కణ నిర్మాణం & విధులు (Cell)

జీవుల నిర్మాణానికి, విధులకు ప్రాథమిక ప్రమాణం కణం (Cell). ఇటుకలతో ఇల్లు కట్టినట్లే, కణాలతో జీవి శరీరం తయారవుతుంది. కణాన్ని ఎవరు కనుగొన్నారు, కణ సిద్ధాంతం ఏమిటి అనేది పరీక్షల్లో తరచూ వస్తుంది.

• రాబర్ట్ హుక్ (Robert Hooke): 1665లో కార్క్ ముక్కను సూక్ష్మదర్శినితో చూసి 'కణం (Cell)' అనే పదం పెట్టారు.
• ఆయన చూసినవి చనిపోయిన కణాల గోడలు.
• ఈ వివరాలను 'మైక్రోగ్రాఫియా (Micrographia)' పుస్తకంలో రాశారు.
• ల్యూవెన్‌హుక్ (Leeuwenhoek): సూక్ష్మదర్శిని ద్వారా మొదట జీవకణాలను (బ్యాక్టీరియా, ప్రోటోజోవా) చూశారు (1674).
• రాబర్ట్ బ్రౌన్ (Robert Brown): 1831లో కేంద్రకాన్ని (Nucleus) కనుగొన్నారు.
• కణ సిద్ధాంతం (Cell Theory):
  1. ష్లీడెన్ (Schleiden) 1838లో మొక్కలన్నీ కణాలతో నిర్మితం అన్నారు.
  2. ష్వాన్ (Schwann) 1839లో జంతువులకూ ఇదే వర్తిస్తుందన్నారు.
  3. రుడాల్ఫ్ విర్చో (Rudolf Virchow) 1855లో 'ప్రతి కణం పూర్వ కణం నుండే పుడుతుంది (Omnis cellula e cellula)' అని చెప్పారు.
• కణ సిద్ధాంతం సారాంశం:
  1. జీవులన్నీ కణాలతో ఏర్పడ్డాయి
  2. కణం జీవానికి నిర్మాణ, క్రియా ప్రమాణం
  3. కొత్త కణాలు పాత కణాల నుండే పుడతాయి.

కొన్ని రికార్డులు

• అతి చిన్న కణం: మైకోప్లాస్మా (PPLO).
• అతి పెద్ద కణం: ఉష్ట్రపక్షి (Ostrich) గుడ్డు.
• మానవునిలో అతి పొడవైన కణం: నాడీ కణం (Neuron).
• మానవునిలో అతి పెద్ద కణం: అండం (Ovum).

కణాలను కేంద్రకం ఉందా లేదా అనే ఆధారంగా రెండు రకాలుగా విభజిస్తారు. ఈ తేడాలు పరీక్షల్లో జతలు, ఒప్పు-తప్పు ప్రశ్నలుగా వస్తాయి.

• ప్రోకారియోట్ కణం (Prokaryotic cell): నిజమైన కేంద్రకం ఉండదు.
• DNA కణద్రవ్యంలో 'న్యూక్లియాయిడ్ (Nucleoid)' అనే ప్రాంతంలో ఉంటుంది.
• త్వచం ఉన్న అంగకాలు (మైటోకాండ్రియా, గాల్గి వంటివి) ఉండవు.
• రైబోసోములు 70S రకం.
• ఉదాహరణలు: బ్యాక్టీరియా, నీలి ఆకుపచ్చ శైవలాలు (Cyanobacteria), మైకోప్లాస్మా.
• యూకారియోట్ కణం (Eukaryotic cell): త్వచంతో కప్పబడిన నిజమైన కేంద్రకం ఉంటుంది.
• త్వచ అంగకాలు ఉంటాయి.
• రైబోసోములు 80S రకం (మైటోకాండ్రియా, ప్లాస్టిడ్లలో 70S).
• ఉదాహరణలు: మొక్కలు, జంతువులు, శిలీంధ్రాలు, ప్రోటిస్టాలు.
• ప్లాస్మిడ్ (Plasmid): బ్యాక్టీరియాలో ప్రధాన DNA కు అదనంగా ఉండే చిన్న వృత్తాకార DNA. జన్యు ఇంజినీరింగ్‌లో వాహకంగా వాడతారు.

జంతు కణం – మొక్క కణం తేడాలు

• కణకవచం (Cell wall):
  1. మొక్కల్లో ఉంటుంది
  2. జంతువుల్లో ఉండదు.
• ప్లాస్టిడ్లు:
  1. మొక్కల్లో ఉంటాయి
  2. జంతువుల్లో ఉండవు.
• రిక్తికలు (Vacuoles):
  1. మొక్కల్లో పెద్దవి, ఒకటే
  2. జంతువుల్లో చిన్నవి, అనేకం.
• సెంట్రియోల్స్:
  1. జంతు కణాల్లో ఉంటాయి
  2. ఉన్నత మొక్కల్లో ఉండవు.
• ఆకారం:
  1. మొక్క కణం స్థిరమైన ఆకారం
  2. జంతు కణం ఆకారం మారవచ్చు.

కణం చుట్టూ ఉండే పొరలు కణాన్ని రక్షిస్తాయి, లోపలికి బయటికి వెళ్లే పదార్థాలను నియంత్రిస్తాయి.

• కణ త్వచం (Plasma membrane): ప్రతి కణంలో ఉంటుంది. ప్రధానంగా లిపిడ్లు, ప్రోటీన్లతో తయారవుతుంది.
• 'ఫ్లూయిడ్ మొజాయిక్ నమూనా (Fluid Mosaic Model)': సింగర్ & నికల్సన్ (1972).
• అర్ధ పారగమ్య (Semi-permeable / Selectively permeable) లక్షణం ఉంటుంది.
• రవాణా పద్ధతులు:
  1. విసరణ (Diffusion): ఎక్కువ గాఢత నుండి తక్కువ గాఢతకు అణువుల కదలిక.
  2. ద్రవాభిసరణ (Osmosis): అర్ధ పారగమ్య త్వచం ద్వారా నీటి కదలిక.
  3. క్రియాశీల రవాణా (Active transport): శక్తి (ATP) ఖర్చు చేసి తక్కువ గాఢత నుండి ఎక్కువ గాఢతకు.
• కణకవచం (Cell wall):
  1. మొక్కలు, శిలీంధ్రాలు, బ్యాక్టీరియాల్లో ఉంటుంది
  2. జంతు కణాల్లో ఉండదు.
• మొక్కల్లో: సెల్యులోజ్ (Cellulose).
• శిలీంధ్రాల్లో: కైటిన్ (Chitin).
• బ్యాక్టీరియాలో: పెప్టిడోగ్లైకాన్ (Peptidoglycan).
• కణకవచం కణానికి ఆకారం, దృఢత్వం ఇస్తుంది.
• ప్లాస్మోలిసిస్ (Plasmolysis): మొక్క కణాన్ని గాఢమైన ఉప్పు ద్రావణంలో ఉంచితే కణం నీరు కోల్పోయి కణద్రవ్యం కుచించుకుపోవడం.

కేంద్రకం (Nucleus) కణానికి 'నియంత్రణ కేంద్రం'. కణం చేసే పనులన్నింటినీ ఇక్కడి DNA నిర్దేశిస్తుంది.

• కేంద్రకాన్ని కనుగొన్నది: రాబర్ట్ బ్రౌన్ (1831).
• కేంద్రక నిర్మాణం:
  1. కేంద్రక త్వచం (Nuclear membrane): రెండు పొరలు, రంధ్రాలు ఉంటాయి.
  2. కేంద్రక ద్రవ్యం (Nucleoplasm).
  3. కేంద్రకాంశం (Nucleolus): rRNA తయారవుతుంది, రైబోసోములు ఏర్పడతాయి. దీన్ని 'రైబోసోముల కర్మాగారం' అంటారు.
  4. క్రోమాటిన్ జాలకం (Chromatin): కణ విభజన సమయంలో క్రోమోజోములుగా మారుతుంది.
• క్రోమోజోములు (Chromosomes): DNA, ప్రోటీన్లతో తయారైన దారాల వంటి నిర్మాణాలు.
• 'క్రోమోజోమ్' పేరు పెట్టింది వాల్డేయర్ (Waldeyer, 1888).
• వంశపారంపర్య లక్షణాలను మోసే జన్యువులు (Genes) వీటిపై ఉంటాయి.
• మానవుల్లో కణంలో 46 క్రోమోజోములు (23 జతలు).
• 22 జతలు ఆటోసోములు, 1 జత లింగ క్రోమోజోములు (స్త్రీ XX, పురుషుడు XY).
• కేంద్రకం లేని కణాలు: క్షీరదాల ఎర్ర రక్త కణాలు (RBC) పరిపక్వ దశలో కేంద్రకం కోల్పోతాయి. బ్యాక్టీరియాలో నిజమైన కేంద్రకం ఉండదు.
• ఒకటి కంటే ఎక్కువ కేంద్రకాలు: కండర కణాల్లో (స్ట్రయేటెడ్) అనేక కేంద్రకాలు ఉంటాయి.

కణానికి కావలసిన శక్తిని ATP రూపంలో ఉత్పత్తి చేసే అంగకం మైటోకాండ్రియా (Mitochondria). అందుకే దీన్ని 'కణ శక్తి కేంద్రం (Powerhouse of the cell)' అంటారు.

• నిర్మాణం: రెండు త్వచాలు ఉంటాయి.
• బయటి త్వచం నున్నగా ఉంటుంది.
• లోపలి త్వచం మడతలుగా ఉంటుంది
• ఈ మడతలను క్రిస్టే (Cristae) అంటారు.
• లోపలి ద్రవాన్ని మాట్రిక్స్ (Matrix) అంటారు.
• ప్రత్యేకత: మైటోకాండ్రియాకు సొంత DNA, 70S రైబోసోములు ఉంటాయి. అందుకే ఇవి స్వయంగా విభజన చెందగలవు. వీటిని 'అర్ధ స్వయంప్రతిపత్తి అంగకాలు' అంటారు.
• పేరు చరిత్ర:
  1. ఆల్ట్‌మన్ (Altmann) కనుగొన్నారు
  2. 'మైటోకాండ్రియా' పేరు పెట్టింది బెండా (Benda, 1898).
• విధి: శ్వాసక్రియ (Cellular respiration) ద్వారా గ్లూకోజ్ నుండి ATP తయారీ.
• క్రెబ్స్ చక్రం (Krebs cycle) మాట్రిక్స్‌లో జరుగుతుంది.
• ఎలక్ట్రాన్ రవాణా వ్యవస్థ క్రిస్టేపై జరుగుతుంది.
• శ్వాసక్రియ దశలు:
  1. గ్లైకాలిసిస్ (Glycolysis): కణద్రవ్యంలో జరుగుతుంది, ఆక్సిజన్ అవసరం లేదు.
  2. గ్లూకోజ్ ఒక అణువు నుండి గ్లైకాలిసిస్‌లో నికరంగా 2 ATP వస్తాయి.
  3. ఆక్సిజన్ ఉంటే మైటోకాండ్రియాలో మిగతా దశలు జరిగి ఎక్కువ ATP వస్తుంది.
• ఎక్కువగా ఉండే కణాలు: కండర కణాలు, కాలేయ కణాలు వంటి ఎక్కువ శక్తి అవసరమయ్యే కణాల్లో ఎక్కువ మైటోకాండ్రియా ఉంటాయి.
• తల్లి ద్వారా వారసత్వం: జైగోట్‌లో మైటోకాండ్రియా సాధారణంగా తల్లి అండం నుండే వస్తాయి.

ప్లాస్టిడ్లు (Plastids) మొక్క కణాల్లోనే ఉండే అంగకాలు. ఇవి ఆహార తయారీ, నిల్వ, రంగులకు సంబంధించినవి.

• మూడు రకాల ప్లాస్టిడ్లు:
  1. హరితరేణువులు (Chloroplasts): ఆకుపచ్చ రంగు; కిరణజన్య సంయోగక్రియ జరిగే చోటు.
  2. వర్ణరేణువులు (Chromoplasts): పసుపు, ఎరుపు, నారింజ రంగు ఇస్తాయి; పువ్వులు, పండ్లకు రంగు ఇస్తాయి.
  3. శ్వేతరేణువులు (Leucoplasts): రంగు ఉండదు; పిండి పదార్థం, నూనెలు, ప్రోటీన్లను నిల్వ చేస్తాయి (బంగాళాదుంప గడ్డ).
• హరితరేణువు నిర్మాణం:
  1. రెండు త్వచాలు; లోపల గ్రానా (Grana) అనే నాణేల వంటి పొరల కట్టలు.
  2. గ్రానా మధ్య ద్రవ భాగం: స్ట్రోమా (Stroma).
  3. క్లోరోఫిల్ (పత్రహరితం) గ్రానాలోనే ఉంటుంది.
• సొంత DNA: హరితరేణువులకు కూడా సొంత DNA, 70S రైబోసోములు ఉంటాయి.
• పత్రహరితంలో ఉండే లోహం: మెగ్నీషియం (Mg). హిమోగ్లోబిన్‌లో ఇనుము (Fe) ఉంటుంది – ఈ తేడా తరచూ అడుగుతారు.
• క్యారెట్ రంగు:
  1. క్యారోటిన్ (వర్ణరేణువుల్లోని వర్ణద్రవ్యం)
  2. టమోటా ఎరుపుకు లైకోపీన్.
• శరదృతువులో ఆకులు పసుపు రంగులోకి మారడం: క్లోరోఫిల్ నశించి క్యారోటినాయిడ్లు కనిపించడం వల్ల.

కణంలో ప్రతి అంగకానికీ ఒక నిర్దిష్ట పని ఉంటుంది. పరీక్షల్లో 'ఏ అంగకం – ఏ విధి' అనే జతలు ఎక్కువగా వస్తాయి.

• అంతర్ద్రవ్య జాలకం (Endoplasmic Reticulum – ER): పోర్టర్ (Porter, 1945) కనుగొన్నారు.
• కరుకు ER (RER):
  1. రైబోసోములు అంటి ఉంటాయి
  2. ప్రోటీన్ తయారీ.
• నున్నని ER (SER):
  1. కొవ్వులు, స్టెరాయిడ్ల తయారీ
  2. విషాల తొలగింపు.
• రైబోసోములు (Ribosomes):
  1. పాలేడ్ (Palade, 1955) కనుగొన్నారు. ప్రోటీన్ తయారీ కేంద్రాలు
  2. త్వచం ఉండదు. అందుకే 'ప్రోటీన్ కర్మాగారాలు' అంటారు.
• గాల్గి సంక్లిష్టం (Golgi apparatus): కామిల్లో గాల్గి (Camillo Golgi, 1898) కనుగొన్నారు.
• పదార్థాలను ప్యాక్ చేసి, ఇతర చోట్లకు పంపుతుంది
• స్రావాల్లో ముఖ్య పాత్ర.
• దీన్ని కణం యొక్క 'ప్యాకింగ్ & డిస్పాచ్ కేంద్రం' అంటారు.
• లైసోసోములు (Lysosomes): క్రిస్టియన్ డి డ్యూవ్ (Christian de Duve, 1955) కనుగొన్నారు.
• జీర్ణ ఎంజైములు ఉంటాయి
• పాత కణాలను, బయటి సూక్ష్మజీవులను జీర్ణం చేస్తాయి.
• కణం దెబ్బతిన్నప్పుడు పగిలి దాన్ని నాశనం చేస్తాయి కాబట్టి 'ఆత్మహత్యా సంచులు (Suicide bags)' అంటారు.
• సెంట్రోసోమ్ (Centrosome):
  1. బోవెరి (Boveri) కనుగొన్నారు
  2. జంతు కణ విభజనలో కుదురు పోగులు (spindle fibres) ఏర్పరుస్తుంది.
• రిక్తికలు (Vacuoles):
  1. మొక్క కణాల్లో పెద్దవి
  2. కణరసం నిల్వ చేస్తాయి. వాటిని చుట్టే త్వచం టోనోప్లాస్ట్ (Tonoplast).

కణం విభజన చెంది కొత్త కణాలను ఇస్తుంది. వృద్ధి, గాయాల మాన్పు, సంతానోత్పత్తికి ఇది అవసరం. రెండు ప్రధాన రకాలు ఉంటాయి.

• మైటోసిస్ (Mitosis): శరీర కణాల (Somatic cells) విభజన.
• 'మైటోసిస్' పేరు పెట్టింది ఫ్లెమింగ్ (Flemming, 1882).
• ఒక కణం నుండి జన్యుపరంగా ఒకేలాంటి రెండు కణాలు వస్తాయి.
• క్రోమోజోముల సంఖ్య మారదు (2n → 2n).
• దశలు: ప్రోఫేజ్, మెటాఫేజ్, ఆనాఫేజ్, టెలోఫేజ్.
• ఉపయోగం: పెరుగుదల, గాయం మాన్పు, అలైంగిక ప్రత్యుత్పత్తి.
• మియోసిస్ (Meiosis): లైంగిక కణాల (గామెట్లు) తయారీ కోసం జరిగే విభజన.
• ఒక కణం నుండి నాలుగు కణాలు వస్తాయి
• క్రోమోజోముల సంఖ్య సగానికి తగ్గుతుంది (2n → n). అందుకే దీన్ని 'తగ్గుదల విభజన (Reduction division)' అంటారు.
• 'మియోసిస్' పదాన్ని ఫార్మర్ & మూర్ (1905) ఉపయోగించారు.
• రెండు దశలు: మియోసిస్ I, మియోసిస్ II.
• క్రాసింగ్ ఓవర్ (జన్యు మార్పిడి) వల్ల వైవిధ్యం (Variations) వస్తుంది.
• జంతువుల్లో వృషణాలు, అండాశయాల్లో జరుగుతుంది.
• మానవుల్లో సంఖ్యలు:
  1. శరీర కణంలో 46
  2. గామెట్లో (శుక్రకణం/అండం) 23.
• ఫలదీకరణం తరువాత: శుక్రకణం (23) + అండం (23) = జైగోట్ (46).