Ćelija

Životinjska ćelija

Ćelije su osnovne gradivne i funkcionalne jedinice svih živih bića, osim virusa koji nemaju čćelijsku građu. Ljudsko telo se sastoji od trilion ćelija. One izgrađuju telo, koriste hranljive materije,iz njih dobijaju energiju, a vrše i neke specifične funkcije. Ćelije sadrže nasledni materijal i mogu da naprave sopstvene kopije (ćelijska deoba). Ćelije su izgrađene od mnogo delova, nazvanih organele, od kojih svaki ima različitu funkciju, ulogu.

Upoznavanje građe i funkcije ćelije predstavlja osnovu za svako dublje proučavanje u biologiji i medicini. Rezultati tog proučavanja doprinose poznavanju normalnog i patološkog stanja ćelije pa time i čitavog organizma. Grana biologije koja se bavi proučavanjem ćelije naziva se citologija.

Osobine ćelije

U prirodi postoje brojni organizmi čije se telo sastoji iz jedne ćelije, kao što su bakterije, praživotinje, neke alge i gljive. Sa druge strane višećelijski organizmi mogu imati više miliona, biliona, kvadriliona ćelija. Tako se u organizmu odraslog čoveka nalazi oko 10¹⁴ ćelija koje obavljaju mnoštvo raznovrsnih funkcija pa se time i međusobno razlikuju. Ćelije slične građe koje vrše istu funkciju udružuju se gradeći tkiva.

Ćelije svih tkiva pokazuju neke zajedničke osobine kao što su:

• rastenje do veličine koja je karakteristična za datu vrstu ćelije;
• obavljanje određenih zadataka (funkcija, uloga);
• primanje signala iz spoljašnje sredine na koje ćelija na određeni način odgovara;
• život ćelije odvija se kroz cikluse koji se završavaju ili deobom ili ćelijskom smrću; pri deobi ćelija daje nove ćelije;
• jedinstven hemijski sastav
• jedinstvena građa.

Zahvaljujući razvoju tehnike i instrumenata saznanja o ćeliji su postala veća i potpunija. Tehnika mikroskopiranja je danas dovedena skoro do savršenstva – pronalaskom različitih vrsta mikroskopa (elektronski, fazni, fluorescentni, ultraviolentni i dr.).

Hemijski sastav ćelije

Hemijski elementi koji izgrađuju ćeliju nazivaju se biogeni elementi. Prema količini u kojoj se nalaze u ćeliji dele se na makroelemente (grč. macro=mnogo), kojima pripadaju C, H,O,N i dr. i mikroelemente (grč. micro=malo) – Cu, Br,Mn,F i dr.

Neorganska jedinjenja i elementi

Voda je jedna od glavnih komponenti živih sistema i čini čak 50-95% težine ćelije. Količina vode u ćelijama čoveka zavisi od: starosti, vrste tkiva, metaboličke aktivnosti, pola.

Uloge vode su:

1. ona je univerzalni rastvarač;

2. pogodna je sredina za odvijanje metaboličkih reakcija;

3. transportna uloga vode ogleda se u lakom prenošenju materija koje se u njoj rastvaraju;

4. učestvuje u termoregulaciji i osmoregulaciji.

Neorganske soli se javljaju u obliku katjona i anjona. Najvažniji katjoni su Na+ i K+ koji obezbeđuju polarizovanost membrana nervnih i mišićnih ćelija. Među anjonima najvažniji su fosfati jer predstavljaju osnovne oblike iz kojih se koristi energija (ATP).

Organska jedinjenja

Organska jedinjenja obavezno sadrže ugljenik (C) i njihovim razlaganjem se oslobađa manja ili veća količina energije (razlika u odnosu na neorganske materije). Razlikuju se 4 grupe ovih jedinjenja: ugljeni hidrati, masti, proteini i nukleinske kiseline.

Ugljeni hidrati (šećeri)

Dele se na:

• monosaharide,
• oligosaharide i
• polisaharide.

Monosaharidi (prosti šećeri) se hidrolizom ne mogu razložiti na prostija jedinjenja. Prema broju ugljenikovih atoma dele se na trioze, tetroze, pentoze (riboza i dezoksiriboza),heksoze (glukoza i fruktoza). Glukoza je glavni izvor energije i osnovni transportni oblik šećera u organizmu kičmenjaka.

Oligosaharidi (grč.oligos = malo po broju, siromašno) su izgrađeni od 2-10 monosaharida. Najznačajniji su disaharidi (od 2 monosaharida) kojima pripadaju maltoza, laktoza i saharoza.

Polisaharidi su makromolekuli nastali povezivanjem velikog broja monosaharida u dugačke lance (mogu da sadrže na stotine i hiljade monosaharida). Rezervni polisaharidi su magacini energije i kod životinja je to glikogen, a kod biljaka je skrob. Gradivni polisaharidi su celuloza (biljke), hitin (životinje), agar (alge).

Lipidi (masti)

Energetski najbogatija organska jedinjenja koja se ne rastvaraju u vodi. Prosti lipidi se sastoje od glicerola (alkohol sa tri OH grupe) i masnih kiselina (zasićenih ili nezasićenih). Složeni lipidi pored ovog što sadrže prosti imaju još neku komponentu, npr. fosfolipidi sadrže fosfatnu grupu. Najvažniji gradivni lipidi su fosfolipidi i holesterol, koji grade membrane životinjskih ćelija. Holesterol je derivat lipida tzv. steroid. Steroidima pripadaju i neki hormoni (polni hormoni i hormoni kore nadbubrežne žlezde).

Proteini (belančevine)

Sastoje se od velikog broja aminokiselina povezanih peptidnim vezama u polipeptidne lance. Broj, vrsta i redosled aminokiselina čini primarnu strukturu proteina koja je uslovljena genima. Svi proteini se grade kombinacijama 20 različitih aminokiselina (20 aminokiselina može se kombinovati na neograničen broj načina). Učestvuju u skoro svim procesima u organizmu, jer proteini su: enzimi, hormoni, antitela, gradivni (npr. keratin u koži), transportni (hemoglobin u krvi životinja prenosi CO2 i O2), kontraktilni (aktin i miozin u mišićnim ćelijama), rezervni (u jajima i semenima).

Nukleinske kiseline (DNK i RNK)

Obe vrste se sastoje od nukleotida povezanih fosfodiestarskim vezama u polinukleotidni lanac. Nukleotid se sastoji od:

• šećera (pentoza),
• azotne baze (može da bude purinska: adenin i guanin ili pirimidinska: citozin i timin) i
• fosforne kiseline.

U svim nukleotidima su šećer i fosforna kiselina isti, a nukleotidi se međusobno razlikuju po bazi koju imaju. Nukleotidi DNK i RNK se razlikuju po:

• šećeru (u DNK je to dezoksiriboza,a u RNK je riboza) i
• jednoj pirimidinskoj bazi (umesto timina RNK ima uracil).

Sve ćelije jednog organizma imaju istu DNK, dok se razlikuju tri vrste RNK: informaciona, transportna i ribozomska RNK (skraćeno i-RNK, t-RNK i r-RNK). DNK ima dva, a RNK jedan polinukleotidni lanac. Lanci DNK su postavljeni naspramno i paralelno jedan drugom; povezani su preko komplementarnih baza: adenin jednog sa timinom naspramnog lanca (i obratno), guanin jednog sa citozinom naspramnog lanca (i obrnuto). RNK je jednolančana zato što nastaje prepisivanjem (transkripcijom) dela jednog lanca DNK, odnosno gena. Proteini se sintetišu prema uputstvu zapisanom u genima. To uputstvo se prvo prepiše sa gena na RNK, a zatim se sa RNK prevede (proces je translacija) u redosled aminokiselina u proteinu.

Za više podataka pogledati Hemijski sastav ćelije

Metabolizam ćelije

Sveukupnost biohemijskih reakcija u ćeliji, odnosno ukupan promet materije i energije predstavlja metabolizam. Karakterišu ga dva osnovna procesa: anabolizam i katabolizam. Anabolizam predstavlja sintezu složenih jedinjenja iz prostih, uz potrošnju energije (fotosinteza, sinteza proteina itd.). Katabolizam su reakcije razgradnje složenih jedinjenja na prosta, uz oslobađanje energije (disanje, varenje). U ćeliji se stalno i uporedo dešavaju procesi anabolizma i katabolizma. Energija koja se oslobodi u procesima katabolizma koristi se u anabolizmu.

Energiju ćelija koristi iz molekula adenozin trifosfata (ATP). ATP se sastoji iz:

• riboze,
• adenina i
• tri fosfatne grupe,

Kada izgubi jednu fosfatnu grupu onda nastaje ADP (adenozin difosfat). Gubitkom još jedne fosfatne grupe od ADP-a nastaje AMP (adenozin monofosfat). Ovaj proces je povratan, odnosno od AMP dodavanjem fosfatnih grupa obnavlja se ATP. Energija koja se oslobađa u katabolizmu koristi se za ponovnu sintezu ATP-a iz ADP-a. Stoga sistem ATP/ADP služi kao univerzalan način za razmenu enrgije, koji se kreće između reakcija u kojima se oslobađa energija i reakcija u kojima se ona troši.

Za više podataka pogledati Metabolizam ćelije

Enzimi

Reakcije u ćeliji odigravaju se velikom brzinom i po utvrđenom redosledu što je omogućeno prisustvom prirodnih (bioloških) katalizatora. Najznačajniji biokatalizatori su enzimi, a pored njih tu se svrstavaju i vitamini, hormoni, kao i pojedini joni i mikroelementi.

Deo enzima odgovoran za njegovo dejstvo je aktivni centar (mesto), koji se vezuje sa supstratom po principu ključ-brava. Prosti enzimi se sastoje samo od proteina, dok složeni (holoenzimi) pored proteina sadrže i neki neproteinski deo (koenzim ili prostetična grupa). Najvažniji koenzimi učestvuju u oksido-redukcijama kao npr. NAD, NADP.

Svi enzimi se stvaraju u ćeliji, a prema mestu delovanja dele se na:

• endoenzime i
• egzoenzime.

Endoenzimi deluju u samoj ćeliji u kojoj se stvaraju, a egzoenzimi deluju van ćelije u kojoj se stvaraju.

Urođene greške u metabolizmu predstavljaju potpuni ili delimičan gubitak dejstva nekog enzima. Usled greške u nekom genu ne dolazi do stvaranja enzima, što prouzrokuje oboljenja zajednički nazvana enzimopatije (enzimske bolesti).

Za više podataka pogledati Enzimi

Evolucija ćelije

Prva ćelija nastala je pre oko 3,5 – 4 milijarde godina i bila je prokariotske građe. Smatra se da su najstarije prokariote bile anaerobni organizmi koji su vršili fotosintezu. Pošto se u procesu fotosinteze, kao sporedan proizvod, stvara kiseonik, ove prokariote su omogućile nastanak aerobnih organizama.

Pre oko 1,6 milijardi godina došlo do prelaska prokariota ka znatno složenijim eukariotskim ćelijama. Današnjim prokariotama pripadaju bakterije i modrozelene alge (cijanobakterije). Prokariote su jednoćelijski organizmi bez diferenciranog jedra i ćelijsklh organela (imaju samo ribozome). Genetički materijal (DNK) prokariota nalazi se u citoplazmi i naziva nukleoid. Ribozomi prokariota su sitniji (70S) od eukariotskih (80S). Ćelijska membrana prokariota gradi uvrate mezozome i za nju su vezani enzimi ćelijskog disanja.

Za više podataka pogledati Evolucija ćelije

Literatura

• Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001
• Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000
• Pantić, R, V: Biologija ćelije, Univerzitet u Beogradu, beograd, 1997
• Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka, Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001
• Petrović, N, Đorđe: Osnovi enzimologije, ZUNS, Beograd, 1998.

Snežana Trifunović, dipl. biolog