Estudos experimentais modernos estabeleceram que a célula é a unidade estrutural e funcional mais complexa de quase todos os organismos vivos, com exceção dos vírus, que são formas de vida não celulares. A citologia estuda a estrutura, bem como a atividade vital da célula: respiração, nutrição, reprodução, crescimento. Esses processos serão considerados neste artigo.
Estrutura da célula
Usando um microscópio de luz e eletrônico, os biólogos estabeleceram que as células vegetais e animais contêm um aparato de superfície (complexos supra e submembranares), citoplasma e organelas. Nas células animais, um glicocálice está localizado acima da membrana, que contém enzimas e fornece nutrição à célula fora do citoplasma. Nas células vegetais, procariontes (bactérias e cianobactérias), assim como fungos, uma parede celular é formada acima da membrana, que consiste em celulose, lignina ou mureína.
O núcleo é uma organela essencialeucariotos. Ele contém material hereditário - DNA, que se parece com cromossomos. Bactérias e cianobactérias contêm um nucleoide que atua como transportador de ácido desoxirribonucleico. Todos eles desempenham funções estritamente específicas que determinam os processos metabólicos celulares.
O que queremos dizer com nutrição celular
As manifestações vitais de uma célula nada mais são do que a transferência de energia e sua transformação de uma forma para outra (de acordo com a primeira lei da termodinâmica). A energia encontrada nos nutrientes em estado latente, ou seja, ligado, passa para as moléculas de ATP. À pergunta sobre o que é nutrição celular em biologia, há uma resposta que leva em conta os seguintes postulados:
- A célula, sendo um biossistema aberto, requer um fornecimento constante de energia do ambiente externo.
- Substâncias orgânicas necessárias para a nutrição, a célula pode obter de duas maneiras:
a) do meio intercelular, na forma de compostos prontos;
b) sintetizar independentemente proteínas, carboidratos e gorduras a partir de dióxido de carbono, amônia, etc.
Portanto, todos os organismos são divididos em heterotróficos e autotróficos, cujas características metabólicas são estudadas pela bioquímica.
Metabolismo e energia
As substâncias orgânicas que entram na célula sofrem divisão, resultando na liberação de energia na forma de moléculas de ATP ou NADP-H2. Todo o conjunto de reações de assimilação e dissimilação é metabolismo. Abaixo, consideraremos os estágios do metabolismo energético que fornecem nutrição para células heterotróficas. Primeiras proteínas, carboidratos e lipídiossão divididos em seus monômeros: aminoácidos, glicose, glicerol e ácidos graxos. Então, durante a digestão livre de oxigênio, eles sofrem mais degradação (digestão anaeróbica).
Dessa forma, os parasitas intracelulares são alimentados: riquétsias, clamídias e bactérias patogênicas, como o clostridium. Fungos de levedura unicelulares quebram glicose em álcool etílico, bactérias de ácido lático em ácido lático. Assim, glicólise, fermentação alcoólica, butírica, ácido lático são exemplos de nutrição celular devido à digestão anaeróbica em heterótrofos.
Autotrofia e características dos processos metabólicos
Para os organismos que vivem na Terra, a principal fonte de energia é o Sol. Graças a ele, as necessidades dos habitantes do nosso planeta são atendidas. Alguns deles sintetizam nutrientes devido à energia luminosa, são chamados de fototróficos. Outros - com a ajuda da energia das reações redox, eles são chamados de quimiotróficos. Nas algas unicelulares, a nutrição da célula, cuja foto é apresentada abaixo, é realizada fotossinteticamente.
As plantas verdes contêm clorofila, que faz parte dos cloroplastos. Desempenha o papel de uma antena que capta os quanta de luz. Nas fases clara e escura da fotossíntese, ocorrem reações enzimáticas (o ciclo de Calvin), que resultam na formação de todas as substâncias orgânicas usadas para nutrição a partir do dióxido de carbono. Portanto, a célula, que é nutridadevido ao uso da energia luminosa, é chamado de autotrófico ou fototrófico.
Organismos unicelulares, chamados quimiossintéticos, usam a energia liberada como resultado de reações químicas para formar substâncias orgânicas, por exemplo, bactérias de ferro oxidam compostos ferrosos em ferro férrico, e a energia liberada vai para a síntese de glicose moléculas.
Assim, os organismos fotossintéticos captam a energia luminosa e a convertem em energia de ligações covalentes de mono e polissacarídeos. Então, ao longo dos elos das cadeias alimentares, a energia é transferida para as células dos organismos heterotróficos. Em outras palavras, graças à fotossíntese, todos os elementos estruturais da biosfera existem. Pode-se dizer que uma célula, cuja nutrição ocorre de forma autotrófica, “alimenta” não apenas a si mesma, mas também a tudo que vive no planeta Terra.
Como os organismos heterotróficos comem
Uma célula cuja nutrição depende da ingestão de substâncias orgânicas do meio externo é chamada de heterotrófica. Organismos como fungos, animais, humanos e bactérias parasitas decompõem carboidratos, proteínas e gorduras usando enzimas digestivas.
Então os monômeros resultantes são absorvidos pela célula e usados por ela para construir suas organelas e vida. Nutrientes dissolvidos entram na célula por pinocitose, enquanto partículas de alimentos sólidos entram na célula por fagocitose. Os organismos heterotróficos podem ser divididos em saprótrofos e parasitas. Os primeiros (por exemplo, bactérias do solo, fungos, alguns insetos) se alimentam de matéria orgânica morta, os segundos (bactérias patogênicas, helmintos, fungos parasitas) se alimentam de células e tecidos de organismos vivos.
Mixotróficos, sua distribuição na natureza
O tipo misto de nutrição na natureza é bastante raro e é uma forma de adaptação (idioadaptação) a vários fatores ambientais. A principal condição para a mixotrofia é a presença na célula de ambas as organelas contendo clorofila para a fotossíntese e um sistema de enzimas que decompõem os nutrientes prontos provenientes do ambiente. Por exemplo, o animal unicelular Euglena green contém cromatóforos com clorofila no hialoplasma.
Quando o reservatório em que vive a euglena está bem iluminado, ela se alimenta como uma planta, ou seja, autotroficamente, através da fotossíntese. Como resultado, a glicose é sintetizada a partir do dióxido de carbono, que a célula usa como alimento. Euglena se alimenta heterotroficamente à noite, decompondo a matéria orgânica com a ajuda de enzimas localizadas nos vacúolos digestivos. Assim, os cientistas consideram a nutrição mixotrópica da célula uma prova da unidade da origem das plantas e dos animais.
Crescimento celular e sua relação com o trofismo
Um aumento no comprimento, massa, volume de todo o organismo e de seus órgãos e tecidos individuais é chamado de crescimento. É impossível sem um fornecimento constante de nutrientes para as células, que servem como material de construção. Para obter uma resposta à questão de como uma célula cresce, cuja nutriçãoocorre autotroficamente, é necessário esclarecer se é um organismo independente ou se faz parte de um indivíduo multicelular como unidade estrutural. No primeiro caso, o crescimento será realizado durante a interfase do ciclo celular. Os processos de troca de plástico ocorrem intensamente nele. A nutrição de organismos heterotróficos está correlacionada com a presença de alimentos provenientes do ambiente externo. O crescimento de um organismo multicelular ocorre devido à ativação da biossíntese nos tecidos educativos, bem como a predominância de reações anabólicas sobre os processos de catabolismo.
O papel do oxigênio na nutrição das células heterotróficas
Organismos aeróbicos: Algumas bactérias, fungos, animais e humanos usam oxigênio para decompor completamente nutrientes como glicose em dióxido de carbono e água (o ciclo de Krebs). Ocorre na matriz das mitocôndrias contendo o sistema enzimático H + -ATP-ase, que sintetiza moléculas de ATP a partir de ADP. Em organismos procarióticos, como bactérias aeróbicas e cianobactérias, a etapa de dissimilação de oxigênio ocorre na membrana plasmática das células.
Nutrição específica dos gametas
Em biologia molecular e citologia, a nutrição celular pode ser resumidamente descrita como o processo de entrada de nutrientes, sua divisão e a síntese de uma certa porção de energia na forma de moléculas de ATP. O trofismo dos gametas: óvulos e espermatozóides possui algumas características associadas à alta especificidade de suas funções. Isto é especialmente verdadeiro para a célula germinativa feminina, que é forçada a acumular um grande suprimento de nutrientes, principalmente na forma degema.
Após a fertilização, ela os usará para esmagar e formar um embrião. Os espermatozóides em processo de maturação (espermatogênese) recebem substâncias orgânicas das células de Sertoli localizadas nos túbulos seminíferos. Assim, ambos os tipos de gametas têm um alto nível de metabolismo, o que é possível devido ao trofismo celular ativo.
O papel da nutrição mineral
Os processos metabólicos são impossíveis sem o influxo de cátions e ânions que fazem parte dos sais minerais. Por exemplo, os íons de magnésio são necessários para a fotossíntese, os íons de potássio e cálcio são necessários para a operação dos sistemas enzimáticos mitocondriais, e a presença de íons de sódio, bem como de ânions de carbonato, é necessária para manter as propriedades tampão do hialoplasma. Soluções de sais minerais entram na célula por pinocitose ou difusão através da membrana celular. A nutrição mineral é inerente às células autotróficas e heterotróficas.
Resumindo, estamos convencidos de que a importância da nutrição celular é realmente grande, pois esse processo leva à formação de material de construção (carboidratos, proteínas e gorduras) a partir do dióxido de carbono em organismos autotróficos. As células heterotróficas se alimentam de substâncias orgânicas formadas como resultado da atividade vital dos autótrofos. Eles usam a energia recebida para reprodução, crescimento, movimento e outros processos vitais.
