A sejt az élő szervezet alapegysége. A többsejtű szervezetekben (egynél több sejttel rendelkező szervezetek) a hasonló funkciókat együttesen ellátó sejtek összességét szövetnek nevezzük. A szervezet következő, magasabb szintjén a különböző szövetek, amelyek összehangolt funkciókat látnak el, szerveket alkotnak. Végül az általános folyamatok végrehajtása érdekében együttműködő szervek testrendszereket alkotnak.
Sejttípusok
A többsejtű szervezetek rendkívül sokféle, magasan specializált sejtet tartalmaznak. A növények gyökérsejteket, levélsejteket és szársejteket tartalmaznak. Az embernek bőrsejtjei, idegsejtjei és nemi sejtjei vannak. Minden egyes sejttípus úgy van felépítve, hogy egy-egy magasan specializált funkciót lásson el. Gyakran előfordul, hogy egy sejt szerkezetének vizsgálata sokat elárul a szervezetben betöltött funkciójáról. Például a vékonybél bizonyos sejtjei mikrovillákat (szőrszálakat) fejlesztettek ki, amelyek elősegítik az ételek felszívódását. Az idegsejtek vagy neuronok szintén olyan specializált sejtek, amelyek formája tükrözi a funkciót. Az idegsejtek egy sejttestből és hosszú toldalékokból, úgynevezett axonokból állnak, amelyek az idegimpulzusokat továbbítják. A dendritek rövidebb kötődések, amelyek az idegimpulzusokat fogadják.
Az érzékelősejtek olyan sejtek, amelyek érzékelik a külső környezetből származó információkat, és továbbítják azokat az agyba. Az érzékelő sejtek gyakran szokatlan alakúak és szerkezetűek, amelyek hozzájárulnak a működésükhöz. A szem retinájában található pálcikasejtek például nem hasonlítanak egyetlen más sejthez sem az emberi szervezetben. Ezek a sejtek pálcika alakúak, és számos korongot tartalmazó fényérzékeny régióval rendelkeznek. Minden egyes korongba egy speciális fényérzékeny pigment van beágyazva, amely a fényt befogadja. Amikor a pigment fényt kap a külső környezetből, a szem idegsejtjei beindulnak, és idegimpulzust küldenek az agyba. Az ember így képes érzékelni a fényt.
A sejtek azonban egysejtű szervezetként is létezhetnek. A protisztáknak nevezett élőlények például egysejtűek. A protistákra példa a Paramecium nevű mikroszkopikus szervezet és a Chlamydomonas nevű egysejtű alga .
Prokarióták és eukarióták. Az élőlényekben kétféle sejttípust ismerünk: a prokariótákat és az eukariótákat. A prokarióta szó szó szerint azt jelenti, hogy “a sejtmag előtt”. Ahogy a neve is mutatja, a prokarióták olyan sejtek, amelyeknek nincs különálló sejtmagjuk. A legtöbb prokarióta szervezet egysejtű, mint például a baktériumok és az algák.
Az eukarióta kifejezés “valódi sejtmagot” jelent. Az eukariótáknak különálló sejtmagjuk és különálló organelláik vannak. Az organellák olyan kis szerkezetek, amelyek meghatározott funkciókat látnak el az eukarióta sejtben. Ezeket az organellákat membránok tartják össze. A prokariótáknak a sejtmag hiánya mellett a prokariótáknak nincsenek is ilyen elkülönült organelláik.
A sejtek szerkezete és működése
Minden sejt alapvető szerkezete, legyen az prokarióta vagy eukarióta, ugyanaz. Minden sejtnek van egy külső burkolata, az úgynevezett plazmamembrán. A plazmamembrán tartja össze a sejtet, és lehetővé teszi az anyagok be- és kijutását a sejtbe. Néhány kisebb kivételtől eltekintve a plazmamembránok a prokariótákban és az eukariótákban azonosak.
Mindkét sejttípus belsejét citoplazmának nevezzük. Az eukarióták citoplazmájába ágyazódnak be a sejtorganellumok. Mint fentebb említettük, a prokarióták citoplazmája nem tartalmaz organellákat. Végül mindkét sejttípus tartalmaz riboszómáknak nevezett kis szerkezeteket. A riboszómák azok a sejteken belüli helyek, ahol a fehérjék termelődnek. (A fehérjék olyan nagy molekulák, amelyek minden élő sejt szerkezetéhez és működéséhez nélkülözhetetlenek). A riboszómákat nem határolja membrán, ezért nem tekinthetők organelláknak.
Ismertető szavak
Sejtfal: A baktériumok és növényi sejtek plazmamembránját borító kemény külső burkolat.
Cilia: Rövid nyúlványok, amelyek egyes sejtek felszínét borítják és a mozgást biztosítják.
Citoplazma: A sejt organellumokat tartalmazó, sejtmembránnal körülvett félfolyékony anyaga.
Citoszkeleton: A sejt szerkezetét és mozgását biztosító rostok hálózata.
DNS (dezoxiribonukleinsav): A sejtmagban található genetikai anyag, amely a szervezet fejlődéséhez szükséges információkat tartalmazza.
Endoplazmatikus retikulum: A sejtben végighúzódó membránhálózat, amely részt vesz a fehérjeszintézisben és a lipidanyagcserében.
Enzim: Az élő sejtek által termelt számos összetett fehérje bármelyike, amely specifikus biokémiai reakciókat indít be.
Eukarióta: Olyan sejt, amely különálló sejtmagot és organellákat tartalmaz.
Flagellum: Néhány sejtben a mozgást biztosító ostorszerű szerkezet.
Golgi-test: Organella, amely a molekulákat szortírozza, módosítja és csomagolja.
Membrán: A növényi vagy állati szövetek vékony, rugalmas rétege, amely egy szervezet részeit borítja, béleli, elválasztja vagy összetartja, illetve összeköti.
Mitokondrium: A sejt erőműve, amely a táplálék energiává alakításához szükséges enzimeket tartalmazza.
Magburkolat: A kettős membrán, amely körülveszi a sejtmagot.
Nukleáris pórus: Apró nyílások, amelyek a magburkot szúrják.
Nukleolus: A nukleoluszon belüli sötétebb régió, ahol a riboszómális alegységek készülnek.
Nukleusz: A sejt irányító központja, amely a DNS-t tartalmazza.
Organella: Egy membránnal körülvett sejtes “szerv”, amely egy eukarióta sejtben meghatározott funkciókat lát el.
Pili: Rövid nyúlványok, amelyek segítik a baktériumokat a szövetekhez való rögzülésben.
Plazmamembrán: A sejt membránja.
Plasztid: A növényi sejtekben található hólyagszerű organellum.
Prokarióta: Valódi sejtmag nélküli sejt.
Fehérje: Nagy molekulák, amelyek nélkülözhetetlenek minden élő sejt szerkezetéhez és működéséhez.
Protista: Egysejtű eukarióta szervezet.
Riboszóma: Két alegységből álló fehérje, amely a fehérjeszintézisben működik.
Vákuólum: A növényi sejtek térkitöltő organellája.
Vesiculum: Egy membránhoz kötött gömb, amely a sejtekben különböző anyagokat tartalmaz.
A prokarióták felépítése. Tipikus prokarióta példa a baktériumsejt. A baktériumsejtek lehetnek pálcika, gömb vagy dugóhúzó alakúak. Mint minden sejtet, a prokariótákat is plazmamembrán határolja. Ezt a plazmamembránt egy sejtfal veszi körül. Ezenkívül egyes baktériumoknál a sejtfalat egy kocsonyaszerű anyag, az úgynevezett kapszula borítja. Sok betegséget okozó baktériumnak van kapszulája. A kapszula egy extra védőréteget biztosít a baktérium számára. A kapszulával rendelkező kórokozó baktériumok általában sokkal súlyosabb betegséget okoznak, mint a kapszula nélküliek.
A prokarióták citoplazmájában található a nukleoid, egy olyan régió, ahol a sejt genetikai anyagát tárolják. (A gének határozzák meg az egyik generációról a másikra öröklődő tulajdonságokat.) A nukleoid nem valódi sejtmag, mert nem veszi körül membrán. A citoplazmán belül is számos riboszóma található.
Egyes baktériumok sejtfalához kapcsolódnak a flagellák, ostorszerű struktúrák, amelyek lehetővé teszik a baktériumok mozgását. Néhány baktériumnak pilijei is vannak, rövid, ujjszerű nyúlványok, amelyek segítenek a baktériumoknak a szövetekhez való rögzülésben. A baktériumok nem tudnak betegséget okozni, ha nem tudnak a szövetekhez kapcsolódni. A tüdőgyulladást okozó baktériumok például a tüdő szöveteihez tapadnak. A baktériumok pilijei nagymértékben megkönnyítik ezt a szövetekhez való kapcsolódást. Így a pili-vel rendelkező baktériumok, akárcsak a kapszulával rendelkező baktériumok, gyakran halálosabbak, mint a pili nélküliek.
Az eukarióták felépítése. Az eukariótákban található organellumok közé tartozik a membránrendszer, amely a plazmamembránból, az endoplazmatikus retikulumból, a Golgi-testből és a vezikulákból áll; a sejtmag; a citoszkeleton; és a mitokondriumok. Ezenkívül a növényi sejtek olyan speciális organellumokkal rendelkeznek, amelyek az állati sejtekben nem találhatók meg. Ezek az organellák a kloroplasztiszok, a sejtfal és a vakuolumok. (Lásd a növényi sejt rajzát a 435. oldalon.)
Plazmamembrán. A sejt plazmamembránját gyakran szelektíven permeábilisnak írják le. Ez a kifejezés azt jelenti, hogy egyes anyagok képesek áthatolni a membránon, mások viszont nem. Például a táplálék lebontása során keletkező termékek bejuthatnak a sejtbe, a sejten belül keletkező salakanyagok pedig kijuthatnak a sejtből. Az 1960-as évek óta a tudósok sokat tanultak a plazmamembrán működéséről. Úgy tűnik, hogy bizonyos anyagok képesek átjutni
engedélyével )
a membránban lévő apró lyukakon maguktól át. Másokat a membrán felszínén és magában a membránban található molekulák segítenek átjutni a membránon. A plazmamembrán szerkezetének és működésének tanulmányozása az egyik legizgalmasabb az egész sejtbiológiában.
Endoplazmatikus retikulum. Az endoplazmatikus retikulum (ER) lapított membránlapokból, zsákokból és csövekből áll, amelyek az eukarióta sejtek citoplazmájának teljes kiterjedését beborítják. Az ER valahogy úgy néz ki, mint egy nagyon összetett metró vagy autópálya rendszer. Ez a hasonlat nem rossz, mivel az ER egyik fő funkciója az anyagok szállítása a sejtben.
A sejtben kétféle ER azonosítható. Az egyik típust durva ER-nek, a másikat sima ER-nek nevezik. A kettő közötti különbség az, hogy a durva ER a külső felületén riboszómákat tartalmaz, ami durva vagy szemcsés megjelenést kölcsönöz neki. A durva ER részt vesz a fehérjeszintézis (termelés) és a szállítás folyamatában. A durva ER-hez kapcsolódó riboszómákon előállított fehérjéket módosítják, “becsomagolják”, majd felhasználás céljából a sejt különböző részeibe szállítják. Egyesek a plazmamembránhoz kerülnek, ahonnan a sejtből a szervezet testének más részeibe kerülnek felhasználásra.
A sima ER-nek számos különböző funkciója van, többek között a lipidek (zsírszerű anyagok) előállítása, a fehérjék szállítása és az idegi üzenetek továbbítása.
A Golgi-test. A Golgi-testet felfedezőjéről, a XIX. századi olasz tudósról, Camillo Golgiról (1843-1926) nevezték el. Ez az egyik legszokatlanabb alakú organellum. A Golgi-test egy kicsit úgy néz ki, mint egy rakás palacsinta, és egy halom membránnal körülvett, lapos zsákból áll. A Golgi-testet számos apró, membránnal körülvett vezikulum (részecske) veszi körül. A Golgi-test és a benne lévő vezikulák feladata a sejt által szekretált vagy a sejten belül különböző funkciókra használt nagy molekulák szétválogatása, módosítása és csomagolása.
A Golgi-test egy nagyvállalat szállítási és átvételi osztályához hasonlítható. A sejten belül minden Golgi-testnek van egy cisz-felülete, amely az osztály fogadó részlegéhez hasonlít. Itt a Golgi-test fogadja az endoplazmatikus retikulumban előállított molekulákat. A Golgi-test transz oldala a részleg szállítási részlegéhez hasonlítható. Ez az a hely, ahonnan a módosított és csomagolt molekulákat a rendeltetési helyükre szállítják.
Hólyagok. A vezikulák apró, gömb alakú részecskék, amelyek különböző típusú molekulákat tartalmaznak. Egyes vezikulák, mint fentebb említettük, arra szolgálnak, hogy a molekulákat az endoplazmatikus retikulumból a Golgi-testbe, illetve a Golgi-testből különböző rendeltetési helyekre szállítsák. A vezikulák speciális fajtái más funkciókat is ellátnak. A lizoszómák olyan vezikulák, amelyek a sejtek emésztésében részt vevő enzimeket tartalmaznak. Egyes őslények például más sejteket nyelnek el a táplálékért. A fagocitózisnak (ejtsd: FA-go-sy-to-sis) nevezett folyamat során az élőlény körülveszi a táplálékrészecskét, és elnyeli azt egy vezikulában. A táplálékot tartalmazó vezikulát a protista citoplazmájában szállítják, amíg kapcsolatba nem kerül egy lizoszómával. A táplálékhólyag és a lizoszóma összeolvad, és a lizoszómában lévő enzimek a táplálékhólyagba kerülnek. Az enzimek a táplálékot kisebb részekre bontják, hogy az élősködő felhasználhassa.
A sejtmag. A sejtmag a sejt irányító központja. Mikroszkóp alatt a sejtmag úgy néz ki, mint egy sötét folt, amelynek középpontjában egy sötétebb régió, az úgynevezett nukleolusz található. A nukleolusz az a hely, ahol a riboszómák részei készülnek. A sejtmagot egy kettős membrán, a magburkolat veszi körül. A magburkot apró nyílások, úgynevezett magpórusok borítják.
A sejtmag irányítja az összes sejttevékenységet a fehérjék szintézisének ellenőrzésével. A fehérjék kritikus fontosságú kémiai vegyületek, amelyek a sejtek szinte minden tevékenységét irányítják. Ezenkívül ők alkotják azt az anyagot, amelyből maguk a sejtek és a sejtrészek készülnek.
A fehérjék előállítására vonatkozó utasításokat a sejtmagban egy spirális molekula, a dezoxiribonukleinsav vagy DNS tárolja. A DNS-molekulák bizonyos kémiai egységek, az úgynevezett nitrogénbázisok alapján különböznek egymástól, amelyeket tartalmaznak. A nitrogénbázisok elrendeződése egy adott DNS-molekulán belül egy adott genetikai “üzenetet” hordoz. A nitrogénbázisok egyik elrendezése az “A fehérje előállítása”, a bázisok másik elrendezése a “B fehérje előállítása”, egy harmadik elrendezés pedig a “C fehérje előállítása” stb. üzenetet kódolja.
A fehérjeszintézis első lépése a sejtmagban kezdődik. A sejtmagban a DNS-t lefordítják egy molekulává, amelyet hírvivő ribonukleinsavnak (mRNS) neveznek. Az MRNS ezután a nukleáris pórusokon keresztül elhagyja a magot. A citoplazmába érve az mRNS a riboszómákhoz kötődik, és elindítja a fehérjeszintézist. A riboszómákon előállított fehérjéket felhasználhatják ugyanazon a sejten belül, vagy a plazmamembránon keresztül más sejtek számára történő felhasználásra a sejten kívülre szállítják.
A citoszkeleton. A citoszkeleton a sejt vázszerkezete. Csont helyett azonban a sejt váza háromféle fehérjefilamentumból áll, amelyek hálózatokat alkotnak. Ezek a hálózatok adják a sejt alakját és biztosítják a sejt mozgását. A citoszkeletális rostok három típusa a mikrotubulusok, az aktin filamentumok és a köztes filamentumok.
A mikrotubulusok nagyon vékony, hosszú csövek, amelyek “pályák” hálózatát alkotják, amelyeken a különböző organellumok mozognak a sejtben. A mikrotubulusok kis, páros szerkezeteket, úgynevezett centriolákat is alkotnak az állati sejtekben. Ezek a struktúrák nem tekinthetők organelláknak, mivel nem határolja őket membrán. A centriolák részt vesznek a sejtosztódás (szaporodás) folyamatában.
Egyes eukarióta sejtek a plazmamembrán külső oldalához tapadó mikrotubulusok segítségével mozognak. Ezeket a mikrotubulusokat flagelláknak és csillóknak nevezik. A csillókkal rendelkező sejtek fontos funkciókat is ellátnak az emberi szervezetben. Az emberek és más állatok légútjait ilyen sejtek bélelik, amelyek a törmeléket és a baktériumokat felfelé, a tüdőből a torokba söprik. Ott a törmeléket vagy kiköhögik a torokból, vagy lenyelik az emésztőrendszerbe, ahol az emésztőenzimek elpusztítják a káros baktériumokat.
Az aktin-filamentumok különösen az izomsejtekben jelennek meg, ahol az izomszövet összehúzódását biztosítják. A köztes filamentumok viszonylag erősek, és gyakran használják őket a szervsejtek rögzítésére a citoplazmán belül.
engedélyével sokszorosítva.)
Mitokondriumok. A mitokondriumok a sejtek erőművei. Minden kolbász alakú mitokondriumot külső membrán borít. A mitokondrium belső membránja cristáknak (jelentése “doboz”) nevezett rekeszekbe hajtogatott. A mátrix, vagyis a cristák által létrehozott belső tér tartalmazza a számos kémiai reakcióhoz szükséges enzimeket, amelyek végül a táplálékmolekulákat energiává alakítják.
Növényi organellumok. A növényi sejtek számos olyan organellummal rendelkeznek, amelyek az állati sejtekben nem találhatók meg. Ezek közé tartoznak a plasztidok, a vakuolumok és a sejtfal.
A plasztidok hólyagszerű organellumok, amelyek a növényekben számos funkciót látnak el. Az amiloplasztok például keményítőt, a kromoplasztok pedig pigmentmolekulákat tárolnak, amelyek egyes növények élénk narancssárga és sárga színét adják. A kloroplasztiszok olyan plasztidok, amelyek a fotoszintézist végzik, egy olyan folyamatot, amelyben a víz és a szén-dioxid cukorrá alakul át.
A vakuolumok nagyméretű, egyetlen membránnal határolt vezikulák. Sok növényi sejtben a sejttér mintegy 90 százalékát foglalják el. Számos funkciót látnak el a sejtben, többek között szerves vegyületek, salakanyagok, pigmentek és mérgező vegyületek tárolását, valamint emésztési funkciókat.
Minden növényi sejtnek van sejtfala, amely körülveszi a plazmamembránt. A növények sejtfala egy kemény szénhidrátanyagból, a cellulózból áll, amely más szénhidrátok közegében vagy hálózatában helyezkedik el. (A szénhidrát olyan szénből, hidrogénből és oxigénből álló vegyület, amely a növényekben található, és amelyet az emberek és más állatok táplálékként használnak fel). A sejtfal egy további védőréteget biztosít a sejt tartalma és a külső környezet között. Az alma ropogósságát például ezeknek a sejtfalaknak tulajdonítják.