Des études expérimentales modernes ont établi que la cellule est l'unité structurelle et fonctionnelle la plus complexe de presque tous les organismes vivants, à l'exception des virus, qui sont des formes de vie non cellulaires. La cytologie étudie la structure, ainsi que l'activité vitale de la cellule: respiration, nutrition, reproduction, croissance. Ces processus seront examinés dans cet article.
Structure cellulaire
À l'aide d'un microscope optique et électronique, les biologistes ont établi que les cellules végétales et animales contiennent un appareil de surface (complexes supra-membranaires et sous-membranaires), un cytoplasme et des organites. Dans les cellules animales, un glycocalyx est situé au-dessus de la membrane, qui contient des enzymes et fournit la nutrition à la cellule en dehors du cytoplasme. Dans les cellules végétales, les procaryotes (bactéries et cyanobactéries), ainsi que les champignons, une paroi cellulaire se forme au-dessus de la membrane, qui est constituée de cellulose, de lignine ou de muréine.
Le noyau est un organite essentieleucaryotes. Il contient du matériel héréditaire - l'ADN, qui ressemble à des chromosomes. Les bactéries et les cyanobactéries contiennent un nucléoïde qui agit comme un transporteur d'acide désoxyribonucléique. Tous remplissent des fonctions strictement spécifiques qui déterminent les processus cellulaires métaboliques.
Qu'entend-on par nutrition cellulaire
Les manifestations vitales d'une cellule ne sont rien d'autre que le transfert d'énergie et sa transformation d'une forme à une autre (selon la première loi de la thermodynamique). L'énergie trouvée dans les nutriments à l'état latent, c'est-à-dire lié, passe dans les molécules d'ATP. A la question de savoir ce qu'est la nutrition cellulaire en biologie, il y a une réponse qui tient compte des postulats suivants:
- La cellule, étant un biosystème ouvert, nécessite un apport constant d'énergie de l'environnement extérieur.
- Substances organiques nécessaires à la nutrition, la cellule peut se procurer de deux manières:
a) du milieu intercellulaire, sous forme de composés prêts à l'emploi;
b) synthétisant indépendamment des protéines, des glucides et des graisses à partir de dioxyde de carbone, d'ammoniac, etc.
Par conséquent, tous les organismes sont divisés en hétérotrophes et autotrophes, dont les caractéristiques métaboliques sont étudiées par la biochimie.
Métabolisme et énergie
Les substances organiques entrant dans la cellule subissent une division, à la suite de quoi de l'énergie est libérée sous la forme de molécules d'ATP ou de NADP-H2. L'ensemble des réactions d'assimilation et de dissimilation est le métabolisme. Ci-dessous, nous examinerons les étapes du métabolisme énergétique qui alimentent les cellules hétérotrophes. Premières protéines, glucides et lipidessont décomposés en leurs monomères: acides aminés, glucose, glycérol et acides gras. Ensuite, lors de la digestion sans oxygène, ils subissent une décomposition supplémentaire (digestion anaérobie).
De cette façon, les parasites intracellulaires sont nourris: rickettsies, chlamydia et bactéries pathogènes, comme le clostridium. Les champignons de levure unicellulaires décomposent le glucose en alcool éthylique, les bactéries lactiques en acide lactique. Ainsi, glycolyse, alcool, butyrique, fermentation lactique sont des exemples de nutrition cellulaire due à la digestion anaérobie chez les hétérotrophes.
Autotrophie et caractéristiques des processus métaboliques
Pour les organismes vivant sur Terre, la principale source d'énergie est le Soleil. Grâce à lui, les besoins des habitants de notre planète sont satisfaits. Certains d'entre eux synthétisent des nutriments grâce à l'énergie lumineuse, ils sont appelés phototrophes. D'autres - avec l'aide de l'énergie des réactions redox, ils sont appelés chimiotrophes. Chez les algues unicellulaires, la nutrition de la cellule, dont la photo est présentée ci-dessous, est réalisée par photosynthèse.
Les plantes vertes contiennent de la chlorophylle, qui fait partie des chloroplastes. Il joue le rôle d'une antenne qui capte les quanta de lumière. Dans les phases claires et sombres de la photosynthèse, des réactions enzymatiques se produisent (le cycle de Calvin), qui aboutissent à la formation de toutes les substances organiques utilisées pour la nutrition à partir du dioxyde de carbone. Par conséquent, la cellule, qui se nourriten raison de l'utilisation de l'énergie lumineuse, est appelé autotrophe ou phototrophe.
Les organismes unicellulaires, appelés chimiosynthétiques, utilisent l'énergie libérée à la suite de réactions chimiques pour former des substances organiques, par exemple, les bactéries du fer oxydent les composés ferreux en fer ferrique, et l'énergie libérée va à la synthèse du glucose molécules.
Ainsi, les organismes photo-synthétiques captent l'énergie lumineuse et la convertissent en énergie de liaisons covalentes de mono- et polysaccharides. Ensuite, le long des maillons des chaînes alimentaires, l'énergie est transférée aux cellules des organismes hétérotrophes. Autrement dit, grâce à la photosynthèse, tous les éléments structuraux de la biosphère existent. On peut dire qu'une cellule, dont la nutrition se fait de manière autotrophe, « se nourrit » non seulement d'elle-même, mais aussi de tout ce qui vit sur la planète Terre.
Comment se nourrissent les organismes hétérotrophes
Une cellule dont la nutrition dépend de l'apport de substances organiques provenant du milieu extérieur est dite hétérotrophe. Des organismes tels que les champignons, les animaux, les humains et les bactéries parasites décomposent les glucides, les protéines et les graisses à l'aide d'enzymes digestives.
Ensuite, les monomères résultants sont absorbés par la cellule et utilisés par celle-ci pour construire leurs organites et leur vie. Les nutriments dissous pénètrent dans la cellule par pinocytose, tandis que les particules alimentaires solides pénètrent dans la cellule par phagocytose. Les organismes hétérotrophes peuvent être divisés en saprotrophes et en parasites. Les premiers (par exemple, les bactéries du sol, les champignons, certains insectes) se nourrissent de matière organique morte, les seconds (bactéries pathogènes, helminthes, champignons parasites) se nourrissent de cellules et de tissus d'organismes vivants.
Mixotrophes, leur distribution dans la nature
Le type de nutrition mixte dans la nature est assez rare et constitue une forme d'adaptation (idioadaptation) à divers facteurs environnementaux. La condition principale de la mixotrophie est la présence dans la cellule à la fois d'organites contenant de la chlorophylle pour la photosynthèse et d'un système d'enzymes qui décomposent les nutriments prêts à l'emploi provenant de l'environnement. Par exemple, l'animal unicellulaire Euglena green contient des chromatophores avec de la chlorophylle dans l'hyaloplasme.
Lorsque le réservoir dans lequel vit l'euglène est bien éclairé, il se nourrit comme une plante, c'est-à-dire de manière autotrophe, grâce à la photosynthèse. En conséquence, le glucose est synthétisé à partir du dioxyde de carbone, que la cellule utilise comme nourriture. Euglena se nourrit de manière hétérotrophe la nuit, décomposant la matière organique à l'aide d'enzymes situées dans les vacuoles digestives. Ainsi, les scientifiques considèrent la nutrition mixotrophique de la cellule comme la preuve de l'unité d'origine des plantes et des animaux.
La croissance cellulaire et sa relation avec le trophisme
Une augmentation de la longueur, de la masse et du volume de l'organisme entier et de ses organes et tissus individuels est appelée croissance. C'est impossible sans un apport constant de nutriments aux cellules, qui servent de matériau de construction. Pour obtenir une réponse à la question de savoir comment une cellule se développe, dont la nutritionse produit de manière autotrophe, il est nécessaire de préciser s'il s'agit d'un organisme indépendant ou s'il fait partie d'un individu multicellulaire en tant qu'unité structurelle. Dans le premier cas, la croissance s'effectuera pendant l'interphase du cycle cellulaire. Les processus d'échange plastique s'y déroulent intensément. La nutrition des organismes hétérotrophes est corrélée à la présence de nourriture provenant du milieu extérieur. La croissance d'un organisme multicellulaire est due à l'activation de la biosynthèse dans les tissus éducatifs, ainsi qu'à la prédominance des réactions anaboliques sur les processus de catabolisme.
Le rôle de l'oxygène dans la nutrition des cellules hétérotrophes
Organismes aérobies: certaines bactéries, champignons, animaux et humains utilisent l'oxygène pour décomposer complètement les nutriments comme le glucose en dioxyde de carbone et en eau (le cycle de Krebs). Il se produit dans la matrice des mitochondries contenant le système enzymatique H + -ATP-ase, qui synthétise les molécules d'ATP à partir de l'ADP. Chez les organismes procaryotes tels que les bactéries aérobies et les cyanobactéries, l'étape de dissimilation de l'oxygène se produit au niveau de la membrane plasmique des cellules.
Nutrition spécifique des gamètes
En biologie moléculaire et en cytologie, la nutrition cellulaire peut être brièvement décrite comme le processus par lequel les nutriments y pénètrent, leur division et la synthèse d'une certaine partie de l'énergie sous forme de molécules d'ATP. Le trophisme des gamètes: ovules et spermatozoïdes présente certaines caractéristiques associées à la haute spécificité de leurs fonctions. Cela est particulièrement vrai de la cellule germinale femelle, qui est obligée d'accumuler une grande quantité de nutriments, principalement sous forme dejaune.
Après la fécondation, elle les utilisera pour écraser et former un embryon. Les spermatozoïdes en cours de maturation (spermatogenèse) reçoivent des substances organiques des cellules de Sertoli situées dans les tubules séminifères. Ainsi, les deux types de gamètes ont un haut niveau de métabolisme, ce qui est possible grâce au trophisme cellulaire actif.
Le rôle de la nutrition minérale
Les processus métaboliques sont impossibles sans l'afflux de cations et d'anions qui font partie des sels minéraux. Par exemple, les ions magnésium sont nécessaires à la photosynthèse, les ions potassium et calcium sont nécessaires au fonctionnement des systèmes enzymatiques mitochondriaux, et la présence d'ions sodium, ainsi que d'anions carbonate, est nécessaire pour maintenir les propriétés tampons de l'hyaloplasme. Les solutions de sels minéraux pénètrent dans la cellule par pinocytose ou diffusion à travers la membrane cellulaire. La nutrition minérale est inhérente aux cellules autotrophes et hétérotrophes.
En résumé, nous sommes convaincus que l'importance de la nutrition cellulaire est vraiment grande, car ce processus conduit à la formation de matériaux de construction (glucides, protéines et graisses) à partir du dioxyde de carbone dans les organismes autotrophes. Les cellules hétérotrophes se nourrissent de substances organiques formées à la suite de l'activité vitale des autotrophes. Ils utilisent l'énergie reçue pour la reproduction, la croissance, le mouvement et d'autres processus vitaux.
