पेशी व पेशीअंगके

रचना आणि कार्य — नोट्स (MPSC / UPSC सामान्य अध्ययन)

या लेखात:

1. पेशी म्हणजे काय व शोध
2. पेशींचे प्रकार
3. पेशीरचना
4. पेशीभित्तिका
5. पेशीपटल
6. पेशीद्रव्य
7. केंद्रक
8. पेशीअंगके (ER, गॉल्गी, तंतुकणिका, लयकारिका, रिक्तिका, लवके, रायबोसोम, तारककाय)
9. पेशी विभाजन
10. NCCS संस्था
11. MPSC/UPSC दृष्टीने महत्त्वाचे मुद्दे

1. प्रस्तावना — पेशी म्हणजे काय?

इमारतीच्या बांधकामात वीट हे जसे मूलभूत एकक असते, त्याचप्रमाणे सजीवसृष्टीतील प्रत्येक जीवाचे मूलभूत संरचनात्मक व कार्यात्मक एकक ‘पेशी’ (Cell) आहे. मानवी शरीरात अंदाजे ३७ ट्रिलियनहून अधिक पेशी असतात आणि प्रत्येक पेशी विशिष्ट कार्य करते. अर्ध-पारगम्य पटलाने वेढलेल्या प्रोटोप्लाझमचा समावेश असलेले, स्वयं-पुनरुत्पादन करणारे जीवाचे संरचनात्मक व जैविक एकक म्हणजे पेशी होय.

पेशी ही जीवनाचे कार्यशील स्वतंत्र एकक म्हणून अस्तित्वात असू शकते (उदा. जीवाणूसारखा एकपेशीय जीव), किंवा बहुपेशीय वनस्पती व प्राण्यांमध्ये ऊती व अवयव बनवणाऱ्या असंख्य उप-घटकांपैकी एक म्हणून कार्य करते.

पेशीचा शोध

1665 मध्ये, रॉबर्ट हूक या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने स्वतः तयार केलेल्या एका साध्या भिंगाच्या उपकरणाखाली कॉर्कचे (ओकच्या झाडाची मऊ साल) पातळ काप सूक्ष्मपणे पाहिले. हे कप्पे त्याला मठातील साधकांच्या लहान खोल्यांसारखे (Latin: cella) भासले, म्हणून त्याने त्यांना ‘cell’ (पेशी) असे नाव दिले. ही निरीक्षणे त्याने ‘Micrographia’ या ग्रंथात प्रसिद्ध केली.

पुढे सन 1838-39 मध्ये मॅथायस श्लायडेन (वनस्पती) व थिओडोर श्वान (प्राणी) यांनी ‘पेशी सिद्धांत’ (Cell Theory) मांडला — सर्व सजीव पेशींचे बनलेले असतात व पेशी ही जीवनाचे मूलभूत एकक आहे. सन 1855 मध्ये रूडोल्फ विरखॉव याने यात भर घालत ‘Omnis cellula e cellula’ (प्रत्येक पेशी ही आधीच अस्तित्वात असलेल्या पेशीपासूनच तयार होते) हे तत्त्व मांडले.

2. पेशींचे प्रकार

केंद्रकाच्या स्वरूपानुसार पेशींचे दोन मुख्य प्रकार पडतात:

वैशिष्ट्य	आदिकेंद्रकी पेशी (Prokaryotic)	दृश्यकेंद्रकी पेशी (Eukaryotic)
आकार	1–10 मायक्रोमीटर	5–100 मायक्रोमीटर
केंद्रक	स्पष्ट केंद्रक नाही; केंद्रकसदृश केंद्रकाभ (nucleoid)	केंद्रकपटल, केंद्रकी व केंद्रकद्रव्य असलेले सुस्पष्ट केंद्रक
गुणसूत्रे	एकच वर्तुळाकार गुणसूत्र	एकापेक्षा जास्त, रेषीय गुणसूत्रे
आवरणयुक्त पेशीअंगके	नसतात	असतात (तंतुकणिका, लवके, गॉल्गी संकुल इ.)
उदाहरण	जीवाणू (Bacteria), आर्किया	वनस्पती, प्राणी, बुरशी, प्रोटिस्ट

एस्चेरिचिया कोलाय (E. coli) हा सर्वाधिक अभ्यासलेला आदिकेंद्रकी जीव आहे.

3. पेशीरचना — तीन मूलभूत भाग

वर्णनाच्या सोयीसाठी ‘सर्वसाधारण पेशी’ अशी संकल्पना वापरली जाते, जी सर्व पेशी-प्रकारांतील समान वैशिष्ट्ये एकत्र दाखवते. पेशीचे तीन मूलभूत भाग असतात — (1) पेशीपटल, (2) पेशीद्रव्य आणि (3) केंद्रक. याशिवाय वनस्पतीपेशींमध्ये पेशीभित्तिका हा अतिरिक्त संरक्षक थर असतो.

आकृती 1 — वनस्पती पेशी व प्राणी पेशी: रचना व घटकांची तुलना

4. पेशीभित्तिका (Cell Wall)

शैवाल, कवक व वनस्पतीपेशींभोवती पेशीभित्तिका आढळते; प्राणीपेशीला ती नसते. पेशीभित्तिका म्हणजे पेशीपटलाभोवती असणारे मजबूत व लवचिक आवरण. ही मूलतः सेल्युलोज व पेक्टीन या कर्बोदकांपासून बनलेली असते; यात हेमीसेल्युलोज व सूक्ष्मकाष्ठ तंतूही (microfibrils) असतात. गरजेनुसार लिग्निन, सुबेरिन, क्युटीन ही बहुवारिके पेशीभित्तिकेत साचतात.

• पेशीला आकार व आधार देणे
• पेशीत जास्त पाणी शिरण्यापासून रोखून पेशीचे रक्षण करणे
• तापमान बदल, वारा, ओलावा यांपासून संरक्षण

5. पेशीपटल / प्रद्रव्यपटल (Cell / Plasma Membrane)

प्रत्येक जिवंत पेशीभोवती असणारे पातळ, नाजूक व लवचिक आवरण म्हणजे पेशीपटल. स्फुरिल मेदाच्या (Phospholipid) दोन थरांमध्ये मिसळलेले प्रथिनांचे रेणू अशी याची रचना असते — यास ‘द्रव-मोझॅक प्रारूप’ (Fluid Mosaic Model) म्हणतात.

आकृती 2 — पेशीपटलाची (प्रद्रव्यपटल) रचना: द्रव-मोझॅक प्रारूप

पेशीपटल काही पदार्थांना ये-जा करू देते, तर काहींना अटकाव करते; म्हणून त्याला ‘निवडक्षम पारपटल’ म्हणतात. यामुळे पाणी, क्षार, ऑक्सिजन आत येतात, तर कार्बनडाय ऑक्साइडसारखे टाकाऊ पदार्थ बाहेर पडतात. पेशीबाहेर बदल झाले तरी अंतर्गत पर्यावरण कायम राखण्याच्या कार्यास ‘समस्थिती’ (Homeostasis) म्हणतात.

कार्ये

• प्रोटोप्लाझमचे संरक्षण
• विसरण व परासरण यांना मदत
• पिनोसायटोसिस (द्रवपदार्थ ग्रहण) व फॅगोसायटोसिस (घनपदार्थ ग्रहण)

पेशींमधला पदार्थांचा प्रवास

निरनिराळ्या पदार्थांचा प्रवास पेशीच्या विसरण आणि परासरण या प्रक्रियांनी होतो, त्यामुळे पदार्थ पेशीच्या आत-बाहेर सरकू शकतात. या क्रिया दोन गटांत विभागल्या जातात — ऊर्जा वापरून चालणाऱ्या (सक्रिय) व ऊर्जा न वापरता चालणाऱ्या (निष्क्रिय) क्रिया.

अ) ऊर्जा वापरून चालणाऱ्या पेशींच्या क्रिया (Active processes)

• पेशीय भक्षण (Endocytosis) : पेशीच्या बाहेरील बाजूकडून पेशीच्या आत काहीही घेणे म्हणजे पेशीय भक्षण होय.
• पेशी उत्सर्जन (Exocytosis) : नको असलेले पदार्थ पेशीतून बाहेरच्या बाजूस टाकणे म्हणजे पेशी उत्सर्जन होय.

ब) ऊर्जा न वापरता चालणाऱ्या पेशींच्या क्रिया (Passive processes)

• (i) विसरण (Diffusion) : रेणूंच्या जास्त संहती असलेल्या भागाकडून कमी संहती असलेल्या भागाकडे होणारा प्रवास म्हणजे विसरण होय. द्रव पदार्थ किंवा वायू हे विसरण प्रक्रिया दाखवतात.
• (ii) परासरण (Osmosis) : द्रावक आणि द्राव्य पदार्थांची निवडक्षम पारपटलातून होणारी हालचाल म्हणजे परासरण होय.
  • द्राव्य पदार्थाचे कमी संहती असलेल्या भागातून जास्त संहती असलेल्या भागाकडे परासरण होते.
  • द्रावक पदार्थांची हालचाल मात्र जास्त संहतीकडून कमी संहतीकडे होते — ही एक भौतिक प्रक्रिया आहे.
  • विसरण व परासरण या दोन्ही प्रक्रियांना ऊर्जा लागत नसल्याने त्यांना निष्क्रिय (Passive) प्रक्रिया म्हणतात.

द्रावण (Solution) : द्रावकात (Solvent) द्राव्य (Solute) विरघळल्यावर तयार होणाऱ्या मिश्रणाला द्रावण म्हणतात. पेशीचे पेशीपटल हे निवडक्षम पारपटल असल्याने, एकसारख्या तीन पेशी तीन वेगवेगळ्या प्रकारच्या द्रावणांत — समपरासारी (Isotonic), अवपरासारी (Hypotonic) व अतिपरासारी (Hypertonic) — ठेवल्यास प्रत्येक द्रावणात वेगळी परासरण क्रिया घडते.

• (अ) समपरासारी (Isotonic) द्रावण : पेशीभोवतीचे माध्यम व पेशी या दोन्हींतील पाण्याचे प्रमाण सारखे असते, त्यामुळे पाणी आत वा बाहेर जात नाही.
• (ब) अवपरासारी (Hypotonic) द्रावण : पेशीतील पाण्याचे प्रमाण कमी व सभोवतालच्या माध्यमातील प्रमाण जास्त असल्याने पाणी पेशीत शिरते — याला अंतःपरासरण (Endosmosis) म्हणतात. उदा. बेदाणे पाण्यात ठेवल्यावर काही वेळाने फुगतात.
• (क) अतिपरासारी (Hypertonic) द्रावण : पेशीतील पाण्याचे प्रमाण जास्त व माध्यमातील प्रमाण कमी असल्याने पेशीतून पाणी बाहेर पडते — याला बहिःपरासरण (Exosmosis) म्हणतात, व त्यामुळे पेशीद्रव्य आकसण्याच्या क्रियेला रससंकोच (Plasmolysis) म्हणतात. उदा. फळांच्या फोडी घट्ट साखरपाकात टाकल्यास त्यांतील पाणी पाकात जाऊन फोडी आकसतात.

टीप : विसरण व परासरण या दोन्ही निष्क्रिय क्रिया असल्या तरी विसरणात कोणतेही रेणू (वायू/द्राव्य) सरकतात, तर परासरणात विशेषतः पाण्याच्या रेणूंची निवडक्षम पारपटलातून हालचाल होते.

द्रावण प्रकार	व्याख्या	परिणाम / उदाहरण
समपरासारी (Isotonic)	पेशी व माध्यम यांतील पाण्याचे प्रमाण सारखे	पाणी आत-बाहेर जात नाही; पेशी सामान्य राहते
अवपरासारी (Hypotonic)	माध्यमात पाणी जास्त, पेशीत कमी	पाणी पेशीत शिरते (अंतःपरासरण); उदा. बेदाणे पाण्यात फुगतात
अतिपरासारी (Hypertonic)	माध्यमात पाणी कमी, पेशीत जास्त	पाणी पेशीबाहेर जाते (बहिःपरासरण), रससंकोच (Plasmolysis); उदा. फळांच्या फोडी साखरेच्या पाकात आकसतात

6. पेशीद्रव्य (Cytoplasm)

पेशीपटल व केंद्रक यांमधील तरल, चिकट व सतत हालचाल करणाऱ्या पदार्थाला पेशीद्रव्य म्हणतात. यात असंख्य पेशीअंगके विखुरलेली असतात; पेशीअंगकांव्यतिरिक्त उरलेल्या भागाला ‘पेशीद्रव’ (Cytosol) म्हणतात, ज्यात अमिनो आम्ले, ग्लुकोज व जीवनसत्त्वे साठवलेली असतात. पटलालगतचा दाणेदार नसलेला भाग ‘एक्टोप्लाझम’, तर केंद्रकापर्यंत पसरलेला दाणेदार भाग ‘एंडोप्लाझम’ असे दोन भाग पडतात.

7. केंद्रक (Nucleus)

प्रत्येक जिवंत पेशीचा हा एक आवश्यक व साधारणपणे मध्यभागी असणारा घटक आहे. विशिष्ट पटलाने वेढलेल्या दाट, गोलाकार प्रोटोप्लाज्मिक भागाला केंद्रक म्हणतात.

आकृती 3 — केंद्रकाची रचना

केंद्रकाचे चार प्रमुख भाग:

• केंद्रकाभोवतालचे आवरण — दुहेरी पटल; यावरील केंद्रकी छिद्रांमधून पदार्थांचे आतबाहेर वहन
• केंद्रकद्रव्य (Nucleoplasm) — केंद्रकाच्या आतील अर्ध-द्रव पदार्थ
• रंगसूत्रे / क्रोमॅटिन तंतू — पेशीविभाजनाच्या वेळी गुणसूत्रांत रूपांतर; यावरील कार्यात्मक घटक म्हणजे जनुके (Genes)
• केंद्रकी (Nucleolus) — RNA उत्पादन व प्रथिन संश्लेषणात सहभागी

माहीत आहे का तुम्हांला? रक्तातील लोहितरक्तकणिकांमध्ये (RBC) केंद्रक नष्ट झाल्याने हिमोग्लोबिनसाठी अधिक जागा उपलब्ध होते व जास्त ऑक्सिजन वाहून नेला जातो.

8. पेशीअंगके (Cell Organelles)

पेशीद्रव्यात असलेले, विशिष्ट कार्य करणारे उपघटक म्हणजे पेशीअंगके — ही जणू ‘पेशीचे अवयव’च आहेत.

8.1 आंतर्द्रव्यजालिका (Endoplasmic Reticulum)

पेशीच्या आत विविध पदार्थांचे वहन करणारी, सूक्ष्मनलिका व पट यांची जाळ्यासारखी रचना; आतील बाजूने केंद्रकाला व बाहेरील बाजूने पेशीपटलाला जोडलेली.

• खडबडीत ER (Rough ER) — रायबोझोम्सयुक्त; प्रथिन संश्लेषण व स्राव
• गुळगुळीत ER (Smooth ER) — रायबोझोम्सविरहित; मेद संश्लेषण व साठवण

8.2 तंतुकणिका (Mitochondria) व गॉल्गी संकुल (Golgi Complex)

आकृती 4 — तंतुकणिका व गॉल्गी संकुल यांची रचना

तंतुकणिका दुहेरी आवरणाची असते — बाह्य आवरण सच्छिद्र, आतील आवरण घड्यांनी (शिखा) बनलेले, ज्यामुळे पृष्ठभाग वाढतो. स्वतःचे DNA व रायबोझोम्स असल्याने ती स्वतःची प्रथिने बनवू शकते. कर्बोदके व मेदाचे ऑक्सिडीकरण करून मुक्त ऊर्जा ATP च्या रूपात साठवते — म्हणून तिला ‘पेशीचे ऊर्जाकेंद्र’ म्हणतात.

गॉल्गी संकुल 5–8 चपट्या, पोकळ कोशांचे (‘कुंडे’) बनलेले असते. आंतर्द्रव्यजालिकेकडून आलेली प्रथिने ‘निर्मितीक्षम बाजूने’ आत येतात, बदल होत ‘परिपक्व बाजूने’ स्त्रावी पीटिकांच्या रूपात बाहेर पडतात — कारखान्यातील पॅकिंग विभागासारखे कार्य.

👤 शास्त्रज्ञांचा परिचय — कॅमिलो गॉल्गी कॅमिलो गॉल्गी यांनी सर्वप्रथम गॉल्गी संकुलाचे वर्णन केले व ‘काळी अभिक्रिया’ (silver staining) हे रंजन तंत्र विकसित करून चेतासंस्थेचा सखोल अभ्यास केला. यासाठी सँटियागो रामोन य काहाल यांच्यासोबत त्यांना सन 1906 चे नोबेल पारितोषिक (शरीरक्रियाविज्ञान/वैद्यकशास्त्र) संयुक्तपणे मिळाले — चेतासंस्थेच्या रचनेवरील कार्यासाठी. हा प्रसंग वैद्यकशास्त्रातील नोबेल दोन शास्त्रज्ञांत प्रथमच विभागले जाण्याचा होता.

8.3 लयकारिका (Lysosomes)

प्राणीपेशींत आढळणारे, एकाच पटलाने वेष्टित गोलाकार कोश; यांत पाचक विकरे असतात.

• रोगप्रतिकार यंत्रणा — जिवाणू-विषाणूंचा नाश
• उद्ध्वस्त करणारे पथक — जीर्ण पेशीअंगके व कचरा बाहेर टाकणे
• आत्मघाती पिशव्या — पेशी खराब झाल्यास स्वतःच्याच पेशीचे पचन
• उपासमारीत साठविलेल्या प्रथिने व मेद यांचे पचन

8.4 रिक्तिका (Vacuoles)

पेशीतील घटकद्रव्याची साठवण करणारे, एकपदरी पटल असलेले पेशीअंगक. परासरणीय दाब नियंत्रित ठेवते; वनस्पतीपेशीतील मोठी केंद्रीय रिक्तिका पेशीला ताठरता व दृढता देते.

8.5 लवके (Plastids)

फक्त वनस्पतीपेशींत आढळणारे, द्विपटलयुक्त पेशीअंगक — अवर्णलवके (रंगहीन) व वर्णलवके (रंगीत). हरितलवक (Chloroplast) हे प्रकाशसंश्लेषणासाठी सर्वांत महत्त्वाचे असून सौर ऊर्जेचे रासायनिक ऊर्जेत (अन्नात) रूपांतर करते.

वनस्पतीच्या भागाचा रंग	कारणीभूत रंगद्रव्य
हिरवा (उदा. पाने)	हरितद्रव्य (क्लोरोफिल)
लाल (उदा. गाजर, पिकलेला टोमॅटो)	कॅरोटीन / लायकोपीन
पिवळा	झॅन्थोफिल
जांभळा, निळा	ॲन्थोसायनिन
गडद गुलबक्षी (उदा. बीट)	बिटालीन्स

8.6 रायबोसोम (Ribosomes)

RNA व प्रथिने यांपासून बनलेली रचना; प्रथिन संश्लेषणाचे मुख्य स्थान. मुक्त (पेशीद्रव्यात) किंवा खडबडीत ER च्या पृष्ठभागावर बद्ध अशा दोन्ही स्वरूपांत आढळतात.

8.7 तारककाय / सेंट्रोसोम (Centrosome)

फक्त प्राणीपेशींत आढळणारे व सूक्ष्मनलिका संघटन केंद्र (MTOC) म्हणून कार्य करणारे अंगक. पेशीविभाजनाच्या वेळी प्रधान तंतूंच्या (spindle fibers) निर्मितीत मदत करते.

9. पेशी विभाजन (Cell Division) — थोडक्यात

• समसूत्री विभाजन (Mitosis) — कन्या पेशी मूळ पेशीची हुबेहूब प्रत (2n → 2n); शरीरवाढ व दुरुस्तीसाठी
• अर्धसूत्री विभाजन (Meiosis) — गुणसूत्र संख्या निम्मी होऊन हॅप्लॉइड जननपेशी तयार (2n → n); लैंगिक पुनरुत्पादनासाठी

10. संशोधन संस्थेची ओळख: राष्ट्रीय पेशी विज्ञान केंद्र (NCCS), पुणे

सावित्रीबाई फुले पुणे विद्यापीठाच्या आवारातील ही स्वायत्त संशोधन संस्था पेशीजीव विज्ञानातील संशोधन, राष्ट्रीय प्राणी पेशी भांडार सेवा व कर्करोगावरील उपचार-संशोधन करते.

🔄 अद्ययावत माहिती NCCS पूर्वी थेट जैवतंत्रज्ञान विभागाच्या (DBT) अंतर्गत कार्यरत होती; आता ती जैवतंत्रज्ञान संशोधन व नवोन्मेष परिषदेच्या (BRIC) छत्राखाली कार्यरत आहे. NCCS चे सध्याचे संचालक प्रा. थॉमस पुकाडिल (Prof. Thomas Pucadyil) आहेत.

11. MPSC/UPSC दृष्टीने महत्त्वाचे मुद्दे

मुद्दा	महत्त्वाची माहिती
पेशीचा शोध	रॉबर्ट हूक, सन 1665, ग्रंथ ‘Micrographia’
पेशी सिद्धांत	श्लायडेन व श्वान (1838-39), विरखॉव (1855)
पेशीचे ऊर्जाकेंद्र	तंतुकणिका (Mitochondria)
पेशीचा पॅकिंग/स्त्रावी विभाग	गॉल्गी संकुल (शोधक: कॅमिलो गॉल्गी)
आत्मघाती पिशवी	लयकारिका (Lysosome)
प्रकाशसंश्लेषणाचे स्थान	हरितलवक (Chloroplast)
गॉल्गी यांना नोबेल	सन 1906, सँटियागो रामोन य काहाल यांच्यासोबत संयुक्त
फक्त प्राणीपेशीत आढळणारे अंगक	तारककाय / सेंट्रोसोम
फक्त वनस्पतीपेशीत आढळणारी रचना	पेशीभित्तिका, हरितलवक, मोठी केंद्रीय रिक्तिका
राष्ट्रीय पेशी विज्ञान केंद्र	पुणे; सावित्रीबाई फुले पुणे विद्यापीठ आवार; BRIC अंतर्गत