktioner) af fotosyntese forekommer på granaens thylakoidmembran, mens de biokemiske reaktioner (mørke reaktioner) forekommer i stroma.
2. Kloroplaster er de naturlige maskiner til syntese af energirige organiske forbindelser, som giver mad ikke kun til planter, men også for alle levende væsener.
3. Under fotosynteseprocessen absorberer chloroplaster kuldioxid (CO 2 ) fra omgivelserne og frigiver oxygen (O 2 ), som anvendes til cellulær respiration af alle levende væsener. Således opretholder balancen mellem CO 2 og O 2 i miljøet.
3. Endoplasmisk Retikulum (ER):
Det blev opdaget uafhængigt af Porter (1945) og Thompson (1945). Navnet blev givet af Porter i 1953. Endoplasmatisk retikulum er et 3-dimensionelt, kompliceret og sammenkoblet system af membranforede kanaler, som løber gennem cytoplasmaet. På steder er det forbundet med plasma-lemma såvel som nukleare kuvert. Den højt udviklede ER af muskelcelle kaldes 'sarcoplasmic reticulum'.
Endoplasmatisk retikulum er differentieret til:
(a) Groft eller granulært endoplasmatisk retikulum ruheden skyldes tilstedeværelsen af ribosomer eller RNP (ribonucleoprotein) partikler og
(b) Glat eller agranulært endoplasmisk retikulum det er glat på grund af fraværet af ribosomer.
Det grove endoplasmatiske retikulum er veludviklet i celler involveret specielt i proteinsyntese, såsom enzymproducerende celler. Det hjælper også med at producere lysosomer. Deres membran bærer en fin pore i området af fastgjort ribosom for at passere det syntetiserede polypeptid ind i kanalen af endoplasmatisk retikulum til transport.
Groft endoplasmisk retikulum indeholder to typer glycoproteiner (ribophorin I og ribophorin II) til fastgørelse til ribosomer. Groft endoplasmisk retikulum fremstilles hovedsageligt af cisternae. Tubuli er meget få.
Det glatte endoplasmatiske retikulum findes i overflod i celler, der syntetiserer lipider, og hos dem, der producerer steroidhormon, såsom cholesterol, glycerider, testosteron og progesteron eller hos dem, der er involveret i metabolisme af vitaminer, såsom pigmenterede epitelceller af retina. Det er hovedsagelig lavet af vesikler og tubuli. Sphaerosomer antages at stamme fra SER.
ER, kan fungere som en slags ledende system, og den kontinuitet, der i nogle tilfælde observeres mellem ER og den nukleare kuvert antyder, at denne egenskab er mulig, og dette kan være en af de tilstande til at transportere RNA og nukleoproteiner fra kernen til cytoplasma.
Struktur:
Endoplasmisk retikulum består af membranforede kanaler eller mellemrum, der indeholder en fluidum kaldet endoplasmatisk matrix. Enhedsmembranen af ER er lig den af plasmamembran i kemisk sammensætning og er 50-60A0 tyk. Endoplasmatisk retikulum kan eksistere i tre form-cisternae, vesikler og tubuli. De tre former for ER kan forekomme i samme celle, men på forskellige tidspunkter af celleudvikling.
(i) Cisternae:
De er flade sammenbundne sac-lignende dele af det endoplasmatiske retikulum, som er 40-50 nm i diameter. Cisternae findes i bundter, hvor de ligger parallelt med hinanden. De forekommer i cellerne, der er aktivt involveret i syntetisk aktivitet.
(ii) vesikler:
De er ovale eller afrundede sacs med en diameter på 25-500 nm. Vesiklerne fremstår som små vakuoler. De forbliver isolerede i cytoplasmaet. Vesiklerne kaldes også mikrosomer.
(iii) Tubuler:
De er rørlignende forlængelser, som kan være forbundet med cisternae eller vesikler til dannelse af et retikulært system. Tubulerne kan være uregelmæssige eller regelmæssige, forgrenede eller uforgrenede med en diameter på 50-100 nm.
Funktioner:
Endoplasmisk retikulum hjælper meget med at forøge overfladen for de metaboliske aktiviteter, der gør det muligt for enzymet at handle med sit substrat i større grad.
Det fungerer som cytoskelet eller intracellulært og ultrastrukturelt skelettramme ved at tilvejebringe mekanisk støtte til kolloid cytoplasmatisk matrix.
Store hulrum produceret ved udbulning af ER tilvejebringer opsamlingssteder for produkterne, før disse transporteres ud af cellen. Dette giver bevarelse af metaboliske produkter.
Membranen af endoplasmatisk retikulum indeholder et antal enzymer (fx ATP-ase, reduktaser, dehydrogenaser, phosphataser) til forskellige metaboliske aktiviteter og cytokromer, som deltager i elektrontransport.
4. Golgi Complex:
Golgi-komplekset er en kompleks cytoplasmatisk struktur, der består af glatte membranesakuler eller cisternae, et netværk af tubuli med vesikler og vakuoler, som deltager i membrantransformation, sekretion og produktion af komplekse biokemikalier.
Det er omgivet af en organelfri cytoplasma kaldet zone for udelukkelse eller Golgi grundstof. Det blev først set af George (1867), men er opkaldt efter den italienske videnskabsmand Camillo Golgi, der i 1898 genkendte apparatet i nervecellerne hos lammegarn og kat.
Golgi apparat eller kompleks er fraværende i prokaryote celler (PPLO, bakterier og blågrønne alger). I dyreceller er det enten enkelt eller består af et enkelt forbundet kompleks. De to betingelser kaldes henholdsvis lokaliserede (de fleste hvirveldyrsceller) og diffunderede (de fleste hvirvelløse celler, lever og nerveceller fra hvirveldyr). I planteceller er den dannet af en række ikke-forbundne enheder kaldet diktyosomer.
Struktur:
Formen og størrelsen af Golgi-komplekset er ikke løst. De afhænger af cellens fysiologiske tilstand. Golgi-komplekset består normalt af fire dele-cisternae, tubuli, vesikler og vacuoler.
Marginalerne af cisternae er forsigtigt buede, og det giver hele Golgi krop en buet eller bueagtig udseende; således har cisternens konvekse overflade "cis-fladen" eller "formationsfladen", og den konkave side omfatter "transfacen" eller "modenhedens overflade".
Cisternae ligner det glatte endoplasmatiske retikulum i udseende og indesluttes et lumen på 60-90 A °, som indeholder et fluidstofstof eller en matrix. Placeringen af Golgi krops overflade er specielt arrangeret afhængigt af celletypen.
På grund af deres tætte morfologiske og fysiologiske tilknytning til det endoplasmatiske retikulum og lysosomer betegnes disse nogle gange som elementerne i endomembran eller vakuolære systemer.
Til tider bliver cisternaernes margener perforeret og danner "fenestrae". Antallet og størrelsen af Golgi krop varierer med cellens metaboliske aktivitet. Under celledeling øges antallet af Golgi-kroppe, da disse udskiller materialerne for at danne cellepladen.
Funktioner:
1. En række proteiner syntetiseret af det uslebne endoplasmatiske retikulum sendes videre til Golgi-legemerne til deres endelige behandling, inden de eksporteres til deres endelige destination. Proteiner bestemt til sekretion, plasmamembranreparationer eller deres deponering, når cis-overfladen af Golgi-apparatet.
Når i cisternae phosphoryleres, glykoliseres, sulfateres eller simpelthen behandles. Glycolysation finder sted i Trans-ansigtet, og det er her, at proteinerne er sorteret efter deres destination.
Golgi-apparatets funktion og effektivitet skyldes enzymgruppen kaldet Nucleosiddiphosphatase, som hydrolyserer diphosphaterne af uridin, guanosin og inosin.
2. I oocytter af dyr fungerer Golgi-apparatet som centrum omkring hvilket æggeblomme deponeres, processen kaldes vitellogenese.
3. Det meste af det komplekse kulhydrat, bortset fra glycogen og stivelse, syntetiseres inde i Golgi-komplekset, fx mucopolysaccharider, hyaluronsyre, hemicellulose osv.
lysosomer:
De blev opdaget ved et uheld af Christian de Duve i 1955. Organellerne blev observeret under elektronmikroskop ved Novikoff (1956). Han mente også udtrykket lysosomer (Gk. Lysis-fordøjende eller løs, soma-krop) er små vesikler, der er afgrænset af en enkelt membran og indeholder hydrolytiske enzymer i form af små krystallinske eller halvkrystallinske granuler med 5-8 nm .
Den enkeltlagede membran består af lipoprotein, og det er vanskeligt at identificere lysosomer baseret på morfologisk karakter. Der er registreret omkring 40 enzymer i dem. Alle enzymer forekommer ikke i det samme lysosom, men der findes forskellige sæt enzymer i forskellige typer lysosomer.
Disse membranbundne sacs er rige på høj koncentration af enzymer hydrolyserende nedbrydning af proteiner og andre biokemiske forbindelser, og disse frigives ved brud på den ydre membran. Enzymerne er sur phosphatase, ribonuclease, B-glucoronidase og proteaser. På grund af tilstedeværelsen af disse fordøjelsesenzymer kaldes lysosomer "selvmordsposer".
En anden interessant egenskab af lysosomer, isoleret fra nyreceller, er deres evne til at fælde og koncentrere de fremmede proteiner, der injiceres, hvilket tyder på, at disse kan hjælpe med fordøjelse eller afgiftning af fremmede materialer ved pinocytose.
Hændelse:
Lysosomer forekommer i alle dyreceller med undtagelse af røde blodlegemer. De er blevet optaget i svampe, Euglena, root tip celler af majs, bomuld og ærter frø. I dyr er lysosomer rigelige i leukocytter, makrofager, Kupffer's celler og lignende celler med fagocytisk aktivitet.
Dannelse af lysosomer:
Lysosomer menes at være dannet af den fælles aktivitet af endoplasmatisk retikulum og Golgi-kompleks. Præcursorerne for hydrolytiske enzymer syntetiseres for det meste ved det uslebne endoplasmatiske retikulum, der overfører dem til Golgi-kompleksets formningsflade gennem dets vesikler. I Golgi-komplekset ændres forstadierne til enzymer. De pakkes derefter i større vesikler, som er klæbet af som lysosomer fra modningsfasen.
Lysosomer passerer gennem forskellige faser i samme celle. Fænomenet hedder polymorfisme eller eksistens af mere end en morfologisk form. Fire mest adskilte form af lysosomer observeres viz.
1. Primære eller protolysosomer, der antages at stamme fra Golgi-kompleksets overflade.
2. Sekundære lysosomer, heterolysosomer og autolysosomer: De førstnævnte formeres efter at de primære lysosomer fusionerer med de cytoplasmatiske vakuoler indeholdende ekstracellulære stoffer opnået ved en hvilken som helst form for endocytose. Når fusion er forbi, frigives enzymerne fra de primære lysosomer i disse vacuoler, der kaldes 'fagosomer eller endosomer'.
Når dannelsen af enten heterolysosomer eller autolysosomer er overstået, starter den enzymatiske fordøjelse af de vacuolære indhold, og efterhånden som processen fortsætter, bliver det vanskeligt at identificere de sekundære lysosomers karakter og de kaldes fordøjelsesvakuoler.
3. Resterende organer kaldes også 'teloly : osomes' eller 'tætte organer'. Disse repræsenterer de afsluttende stadier af nedbrydning af fremmedlegeme eller cellulære organeller af lysosomet. På dette tidspunkt er der en ophobning af dårligt fordøjet materiale associeret med membranen.
Autolyse eller Autophagy:
Det er selvdestruktion af en celle, væv eller organ ved hjælp af lysosomer. Lysosomer, der udfører autolyse, vedlægger ikke de strukturer, der skal nedbrydes. I stedet brister de sig selv for at frigive fordøjelsesenzymerne. Autolyse forekommer i væv, der gennemgår degeneration eller nekrose.
6. Sphaerosomer:
Sphaerosomer (= sfærosomer) er småcellede organeller afgrænset af enkeltmembran, som deltager i opbevaring og syntese af fedtstoffer. De blev opdaget af Perner i 1953. Sphaerosomer er små sfæriske og refraktile vesikler, som er 0, 5-1, 0 nm i diameter. De stammer fra endoplasmatisk retikulum og er omgivet af en enkelt membran. 98% af et sphaerosom er fedt.
Proteiner udgør de resterende 2%. Nogle proteiner er sandsynligvis enzymatiske og deltager i syntese af fedtstoffer. På grund af tilstedeværelsen af fedt kan sphaerosomer ses under lysmikroskop efter farvning af cellerne med Sudan farvestoffer og osmiumtetraoxid.
Sphaerosomer forekommer rigeligt i endosperm-cellerne af olieholdige frø. Sphaerosomer af nogle væv (f.eks. Tobaksendosperm, majsrodspids) indeholder hydrolytiske enzymer. Derfor anses de for at have lysosomisk aktivitet.
7. Mikrokroppe eller mikrosomer:
Disse betegner en række småcellede komponenter afgrænset af enkeltmembran, og navnet er generelt begrænset til organeller, som besidder flavinoxidase og katalase. An important difference between the microbodies of animals and those of plants is that the microbodies of animals contain urease, while the plant microbodies do not have this enzyme. Microbodies are of two types—peroxisomes and glyoxysomes.
(i) Peroxisomes (Rhodin, 1954):
Peroxisomes are found in both plant and animal cells, generally in close association with endoplasmic reticulum, mitochondria and chloroplasts. Commonly they have a diameter of 0.5-1.0 μm. It contains a variety of enzymes to oxidise various substrates to produce hydrogen peroxide and contain high concentration of catalase to remove the toxic H 2 O 2 . The peroxisomes can oxidise substrates such as urate, amino acids or glyoxylate to produce H, O 2, which is immediately acted upon by catalase to be reduced to oxygen and water. In green leaves the peroxisomes carry out photorespiration.
(ii) Glyoxysomes (Briedenbach, 1967):
These microbodies of fat storing cells in the germinating oilseeds contain enzymes of the Glyoxylate cycle eg malate synthetase and isocitrate lyase; they also contain several essential enzymes of the Krebs cycle. Glyoxysomes are generally involved in triglyceride metabolism.
Like other microbodies, glyoxysomes have a single covering membrane and an enzyme rich matrix with a crystalloid core. Both the phospholipid components and enzymes of this organelle originate from the ER. β-oxidation of fatty acids produces acetyl CoA which these bodies convert into succinic acid, which in turn, by a reversed glycolytic pathway produces glucose. This capacity of fat carbohydrate interconversion is peculiar to plants only and is not reported in animals.
8. Ribosomes (Palade Particles):
Ribosomes were discovered by Robinson and Brown (1953) in plant cell and Palade (1955) in animal cell. Palade also coined the term Ribosome. They are naked ribonucleoprotein protoplasmic particles (RNP) with a length of 200-340A 0 and diameter of 170-240 A 0 which function as the sites for protein or polypeptide synthesis.
Ribosomes are popularly known as protein factories. Ribosomes often form spiral or rosette arrangements with the endoplasmic reticulum and are not only found associated with the ER, but are also found scattered in the cytoplasm, both types varying in their roles in the cell.
The former is in abundance when the protein synthesis is active for the use of the cell itself (eg, haemoglobin, enzymes, etc.) and the latter when the proteins are exported out of the cell (eg digestive enzymes, antibodies, etc.)
Structure of Ribosome:
Each ribosome consists of two unequal sub- units, larger dome shaped and smaller ovoid. The large subunit has a protuberance, a ridge and a stalk. The smaller subunit possesses a platform, cleft, head and base. It is about half the size of larger subunit. The smaller subunit fits over the larger one at one end like a cap. Mg 2+ is required for binding the two subunits.
Ribosomes may occur in rosettes or helical groups called polyribosomes or polysomes (Gk. poly—many, soma-body). The different ribosomes of a polyribosome are connected with a 10-20A 0 thick strand of mRNA and are formed during periods of active protein synthesis.
Depending upon the place of their occurrence, ribosomes are of two types, cytoplasmic and organelle. The organelle ribosomes are found in may remain free in the cytoplasmic matrix or attached to the endoplasmic reticulum. Only the free cytoplasmic ribosomes occur in prokaryotic cells. Bound and organelle ribosomes are absent.
The size of the ribosomes is determined by sedimentation coefficient Fig. 2.28 Polyribosome in the centrifuge. It is measured as Svedberg unit called S (S = 1×10 13 sec). The cytoplasmic ribosomes of prokaryotes are 70 S. The two subunits of 70 S ribosomes are 50 S (molecular weight – 1.8 x 10 6 dalton) and 30 S (molecular weight – 0.6 x 10 6 dalton). The cytoplasmic ribosomes of eukaryotes are 80 S with the two subunits of 60 S and 40 S. A tunnel occurs between the two subunits for passage of mRNA.
The larger subunit has a groove for pushing out the newly synthesised polypeptide. There are two reactive sites in the larger subunit called P-site (peptidyl or donor site) and A-site (aminoacyl or acceptor site). Most probably the aminoacyl-tRNA complex is attached to the acceptor site and the tRNA carrying peptide chain is attached to the peptidyl or donor site.
80 S ribosomes are synthesised inside the nucleolus. 70 S ribosomes of prokaryotes are formed in the cytoplasm while those of semi-autonomous cell organelles are formed in their matrix.
Kemisk sammensætning:
Chemically a ribosome is made up of two parts, proteins and RNA (rRNA). Usually more rRNA is present in 70 S ribosomes as compared to protein (60-65: 35-40) while the reverse is true for 80S ribosomes (40-44: 56-60). The protein and RNA molecules are presumed to be held together either by electrostatic forces forming salt bond between the phosphates groups of RNA and amino groups of proteins or by forming magnesium complex or a combination of both.
9. Cytoskeletal Structures:
They are extremely minute, fibrous and tubular structures which form the structural framework inside the cell. They occur only in eukaryotic cells. Cytoskeletal structures maintain shape of the cell and its extensions regulate orientation and distribution of cell organelles. They are of three types—microfilaments, intermediate filaments and microtubules.
(a) Microfilaments:
They are ultramicroscopic long, narrow cylindrical rods or protein filaments which occur in eukaryotic plant and animal cells. Microfilaments are made up of actin constituting 10-15% of total cell protein.
They are 6 nm in thickness and show periodic beaded appearance due to close helical arrangement of otherwise globular actin molecules. They may also occur in parallel bundles or loose network and generally lie at sol-gel interphase as well as below plasma membrane. Microfilaments are also connected with spindle fibres, endoplasmic reticulum, chloroplast etc.
Microfilaments are contractile. Association with myosin protein seems to be essential for contraction of micro-filaments. Myofibrils of muscle fibres also represent microfilaments. Microfilaments form the contractile machinery of the cell, like formation and retraction of pseudopodia, plasma membrane undulations, microvilli, endocytosis, cytoplasmic streaming and movement of other cell organelles.
(b) Intermediate filaments:
They are hollow filaments of 10 nm thickness which often form a network. They are of four types—-Keratin filaments—which form tonofibrils and keratin of skin; Neurofilaments which form a lattice with bundles of microtubules in axons and dendrons of nerve cells; Glial filaments are intermediate filaments found in astrocytes, and Heterogenous filaments which are intermediate filaments found in muscles and connected to nuclear envelope and centriole, etc.
(c) Microtubules:
These highly versatile organelles are not only involved in the maintenance of the cell, but also in providing a directional guidance to the chromosome movement during cell division. Found in all the eukaryotic cells, these are mainly associated with cilia, flagella and other whip-like organs involved in locomotion.
These hollow unbranched proteinaceous cylinders are 200-700 A 0 in diameter and are made up of 13 microfilaments running across the entire length of the microtubule that encloses a lumen. The main constituent of the microtubule is a glycoprotein called tubulin which occurs in two forms, α-Tubulin and β-Tubulin. There are other commonly found proteins called MAPS (Microtubule Associated Protein) whose function is supposed to form stabilising bridges between laterally arranged microtubules as in spindles.
10. Flagella and Cilia:
They are fine hair movable protoplasm processes of the cells which are capable of producing a current in the fluid medium for locomotion and passage of substances. Flagella are longer but fewer. Only 1-4 flagella occur per cell, eg, many protists, motile algae, spermatozoa of animals, bryophytes and pteriodophytes, etc.
Cilia are smaller but are numerous. They occur in group ciliata of protista, flame cells of worms, etc. Both cilia and flagella are structurally similar and possess similar parts—basal body, rootlets, basal plate and shaft.
(i) Basal Body or Kinetosome:
It is also called basal granule or blepharoplast and occurs embedded in the outer part of the cytoplasm below the plasma membrane. It is like a micro-cylinder which has a structure similar to a centriole with triplet fibrils present on the periphery without a central fibril, though a hub of protein is present here.
(ii) Rootlets:
They are striated fibrillar outgrowths which develop from the outer lower part of the basal body and are meant for providing support to the basal body. The rootlets are made of bundles of microfilaments.
(iii) Basal Plate:
It is an area of high density which lies above the basal body at the level of plasma membrane. In the region of basal plate, one sub-fibre of each peripheral fibril disappears. The central fibrils develop in this area.
(iv) Shaft:
It is the hair-like projecting part of flagellum or cilium. The length is 5—10 fim in case of cilium and 150nm in case of flagellum. The shaft is covered on the outside by a sheath which is the extension of plasma membrane. Internally, it contains a semi-fluid matrix having an axoneme of 9 peripheral doublet fibrils and 2 central singlet fibrils.
This arrangement is called 9+2 or 11- stranded in comparison to 9+0 arrangement of the centriole or basal body. The two central singlet fibres are covered by a proteinaceous central sheath. They are connected by a double bridge. Each peripheral fibril consists of two microtubules or sub-fibres B and A.
It bears two bent arms, the outer one having a hook. The side arms of the A sub-fibre are made up of the protein dynein with ATP-ase activity. Such activity is also present in central fibrils. The peripheral doublet fibrils as well as central singlet fibrils are made up of tubulin. Each sub-fibre or central singlet fibril contains thirteen protofilaments.
The peripheral doublet fibrils are interconnected by AB linkers of protein nexin between B-subfibre of one and inner side arm of A-subfibre of adjacent fibril. Each of their A sub-fibres sends a radial proteinaceous column to the centre called spoke. The spokes are broader internally to form heads which is connected to central proteinaceous sheath.
Funktioner:
1. They help in locomotion in flagellate and ciliated organisms.
2. In aquatic organisms cilia and flagella create current for obtaining food called as food current.
3. In land animals, the cilia of the respiratory tract help in eliminating dust particles in the inhaled air.
11. Centrioles:
Centrioles are minute submicroscopic microtubular subcylinders with a configuration of nine triplet fibrils and ability to form their own duplicates, astral poles and basal bodies, without having DNA and a membranous covering. They are approximately 0.3 – 0.5 μm in length and 0.15 μm in diameter.
Usually two centrioles are found associated together and the pair is often called diplosome which lies in a common specialized part of cytoplasm called centrosphere. Centrosphere is devoid of any other ceil organelle. It, however, contains a fine fibrous material. The complex formed of centrioles and centrosphere is called centrosome or central apparatus.
Struktur:
A centriole is formed of nine triplet sets of microtubules or fibres arranged equidistantly in a circle around an imaginary central axis known as hub. From outside to inside the three sub- fibres of a triplet fibril are named C, B and A.
The adjacent triplet fibrils are connected by C—A proteinaceous linkers. The centre of centriole possesses a rod-shaped proteinaceous mass known as hub. The hub has a diameter of 2.5 nm. From the hub, develops 9 proteinaceous strands towards the peripheral triplet fibrils.
They are called spokes. Each spoke has a thickening called X before uniting with A sub-fibre. Another thickening known as Y is present nearby. It is attached both to X thickening as well as C—A linkers by connectives. Due to the presence of radial spokes and peripheral fibrils, the centriole gives a cart wheel appearance in TS
On the outside of centriole are present dense, amorphous, protoplasmic plaques in one or more series. They are called massules or pericentriolar satellites. Their position is found to change with the different states of the cell. Massules function as nucleating centres for the growth of microtubules during aster formation and production of more centrioles.
Funktioner:
1. Centrioles play an important role in the formation of spindle and, therefore in cell division.
2. They form basal bodies of cilia and flagella.
12. Vacuoles:
Vacuoles are non-cytoplasmic areas present inside the cytoplasm which are separated from the latter by specific membranes. Depending upon the contents and functions, vacuoles are of four types-sap vacuoles, contractile vacuoles, food vacuoles and air vacuoles.
(a) Sap Vacuoles:
They are fluid filled (sap or vacuolar sap) vacuoles which are separated from the cytoplasm by a selectively permeable membrane called tonoplast. A number of small sap vacuoles occur in animal cells and young plant cells. In mature plant cells, the small vacuoles fuse to form a single large central vacuole. The large central vacuole facilitates rapid exchange between cytoplasm and the surrounding medium.
The vacuolar sap contains mineral salts, sugars, amino acids, proteins, waste products and water soluble pigments called anthocyanins. Solutes present in cell sap maintain a proper osmotic pressure in the cell for its turgidity and water absorption.
(b) Contractile Vacuoles:
They occur in some protistan and algal cells found mostly in fresh water. A contractile vacuole has a highly extensible and collapsible membrane. It is also connected to a few feeding canals (eg Paramecium). Contractile vacuoles take part in osmoregulation and excretion.
(c) Food vacuoles:
They occur in the cells of protozoan protists, several lower animals and phagocytes of higher animals. It is formed by fusion of phagosome and a lysosome. The food vacuole contains digestive enzymes with the help of which nutrients are digested. The digested materials pass out into the surrounding cytoplasm.
(d) Air Vacuoles:
(Pseudovacuoles, Gas vacuoles)—They have been reported only in prokaryotes. An air vacuole is not a single entity neither it is surrounded by a common membrane. It consists of a number of small submicroscopic vesicles each surrounded by a protein membrane. Air vacuoles not only store metabolic gases but provide buoyancy, mechanical strength and protection from harmful radiations.
13. Cell Inclusions:
Cell inclusions are non-living substances present in the cells. They are also called ergastic bodies. They may be present in soluble or insoluble state and can be organic or inorganic in nature. The cell inclusions belong to three categories—reserve food, excretory or secretory products and mineral matter.
(a) Reserve Food:
They are of four main types—starch, glycogen, fat droplets and aleurone grains. Starch grains occur in plant cells, eg, Rice, Oat. Glycogen granules are minute granules of storage carbohydrate which occur in animal cells, especially near the smooth endoplasmic reticulum inside the liver and muscle cells.
Fat droplets occur in both plant and animal cells. Animal cells specialized to store fats are called adipocytes. Aleurone grains represent the storage proteins which occur inside special leucoplasts called aleuroplasts.
(b) Excretory or Secretory Products:
They are of several types like mucus in several animal cells, essential oils, alkaloids, resins, gums, latex, tannins, etc.
(c) Mineral Matter (crystals):
It occurs as crystals or incrustations of silica, calcium carbonate, calcium sulphate and calcium oxalate. Silica is generally deposited on the outer side of epidermal cells in several plants, especially grasses.
Calcium carbonate is deposited in the form of a mass of crystals called cystolith, eg, in hypodermal cells of Banyan. Calcium oxalate occurs in several forms—crystal sand, star shaped aggregate of crystals sphaeraphide, prismatic crystals and raphides.
14. Nucleus:
Discovered by Robert Brown (1831) the nucleus is the most important part of the cell, since it controls various metabolic activities, and also is the seat of heredity.
Commonly eukaryotic cells are uninucleate, though there are instances of bi-and multinucleate cells also. The protistan Paramecium caudatum has two nuclei (binucleate). Multinucleate or polynucleate condition is found in some cells of bone marrow, striated muscles, latex vessels, several fungi and algae.
Multinucleate animal or protistan cells are called syncytial cells (eg, epidermis of Ascaris) while in plants and fungi, they are known as coenocytic cells (eg, Rhizopus, Vaucheria).
Ultrastructure:
A typical interphase (non-dividing or metabolic phase) nucleus is 5-25 (im in diameter. It is differentiated into five parts—nuclear envelope, nucleoplasm, nuclear matrix, chromatin and nucleolus.
1. Nuclear Envelope (Karyotheca):
It bounds the nucleus on the outside and separates the nucleus from the cytoplasm. It is made up of two lipoprotein and trilaminar membranes concentrically arranged, each of which is 60-90 A° thick. The inner membrane is smooth whereas the outer membrane may be smooth or its cytoplasmic surface may bear ribosomes. The two membranes are separated by an electron transparent perinuclear space, 100-700 A° in width. The outer membrane is often connected to endoplasmic reticulum.
Nuclear envelope is perforated by nuclear pores which help in transport of material between nucleus and cytoplasm. The two membrane of the envelope become continuous in the region of pores. Nuclear pores have complex structure. They may have diaphragm, septum, and plug of electron dense material or nucleoplasmin, annuli.
An annulated nuclear pore may possess 9 cylinders, one central and eight peripheral. The nuclear pores allow selective passage of materials between nucleus and cytoplasm, eg K +, Na + . Cl – and ribosomal sub-units assembled in the nucleolus. In the same way RNA polymerase and DNA polymerase though synthesised in the cytoplasm are subsequently transferred to the nucleus through these pores.
2. Nucleoplasm or Nuclear Sap or Karyolymph:
It is a transparent, semi-fluid and colloidal substance which fills the nucleus. It contains nucleosides and a number of enzymes, (eg DNA polymerase, RNA polymerase, nucleoside phosphorylase) which are required for the synthesis and functioning of DNA, RNA, nucleoproteins, etc.
3. Nuclear Matrix:
It is a network of fine fibrils of acid proteins that function as scaffold for chromatin. On the periphery, below the nuclear envelope, nuclear matrix forms a dense fibrous layer called nuclear lamina in which the terminal ends of chromatin fibres or telomeres are embedded.
4. Chromatin:
It is hereditary DNA-protein fibrillar complex which is named so because of its ability to get stained with certain basic dyes (Gk. Chroma-colour; Flemming, 1879). Chromatin occurs in the form of fine overlapping and coiled fibres which appear to produce a network called chromatin reticulum. They are distributed throughout the nucleoplasm.
Chromatin fibres are differentiated into two regions—euchromatin and heterochromatin. Euchromatin is narrow (30-80A 0 thick) lightly stained and diffused fibrous part which forms the bulk of chromatin. Heterochromatin is wider (250 A 0 thick) darkly stained and condensed granular part which is attached here and there on the euchromatin. Depending upon the size of granules formed by heterochromatin they are called chromocentres, karyosome or false nucleoli.
The whole of chromatin is not functional. Generally only a portion of euchromatin which is associated with acid proteins takes part in transcription or formation of RNAs. During prophase of nuclear division, the chromatin fibres condense to form a definite number of thread—like structures called chromosomes.
5. Nucleolus:
The nucleolus was first discovered by Fontana in 1781, described by Wagner in 1840 and provided with its present name by Bowman in 1840. Nucleolus is naked, round or slightly irregular structure which is attached to the chromatin at a specific region called nucleolar organiser region (NOR).
Being contained within the nucleus its size depends on the synthetic activity of the cell especially in cells not important for protein synthesis, for example, sperm cells and blastomeres. Four major types of components can be seen inside the nucleolus, viz:
en. Particulate:
Consisting mainly of ribonucleoprotein in the form of small particles 150- 200A° in diameter, and structurally and chemically similar to cytoplasmic ribosomes, these are slightly smaller than their cytoplasmic counterparts. This zone is at the periphery of the nucleolus.
b. Fibrillar portion:
This is made up of ribonucleo-protein fibrils 50-150A 0 in diameter. perinocleolar material. The fibril sometimes are as long as 500A°. The particulate and fibrillar portion constitutes the nucleolonema.
c. Amorphous part consists of protem fibrils and granules. The amorphous part is often referred to as pars amorpha. In animals, the nucleolonema may appear embedded in the pars amorpha, whereas the pars amorpha usually central to the nucleolus tends to be associated with the chromosomal heterochromatin.
d. Chromatin part is a tangled network penetrating the body of the nucleolus but it is attached to nucleolar organizers of the chromosomes. Depending upon its position nucleolar chromatin is of two types perinucleolar and intranucleolar.
Though nucleoli are rich in protein (69-70%) RNA is also present in significant amounts (20-25%), indicating that a major portion of RNA is produced in the nucleolus. Several fractions of ribosomes synthesised in the cytoplasm migrate to nucleolus before they take on their final form. Thus nucleolus plays an important role in biogenesis of RNA.
Chemistry of the nucleus:
The two chief important chemical constituents of the nucleus are the nucleic acids, DNA and RNA and the proteins both, basic and acidic. The basic proteins include histones and protamine, the amino acids of lysine, histidine and arginine figuring in both.
The acidic proteins of the nuclei include the residual proteins of chromosomes. The acidic proteins contain tryptophan but histones do not have this amino acid. Histones seem to be associated with the chromosomes while the acidic proteins are found in the nucleolus and karyolymph.
The nucleic acids constitute 20-40% of the nuclear material, with DNA primarily in the chromatin and RNA distributed throughout the nucleus.
Functions of the Nucleus:
1. Nucleus is an integral and essential part of the eukaryotic cells and contains hereditary material called chromatin, a DNA-protein complex. Chromatin part of nucleus possesses all the genetic information that is required for growth and development of the organism, its reproduction, metabolism and behaviour.
2. Nucleus controls cell metabolism and other activities through the formation of RNAs (mRNA, rRNA, tRNA) which controls synthesis of particular types of enzymes. With the help of RNAs, nucleus directs the synthesis of specific structural proteins and other chemicals required for cell growth and cell maintenance.
3. Ribosomes are formed in nucleolus part of the nucleus.
4. Nucleus directs cell differentiation by allowing certain particular sets of genes to operate.
