Կորիզավոր բջիջներ

Մի պահ նայիր ինքդ քեզ։ Քանի՞ օրգանիզմ ես տեսնում։ Հավանաբար կմտածես՝ կա միայն մեկը՝ դու ինքդ: Սակայն եթե ավելի մոտիկից նայեիր մաշկիդ մակերեսին կամ մարսողական համակարգիդ, կտեսնեիր, որ այնտեղ իրականում շատ օրգանիզմներ են ապրում: Դա ճիշտ է. քո օրգանիզմում 100 տրիլիոն բակտերիային բջիջ է ապրում։

Դա նշանակում է, որ քո օրգանիզմը իրականում էկոհամակարգ է։ Դա նաև նշանակում է, որ դու իրականում բաղկացած ես բջիջների երկու հիմնական տեսակներից՝ նախակորիզավոր (պրոկարիոտ) և կորիզավոր (էուկարիոտ)։

Բոլոր բջիջները պատկանում են այս երկու մեծ դասերից որևէ մեկին։ Միայն բակտերիաների և արքեաների դոմենների միաբջիջ օրգանիզմներն են դասակարգվում որպես նախակորիզավորներ՝ պրոկարիոտներ. պրո նշանակում է նախքան, իսկ կարի՝ կորիզ։ Կենդանիները, բույսերը, սնկերը և նախակենդանիները կորիզավոր են՝ էուկարիոտ (էու նշանակում է ճիշտ), և կազմված են կորիզավոր բջիջներից։ Սակայն հաճախ հանդիպում են նախակորիզավոր ընկերներ, ինչպես, օրինակ՝ մարդու օրգանիզմում:

Կան մի քանի հիմնական բաղադրիչներ, որոնք բջջին անհրաժեշտ են բջիջ լինելու համար՝ անկախ նրանից՝ այն նախակորիզավոր է, թե կորիզավոր։ Բոլոր բջիջներն ունեն չորս հիմնական ընդհանուր բաղադրիչ.

Չնայած այս նմանություններին՝ նախակորիզավորներն ու կորիզավորները տարբերվում են մի շարք կարևոր առումներով: Նախակորիզավորը պարզ, միաբջիջ օրգանիզմ է, որը չունի կորիզ և թաղանթով շրջապատված օրգանոիդներ: Կորիզի և օրգանոիդների մասին ավելի մանրամասն կխոսենք կորիզավոր բջիջների մասին հաջորդ հոդվածում, բայց հիմնական բանը, որ առայժմ պետք է հիշել, այն է, որ նախակորիզավոր բջիջները ներսից բաժանված չեն թաղանթից կազմված պատերով, այլ ներսից մեկ ամբողջական տարածք են։

Նախակորիզավորների մեծամասնության $\text{ԴՆԹ}$start text, Դ, Ն, Թ, end text-ն բջջի կենտրոնական մասում է, որը կոչվում է նուկլեոիդ, և սովորաբար բաղկացած է մեկ խոշոր օղակից, որը կոչվում է օղակաձև քրոմոսոմ: Նուկլեոիդը և նախակորիզավորների հաճախ հանդիպող այլ առանձնահատկություններ ցուցադրված են ստորև բերված տրամագրում՝ ձողաձև բակտերիայի կտրվածքում։

Բակտերիաները իրենց ձևով շատ բազմազան են, հետևաբար ոչ բոլոր բակտերիաներն ունեն տրամագրում ցուցադրված բոլոր առանձնահատկությունները։

Բակտերիաների մեծ մասը շրջապատված է կոշտ բջջապատով, որը կազմված է պեպտիդոգլիկանից՝ պոլիմեր, որն էլ բաղկացած է իրար միացած ածխաջրերից և փոքր սպիտակուցներից: Բջջապատն ապահովում է պաշտպանության լրացուցիչ շերտ, օգնում է բջջին պահպանելու իր ձևը և կանխում է ջրազրկումը: Շատ բակտերիաներ ունեն նաև ածխաջրերից կազմված արտաքին շերտ, որը կոչվում է պատիճ: Պատիճը կպչուն է և օգնում է բջջին ամրանալու իր շրջապատի մակերեսներին:

Որոշ բակտերիաների մակերևույթին հայտնաբերվել են մասնագիտացված կառուցվածքներ, որոնք կարող են օգնել նրանց շարժվելու, կպչելու մակերեսներին կամ նույնիսկ գենետիկ նյութը փոխանակելու այլ բակտերիաների հետ: Օրինակ՝ մտրակները կառուցվածքներ են, որոնք գործում են որպես պտտվող շարժիչներ ՝ օգնելու բակտերիաների շարժմանը:

Թարթիչները բազմաթիվ, մազանման կառուցվածքներ են, որոնք օգտագործվում են ընդունող բջիջներին և այլ մակերեսներին ամրանալու համար: Բակտերիաները կարող են ունենալ նաև ձողաձև կառուցվածքներ, որոնք տարեբեր տեսակի են և հայտնի են որպես պիլի: Օրինակ՝ պիլիների որոշ տեսակներ բակտերիաներին թույլ են տալիս $\text{ԴՆԹ}$start text, Դ, Ն, Թ, end text-ի մոլեկուլներ փոխանցել այլ բակտերիաների, իսկ մյուսները բակտերիաներին օգնում են տեղաշարժվելու։

Արքեաները նույնպես կարող են բջիջների մակերևույթի այս առանձնահատկությունների մեծ մասն ունենալ, բայց դրանք սովորաբար տարբերվում են բակտերիաների առանձնահատկություններից: Օրինակ՝ հնագույն արքեաները նույնպես ունեն բջջապատ, բայց այն կազմված չէ պեպտիդագլիկանից, թեև պարունակում է ածխաջրեր և սպիտակուցներ:

Տիպիկ նախակորիզավոր բջիջների տրամագիծը տատանվում է 0,1-5,0 միկրոմետր (մկմ) և զգալիորեն փոքր է, քան կորիզավոր բջիջները, որոնց տրամագիծը սովորաբար տատանվում է 10-100 մկմ։

Ստորև բերված նկարը ցույց է տալիս նախակորիզավոր՝ բակտերիային, և կորիզավոր՝ բուսական և կենդանական բջիջների, ինչպես նաև այլ մոլեկուլների և օրգանիզմների չափերի լոգարիթմական սանդղակը: Լոգարիթմական սանդղակի աճմանը զուգընթաց յուրաքանչյուր միավոր իրենից ներկայացնում է չափվող քանակի տասնապատիկը, հետևաբար սրանք խոշոր տարբերություններ են, որոնց մասին մենք խոսում ենք:

Մի քանի հրաշալի բացառություններով (կարդա միաբջիջ ծովային ջրիմուռ Կաուլերպայի մասին) բջիջները պետք է մնան բավականին փոքր՝ անկախ նրանից՝ դրանք նախակորիզավոր են, թե՝ կորիզավոր: Ինչո՞ւ պետք է այդպես լիներ: Հիմնական պատասխանն այն է, որ բջիջների մեծանալուն զուգահեռ նրանց համար դժվարանում է բավարար քանակությամբ սննդանյութեր և թափոններ փոխանակել իրենց շրջապատի հետ: Որպեսզի տեսնես, թե ինչպես է դա տեղի ունենում, եկ ուսումնասիրենք բջջի մակերեսի և ծավալի հարաբերակցությունը:

Պարզության համար ենթադրենք, որ ունենք բջիջ, որը նման է խորանարդի: Բույսերի որոշ բջիջներ, ըստ էության, խորանարդաձև են: Եթե խորանարդի կողմերից մեկի երկարությունը $l$l է, խորանարդի մակերեսը կլինի $6l^2$6, l, squared, իսկ խորանարդի ծավալը՝ $l^3$l, cubed: Սա նշանակում է, որ $l$l-ի մեծանալուն պես մակերեսն արագորեն կաճի, քանի որ այն փոխվում է $l$l-ի քառակուսի աստիճանով: Սակայն ծավալն ավելի արագ կմեծանա, քանի որ այն փոխվում է $l$l-ի խորանարդով:

Այսպիսով՝ բջջի մեծանալուն զուգահեռ նրա մակերեսի և ծավալի հարաբերակցությունը փոքրանում է: Օրինակ՝ ձախ կողմում պատկերված խորանարդաձև բջիջն ունի 1 մմ$^3$cubed ծավալ և 6 մմ$^2$squared մակերես, որի մակերեսի և ծավալի հարաբերակցությունը վեցը մեկի է, իսկ աջ կողմում պատկերված խորանարդաձև բջիջն ունի 8 մմ$^3$cubed ծավալ և 24 մմ$^2$squared մակերես, որի մակերեսի և ծավալի հարաբերակցությունը երեքը մեկի է:

Մակերեսի ու ծավալի հարաբերակցությունը կարևոր է, քանի որ բջջաթաղանթը բջջի և շրջապատող միջավայրի սահմանն է։ Եթե բջիջը պետք է սննդանյութեր վերցնի, ապա դա պետք է անի թաղանթի միջով, և եթե այն պետք է հեռացնի թափոնները, թաղանթը կրկին նրա միակ ուղին է:

Թաղանթի յուրաքանչյուր հատված կարող է տվյալ ժամանակահատվածում փոխանակել որոշակի քանակությամբ նյութ, քանի որ պարունակում է սահմանափակ թվով անցուղիներ: Եթե բջիջը չափազանց մեծ է, նրա թաղանթը չի ունենա փոխանակման բավարար կարողություն (մակերես, քառակուսի աստիճան)՝ նպաստելու փոխանակության արագությանը, որն անհրաժեշտ է բջջի նյութափոխանակային բարձր ակտիվության համար (ծավալ, խորանարդ):

Մակերեսի ու ծավալի հարաբերակցության հիմնախնդիրը կապված է բջջի մեծ չափով պայմանավորված դժվարությունների հետ: Երբ բջիջները մեծանում են, դրանց ներսում նյութեր տեղափոխելը նույնպես ավելի շատ ժամանակ է պահանջում: Այս նկատառումներն ընդհանուր սահման են դնում բջիջների չափի վրա, ընդ որում՝ կորիզավոր բջիջները կարող են գերազանցել նախակորիզավոր բջիջներին իրենց կառուցվածքային և նյութափոխանակության առանձնահատկությունների շնորհիվ, որոնք կքննարկենք հաջորդ բաժնում:

Որոշ բջիջներ օգտագործում են նաև երկրաչափական հնարքներ ՝ շրջանցելու համար մակերեսի ու ծավալի խնդիրը: Օրինակ՝ որոշ բջիջներ երկար և բարակ են կամ ունեն շատ ելուստներ իրենց մակերևույթին՝ հատկություններ, որոնք մեծացնում են մակերեսը ծավալի համեմատ$^2$squared։