Връзка между клетъчната структура и функция

„Формата отговаря на функцията“ е често срещан рефрен в света както на естествените, така и на човешките форми на инженерство. Когато става въпрос за целенасочената конструкция на всекидневен инструмент, това често е очевидно: Едно малко дете, което получава лопата, чаша за пиене, чифт чорапи или чук да определите с относителна лекота за какво са предназначени тези уреди, докато в случая на, например, велосипедна верига или нашийник за кучета изолирано, пъзелът е значително по-труден за решаване.

Естествените структури, образувани в течение на милиони години еволюция, остават на място тъй като са избрани поради предимствата за оцеляване, които те дават на организмите притежават ги. Такъв е случаят с клетките, които са най-простите естествени структури, притежаващи всички свойства на динамичния обект, известен като живот: възпроизвеждане, метаболизъм, поддържане на химически баланс и физическа твърдост.

Както в "макро" света, начинът, по който частите на клетката говорят за своите функции - и тези, които стоят самостоятелно и тези, които са интегрирани с останалата част от клетката - е завладяващ предмет на биологията сам по себе си нали.

Клетъчният състав и функция се различават значително както между организмите, така и в случай на сложни многоклетъчни организми, между различните тъкани и органи в рамките на един и същ организъм. Но всички клетки имат редица общи елементи. Те включват:

• Клетъчната мембрана: Тази структура образува външната обвивка на клетката и е отговорна както за физическата цялост на клетката, така и за позволяването на някои вещества да преминават и излизат, докато отказват на други да преминават. Всъщност се състои от a двойна плазмена мембрана.
• Цитоплазма: Това образува вътрешното вещество на клетките и се състои от водниста матрица, която поддържа друго вътрешно клетъчно съдържание, като скеле. Течната, неорганелна част се нарича цитозоли повечето химични реакции в клетката се случват тук с помощта на протеини, наречени ензими.
• Генетичен материал: Генетичният материал, който почти всяка клетка на организма съдържа пълно копие, носи информацията, необходима за синтеза на протеини под формата на Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК). ДНК е това, което се предава на следващите поколения по време на репродуктивния процес.
• Рибозоми: Тези протеини са отговорни за производството на всички протеини, от които се нуждае организмът. Те поемат посоката от рибонуклеиновата киселина (mRNA). На рибозомите отделните аминокиселини са свързани помежду си, за да създадат вериги, образуващи протеини. ИРНК се получава от ДНК в процес, наречен транскрипция; превръщането на инструкциите за иРНК в протеини на рибозомите, които се състоят от две субединици, е известно като превод.

Живите същества могат да бъдат разделени на два вида: Прокариоти, които включват домейните Bacteria и Archaea, и еукариоти, които се състоят от домейна Eukaryota. Повечето прокариоти са едноклетъчни организми, докато почти всички еукариоти - растения, животни и гъби - са многоклетъчни.

Прокариотните клетки включват вече описаните четири структури, но не много други, въпреки че бактериите наистина имат клетъчни стени. Много от тях имат и клетка капсула; основната им функция е защитата. Някои прокариоти също имат бичковидни структури на повърхността си, наречени флагела. Както можете да се досетите от външния им вид, те се използват главно за движение.

Еукариотните клетки, за разлика от това, са богати на органели, които са свързани с мембраната обекти, които обслужват клетката по определени начини. Важното е, че еукариотите прибират своята ДНК вътре в ядро, докато в прокариотите, които нямат вътрешно свързани с мембраната структури от всякакъв вид, ДНК плава в хлабав клъстер в цитоплазмата, наречен нуклеоидна област.

Връзката между частите на клетката и техните функции се илюстрира с елегантност и яснота в органелите на еукариотите. На свой ред всички органели имат плазмена мембрана. Всяка плазмена мембрана в клетките - включително външната, наречена клетъчна мембрана, както и мембраните, заграждащи органелите - се състои от фосфолипиддвуслой.

Този двуслой се състои от два отделни "листа", обърнати един към друг по огледален начин. Вътре има хидрофобни, или водоотблъскващи, части от всеки слой, които се състоят от липиди под формата на мастни киселини. За разлика от него външните части са хидрофиленили търсещи вода и се състоят от фосфатните части на фосфолипидните молекули.

По този начин една "стена" от хидрофилни фосфатни глави е обърната към вътрешността на органелата (или в случая на клетъчната мембрана сама по себе си, цитоплазма), докато другата е обърната към външната или цитоплазматичната страна (или в случая на клетъчната мембрана, отвън околен свят).

Структурата на мембраната е такава, че малки молекули като глюкоза и вода могат да се носят свободно между фосфолипидни молекули, докато по-големите не могат и трябва да бъдат изпомпвани активно навътре или навън (или отказано преминаване, Период). Отново, структурата отговаря на функцията.

Въпреки че обикновено не се нарича органела поради нейното най-голямо значение, ядрото всъщност е въплъщение на такава. Плазмената му мембрана се нарича ядрена обвивка. Ядрото съдържа ДНК, опакована в хроматин, която е богата на протеини материя, разделена на хромозоми.

Когато хромозомите се разделят и ядрото с тях, процесът се нарича митоза. За да се случи това митотично вретено трябва да се създаде в ядрото, което по същество е мозъкът на клетката и консумира значителна част от общия обем на повечето клетки.

Тези приблизително овални органели са електроцентралите на еукариотите, защото те са мястото на аеробно („с кислород“) дишане, източник на по-голямата част от енергията, която еукариотите черпят от горивото, което ядат (в случай на животни) или синтезират с помощта на слънчева светлина (в случай на растения).

Смята се, че митохондриите са възникнали преди повече от 2 милиарда години, когато аеробни бактерии се навиват в съществуващи, неаеробни клетки и започват да си сътрудничат метаболитно с тях. Многото гънки в тяхната мембрана, където всъщност се случва аеробно дишане, е друг пример за сливането на структурата и функцията в клетките.

Тази мембранна структура е по-скоро като "магистрала", тъй като достига от ядрото (и всъщност е присъединена към неговата мембрана), през клетката, до далечните краища на цитоплазмата. Той носи и модифицира протеинови продукти, произведени от рибозомите.

Нарича се някакъв ендоплазмен ретикулум груб ендоплазмен ретикулум защото е осеян с рибозоми, както може да се види под микроскоп; съответно се наричат ​​формите, в които липсват рибозоми гладък ендоплазмен ретикулум.

The апарат на Голджи е подобен на ендоплазмения ретикулум, тъй като пакетира и обработва протеини и други генерирани клетки вещества, но е подредено в кръгли подредени дискове, подобно на ролка монети или куп мънички палачинки.

Лизозоми са центровете за изхвърляне на отпадъци на клетката и съответно тези малки кълбовидни тела имат ензими, които разтварят и разпределят продуктите от разграждането на клетките, получени в резултат на ежедневния метаболизъм. Лизозомите всъщност са вид вакуола, име за куха, свързана с мембрана единица в клетки, чиято цел е да служи като контейнер за химикали от някакъв вид.

The цитоскелет е направено от микротубули, протеини, подредени като малки бамбукови издънки и служещи като структурни опорни трегери и греди. Те се простират през цялата цитоплазма от ядрото до клетъчната мембрана.