Eukariote

Eukariote (Eucaryota) su jednoćelijski i višećelijski organizmi sa eukariotskim tipom građe ćelije svrstani u carstvo Eucarya.
      Primordijalna eukariotska ćelija je živela kao predator, hvatala i proždirala druge ćelije. Zato je bila neophodna fleksibilna membrana i razvijen citoskelet da je podupire i pokreće. Fragilna DNK je trebalo da se žaštiti u odvojenom kompartmentu - jedru. Usložnjavanje organizma je vodilo povećanju površine ćelijske membrane. Stoga se javljaju unutrašnje membrane, odnosno formiraju organele koje imaju određene funkcije.
      Životinjske ćelije su tipične eukariotske ćelije. Za razliku od eukariotskih ćelija biljaka i gljiva, životinjske ćelije nemaju ćelijski zid. Ova funkcija je izgubljena davno u prošlosti na jednom jednoćelijskom organizmu koji je dao povod za carstvo Životinja. Većina ćelija i biljnog i životinjskog porekla ima veličinu u rasponu od 1 do 100 mikrometara te su vidljive samo pomoću mikroskopa. Nedostatak krutog ćelijskog zida kod životinja dozvolio je da se razvije veća raznolikost tipova ćelija, tkiva i organa.
     Životinjsko carstvo je jedinstveno među eukariotskim organizmima po prisustvu proteina kolagena u ekstracelularnom matriksu,koji povezuje većinu životinjskih ćelija. Kolagen čini čak 25% svih proteina organizma sisara. Stvara se u cisternama granulisanog endoplazmatičnog retikuluma kao prokolagen. Kod biljaka tu ulogu vrši pektin.Činjenica da nema drugih organizama koji sadrže kolagen jedan je od pokazatelja da sve životinje potiču od zajedničkog pretka.

Posmatrajmo ćeliju kao jednu fabriku

Ćelijska membrana (plazma membrana)

Membrana je u eukariotskoj ćeliji prisutna na površini ćelije i u njenoj unutrašnjosti gde ograničava pojedine organele. Ove membrane obezbeduju uslove za odvijanje svih životnih procesa i održavanje razlike izmedu unutarćelijske i vanćelijske sredine. Istovremeno plazma membrana uspostavlja kontakte sa drugim ćelijama i vanćelijskom sredinom i razmenjuje materije sa njima. U prokariotskoj ćeliji membrana se nalazi samo kao spoljašnji omotač ćelije, odnosno, ne obrazuje se sistem unutrašnjih membrana, kao u eukariotskoj ćeliji. Ćelijska membrana je tanak (7,5 - 10nm), metabolički aktivan omotač koji odvaja citoplazmu od ekstracelularnog prostora. Posmatrana TEM-om (Transmisioni Elektronski Mikroskop) membrana se vidi kao troslojna struktura, sa dva tamna sloja izmedu kojih je jedan svetao sloj. Plazmalema ima složenu i dinamičnu molekulsku organizaciju i brojne funkcije. Ona je vrlo selektivan filter koji reguliše transport materija u ćeliju i iz ćelije. Liposolubilne materije lako prolaze kroz membranu rastvarajući se u njenim lipidima, a hidrosolubilne materije prolaze uz pomoć membranskih proteina, jonskih kanala i nosača (za taj transport se koristi ili gradijent koncentracije ili metabolička energija). Svojim transportnim sistemima membrana istovremeno reguliše sastav citoplazme i ekstracelularne tečnosti koja okružuje ćeliju. Poseduje specijalizovane delove za prepoznavanje, povezivanje i komunikaciju sa susednim ćelijama, osim njih, ćelija ima hormonske, imune i druge receptore.

Struktura membrane

Osnovu strukture svih membrana ćelije čini kontinuirani fosfolipidni dvosloj koji je relativno nepropustljiv za vodene rastvore. Osim fosfolipida (precizniji naziv: fosfogliceridi), u sastavu membrane su još i holesterol, glikolipidi i proteini. Molekuli fosfolipida se sastoje iz polarne (hidrofilne) glave i nepolarnog (hidrofobnog) repa. Kada se nađu u vodi, spontano stvaraju dvoslojeve koji zatvaraju vezikule, lipozome. U molekulu fosfolipida, masne kiseline imaju paran broj ugljenikovih atoma. Jedna je uvek zasićena, a druga nezasićena masna kiselina. U membrani, molekuli fosfolipida su hidrofilnim krajevima okrenuti prema njenim spoljnim površinama, a hidrofobnim prema unutrašnjosti membrane. Lateralna pokretljivost molekula fosfolipida i drugih molekula membrane, predstavlja osnovnu dinamičnost membrane, odnosno njene fluidnosti u nivou jedne ravni, dok su različiti proteini mozaično rasporedeni u njoj. Zato se ovakva struktura membrane naziva modelom fluidnog mozaika. U membranama su najviše zastupljene četiri vrste fosfolipida: fosfatidilholin, fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin i sfingomijelin. Molekuli holesterola se nalaze izmedu molekula fosfolipida, a njihova funkcija je da ograničavaju kretanje fosfolipida i da povećaju stabilnost membrane. Glikolipidi se nalaze samo u spoljnom sloju fosfolipida, odnosno sloju lipida koji nije okrenut prema citosolu.

Transport kroz membranu

Postoje dve osnovne vrste: pasivan i aktivan transport. Pri pasivnom transportu materije se kreću iz sredine sa većom u sredinu sa manjom koncentracijom [niz hemijski gradijent], pri čemu se energija ne troši. Oblici pasivnog transporta su osmoza, difuzija i olakšana difuzija. Aktivan transport se vrši kroz ćelijsku membranu nasuprot hemijskom gradijentu – materije se transportuju iz sredine sa manjom u sredinu sa većom koncentracijom, pomoću proteina nosača i uz utrošak energije. Energija za odvijanje aktivnog transporta dobija se hidrolizom ATP-a u ADP. Proteini nosači rade kao pumpe i kao enzimi ATP - aze [adenozin trifosfataze] jer katalizuju razlaganje ATP -a. Najbolje proučena je Na - K pumpa koja nasuprot hemijskom gradijentu, aktivno ispumpava jone Na+ iz ćelije, a upumpava jone K+ u ćeliju. Natrijum - kalijum pumpa ima glavnu ulogu u stvaranju membranskog potencijala životinjskih ćelija.

Endocitoza i egzocitoza

Makromolekuli kao što su proteini, polisaharidi, polinukleotidi ili čak čitave ćelije [npr. bakterije] ne mogu prolaziti kroz membranu ni jednim od do sada navedenih tipova transporta. Unošenje i izlucivanje velikih molekula obavlja se aktivnim ucešćem ćelijske membrane pri čemu ona obrazuje vezikule, a procesi se nazivaju endocitoza i egzocitoza. Proces unošenja makromolekula i rastvora naziva se endocitoza , dok se izbacivanje specifičnih proizvoda ćelije ili nekih drugih materija u vanćelijsku sredinu naziva egzocitoza. Endocitoza obuhvata dva procesa: fagocitozu i pinocitozu. Unošenje krupnih cestica je fagocitoza [grc. phagein = jesti], a rastvorenih materija je pinocitoza [grc. pino = piti].

Ćelijske organele - unutrašnje membrane

U odnosu na zapreminu eukariotske ćelije, plazma membrana na površini ćelije je suviše male površine za smeštaj enzima neophodnih za obavljanje svih životnih funkcija. Usled toga se u unutrašnjosti ćelije obrazuje čitav sistem membrana koje dele ćeliju na odeljke za obavljanje različitih funkcija. Ti odeljci su ćelijske organele koje se karakterišu specifičnom ultrastrukturom, funkcijom i enzimskim sadržajem. Veći broj organela je zaodenut sopstvenom membranom (jednostrukom ili dvostrukom) i to su membranske organele (mitohondrije, ER, Goldžijev aparat, lizozomi i peroksizomi), dok ostale organele (ribozomi, centrioli i elementi citoskeleta), nemaju membranski omotač i spadaju u nemembranske organele.Citoplazmine organele se mogu grupisati prema srodnosti njihovih funkcija u ćeliji na one koje učestvuju u procesima sinteze i na one u kojima se skladište hidrolitički enzimi.

 Organele koje učestvuju u procesima sinteze:

- Ribozomi su jedine organele prisutne i u prokariotskoj i u eukariotskoj ćeliji. Građeni su od dve subjedinice velike i male. Kada se povežu sa molekulom i-RNK sintetišu protein. Povezivanjem većeg broja ribozoma sa i-RNK nastaje polizom.

- Endoplazmatični retikulum -ER predstvlja mrežu membrana koje se prostire kroz čitavu ćeliju. Osnovna uloga ove organele je sinteza i transport materija kroz ćeliju. Razlikuju se dve vrste granularni i agranularni. Granularni ER na membranama nosi ribozome pa se u njemu sintetišu proteini. Agranularni ER nema ribozome i u njemu se sintetišu lipidi i njihovi derivati

- Goldžijev aparat se sastoji iz spljoštenih paralelno postavljenih krupnih vezikula, kao naslagani tanjiri, od kojih se odvajaju sitnije vezikule koje sadrže proizvod lučenja ove organele. Uloga mu je u dozrevanju, obeležavanju i usmeravanju kretanja molekula ka tačnom odredištu u ćeliji: ka lizozomima, van ćelije (sekretorna uloga), ka ćelijskoj membrani.

 

 Organele u kojima se skladište hidrolitički enzimi:

- Lizozomi imaju oblik kesica obavijenih jednostrukom membranom. Ispunjeni su mnogobrojnim hidrolitičkim enzimima pa se nazivaju ''organele za varenje''. U njima se mogu razložiti različite materije, strane materije ili čak čitave ćelije (npr. bakterije), delovi sopstvene ćelije a u određenim uslovima i čitava ćelija (''kese samoubice'').

- Peroksizomi su male vezikule okružene jednostrukom membranom . Sadrže enzime za oksidaciju masnih kiselina i aminokiselina, pri čemu se kao sporedan proizvod javlja vodonik-peroksid. Peroksizomima, koji su svojstveni životinjskim ćelijama, odgovaraju glioksizomi u biljnim ćelijama, mada ih dosta citologa smatra jednom te istom organelom. Oksizomi se nalaze u semenima koja su bogata uljima i omogućavaju rast klice tako što joj obezbeđuju energiju razgradnjom masnih kiselina

- Vakuole je karakteristična samo za biljne ćelije. Ima ulogu biljnih lizozoma i daje čvrstinu ćeliji. Njena membrana se naziva tonoplast.

      

 Organele u kojima se sintetiše ATP:

- Mitohondrije su organele sa najvećom količinom membrana. Njihov sadržaj je obavijen dvema membranama - spoljašnjom i unutrašnjom, između kojih se nalazi međuprostor. Spoljašnja membrana je glatka i u kontaktu je sa citoplazmom. Unutrašnja membrana gradi mnoge uvrate označene kao kriste na kojima se nalaze enzimi respiratornog lanca. U mitohondrijalnom matriksu nalaze se ribozomi [70S] i mitohondrijalna DNK (prstenastog oblika). U procesu ćelijskog disanja razlažu se organske materije do krajnjih proizvoda CO2 i H2O i oslobađa se energija u vidu molekula ATP-a. Odvija se kroz dve faze: glikolizu (u citoplazmi u odsustvu O2) i Krebsov ciklus (u mitohondrijama, u prisustvu O2). Osnovni izvor energije u životinjskim ćelijama je glikoza. Razlaganjem 1 mol glikoze kroz obe faze oslobodi se 38mol ATP-a.

- Hloroplasti su prisutni samo u biljnoj ćeliji. Razlikuju se tri vrste hromoplasti, hloroplasti i leukoplasti [bez pigmenta, u njima se magacioniraju hranljive materije]. Hloroplasti su i po gradi i po funkciji slični mitohondrijama. Hloroplasti sadrže pigment hlorofil i u njima se odvija proces fotosinteze. Fotosinteza predstavlja proces kojim se pomocu hlorofila apsorbuje sunčeva svetlost i pretvara u hemijsku energiju [ATP] a zatim se ta energija koristi za sintezu organskih materija iz neorganskih [CO2 i H2O].

Ovom podelom nisu obuhvaćeni jedro u kome su smešteni hromozomi (geni) i centrozomi koji učestvuju u deobi.

Par centriola međusobno povezanih i postavljenih pod pravim uglom, grade strukture zvane centrosom. Centriole predstavljaju šuplje cilindre dijametra 150 nm i 300-500 nm dužine. Karakteristične su za životinjsku ćeliju.

- Najupadljivija, organela eukariotskih ćelija je jedro. Sam latinski naziv - nucleus (jezgro), govori o značaju jedra za ćeliju. U njemu se nalazi DNK (geni) u kojoj je zapisano sve ono što ćelija treba da uradi da bi se održala u životu i prilagodila na promene u okolini. Jedro reguliše (upravlja) sve procese u ćeliji, u njemu se obavlja i sinteza DNK (replikacija) i svih vrsta RNK (transkripcija).    Jedro se sastoji od jedrove opne (nuklearnog ovoja) i jedrovog soka (nukleoplazme). Nuklearni omotač je izgrađen od dve membrane : spoljašnje i unutrašnje između kojih se nalazi perinuklearni prostor. Nuklearni omotač sadrži otvore (nuklearne pore) preko kojih se obavlja razmena materija između nukleoplazme i citoplazme ćelije. Nukleoplazma je unutrašnjost jedra odvojena od citoplazme unutrašnjom jedrovom membranom. U nukleoplazmi se nalaze hromozomi - hromatin i jedarce (nukleolus).

Hromatin

- Hromatin se uočava u interfaznom jedru (to je jedro ćelije koja nije u deobi, već se nalazi u tzv. interfazi). On je u obliku hromatinskih vlakana koja se, kada se obrade određenim enzimima, vide kao niska perli. Tokom ćelijske deobe dolazi do kondezovanja hromatinskih vlakana tako da ona postaju samostalna telašca - hromozomi. Naziv hromatina (hromozoma) potiče od grc. chromos što znaći boja, odnosno, lepo se boji odredenim baznim bojama. Hromatin se sastoji od DNK, male količine RNK i dve vrste proteina: histona i nehistonskih proteiona. Na sledećim slikama možete videti način kondenzacije hromatinskih vlakana.

Hromozomi

Hromozomi su telašca karakterističnog oblika koja se u jedru mogu uočiti za vreme deobe. Najbolje se uočavaju za vreme metafaze mitoze pa se tada i izučavaju i nazivaju metafazni hromozomi. Broj hromozoma je stalan i karakteristican za svaku biološku vrstu i naziva se kariotip.    Telesne (somatske) ćelije imaju diploidan (grc. diploos = dvostruk) broj hromozoma (obeležava se kao 2n). Telesna ćelija čoveka ima 46 hromozoma ili dve garniture po 23 hromozoma, pri čemu jedna garnitura potiče od majke, a druga od oca pa se tako obrazuje 23 para homologih hromozoma.
   Polne ćelije ili gameti (kod čoveka su to spermatozoidi i jajna ćelija) sadrže upola manji broj hromozoma u odnosu na telesne ćelije, nazvan haploidan (grc. haploos = jednostruk) - obeležen kao n. Ako telesna ćelija ima dve, onda ce polna ćelija imati jednu garnituru hromozoma. Broj hromozoma u polnim ćelijama čoveka je 23.
   Svaki metafazni hromozom se sastoji od dve sestrinske hromatide i centromere (primarnog suženja). Ove delove sadrže svi hromozomi, dok se samo kod nekih javlja i sekundarno suženje.