Komponenter av levande cell och deras funktioner
Läs den här artikeln för att lära dig om komponenterna i levande celler och deras funktioner!
Strukturell organisation av cellen:
Cell är en enhet med biologisk struktur och aktivitet. Den består av en organiserad massa protoplasma omgiven av ett skyddande och selektivt permeabelt täckande kallat plasmamembran.
Protoplasma hos en cell kallas protoplast (Hanstein, 1880). Det är tillverkat av plasma-lemma, cytoplasma, vakuoler och kärnor. I växtceller, svampar, bakterier och cyanobakterier är en cell också omgiven av en cellvägg.
Cell är en enhet med biologisk struktur och aktivitet. Den består av en organiserad massa protoplasma omgiven av ett skyddande och selektivt permeabelt täckande kallat plasmamembran. Protoplasma hos en cell kallas protoplast (Hanstein, 1880). Det är tillverkat av plasma-lemma, cytoplasma, vakuoler och kärnor. I växtceller, svampar, bakterier och cyanobakterier är en cell också omgiven av en cellvägg.
[I] Protoplasm:
Protoplasm beskrivs som den "levande fysiska grunden för livet" av Thomas Huxley (1868), eftersom alla levande varelser är själva protoplasmens verksamhet. Det är det enda ämnet som är utrustad med livet och därför anses växter och djur som innehåller detta ämne i kroppen anses vara levande. När protoplasmen dör, upphör cellen att utföra någon funktion för växterna eller djuret, som då som helhet blir inert och dött.
Fysiska egenskaper hos protoplasma:
På grundval av mikroskopiska studier framträder protoplasma som en klar, färglös, geléliknande gelatinös substans. Det är en vattnig lösning av mycket små granuler och globuler av olika (ämnen på grund av detta verkar vara viskösa, elastiska och granulära).
I sitt aktiva tillstånd förblir protoplasmen mättad med vatten vilket utgör 75-90 procent av innehållet. Protoplasma koagulerar vid uppvärmning, och när den dödas förlorar den sin genomskinlighet. Den reagerar på olika externa stimuli, t.ex. elektrisk stötar och kemikalier.
Protoplasm är semipermeabel i naturen och denna egenskap går förlorad när protoplasmen dödas. Under normala förhållanden är protoplasmen hos en levande cell i ett tillstånd av långsam men konstant rörelse. I många fall visar det emellertid olika rörelser av olika slag.
Nakna massor av protoplasma, visar två slags rörelse-ciliary (simning av fri, minut, protoplasmiska kroppar som zoosporer av många alger och svampar med hjälp av cilia eller flagella) och amoeboid (krypande rörelse med hjälp av pseudopodier som i Amoeba). Protoplasmen, omsluten av en cellvägg, visar en strömmande rörelse inom den, som kallas cyclosis.
Cyclosis är av två sorters rotation (protoplasmen rör sig runt en vakuol i en cell i ena riktningen, antingen klockvis eller moturs, t.ex. bladceller av Hydrilla eller Vallisneria och cirkulation (protoplasmen rör sig i olika riktningar runt olika vacuoler inuti en cell som i stamhår av Tradescantia).
Protoplasm är ett komplext polyfasiskt kolloidalt system. Protoplasmens viktigaste fysiska egenskap är dess kolloidala natur, som den bär mest av dess egenskaper.
Kemisk komposition av protoplasma:
Aktiv protoplasma innehåller en hög procentandel vatten (75-90%) och förblir mättad med den. Att lämna ut detta vatten innehåller protoplasmens fasta ämne följande: proteiner-40-60%.
Fettsubstanser (äkta fetter och lipider, särskilt lecitin) -12-14%; kolhydrater-12-14% och oorganiska salter 5-7%. Analys av den döda protoplasmen avslöjar en lång lista över element som finns i den.
Av dessa syre (O) ca 65%, kol (C) ca 18, 3%, väte (H) ca 11% och kväve (N) ca 2, 5% är mest iögonfallande. Andra ämnen som utgör de resterande 3% inkluderar klor (CI), svavel (S), fosfor (P), kisel (Si), kalcium (Ca), mangan (Mn) etc.
Förutom de ovan nämnda kemikalierna finns också olika typer av pigment, latex, vitaminer, tillväxtregulatorer, enzymer och alkaloider i protoplasma och spelar specifika roller i cellen.
Protoplasm har två huvuddelar
1. Cytoplasma
2. Nucleus
Den yttersta delen av cytoplasman består av ett membran som kallas plasma-lemma eller plasmamembran i djur- och växtceller. I växtceller skyddas plasmamembranet från utsidan av en tjock cellvägg.
[II] Cellvägg:
Cellväggen är en icke-levande systemkännetecken för växtceller. Undantagsvis har gameterna av vissa lägre växter och plasmodiet av vissa svampar inte cellväggar. Endast när cellväggen är i kontakt med den levande protoplast som bildade den, är den kapabel att växa och så kan inte sägas vara oberoende av protoplasten.
Cellväggen består av tre delar:
1. Middle lamella:
Det är en tunn, amorf, bildar den intercellulära substansen och hjälper till att hålla ihop de primära väggarna i intilliggande celler. Mellanlamell är frånvarande på ytan av ytan. Den består av kalcium- och magnesiumpektater. Mellanlamell kan lösas av olika ämnen, inklusive pektinas och Jeffery's fluid. Det är optiskt isotropiskt.
2. Den primära väggen:
Det är det första som bildas av cellen och avsätts på vardera sidan av mellersta lamellen i angränsande celler. Det är optiskt anisotropiskt och består kemiskt av cellulosa, pektikum, hemicellulosa och någon annan polysackarid. Alla levande celler har primära väggar. Eftersom den primära väggen deponeras mycket tidigt i cellens ontogeni utsätts den för avsevärd stress under den efterföljande tillväxten av cellen.
Det växer inte bara i linjär dimension utan även i tjocklek. Således har den primära cellväggen både plasticitet och elasticitet. I vissa fall är tillväxten av tjockleken hos den primära väggen reversibel i motsats till den sekundära väggens irreversibla natur.
Primärväggen består av ett antal mikrofibriller inbäddade i den amorfa geliknande matrisen eller grundämnet. I de flesta växter bildas mikrofibrillerna av cellulosa. De är 1 gjorda av en polymer av acetylglukosamin eller svampcellulosa i många svampar. Mikrofibriller orienteras olika beroende på formen och förtjockningen av väggen. Vanligtvis ordnas de i ett löst nätverk.
3. Sekundär vägg:
Det produceras i vissa mogna celler när den senare har slutat tillväxt, t ex trakea, kärlelement, fibrer, collenchyma. Sekundär väggen läggs in i den primära väggen genom att sätta på eller avlägga material över ytan av befintlig struktur. Den är tjock (3-10 μm) och består av minst tre lager, ibland mer (t.ex. latexrör av Euphorbia milli).
De kallas S1, S2, S3, Sx etc. Det inre skiktet i sekundärväggen är ibland distinkt både kemiskt och i färgningsegenskaper på grund av närvaron av xylaner. Det kallas då tertiär vägg, t.ex. spänningsträ i gymnospermer. Sekundärväggen kan vara frånvarande, oregelbundet avsatt eller formad enhetligt i cellerna. Detta resulterar i differentiering av celler-parenkym, collenkym, sclerenchym, trakeider och kärl.
Sammansättningen av sekundärväggen är i grunden lik den primära väggen med att ha cellulosamikrofibriller inbäddade i en matris av pektin och hemicellulosa. Cellulosa mikrofibriller i sekundärväggen ligger nära, parallella och i vinkel mot cellens längdaxel.
Ett antal olika material kan deponeras i väggen, såsom lignin, suberin och cutin. Andra ämnen som kan deponeras i cellväggen är kiseldioxid (t.ex. gräs), mineraler, vaxer, tanniner, hartser, gummin etc.
Kemisk sammansättning av cellväggen:
Cellvägg av andra växter än svampar består av cellulosa-en polysackarid. Dess formel är ( C6HJ0O5 ) n. Förutom cellulosa kan vissa pektiska ämnen, hemicellulosa och andra polysackarider också finnas närvarande. Middle lamella är gjord av kalciumpektat och magnesiumpektat. Primär- och sekundärväggar består vanligtvis av cellulosa, även om vissa andra ämnen också kan vara närvarande.
Molekylär och makromolekylär arrangemang av cellulosa i cellväggen:
Cellulosa, en lång rak kedjepolymer av d-glukos, utgör en bra del av cellväggens skelett. Cirka 100 långa kedjor av cellulosa utgör en elementär fibril eller micelle. Cirka 20 elementära fibriller utgör en mikrofibril.
Mellanrummen mellan mikrofibrillerna är fyllda med vatten, pektiska ämnen, hemicelluloser i primärväggarna och lignin, cutin, suberin etc. i sekundärväggarna. Cirka 250 mikrofibriller gör en fibril.
Plamodesmata:
Plasmodesmata (singular-plasmodesma; Tangl, 1879; Strasburger, 1901) är cytoplasmatiska broar mellan intilliggande växtceller som utvecklas i minutens porer i deras väggar. De bildar ett protoplasmiskt kontinuum kallat symplast.
Olika ämnen kan passera från en cell till en annan genom plasmodesmata. En plasmodesma består av en kanal fodrad av plasmamembran och har en enkel eller grenad tubulat som är känd som desmotubule. Desmotubule är en förlängning av endoplasmatisk retikulum.
gropar:
Gruvor är otunna områden i växtcellernas sekundära väggar. De förefaller därför som depression. Pits förekommer vanligtvis i par på väggen av två intilliggande celler. En grop har en hålrum eller gropkammare och ett gropmembran. Hålmembranet består av primärvägg och mellersta lamell.
Pits är av två typer, enkla och gränsade. Enkel grop har likformig bredd på gropkammaren. I gränsöverskridande grop är gropkammaren kolvformad eftersom sekundärväggen ökar sin mun.
Pits membran är permeabel. Det kan ha små submikroskopiska porer. Därför bidrar groparna i snabb translokation mellan två intilliggande celler.
Cellväggens funktioner:
Det utför ett antal funktioner:
(i) Skyddar protoplasmen mot mekanisk skada.
(ii) Skyddar cellen från attack av patogener.
(iii) Ger styvhet till cellen.
(iv) Ger form till cellen och motverkar osmotiskt tryck
(v) Ger styrka till markplanterna för att motstå gravitationskrafter.
(vi) Genom sin tillväxt hjälper väggen vid cellutbyggnad.
(vii) Beroende på celltyp kan dess vägg vara permeabel eller ogenomtränglig. Även den genomträngliga väggen utövar viss lagstiftningseffekt på transporten av ämnen in i och ut ur cellen.
(viii) Pits närvarande i väggen hjälper till att producera ett protoplasmiskt kontinuum eller symplast bland celler.
(ix) Cutin och suberin i cellväggen minskar förlusten av vatten genom transpiration.
(x) Väggar av siktrör, trake och fartyg är specialiserade på långdistanstransporter.
[III] cytoplasma:
Cytoplasma är geléliknande halvvätska generell protoplasmmassa exklusive kärnan men inklusive alla andra komponenter-cytoplasmatisk matris, cellorganeller och cellintegrationer.
A. Cytoplasmatisk matris eller cytosol (hyaloplasma):
Det är den klara vätskedelen av cytoplasman som kan existera i två tillstånd, sol och gel. De två kallas respektive plasmasol och plasmagel. Plasmagel är vanligtvis närvarande under plasmamembranet. Det kallas ectoplast.
Plasmasol är intern och är känd som endoplast. Vatten utgör 90% av matrisen. Matrix är faktiskt ett kristallkolloidalt komplex i vatten där vissa kemikalier är närvarande i form av en sann lösning medan andra är närvarande som kolloidal lösning.
Cytoplasmatisk matris utför ett antal funktioner. Viktiga är:
1. Cellorganellerna utbyter material genom den cytoplasmatiska matrisen.
2. Matrisen innehåller råmaterial och ger samma till cellorganeller för deras funktion.
3. Matrisen är syntesplatsen för ett antal biokemikalier som fetter, nukleotider, vissa kolhydrater, proteiner, koenzymer etc.
4. Glykolys, anaerob respiration och pentosväg typ av aerob andning sker i matrisdelen av cytoplasma.
5. Det hjälper till vid fördelningen av olika material inuti cellen.
B. Cellorganeller:
De är subcellulära strukturer med karakteristiska morfologiska former, särskiljande kemiska konstitutioner och bestämda funktioner. En cell innehåller ett antal organeller som mitokondrier, plastider, endoplasmatisk retikulum, Golgi-komplex, ribosomer, mikrokroppar, lysosomer etc.
1. Mitokondrier (Mito = tråd, chondrion-granulat) - Första upptäckten av Kolliker 1880 och beskrivs som "bioplaster" av Altmann år 1894, var dessa organeller rechristened mitochondria av Benda (1897).
I allmänhet är mitokondrierna stångformade men spermier och ägg av ett antal organismer, har mer sfäriska former. Mitokondrier har lipoproteinramverk som innehåller många enzymer och koenzymer som krävs för energimetabolism. De innehåller också ett specifikt DNA för cytoplasmatisk arv och ribosom för proteinsyntesen.
Formen, storleken och antalet varierar beroende på organismens vävnad, organism och fysiologiska tillstånd. Cellens aktivitet är huvudkriteriet för att mitokondrier ska fördelas i en cell, t.ex. i leverceller bildar de cirka 30-35% av cellproteinet medan de bildar ungefär 20% i njurceller.
I växtceller är antalet mindre jämfört med djurceller. Även om de fördelas jämnt i cytoplasman kan de vara begränsade till ett visst område där stor efterfrågan på ATP måste mötas, t.ex. i muskelceller, spermier, stavar och kottar i ögonen. Mitokondrier är frånvarande i prokaryoter och anaeroba eukaryoter.
Ultrastruktur av mitokondrier:
Enkel mitokondrion varierar i diameter mellan 0, 5 och 1, 0 μm och 7 μm lång. Mitokondrion är innesluten av två separata membran som kallas yttre och inre membran; den senare skiljer organelens matris, en gelliknande vätska.
Sålunda separerar det inre membranet matrisen från det fluidumfyllda inre membranutrymmet. Både de yttre och inre membranerna innehåller en mängd olika enzymer. Ett antal enzymer som används under Krebs-cykeln är fästa vid matris med DNA-strängar suspenderade i det och ribosomer spridda överallt.
De inre och yttre membranen är tydligt olika kemiskt och strukturellt från varandra och även i permeabilitet. Det inre membranet har en större ytarea på grund av sin förlängning i matrisen i form av "cristae", som skiljer sig i form och antal, beroende på celltopografi, som sträcker sig från att ligga parallellt med varandra för att bilda ett anastomiserande nätverk.
Antalet cristae ökar eller minskar beroende på mitokondrions aeroba aktivitet som under aerob aktivitet. Mer antal ATP ska produceras följaktligen större antal cristae för att rymma enzymsystem. Det inre membranet är rikt på proteiner och kardiolipin medan den yttre är rik på fosfologer. Båda membranen verkar vara på trilamellärmönstret, som beskrivs av Robertson (1967).
Det inre membranet liksom dess cristae har liten tennisracket som partiklar som kallas elementär partikel, F0-F1 partiklar eller oxysomer (= oxisomer). En mitokondrion innehåller lx 10 4 - lx 10 5 elementära partiklar. Varje elementär partikel eller oxysom har ett huvud, en stjälk och en bas. Basen (FO-underenheten) är cirka 11 nm lång och 1, 5 nm i tjocklek.
Stalken är 5 nm lång och 3, 5 nm bred. Huvudet (Fl-underenheten) har en diameter av 9-10 nm. Elementära partiklar innehåller ATP-ase. De är därför centra för ATP-syntes under oxidativ fosforylering. Enzym av elektrontransport finns i det inre membranet i kontakt med elementära partiklar.
På platser kommer yttre och inre mitokondriella membran i kontakt. De kallas vidhäftningsställen. Adhesionsplatser är speciella permeationsregioner av mitokondrionen för överföring av material från utsidan till insidan och vice versa.
Yttre kammaren eller perititokondrialt utrymme är det utrymme som ligger mellan det yttre och inre membranet i mitokondriella kuvertet. Vanligtvis är den 60-100 A ° bred och sträcker sig in i kristallrummen. Kammaren innehåller ett fluidum med några få enzymer.
Den inre kammaren bildar kärnan i mitokondrionen och innehåller en halvvätskematris. Matrisen har proteinpartiklar, ribosomer, RNA, mitokondrie-DNA, enzymer av Krebs-cykel, aminosyrasyntes och fettsyrametabolism. Mitokondriella ribosomer är 55 S till 70 S i naturen. DNA är naket. Det är vanligt cirkulärt men kan vara linjärt. DNA gör mitokondrionen halvautonomisk.
Halvautonomisk status för mitokondrier:
Mitokondrier är kända att innehålla DNA och RNA och det finns bevis för att de har egen proteinsyntes. Kärn-DNA spelar emellertid också en roll i mitokondriernas proteinsyntes.
Av denna anledning anses mitokondrier vara självförökande autonoma partiklar. Man tror att de strukturella proteinerna av mitokondrier samlas in situ medan lösliga proteiner samlas på icke-mitokondriella ribosomer. funktioner:
1. Mitokondrier är miniatyr biokemiska fabriker där livsmedel eller respiratoriska substrat oxideras fullständigt till koldioxid och vatten. Den energi som frigörs i processen lagras initialt i form av reducerade koenzymer och reducerade protetiska grupper.
De senare genomgår snart oxidation och bildar energirik ATP. ATP kommer ut ur mitokondrier och hjälper till att utföra olika energikrävande processer i cellen som muskelkontraktion, nervimpulsledning, biosyntes, membrantransport, celldelning, rörelse etc. På grund av bildandet av ATP kallas mitokondrierna krafthus av cell.
2. Mitokondrier ger viktiga mellanprodukter för syntes av flera biokemikalier som klorofyll, cytokromer, pyrimidiner, steroider, alkaloider etc.
3. Mitokondrierens matris eller inre kammare har enzymer för syntes av fettsyror. Enzymer som krävs för förlängning av fettsyror har rapporterats i den yttre mitokondriska kammaren.
4. Syntes av många aminosyror förekommer i mitokondrier. De första bildade aminosyrorna är glutaminsyra och asparaginsyra. De syntetiseras från ∞-ketoglutarsyra respektive oxaloättiksyra. Andra aminosyror framställs genom transformation och transaminering eller överföring av aminogrupp (-NH2) från glutaminsyra och asparaginsyra.
5. En organism får i allmänhet mitokondrier från sin mor, eftersom den är närvarande i ägg.
2. Plastids:
Termen plastid introducerades av E. Haeckel 1866. Plastider är semi-autonoma organeller som har DNA- och dubbelmembranhölje som lagrar eller syntetiserar olika typer av organiska föreningar. Med undantag för vissa protistanter är plastider endast begränsade till växter. Plastider utvecklas från färglösa prekursorer som kallas proplastider.
Proplastider har förmågan att dela och differentiera i olika typer av plastider. Beroende på deras färg är de av tre huvudtyper-leukoplaster, kromoplaster och kloroplaster (Schimper, 1883).
(i) Leukoplaster (Gk, leucosvitt, plastformad):
De är färglösa plastider som i allmänhet förekommer nära kärnan i icke-gröna celler och har inre lameller. Grana och fotosyntetiska pigment är frånvarande. Leukoplaster har varierande storlek och form, t.ex. rundad, oval, cylindrisk, trådformad etc.
Det finns tre typer av speciella leukoplaster. (a) amyloplaster De är stärkelsen innehållande leukoplaster. Den innehåller en enkel eller förhöjd stärkelsekorn som omfattas av en speciell proteinhölje, t.ex. Potatisknöl, Ris, Vete, (b) Elaioplaster (Lipidoplaster, Oleoplaster). De färglösa plastiderna lagrar fett, t.ex. Tube Rose, (c) Aleuroplasts, Proteoplasts eller Proteinoplasts. Plastiderna innehåller protein i det amorfa, kristalloida eller kristallo-globoid-tillståndet (t.ex. aleuronceller av majskorn, endospermceller från Castor).
(ii) Chromoplaster (Gk. kromfärg, plastformad):
Plastiderna är gula eller rödaktiga i färg på grund av närvaron av karotenoidpigment. Klorofyll är frånvarande. Kromoplaster bildas antingen från leukoplaster eller kloroplaster. Förändring av färg från grön till rödaktig vid mogning av tomat och chili beror på omvandling av kloroplaster till kromoplaster. Apelsinfärgen på morotrotor beror på kromoplaster.
(iii) Kloroplaster (Gk. chloros = gräsgrön, plastformad):
De är de gröna plastiderna som har fotosyntetiska pigment, klorofyller och karotenoider och deltar i syntesen av livsmedel från oorganiska råmaterial i närvaro av strålningsenergi. Kloroplaster av andra alger än gröna kallas kromatoforer (t.ex. rhodoplaster av röda alger, faeoplaster av bruna alger).
Där kloroplaster är närvarande varierar deras antal, form och storlek. I de lägre plantorna är de en för många per cell och har olika former: koppformad i Chlamydomonas, bälteformad i Ulothrix, bandformad i Spirogyra, etc.
I de gröna algerna är kloroplasten associerad med en mat och lagrar proteinhaltig kropp, kallad pyrenoid. Men i en majoritet av gröna växter är det små, bikonvexa, diskreta kroppar, vanligtvis mellan 4 och 6 μm.
Ultrastruktur av kloroplaster:
Kloroplaster av gröna växter har liknande membranlager som mitokondrier, vardera ca 50A tjocka och intermembranutrymmet är 70-100A breda. Det yttre begränsande membranet som ger bestämd form till kloroplast hjälper också till att reglera materialrörelsen, mellan kloroplast och den omgivande cytoplasman.
Det inre membranet parallellerar det yttre membranet och kastas i infoldingar som går parallellt med varandra och kallas lameller. De flesta av lamellerna i kloroplasterna hos högre växt är organiserade i skivformade säckar som kallas thylakoid. Thylakoider är kloroplastens strukturella element eftersom de deltar i fotosyntesen.
En stapel thylakoider kallas granum. 40-100 grana kan förekomma i en kloroplast. Varje granum har 20-50 tylakoider. Grana är frånvarande i algkloroplaster. De senare är därför agranala. Grana membran innehåller proteinhaltiga partiklar med två basstorlekar, 105 och 140 μm diameter.
De större partiklarna är associerade med fotosystem I av fotosyntes och ju mindre med fotosystem II av fotosyntes. På grund av närvaron av grana differentieras thylakoider i tvågranala tylakoider och stroma eller intergranal-tylakoider.
Det granulära stroma består av stärkelsekorn och stroma-centra; strängar av DNA och ribosomer (70S) sprids också genom stroma. Kloroplast eller ct-DNA är naken, cirkulär eller ibland linjär. Kloroplastmatrisen av den högre växten kan tillfälligt lagra stärkelse, som stärkelsekorn, känd som assimileringsstärkelse.
Membran av grana lamella består av proteiner och fosfolipider och innehåller klorofyll och karotenoider som är de grundläggande fotosyntetiska pigmenten.
Utveckling av kloroplaster:
Nya kloroplaster framställs genom uppdelning av mogna kloroplaster eller de utvecklar de novo från proplastider i cellen. Proplastider kan ge upphov till andra plastidtyper också förutom kloroplaster. Den genetiska informationen som finns i cellkärnan och den hos kloroplaster samverkar under differentieringen av nya organeller.
DNA som ingår i själva kloroplasten transkriberas och transleras för att bilda några av kloroplastproteinerna och resten av kloroplastproteinerna erhålles genom det kärn-DNA som efter translation.
Funktioner av kloroplast:
1. I eukaryotiska växter förekommer fotosyntes i kloroplaster i närvaro av solljus. Fotokemiska reaktioner (ljusreaktioner) av fotosyntes uppträder på granaens tylakoidmembran, medan de biokemiska reaktionerna (mörka reaktioner) inträffar i stroma.
2. Kloroplaster är de naturliga maskinerna för syntesen av energirika organiska föreningar som ger mat inte bara för växter utan också för alla levande varelser.
3. Under fotosyntesprocessen absorberar kloroplaster koldioxid (CO 2 ) från miljön och släpper ut syre (O 2 ) som används vid cellulär andning av alla levande varelser. Således upprätthåller balansen av CO 2 och O 2 i miljön.
3. Endoplasmisk retikulum (ER):
Det upptäcktes självständigt av Porter (1945) och Thompson (1945). Namnet gavs av Porter 1953. Endoplasmisk retikulum är ett tredimensionellt, komplicerat och sammankopplat system av membranfodrade kanaler som löper genom cytoplasman. På platser är det kopplat till plasma-lemma såväl som kärnvapenhölje. Den högutvecklade ER av muskelcell kallas sarkoplasmisk retikulum.
Endoplasmisk retikulum differentieras till:
(a) Grov eller granulär endoplasmisk retikulum; Råheten beror på närvaron av ribosomer eller RNP (Ribonukleoprotein) partiklar och
(b) Smidig eller agranär endoplasmisk retikulum; det är slät på grund av frånvaron av ribosomer.
Det grova endoplasmatiska retikumet är välutvecklat i celler som är involverade, särskilt i proteinsyntes, såsom enzymproducerande celler. Det bidrar också till att producera lysosomer. Deras membran bär en fin pore i området av bifogad ribosom för att passera den syntetiserade polypeptiden in i kanalen hos endoplasmatisk retikulum för transport.
Grovt endoplasmiskt retikulum innehåller två typer av glykoproteiner (ribophorin I och ribophorin II) för fastsättning i ribosomer. Grov endoplasmisk retikulum är till stor del gjord av cisternae. Tubules är väldigt få.
Den släta endoplasmatiska retikulum finns i överflöd i celler som syntetiserar lipider och hos de som producerar steroidhormon såsom kolesterol, glycerider, testosteron och progesteron eller hos dem som är involverade i metabolism av vitaminer såsom pigmenterade epitelceller i näthinnan. Det är mestadels gjord av blåsor och tubuler. Sphaerosomer antas härröra från SER.
ER kan fungera som ett slags ledningssystem och den kontinuitet som observeras i vissa fall mellan ER och kärnämnehöljet föreslår att denna egenskap är möjlig och detta kan vara en av de metoder som transporterar RNA och nukleoproteiner från kärnan till cytoplasman.
Strukturera:
Endoplasmiskt retikulum består av membranbeklädda kanaler eller utrymmen som innehåller en vätskan som kallas endoplasmatisk matris. Enhetsmembranet av ER är liknande det för plasmamembran i kemisk sammansättning och är 50-60A O tjock. Endoplasmatisk retikulum kan existera i tre former-cisternae, blåsor och tubuler. De tre formerna av ER kan förekomma i samma cell men vid olika tidpunkter av cellutveckling.
(i) Cisternae:
De är plana sammankopplade säckliknande delar av endoplasmatisk retikulum som är 40-50 nm i diameter. Cisternae finns i buntar där de ligger parallella med varandra. De förekommer i cellerna som är aktivt involverade i syntetisk aktivitet.
(ii) blåsor:
De är ovala eller rundade säckar med en diameter på 25-500 nm. Blåsorna förefaller som små vakuoler. De förblir isolerade i cytoplasman. Vesiklarna kallas också mikrosomer.
(iii) tubuler:
De är rörliknande förlängningar som kan vara kopplade till cisternae eller blåsor för att bilda ett retikulärt system. Tubulerna kan vara oregelbundna eller vanliga, grenade eller oförgrenade med en diameter av 50-100 nm.
funktioner:
Endoplasmisk retikulum hjälper mycket till att öka ytan för de metaboliska aktiviteterna, vilket gör att enzymet kan agera med dess substrat i större utsträckning.
Det fungerar som cytoskelet eller intracellulärt och ultrastrukturellt skelettramverk genom att tillhandahålla mekaniskt stöd till kolloidal cytoplasmatisk matris.
Stora håligheter som produceras genom utbulning av ER ger samlingsställen för produkterna, innan dessa transporteras ut ur cellen. Detta ger skydd för metaboliska produkter.
Membranet i endoplasmatisk retikulum innehåller ett antal enzymer (t.ex. ATP-ase, reduktaser, dehydrogenaser, fosfataser) för olika metaboliska aktiviteter och cytokromer som deltar i elektrontransport.
4. Golgi Complex:
Golgi-komplexet är en komplex cytoplasmatisk struktur bestående av släta membransackuler eller cisternae, ett nätverk av tubuler med blåsor och vakuoler, vilka deltar i membrantransformation, utsöndring och produktion av komplexa biokemikalier.
Det är omgivet av en organell fri cytoplasma som kallas uteslutningsområdet eller Golgi-grundämnet. Det var först sett av George (1867) men namnges efter den italienska vetenskapsmannen Camillo Golgi, som i 1898 kände igen apparaten i njurcellerna av ladugården och katten.
Golgi-apparatur eller komplex är frånvarande i prokaryota celler (PPLO, bakterier och blågröna alger). I djurceller är det antingen enstaka eller består av ett enda sammanhängande komplex. De två tillstånden kallas respektive lokaliserade (mest vertebrata celler) och diffunderas (de flesta ryggradslösa celler, lever och nervceller från ryggradsdjur). I växtceller bildas det av ett antal osammanhängande enheter som kallas diktyosomer.
Strukturera:
Formen och storleken på Golgi-komplexet är inte fixerade. De beror på cellens fysiologiska tillstånd. Vanligtvis består Golgi-komplexet av fyra delar-cisternae, tubuli, blåsor och vakuoler.
Marginalerna på cisternaen är försiktigt krökta och det ger hela Golgi-kroppen en böjd eller bågliknande utseende; Därför har cisterns konvexa yta "cis-ansiktet" eller "formningsytan" och den konkava sidan innefattar "tränsytan" eller "mognadsytan".
Cisternae liknar den släta endoplasmatiska retikulen i utseende och ansluter en lumen av 60-90 A ° som innehåller en flytande substans eller matris. Golgi-kroppens överkant är speciellt anpassat beroende på celltypen.
På grund av deras nära morfologiska och fysiologiska association med endoplasmatiska retikulum och lysosomer, kallas dessa ibland som element i endomembran eller vakuolära system.
Ibland blir marginalerna av cisternae perforerade och bildar "fenestrae". Antalet och storleken på Golgi-kroppen varierar med cellens metaboliska aktivitet. Under celldelningen ökar antalet Golgi-kroppar då dessa utsöndrar materialen för att bilda cellplattan.
funktioner:
1. Ett antal proteiner syntetiserade av den grova endoplasmatiska retikulen överförs till Golgi-kropparna för deras slutliga bearbetning innan de exporteras till deras slutdestination. Proteiner som är avsedda för utsöndring, plasmamembranreparationer eller deras deponering når cis-ansiktet på Golgi-apparaten.
När i cisternae fosforyleras, glykoliseras, sulpheras eller enkelt bearbetas proteinerna. Glykolysering sker i Trans-ansiktet och det är här att proteinerna sorteras ut enligt deras destination.
Golgi-apparatens funktion och effektivitet beror på enzymgruppen heter Nucleosid-difosfatas som hydrolyserar difosfaterna av uridin, guanosin och inosin.
2. I oocyter av djur fungerar Golgi-apparaten som centrum kring vilket äggulan deponeras, processen kallas vitellogenes.
3. Det mesta av det komplexa kolhydratet, annat än glykogen och stärkelse, syntetiseras inuti Golgi-komplexet, t.ex. mucopolysackarider, hyaluronsyra, hemicellulosa, etc.
lysosomer:
De upptäcktes av misstänkt av Christian de Duve 1955. Organellerna observerades under elektronmikroskop av Novikoff (1956). Han myntade också termen, Lysosomer (Gk. Lysis-digestiv eller lös, soma-kropp) är små vesiklar som är bundna av ett enda membran och innehåller hydrolytiska enzymer i form av små kristallina eller halvkristallina granuler med 5-8 nm .
Det enda skiktmembranet består av lipoprotein och det är svårt att identifiera lysosomer baserat på morfologisk karaktär. Omkring 40 enzymer har registrerats att inträffa i dem. Alla enzymer förekommer inte i samma lysosom men det finns olika uppsättningar enzymer i olika typer av lysosomer.
Dessa membranbundna säckar är rika på hög koncentration av enzymer som hydrolyserar nedbrytningen av proteiner och andra biokemiska föreningar och dessa frigörs vid brott av det yttre membranet. Enzymerna är sur fosfatas, ribonukleas, B-glukoronidas och proteaser. På grund av närvaron av dessa matsmältningsenzymer kallas lysosomer "självmordspåse".
En annan intressant egenskap hos lysosomer, isolerade från njurceller, är deras förmåga att fälla och koncentrera de utländska proteinerna som injiceras, vilket tyder på att dessa kan hjälpa till vid matsmältning eller avgiftning av främmande material genom pinocytos.
Förekomst:
Lysosomer förekommer i alla djurceller med undantag av röda blodkroppar. De har spelats in i svampar, Euglena, rotspetsceller av majs-, bomulls- och ärtfrön. I djur är lysosomer rikliga i leukocyter, makrofager, Kupffer-celler och liknande celler med fagocytisk aktivitet.
Bildning av lysosomer:
Lysosomer antas bildas genom den gemensamma aktiviteten hos endoplasmatisk retikulum och Golgi-komplex. The precursors of hydrolytic enzymes are mostly synthesised at the rough endoplasmic reticulum which transfers them to the forming face of Golgi complex through its vesicles. In Golgi complex the precursors are changed to enzymes. They are then packed in larger vesicles which are pinched off as lysosomes from the maturing face.
Lysosomes pass through various stages in the same cell. The phenomenon is called polymorphism or existence of more than one morphological form. Four most distinct form of lysosomes are observed viz.,
1. Primary or protolysosomes believed to be derived from the trans face of the Golgi complex.
2. Secondary lysosomes, heterolysosomes and autolysosomes: The former are formed after the primary lysosomes merge with the cytoplasmic vacuoles containing extracellular substances obtained by any form of endocytosis. Once fusion is over, the enzymes of the primary lysosomes are released into these vacuoles called 'phagosomes or endosomes'.
Once the formation of either heterolysosomes or autolysosomes is over, the enzymatic digestion of the vacuolar contents starts and as the process continues it becomes difficult to identify the nature of the secondary lysosomes and they are called digestive vacuoles.
3. Residual bodies are also called 'teloly : osomes' or 'dense bodies'. These represent the final stages of breakdown of foreign material or cellular organelles by the lysosome. At this point there is an accumulation of poorly digested material associated with the membrane.
Autolysis or Autophagy:
It is self destruction of a cell, tissue or organ with the help of lysosomes. Lysosomes performing autolysis do not enclose the structures to be broken down. Instead they themselves burst to release the digestive enzymes. Autolysis occurs in tissues undergoing degeneration or necrosis.
6. Sphaerosomes:
Sphaerosomes (= spherosomes) are small cell organelles bounded by single membrane which take part in storage and synthesis of fats. They were discovered by Perner in 1953. Sphaerosomes are small spherical and refractile vesicles which are 0.5—1.0 nm in diameter. They arise from endoplasmic reticulum and are surrounded by a single membrane. 98% of a sphaerosome is fat.
Proteins constitute the remaining 2%. Some proteins are probably enzymatic and take part in the synthesis of fats. Because of the presence of fat, sphaerosomes can be seen under light microscope after staining the cells with Sudan dyes and osmium tetraoxide.
Sphaerosomes occur abundantly in the endosperm cells of oil seeds. Sphaerosomes of some tissues (eg, tobacco endosperm, maize root tip) contain hydrolytic enzymes. Therefore, they are considered to have lysosomic activity.
7. Micro-bodies or Microsomes:
These denote a variety of small cellular components bounded by single membrane and the name is generally restricted to organelles possessing flavin oxidase and catalase. An important difference between the microbodies of animals and those of plants is that the microbodies of animals contain urease, while the plant microbodies do not have this enzyme. Microbodies are of two types—peroxisomes and glyoxysomes.
(i) Peroxisomes (Rhodin, 1954):
Peroxisomes are found in both plant and animal cells, generally in close association with endoplasmic reticulum, mitochondria and chloroplasts. Commonly they have a diameter of 0.5-1.0 μm. It contains a variety of enzymes to oxidise various substrates to produce hydrogen peroxide and contain high concentration of catalase to remove the toxic H 2 O 2 . The peroxisomes can oxidise substrates such as urate, amino acids or glyoxylate to produce H, O 2, which is immediately acted upon by catalase to be reduced to oxygen and water. In green leaves the peroxisomes carry out photorespiration.
(ii) Glyoxysomes (Briedenbach, 1967):
These microbodies of fat storing cells in the germinating oilseeds contain enzymes of the Glyoxylate cycle eg malate synthetase and isocitrate lyase; they also contain several essential enzymes of the Krebs cycle. Glyoxysomes are generally involved in triglyceride metabolism.
Like other microbodies, glyoxysomes have a single covering membrane and an enzyme rich matrix with a crystalloid core. Both the phospholipid components and enzymes of this organelle originate from the ER. β-oxidation of fatty acids produces acetyl CoA which these bodies convert into succinic acid, which in turn, by a reversed glycolytic pathway produces glucose. This capacity of fat carbohydrate interconversion is peculiar to plants only and is not reported in animals.
8. Ribosomes (Palade Particles):
Ribosomes were discovered by Robinson and Brown (1953) in plant cell and Palade (1955) in animal cell. Palade also coined the term Ribosome. They are naked ribonucleoprotein protoplasmic particles (RNP) with a length of 200-340A 0 and diameter of 170-240 A 0 which function as the sites for protein or polypeptide synthesis.
Ribosomes are popularly known as protein factories. Ribosomes often form spiral or rosette arrangements with the endoplasmic reticulum and are not only found associated with the ER, but are also found scattered in the cytoplasm, both types varying in their roles in the cell.
The former is in abundance when the protein synthesis is active for the use of the cell itself (eg, haemoglobin, enzymes, etc.) and the latter when the proteins are exported out of the cell (eg digestive enzymes, antibodies, etc.)
Structure of Ribosome:
Each ribosome consists of two unequal sub- units, larger dome shaped and smaller ovoid. The large subunit has a protuberance, a ridge and a stalk. The smaller subunit possesses a platform, cleft, head and base. It is about half the size of larger subunit. The smaller subunit fits over the larger one at one end like a cap. Mg 2+ is required for binding the two subunits.
Ribosomes may occur in rosettes or helical groups called polyribosomes or polysomes (Gk. poly—many, soma-body). The different ribosomes of a polyribosome are connected with a 10-20A 0 thick strand of mRNA and are formed during periods of active protein synthesis.
Depending upon the place of their occurrence, ribosomes are of two types, cytoplasmic and organelle. The organelle ribosomes are found in may remain free in the cytoplasmic matrix or attached to the endoplasmic reticulum. Only the free cytoplasmic ribosomes occur in prokaryotic cells. Bound and organelle ribosomes are absent.
The size of the ribosomes is determined by sedimentation coefficient Fig. 2.28 Polyribosome in the centrifuge. It is measured as Svedberg unit called S (S = 1×10 13 sec). The cytoplasmic ribosomes of prokaryotes are 70 S. The two subunits of 70 S ribosomes are 50 S (molecular weight – 1.8 x 10 6 dalton) and 30 S (molecular weight – 0.6 x 10 6 dalton). The cytoplasmic ribosomes of eukaryotes are 80 S with the two subunits of 60 S and 40 S. A tunnel occurs between the two subunits for passage of mRNA.
The larger subunit has a groove for pushing out the newly synthesised polypeptide. There are two reactive sites in the larger subunit called P-site (peptidyl or donor site) and A-site (aminoacyl or acceptor site). Most probably the aminoacyl-tRNA complex is attached to the acceptor site and the tRNA carrying peptide chain is attached to the peptidyl or donor site.
80 S ribosomes are synthesised inside the nucleolus. 70 S ribosomes of prokaryotes are formed in the cytoplasm while those of semi-autonomous cell organelles are formed in their matrix.
Kemisk sammansättning:
Chemically a ribosome is made up of two parts, proteins and RNA (rRNA). Usually more rRNA is present in 70 S ribosomes as compared to protein (60-65: 35-40) while the reverse is true for 80S ribosomes (40-44: 56-60). The protein and RNA molecules are presumed to be held together either by electrostatic forces forming salt bond between the phosphates groups of RNA and amino groups of proteins or by forming magnesium complex or a combination of both.
9. Cytoskeletal Structures:
They are extremely minute, fibrous and tubular structures which form the structural framework inside the cell. They occur only in eukaryotic cells. Cytoskeletal structures maintain shape of the cell and its extensions regulate orientation and distribution of cell organelles. They are of three types—microfilaments, intermediate filaments and microtubules.
(a) Microfilaments:
They are ultramicroscopic long, narrow cylindrical rods or protein filaments which occur in eukaryotic plant and animal cells. Microfilaments are made up of actin constituting 10-15% of total cell protein.
They are 6 nm in thickness and show periodic beaded appearance due to close helical arrangement of otherwise globular actin molecules. They may also occur in parallel bundles or loose network and generally lie at sol-gel interphase as well as below plasma membrane. Microfilaments are also connected with spindle fibres, endoplasmic reticulum, chloroplast etc.
Microfilaments are contractile. Association with myosin protein seems to be essential for contraction of micro-filaments. Myofibrils of muscle fibres also represent microfilaments. Microfilaments form the contractile machinery of the cell, like formation and retraction of pseudopodia, plasma membrane undulations, microvilli, endocytosis, cytoplasmic streaming and movement of other cell organelles.
(b) Intermediate filaments:
They are hollow filaments of 10 nm thickness which often form a network. They are of four types—-Keratin filaments—which form tonofibrils and keratin of skin; Neurofilaments which form a lattice with bundles of microtubules in axons and dendrons of nerve cells; Glial filaments are intermediate filaments found in astrocytes, and Heterogenous filaments which are intermediate filaments found in muscles and connected to nuclear envelope and centriole, etc.
(c) Microtubules:
These highly versatile organelles are not only involved in the maintenance of the cell, but also in providing a directional guidance to the chromosome movement during cell division. Found in all the eukaryotic cells, these are mainly associated with cilia, flagella and other whip-like organs involved in locomotion.
These hollow unbranched proteinaceous cylinders are 200-700 A 0 in diameter and are made up of 13 microfilaments running across the entire length of the microtubule that encloses a lumen. The main constituent of the microtubule is a glycoprotein called tubulin which occurs in two forms, α-Tubulin and β-Tubulin. 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.
funktioner:
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.
Strukturera:
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.
funktioner:
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:
en. 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.
