Afhængigt af hvor du er i din egen livsvidenskabelige uddannelse, ved du måske allerede, at celler er de grundlæggende strukturelle og funktionelle komponenter i livet. Du er muligvis også opmærksom på, at celler i mere komplekse organismer som dig selv og andre dyr er meget specialiserede, der indeholder en forskellige fysiske indeslutninger, der udfører specifikke metaboliske og andre funktioner for at holde forholdene i cellen gæstfri for liv.
Visse komponenter i cellerne fra "avancerede" organismer kaldes organeller har evnen til at fungere som små maskiner og er ansvarlige for at udvinde energi fra de kemiske bindinger i glukose, den ultimative næringskilde i alle levende celler. Har du nogensinde spekuleret på, hvilke organeller der hjælper med at give celler energi, eller hvilke organelle er mest direkte involveret i energitransformationer inden i celler? Mød i så fald mitokondrier og kloroplast, de vigtigste evolutionære præstationer af eukaryote organismer.
Celler: Prokaryoter Versus Eukaryotes
Organismer i domænet Prokaryota, som inkluderer bakterier og Archaea (tidligere kaldet "archaebacteria"), er næsten udelukkende encellede og skal med få undtagelser få al deres energi fra glykolyse, en proces, der forekommer i cellecytoplasmaet. De mange flercellede organismer i Eukaryota domæne har imidlertid celler med indeslutninger kaldet organeller, der udfører en række dedikerede metaboliske og andre hverdagslige funktioner.
Alle celler har DNA (genetisk materiale), a celle membran, cytoplasma ("goo", der udgør det meste af cellens stof) og ribosomer, der fremstiller proteiner. Prokaryoter har typisk lidt mere end dette, mens eukaryote celler (planer, dyr og svampe) er dem, der kan prale med organeller. Blandt disse er kloroplaster og mitokondrier, som er involveret i at imødekomme deres forældercellers energibehov.
Energibearbejdningsorganeller: Mitokondrier og kloroplaster
Hvis du ved noget om mikrobiologi og får et mikrofotografi af en plantecelle eller et dyr celle, er det ikke rigtig svært at lave et veluddannet gæt på, hvilke organeller der er involveret i energi konvertering. Både kloroplaster og mitokondrier er strukturer, der ser travlt ud, med masser af samlet membranoverfladeareal som et resultat af omhyggelig foldning og et "travlt" udseende generelt. Det er med et ord tydeligt med andre ord, at disse organeller gør meget mere end bare at opbevare rå cellulære materialer.
Begge disse organeller menes at have den samme fascinerende evolutionære historie, som det fremgår af det faktum, at de har deres eget DNA, adskilt fra det i cellekernen. Mitokondrier og kloroplaster antages oprindeligt at have været fritstående bakterier i sig selv, før de blev opslugt, men ikke ødelagt, af større prokaryoter ( endosymbiont teori). Da disse "spiste" bakterier viste sig at tjene vitale metaboliske funktioner for de større organismer og omvendt et helt domæne af organismer, Eukaryota, var født.
Struktur og funktion af kloroplaster
Eukaryoter deltager alle i cellulær respiration, som inkluderer glykolyse og de tre grundlæggende trin i aerob åndedræt: broreaktionen, Krebs-cyklussen og reaktionerne fra elektrontransporten kæde. Planter kan dog ikke få glukose direkte fra miljøet til at føde til glykolyse, da de ikke kan "spise"; i stedet fremstiller de glukose, et seks-kulstof sukker, fra kuldioxidgas, en to-kulstofforbindelse, i organeller kaldet kloroplaster.
Kloroplaster er hvor pigmentet klorofyl (som giver planterne deres grønne udseende) opbevares i små sække kaldet thylakoids. I totrinsprocessen af fotosyntese, planter bruger lysenergi til at generere ATP og NADPH, som er energibærende molekyler, og derefter bruge denne energi til at opbygge glukose, som derefter er tilgængelig for resten af cellen samt opbevarer i form af stoffer, som dyr i sidste ende kan få spise.
Mitokondriers struktur og funktion
Energiprocessering i planter i sidste ende er fundamentalt den samme som den er hos dyr og de fleste svampe: Det ultimative "mål" er at nedbryde glukose i mindre molekyler og ekstrahere ATP i processen. Mitokondrier gør dette ved at tjene som cellernes "kraftværker", da de er stedet for aerob respiration.
I den aflange "fodboldformede" mitokondrier omdannes pyruvat, det vigtigste produkt af glykolyse, til acetyl CoA, shuttled ind i det indre af organellen til Krebs-cyklussen og flyttede derefter til mitokondrie-membranen til elektrontransporten kæde. I alt tilføjer disse reaktioner 34 til 36 ATP til de to ATP, der genereres fra et enkelt molekyle glukose alene i glykolyse.