સંક્ષિપ્ત વિહંગાવલોકન

આપણું શરીર એક સમયે ઘણી બધી ક્રિયાઓ કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, ખોરાકનું પાચન, ચેતાઓ દ્વારા વિદ્યુત સંદેશો મોકલવો, હૃદયમાંથી રક્ત પંપ કરવું, પોષક તત્ત્વોનું પરિભ્રમણ, પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ, મૂત્રનું ગાળણ અને ઘણું બધું. આ બધું શક્ય છે કોષોને કારણે, જેને જીવનનો મૂળભૂત એકમ ગણવામાં આવે છે. દરેક કોષ વિવિધ કાર્યો માટે જવાબદાર વિવિધ મશીનરી સાથે સજ્જ હોય છે, જેને અંગિકાઓ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તમે એ પણ જાણો છો કે સજીવોમાં (એકકોષી અથવા બહુકોષી) હાજર કોષોને કેન્દ્રકી�ય સંગઠન અને પટલબદ્ધ કોષીય અંગિકાઓના આધારે મુખ્યત્વે બે વર્ગોમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યા છે, એટલે કે, પ્રોકેરિયોટ અને યુકેરિયોટ. કેટલાક ઘટકો પ્રોકેરિયોટિક અને યુકેરિયોટિક બંને કોષો માટે સામાન્ય છે. આ છે પ્લાઝ્મા પટલ, કોષરસ, રાઇબોઝોમ, DNA, વગેરે. પ્રોકેરિયોટિક કોષોમાં સંગઠિત કેન્દ્રક હોતો નથી અને તેમાં અસંખ્ય રાઇબોઝોમ, મેસોસોમ (પ્લાઝ્મા પટલમાં વળાંક) તેમજ કેટલાકમાં ફ્લેજેલા જેવી ગતિ કરવાની રચનાઓ હોય છે. જ્યારે યુકેરિયોટિક કોષમાં સુસંગઠિત કેન્દ્રક, કોષ પટલ અને પટલબદ્ધ કોષીય અંગિકાઓ હોય છે જેમ કે એન્ડોપ્લાઝ્મિક રેટિક્યુલમ, ગોલ્ગી ઉપકરણ, માઇટોકોન્ડ્રિયા, પ્લાસ્ટિડ, રસધાની, લાયસોઝોમ, પેરોક્સિસોમ અને ઘણી બધી. સૂક્ષ્મદર્શી તકનીકોમાં થયેલી પ્રગતિએ કોષની વિગતવાર રચના શોધવામાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી છે.

ચાલો હવે કોષના કાર્ય અને જીવનની સ્થાપનામાં ભૂમિકા સાથે, રચના અને કાર્યને સમજવા માટે એક વ્યક્તિગત કોષને જોઈએ.

2.1 પ્લાઝ્મા પટલ

પ્લાઝ્મા પટલ કોષરસની સીમા બનાવે છે જે બહારથી બહ્યકોષીય મેટ્રિક્સ દ્વારા સુરક્ષિત હોય છે. પટલ કોષ અને તેના આસપાસના વાતાવરણ વચ્ચેના સંબંધ માટે જવાબદાર છે. તે પ્રકૃતિએ અર્ધપારગમ્ય છે. કોષ પટલની વિગતવાર રચના સમજવામાં મુખ્ય સફળતા માત્ર રાસાયણિક ઘટકો (મુખ્યત્વે લિપિડ અને પ્રોટીન) સમજ્યા પછી અને 1950ના દાયકામાં ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપની શોધ પછી જ પ્રાપ્ત થઈ. કેટલાક પ્રમાણમાં કાર્બોહાઇડ્રેટ પણ હાજર હોય છે. પ્લાઝ્મા પટલના સંગઠન માટે વ્યાપક રીતે સ્વીકૃત મોડેલ સેઇમોર જોનાથન સિંગર અને ગાર્થ એલ. નિકોલસન (1972) દ્વારા ‘ફ્લુઇડ મોઝેઇક મોડેલ’ તરીકે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો (ફિગ. 2.1). આ મોડેલ સૂચવે છે કે પ્લાઝ્મા પટલ કોષને ઘેરતું લિપિડ બાયલેયર છે જેમાં ગ્લોબ્યુલર પ્રોટીનનું મોઝેઇક હોય છે. લિપિડ અને પ્રોટીનની રચના વિવિધ કોષોમાં બદલાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, માનવ લાલ રક્તકણ પટલમાં લગભગ 52 ટકા પ્રોટીન અને 40 ટકા લિપિડ હોય છે. લિપિડ બાયલેયર કોષની સીમા એક અર્ધ-તરલ અવસ્થામાં બનાવે છે અને તે પ્રકૃતિએ ગતિશીલ છે. તરલ પ્રકૃતિને કારણે, લિપિડ અને પ્રોટીન પટલમાં આડી રીતે સ્વતંત્ર રીતે ફેલાઈ શકે છે. ફોસ્ફોલિપિડ (મુખ્ય પટલ લિપિડ) હાઇડ્રોફિલિક હેડથી બનેલું છે જે બાહ્ય તરફ રહે છે અને હાઇડ્રોકાર્બન સાંકળોની લાંબી હાઇડ્રોફોબિક પૂંછડી લિપિડ બાયલેયરના આંતરિક ભાગમાં રહે છે. તેમની સ્થિતિ અને સંલગ્નતાના આધારે પ્લાઝ્મા પટલમાં બે વિવિધ પ્રકારના પ્રોટીન ઓળખવામાં આવ્યા છે, એટલે કે, પરિધીય અને અખંડ પટલ પ્રોટીન. પરિધીય પટલ પ્રોટીન મુખ્યત્વે કોષ સિગ્નલિંગમાં સામેલ હોય છે અને આ લિપિડ બાયલેયર સાથે સપાટીય રીતે જોડાયેલા હોય છે. અખંડ પટલ પ્રોટીન આંશિક રીતે અથવા સંપૂર્ણ રીતે પ્લાઝ્મા પટલમાં દફનાવવામાં આવે છે. ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રોટીન સૌથી વધુ પ્રચલિત પ્રકારના અખંડ પટલ પ્રોટીન છે. રચનાત્મક રીતે, પ્રોકેરિયોટિક કોષ પટલ યુકેરિયોટ્સ જેવું જ છે.

બોક્સ 1

એડવિન ગોર્ટર અને એફ. ગ્રેન્ડેલે 1925ના વર્ષમાં સસ્તન પ્રાણીઓની ધમની અથવા શિરામાંથી રક્ત કોષો (ક્રોમોસાઇટ) એકત્રિત કર્યા. ક્રોમોસાઇટને સેલાઇન દ્રાવણ સાથે ઘણી વખત ધોવાથી પ્લાઝ્મામાંથી અલગ કરવામાં આવ્યા અને એસિટોનનો ઉપયોગ કરીને નિષ્કર્ષણ કરવામાં આવ્યું. તેમને લિપિડ મળ્યા જે બે-અણુ જાડા સ્તરની જેમ ક્રોમોસાઇટની સંપૂર્ણ સપાટી વિસ્તારને ઢાંકી દે છે. તેમણે જોયું કે બધા કોષો, પ્રોકેરિયોટિક અથવા યુકેરિયોટિક, સુસ્પષ્ટ પ્લાઝ્મા પટલથી ઘેરાયેલા હોય છે, જે તેના આંતરિક ઘટકોને પર્યાવરણથી સુરક્ષિત રાખીને કોષની ઓળખ જાળવી રાખે છે. આ પુરાવાને ઉચ્ચ વિસ્તરણ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોગ્રાફ દ્વારા આગળ ટેકો મળ્યો, જે પ્લાઝ્મા પટલને ‘રેલરોડ ટ્રેક’ તરીકે ઓળખાવે છે, જેમાં ફોસ્ફોલિપિડના ધ્રુવીય હેડ જૂથોની બે ગાઢ રંગાયેલી રેખાઓ અને હાઇડ્રોફોબિક ફેટી એસિડ સાંકળનું પ્રતિનિધિત્વ કરતો હળવા રંગનો ભાગ હોય છે. તેનું આણ્વીય સંગઠન હજુ પણ પ્રાથમિક હતું. આના આધારે, તેમણે માનવ લાલ રક્તકણને મોડેલ તરીકે ઉપયોગ કરીને, એકસ્તરીને બદલે પ્લાઝ્મા પટલની દ્વિસ્તરી રચના પ્રસ્તાવિત કરી.

કોષની બહાર

કોષની અંદર

ફિગ. 2.1: પ્લાઝ્મા પટલના ફ્લુઇડ મોઝેઇક મોડેલ દર્શાવતું રેખાકૃતિ આકૃતિ

પ્લાઝ્મા પટલના વિસ્તરણ દ્વારા કોષમાં એક વિશિષ્ટ પટલમય રચના બને છે, આ રચનાને મેસોસોમ કહેવામાં આવે છે જે વેસિકલ, નલિકા અને લેમેલીના રૂપમાં હોય છે. મેસોસોમ પ્લાઝ્મા પટલની સપાટી વધારે છે.

પટલની અર્ધ-તરલ પ્રકૃતિ વિવિધ કોષીય કાર્યો માટે ઉપયોગી છે જેમ કે કોષ વિભાજન, કોષ વૃદ્ધિ, આંતરકોષીય જંકશન પર સંચાર, કોષ સ્ત્રાવ, એન્ડોસાઇટોસિસ, વગેરે. પસંદગીપણે પારગમ્ય હોવાને કારણે પ્લાઝ્મા પટલ આણ્વીય ગતિને પ્રતિબંધિત કરે છે અને કોષ રચના જાળવી રાખે છે. કેટલાક અણુઓ કોઈપણ ઊર્જા ખર્ચ વિના પટલમાં સાંદ્રતા પ્રવણતા સાથે નિષ્ક્રિય રીતે ફરે છે જેને નિષ્ક્રિય પરિવહન કહેવામાં આવે છે. અણુઓની નિષ્ક્રિય ગતિ વિસરણ અને અસ્મોસિસની પ્રક્રિયા દ્વારા થાય છે. જો કે, થોડા અણુઓ ક્યાં તો ચાર્જ થયેલા (ઉદાહરણ તરીકે, આયન અને એમિનો એસિડ) અથવા અચાર્જિત (ઉદાહરણ તરીકે, ગ્લુકોઝ) સરળ વિસરણ દ્વારા પ્લાઝ્મા પટલને પાર કરી શકતા નથી. આવા અણુઓની ગતિ વાહક પ્રોટીન દ્વારા સુવિધાપૂર્વક થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ગ્લુકોઝ ટ્રાન્સપોર્ટર (ફિગ. 2.2 (a)) અને ચેનલ પ્રોટીન. આવા આણ્વીય ગતિને સુવિધાપૂર્વક ગતિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. એક્વાપોરિન એક નિર્ણાયક ચેનલ પ્રોટીન છે જે વનસ્પતિ અને પ્રાણી કોષમાં પ્લાઝ્મા પટલમાં પાણીના પરિવહન માટે છે. સ્નાયુ અને ચેતા કોષના પટલમાંના કેટલાક સારી રીતે અભ્યાસ કરેલા ચેનલ પ્રોટીન આયન ચેનલ છે (ફિગ. 2.2(b)).

ફિગ. 2.2: પટલ પરિવહન (a) ગ્લુકોઝનું સુવિધાપૂર્વક પરિવહન અને (b) આયન-ગેટેડ ચેનલ દ્વારા પરિવહન

જે અણુઓ સાંદ્રતા પ્રવણતા વિરુદ્ધ પરિવહન કરવામાં આવે છે (એટલે કે, નીચી સાંદ્રતાથી ઊંચી સાંદ્રતા તરફ) તેમને ATP અણુઓમાંથી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર પડે છે, ઉદા. $\mathbf{N a}^{+}-\mathbf{K}^{+}$ પંપ (ફિગ 2.3). આને સક્રિય પરિવહન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જો કે, કેટલાક સક્રિય પરિવહન ATP-સ્વતંત્ર હોય છે; અણુઓ સાંદ્રતા પ્રવણતા વિરુદ્ધ પરિવહન કરવામાં આવે છે પરંતુ ATP જળવિભાજનમાંથી કોઈ ઊર્જાનો ઉપયોગ થતો નથી. તે આવા અણુના પરિવહનને સાંદ્રતા પ્રવણતા સાથે પરિવહન થતા બીજા અણુ સાથે જોડે છે, ઉદાહરણ તરીકે, $\mathrm{Na}^{+}$ પ્રવણતામાંથી મળતી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને આયન, શર્કરા અને એમિનો એસિડનું સક્રિય પરિવહન.

જોડાયેલા પરિવહનમાં, જો બે અણુઓ સમાન દિશામાં પરિવહન કરવામાં આવે છે (ગ્લુકોઝ અને $\mathrm{Na}^{+}$નું ગ્રહણ), તો તેને સિમપોર્ટ કહેવામાં આવે છે. જો સક્રિય પરિવહનમાં બે અણુઓનું વિરુદ્ધ દિશામાં પરિવહન ($\mathrm{Na}^{+}$ અને $\mathrm{Ca}^{2+}$નું $\mathrm{Na}^{+}-\mathrm{Ca}^{2+}$ એન્ટિપોર્ટર દ્વારા પરિવહન) સામેલ હોય, તો તેને એન્ટિપોર્ટ કહેવામાં આવે છે. જ્યારે સુવિધાપૂર્વક વિસરણ માત્ર એક જ અણુનું પરિવહન કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, ગ્લુકોઝ, તો તેને યુનિપોર્ટ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

ફિગ. 2.3: $\mathrm{Na}^{+}-\mathrm{K}^{+}$ પંપ દ્વારા સક્રિય પરિવહન

2.2 કોષ ભિત્તિ

પ્લાઝ્મા પટલ ઉપરાંત બેક્ટેરિયા, શેવાળ, ફૂગ અને ઉચ્ચ વનસ્પતિઓના કોષો એક કઠોર કોષ ભિત્તિથી પણ ઘેરાયેલા હોય છે. તે પ્રાણી કોષોમાં જોવા મળતી નથી. તે બેક્ટેરિયા અને યુકેરિયોટ્સમાં રચનાત્મક રીતે અલગ હોય છે. બેક્ટેરિયામાં, તે પોલિસેકેરાઇડથી બનેલી હોય છે જે નાના પેપ્ટાઇડ્સ દ્વારા ક્રોસ-લિંક થયેલી હોય છે, જે કઠોરતા, આકાર અને અસ્મોટિક દબાણથી સુરક્ષા પ્રદાન કરે છે; અને યુકેરિયોટ્સ (વનસ્પતિઓ અને ફૂગ)માં, તે મુખ્યત્વે પોલિસેકેરાઇડથી બનેલી હોય છે. કોષ ભિત્તિ માત્ર કોષનો આકાર નક્કી કરતી નથી, પરંતુ અસ્મોટિક દબાણને કારણે થતા કોષ ફાટવાને પણ રોકે છે. તે કોષ-કોષ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં પણ મદદ કરે છે અને યાંત્રિક શક્તિ અને ચેપથી સુરક્ષા પ્રદાન કરે છે. ગ્રામ-પોઝિટિવ બેક્ટેરિયામાં એક જ પ્લાઝ્મા પટલ સાથે જાડી કોષ ભિત્તિ હોય છે (ફિગ. 2.4 (a)). તેનાથી વિપરીત, ગ્રામ નેગેટિવ બેક્ટેરિયામાં પાતળી કોષ ભિત્તિ હોય છે જે દ્વિસ્તરી પ્લાઝ્મા પટલથી ઘેરાયેલી હોય છે (ફિગ. 2.4 (b)). બેક્ટેરિયા વધે છે અને વિભાજિત થાય છે તેમ કોષ ભિત્તિ સતત વધે છે અને તેનો આકાર બદલે છે. રચનાત્મક રીતે, બેક્ટેરિયલ કોષ ભિત્તિ એ રેખીય પેપ્ટિડોગ્લાયકન સાંકળનો મજબૂત સહસંયોજક શેલ છે જે ટેટ્રાપેપ્ટાઇડ્સ દ્વારા ક્રોસ-લિંક થયેલો હોય છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા એન્ટિબાયોટિક્સ આ પેપ્ટિડોગ્લાયકન સ્ટ્રેન્ડ્સના ક્રોસ-લિંકિંગને અવરોધિત કરે છે અને બેક્ટેરિયલ વૃદ્ધિમાં દખલ કરે છે તેમ જાણીતું છે.

ફિગ. 2.4: પ્રોકેરિયોટિક કોષ ભિત્તિ; (a) ગ્રામ-પોઝિટિવ અને (b) ગ્રામ-નેગેટિવ બેક્ટેરિયા

યુકેરિયોટ્સમાં, કોષ ભિત્તિ મુખ્યત્વે પોલિસેકેરાઇડથી બનેલી હોય છે (ફિગ. 2.5), જે સેલ્યુલોઝ (ગ્લુકોઝ અવશેષોનો રેખીય પોલિમર) હોઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, મોટાભાગની ઉચ્ચ વનસ્પતિઓ, અથવા કાઇટિન ($\mathrm{N}$-એસિટાઇલગ્લુકોઝામાઇનનો રેખીય પોલિમર) હોઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, ફૂગ. વનસ્પતિઓમાં, વધતો કોષ પ્રાથમિક કોષ ભિત્તિ કરતાં પ્રમાણમાં પાતળી પ્રાથમિક કોષ ભિત્તિ દ્વારા ઘેરાયેલો હોય છે, જેમાં કોષ વિસ્તરણ માટે સ્થાન હોય છે. જેમ તે વધવાનું બંધ કરે છે, તેમ પ્રાથમિક કોષ ભિત્તિ અને પ્લાઝ્મા પટલ વચ્ચે દ્વિતીય કોષ ભિત્તિ નામનો નવો સ્તર રચાય છે. લિગ્નિનના નિક્ષેપને કારણે દ્વિતીય કોષ ભિત્તિ પ્રાથમિક કોષ ભિત્તિની તુલનામાં ખૂબ જ કઠોર અને જાડી હોય છે. કેલ્શિયમ પેક્ટેટનો એક સ્તર (મધ્ય લેમેલા તરીકે ઓળખાય છે) પડોશી કોષોને એકસાથે રાખે છે અને પ્લાઝમોડેસ્માટા નામની રચના દ્વારા તેમના કોષરસને જોડે છે.

પ્રોકેરિયોટિક કોષોમાં, ખાસ કરીને બેક્ટેરિયામાં, કોષ ભિત્તિ આગળ ગ્લાયકોલેક્સ તરીકે ઓળખાતા ભારે ગ્લાયકોસાઇલેટેડ પ્રોટીનથી ઢંકાયેલી હોય છે. તે આક્રમક રોગકારકો માટે અવરોધ તરીકે કાર્ય કરે છે અને યાંત્રિક અને આયનિક તણાવથી કોષને સુરક્ષિત કરે છે. ગ્લાયકોલેક્સ કોષ-કોષ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં પણ સામેલ હોય છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, તે સ્લાઇમ સ્તર તરીકે ઓળખાતા છૂટા શીથના રૂપમાં હોઈ શકે છે અને અન્યમાં, તે જાડું અને સખત હોઈ શકે છે જેને કેપ્સ્યુલ કહેવામાં આવે છે.

2.2.1 એન્ડોમેમ્બ્રેન સિસ્ટમ

યુકેરિયોટ્સમાં, ઘણી કોષીય અંગિકાઓ હોય છે જે કોષ પટલ જેવી જ પટલથી બંધાયેલી હોય છે, અને આ રચના અને કાર્યની દ્રષ્ટિએ અલગ હોય છે.

તેમ છતાં, કેટલીક પટલબદ્ધ અંગિકાઓ એક સિસ્ટમમાં એકસાથે કાર્ય કરે છે જેને એન્ડોમેમ્બ્રેન (એન્ડો- ‘અંદર’) સિસ્ટમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, કારણ કે તેમના કાર્યો એકબીજા સાથે સંકલિત હોય છે. તે પટલબદ્ધ અંગિકાઓના સમૂહનો સમાવેશ કરે છે જે પ્રોટીન અને લિપિડ સંશ્લેષણમાં; તેની પ્રક્રિયા, પેકેજિંગ અને કોષની અંદર તેમના સંબંધિત સ્થાનો પર પરિવહનમાં એકસાથે કાર્ય કરે છે (બોક્સ 2). એન્ડોમેમ્બ્રેન સિસ્ટમમાં એન્ડોપ્લાઝ્મિક રેટિક્યુલમ, ગોલ્ગી કોમ્પ્લેક્સ, લાયસોઝોમ અને રસધાનીનો સમાવેશ થાય છે.

(a) સેલ્યુલોઝ; $\beta$-D-ગ્લુકોઝના પુનરાવર્તિત એકમોથી બનેલું પોલિસેકેરાઇડ $\beta(1 \rightarrow 4)$ ગ્લાયકોસિડિક બંધન દ્વારા જોડાયેલું

(b) કાઇટિન; $\mathrm{N}$-એસિટાઇલગ્લુકોઝામાઇનના પુનરાવર્તિત એકમોથી બનેલું પોલિસેકેરાઇડ $\beta(1 \rightarrow 4)$ ગ્લાયકોસિડિક બંધન દ્વારા જોડાયેલું

ફિગ.2.5: યુકેરિયોટિક કોષ ભિ