Forholdet mellem cellestruktur og funktion

"Form passer funktion" er et almindeligt refræn i verden af ​​både de naturlige og menneskelige former for ingeniørarbejde. Når det drejer sig om en målrettet konstruktion af et hverdagsværktøj, er dette ofte indlysende: Et lille barn, der får en skovl, et drikkeglas, et par sokker eller en hammer kunne sandsynligvis med relativ lethed bestemme, hvad disse redskaber er beregnet til, hvorimod i tilfælde af f.eks. en cykelkæde eller en hundehalsbånd isoleret, er gåden betydeligt sværere at løse.

Naturlige strukturer, der er dannet i løbet af millioner af år med evolution, forbliver på plads fordi de er blevet valgt på grund af de overlevelsesfordele, de giver organismerne det besidde dem. Dette er tilfældet med celler, som er de enkleste naturlige strukturer, der har alle egenskaberne for den dynamiske enhed kendt som liv: reproduktion, stofskifte, opretholdelse af kemisk balance og fysisk soliditet.

Som i "makroverdenen", hvordan en celles dele taler til deres funktioner - både dem, der står alene og dem, der er integreret med resten af ​​cellen - er et fascinerende emne for biologi i sig selv ret.

Cellesammensætning og funktion varierer betydeligt både mellem organismer og i tilfælde af komplekse flercellede organismer mellem forskellige væv og organer inden for den samme organisme. Men alle celler har et antal elementer til fælles. Disse inkluderer:

• Celle membran: Denne struktur danner den ydre foring af cellen og er ansvarlig for både cellens fysiske integritet og for at lade visse stoffer passere ind og ud, mens andre nægter passage. Den består faktisk af en dobbelt plasmamembran.
• Cytoplasma: Dette danner det indre stof i celler og består af en vandig matrix, der understøtter andet indvendigt celleindhold, som et stillads. Den flydende, ikke-organelle del kaldes cytosol, og de fleste kemiske reaktioner i cellen forekommer her ved hjælp af proteiner kaldet enzymer.
• Genetisk materiale: Det genetiske materiale, som næsten alle celler i organismen indeholder en komplet kopi af, bærer de nødvendige oplysninger til proteinsyntese i form af deoxyribonukleinsyre (DNA). DNA er det, der overføres til efterfølgende generationer under reproduktiv proces.
• Ribosomer: Disse proteiner er ansvarlige for fremstillingen af ​​alle proteiner, som organismen har brug for. De tager retning fra messenger ribonukleinsyre (mRNA). På ribosomer er individuelle aminosyrer bundet sammen for at skabe kæder, der danner proteiner. MRNA er lavet af DNA i en proces kaldet transkription; omdannelsen af ​​mRNA-instruktioner til proteiner på ribosomerne, som består af to underenheder, er kendt som oversættelse.

Levende ting kan opdeles i to typer: Prokaryoter, som inkluderer domænerne Bakterier og Archaea, og eukaryoter, som består af domænet Eukaryota. De fleste prokaryoter er encellede organismer, hvorimod næsten alle eukaryoter - planter, dyr og svampe - er flercellede.

Prokaryote celler inkluderer de fire allerede beskrevne strukturer, men ikke meget andet, selvom bakterier har cellevægge. Mange af dem har også en celle kapsel; den primære funktion af disse er beskyttelse. Nogle prokaryoter har også pisklignende strukturer på deres overflade kaldet flagella. Som du kan gætte ud fra deres udseende, bruges disse hovedsageligt til bevægelse.

Eukaryote celler derimod er rige på organeller, som er membranbundne enheder, der tjener cellen på bestemte måder. Det er vigtigt, at eukaryoter huser deres DNA inde i en kerne, mens der i prokaryoter, som mangler indre membranbundne strukturer af enhver art, flyder DNA i en løs klynge i cytoplasmaet kaldet nukleoid region.

Forholdet mellem delene af en celle og deres funktioner er eksemplificeret med elegance og klarhed i organellerne af eukaryoter. Til gengæld har alle organeller en plasmamembran. Hver plasmamembran i celler - inklusive den ydre, navngivne cellemembran såvel som de membraner, der omslutter organeller - består af en phospholipiddobbeltlag.

Dette dobbeltlag består af to individuelle "ark", der vender mod hinanden på et spejlbillede. Indvendige funktioner hydrofob, eller vandafvisende dele af hvert lag, der består af lipider i form af fedtsyrer. De ydre dele er derimod hydrofileller vand-søger og består af phosphat-dele af phospholipid-molekylerne.

En "væg" af hydrofile fosfathoveder vender således ind mod organellen (eller i tilfælde af cellemembranen i sig selv er cytoplasma) hvorimod den anden vender ud mod den ydre eller cytoplasmatiske side (eller i tilfældet med cellemembranen udvendigt miljø).

Strukturen af ​​membranen er sådan, at små molekyler som glukose og vand kan flyde frit mellem fosfolipidmolekyler, hvorimod større ikke kan og skal pumpes aktivt ind eller ud (eller nægtes passage, periode). Igen passer struktur til funktion.

Selvom det ikke normalt betegnes som en organel på grund af dets største betydning, er kernen faktisk udførelsesformen for en. Dens plasmamembran kaldes nuklear konvolut. Kernen indeholder DNA pakket i kromatin, som er proteinrig stof opdelt i kromosomer.

Når kromosomerne deler sig, og kernen med dem, kaldes processen mitose. For at dette kan ske, skal mitotisk spindel skal oprettes inden for kernen, som i det væsentlige er cellehjernen og forbruger en betydelig brøkdel af det samlede volumen af ​​de fleste celler.

Disse groft ovale organeller er kraftværkerne for eukaryoter, fordi de er stedet for aerob ("med ilt") respiration, kilden til det meste af den energi, som eukaryoter stammer fra det brændstof, de spiser (i tilfælde af dyr) eller syntetiseres ved hjælp af sollys (i tilfælde af planter).

Mitokondrier antages at have sin oprindelse for over 2 milliarder år siden, da aerobe bakterier opvikles i eksisterende, ikke-aerobe celler og begyndte at samarbejde med dem metabolisk. De mange folder i deres membran, hvor aerob respiration faktisk forekommer, er et andet eksempel på sammenløbet af struktur og funktion i celler.

Denne membranstruktur er snarere som en "motorvej", idet den strækker sig fra kernen (og faktisk er forbundet med dens membran) gennem cellen ud til cytoplasmaets fjerne grænser. Det bærer og modificerer proteinprodukter fremstillet af ribosomerne.

Nogle endoplasmatiske retikulum kaldes groft endoplasmatisk retikulum fordi det er besat med ribosomer, som det kan ses under et mikroskop; de former, der mangler ribosomer, kaldes tilsvarende glat endoplasmatisk retikulum.

Det Golgi-apparat ligner det endoplasmatiske retikulum, idet det pakker og behandler proteiner og andre celle-genererede stoffer, men det er arrangeret i runde stablede diske, ligesom en rulle mønter eller en stak med små pandekager.

Lysosomer er cellens affaldshåndteringscentre, og følgelig har disse små kugleformede legemer enzymer, der opløses og dispenserer af nedbrydningsprodukter fra celler, der skyldes daglig metabolisme. Lysosomer er faktisk en type vakuol, et navn på en hul, membranbundet enhed i celler, hvis formål er at tjene som en beholder til kemikalier af en eller anden slags.

Det cytoskelet er lavet af mikrotubuli, proteiner arrangeret som små bambusskud og tjener som strukturelle understøtningsbjælker og bjælker. Disse strækker sig over hele cytoplasmaet fra kernen til cellemembranen.