Componentes da célula viva e suas funções
Leia este artigo para aprender sobre os componentes da célula viva e suas funções!
Organização Estrutural da Célula:
A célula é uma unidade de estrutura e atividade biológica. Consiste em uma massa organizada de protoplasma cercada por uma cobertura protetora e seletivamente permeável chamada membrana plasmática.
O protoplasma de uma célula é chamado protoplasto (Hanstein, 1880). É feito de plasma-lema, citoplasma, vacúolos e núcleo. Em células vegetais, fungos, bactérias e cianobactérias, uma célula também é cercada por uma parede celular.
A célula é uma unidade de estrutura e atividade biológica. Consiste em uma massa organizada de protoplasma cercada por uma cobertura protetora e seletivamente permeável chamada membrana plasmática. O protoplasma de uma célula é chamado protoplasto (Hanstein, 1880). É feito de plasma-lema, citoplasma, vacúolos e núcleo. Em células vegetais, fungos, bactérias e cianobactérias, uma célula também é cercada por uma parede celular.
[I] Protoplasma:
O protoplasma foi descrito como "base física viva da vida" por Thomas Huxley (1868), uma vez que todas as atividades dos seres vivos são atividades do próprio protoplasma. É a única substância que é dotada de vida e, portanto, plantas e animais contendo essa substância em seu corpo são considerados vivos. À medida que o protoplasma morre, a célula deixa de desempenhar qualquer função para as plantas ou o animal, que, como um todo, se torna inerte e morto.
Propriedades Físicas do Protoplasma:
Com base em estudos microscópicos, o protoplasma aparece como uma substância gelatinosa clara, incolor e gelatinosa. É uma solução aquosa de muito pequenos grânulos e glóbulos de diferentes (substâncias, devido a isso, aparece como viscoso, elástico e granular).
Em seu estado ativo, o protoplasma permanece saturado de água, o que representa 75 a 90% do conteúdo. O protoplasma coagula no aquecimento e, quando morto, perde sua transparência. Ele responde a vários estímulos externos, por exemplo, choque elétrico e produtos químicos.
O protoplasma é semi-permeável na natureza e esta propriedade é perdida quando o protoplasma é morto. Em condições normais, o protoplasma de uma célula viva está em um estado de movimento lento, mas constante. Em muitos casos, no entanto, mostra movimentos distintos de diferentes tipos.
Massas despidas de protoplasma mostram dois tipos de movimento - ciliares (movimento de natação de corpos livres, diminutos, protoplasmáticos, como os zoósporos de muitas algas e fungos com a ajuda de cílios ou flagelos) e amebóides (movimento de rastejamento com a ajuda de pseudópodes como em Amoeba). O protoplasma, fechado por uma parede celular, mostra um movimento de fluxo dentro dele, que é referido como ciclose.
A ciclose é de dois tipos - rotação (o protoplasma se move em torno de um vacúolo dentro de uma célula em uma única direção, no sentido horário ou anti-horário, por exemplo, células foliares de Hydrilla ou Vallisneria e circulação (o protoplasma se move em direções diferentes em vacúolos diferentes) uma célula como nos cabelos estaminais de Tradescantia).
O protoplasma é um sistema coloidal polifásico complexo. A característica física mais importante do protoplasma é sua natureza coloidal à qual deve a maior parte de suas propriedades.
Composição Química do Protoplasma:
O protoplasma ativo contém uma alta porcentagem de água (75-90%) e permanece saturado com ele. Deixando para fora esta água, a matéria sólida do protoplasma contém o seguinte: proteínas - 40-60%.
Substâncias gordas (gorduras e lipídios verdadeiros, particularmente lecitina) -12-14%; carboidratos-12-14% e sais inorgânicos 5-7%. A análise do protoplasma morto revela uma longa lista de elementos presentes nele.
Destes Oxigênio (O) aproximadamente 65% ', carbono (C) aproximadamente 18.3%, hidrogênio (H) aproximadamente 11% e nitrogênio (N) aproximadamente 2.5%, são mais conspícuos. Outros elementos que compõem os restantes 3% incluem cloro (CI), enxofre (S), fósforo (P), silício (Si), cálcio (Ca), manganês (Mn), etc.
Além dos produtos químicos acima mencionados, diferentes tipos de pigmentos, látex, vitaminas, reguladores de crescimento, enzimas e alcalóides também são encontrados no protoplasma e desempenham papéis específicos na célula.
O protoplasma tem duas partes principais
1. Citoplasma
2. Núcleo
A parte mais externa do citoplasma é formada por uma membrana unitária chamada plasma-lema ou membrana plasmática em células animais e vegetais. Nas células vegetais, a membrana plasmática é protegida do exterior por uma parede celular espessa.
[II] parede celular:
A parede celular é um sistema não vivo, característico apenas de células vegetais. Excepcionalmente, os gametas de certas plantas inferiores e o plasmódio de certos fungos não possuem paredes celulares. Somente quando a parede celular está em contato com o protoplasto vivo que a formou, ela é capaz de crescer e, portanto, não pode ser considerada independente do protoplasto.
Parede celular consiste em três partes:
1. lamela do meio:
É fino, amorfo, forma a substância intercelular e ajuda a manter unidas as paredes primárias das células adjacentes. A lamela média está ausente no lado externo das células superficiais. É constituído por pectatos de cálcio e magnésio. A lamela média pode ser dissolvida por várias substâncias, incluindo a pectinase e o fluido de Jeffery. É opticamente isotrópico.
2. A parede principal:
É o primeiro a ser formado pela célula e é depositado em ambos os lados da lamela média em células contíguas. É opticamente anisotrópica e quimicamente constituída por celulose, substâncias pécticas, hemicelulose e algum outro polissacarídeo. Todas as células vivas possuem paredes primárias. Como a parede primária é depositada muito cedo na ontogênese da célula, ela é submetida a um estresse considerável durante o crescimento subsequente da célula.
Não só cresce em dimensão linear, mas também em espessura. Assim, a parede celular primária tem plasticidade e elasticidade. Em alguns casos, o crescimento da espessura da parede primária é reversível, em contraste com a natureza irreversível da parede secundária.
A parede primária consiste de um número de microfibras embutidas na matriz amorfa semelhante a gel ou substância fundamental. Na maioria das plantas, as microfibrilas são formadas de celulose. Eles são 1 feitos de um polímero de acetilglucosamina ou fungo celulose em muitos fungos. Micro-fibrilas são orientadas de várias maneiras de acordo com a forma e espessamento da parede. Geralmente eles são organizados em uma rede solta.
3. parede secundária:
É produzido em algumas células maduras quando as últimas interromperam o crescimento, por exemplo, traqueídeos, elementos de vasos, fibras, colênquima. A parede secundária é colocada no interior da parede primária por acreção ou deposição de materiais sobre a superfície da estrutura existente. É espessa (3 - 10 μm) e composta de pelo menos três camadas, às vezes mais (por exemplo, tubo de látex de Euphorbia milli).
Eles são nomeados como S 1, S 2, S 3, S x etc. A camada mais interna da parede secundária é às vezes distinta tanto quimicamente como em propriedades de coloração devido à presença de xilanas. É então chamado de parede terciária, por exemplo, madeira de tensão em gimnospermas. A parede secundária pode estar ausente, irregularmente depositada ou formada uniformemente nas células. Isso resulta na diferenciação de células - parênquima, colênquima, esclerênquima, traqueia e vasos.
A composição da parede secundária é basicamente semelhante à parede primária, tendo micro-fibrilas de celulose embutidas em uma matriz de pectina e hemicelulose. Microfibras de celulose da parede secundária estão próximas, paralelas e em ângulo com o eixo longitudinal da célula.
Diversos materiais diferentes podem ser depositados na parede, tais como lignina, suberina e cutina. Outras substâncias que podem ser depositadas na parede celular são a sílica (por exemplo, gramíneas), minerais, ceras, taninos, resinas, gomas, etc.
Composição Química da Parede Celular:
A parede celular de plantas que não são fungos é composta de celulose - um polissacarídeo. Sua fórmula é (C 6 H J0 O 5 ) n. Além da celulose, algumas substâncias pécticas, hemicelulose e outros polissacarídeos também podem estar presentes. A lamela média é feita de pectato de cálcio e pectato de magnésio. Paredes primárias e secundárias são geralmente feitas de celulose, embora algumas outras substâncias também possam estar presentes.
Arranjo Molecular e Macromolecular da Celulose na Parede Celular:
A celulose, um polímero de d-glicose de cadeia longa e longa, forma uma boa parte do esqueleto da parede celular. Aproximadamente 100 longas cadeias de celulose formam uma fibrila ou micela elementar. Aproximadamente 20 fibrilas elementares constituem uma micro-fibrila.
Os espaços entre as micro-fibrilas são preenchidos com água, substâncias pécticas, hemiceluloses nas paredes primárias e lignina, cutina, suberina, etc., nas paredes secundárias. Aproximadamente 250 micro-fibrilas formam uma fibrila.
Plamodesmata:
Plasmodesmata (singular - plasmodesma; Tangl, 1879; Strasburger, 1901) são pontes citoplasmáticas entre células vegetais adjacentes que se desenvolvem nos minúsculos poros de suas paredes. Eles formam um continuum protoplasmático chamado symplast.
Várias substâncias podem passar de uma célula para outra através de plasmodesmas. Um plasmodesma consiste em um canal revestido por membrana plasmática e com um túbulo simples ou ramificado conhecido como desmotubule. Desmotubule é uma extensão do retículo endoplasmático.
Pits:
Os poços são áreas não espessas nas paredes secundárias das células vegetais. Eles, portanto, aparecem como depressões. Pits geralmente ocorrem em pares na parede de duas células adjacentes. Uma cova tem uma cavidade ou cova e uma membrana de cova. A membrana da fossa consiste em parede primária e lamela intermediária.
Os poços são de dois tipos, simples e limitados. Cova simples tem largura uniforme da cuba. No fosso com bordas, a câmara do fosso é em forma de frasco porque a parede secundária sobe pela boca.
A membrana dos poços é permeável. Pode ter minúsculos poros submicroscópicos. Portanto, os poços ajudam na translocação rápida entre duas células adjacentes.
Funções da parede celular:
Ele executa várias funções:
(i) Protege o protoplasma contra danos mecânicos.
(ii) Protege a célula contra ataques de patógenos.
(iii) fornece rigidez à célula.
(iv) Fornece forma à célula e neutraliza a pressão osmótica
(v) Dá força às plantas terrestres para suportar forças gravitacionais.
(vi) Pelo seu crescimento a parede ajuda na expansão celular.
(vii) Dependendo do tipo de célula, sua parede pode ser permeável ou impermeável. Mesmo a parede permeável exerce algum efeito regulador no transporte de substâncias para dentro e para fora da célula.
(viii) As fendas presentes na parede ajudam a produzir um continuum protoplasmático ou simplificado entre as células.
(ix) A cutina e a suberina da parede celular reduzem a perda de água através da transpiração.
(x) Paredes de tubos de crivo, traqueias e vasos são especializados para o transporte de longa distância.
[III] citoplasma:
O citoplasma é uma massa geral de protoplasma semifluida semelhante a geleia, excluindo o núcleo, mas incluindo todos os outros componentes - matriz citoplasmática, organelas celulares e inclusões celulares.
A. Matriz Citoplasmática ou Citosol (Hialoplasma):
É a parte fluida do citoplasma que pode existir em dois estados, sol e gel. Os dois são chamados respectivamente plasmasol e plasmagel. Plasmagel está geralmente presente abaixo da membrana plasmática. É chamado ectoplasto.
Plasmasol é interno e é conhecido como endoplasto. A água constitui 90% da matriz. A matriz é na verdade um complexo cristalo-coloidal na água, onde algumas substâncias químicas estão presentes na forma de uma solução verdadeira, enquanto outras estão presentes como solução coloidal.
A matriz citoplasmática realiza várias funções. Importantes são:
1. Os organelos celulares trocam material através da matriz citoplasmática.
2. A matriz contém matérias-primas e fornece o mesmo para organelas celulares para o seu funcionamento.
3. A matriz é a sede da síntese de um número de bioquímicos, como gorduras, nucleotídeos, alguns carboidratos, proteínas, coenzimas, etc.
4. Glicólise, respiração anaeróbica e tipo de via pentosa de respiração aeróbica ocorrem na parte da matriz do citoplasma.
5. Ajuda na distribuição de vários materiais dentro da célula.
B. Organelas Celulares:
São estruturas subcelulares com formas morfológicas características, constituições químicas distintas e funções definidas. Uma célula contém um número de organelas como mitocôndrias, plastídios, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, ribossomos, micro-corpos, lisossomas, etc.
1. Mitocôndria (Mito = fio, condrion grânulos) - Descoberto primeiramente por Kolliker em 1880 e descrito como "bioplastos" por Altmann em 1894, essas organelas foram mitocôndrias recristalizadas por Benda (1897).
Em geral, as mitocôndrias são em forma de bastão, mas espermas e óvulos de vários organismos têm formas mais esféricas. As mitocôndrias têm estrutura de lipoproteínas contendo muitas enzimas e coenzimas necessárias para o metabolismo energético. Eles também contêm um DNA específico para a herança citoplasmática e ribossomo para a síntese de proteínas.
A forma, tamanho, bem como o número variam dependendo do tecido, organismo e condição fisiológica do organismo. A actividade da célula é o principal critério para as mitocôndrias se distribuírem numa célula, por exemplo, na célula do fígado formam cerca de 30-35% da proteína celular, enquanto nas células do rim formam cerca de 20%.
Nas células vegetais, o número é menor em comparação com as células animais. Embora distribuídos uniformemente no citoplasma, eles podem estar restritos a uma área específica em que a demanda pesada pelo ATP tem que ser encontrada, por exemplo, em células musculares, espermatozóides, bastonetes e cones dos olhos. As mitocôndrias estão ausentes em procariontes e eucariontes anaeróbicos.
Ultraestrutura da mitocôndria:
Única mitocôndria varia em diâmetro entre 0, 5 e 1, 0 μm e 7 μm de comprimento. A mitocôndria é cercada por duas membranas distintas chamadas membranas externa e interna; o último separa a matriz da organela, um fluido semelhante a gel.
Assim, a membrana interna separa a matriz do espaço da membrana interna cheia de fluido. Ambas as membranas externa e interna contêm uma variedade de enzimas. Um certo número de enzimas usadas durante o ciclo de Krebs estão ligadas à matriz com filamentos de DNA suspensos e ribossomos espalhados por toda parte.
As membranas interna e externa são distintamente diferentes quimicamente e estruturalmente umas das outras e também na permeabilidade. A membrana interna tem uma área de superfície maior devido à sua extensão na matriz na forma de "cristas" que diferem em forma e número, dependendo da topografia celular, variando de ficar paralelas umas às outras para formar uma rede de anastomose.
O número de cristas aumenta ou diminui dependendo da atividade aeróbica da mitocôndria, pois durante a atividade aeróbica, um número maior de ATP é produzido, portanto, maior número de cristas para acomodar os sistemas enzimáticos. A membrana interna é rica em proteínas e cardiolipina, enquanto o exterior é rico em fosfolóides. Ambas as membranas parecem estar no padrão trilamelar, descrito por Robertson (1967).
A membrana interna, assim como suas cristas, possuem pequenas partículas semelhantes a raquetes de tênis, chamadas partícula elementar, partículas F 0 - F 1 ou oxissomos (= oxisomes). Uma mitocôndria contém lx 10 4 - lx 10 5 partículas elementares. Cada partícula elementar ou oxissoma tem uma cabeça, um pedúnculo e uma base. A base (subunidade F 0 ) tem cerca de 11 nm de comprimento e 1, 5 nm de espessura.
O caule é de 5nm de comprimento e 3, 5nm de largura. A cabeça (subunidade F 1 ) tem diâmetro de 9 a 10 nm. Partículas elementares contêm ATP-ase. Eles são, portanto, os centros de síntese de ATP durante a fosforilação oxidativa. Enzimas de transporte de elétrons estão localizadas na membrana interna em contato com partículas elementares.
Em lugares, as membranas mitocondriais externas e internas entram em contato. Eles são chamados de locais de adesão. Locais de adesão são regiões de permeação especiais da mitocôndria para transferência de materiais de fora para dentro e vice-versa.
A câmara externa ou o espaço peri-mitocondrial é o espaço entre a membrana externa e interna do envelope mitocondrial. Geralmente, tem 60-100 A de largura e se estende para os espaços das cristas. A câmara contém um fluido com algumas enzimas.
A câmara interna forma o núcleo da mitocôndria e contém uma matriz semifluida. A matriz possui partículas proteicas, ribossomos, RNA, DNA mitocondrial, enzimas do ciclo de Krebs, síntese de aminoácidos e metabolismo de ácidos graxos. Os ribossomos mitocondriais são de 55 S a 70 S na natureza. O DNA está nu. É comumente circular, mas pode ser linear. O DNA torna a mitocôndria semi-autônoma.
Status semi-autônomo das mitocôndrias:
Sabe-se que as mitocôndrias contêm DNA e RNA, e há evidências que sugerem que elas têm síntese própria de proteínas. No entanto, o DNA nuclear também desempenha um papel na síntese protéica da mitocôndria.
Por essa razão, as mitocôndrias são consideradas partículas autônomas autopropagáveis. Acredita-se que as proteínas estruturais das mitocôndrias são montadas in situ, enquanto as proteínas solúveis são montadas em ribossomos não mitocondriais. Funções:
1. As mitocôndrias são fábricas bioquímicas em miniatura, onde alimentos ou substratos respiratórios são completamente oxidados em dióxido de carbono e água. A energia liberada no processo é inicialmente armazenada na forma de coenzimas reduzidas e grupos protéticos reduzidos.
Os últimos logo sofrem oxidação e formam ATP rico em energia. O ATP sai da mitocôndria e ajuda a executar várias energias que requerem processos da célula como contração muscular, condução de impulsos nervosos, biossíntese, transporte de membrana, divisão celular, movimento etc. Por causa da formação de ATP, as mitocôndrias são chamadas de casas de força da célula. célula.
2. Mitocôndrias fornecem intermediários importantes para a síntese de vários bio-químicos, como clorofila, citocromos, pirimidinas, esteróides, alcalóides, etc.
3. A matriz ou câmara interna da mitocôndria possui enzimas para a síntese de ácidos graxos. Enzimas necessárias para o alongamento de ácidos graxos foram relatadas na câmara mitocondrial externa.
4. Síntese de muitos aminoácidos ocorre nas mitocôndrias. Os primeiros aminoácidos formados são o ácido glutâmico e o ácido aspártico. Eles são sintetizados a partir do ácido ∞-cetoglutárico e ácido oxaloacético, respectivamente. Outros aminoácidos são produzidos por transformação e transaminação ou transferência do grupo amino (-NH 2 ) do ácido glutâmico e ácido aspártico.
5. Um organismo geralmente recebe mitocôndrias de sua mãe, uma vez que está presente nos ovos.
2. Plastídeos:
O termo plastídio foi introduzido por E. Haeckel em 1866. Os plastídios são organelas semi-autônomas com DNA e duplo envelope de membrana que armazenam ou sintetizam vários tipos de compostos orgânicos. Com exceção de alguns protistas, os plastídios são restritos apenas às plantas. Os plastídios se desenvolvem a partir de precursores incolores chamados proplastídeos.
Os proplastídeos têm a capacidade de se dividir e se diferenciar em vários tipos de plastídios. Dependendo de sua cor, eles são de três tipos principais - leucoplastos, cromoplastos e cloroplastos (Schimper, 1883).
(i) Leucoplastos (Gk. leucos - brancos, plastos - moldados):
São plastídios incolores que geralmente ocorrem próximos ao núcleo em células não-verdes e possuem lamelas internas. Grana e pigmentos fotossintéticos estão ausentes. Os leucoplastos têm tamanho e forma variáveis, por exemplo, arredondados, ovais, cilíndricos, filamentosos, etc.
Existem três tipos de leucoplastos especiais. (a) Amiloplastos. São os amidos contendo leucoplastos. Contém um grão de amido simples ou composto coberto por uma bainha de proteína especial, por exemplo, tubérculos de batata, arroz, trigo, (b) elaioplastos (lipidoplastos, oleoplastos). Os plastídios incolores armazenam gordura, por exemplo, Tubo Rosa, (c) Aleuroplastos, Proteoplastos ou Proteinoplastos. Os plastídios contêm proteínas no estado amorfo, cristalóide ou cristalino-globóide (por exemplo, células de aleurona do grão de milho, células do endosperma de Castor).
(ii) Cromoplastos (Gk. croma - cor, plastos - moldados):
Os plastídios são amarelos ou avermelhados devido à presença de pigmentos carotenóides. As clorofilas estão ausentes. Os cromoplastos são formados por leucoplastos ou cloroplastos. Mudança de cor de verde para avermelhado durante o amadurecimento de tomate e pimenta é devido à transformação de cloroplastos em cromoplastos. A cor laranja das raízes de cenoura é devida aos cromoplastos.
iii) Cloroplastos (Gcl. cloros = erva verde, moldados em plastos):
São os plastídios verdes que possuem pigmentos fotossintéticos, clorofilas e carotenóides, e participam da síntese de alimentos a partir de matérias-primas inorgânicas na presença de energia de radiação. Cloroplastos de algas que não os verdes são chamados cromatóforos (por exemplo, rodoplastos de algas vermelhas, feodoplastos de algas marrons).
Onde os cloroplastos estão presentes, o seu número, forma e tamanho variam. Nas plantas inferiores, elas são um número excessivo por célula e são de diferentes formas: em forma de taça em Chlamydomonas, em forma de faixa em Ulothrix, em forma de fita em Spirogyra, etc.
Nas algas verdes, o cloroplasto está associado a um alimento e ao armazenamento de um corpo proteico, chamado pirenoide. Mas na maioria das plantas verdes, são corpos pequenos, biconvexos e discretos, geralmente variando de 4 a 6 μm.
Ultraestrutura de Cloroplastos:
Os cloroplastos de plantas verdes têm uma camada de membrana semelhante à das mitocôndrias, cada uma com cerca de 50 A de espessura e o espaço intermembranar com 70-100 A de largura. A membrana limitante externa que fornece uma forma definida ao cloroplasto também ajuda na regulação do movimento de materiais, entre o cloroplasto e o citoplasma circundante.
A membrana interna é paralela à membrana externa e é lançada em enrolamentos paralelos um ao outro e é chamada de lamelas. A maioria das lamelas nos cloroplastos da planta superior é organizada em sacos em forma de disco chamados tilacoides. Os tilacóides são os elementos estruturais do cloroplasto, pois participam da fotossíntese.
Uma pilha de tilacóides é chamada granum. 40-100 grana pode ocorrer em um cloroplasto. Cada granum tem 20-50 thylakoids. Grana estão ausentes em cloroplastos de algas. Os últimos são, portanto, agranal. As membranas Grana contêm partículas proteicas de dois tamanhos básicos, 105 e 140μ de diâmetro.
As partículas maiores estão associadas ao fotossistema I da fotossíntese e o menor ao fotossistema II da fotossíntese. Devido à presença de grana, os tilacoides são diferenciados em tilacóides e estroma de dois grânulos ou tilacóides intergranais.
O estroma granular consiste em grãos de amido e centros estroma; filamentos de DNA e ribossomos (70 S) também são espalhados pelo estroma. O DNA do cloroplasto ou ct é nu, circular ou ocasionalmente linear. A matriz de cloroplastos da planta superior pode armazenar o amido temporariamente, como grãos de amido, conhecidos como amido de assimilação.
A membrana da grana lamelar é constituída por proteínas e fosfolípidos e contém clorofila e carotenóides, que são os pigmentos fotossintéticos básicos.
Desenvolvimento de cloroplastos:
Novos cloroplastos são produzidos pela divisão de cloroplastos maduros ou desenvolvem-se de novo a partir de proplastídeos na célula. Os proplastídeos podem dar origem a outros tipos de plastídios, além dos cloroplastos. A informação genética presente no núcleo da célula e a dos cloroplastos interagem durante a diferenciação de novas organelas.
O DNA contido no próprio cloroplasto é transcrito e traduzido para formar algumas das proteínas do cloroplasto e o restante das proteínas do cloroplasto são obtidas pelo DNA nuclear após a tradução.
Funções do cloroplasto:
1. Em plantas eucarióticas, a fotossíntese ocorre em cloroplastos na presença de luz solar. Reações fotoquímicas (reações leves) da fotossíntese ocorrem na membrana tilacoide da grana, enquanto as reações bioquímicas (reações escuras) ocorrem no estroma.
2. Os cloroplastos são as máquinas naturais para a síntese de compostos orgânicos ricos em energia que fornecem alimento não apenas para as plantas, mas também para todos os seres vivos.
3. Durante o processo de fotossíntese, os cloroplastos absorvem dióxido de carbono (CO 2 ) do ambiente e liberam oxigênio (O 2 ), que é usado na respiração celular de todos os seres vivos. Assim, mantém o equilíbrio de CO 2 e O 2 no ambiente.
3. Retículo endoplasmático (ER):
Foi descoberto independentemente por Porter (1945) e Thompson (1945). O nome foi dado por Porter em 1953. O retículo endoplasmático é um sistema tridimensional, complicado e interconectado de canais revestidos por membrana que atravessam o citoplasma. Em lugares, une-se com plasma-lemma bem como o envelope nuclear. O ER altamente desenvolvido da célula muscular é chamado de 'retículo sarcoplasmático'.
O retículo endoplasmático é diferenciado em:
(a) Retículo endoplasmático rugoso ou granular; a rugosidade deve-se à presença de ribossomas ou partículas de RNP (ribonucleoproteína) e
(b) Retículo endoplasmático liso ou agranular; é suave por causa da ausência de ribossomos.
O retículo endoplasmático rugoso é bem desenvolvido nas células envolvidas, especialmente na síntese de proteínas, como as células produtoras de enzimas. Também ajuda a produzir lisossomas. A sua membrana apresenta um fino poro na área do ribossoma ligado para passar o polipéptido sintetizado para o canal do retículo endoplasmático para transporte.
O retículo endoplasmático rugoso contém dois tipos de glicoproteínas (riboforina I e riboforina II) para fixação aos ribossomos. O retículo endoplasmático rugoso é feito principalmente de cisternas. Os túbulos são muito poucos.
O retículo endoplasmático liso é encontrado em abundância nas células que sintetizam lipídios e naquelas produtoras de hormônios esteroides, como colesterol, glicéridos, testosterona e progesterona, ou naqueles que estão envolvidos no metabolismo de vitaminas, como as células epiteliais pigmentadas da retina. É principalmente feito de vesículas e túbulos. Os sphaerosomes são acreditados para originar do SER.
O pronto-socorro pode atuar como uma espécie de sistema condutor e a continuidade observada em alguns casos entre o pronto-socorro e o envelope nuclear sugere que essa propriedade é possível e pode ser um dos modos de transportar RNA e nucleo-proteínas do núcleo para o citoplasma.
Estrutura:
O retículo endoplasmático consiste de canais ou espaços revestidos por membrana que contêm um fluido chamado matriz endoplasmática. A membrana unitária do ER é semelhante à da membrana plasmática na composição química e tem 50-60A0 de espessura. O retículo endoplasmático pode existir em três formas - cisternas, vesículas e túbulos. As três formas de ER podem ocorrer na mesma célula, mas em diferentes momentos do desenvolvimento celular.
(i) Cisternas:
São partes do retículo endoplasmático, interconectadas e planas, com 40 a 50 nm de diâmetro. As cisternas são encontradas em feixes, onde elas se encontram paralelas umas às outras. Eles ocorrem nas células ativamente envolvidas na atividade sintética.
(ii) vesículas:
Eles são sacos ovais ou arredondados de 25-500 nm de diâmetro. As vesículas aparecem como pequenos vacúolos. Eles permanecem isolados no citoplasma. As vesículas também são chamadas de microssomas.
iii) Túbulos:
São extensões em forma de tubo que podem ser conectadas com cisternas ou vesículas para formar um sistema reticular. Os túbulos podem ser irregulares ou regulares, ramificados ou não ramificados com um diâmetro de 50-100 nm.
Funções:
O retículo endoplasmático ajuda muito no aumento da área de superfície para as atividades metabólicas, permitindo que a enzima atue com o substrato em maior extensão.
Funciona como citoesqueleto ou estrutura esquelética intracelular e ultra-estrutural, fornecendo suporte mecânico à matriz citoplasmática coloidal.
Grandes cavidades produzidas pelo abaulamento de ER fornecem locais de coleta para os produtos, antes de serem transportados para fora da célula. Isso contribui para a conservação de produtos metabólicos.
A membrana do retículo endoplasmático contém um número de enzimas (por exemplo, ATP-ase, redutases, desidrogenases, fosfatases) para várias atividades metabólicas e citocromos que participam do transporte de elétrons.
4. Complexo do Golgi:
O complexo de Golgi é uma complexa estrutura citoplasmática composta por sáculos ou cisternas de membranas lisas, uma rede de túbulos com vesículas e vacúolos, que participam da transformação da membrana, secreção e produção de bioquímicos complexos.
Está rodeado por um citoplasma livre de organelos denominado zona de exclusão ou substância terrestre de Golgi. Foi visto pela primeira vez por George (1867), mas é nomeado após cientista italiano Camillo Golgi, que em 1898 reconheceu o aparelho nas células nervosas da coruja de celeiro e gato.
Aparelho de Golgi ou complexo está ausente em células procarióticas (PPLO, bactérias e algas azuis-verdes). Nas células animais, ela é única ou consiste em um único complexo conectado. As duas condições são respectivamente chamadas de células localizadas (a maioria dos vertebrados) e difusas (células da maioria dos invertebrados, fígado e células nervosas dos vertebrados). Nas células vegetais, ela é formada por várias unidades não conectadas chamadas dictyosomes.
Estrutura:
A forma e o tamanho do complexo de Golgi não são fixos. Eles dependem do estado fisiológico das células. Normalmente, o complexo de Golgi é composto de quatro partes - cisternas, túbulos, vesículas e vacúolos.
As margens das cisternas são suavemente curvas e isso dá ao corpo inteiro de Golgi uma aparência curva ou semelhante a um arco; assim, a face convexa das cisternas tem a “face cis” ou “face de formação” e o lado côncavo compreende a “face trans” ou a “face de maturidade”.
As cisternas são semelhantes ao retículo endoplasmático liso na aparência e incluem um lúmen de 60-90 A que contém uma substância ou matriz fluida. A posição da face trans do corpo de Golgi é especialmente disposta dependendo do tipo de célula.
Devido à sua estreita associação morfológica e fisiológica com o retículo endoplasmático e os lisossomas, estes são por vezes referidos como os elementos da endomembrana ou sistemas vacuolares.
Às vezes as margens das cisternas são perfuradas, formando “fenestras”. O número e tamanho do corpo de Golgi varia com a atividade metabólica da célula. Durante a divisão celular, o número de corpos de Golgi aumenta à medida que estes secretam os materiais para formar a placa celular.
Funções:
1. Um número de proteínas sintetizadas pelo retículo endoplasmático rugoso é passado para os corpos de Golgi para o seu processamento final antes de serem exportados para o seu destino final. Proteínas destinadas à secreção, reparo da membrana plasmática ou sua deposição, atingem a face cis do aparelho de Golgi.
Quando nas cisternas essas proteínas são fosforiladas, glicolisadas, sulfatadas ou simplesmente processadas. A glicolização ocorre na face Trans e é aqui que as proteínas são classificadas de acordo com seu destino.
O funcionamento e eficiência do aparelho de Golgi é devido ao grupo enzimático denominado Nucleoside Diphosphatase que hidrolisa os difosfatos de uridina, guanosina e inosina.
2. Em oócitos de animais, o aparelho de Golgi funciona como o centro em torno do qual a gema é depositada, sendo o processo denominado vitelogênese.
3. A maior parte do carboidrato complexo, além do glicogênio e do amido, é sintetizada dentro do complexo de Golgi, por exemplo, mucopolissacarídeos, ácido hialurônico, hemicelulose, etc.
Lisossomos:
Eles foram descobertos acidentalmente por Christian de Duve em 1955. Os organelos foram observados ao microscópio eletrônico por Novikoff (1956). Ele também cunhou o termo Lisossomos (Gk. Lise - digestivo ou frouxo, soma corpo) são pequenas vesículas que são limitadas por uma única membrana e contêm enzimas hidrolíticas na forma de minúsculos grânulos cristalinos ou semicristalinos de 5-8 nm. .
A membrana de camada única é composta de lipoproteína e é difícil identificar lisossomas com base no caráter morfológico. Cerca de 40 enzimas foram registradas para ocorrer nelas. Todas as enzimas não ocorrem no mesmo lisossoma, mas há diferentes conjuntos de enzimas em diferentes tipos de lisossomos.
Estes sacos de membrana são ricos em alta concentração de enzimas hidrolisando a quebra de proteínas e outros compostos bioquímicos e estes são liberados após a ruptura da membrana externa. As enzimas são fosfatase ácida, ribonuclease, B-glucoronidase e proteases. Por causa da presença dessas enzimas digestivas, os lisossomos são chamados de “sacos de suicídio”.
Outra propriedade interessante dos lisossomos, isolados das células renais, é sua capacidade de aprisionar e concentrar as proteínas estranhas injetadas, sugerindo que elas podem ajudar na digestão ou desintoxicação de materiais estranhos por pinocitose.
Ocorrência:
Os lisossomos ocorrem em todas as células animais, com exceção dos glóbulos vermelhos. Eles foram registrados em fungos, Euglena, células de ponta de raiz de milho, algodão e sementes de ervilha. Em animais, os lisossomos são abundantes em leucócitos, macrófagos, células de Kupffer e células similares com atividade fagocitária.
Formação de Lisossomas:
Acredita-se que os lisossomos sejam formados pela atividade articular do retículo endoplasmático e do complexo de Golgi. Os precursores de enzimas hidrolíticas são sintetizados principalmente no retículo endoplasmático rugoso, que os transfere para a face formadora do complexo de Golgi através de suas vesículas. No complexo de Golgi, os precursores são alterados para enzimas. Eles são então embalados em vesículas maiores, que são comprimidos como lisossomas da face de maturação.
Os lisossomos passam por vários estágios na mesma célula. O fenômeno é chamado polimorfismo ou existência de mais de uma forma morfológica. As quatro formas mais distintas de lisossomos são observadas,
1. Primários ou protolisossomos que se acredita serem derivados da face trans do complexo de Golgi.
2. Lisossomos secundários, heterolisossomos e autolisossomos: Os primeiros são formados após os lisossomos primários se fundirem com os vacúolos citoplasmáticos contendo substâncias extracelulares obtidas por qualquer forma de endocitose. Uma vez terminada a fusão, as enzimas dos lisossomos primários são liberadas nesses vacúolos chamados de "fagossomas ou endossomas".
Uma vez terminada a formação de heterolisossomos ou autolisossomos, a digestão enzimática dos conteúdos vacuolares começa e, à medida que o processo continua, torna-se difícil identificar a natureza dos lisossomos secundários e eles são chamados de vacúolos digestivos.
3. Os corpos residuais também são chamados de 'telólis : osomes' ou 'corpos densos'. Estes representam os estágios finais da quebra de material estranho ou organelas celulares pelo lisossoma. Neste ponto, há um acúmulo de material mal digerido associado à membrana.
Autólise ou Autofagia:
É auto-destruição de uma célula, tecido ou órgão com a ajuda de lisossomos. Os lisossomas que realizam autólise não envolvem as estruturas a serem decompostas. Em vez disso, eles mesmos explodem para liberar as enzimas digestivas. Autólise ocorre em tecidos submetidos a degeneração ou necrose.
6. Sphaerosomes:
Escaerossomos (= esferossomos) são pequenas organelas celulares delimitadas por uma única membrana que participam do armazenamento e da síntese de gorduras. Eles foram descobertos por Perner em 1953. Os sphaerosomes são pequenas vesículas esféricas e refratárias com diâmetro de 0, 5 a 1, 0 nm. Eles surgem do retículo endoplasmático e são circundados por uma única membrana. 98% de um sphaerosome é gordo.
Proteínas constituem os 2% restantes. Algumas proteínas são provavelmente enzimáticas e participam da síntese de gorduras. Por causa da presença de gordura, os escaerossomos podem ser vistos sob microscópio de luz após a coloração das células com os corantes Sudan e o tetróxido de ósmio.
Os esponerossomas ocorrem abundantemente nas células do endosperma das sementes oleaginosas. Os esponomasomas de alguns tecidos (por exemplo, endosperma do tabaco, ponta da raiz do milho) contêm enzimas hidrolíticas. Portanto, eles são considerados como tendo atividade lisossômica.
7. Micro-organismos ou microssomas:
Estes denotam uma variedade de pequenos componentes celulares limitados por uma única membrana e o nome é geralmente restrito a organelas possuindo flavina oxidase e catalase. Uma diferença importante entre os microrganismos dos animais e das plantas é que os microorganismos dos animais contêm urease, enquanto os microorganismos vegetais não possuem essa enzima. Microbodies são de dois tipos - peroxisomes e glioxysomes.
(i) peroxissomos (Rhodin, 1954):
Os peroxissomos são encontrados em células de plantas e animais, geralmente em estreita associação com o retículo endoplasmático, mitocôndrias e cloroplastos. Comumente eles têm um diâmetro de 0, 5-1, 0 μm. Ele contém uma variedade de enzimas para oxidar vários substratos para produzir peróxido de hidrogênio e conter alta concentração de catalase para remover o H2O2 tóxico. Os peroxissomos podem oxidar substratos como urato, aminoácidos ou glioxilato para produzir H, O2, que é imediatamente afetado pela catalase a ser reduzida a oxigênio e água. Nas folhas verdes os peroxissomos realizam fotorrespiração.
(ii) Glyoxysomes (Briedenbach, 1967):
Estes microrganismos de células armazenadoras de gordura nas sementes oleaginosas germinativas contêm enzimas do ciclo glioxilato, por exemplo, malato sintetase e isocitrato liase; Eles também contêm várias enzimas essenciais do ciclo de Krebs. Os glioxissomas geralmente estão envolvidos no metabolismo dos triglicerídeos.
Como outros microrganismos, os glioxissomas possuem uma única membrana de cobertura e uma matriz rica em enzimas com um núcleo cristalóide. Ambos os componentes fosfolipídicos e enzimas desta organela são originários do RE. A β-oxidação de ácidos graxos produz acetil-CoA, que esses corpos convertem em ácido succínico, que, por sua vez, por uma via glicolítica reversa, produz glicose. Esta capacidade de interconversão de carboidratos de gordura é peculiar apenas às plantas e não é relatada em animais.
8. Ribossomos (Partículas Palatônicas):
Os ribossomos foram descobertos por Robinson e Brown (1953) em células vegetais e Palade (1955) em células animais. Palade também cunhou o termo Ribossomo. São partículas protoplásmicas de ribonucleoproteína (RNP) nuas com um comprimento de 200-340A0 e diâmetro de 170-240 A0 que funcionam como locais para a síntese de proteínas ou polipéptidos.
Os ribossomos são conhecidos popularmente como fábricas de proteínas. Os ribossomos freqüentemente formam arranjos em espiral ou roseta com o retículo endoplasmático e não só são encontrados associados ao ER, mas também são encontrados dispersos no citoplasma, ambos os tipos variando em seus papéis na célula.
O primeiro é em abundância quando a síntese de proteína é ativa para o uso da própria célula (por exemplo, hemoglobina, enzimas, etc.) e o último quando as proteínas são exportadas para fora da célula (por exemplo, enzimas digestivas, anticorpos, etc.)
Estrutura do Ribossomo:
Cada ribossomo consiste de duas subunidades desiguais, com formato de cúpula maior e ovóide menor. A subunidade grande tem uma protuberância, uma crista e um caule. A subunidade menor possui uma plataforma, fenda, cabeça e base. Tem cerca de metade do tamanho da subunidade maior. A subunidade menor se encaixa sobre a maior em uma extremidade como uma tampa. Mg 2+ é necessário para ligar as duas subunidades.
Os ribossomos podem ocorrer em rosetas ou grupos helicoidais chamados polirribossomas ou polissomas (Gk. Poly - muitos, soma-corpo). Os ribossomos diferentes de um polyribosome unem-se com uma cadeia 10-20A 0 grossa do mRNA e formam-se durante os períodos da síntese de proteína ativa.
Dependendo do local de sua ocorrência, os ribossomos são de dois tipos, citoplasmático e organelo. Os ribossomos de organelas são encontrados em podem permanecer livres na matriz citoplasmática ou ligados ao retículo endoplasmático. Apenas os ribossomas citoplasmáticos livres ocorrem em células procarióticas. Os ribossomos ligados e organelos estão ausentes.
O tamanho dos ribossomos é determinado pelo coeficiente de sedimentação. Fig. 2.28 Poliribossomo na centrífuga. É medido como unidade Svedberg chamada S (S = 1 × 10 13 segundos). Os ribossomas citoplásmicos dos procariotas são 70 S. As duas subunidades dos ribossomas S S são 50 S (peso molecular - 1, 8 x IO6 dalton) e 30 S (peso molecular - 0, 6 x IO6 dalton). Os ribossomas citoplásmicos dos eucariotas são 80 S com as duas subunidades de 60 S e 40 S. Ocorre um túnel entre as duas subunidades para a passagem do mRNA.
A subunidade maior tem uma ranhura para empurrar o polipéptido sintetizado de novo. Existem dois locais reactivos na subunidade maior denominada local P (peptidilo ou local doador) e local A (local aminoacilo ou aceptor). Muito provavelmente, o complexo aminoacil-ARNt está ligado ao local aceitador e a cadeia peptídica transportadora de ARNt é ligada ao local peptidilo ou doador.
Os ribossomas 80 S são sintetizados no interior do nucléolo. 70 ribossomas S de procariotas são formados no citoplasma, enquanto aqueles de organelas celulares semi-autônomos são formados em sua matriz.
Composição química:
Quimicamente, um ribossomo é composto de duas partes, proteínas e RNA (rRNA). Normalmente, mais rRNA está presente nos ribossomas 70 S em comparação com a proteína (60-65: 35-40), enquanto o reverso é verdadeiro para os ribossomos 80S (40-44: 56-60). Presume-se que as moléculas de proteína e RNA sejam mantidas juntas por forças eletrostáticas formando uma ligação salina entre os grupos de fosfatos de RNA e grupos amino de proteínas ou formando um complexo de magnésio ou uma combinação de ambos.
9. Estruturas Citoesqueléticas:
São estruturas extremamente minúsculas, fibrosas e tubulares que formam o arcabouço estrutural no interior da célula. Eles ocorrem apenas em células eucarióticas. As estruturas do citoesqueleto mantêm a forma da célula e suas extensões regulam a orientação e a distribuição das organelas celulares. São de três tipos - microfilamentos, filamentos intermediários e microtúbulos.
a) Microfilamentos:
Eles são hastes cilíndricas longas, estreitas e ultramicroscópicas ou filamentos de proteínas que ocorrem em células de plantas e animais eucarióticas. Os microfilamentos são constituídos por actina que constitui 10-15% da proteína celular total.
Eles têm 6 nm de espessura e apresentam uma aparência periódica de contas devido ao arranjo helicoidal fechado de moléculas de actina globulares. Eles também podem ocorrer em feixes paralelos ou em rede frouxa e geralmente ficam na interfase sol-gel, bem como abaixo da membrana plasmática. Os microfilamentos também são conectados com fibras de fuso, retículo endoplasmático, cloroplastos etc.
Os microfilamentos são contráteis. A associação com a proteína miosina parece ser essencial para a contração de micro filamentos. As miofibrilas de fibras musculares também representam microfilamentos. Os microfilamentos formam a maquinaria contrátil da célula, como formação e retração de pseudópodes, ondulações da membrana plasmática, microvilosidades, endocitose, fluxo citoplasmático e movimento de outras organelas celulares.
b) Filamentos intermédios:
São filamentos ocos de 10 nm de espessura, que geralmente formam uma rede. Eles são de quatro tipos - filamentos de queratina - que formam tonofibrilas e queratina da pele; Neurofilamentos que formam uma rede com feixes de microtúbulos em axônios e dendrons de células nervosas; Os filamentos da glia são filamentos intermediários encontrados nos astrócitos, e filamentos heterogêneos que são filamentos intermediários encontrados nos músculos e conectados ao envelope nuclear e ao centríolo, etc.
c) Microtúbulos:
Essas organelas altamente versáteis não estão envolvidas apenas na manutenção da célula, mas também na orientação direcional do movimento dos cromossomos durante a divisão celular. Encontrados em todas as células eucarióticas, estas estão principalmente associadas a cílios, flagelos e outros órgãos semelhantes a chicotes envolvidos na locomoção.
Estes cilindros proteicos ocos não ramificados têm 200-700 A 0 de diâmetro e são constituídos por 13 microfilamentos que atravessam todo o comprimento do microtúbulo que envolve um lúmen. O principal constituinte do microtúbulo é uma glicoproteína chamada tubulina que ocorre em duas formas, α-tubulina e β-tubulina. 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.
Funções:
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.
Estrutura:
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.
Funções:
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:
uma. 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.
