Beziehung zwischen Zellstruktur und Funktion

"Form passt Funktion" ist ein gängiger Refrain in der Welt der natürlichen und menschlichen Formen der Technik. Wenn es um die sinnvolle Konstruktion eines Alltagswerkzeugs geht, liegt dies oft auf der Hand: Ein kleines Kind, das eine Schaufel, ein Trinkglas, ein Paar Socken oder einen Hammer bekommt, könnte es wahrscheinlich relativ leicht feststellen, wozu diese Utensilien dienen, während im Falle einer isolierten Fahrradkette oder eines Hundehalsbandes das Rätsel wesentlich schwieriger zu lösen ist lösen.

Natürliche Strukturen, die sich im Laufe der Jahrmillionen der Evolution gebildet haben, bleiben erhalten weil sie wegen der Überlebensvorteile ausgewählt wurden, die sie den Organismen geben, die sie besitzen. Dies ist bei Zellen der Fall, bei denen es sich um die einfachsten natürlichen Strukturen handelt, die alle Eigenschaften der dynamischen Entität aufweisen, die als. bekannt ist Leben: Fortpflanzung, Stoffwechsel, Aufrechterhaltung des chemischen Gleichgewichts und der physikalischen Festigkeit.

Wie in der "Makro"-Welt, die Art und Weise, wie die Teile einer Zelle ihre Funktionen ansprechen – beides für sich alleinstehende und diejenigen, die mit dem Rest der Zelle integriert sind – ist ein faszinierendes Thema der Biologie für sich Recht.

Zellzusammensetzung und -funktion variieren sowohl zwischen Organismen als auch bei komplexen vielzelligen Organismen zwischen verschiedenen Geweben und Organen innerhalb desselben Organismus erheblich. Aber alle Zellen haben eine Reihe von Elementen gemeinsam. Diese schließen ein:

• Zellmembran: Diese Struktur bildet die äußere Auskleidung der Zelle und ist sowohl für die physische Integrität der Zelle als auch dafür verantwortlich, dass bestimmte Substanzen ein- und austreten können, während sie anderen den Durchgang verwehren. Es besteht eigentlich aus a Doppelplasmamembran.
• Zytoplasma: Diese bildet die innere Zellsubstanz und besteht aus einer wässrigen Matrix, die wie ein Gerüst weitere innere Zellinhalte trägt. Der flüssige, nicht-organelle Anteil wird als bezeichnet Zytosol, und die meisten chemischen Reaktionen in der Zelle laufen hier mit Hilfe von Proteinen, sogenannten Enzymen, ab.
• Genmaterial: Das genetische Material, von dem fast jede Zelle des Organismus eine vollständige Kopie enthält, trägt die für die Proteinsynthese notwendigen Informationen in Form von Desoxyribonukleinsäure (DNA). DNA ist das, was während des Fortpflanzungsprozesses an nachfolgende Generationen weitergegeben wird.
• Ribosomen: Diese Proteine ​​sind für die Herstellung aller Proteine ​​verantwortlich, die der Organismus benötigt. Sie orientieren sich an der Botenstoff-Ribonukleinsäure (mRNA). An Ribosomen sind einzelne Aminosäuren zu Ketten verbunden und bilden Proteine. Die mRNA wird von DNA in einem Prozess namens. hergestellt Transkription; die Umwandlung von mRNA-Anweisungen in Proteine ​​an den Ribosomen, die aus zwei Untereinheiten bestehen, ist bekannt als Übersetzung.

Lebewesen lassen sich in zwei Arten einteilen: Prokaryoten, die die Domänen Bakterien und Archaea umfassen, und Eukaryoten, die aus der Domäne Eukaryota bestehen. Die meisten Prokaryonten sind einzellige Organismen, während fast alle Eukaryonten – Pflanzen, Tiere und Pilze – vielzellig sind.

Prokaryontische Zellen umfassen die vier bereits beschriebenen Strukturen, aber sonst nicht viel, obwohl Bakterien Zellwände. Viele von ihnen haben auch eine Zelle Kapsel; die primäre Funktion dieser ist der Schutz. Einige Prokaryonten haben auch peitschenartige Strukturen auf ihrer Oberfläche, die als bezeichnet werden Geißeln. Wie Sie ihrem Aussehen entnehmen können, dienen diese hauptsächlich der Fortbewegung.

Im Gegensatz dazu sind eukaryotische Zellen reich an Organellen, die membrangebundene Einheiten sind, die der Zelle auf besondere Weise dienen. Wichtig ist, dass Eukaryoten ihre DNA in einem Kern, während bei Prokaryonten, denen jegliche interne membrangebundene Strukturen fehlen, die DNA in einem losen Cluster im Zytoplasma schwimmt, das als bezeichnet wird nukleoide Region.

Die Beziehung zwischen den Teilen einer Zelle und ihren Funktionen wird an den Organellen von Eukaryoten mit Eleganz und Klarheit veranschaulicht. Alle Organellen besitzen wiederum eine Plasmamembran. Jede Plasmamembran in Zellen – einschließlich der äußeren, sogenannten Zellmembran sowie der Membranen, die Organellen umschließen – besteht aus a PhospholipidDoppelschicht.

Diese Doppelschicht besteht aus zwei einzelnen "Blättern", die sich spiegelbildlich gegenüberliegen. Das Innere verfügt über die hydrophob, oder wasserabweisende Anteile jeder Schicht, die aus Lipiden in Form von Fettsäuren bestehen. Die äußeren Teile hingegen sind hydrophil, oder wassersuchend, und bestehen aus den Phosphatanteilen der Phospholipidmoleküle.

So zeigt eine "Wand" aus hydrophilen Phosphatköpfen zum Inneren der Organelle (oder im Fall der Zellmembran an sich, die Zytoplasma), während die andere der äußeren oder zytoplasmatischen Seite (oder im Fall der Zellmembran der Außenseite) zugewandt ist Umgebung).

Die Membran ist so aufgebaut, dass kleine Moleküle wie Glukose und Wasser frei zwischen den Phospholipid-Moleküle, während größere Moleküle nicht aktiv ein- oder ausgepumpt werden können und müssen (bzw. Zeitraum). Auch hier passt Struktur zur Funktion.

Obwohl er wegen seiner überragenden Bedeutung normalerweise nicht als Organelle bezeichnet wird, ist der Kern tatsächlich die Verkörperung einer solchen. Seine Plasmamembran wird als bezeichnet Atomhülle. Der Kern enthält DNA verpackt in Chromatin, das ist proteinreiche Materie, die in Chromosomen gespalten ist.

Wenn sich die Chromosomen und der Zellkern mit ihnen teilen, nennt man den Vorgang Mitose. Damit dies geschieht, mitotische Spindel muss innerhalb des Zellkerns erzeugt werden, der im Wesentlichen das Gehirn der Zelle ist und einen erheblichen Teil des Gesamtvolumens der meisten Zellen verbraucht.

Diese etwa ovalen Organellen sind die Kraftwerke der Eukaryoten, denn sie sind der Ort der aeroben ("mit Sauerstoff") Atmung, der Quelle von die meiste Energie, die Eukaryoten aus dem Treibstoff gewinnen, den sie essen (im Fall von Tieren) oder mit Hilfe von Sonnenlicht synthetisieren (im Fall von Pflanzen).

Es wird angenommen, dass Mitochondrien vor mehr als 2 Milliarden Jahren entstanden sind, als sich aerobe Bakterien in bestehenden, nicht-aeroben Zellen einlagerten und begannen, mit ihnen metabolisch zu kooperieren. Die vielen Falten in ihrer Membran, in denen die aerobe Atmung tatsächlich stattfindet, sind ein weiteres Beispiel für das Zusammenfließen von Struktur und Funktion in Zellen.

Diese membranartige Struktur ähnelt insofern einer "Autobahn", als sie vom Kern (und tatsächlich mit seiner Membran verbunden) durch die Zelle bis in die Weiten des Zytoplasmas reicht. Es trägt und modifiziert Proteinprodukte, die von den Ribosomen hergestellt werden.

Einiges endoplasmatisches Retikulum wird genannt raues endoplasmatisches Retikulum weil es mit Ribosomen besetzt ist, wie unter dem Mikroskop zu sehen ist; die Formen ohne Ribosomen heißen entsprechend glattes endoplasmatisches Reticulum.

Das Golgi-Apparat ähnelt dem endoplasmatischen Retikulum darin, dass es Proteine ​​und andere zellgenerierte. verpackt und verarbeitet Substanzen, aber es ist in runden gestapelten Scheiben angeordnet, ähnlich einer Münzrolle oder einem Stapel winziger Pfannkuchen.

Lysosomen sind die Abfallentsorgungszentren der Zelle, und dementsprechend verfügen diese kleinen kugelförmigen Körper über Enzyme, die Zellabbauprodukte aus dem täglichen Stoffwechsel auflösen und abgeben. Lysosomen sind eigentlich eine Art von Vakuole, ein Name für eine hohle, membrangebundene Einheit in Zellen, deren Zweck es ist, als Behälter für irgendwelche Chemikalien zu dienen.

Das Zytoskelett ist hergestellt aus Mikrotubuli, Proteine, die wie winzige Bambussprossen angeordnet sind und als strukturelle Stützträger und Balken dienen. Diese erstrecken sich über das gesamte Zytoplasma vom Zellkern bis zur Zellmembran.