Visi gyvieji organizmai sudaryti iš ląstelių. Ląstelė - gyvybės pagrindas. Eukariotų (protistų, grybų, augalų ir gyvūnų) ląstelės turi tikrą membrana apgaubtą branduolį ir membranines organeles.
Eukariotinę ląstelę sudaro trys neatsiejamos dalys: plazminė membrana, citoplazma ir branduolys. Augalų ir grybų ląstelėse virš plazminės membranos yra ląstelės sienelė. Augalų ląstelių sienelė sudaryta iš celiuliozės, o grybų - iš chitino. Sienelė suteikia ląstelei formą, atlieka atramos, apsauginę funkcijas, puikiai praleidžia vandenį ir jame ištirpusias medžiagas.
Citoplazmos siūleliai - plazmodezmos, esančios augalų ląstelių sienelėje, leidžia augalų ląstelėms jungtis tarpusavyje ir keistis maisto medžiagomis.
Plazminė membrana sudaryta iš fosfolipidų, glikolipidų, glikoproteinų, baltymų ir cholesterolio. Pagrindinė jos funkcija - medžiagų patekimo į ląstelę ir šalinimo iš jos reguliavimas. Citoplazmą sudaro vanduo ir jame ištirpusios mineralinės medžiagos. Joje gausu fermentų, vyksta medžiagų apykaita, išsidėsčiusios organelės.
Branduolys nuo vidinio ląstelės turinio atskirtas membrana, jame saugoma DNR, kurioje slypi paveldimoji informacija.
Eukariotinių ir prokariotinių ląstelių sandaros ypatumai
Yra du pagrindiniai ląstelių tipai:
- prokariotinės (bebranduolės);
- eukariotinės (branduolinės).
Eukariotinės sudaro augalų, gyvūnų ir grybų organizmus.
Augalinių ląstelių sienelė (apvalkalėlis)
Sandara: sienelės struktūriniai elementai - tvirtos elastingos mikrofibrilės, sudarytos iš celiuliozės, ir plastiškas matriksas, sudarytas iš protopektino ir hemiceliuliozės.
Gyvūninių ląstelių glikokaliksas
Glikokaliksą sudaro polisacharidinis sluoksnis. Išsišakojusios polisacharidų liekanos kovalentiškai susijungusios su baltymais ir sfingozido turinčiais lipidais.
Branduolio apvalkalėlis
Sandara: Apvalkalėlis susideda iš dviejų membranų, tarp kurių yra peribranduolinė ertmė. Branduolio apvalkalėlis jungiasi su ET ir yra jo dalis. Apvalkalėlyje yra porų. Jos užima apie 5% branduolio paviršiaus. Apvalkalėlyje taip pat yra daug fermentų.
Funkcijos: branduolio apvalkalėlis saugo genetinę medžiagą nuo citoplazmos judesių, neleidžia susimaišyti citoplazmai ir nukleoplazmai. Molekulės ir jonai tiesiogiai prasiskverbia iš citozolio pro branduolio apvalkalėlio poras.
Branduolio nukleoplazma
Sandara: tai pagrindinė branduolio masė, sudaryta iš skystosios dalies ir branduolio matrikso. Skystoji dalis savo sudėtimi panaši į citozolį. Nukleoplazmoje būna fermentų ir tarpinių medžiagų apykaitos produktų, inerfazės metu būna išsidėstęs chromatinas ir branduolėliai. Mitozės metu čia išsidėsto chromosomos.
Chromosomos sudarytos iš chromatino, kuriame yra 40% histonų, 40% DNR, apie 20% nehistoninių chromosomų baltymų ir nedaug RNR. Branduoliui dalijantis, chromosomos būna sudarytos iš dviejų identiškų chromatidžių. Chromatidės svarbiausia dalis - nukleoproteinas. Nukleoproteinas būna susisukęs į storą siūlą - chromonemą, o ant jos išsidėsto daugybė apvalių gerai nusidažančių ir matomų chromomerų. Chromosomų pirminė sąsmauka (centromera) abi chromatides tvirtai sujungia.
Funkcijos: nukleoplazmai sudaro mikroaplinką chromosomoms funkcionuoti, kartu su matrikso dalyvauja DNR dvigubėjimo procese.
Chromosomos būna dviejų tipų:
- funkcinė (tarp dalijimosi - chromosomos purios, siūliškos, ilgos ir neryškios);
- transportinė (branduoliui dalijantis - chromosomos kompaktiškos, panašios į lazdeles, ryškios).
Branduolėlis
Sandara: jų gali būti keli, vidutiniškai - du. Branduolėliuose yra 80% baltumų ir 15% RNR. Svarbiausia branduolėlio subedamoji dalis yra DNR.
Funkcijos: Branduolėliuose sintetinama RNR. Taip pat branduolėliai dalyvauja ribosomų dalelių susidarymo procese.
Dvimembranės ląstelės organelės
Dvimembranės ląstelės organelės: branduolys, mitochondrijos, chloroplastai.
Branduolys
Branduolys - svarbiausia ir didžiausia eukariotinės ląstelės organelė. Branduolį gaubia branduolio apvalkalas, sudarytas iš dviejų membranų. Membranose yra poros, pro kurias į branduolį patenka baltymai, o iš jo į citoplazmą keliauja ribosomų subvienetai. Branduolys užpildytas nukleoplazma, kurioje yra chromatino. Chromatinas yra siūliškos sandaros, prieš ląstelei dalijantis jis susiveja į gijas - chromosomas. Branduolyje yra branduolėlis (gali būti ir keli). Jame sintetinama RNR, kuri reikalinga susidaryti ribosomoms.
Pagrindinė branduolio funkcija - saugoti DNR, kurioje užkoduota genetinė informacija apie visas kūno ląsteles ir tų ląstelių medžiagų apykaitą.
Mitochondrijos
Jų apvalkalėlis sudarytas iš dviejų membranų, tarp kurių yra ertmė. Išorinėje membranoje išsidėstę fermentai, dalyvaujantys fosfolipidų apykaitoje ir riebiųjų rūgščių aktyvacijoje. Vidinėje membranoje yra daugybė įlinkimų - kristų. Vidinė membrana turi daug baltymų (75%), o lipidų 25%. Matrikse yra tarpinių apykaitos produktų, fermentų, DNR, RNR ir ribosomų. Kaip ir prokariotinėse ląstelėse, žiedinė dvigrandinė DNR nesusijungusi su histoniniais ir nehistoniniais baltymais.
Mitochondriją supa dviguba membrana, kuri reguliuoja medžiagų judėjimą į mitochondriją ir iš jos. Išorinė mitochondijos membrana yra lygi, o vidinė sudaryta iš raukšlių - kristų. Mitochondrijos yra mažos (vos įžiūrimos pro šviesinį mikroskopą), tačiau kristos padidina membranos paviršiaus plotą, kuris reikalingas aerobiniam kvėpavimui būtinų baltymų kompleksams prisijungti. Kristų paviršiuje yra grūdelių, kurie gamina energijos turintį junginį - ATP. Mitochondrijas užpildo matriksas, kuriame yra ribosomų, į žiedus susijungusių DNR, fermentų. Mitochondrijose vyksta ląstelinis kvėpavimas.
Funkcijos: išorinė mitochondrijų membrana pralaidi neorganiniams jonams ir gana stambioms molekulėms. Todėl ji turi daug transportinių baltymų, kurie perneša medžiagas. Vidinė membrana nepralaidi H+ jonams, NAD, KoA ir kitiems substratus, esančius matrikse. Pagrindinė jų funkcija - aprūpinti ląstelę energija, kurią kaupia ATP pavidalu.
Tai pagrindinė jų funkcija. Daugiau mitochondrijų būna tose ląstelėse, kurioms reikia daug energijos. Jų skaičius priklauso ir nuo ląstelės paskirties, ląstelės amžiaus, organizmo rūšies. Mitochondrijos dažniausiai būna pailgos arba apskritos formos, bet forma gali kisti. Tai priklauso nuo ląstelės ciklo ir rūšies. Naujos mitochondrijos susidaro ląstelėje esančioms mitochondrijoms dalijantis pusiau.
Gyvūno ląstelės sandara
Chloroplastai
Sandara: tai augalinių ląstelių organoidais. Jo apvalkalėlis sudarytas iš dviejų membranų. Bespalvėje stromoje išsidėstę daugybė membraninių maišelių - tilakoidų. Tilakoidų membranose yra 50% baltymų. Stromoje yra DNR, RNR ir tRNR, ribosomų, riebalų lašelių.
Funkcijos: tilakoidų membranose vyksta fotosintezės šviesos stadijos reakcijos. Stromoje vyksta fotosintezės tamsos stadijos reakcijos ir krakmolo grūdelių gamyba. Stromoje esanti žiedinė DNR koduoja rRNR ir tRNR sintezę. Pagrindinė chloroplastų f-ja yra fotosintezė.
Leukoplastai
Arba verpstės formos plastidės. Jose yra pavienių tilakoidų, turi DNR. Skiriamos dvi grupės: amiloplastai (turi krakmolo), oleoplastai (turi aliejaus).
Funkcijos: susintetintas krakmolas kaupiamas stiebagumbiuose, šakniastiebiuose, sėklos endosperme ir kituose augalo organuose.
Chromoplastai
Sandara: apvalūs, daugiabriauniai, lęšio, verpstės formos arba panašūs į kristalus. Tilakoidų labai mažai arba visai neaptinkama. Yra krakmolo grūdelių, baltyminių kristaloidų. Daug pigmento, apie 50 rūšių karotinoidų.
Funkcijos: tiksli funkcija nežinoma.
Vienmembranės ląstelės organelės
Vienmembranės ląstelės organelės: endoplazminis tinklas, Goldžio kompleksas, lizosomos, centrinė vakuolė.
Augalų ląstelių centrinė vakuolė
Sandara: gaubia membrana - termoplastas. Sulčių - koncentruoto tirpalo, turinčio mineralinių druskų, organinių rūgščių, anglies dioksido, deguonies ir kai kurių medžiagų apykaitos atliekų.
Paskirtis: labai įvairi.
- Kaip osmotinė ertmė svarbi augalinėms ląstelėms siurbiant vandenį ir osmotiniam slėgiui susidaryti, kurį sąlygoja turgorinis slėgis, įtempiantis tamprią ląstelės sienelę ir suteikiantis tvirtumo nesumedėjusioms augalo dalims.
- Kaip vieta ekskretams - izoliuoja galutinius apykaitos produktus, pigmentus. Nuo jų priklauso žiedų, žiedynų ir vaisių spalva. Tai padeda augalams apsidulkinti ir plisti.
Lizosomos
Sandara: vienmembranės pūslelės, pripildytos skysčio, kurio reakcija rūgštinė. Gausu fermentų. Jų yra daugiau nei 50 rūšių. Lizosomų fermentai sintetinami grūdėtame ET ir gabenami į Goldžio kompleksą, nuo kurio vėliau atsiskiria Goldžio pūslelės. Tai pirminės lizosomos. Jos neaktyvios, jose nėra virškinamojo substrato. Iš pirminių Lizosomų susidaro antrinės lizosomos.
Funkcijos: fermentai skaido baltymus, nukleino rūgštis, angliavandenius ir lipidus, skaido svetimas endocitozės būdu patekusias medžiagas, taip pat ląstelės medžiagas, praradusias funkcinį aktyvumą.
Endoplazminis tinklas (ET)
Sandara: vamzdelinės arba suplotos ET cisternos išsidėsčiusios po visą citoplazmą.
- grūdėtasis ET, kuris tankiai aplipęs ribosomomis ir iRNR.
- lygusis EET, sudarytas iš vamzdelinis lementų.
Grūdėtajame ET sintetinami baltymai, kurie patenka į ET cisternas ir įgyja tretinę baltymo struktūrą. Lygusis ET sintetina lipidus ir membranų steroidus.
Goldžio kompleksas
Sandara: sudaro Goldžio cisternas - nuo jų kraštų atsiskiria Goldžio pūslelės. Senesnės būna kiauros, ir tarp jų gali susidaryti ploni lygiagretūs vamzdeliniai elementai. Cisternoms plečiantis, be pūslelių, susidaro stambios Goldžio vakuolės. Čia patenka lipidai iš lygiojo ET, o baltymai - iš grūdėtojo ET, dalis - iš laisvųjų ribosomų. Goldžio cisternos sintetina polisacharidus augalinių ląstelių sienelėms.
Dalijantis augalo ląstelei, Goldžio pūslelės susitelkia prie naujos ląstelių ribos ir susilieja. Jų turinys ir suformuoja ląstelės sienelę, membranos plazminę membraną. Gyvūnų ląstelėse sintetina glikokalikso glikoproteinus ir glikolipidus.
Mikrovamzdeliai
Sudaryti iš baltymo tubulino. Kiekvieno vamzdelio ilgis - keli mikronai.
Funkcijos: sudaro tinklą, kuriuo gabenamos transportinės pūslelės. Ląstelės viduje padeda išdėstyti organoidus.
Aktino mikrofilamentai
Tai labai ploni, ilgi siūlai, sudaryti iš globulinio baltymo aktino. Jis sudaro 10-15% visų ląstelės baltymų. Raumenų ląstelėse aktinas ir miozinas sudaro aktomiozino kompleksą, kurio dėka susitraukia raumeninės skaidulos.
Funkcijos: sąlygoja visų ląstelės dalių judėjimą. Nuo jų priklauso visų dalių ir specializuotų raumeninių skaidulų judėjimas; reguliuoja chloroplastų ląstelės branduolio judėjimą. Dalyvauja fagocitozėje ir susidarant sąsmaukai, kai ląstelė dalijasi. Gyvūnų ląstelėse sutvirtina membraną.
Ribosomos
Sandara: ląstelė gali turėti kelis milijonus apvalių ribonukleoproteininių dalelių. Ribosoma susideda iš dviejų nevienodų subdalelių, kurios susijungia tik tada, kai iRNR prisijungia prie mažesnės subdalelės. Eukariotinėse ląstelėse ribosomos aptinkamos laisvos citoplazmoje arba susijungusios su šiurškčiuoju ET. Kiekvienoje dalelėje yra rRNR molekulės, daug magnio ir baltymų molekulių. iRNR, būdama siūliška, sujungia ribosomas į polisomą (poliribosomą).
Funkcijos: jose vyksta baltymų biosintezė. iRNR slenka tarp subdalelių ir teikia informaciją baltymo biosintezei.
Plazminė membrana (plazmolema, citolema)
Sudaryta iš dviejų lygiagrečių lipidų sluoksnių. Tai struktūrinis membranų pagrindas. Į membraną įvairiai integruoti periferiniai ir integraliniai baltymai. Membranoje yra tūkstančiai įvairiausių baltymų.
Funkcijos: atskiria ląstelės turinį nuo aplinkos. Reguliuoja medžiagų patekimą į ląstelę ir pašalinimą iš jos. Membranos selektyviai praleidžia medžiagas - vienas greitai, kitas - lėtai.
Citozolis
Tai ląstelės vidų užpildanti skysta masė, kurioje yra ištirpusios medžiagos - baltymai, nukleino rūgštys, angliavandeniai, druskos. Citozolyje išsidėstę ląstelės organoidai.
Funkcijos: saugomi svarbiausi organiniai junginiai, jame vyksta svarbūs medžiagų apykaitos procesai, sintetinamos riebiosios rūgštys, nukleotidai ir kai kurios aminorūgštys.
Centriolės
Gyvūnų, daugumos dumblių ir grybų ląstelėse, prie branduolio būna centriolės, panašios į tuščiavidurį cilindrą. Jų sienelė sudaryta iš 27 vamzdelių, išsidėsčiusių 9 tripletais. Aukštesnieji augalai centriolių neturi.
Funkcijos: Ląstelės branduoliui dalijantis, centriolės padvigubėja ir nukeliauja į priešingus ląstelės polius. Mikrovamzdelių susidarymo procese svarbų vaidmenį atlieka ir centriolės.
Žiuželiai ir blakstienėlės
Žiuželis (arba blakstienėlė) pradeda formuotis nuo pamatinio kūnelio (prie žiuželio pagrindo, atrodo kaip centriolės). žiuželiai ir blakstienėlės yra judrios citoplazmos ataugos. Trumpesni žiuželiai, kurių vienoje ląstelėje būna daug, vadinami blakstienėlėmis. Per visą žiuželio ar blakstienėlės ilgį tęsiasi sudėtingos sandaros mikrovamzdeliai.
Funkcijos: Padedant žiuželiams ir blakstienėlėms, juda dalis vienaląsčių dumblių, blakstienuotosios kirmėlės ir kt.
Dauno sindromas ir chromosomų skaičius
Kiekvienoje žmogaus organizmo ląstelėje yra branduolys, kuriame saugoma visa genetinė informacija. Genai yra atsakingi už įgimtus bruožus ir yra susigrupavę į strypo pavidalo struktūras, vadinamas chromosomomis. Paprastai kiekvienos ląstelės branduolys turi 23 chromosomų poras, kurių pusė yra įgimta iš kiekvieno tėvo ir motinos. 21-osios chromosomos trisomija nustatoma tuomet, kai ląstelės neteisingai pasidalina apvaisinimo metu ir tai lemia tris 21-osios chromosomos kopijas vietoje paprastai esamų dviejų.
Ši papildoma chromosoma nulemia Dauno sindromui būdingus bruožus ir lemia vystymosi raidą.
Peter Elliott iš Dauno sindromo tyrimų fondo Jungtinėje Karalystėje tvirtina, kad papildomi 163 genai iš 21 chromosomos veikia medžiagų pasisavinimą, o kartu ir augimą, vystymąsi, sveikatą ir gerą savijautą. Šio mokslininko teigimu, šie papildomi 163 genai pagamina papildomą cheminių informacijos perdavėjų kiekį, kuris sutrikdo visų 22 450 genų, kuriuos turi Dauno sindromu sergantys žmonės, funkcijas.
Yra trys Dauno sindromo tipai:
- 21-osios chromosomos trisomija. Prieš apsivaisinimą ar apsivaisinimo metu viena 21-osios chromosomos spermos arba kiaušinėlio pora neatsiskiria. Besivystant embrionui neteisingas chromosomų skaičius yra toliau kopijuojamas kiekvienoje organizmo ląstelėje.
- Translokacija. Sudaro maždaug 4% visų atvejų. Translokacijoje, dalinantis ląstelėms, tik dalis 21-osios chromosomos atitrūksta ir prisijungia prie kitos chromosomos, paprastai 14-osios.
- Mozaicizmas. Nustatomas tada, kai papildoma 21-oji chromosoma atsiranda ne visose, bet tik kai kuriose ląstelėse. Šiuo atveju žmogaus organizme kai kurios ląstelės turi 46 ir kai kurios 47 chromosomas.
Kol kas mokslininkai nėra nustatę ir apibrėžę jokių konkrečių priežasčių, kodėl atsiranda klaidos ląstelių dalijimosi stadijoje, ko pasėkoje, susiformuoja pilna arba dalinė trečioji 21-oji chromosoma. Taip pat nėra jokių įrodymų, kad Dauno sindromą lemia gamtos užterštumas ar tėvų gyvenimo būdas prieš ar po apsivaisinimo, gyvenimo sąlygos, nesveika mityba ir t.t.
Dauno sindromą turintis kūdikis gali gimti bet kurioje šeimoje, nepriklausomai nuo geografinio regiono, rasės ar ekonominės padėties. Tačiau ši tikimybė nustatyta tik trisomijos ir mozaicizmo atvejams. Kadangi vis daugiau ir daugiau žmonių šeimos kūrimą atideda vėlesniam gyvenimo periodui, kūdikių, gimstančių su Dauno sindromu atvejų daugėja.
2004 metų duomenimis (vėlesnių duomenų rasti kol kas nepavyko), skirtingų pasaulio regionų skirtingose valstybėse žmonių su Dauno sindromu skaičius bendrame gyventojų skaičiuje yra vidutiniškai 0,1249 proc.
Nors Dauno sindromas yra genetinis sutrikimas, tik 1% visų Dauno sindromo atvejų yra paveldimas. 21-osios chromosomos trisomijos ir mozaicizmo atvejais paveldimumas nevaidina jokio vaidmens ir tik 1% iš visų translokacijos atvejų Dauno sindromas gali būti paveldimas iš tėvų. Tokiu atveju vienas iš tėvų yra translokacijos geno nešiotojas. Šeimų, turinčių kūdikį su Dauno sindromu tikimybė susilaukti antro kūdikio su šiuo genetiniu sutrikimu padidėja 1%.
Ląstelių organelių ir struktūrų apžvalga
| Valstybė | Žmonių su Dauno sindromu skaičius bendrame gyventojų skaičiuje (vidutiniškai) |
|---|---|
| Pasaulis | 0,1249% |
Gyvename XXI amžiuje, kuomet bet kokią negalią turintis žmogus yra integruojamas į visuomenę, o valstybė atsakinga už integracijos programų kūrimą ir jų įgyvendinimą. Medicininių pasiekimų dėka šie žmonės gyvena daug ilgiau nei anksčiau.