సంక్షిప్త వివరణ

మన శరీరం ఒక నిర్దిష్ట సమయంలో అనేక పనులను చేస్తుంది, ఉదాహరణకు, ఆహార జీర్ణక్రియ, నరాల ద్వారా విద్యుత్ సందేశాలను పంపడం, గుండె నుండి రక్తాన్ని పంపడం, పోషకాలను ప్రసరింపజేయడం, ప్రోటీన్లను సంశ్లేషణ చేయడం, మూత్రాన్ని వడపోయడం మరియు మరెన్నో. కణాలు జీవితం యొక్క ప్రాథమిక ప్రమాణంగా పరిగణించబడటం వలన ఇవన్నీ సాధ్యమవుతాయి. ప్రతి కణం వివిధ విధులకు బాధ్యత వహించే అవయవాలు అని పిలువబడే వివిధ యంత్రాంగాలతో సజ్జీకరించబడి ఉంటుంది. కేంద్రక సంస్థాపన మరియు పొర-బంధిత కణ అవయవాల ఆధారంగా, జీవులలో (ఏకకణ లేదా బహుకణ) ఉన్న కణాలను రెండు ప్రధాన వర్గాలుగా విస్తృతంగా వర్గీకరించారని మీకు కూడా తెలుసు, అవి ప్రోకారియోట్ మరియు యూకారియోట్. కొన్ని భాగాలు ప్రోకారియోటిక్ మరియు యూకారియోటిక్ కణం రెండింటికీ సాధారణం. ఇవి ప్లాస్మా పొర, కణద్రవ్యం, రైబోజోమ్లు, DNA మొదలైనవి. ప్రోకారియోటిక్ కణాలు వ్యవస్థీకృత కేంద్రకం లేకుండా ఉంటాయి మరియు అనేక రైబోజోమ్లు, మెసోసోమ్లు (ప్లాస్మా పొరలో మడతలు) కలిగి ఉంటాయి, అలాగే కొన్నింటిలో కశాభాలు వంటి చలన నిర్మాణాలు ఉంటాయి. యూకారియోటిక్ కణం బాగా వ్యవస్థీకృత కేంద్రకం, కణ పొర మరియు పొర-బంధిత కణ అవయవాలను కలిగి ఉంటుంది, ఉదాహరణకు, అంతర్ద్రవ్య జాలిక, గోల్జీ సంక్లిష్టం, మైటోకాండ్రియా, ప్లాస్టిడ్లు, రిక్తిక, లైసోజోమ్లు, పెరాక్సిసోమ్లు మరియు మరెన్నో. సూక్ష్మదర్శిని పద్ధతుల్లో పురోగతి కణం యొక్క వివరణాత్మక నిర్మాణాన్ని అన్వేషించడంలో చాలా కీలక పాత్ర పోషించింది.

కణ పనితీరు మరియు జీవితాన్ని స్థాపించడంలో పాత్రతో పాటు, నిర్మాణం మరియు పనితీరును అర్థం చేసుకోవడానికి ఇప్పుడు ఒక వ్యక్తిగత కణాన్ని పరిశీలిద్దాం.

2.1 ప్లాస్మా పొర

ప్లాస్మా పొర కణద్రవ్యం యొక్క సరిహద్దును ఏర్పరుస్తుంది, బాహ్య కణ మాతృక ద్వారా బయటి నుండి రక్షించబడుతుంది. కణం మరియు దాని పరిసరాల మధ్య సంబంధానికి ఈ పొర బాధ్యత వహిస్తుంది. ఇది స్వభావంలో అర్ధపారగమ్యంగా ఉంటుంది. కణ పొర యొక్క వివరణాత్మక నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకోవడంలో ప్రధాన పురోగతి, రసాయన కూర్పు (ప్రధానంగా లిపిడ్ మరియు ప్రోటీన్) అర్థం చేసుకున్న తర్వాత మరియు 1950లలో ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శిని ఆవిష్కరణ తర్వాత మాత్రమే సాధించబడింది. కొంత మొత్తంలో కార్బోహైడ్రేట్లు కూడా ఉంటాయి. ప్లాస్మా పొర యొక్క సంస్థాపనకు విస్తృతంగా ఆమోదించబడిన నమూనాను సీమోర్ జోనాథన్ సింగర్ మరియు గార్త్ ఎల్. నికోల్సన్ (1972) ‘ది ఫ్లూయిడ్ మొజాయిక్ మోడల్’ (Fig. 2.1)గా ప్రతిపాదించారు. ఈ నమూనా ప్లాస్మా పొర కణాన్ని చుట్టుముట్టి ఉండే లిపిడ్ ద్విపొరగా ఉండాలని సూచిస్తుంది, దీనిలో గ్లోబులార్ ప్రోటీన్ల మొజాయిక్ ఉంటుంది. లిపిడ్ మరియు ప్రోటీన్ కూర్పు వివిధ కణాలలో మారుతుంది, ఉదాహరణకు, మానవ ఎరిథ్రోసైట్ పొరలో సుమారు 52 శాతం ప్రోటీన్ మరియు 40 శాతం లిపిడ్లు ఉంటాయి. లిపిడ్ ద్విపొర కణ సరిహద్దును అర్ధ-ద్రవ స్థితిలో ఉంచుతుంది మరియు ఇది స్వభావంలో చలనశీలంగా ఉంటుంది. ద్రవ స్వభావం కారణంగా, లిపిడ్లు మరియు ప్రోటీన్లు పొర అంతటా పార్శ్వంగా స్వేచ్ఛగా వ్యాపించగలవు. ఫాస్ఫోలిపిడ్లు (ప్రధాన పొర లిపిడ్) హైడ్రోఫిలిక్ తల కణబాహ్యంవైపు మరియు హైడ్రోఫోబిక్ హైడ్రోకార్బన్ గొలుసుల పొడవైన తోక లిపిడ్ ద్విపొర లోపలి భాగాన్ని ఆక్రమించి ఉంటాయి. వాటి స్థానం మరియు అనుబంధం ఆధారంగా ప్లాస్మా పొరలో రెండు వేర్వేరు రకాల ప్రోటీన్లు గుర్తించబడ్డాయి, అవి పరిధీయ మరియు అంతర్గత పొర ప్రోటీన్లు. పరిధీయ పొర ప్రోటీన్లు ప్రధానంగా కణ సంకేతీకరణలో పాల్గొంటాయి మరియు ఇవి లిపిడ్ ద్విపొరకు బాహ్యంగా అతుక్కొని ఉంటాయి. అంతర్గత పొర ప్రోటీన్లు పాక్షికంగా లేదా పూర్తిగా ప్లాస్మా పొరలో పూడ్చబడి ఉంటాయి. ట్రాన్స్మెంబ్రేన్ ప్రోటీన్లు అత్యంత సమృద్ధిగా ఉండే రకం అంతర్గత పొర ప్రోటీన్లు. నిర్మాణాత్మకంగా, ప్రోకారియోటిక్ కణ పొర యూకారియోట్ల వలె సమానంగా ఉంటుంది.

బాక్స్ 1

ఎడ్విన్ గోర్టర్ మరియు ఎఫ్. గ్రెండెల్ 1925 సంవత్సరంలో క్షీరదాల ధమని లేదా సిర నుండి రక్త కణాలను (క్రోమోసైట్లు) సేకరించారు. క్రోమోసైట్లను ఉప్పు ద్రావణంతో అనేక సార్లు కడిగి వేరు చేసి, అసిటోన్ ఉపయోగించి సారం తీసుకున్నారు. వారు క్రోమోసైట్ల మొత్తం ఉపరితల వైశాల్యాన్ని రెండు-అణు మందపాటి పొరలా కప్పివేసే లిపిడ్లను పొందారు. అన్ని కణాలు, ప్రోకారియోటిక్ లేదా యూకారియోటిక్, బాగా నిర్వచించబడిన ప్లాస్మా పొరతో చుట్టుముట్టబడి ఉంటాయని వారు గమనించారు, ఇది పర్యావరణం నుండి దాని అంతర్గత భాగాలను కాపాడుతూ కణ గుర్తింపును నిర్వహిస్తుంది. ఈ సాక్ష్యానికి ఫాస్ఫోలిపిడ్ల యొక్క ధ్రువ తల సమూహాల రెండు దట్టంగా రంగు పూసిన రేఖలు మరియు హైడ్రోఫోబిక్ కొవ్వు ఆమ్ల గొలుసును సూచించే తేలికగా రంగు పూసిన భాగంతో ప్లాస్మా పొరను ‘రైల్రోడ్ ట్రాక్’గా సూచించే అధిక వ్యాసార్థం ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మచిత్రం ద్వారా మరింత మద్దతు లభించింది. దాని అణు సంస్థాపన ఇంకా ప్రాథమిక స్థాయిలో ఉంది. దీని ఆధారంగా, వారు మానవ ఎర్రరక్త కణాలను మోడల్గా ఉపయోగించి, ఏకపొర కంటే ప్లాస్మా పొర యొక్క ద్విపొర నిర్మాణాన్ని ప్రతిపాదించారు.

కణం బయట

కణం లోపల

Fig. 2.1: ప్లాస్మా పొర యొక్క ద్రవ మొజాయిక్ నమూనాను చూపించే స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం

ప్లాస్మా పొర యొక్క విస్తరణ ద్వారా కణంలో ఒక ప్రత్యేక పొర నిర్మాణం ఏర్పడుతుంది, ఈ నిర్మాణాన్ని మెసోసోమ్ అంటారు, ఇది సూక్ష్మకోశం, నాళికలు మరియు పలుచని పొరల రూపంలో ఉంటుంది. మెసోసోమ్లు ప్లాస్మా పొర యొక్క ఉపరితల వైశాల్యాన్ని పెంచుతాయి.

పొర యొక్క అర్ధ-ద్రవ స్వభావం కణ విభజన, కణ వృద్ధి, అంతర కణ సంధులలో సంభాషణ, కణ స్రావం, అంతర్గ్రహణం మొదలైన వివిధ కణ విధులకు ఉపయోగపడుతుంది. ఎంపికపై పారగమ్యంగా ఉండే ప్లాస్మా పొర అణు కదలికను నియంత్రిస్తుంది మరియు కణ కూర్పును నిర్వహిస్తుంది. కొన్ని అణువులు శక్తి వినియోగం లేకుండా పొర అంతటా గాఢత ప్రవణత వెంబడి నిష్క్రియంగా కదులుతాయి, దీనిని నిష్క్రియ రవాణా అంటారు. అణువుల నిష్క్రియ కదలిక వ్యాపనం మరియు ద్రవాభిసరణ ప్రక్రియల ద్వారా జరుగుతుంది. అయితే, కొన్ని అణువులు ఆవేశం కలిగినవి (ఉదాహరణకు, అయాన్లు మరియు అమైనో ఆమ్లాలు) లేదా ఆవేశం లేనివి (ఉదాహరణకు, గ్లూకోజ్) సాధారణ వ్యాపనం ద్వారా ప్లాస్మా పొరను దాటలేవు. అటువంటి అణువుల కదలిక వాహక ప్రోటీన్లు ద్వారా సులభతరం చేయబడుతుంది, ఉదాహరణకు, గ్లూకోజ్ రవాణాదారు (Fig. 2.2 (a)) మరియు ఛానల్ ప్రోటీన్లు. అటువంటి అణు కదలికను సులభతర కదలిక అంటారు. ఆక్వాపోరిన్లు మొక్క మరియు జంతు కణంలోని ప్లాస్మా పొర అంతటా నీటి రవాణా కోసం కీలకమైన ఛానల్ ప్రోటీన్లలో ఒకటి. కండరం మరియు నరాల కణం యొక్క పొరలో బాగా అధ్యయనం చేయబడిన కొన్ని ఛానల్ ప్రోటీన్లు అయాన్ ఛానల్లు (Fig. 2.2(b)).

Fig. 2.2: పొర రవాణా (a) గ్లూకోజ్ యొక్క సులభతర రవాణా మరియు (b) అయాన్-గేటెడ్ ఛానల్ ద్వారా రవాణా

గాఢత ప్రవణతకు వ్యతిరేకంగా (అంటే, తక్కువ గాఢత నుండి ఎక్కువ గాఢత వైపు) రవాణా చేయబడే అణువులు ATP అణువుల నుండి శక్తి వినియోగం అవసరం, ఉదా. $\mathbf{N a}^{+}-\mathbf{K}^{+}$ పంపు (Fig 2.3). దీనిని సక్రియ రవాణా అంటారు. అయితే, కొన్ని సక్రియ రవాణాలు ATP-స్వతంత్రమైనవి; అణువులు ATP జలవిశ్లేషణ నుండి శక్తి వినియోగం లేకుండా గాఢత ప్రవణతలకు వ్యతిరేకంగా రవాణా చేయబడతాయి. ఇది అటువంటి అణువు యొక్క రవాణాను గాఢత ప్రవణత వెంబడి రవాణా చేయబడే రెండవ అణువుతో జతచేస్తుంది, ఉదాహరణకు, $\mathrm{Na}^{+}$ ప్రవణత నుండి ఉద్భవించే శక్తిని ఉపయోగించి అయాన్లు, చక్కెరలు మరియు అమైనో ఆమ్లాల సక్రియ రవాణా.

జతచేయబడిన రవాణాలో, రెండు అణువులు ఒకే దిశలో రవాణా చేయబడితే (గ్లూకోజ్ మరియు $\mathrm{Na}^{+}$ యొక్క గ్రహణ), దీనిని సింపోర్ట్ అంటారు. సక్రియ రవాణా రెండు అణువులను వ్యతిరేక దిశలో రవాణా చేయడాన్ని కలిగి ఉంటే ($\mathrm{Na}^{+}$ మరియు $\mathrm{Ca}^{2+}$ యొక్క రవాణా $\mathrm{Na}^{+}-\mathrm{Ca}^{2+}$ యాంటీపోర్టర్ ద్వారా), దీనిని యాంటీపోర్ట్ అంటారు. సులభతర వ్యాపనం ఒకే అణువును మాత్రమే రవాణా చేస్తుంది, ఉదాహరణకు, గ్లూకోజ్, దీనిని యూనిపోర్ట్ అంటారు.

Fig. 2.3: $\mathrm{Na}^{+}-\mathrm{K}^{+}$ పంపు ద్వారా సక్రియ రవాణా

2.2 కణ భిత్తి

బాక్టీరియా, శైవలాలు, శిలీంధ్రాలు మరియు ఉన్నత మొక్కల కణాలు ప్లాస్మా పొరతో పాటు దృఢమైన కణ భిత్తితో చుట్టుముట్టబడి ఉంటాయి. ఇది జంతు కణాలలో కనిపించదు. ఇది నిర్మాణాత్మకంగా బాక్టీరియా మరియు యూకారియోట్లలో భిన్నంగా ఉంటుంది. బాక్టీరియాలో, ఇది చిన్న పెప్టైడ్ల ద్వారా క్రాస్-లింక్ చేయబడిన పాలీసాకరైడ్తో కూడి ఉంటుంది, ఇది దృఢత్వం, ఆకారం మరియు ద్రవాభిసరణ పీడనం నుండి రక్షణను అందిస్తుంది; మరియు యూకారియోట్లలో (మొక్కలు మరియు శిలీంధ్రాలు), ఇది ప్రధానంగా పాలీసాకరైడ్లతో తయారు చేయబడుతుంది. కణ భిత్తి కణ ఆకారాన్ని మాత్రమే నిర్ణయించదు, కానీ ద్రవాభిసరణ పీడనం వలన కలిగే కణ పగుళ్లను కూడా నిరోధిస్తుంది. ఇది కణ-కణ పరస్పర చర్యలో సహాయపడుతుంది మరియు యాంత్రిక బలాన్ని మరియు ఇన్ఫెక్షన్ నుండి రక్షణను అందిస్తుంది. గ్రామ్-పాజిటివ్ బాక్టీరియా ఒకే ప్లాస్మా పొరతో మందపాటి కణ భిత్తిని కలిగి ఉంటాయి (Fig. 2.4 (a)). దీనికి విరుద్ధంగా, గ్రామ్ నెగటివ్ బాక్టీరియా ద్వంద్వ ప్లాస్మా పొరతో చుట్టుముట్టబడిన సన్నని కణ భిత్తిని కలిగి ఉంటాయి (Fig. 2.4 (b)). బాక్టీరియా పెరిగి విభజించేకొద్దీ కణ భిత్తి నిరంతరం పెరుగుతుంది మరియు దాని ఆకారాన్ని మారుస్తుంది. నిర్మాణాత్మకంగా, బాక్టీరియల్ కణ భిత్తి ఒక దృఢమైన సమయోజనీయ షెల్, ఇది టెట్రాపెప్టైడ్ల ద్వారా క్రాస్-లింక్ చేయబడిన లీనియర్ పెప్టిడోగ్లైకన్ గొలుసు. సాధారణంగా ఉపయోగించే యాంటీబయాటిక్లు ఈ పెప్టిడోగ్లైకన్ తంతువుల క్రాస్-లింకింగ్ను నిరోధించడం మరియు బాక్టీరియా వృద్ధిని అంతరాయం చేయడం తెలిసింది.

Fig. 2.4: ప్రోకారియోటిక్ కణ భిత్తి; (a) గ్రామ్-పాజిటివ్ మరియు (b) గ్రామ్-నెగటివ్ బాక్టీరియా

యూకారియోట్లలో, కణ భిత్తి ప్రధానంగా పాలీసాకరైడ్తో కూడి ఉంటుంది (Fig. 2.5), ఇది సెల్యులోజ్ (గ్లూకోజ్ అవశేషాల రేఖీయ బహుళకం) కావచ్చు, ఉదాహరణకు, చాలా ఉన్నత మొక్కలు, లేదా **కైటిన్ ($\mathrm{N}$-ఎసిటైల్గ్లూకోసమైన్ యొక్క రేఖీయ బహుళకం) ఉదాహరణకు, శిలీంధ్రాలు. మొక్కలలో, పెరుగుతున్న కణం సాపేక్షంగా సన్నని ప్రాథమిక కణ భిత్తితో చుట్టుముట్టబడి ఉంటుంది, ఇది కణ విస్తరణకు అవకాశం కలిగిస్తుంది. ఇది పెరగడం మానేసినప్పుడు, ప్రాథమిక కణ భిత్తి మరియు ప్లాస్మా పొర మధ్య ద్వితీయ కణ భిత్తి అనే కొత్త పొర ఏర్పడుతుంది. ద్వితీయ కణ భిత్తి లిగ్నిన్ యొక్క నిక్షేపణ కారణంగా ప్రాథమిక కణ భిత్తితో పోలిస్తే చాలా దృఢంగా మరియు మందంగా ఉంటుంది. కాల్షియం పెక్టేట్ యొక్క పొర (మధ్య లామెల్లా అని పిలుస్తారు) పొరుగు కణాలను కలిపి ఉంచుతుంది మరియు ప్లాస్మోడెస్మాటా అని పిలువబడే నిర్మాణం ద్వారా వాటి కణద్రవ్యాన్ని కలుపుతుంది.

ప్రోకారియోటిక్ కణాలలో, ముఖ్యంగా బాక్టీరియాలో, కణ భిత్తి మరింత గ్లైకోకాలిక్స్ అని పిలువబడే భారీగా గ్లైకోసైలేటెడ్ ప్రోటీన్తో కప్పబడి ఉంటుంది. ఇది ఆక్రమించే రోగకారకాలకు అడ్డంకిగా పనిచేస్తుంది మరియు కణాన్ని యాంత్రిక మరియు అయానిక్ ఒత్తిళ్ల నుండి రక్షిస్తుంది. గ్లైకోకాలిక్స్ కణ-కణ పరస్పర చర్యలలో కూడా పాల్గొంటుంది. కొన్ని సందర్భాల్లో, ఇది స్లైమ్ పొర అని పిలువబడే వదులుగా ఉండే మూతగా ఉండవచ్చు మరియు ఇతర సందర్భాల్లో, ఇది మందంగా మరియు గట్టిగా క్యాప్స్యూల్గా ఉండవచ్చు.

2.2.1 అంతర్గత పొర వ్యవస్థ

యూకారియోట్లలో, కణ పొర వలె పొరతో బంధించబడిన అనేక కణ అవయవాలు ఉన్నాయి మరియు ఇవి నిర్మాణం మరియు విధుల పరంగా విభిన్నంగా ఉంటాయి.

అయినప్పటికీ, కొన్ని పొర-బంధిత అవయవాలు అంతర్గత పొర (ఎండో-‘లోపల’) వ్యవస్థ అని పిలువబడే వ్యవస్థలో కలిసి పనిచేస్తాయి, ఎందుకంటే వాటి విధులు ఒకదానితో ఒకటి సమన్వయం చేయబడతాయి. ఇది ప్రోటీన్ మరియు లిపిడ్ సంశ్లేషణలో కలిసి పనిచేసే పొర-బంధిత అవయవాల సమూహాన్ని కలిగి ఉంటుంది; దాని ప్రాసెసింగ్, ప్యాకేజింగ్ మరియు కణం లోపల వాటి సంబంధిత స్థానాలకు రవాణా (బాక్స్ 2). అంతర్గత పొర వ్యవస్థలో అంతర్ద్రవ్య జాలిక, గోల్జీ సంక్లిష్టం, లైసోజోమ్లు మరియు రిక్తిక ఉన్నాయి.

(a) సెల్యులోజ్; $\beta$-D-గ్లూకోజ్ యొక్క పునరావృత యూనిట్లతో తయారు చేయబడిన పాలీసాకరైడ్ $\beta(1 \rightarrow 4)$ గ్లైకోసిడిక్ బంధాల ద్వారా లింక్ చేయబడింది

(b) కైటిన్; $\mathrm{N}$-ఎసిటైల్గ్లూకోసమైన్ యొక్క పునరావృత యూనిట్లతో తయారు చేయబడిన పాలీసాకరైడ్ $\beta(1 \rightarrow 4)$ గ్లైకోసిడిక్ బంధాల ద్వారా లింక్ చేయబడింది

Fig.2.5: యూకారియోటిక్ కణ భిత్తి యొక్క భాగాలు; (a) మొక్క మరియు (b) శిలీంధ్రం

2.3 అంతర్ద్రవ్య జాలిక

అంతర్ద్రవ్య జాలిక (ER) కేంద్రకం మరియు గోల్జీ సంక్లిష్టం దగ్గర ఉన్న పొర-పొదుగు నాళికలు మరియు సిస్టర్నీల విస్తృత నెట్వర్క్. ఇది ప్రత్యేకంగా యూకారియోటిక్ కణంలో ఉంటుంది. ER ఒక పెద్ద మరియు చలనశీల నిర్మాణం, ఇది నిరంతరం ప్రోటీన్ సంశ్లేషణ, కాల్షియం నిల్వ మరియు లిపిడ్ జీవక్రియలో పాల్గొంటుంది. రైబోజోమ్ల ఉనికి లేదా లేకపోవడం ఆధారంగా, అంతర్ద్రవ్య జాలిక గరుకు ER లేదా మృదువైన ER కావచ్చు (Fig. 2.7).

బాక్స్ 2

2.3.1 గరుకు అంతర్ద్రవ్య జాలిక (RER)

గ