Cytology - Study of Cell
कोशिका विज्ञान की मूल अवधारणाएं, महत्वपूर्ण तथ्यों और विकासक्रम के साथ
कोशिका की मूल परिभाषा
- कोशिका (Cell) सभी सजीवों की आधारभूत संरचनात्मक एवं क्रियात्मक इकाई (Basic Structural and Functional Unit) है।
- कोशिका द्रव्य (Protoplasm) में जैविक तथा अकार्बनिक यौगिक उपस्थित रहते हैं।
आकार और संख्या
- सभी सजीवों की कोशिकाएं एक समान नहीं होतीं; उनका आकार, स्वरूप और संख्या अलग-अलग हो सकती है।
- कोशिका का आकार एवं आकृति उसके कार्य पर निर्भर करते हैं।
- WBC (श्वेत रक्त कणिका) का आकार निश्चित नहीं रहता; यह अपना आकार बदलती रहती है।
महत्वपूर्ण कोशिकीय तथ्य
- संसार की सबसे बड़ी कोशिका: शुतुरमुर्ग का अंडा
- संसार की सबसे छोटी कोशिका: माइकोप्लाज्मा गैलिसेप्टिकम
- मानव शरीर की सबसे बड़ी कोशिका: अंडाणु (Ova)
- मानव शरीर की सबसे लंबी कोशिका: न्यूरॉन
- मानव शरीर की सबसे छोटी कोशिका: मस्तिष्क के सेरिबेलम की ग्रैन्यूल कोशिका
कोशिकाओं के प्रकार
- Unicellular (एककोशिकीय): जिन जीवों का शरीर केवल एक कोशिका से बना होता है। उदाहरण: सूक्ष्मजीव (Micro Organism)
- Multicellular (बहुकोशिकीय): जिन जीवों का शरीर अनेक कोशिकाओं से बना होता है। उदाहरण: सभी विकसित जीव जैसे मानव
कोशिका का विकासक्रम
जैच जेंसन तथा पुत्र ने माइक्रोस्कोप की खोज की, जिससे कोशिका अध्ययन का मार्ग खुला।
रॉबर्ट हुक ने कार्क में कोशिकाओं का अवलोकन किया तथा "Cell" शब्द का प्रयोग किया।
ल्युवेनहॉक ने सर्वप्रथम जीवित कोशिकाओं का अवलोकन किया। उनके अवलोकन में जीवाणु, प्रोटोजोआ और RBC शामिल थे।
रॉबर्ट ब्राउन ने कोशिका के भीतर एक गोल संरचना देखी, जिसे बाद में केंद्रक (Nucleus) कहा गया।
श्लाइडेन और श्वान ने कोशिका सिद्धांत प्रस्तुत किया कि सभी सजीवों का शरीर कोशिकाओं से बना है।
पुरीकंजे ने कोशिका में पाए जाने वाले अर्धद्रव, पारदर्शी पदार्थ को जीवद्रव्य (Protoplasm) नाम दिया।
वॉन मोल ने कोशिका द्रव्य के लिए Protoplasm शब्द का प्रयोग किया।
रुडोल्फ विरखो ने बताया कि नई कोशिकाओं का निर्माण पहले से मौजूद कोशिकाओं के विभाजन से होता है।
मैक्स शुल्त्स ने कोशिका के जीवद्रव्य को एक पिंड बताया और इसे Protoplasm Theory से जोड़ा।
नोट्स अनुसार: एम. नॉल तथा ई. रुस्का ने इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का आविष्कार किया, जिसके बाद कोशिका क्षेत्र में कई नई जानकारियां मिलीं।
अतिरिक्त ऐतिहासिक तथ्य
- "कोशिका" शब्द लैटिन शब्द से बना है, जिसका अर्थ है "छोटा कमरा"।
- रॉबर्ट हुक ने कोशिकाओं का अवलोकन कार्क (पेड़ की छाल) में किया था।
- हुक ने जिस कोशिका का अवलोकन किया, वह मृत कोशिका थी।
कोशिका सिद्धांत की प्रमुख बातें
- प्रत्येक जीव का शरीर एक अथवा अनेक कोशिकाओं से निर्मित होता है।
- प्रत्येक जीव की उत्पत्ति एक कोशिका से ही होती है।
- प्रत्येक कोशिका अपने आप में एक क्रियाशील इकाई है, पर सभी कोशिकाएं मिलकर जीव का निर्माण करती हैं।
- कोशिका की उत्पत्ति प्रक्रिया में केंद्रक मुख्य भूमिका निभाता है।
कोशिका की संरचना
- कोशिका को मुख्यतः दो भागों में बांटा जा सकता है: कोशिका झिल्ली (पादप में कोशिका भित्ति अतिरिक्त) और जीवद्रव्य।
- जीवद्रव्य को दो भागों में विभाजित किया जाता है: कोशिकाद्रव्य (Cytoplasm) और केंद्रक।
- कोशिकाद्रव्य (Cytoplasm) में दो प्रकार की संरचनाएं पाई जाती हैं:
- जीवद्रव्यांग (Organoids): ऐसी रचनाएं जिनमें बढ़ने तथा विभाजन करने की क्षमता होती है।
मुख्य जीवद्रव्यांग: सेंट्रोसोम, अंतर्द्रव्य जालिका, राइबोसोम, माइटोकॉन्ड्रिया, लवक, गॉल्जीकाय, लाइसोसोम।
- मेटाप्लास्ट (Metaplast): निर्जीव रचनाएं, जिनमें न बढ़ने और न विभाजन करने की क्षमता होती है।
मेटाप्लास्ट के उदाहरण: रसधानी, वसा-कण, प्रोटीन, ग्लाइकोजन और वर्णक (पीत आदि)।
कोशिका झिल्ली (Cell Membrane)
- प्रत्येक कोशिका के चारों ओर पतली, जीवित, मुलायम व लचीली झिल्ली होती है, जिसे कोशिका झिल्ली कहते हैं।
- इसकी मोटाई लगभग 75A बताई गई है।
- यह कोशिका को दूसरी कोशिकाओं तथा बाहरी वातावरण से अलग करती है।
- यह अर्धपारगम्य/चयनात्मक पारगम्य होती है, इसलिए सभी नहीं बल्कि कुछ पदार्थ ही अंदर-बाहर जा पाते हैं।
- यह मुख्यतः लिपिड और प्रोटीन से बनी होती है; नोट्स में तरल मोजेक मॉडल का संदर्भ निकोलसन से दिया गया है।
मुख्य कार्य: आकृति देना, भीतरी संरचनाओं की सुरक्षा, पदार्थों का नियंत्रण, परासरण-विसरण में भूमिका, तथा एककोशिकीय जीवों में सतही उपांगों (जैसे cilia/flagella/pseudopodia) से संबंधित कार्य।
कोशिका भित्ती (Cell Wall)
- पादप तथा कवक कोशिकाओं में कोशिका झिल्ली के बाहर अतिरिक्त परत होती है, जिसे कोशिका भित्ती कहते हैं।
- यह जीवित नहीं होती और अर्धपारगम्य भी नहीं होती।
- पौधों में कोशिका भित्ती मुख्यतः सेल्यूलोज व हेमी-सेल्यूलोज की होती है, जबकि कवकों में काइटिन व हेमी-सेल्यूलोज पाए जाते हैं।
मुख्य कार्य: कोशिका को आकार, मजबूती व सुरक्षा देना, सूखने से बचाना, कोशिकाओं को जोड़ना, और झिल्ली की सुरक्षा करना।
कोशिका द्रव्य (Cytoplasm)
- जीवद्रव्य का वह भाग जो केंद्रक और कोशिका झिल्ली/भित्ती के बीच होता है, कोशिका द्रव्य कहलाता है।
- यह रंगहीन, अर्धपारदर्शक और अर्धद्रव पदार्थ होता है; कोलाइड प्रकृति का होता है।
- इसमें लगभग 80% तक जल हो सकता है।
- इसके अलावा लगभग 30 प्रकार के तत्व/लवण पाए जाते हैं, जिनमें ऑक्सीजन, कार्बन, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन प्रमुख हैं।
- इसी में जीवित व कार्यशील संरचनाएं होती हैं जिन्हें कोशिका अंगक (Cell Organelles) कहा जाता है।
अंतर्द्रव्य जालिका (Endoplasmic Reticulum)
- यह महीन नलिकाओं के जाल जैसी संरचना है, जो कोशिका द्रव्य में पाई जाती है।
- यह उन्हीं कोशिकाओं में मिलती है जिनमें केंद्रक होता है।
- यह सामान्यतः केंद्रकीय झिल्ली से जुड़ी पाई जाती है।
- यह लिपोप्रोटीन (लिपिड + प्रोटीन) से बनी झिल्लीदार संरचना है।
- ER दो प्रकार की होती है: चिकनी अंतर्द्रव्य जालिका (Smooth ER) और खुरदुरी अंतर्द्रव्य जालिका (Rough ER)।
- Rough ER की झिल्ली पर राइबोसोम के कण होते हैं, जबकि Smooth ER पर राइबोसोम नहीं होते।
- राइबोसोम की उपस्थिति के कारण Rough ER खुरदुरी दिखाई देती है।
- नोट्स अनुसार ER को सर्वप्रथम पोर्टर, क्लॉड तथा फुलम ने वर्णित किया; तथा Porter/Thompson नाम संदर्भ भी मिलता है।
- अंतर्द्रव्य जालिका को Ergastoplasm भी कहा जाता है।
मुख्य कार्य: अंतःकोशिकीय परिवहन, कोशिका में पदार्थों का स्थानांतरण, Rough ER द्वारा प्रोटीन परिवहन/संश्लेषण, Smooth ER द्वारा वसा व कोलेस्ट्रॉल संश्लेषण, तथा यकृत कोशिकाओं में विषहरण (detoxification) में सहायता।
राइबोसोम (Ribosome)
- राइबोसोम झिल्ली-विहीन, अत्यंत सूक्ष्म कोशिकांग है।
- यह RER की सतह पर या कोशिका द्रव्य में स्वतंत्र कण/गुच्छों के रूप में पाया जाता है।
- कई राइबोसोम मिलकर पॉलिराइबोसोम (Polysome) बनाते हैं, जो mRNA से जुड़े होते हैं।
- राइबोसोम प्रोटीन तथा RNA से मिलकर बना होता है।
- प्रोकेरियोट में 70S (30S + 50S) तथा यूकेरियोट में 80S (40S + 60S) राइबोसोम पाए जाते हैं।
- नोट्स अनुसार खोज/नामकरण संदर्भ: रॉबिन्सन-ब्राउन, जी. ई. पैलेड तथा रॉबर्ट से जुड़े उल्लेख मिलते हैं।
कार्य: राइबोसोम प्रोटीन संश्लेषण करता है, इसलिए इसे कोशिका का "प्रोटीन फैक्ट्री" कहा जाता है।
गॉल्जीकाय (Golgi Body)
- कोशिका द्रव्य में यह जुड़े हुए थैलों/थप्पियों की तरह दिखाई देता है।
- पादप कोशिका में गॉल्जी की इकाइयों को डिक्टियोसोम (Dictyosome) कहा जाता है।
- नोट्स अनुसार गॉल्जीकाय के तीन भाग बताए गए हैं: सिस्टर्नी (Cisternae), छोटे नलिकाएं व वेसिकल्स (Small tubules and vesicles), तथा बड़ी रसधानियां (Large vacuoles)।
गॉल्जीकाय: अतिरिक्त बिंदु और कार्य
- गॉल्जीकाय की खोज सर्वप्रथम कैमिलो गॉल्जी ने की थी।
- प्रारंभ में इस संरचना का नाम Internal reticular apparatus दिया गया, बाद में Golgi body नाम प्रचलित हुआ।
- यह कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, प्रोटीन, न्यूक्लिक अम्ल आदि पदार्थों की पैकेजिंग, स्रवण (Secretion) और परिवहन करता है।
- इसे कोशिका का प्रमुख Secretion organelle माना जाता है।
- लाइसोसोम जैसे महत्वपूर्ण कोशिकांगों के निर्माण में सहायता करता है।
- कोशिका के भीतर ग्लाइकोलिपिड तथा ग्लाइकोप्रोटीन के निर्माण में भूमिका निभाता है।
लाइसोसोम (Lysosome)
- झिल्लीदार थैलीनुमा संरचना, जिसकी आकृति सामान्यतः समान नहीं रहती (Polymorphism)।
- जन्तु कोशिकाओं में अधिक तथा पादप कोशिकाओं में कम मात्रा में पाए जाते हैं।
- इनमें विभिन्न प्रकार के हाइड्रोलाइटिक एंजाइम पाए जाते हैं।
- ये कोशिका द्रव्य तथा मृत/अवांछित पदार्थों का अपघटन कर सकते हैं, इसलिए इन्हें आत्महत्या की थैली भी कहा जाता है।
- नोट्स अनुसार खोज 1958 में डी डुवे द्वारा; और इसी कार्य हेतु 1974 में नोबेल पुरस्कार उल्लेखित है।
मुख्य कार्य: मृत अंगकों का पाचन, कोशिका द्रव्य की सफाई, और रोगजनकों/सूक्ष्मजीव संक्रमण से सुरक्षा।
माइटोकॉण्ड्रिया (Mitochondria)
- आकृति परिवर्तनशील होती है; इसे कोशिका का ऊर्जा-केंद्र माना जाता है।
- यह दोहरी झिल्ली से घिरा होता है; भीतरी झिल्ली की उभारदार रचनाओं को क्रिस्टी (Cristae) कहते हैं।
- मैट्रिक्स में DNA, RNA, राइबोसोम, Mg, Ca तथा एंजाइम पाए जाते हैं; राइबोसोम 70S प्रकार के होते हैं।
- नोट्स अनुसार पादप कोशिका की तुलना में जन्तु कोशिका में संख्या अधिक बताई गई है।
- खोज-संदर्भ में रिचर्ड आल्टमैन तथा नामकरण में बेण्डा का उल्लेख मिलता है।
- नोट्स में श्वसन एंजाइमों/ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं के अध्ययन से जुड़े वॉरबर्ग का संदर्भ भी दिया गया है।
मुख्य कार्य: कोशिकीय श्वसन, ATP निर्माण/संचयन, तथा इसी कारण इसे कोशिका का Power house कहा जाता है।
लवक (Plastid)
- लवक केवल पादप कोशिका में पाए जाते हैं, जन्तु कोशिका में नहीं।
- इनमें वर्णक (Pigment) पाए जाते हैं, जिनके आधार पर तीन प्रकार: हरित लवक (Chloroplast), वर्णी लवक (Chromoplast), अवर्णी लवक (Leucoplast)।
हरित लवक (Chloroplast): क्लोरोफिल युक्त, प्रकाश संश्लेषण का केंद्र। सामान्यतः पत्तियों की मेसोफिल कोशिकाओं में पाए जाते हैं। एक कोशिका में 1 से 80 तक क्लोरोप्लास्ट हो सकते हैं। अनुमानित व्यास 4-10 um और मोटाई 3-4 um।
यह दोहरी झिल्ली से घिरा होता है। भीतर का द्रव्यमान Stroma कहलाता है। स्ट्रोमा में Stroma lamellae एवं चपटी थैलियां (Thylakoid) होती हैं। Thylakoid के समूह को Granum कहा जाता है। क्लोरोफिल थायलाकोइड झिल्ली में पाया जाता है।
वर्णी लवक (Chromoplast): रंग प्रदान करने वाले लवक। प्रमुख कैरोटिनॉयड वर्णक पाए जाते हैं। उदाहरण (नोट्स शैली): गाजर का नारंगी रंग (Carotene), हल्दी का पीला रंग (Xanthophyll), टमाटर का लाल रंग (Lycopene), सेब का लाल रंग (Anthocyanin)। ये मुख्यतः फूलों और फलों में पाए जाते हैं।
अवर्णी लवक (Leucoplast): रंगहीन लवक, जड़/भूमिगत तना/बीज जैसे प्रकाशरहित भागों में अधिक।
मुख्य प्रकार: Amyloplast (स्टार्च संग्रह), Proteinoplast/Aleuroplast (प्रोटीन संग्रह), Elaioplast (वसा संग्रह)।
तारककाय (Centrosome)
- मुख्यतः जन्तु कोशिका में पाया जाता है।
- इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी में इसके चारों ओर तारे जैसी किरणें दिखाई देती हैं, जिन्हें Astral rays कहते हैं।
- प्रत्येक सेंट्रोसोम में एक जोड़ी Centriole होती है।
- कोशिका विभाजन में यह महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
रसधानियां (Vacuole)
- रसधानी निर्जीव रचना (Metaplast) है, जो पादप कोशिका में प्रमुख तथा जन्तु कोशिका में छोटी/कम हो सकती है।
- रसधानी एक झिल्ली से घिरी रहती है, जिसे Tonoplast कहते हैं; यह अर्धपारगम्य होती है।
- पौधों में Cell sap से भरी रसधानी तुर्गidity एवं जीवद्रव्य के निर्माण/संतुलन में सहायक है।
- कुछ एककोशिकीय जीवों में संकुचनशील (Contractile) रसधानी अतिरिक्त जल बाहर निकालती है।
संबंधित संरचनाएं: Sphaerosome (वसा-संश्लेषण/संग्रहण), Cytoskeleton (आंतरिक प्रोटीन-जाल), Peroxisome (H2O2 अपघटन), Microtubules (कोशिकीय गति में सहायक)।
केंद्रक (Nucleus)
- जीवित कोशिका में सामान्यतः केंद्रक कोशिका-द्रव्य के मध्य पाया जाता है। आकार गोल/अंडाकार/किडनी/घोड़े के नाल जैसा भी हो सकता है।
- कुछ कोशिकाओं में केंद्रक अनुपस्थित होता है, जबकि कुछ में एक से अधिक केंद्रक पाए जाते हैं।
- केंद्रक की संरचना व आकृति कोशिका के कार्य पर निर्भर करती है।
केंद्रक के भाग:
- केंद्रक झिल्ली (Nuclear envelope): दोहरी झिल्ली, बीच का स्थान Perinuclear space। झिल्ली पर रंध्र (pores) पदार्थों के आदान-प्रदान में सहायक। बाह्य झिल्ली ER से संबद्ध हो सकती है।
- केंद्रक द्रव्य (Nucleoplasm): इसमें प्रोटीन, फॉस्फेट, न्यूक्लिक अम्ल (DNA, RNA) आदि पाए जाते हैं।
- क्रोमैटिन जालिका (Chromatin network): कोशिका-विभाजन के समय स्पष्ट दिखती है; प्रोटीन, DNA, RNA से बनी। यूक्रोमैटिन कम सघन, हेटेरोक्रोमैटिन अधिक सघन। विभाजन के समय यही गुणसूत्र (Chromosome) बनती है।
- केंद्रिका (Nucleolus): केंद्रक द्रव्य में गोलाकार रचना, RNA संश्लेषण व राइबोसोम निर्माण में सहायक; खोज-संदर्भ में फॉन्टाना का उल्लेख मिलता है।
कोशिका की अधिकांश जैविक क्रियाओं का नियंत्रण केंद्रक करता है, इसलिए इसे कोशिका का नियंत्रण-केंद्र/मास्टर केंद्र माना जाता है।
Prokaryotic तथा Eukaryotic कोशिका
- विकसित कोशिका (पादप/जन्तु) को Eukaryotic माना जाता है।
- अविकसित/सरल कोशिका जिसमें सुसंगठित केंद्रक तथा कुछ झिल्लीदार कोशिकांग अनुपस्थित हों, Prokaryotic कहलाती है (जैसे जीवाणु)।
मुख्य अंतर:
- Prokaryotic छोटी व सरल; Eukaryotic बड़ी व जटिल।
- Prokaryotic में वास्तविक केंद्रक नहीं; Eukaryotic में स्पष्ट केंद्रक।
- Prokaryotic में क्लोरोप्लास्ट, गोल्जीकाय, माइटोकॉण्ड्रिया, ER का अभाव; Eukaryotic में उपस्थित।
- Prokaryotic में प्रायः एक गुणसूत्र और DNA पर हिस्टोन का अभाव; Eukaryotic में एक से अधिक गुणसूत्र और DNA हिस्टोन से युक्त।
- Prokaryotic में 70S राइबोसोम; Eukaryotic में 80S राइबोसोम।
- कोशिका-भित्ति के संघटन में भिन्नता (Prokaryotic में गैर-सेलुलोजीय; पादप Eukaryotic में सेलुलोजीय)।
Plant और Animal कोशिका: प्रमुख अंतर
- पादप कोशिका में कोशिका भित्ति होती है; जन्तु कोशिका में नहीं।
- पादप कोशिका का आकार सामान्यतः बड़ा होता है।
- पादप कोशिका में वृद्धि प्रायः आकार वृद्धि से, जन्तु में संख्या वृद्धि से।
- पादप कोशिका अपेक्षाकृत निश्चित आकार की; जन्तु कोशिका अनियमित हो सकती है।
- पादप कोशिका में लवक पाए जाते हैं; जन्तु कोशिका में नहीं।
- पादप कोशिका में सेंट्रोसोम प्रायः अनुपस्थित; जन्तु कोशिका में उपस्थित।
- पादप कोशिका की रसधानी बड़ी; जन्तु कोशिका की छोटी।
- पादप में भोजन स्टार्च रूप में; जन्तु में ग्लाइकोजन रूप में संग्रहित।
- पादप कोशिका में सामान्यतः प्रमुख सेंट्रोसोम नहीं; जन्तु कोशिका में स्पष्ट सेंट्रोसोम पाया जाता है।
- नोट्स में गोल्जीकाय संबंधी अंतर का भी उल्लेख दिया गया है, जिसे परीक्षा-नोट के रूप में याद रखें।
विसरण (Diffusion)
- कोशिकाओं तक पोषक पदार्थों का पहुंचना और अनुपयोगी/हानिकारक पदार्थों का बाहर निकलना परिवहन तंत्र से होता है।
- इस परिवहन में विसरण और परासरण की महत्वपूर्ण भूमिका होती है।
- किसी पदार्थ के अणु उच्च सांद्रता क्षेत्र से निम्न सांद्रता क्षेत्र की ओर स्वतः जाते हैं, जब तक संतुलन न हो जाए।
- यह अणुओं की अनियमित गति पर आधारित है और एक पदार्थ का विसरण दूसरे पदार्थ से स्वतंत्र होता है।
- विसरण की प्रक्रिया सामान्यतः धीमी होती है।
- यह प्रक्रिया धीमी हो सकती है; जीवित कोशिका का होना अनिवार्य नहीं।
- विसरण की दर कणों के आकार पर निर्भर: छोटे कण तेज, बड़े कण धीमे।
उदाहरण: O2/CO2 विनिमय, वाष्पोत्सर्जन, पोषक पदार्थों का ग्रहण, इत्र की गंध का फैलना, पानी में स्याही का फैलना।
परासरण (Osmosis)
- अर्धपारगम्य झिल्ली के माध्यम से जल का गमन अधिक जल-सांद्रता (कम विलेय) क्षेत्र से कम जल-सांद्रता (अधिक विलेय) क्षेत्र की ओर होता है।
- अर्धपारगम्य झिल्ली के बिना परासरण संभव नहीं।
- यह प्रक्रिया तब तक चलती है जब तक दोनों ओर जल की मात्रा संतुलित न हो जाए।
- परासरण दाब (Osmotic pressure): वह दाब जो परासरण द्वारा जल के गमन को रोक सके।
उदाहरण: जड़ों द्वारा जल अवशोषण, कोशिका जल-संतुलन, पौधों का तुर्ग रहना, पत्तियों द्वारा जल-ग्रहण/संतुलन, तथा पत्तियों में पाए जाने वाले रंध्रों (stomata) की कार्यशीलता।
परासरण का कोशिका से संबंध (Solutions)
- समपरासरी विलयन (Isotonic): बाह्य विलयन और कोशिका-रस की सांद्रता समान; कोशिका में आकार/आयतन परिवर्तन नहीं के बराबर।
- अल्पपरासरी विलयन (Hypotonic): बाह्य विलयन की सांद्रता कम; जल कोशिका में प्रवेश करता है (Endosmosis), कोशिका फूलती है और तुर्गित हो सकती है।
- अतिपरासरी विलयन (Hypertonic): बाह्य विलयन की सांद्रता अधिक; कोशिका से जल बाहर निकलता है (Exosmosis), कोशिका सिकुड़ती है।
Plasmolysis: अतिपरासरी विलयन में जीवद्रव्य का सिकुड़कर कोशिका-भित्ति से अलग होना।
Deplasmolysis: प्लाज्मोलाइज़्ड कोशिका को अल्पपरासरी विलयन में रखने पर जीवद्रव्य का पुनः सामान्य स्थिति में आना।
अन्य महत्वपूर्ण पद
- अंतःशोषण (Imbibition): विशेष प्रकार का विसरण, जिसमें बीज/लकड़ी/गोंद आदि जल सोखकर फूल जाते हैं।
- सक्रिय परिवहन (Active transport): पदार्थों के स्थानांतरण में ऊर्जा खर्च होती है।
- निष्क्रिय परिवहन (Passive transport): बिना ऊर्जा खर्च पदार्थों का परिवहन।
- एंडोसाइटोसिस (Endocytosis): कोशिका झिल्ली के अंतर्वलन द्वारा पदार्थों (जैसे अमीबा में भोजन) का ग्रहण।
- जीवद्रव्यकुंचन-प्रतिवर्तन (Deplasmolysis): प्लाज्मोलाइसिस के बाद उपयुक्त विलयन में रखने पर कोशिका-द्रव्य का पहले जैसी स्थिति में लौट आना।
कोशिका विभाजन (Cell Division)
- नई कोशिकाओं का निर्माण पहले से मौजूद कोशिकाओं से होता है, जिसमें केंद्रक की भूमिका महत्वपूर्ण है।
- पुत्री/संतति कोशिकाएं जनक (Parent) कोशिका से बनती हैं।
- जीवन की निरंतरता कोशिका विभाजन पर निर्भर है।
- प्रमुख प्रकार: असूत्री (Amitosis), समसूत्री (Mitosis), अर्धसूत्री (Meiosis)।
असूत्री विभाजन (Amitosis): पहले केंद्रक (Nucleus) लंबा होकर बीच से विभाजित होता है, फिर कोशिका-द्रव्य (Cytoplasm) का विभाजन होता है। इस प्रक्रिया में स्पिंडल तंत्र नहीं बनता और न ही गुणसूत्रों का स्पष्ट निर्माण होता है। यह प्रायः सरल जीवों/कुछ विशेष स्थितियों में वर्णित है।
समसूत्री विभाजन (Mitosis): खोज-संदर्भ में वाल्टर फ्लेमिंग का उल्लेख। यह मुख्यतः कायिक कोशिकाओं में होता है।
- Karyokinesis: Prophase -> Metaphase -> Anaphase -> Telophase
- Cytokinesis: जन्तु कोशिका में संकुचन (cleavage furrow) से विभाजन; पादप कोशिका में Cell plate बनती है, जो आगे चलकर मध्य पटल/नई भित्ति का निर्माण करती है।
Mitosis से बनने वाली पुत्री कोशिकाओं में गुणसूत्र संख्या जनक कोशिका के समान रहती है। वृद्धि, ऊतक-निर्माण, पुनरुत्पादन (Regeneration) और घाव भरना इसी पर निर्भर है।
अर्धसूत्री विभाजन (Meiosis): जनन कोशिकाओं में होता है और अगुणित युग्मक (Sperm/Ova) बनते हैं।
- दो चरण: Reduction division (Meiosis-I) और Homotypic division (Meiosis-II)।
- Meiosis-I: Prophase-I -> Metaphase-I -> Anaphase-I -> Telophase-I
- Prophase-I उपचरण: Leptotene -> Zygotene -> Pachytene -> Diplotene -> Diakinesis
- Meiosis-II: Prophase-II -> Metaphase-II -> Anaphase-II -> Telophase-II
- Meiosis-I के बाद दो अगुणित कोशिकाएं बनती हैं; Meiosis-II पूर्ण होने पर कुल चार अगुणित कोशिकाएं प्राप्त होती हैं।
- नर-मादा युग्मकों के संलयन से द्विगुणित युग्मनज बनता है, जिससे विभिन्नताएं उत्पन्न होती हैं; यही विकासवाद का आधार है।
Cytology - Study of Cell
Core concepts, key facts, and development timeline for exams
Basic Definition of Cell
- Cell is the basic structural and functional unit of all living organisms.
- Protoplasm contains both organic and inorganic compounds.
Shape and Number of Cells
- Cells are not identical in all organisms; shape, form, and number vary.
- Cell shape and size depend on the function performed by that cell.
- WBC changes its shape continuously, so its shape is not fixed.
Important Cell Facts
- Largest cell in the world: Ostrich egg
- Smallest cell in the world: Mycoplasma gallisepticum
- Largest cell in human body: Ovum
- Longest cell in human body: Neuron
- Smallest cell in human body: Granule cell of cerebellum
Types of Organisms by Cell Count
- Unicellular: Organisms made of a single cell. Example: micro-organisms.
- Multicellular: Organisms made of many cells. Example: developed organisms such as humans.
Cell Development Timeline
Zacharias Janssen and his son developed the microscope, opening the path for cellular studies.
Robert Hooke observed cells in cork and used the term "Cell".
Leeuwenhoek first observed living cells, including bacteria, protozoa, and RBCs.
Robert Brown identified a round body in the cell, later named as the nucleus.
Schleiden and Schwann proposed the cell theory that all living organisms are made of cells.
Purkinje used the term protoplasm for the semi-fluid transparent substance inside cells.
Von Mohl popularized the term protoplasm for cell substance.
Rudolf Virchow stated that new cells arise from the division of pre-existing cells.
Max Schultze linked protoplasm with the living substance concept in the Protoplasm Theory.
As provided in notes: M. Knoll and E. Ruska developed the electron microscope, which greatly advanced cell studies.
Extra Historical Points
- The word "Cell" comes from a Latin word meaning "small room".
- Hooke's observation was made in cork tissue (tree bark).
- The cells observed by Hooke were dead cells.
Key Points of Cell Theory
- Every organism is made up of one or many cells.
- Every organism originates from a cell.
- Each cell is a functional unit, and together cells form the complete organism.
- The nucleus plays a major role in cell origin and division.
Structure of Cell
- Cell is broadly described in two parts: cell membrane (plus cell wall in plants) and protoplasm.
- Protoplasm is divided into cytoplasm and nucleus.
- Cytoplasm contains two categories of structures:
- Organoids: Living components capable of growth and division.
Main organoids: centrosome, endoplasmic reticulum, ribosome, mitochondria, plastid, Golgi body, lysosome.
- Metaplast: Non-living inclusions that do not grow or divide.
Examples of metaplast: vacuole, fat granules, proteins, glycogen, pigments.
Cell Membrane
- A very thin, living, soft, and flexible membrane surrounds each cell.
- Its thickness is noted as around 75A in the source notes.
- It separates the cell from other cells and from the external environment.
- It is semipermeable/selectively permeable, so only certain substances can pass through.
- It is mainly made of lipids and proteins; the notes mention the fluid mosaic model in relation to Nicolson.
Main functions: gives shape, protects internal components, controls inward/outward movement of materials, supports osmosis and diffusion, and contributes to surface specializations in unicellular forms.
Cell Wall
- In plant and fungal cells, an extra outer layer outside the membrane is called the cell wall.
- It is non-living and not semipermeable.
- Plant cell wall is mainly cellulose and hemicellulose, while fungal wall includes chitin and hemicellulose.
Main functions: provides shape, strength, and protection; helps prevent drying; helps cell-to-cell connection; and protects the plasma membrane.
Cytoplasm
- The part of protoplasm present between nucleus and cell membrane/wall is called cytoplasm.
- It is colorless, semi-transparent, and semi-fluid, with colloidal nature.
- It may contain up to about 80% water.
- About 30 types of elements/salts are noted, with oxygen, carbon, hydrogen, and nitrogen as major ones.
- It contains living, functional structures called cell organelles.
Endoplasmic Reticulum
- It is a network of fine tubular structures found in cytoplasm.
- It is found in cells that contain a nucleus.
- It is generally connected with the nuclear membrane.
- It is a lipoprotein (lipid + protein) membranous structure.
- ER has two forms: Smooth ER and Rough ER.
- Rough ER carries ribosomal granules on its membrane, while Smooth ER lacks ribosomes.
- Rough ER appears rough due to attached ribosomes.
- As mentioned in the source notes, ER discovery/naming references include Porter, Claude, Fullam, and Porter-Thompson mentions.
- ER is also referred to as Ergastoplasm.
Main functions: intracellular transport, transfer of materials within the cell, protein transport/synthesis mainly via Rough ER, lipid/cholesterol synthesis via Smooth ER, and detoxification support in liver cells.
Ribosome
- Ribosome is a very small, non-membranous cell organelle.
- It is found on RER or freely in cytoplasm as particles/clusters.
- Multiple ribosomes together form polyribosomes (polysomes), linked with mRNA strands.
- Ribosomes are made of protein and RNA.
- Prokaryotes have 70S ribosomes (30S + 50S), while eukaryotes have 80S ribosomes (40S + 60S).
- As per the notes, discovery/naming references include Robinson-Brown, G. E. Palade, and Robert.
Function: Ribosomes perform protein synthesis, hence called the protein factory of the cell.
Golgi Body
- In cytoplasm, it appears as stacks of connected sac-like structures.
- In plant cells, Golgi units are termed dictyosomes.
- As noted in the source, Golgi is described with three parts: cisternae, small tubules and vesicles, and large vacuoles.
Golgi Body: Extra Points and Functions
- Golgi apparatus was first described by Camillo Golgi.
- It was initially referred to as Internal reticular apparatus; later the name Golgi body became common.
- It performs packaging, processing, transport, and secretion of carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic-acid related materials.
- It is treated as a major secretion organelle of the cell.
- It contributes to lysosome formation.
- It helps in synthesis/modification of glycolipids and glycoproteins.
Lysosome
- A membrane-bound vesicular organelle with variable form (polymorphic nature).
- Abundant in animal cells and fewer in plant cells.
- Contains hydrolytic enzymes.
- Can digest unwanted/dead materials and may cause autolysis; therefore often called suicide bag.
- As noted in source: discovery linked with De Duve (1958), Nobel reference noted for 1974.
Main functions: digestion of damaged organelles, cellular cleanup, and defense against microbial infection.
Mitochondria
- Shape is variable; mitochondrion is treated as a key energy organelle.
- It has a double membrane; inner membrane folds are called cristae.
- Matrix contains DNA, RNA, ribosomes, Mg, Ca, and enzymes; ribosomes are 70S type.
- Source notes mention higher abundance in animal cells than plant cells.
- Discovery/naming references include Richard Altmann and Benda.
- The notes also mention respiratory enzyme studies in mitochondria with Warburg context.
Main functions: cellular respiration and ATP generation/storage, hence mitochondria are called the power house of the cell.
Plastid
- Plastids are present in plant cells and absent in animal cells.
- Based on pigments, they are: chloroplast, chromoplast, and leucoplast.
Chloroplast: contains chlorophyll and is the center of photosynthesis. Common in mesophyll cells. One cell may contain about 1-80 chloroplasts. Approx size in notes: 4-10 um diameter and 3-4 um thickness.
Chloroplast has double membrane. Internal matrix is stroma. Stroma contains lamellae and flattened sacs called thylakoids. Thylakoid stacks are called grana, and chlorophyll is associated with thylakoid membrane.
Chromoplast: colored plastids (carotenoid group) giving non-green colors, especially in flowers and fruits (notes-style examples include carrot-orange, turmeric-yellow, tomato-red, and apple-red pigment context).
Leucoplast: colorless plastids in non-photosynthetic parts such as roots, underground stems, and seeds.
Types: Amyloplast (starch storage), Proteinoplast/Aleuroplast (protein storage), Elaioplast (fat storage).
Centrosome
- Mainly present in animal cells.
- Astral rays can be seen around it under electron microscopy.
- Each centrosome has a pair of centrioles.
- It plays an important role during cell division.
Vacuole
- A non-living inclusion (metaplast), generally large in plant cells and small/less prominent in animal cells.
- It is bounded by a semipermeable membrane called tonoplast.
- In plants, vacuoles contain cell sap and support turgidity and internal balance.
- In protozoa, contractile vacuole helps remove excess water.
Associated structures: sphaerosome, cytoskeleton, peroxisome, and microtubules.
Nucleus
- Usually present near the center of cytoplasm; shape may be round, oval, kidney-like, or horseshoe-like.
- Some cells lack nucleus, while some can contain more than one nucleus.
- Nuclear form depends on cell function.
Main parts:
- Nuclear membrane/envelope: double membrane with perinuclear space and pores; outer layer may connect with ER.
- Nucleoplasm: contains proteins, phosphates, DNA, RNA, etc.
- Chromatin network: DNA-protein complex; euchromatin less condensed, heterochromatin more condensed; forms chromosomes during cell division.
- Nucleolus: important for RNA synthesis and ribosome formation; notes mention Fontana in discovery context.
Nucleus regulates most cellular activities and works as the control center of the cell.
Prokaryotic and Eukaryotic Cells
- Eukaryotic cells are developed cells (typical plant/animal cells).
- Prokaryotic cells are simpler, lacking a true organized nucleus and several membrane-bound organelles (example: bacteria).
Major differences:
- Prokaryotic: small/simple; Eukaryotic: larger/complex.
- No true nucleus in prokaryotes; true nucleus in eukaryotes.
- Membrane-bound organelles absent in prokaryotes; present in eukaryotes.
- Usually single chromosome and no histone-bound DNA in prokaryotes; multiple chromosomes and histone-associated DNA in eukaryotes.
- 70S ribosome in prokaryotes; 80S in eukaryotes.
- Cell wall composition differences are also noted (non-cellulosic vs cellulosic plant wall).
Plant Cell vs Animal Cell
- Plant cell has cell wall; animal cell does not.
- Plant cell is generally larger.
- Plant growth often by size increase; animal growth mainly by increase in cell number.
- Plant cells usually have fixed shape; animal cells are often irregular.
- Plastids are present in plant cells and absent in animal cells.
- Centrosome usually absent in plant cells and present in animal cells.
- Vacuoles are larger in plant cells and smaller in animal cells.
- Food is stored as starch in plants and glycogen in animals.
- Source notes additionally mention Golgi-related difference as an exam-point statement.
Diffusion
- Movement of molecules/ions from higher concentration to lower concentration until equilibrium is reached.
- Driven by random molecular motion; each substance diffuses independently.
- A passive process that may occur without living cell involvement.
- Rate depends on particle size: smaller particles diffuse faster.
Examples: O2/CO2 exchange, transpiration-related gas movement, nutrient entry, perfume smell spreading, ink spreading in water.
Osmosis
- Movement of water through a semipermeable membrane from higher water concentration (lower solute) to lower water concentration (higher solute).
- Cannot occur without semipermeable membrane.
- Continues until water balance is achieved across both sides.
- Osmotic pressure: pressure needed to stop osmotic movement of water.
Examples: root water absorption, cellular water balance, turgidity in plants, and stomatal behavior roles.
Cell and Osmotic Conditions
- Isotonic solution: equal concentration; no significant change in cell size/shape.
- Hypotonic solution: lower external concentration; water enters cell (endosmosis), cell swells and may become turgid.
- Hypertonic solution: higher external concentration; water leaves cell (exosmosis), cell shrinks.
Plasmolysis: shrinkage of protoplasm away from cell wall in hypertonic solution.
Deplasmolysis: restoration of plasmolysed cell in hypotonic medium.
Other Important Terms
- Imbibition: special type of diffusion where seeds/wood/gums absorb water and swell.
- Active transport: movement requiring metabolic energy.
- Passive transport: movement without energy expenditure.
- Endocytosis: inward folding of membrane to engulf material (e.g., amoeba feeding).
- Deplasmolysis: reversal of plasmolysis when a plasmolysed cell is placed in suitable hypotonic medium.
Cell Division
- New cells arise from pre-existing cells; nucleus has central role.
- Daughter cells are formed from parent cell.
- Cell division ensures continuity of life.
- Main types: Amitosis, Mitosis, Meiosis.
Amitosis: direct division where nucleus constricts and divides first, followed by cytoplasmic division; spindle is absent.
Mitosis: associated with Walter Fleming; occurs in somatic cells.
- Karyokinesis: Prophase -> Metaphase -> Anaphase -> Telophase
- Cytokinesis: cleavage in animal cell; cell plate formation in plant cell, later contributing to wall/middle lamella.
Mitosis keeps chromosome number unchanged in daughter cells; important for growth, regeneration, and wound healing.
Meiosis: occurs in germ cells for gamete formation (sperm/ovum).
- Two divisions: Meiosis-I (reduction division) and Meiosis-II (homotypic division).
- Meiosis-I stages: Prophase-I -> Metaphase-I -> Anaphase-I -> Telophase-I
- Prophase-I substages: Leptotene -> Zygotene -> Pachytene -> Diplotene -> Diakinesis
- Meiosis-II stages: Prophase-II -> Metaphase-II -> Anaphase-II -> Telophase-II
- After Meiosis-I, two haploid cells form; after Meiosis-II, total four haploid cells are formed.
- Fusion of male and female haploid gametes forms diploid zygote and creates variation, a key basis of evolution.