Кіріспе

Көптеген тіршілік түрлерінің негізгі бірлігі – тіршілік түрлерінің негізгі бірлігі. Жасуша – барлық тіршілік нысандарының негізгі құрылымдық және функционалдық бірлігі. Әрбір жасуша мембранамен қоршалған цитоплазмадан тұрады; көптеген жасушаларда әрқайсысы белгілі бір функцияны атқаратын органеллалар болады. Бұл термин латын тіліндегі “cellula” сөзінен шыққан, яғни “кішкентай бөлме” деген мағынаны білдіреді. Көптеген жасушаларды тек микроскоп арқылы ғана көруге болады. Жасушалар Жер бетінде шамамен 4 миллиард жыл бұрын пайда болған. Барлық жасушалар көбейе алуға, белок синтездеуге және қозғалуға қабілетті. Жасушалар екі негізгі типке бөлінеді: ядросы бар эукариоттық жасушалар және ядросы жоқ, бірақ нуклеоид аймағы бар прокариоттық жасушалар. Прокариоттар – бактериялар сияқты бір жасушалы организмдер, ал эукариоттар – амебалар сияқты бір жасушалы немесе кейбір балдырлар, өсімдіктер, жануарлар және саңырауқұлақтар сияқты көп жасушалы болуы мүмкін. Эукариоттық жасушаларда жасуша функцияларына энергия беретін митохондриялар, өсімдіктерде фотосинтез арқылы қант жасайтын хлоропластар және белок синтездейтін рибосомалар бар. Жасушаларды 1665 жылы Роберт Гук ашқан, ол оларды монастырдағы христиан монахтары тұратын жасушаларға ұқсас болғандықтан осылай атаған. 1839 жылы Матиас Якоб Шлейден мен Теодор Шванн жасаған жасуша теориясы барлық организмдер бір немесе бірнеше жасушадан тұрады, жасушалар барлық тірі организмдердегі құрылым мен функцияның негізгі бірлігі болып табылады және барлық жасушалар бұрыннан бар жасушалардан пайда болады демекші.

Ұяшықтардың саны

Өсімдіктер мен жануарлардағы жасушалардың саны түрлеріне қарай өзгереді; адам денесінде шамамен 37 триллион (3.72×1013) жасуша бар деп есептеледі, ал жақындағы зерттеулер бұл санды шамамен 30 триллионға (еркектерде ~36 триллион, әйелдерде ~28 триллион) дейін бағалайды. Адам миында осы жасушалардың шамамен 80 миллиарды кездеседі.

Ұяшық түрлері

Жасушалар негізінен екі түрге бөлінеді: ядросы бар эукариотты жасушалар және ядросы жоқ, бірақ нуклеоид аймағы бар прокариотты жасушалар. Прокариоттар бір жасушалы организмдер, ал эукариоттар бір жасушалы немесе көпжасушалы болуы мүмкін.

Цитоскелет

Цитоскелет клетканың пішінін ұйымдастырып, сақтап тұруға; органеллаларды өз орнында бекітуге; эндоцитоз кезінде, яғни клетканың сыртқы материалдарды сіңіруіне, және цитокинез кезінде, клетка бөлінуден кейін жаңа клеткалардың бөлінуіне көмектеседі; сондай-ақ, клетканың өсуі мен қозғалыс процестеріндегі бөліктерін жылжытуға қатысады. Эукариоттық цитоскелет микротүтікшелерден, аралық жіпшелерден және микрожіпшелерден құралған. Нейронның цитоскелетінде аралық жіпшелер нейрофиламенттер деп аталады. Олармен байланысты көптеген ақуыздар бар, олардың әрқайсысы жіпшелерді бағыттап, топтап, тізбектеп, клетка құрылымын басқарады. Микрожіпшелердің құрамындағы негізгі белок – актин деп аталатын шағын мономерлі ақуыз. Микротүтікшелердің құрамындағы бірлік – тубулин деп аталатын димерлі молекула. Аралық жіпшелер – гетерополимерлер, олардың құрамындағы бірліктер әртүрлі тіндердегі клетка түрлеріне қарай өзгереді. Аралық жіпшелердің құрамындағы кейбір ақуыздарға виментин, десмин, ламин (ламиндер А, В және С), кератин (көптеген қышқыл және сілтілік кератиндер) және нейрофиламент ақуыздары (NF–L, NF–M) жатады.

Генетикалық материал

Генетикалық материалдың екі түрі бар: дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНК) және рибонуклеин қышқылы (РНК). Жасушалар ұзақ мерзімді ақпаратты сақтау үшін ДНК-ны пайдаланады. Организмдегі биологиялық ақпарат оның ДНК тізбегінде кодталған. Пластидтер: Пластидтер – әдетте өсімдік жасушаларында және эвгленоидтарда кездесетін, мембранамен шектелген органеллалар. Олардың құрамында белгілі бір пигменттер болады, осы пигменттер өсімдік пен организмнің түсіне әсер етеді. Сондай-ақ, бұл пигменттер қоректік заттарды сақтауға және жарық энергиясын сіңіруге көмектеседі. Пигменттеріне қарай пластидтердің үш түрі бар. Хлоропластарда хлорофилл және кейбір каротиноид пигменттері болады, олар фотосинтез кезінде жарық энергиясын сіңіруге көмектеседі. Хромопластар майда еритін каротиноид пигменттерін, мысалы, қызыл түсті каротин мен сары түсті ксантофилдерді қамтиды, олар синтез бен сақтау процесіне көмектеседі. Лейкопластар пигменті жоқ пластидтер болып табылады және қоректік заттарды сақтауға қатысады.

Жасуша мембранасының сыртындағы құрылымдар

Көптеген жасушаларда жасушалық мембранадан толығымен немесе жартылай шығып тұратын құрылымдар болады. Бұл құрылымдардың ерекшелігі – жасушалық мембрана оларды сыртқы ортаның әсерінен қорғамайды. Ондай құрылымдарды құрастыру үшін, олардың құраушы бөліктері экспорт процестері арқылы жасушалық мембранадан тысқары шығарылуы тиіс.

Ұяшық қабырғасы

Прокариоттық және эукариоттық жасушалардың көптеген түрлері жасуша қабырғасына ие. Жасуша қабырғасы жасушаны сыртқы ортадан механикалық және химиялық түрде қорғайды, сондай-ақ жасуша мембранасы үшін қосымша қорғаныс қабаты болып табылады. Әртүрлі жасушалардың қабырғалары әртүрлі материалдардан тұрады: өсімдік жасушаларының қабырғалары негізінен целлюлозадан, саңырауқұлақ жасушаларының қабырғалары хитиннен, ал бактерия жасушаларының қабырғалары пептидогликаннан жасалған.

Капсула

Кейбір бактерияларда жасуша мембранасы мен жасуша қабырғасының сыртында желатин тәрізді капсула болады. Капсула пневмококктердегідей полисахарид, менингококктердегідей немесе Bacillus anthracis-тегідей полипептид, ал стрептококктердегідей гиалурон қышқылынан тұруы мүмкін. Капсулалар әдеттегі бояу әдістерімен көрінбейді, оларды анықтау үшін Индия сиябы немесе метил көгі пайдаланылады, бұл жасушаларды қарау үшін контрастты арттырады.

Жапырақша

Флагеллалар – жасушалық қозғалмалылыққа арналған органеллалар. Бактериялық флагелла цитоплазмадан басталып, жасуша мембранасы арқылы өтеді және жасуша қабырғасынан шығып тұрады. Олар ұзын, қалың жіп тәрізді және ақуызды қосымшалар. Археяларда флагелланың өзге түрі, ал эукариоттарда басқаша түрі кездеседі.

Қиыршық

Фимбрия (пилус, пили) – бактериялардың бетінде кездесетін қысқа, жұқа, шашы тәрізді жіп. Фимбриялар пилин (антигендік) деп аталатын белоктан құралған және бактериялардың адам жасушаларындағы нақты рецепторларға жабысуына (жасуша адгезиясына) жауап береді. Бактериялық конъюгацияға қатысатын пилидің ерекше түрлері болады.

Көшіру

Жасушаның бөлінуі – бір жасушаның (ана жасушасы деп аталады) екі қыз жасушаға бөлінуімен жүзеге асырылады. Бұл көпжасушалы организмдердің өсуіне (тіндік өсуге) және біржасушалы организмдердің көбеюіне (вегетативтік көбеюге) алып келеді. Прокариоттық жасушалар екіге бөліну арқылы көбейеді, ал эукариоттық жасушалар көбінесе ядролық бөліну процесінен өтеді, бұл митоз деп аталады, одан кейін жасушаның бөлінуі – цитокинез жүзеге асырылады. Диплоидты жасуша мейоз процесінен өтіп, әдетте төрт гаплоидты жасуша түзеді. Гаплоидты жасушалар көпжасушалы организмдерде гаметалар қызметін атқарады, жаңа диплоидты жасушаларды құру үшін бірігіп, қосылады. ДНК репликациясы, яғни жасушаның геномын көшіру процесі, репликация сияқты барлық жасушалық қызметтерге арналған жұмысты атқару үшін арнайы ақуыздарды қажет етеді.

Өсу және зат алмасу

Кезекті жасуша бөліністері арасында жасушалар клеткалық метаболизмнің жұмыс істеуі арқылы өседі. Клеткалық метаболизм – бұл жеке жасушалардың қоректік молекулаларды өңдеу процесі. Метаболизм екі ерекше бөлімге бөлінеді: катаболизм, онда жасуша күрделі молекулаларды энергия және тотығу күшін өндіру үшін ыдыратады, және анаболизм, онда жасуша энергия мен тотығу күшін пайдаланып күрделі молекулаларды құрастырады және басқа да биологиялық функцияларды атқарады. Күрделі қанттар глюкоза сияқты моносахаридтер деп аталатын қарапайым қант молекулаларына ыдырауы мүмкін. Жасушаның ішінде глюкоза аденозин трифосфатын (АТФ) жасау үшін ыдырайды. Процесс үш қадамға бөлінеді: жасушаның алдыңғы шетінің ілгерілеуі, алдыңғы шеттің жабысуы және жасуша денесі мен артқы жағында жабысудың ажырауы, сондай-ақ жасушаны алға жылжыту үшін цитоскелеттік жиырылу. Әр қадам цитоскелеттің ерекше сегменттері тудырған физикалық күштермен қамтамасыз етіледі.

Жасушалардың мамандануы/дифференциациясы

Көпжасушалы организмдер – бір жасушалы организмдерден өзгеше, бірнеше жасушадан тұратын организмдер. Күрделі көпжасушалы организмдерде жасушалар белгілі бір функцияларды атқаруға бейімделген түрлі жасуша түрлеріне маманданады. Сүтқоректілердегі негізгі жасуша түрлеріне тері жасушалары, бұлшықет жасушалары, нейрондар, қан жасушалары, фибробластар, дің жасушалары және тағы басқалары кіреді. Жасуша түрлері сыртқы пішінімен де, атқаратын қызметімен де ерекшеленеді, бірақ генетикалық тұрғыдан бірдей болады. Жасушалардың генотипі бірдей болғанымен, құрамындағы гендердің әртүрлі экспрессиялануына байланысты әртүрлі жасуша түрлеріне айналуы мүмкін. Көптеген жасуша түрлері бір тотипотентті жасушадан, яғни зиготадан пайда болады, ол даму барысында жүздеген түрлі жасуша түрлеріне дифференциацияланады. Жасушалардың дифференциациялануы түрлі сыртқы факторларға (мысалы, жасушалар аралық өзара әрекеттесу) және ішкі айырмашылықтарға (мысалы, бөліну кезінде молекулалардың тең емес таралуына) байланысты жүзеге асады.

Көп жасушалылықтың пайда болуы

Көпжасушалылық кем дегенде 25 рет өздігінен дамыды, соның ішінде кейбір прокариоттарда, мысалы, цианобактерияларда, миксобактерияларда, актиномицеттерде немесе метаносарциналарда. Дегенмен, күрделі көпжасушалы организмдер тек алты эукариоттық топта ғана пайда болды: жануарлар, саңырауқұлақтар, қоңыр балдырлар, қызыл балдырлар, жасыл балдырлар және өсімдіктер. Ол өсімдіктерде (хлоропластида) бірнеше рет, жануарларда бір-екі рет, қоңыр балдырларда бір рет, ал саңырауқұлақтарда, шырыш саңырауқұлақтарда және қызыл балдырларда бірнеше рет дамыды. Көпжасушалылық өзара тәуелді организмдердің колонияларынан, жасушалық дифференциациядан немесе симбиоздық қарым-қатынастағы организмдерден пайда болуы мүмкін. Көпжасушалылықтың алғашқы куәлігі – 3-3,5 миллиард жыл бұрын өмір сүрген цианобактерияларға ұқсас организмдер. Бір жасушалы ата-бабалардан көпжасушалылықтың эволюциясы зертханада, жыртқыштарды таңдау қысымы ретінде пайдалана отырып, эволюциялық тәжірибелерде қайталанған. Жасушалар шамамен 4 миллиард жыл бұрын пайда болды. Алғашқы жасушалар, ең болмаса, гетеротрофтар болды. Алғашқы жасушалық мембраналар қазіргі заманғы мембраналарға қарағанда қарапайым және көбірек өткізгіш болды, әр липидте тек бір май қышқылы тізбегі болды. Липидтер суда екі қабатты везикулаларды өздігінен құрайды және РНК-дан бұрын пайда болуы мүмкін.

Эукариоттық жасушалардың пайда болуы

[[Файл:Симбиогенез 2 бірігулер. Симбиогенез теориясы бойынша, 2,2 миллиард жыл бұрын архея мен аэробты бактерияның бірігуі эукариоттарды, аэробтық митохондрияларымен бірге жаратты. 1,6 миллиард жыл бұрын болған екінші бірігу хлоропласттарды қосып, жасыл өсімдіктерді құрады, сондай-ақ факультативті аэробты митохондриялар да пайда болды. Ол шамамен 2 миллиард жыл бұрын соңғы эукариотикалық ортақ ата-текті қамтитын бір жасушалы организмдер популяциясына эволюциялады, осы процесте жаңа қабілеттерге ие болды. Алайда, осы қадамдардың тізбегі даулы, және бұл симбиогенезбен басталмаған болуы мүмкін. Онда кем дегенде бір центриоль және кірпікше, жыныстық көбею (мейоз және сингмия), пероксисомалар, сондай-ақ хитин және/немесе целлюлозадан тұратын жасуша қабырғасы бар, ұйықтап жатқан киста болды. Соңғы эукариотикалық ортақ ата-тек эукариоттардың тәж тобына әкелді, оның құрамында жануарлардың, саңырауқұлақтардың, өсімдіктердің және әртүрлі бір жасушалы организмдердің ата-тектері бар. Өсімдіктер шамамен 1,6 миллиард жыл бұрын цианобактериялардан алынған хлоропласттарды қосып, симбиогенездің екінші эпизоды арқылы пайда болды. Матиас Шлейден мен Теодор Шванн осы теорияны одан әрі растау үшін жануарлар мен өсімдіктердің жасушаларын зерттеді. Олар екі түрдің жасушалары арасында маңызды айырмашылықтарды анықтады. Бұл жасушалар өсімдіктер үшін ғана емес, жануарлар үшін де негізгі құрылымдық бірлік екенін көрсетті. 1632–1723: Антони ван Левенгук линза жасауды үйреніп, қарапайым оптикалық микроскоптар құрастырды және жаңбыр суынан Vorticella, ал өз аузынан бактериялар сияқты протозоаларды суреттеді. 1665: Роберт Гук алғашқы микроскопты пайдаланып, пробкадағы жасушаларды, содан кейін тірі өсімдік тіндеріндегі жасушаларды ашты. Ол "Микрография" (1665) кітабында "жасуша" (латынша cellula – "кішкентай бөлме") терминін енгізді. Ал Матиас Якоб Шлейден өсімдіктер мен жануарлар жасушалардан тұратынын анықтады, жасушалар – құрылым мен дамудың ортақ бірлігі деген қорытындыға келді, осылайша жасуша теориясын қалады. 1855: Рудольф Вирхов жаңа жасушалар бұрыннан бар жасушалардың бөлінуі арқылы (omnis cellula ex cellula) пайда болады деп мәлімдеді. 1931: Эрнст Руска Берлин университетінде алғашқы беріліс электронды микроскопын (TEM) құрастырды. 1935 жылға қарай ол жарық микроскопынан екі есе жоғары ажыратымдылыққа ие ЭМ құрады, бұрын көрінбеген органеллаларды ашты. 1981: Линн Маргулис "Жасуша эволюциясындағы симбиоз" еңбегін жариялады, онда эукариотикалық жасушалар симбиогенез арқылы қалай пайда болғанын сипаттады.