Какво правят всички части на клетката?

Клетките са основните градивни елементи на живота. По-малко поетично, те са най-малките живи същества, които запазват всички основни свойства, свързани със самия живот (напр. Синтез на протеини, разход на гориво и генетичен материал). В резултат, въпреки малкия си размер, клетките трябва да изпълняват голямо разнообразие от функции, както координирани, така и независими. Това от своя страна означава, че те трябва да съдържат широк спектър от различни физически части.

Повечето прокариотни организми се състоят само от една клетка, докато телата на еукариотите като вас съдържат трилиони. Еукариотните клетки съдържат специализирани структури, наречени органели, които включват мембрана, подобна на тази, обграждаща цялата клетка. Тези органели са сухопътните войски на клетката, като непрекъснато се уверяват, че всички нужди на клетката са изпълнени всеки момент.

Всички клетки съдържат, в абсолютен минимум, клетъчна мембрана, генетичен материал и цитоплазма, наричана още цитозол. Този генетичен материал е дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК. При прокариотите ДНК е групирана в една част от цитоплазмата, но не е затворена от мембрана, тъй като само еукариотите имат ядро. Всички клетки имат клетъчна мембрана, състояща се от фосфолипиден двуслой; прокариотните клетки имат клетъчна стена директно извън клетъчната мембрана за допълнителна стабилност и защита. Клетките на растенията, които заедно с гъбите и животните са еукариоти, също имат клетъчни стени.

Всички клетки също имат рибозоми. При прокариотите те плават свободно в цитоплазмата; при еукариотите те обикновено са свързани с ендоплазмения ретикулум. Рибозомите често се класифицират като вид органела, но в някои схеми те не се квалифицират като такива, тъй като им липсва мембрана. Липването на етикети на органелите на рибозомите прави схемата "само еукариотите имат органели" последователна. Тези еукариотни органели включват, в допълнение към ендоплазмения ретикулум, митохондрии (или в растенията, хлоропласти), тела на Голджи, лизозоми, вакуоли и цитоскелета.

Клетъчната мембрана, наричана още плазмена мембрана, е физическа граница между вътрешната среда на клетката и външния свят. Не бъркайте обаче тази основна оценка за предположението, че ролята на клетъчната мембрана е просто защитна или че мембраната е просто някаква произволна линия на свойства. Тази характеристика на всички клетки, както прокариотни, така и еукариотни, е плод на няколко милиарда години еволюция и е в всъщност многофункционално, динамично чудо, което може би функционира по-скоро като обект с истински интелект, отколкото просто бариера.

Клетъчната мембрана се състои от фосфолипиден двуслой, което означава, че тя е съставена от два еднакви слоя, съставени от фосфолипидни молекули (или по-точно фосфоглицеролипиди). Всеки отделен слой е асиметричен, състоящ се от отделни молекули, които носят нещо като връзка с калмари или с балони, носещи няколко пискюла. "Главите" са фосфатните части, които имат нетен електрохимичен дисбаланс на заряда и по този начин се считат за полярни. Тъй като водата също е полярна и тъй като молекулите със сходни електрохимични свойства са склонни да се агрегират заедно, тази част от фосфолипида се счита за хидрофилна. "Опашките" са липиди, по-специално чифт мастни киселини. За разлика от фосфатите, те са незаредени и по този начин хидрофобни. Фосфатът е прикрепен към едната страна на тривъглероден глицеринов остатък в средата на молекулата, а двете мастни киселини са свързани към другата страна.

Тъй като хидрофобните липидни опашки спонтанно се свързват помежду си в разтвор, двуслоят е настроен така, че двата фосфатните слоеве са обърнати навън и към вътрешността на клетката, докато двата липидни слоя се сливат от вътрешната страна на двуслой. Това означава, че двойните мембрани са подравнени като огледални изображения, като двете страни на тялото ви.

Мембраната не само предпазва вредните вещества от вътрешността. Той е селективно пропусклив, позволявайки на жизненоважни вещества, но забранява на други, като бастун в модерен нощен клуб. Той също така избирателно изхвърля отпадъчните продукти. Някои протеини, вградени в мембраната, действат като йонни помпи, за да поддържат равновесие (химичен баланс) в клетката.

Клетъчната цитоплазма, наричана алтернативно цитозол, представлява яхнията, в която различните компоненти на клетката „плуват“. Всички клетки, прокариотични и еукариотни, имат цитоплазма, без която клетката не би могла да има структурна цялост повече, отколкото празният балон.

Ако някога сте виждали желатинов десерт с парченца плодове, вградени вътре, може да се сетите за желатина себе си като цитоплазма, плодовете като органели и ястието, което държи желатина като клетъчна мембрана или клетка стена. Консистенцията на цитоплазмата е водна и се нарича също матрица. Независимо от вида на въпросната клетка, цитоплазмата съдържа далеч по-висока плътност на протеини и молекулярни "машини", отколкото океанската вода или всякакви неживи околната среда, което е доказателство за работата на клетъчната мембрана за поддържане на хомеостазата (друга дума за "равновесие", прилагана към живите същества) вътре клетки.

В прокариотите генетичният материал на клетката, ДНК, която тя използва за възпроизвеждане, както и за насочване на останалата част от клетката да произвежда протеинови продукти за живия организъм, се намира в цитоплазмата. При еукариотите той е затворен в структура, наречена ядро.

Ядрото е очертано от цитоплазмата чрез ядрена обвивка, която е физически подобна на плазмената мембрана на клетката. Ядрената обвивка съдържа ядрени пори, които позволяват приток и излизане на определени молекули. Тази органела е най-голямата във всяка клетка, представляваща до 10 процента от обема на клетката и е лесно видима с помощта на всеки достатъчно силен микроскоп, за да разкрие самите клетки. Учените знаят за съществуването на ядрото от 1830-те години.

Вътре в ядрото е хроматин, името на формата на ДНК приема, когато клетката не се подготвя да се дели: навита, но не разделена на хромозоми, които изглеждат различни при микроскопия. Ядрото е частта от ядрото, съдържаща рекомбинантна ДНК (rDNA), ДНК, посветена на синтеза на рибозомна РНК (rRNA). И накрая, нуклеоплазмата е воднисто вещество в ядрената обвивка, което е аналогично на цитоплазмата в самата клетка.

В допълнение към съхраняването на генетичен материал, ядрото определя кога клетката ще се раздели и размножи.

Митохондриите се намират в животинските еукариоти и представляват „електроцентралите“ на клетките, тъй като тези продълговати органели са мястото, където се извършва аеробно дишане. Аеробното дишане генерира 36 до 38 молекули АТФ или аденозин трифосфат (основният източник на енергия на клетките) за всяка молекула глюкоза (крайната валута на тялото), която консумира; гликолизата, от друга страна, която не се нуждае от кислород, за да продължи, генерира само около една десета от тази енергия (4 ATP на молекула глюкоза). Бактериите могат да се справят само с гликолиза, но еукариотите не могат.

Аеробното дишане се осъществява на две стъпки, на две различни места в митохондриите. Първата стъпка е цикълът на Кребс, поредица от реакции, които възникват върху митохондриалната матрица, която е подобна на нуклеоплазмата или цитоплазмата другаде. В цикъла на Кребс - наричан още цикъл на лимонена киселина или цикъл на трикарбоксилна киселина - две молекули пируват, тривъглеродна молекула, произведена в гликолиза, влиза в матрицата за всяка една молекула шествъглеродна глюкоза консумирани. Там пируватът претърпява цикъл от реакции, които генерират материал за по-нататъшни цикли на Кребс и още важно е високоенергийните електронни носители за следващата стъпка в аеробния метаболизъм, електронен транспорт верига. Тези реакции се извършват върху митохондриалната мембрана и са средство, чрез което молекулите АТФ се освобождават по време на аеробно дишане.

Животните, растенията и гъбите са еукариотите на забележка, обитаващи в момента Земята. Докато животните използват глюкоза и кислород за генериране на гориво, вода и въглероден диоксид, растенията използват вода, въглероден диоксид и слънчевата енергия, за да задвижват производството на кислород и глюкоза. Ако тази подредба не изглежда като случайност, не е така; процесът, който растенията използват за своите метаболитни нужди, се нарича фотосинтеза и по същество това е аеробно дишане, протичащо точно в обратната посока.

Тъй като растителните клетки не разграждат страничните продукти от глюкозата, използвайки кислород, те нямат или се нуждаят от митохондрии. Вместо това растенията притежават хлоропласти, които всъщност превръщат светлинната енергия в химическа енергия. Всяка растителна клетка има някъде от 15 или 20 до около 100 хлоропласти, които, подобно на митохондриите в животинските клетки, се смята, че някога са съществували като самостоятелни бактериите в дните преди еукариотите да са еволюирали, след като очевидно са погълнали тези по-малки организми и са включили метаболитния механизъм на тези бактерии в своите собствен.

Ако митохондриите са електроцентралите на клетките, рибозомите са фабриките. Рибозомите не са обвързани с мембрани и следователно технически не са органели, но често се групират с истински органели за удобство.

Рибозомите се намират в цитоплазмата на прокариотите и еукариотите, но върху последните те често са прикрепени към ендоплазмения ретикулум. Те се състоят от около 60 процента протеин и около 40 процента рРНК. рРНК е нуклеинова киселина, подобно на ДНК, пратеник РНК (тРНК) и трансфер РНК (тРНК).

Рибозомите съществуват по една проста причина: да произвеждат протеини. Те правят това чрез процеса на транслация, който представлява преобразуване на генетични инструкции, кодирани в рРНК чрез ДНК в протеинови продукти. Рибозомите събират протеини от 20-те типа аминокиселини в организма, всяка от които се пренася към рибозомата от определен тип тРНК. Редът, в който се добавят тези аминокиселини, се определя от иРНК, всяка от които съдържа информацията, получена от единична ДНК ген - тоест дължина на ДНК, която служи като план за отделен протеинов продукт, бил той ензим, хормон или око пигмент.

Преводът се счита за третата и последна част от така наречената централна догма на биологията в малък мащаб: ДНК създава иРНК, а иРНК прави или поне носи инструкции за протеини. В голямата схема рибозомата е единствената част от клетката, която едновременно разчита и на трите стандартни типа РНК (иРНК, рРНК и тРНК), за да функционира.

Повечето от останалите органели са везикули или биологични „торбички“ от някакъв вид. Телата на Голджи, които при микроскопско изследване имат характерна подредба "палачинка-стек", съдържат новосинтезирани протеини; телата на Голджи ги освобождават в малки везикули, като ги прищипват, след което тези малки тела имат своя собствена затворена мембрана. Повечето от тези малки везикули се навиват в ендоплазмения ретикулум, който е като магистрална или железопътна система за цялата клетка. Някои видове ендоплазми имат много рибозоми, прикрепени към тях, придавайки им „груб“ вид под микроскоп; съответно тези органели се наричат ​​груб ендоплазмен ретикулум или RER. За разлика от него, ендоплазменият ретикулум без рибозома се нарича гладък ендоплазмен ретикулум или SER.

Клетките също съдържат лизозоми, везикули, които съдържат мощни ензими, които разграждат отпадъците или нежеланите посетители. Те са като клетъчен отговор на екипаж за почистване.