In prokaryontischen Zellen wie Bakterien, dem genetischen Material des Organismus oder DNA (Desoxyribonukleinsäure), "schwimmt" im Zellzytoplasma, nur durch die äußere Barriere der Zelle selbst von der Außenwelt getrennt. In den Zellen von Eukaryoten wie Ihnen ist die DNA in einem membrangebundenen Kern eingeschlossen, der eine zweite Schutzschicht und eine verbesserte Fokussierung der Funktionalität bietet.
Das Einschließen des genetischen Materials der Zelle in eine schützende Doppelplasmamembran ist ein Beispiel für Kompartimentierung. Das eukaryotische Zellen Dies kann sich in ihrer Zellarchitektur so leicht berufen, ist die wichtigste strukturelle Anpassung, die es Eukaryoten ermöglicht hat, Prokaryoten in Größe und Gesamtdiversität weit zu übertreffen.
Prokaryotisch vs. Eukaryontische Zellen
Alle Zellen haben vier Grundelemente: a Zellmembran draußen, Zytoplasma den größten Teil des Inneren füllen, Ribosomen zur Synthese von Proteinen und genetischem Material in Form von DNA. Prokaryoten haben normalerweise kaum mehr als das, und alle bis auf wenige bestehen aus nur einer einzigen dieser einfachen Zellen. Das wenige DNA, das sie haben, sitzt in einem losen Cluster im Zytoplasma.
Eukaryontische Zellen (d. h. die von Tieren, Pflanzen, Protisten und Pilzen) haben alle der oben genannten Einschlüsse und noch einige mehr. Wichtig ist, dass sie membrangebundene Organellen enthalten, die lebenswichtige, sich wiederholende Funktionen ausführen, wie zum Beispiel den vollständigen Abbau von Kohlenhydratmolekülen.
Eukaryontische Zellen können sich sowohl innerhalb als auch zwischen Organismen und Arten deutlich voneinander unterscheiden. Alle Eukaryoten haben zum Beispiel Mitochondrien, aber mit wenigen Ausnahmen haben nur Pflanzenzellen Chloroplasten.
Warum DNA in einem Kern?
Wenn Sie die Vorteile der Kompartimentierung in eukaryotischen Zellen erklären sollen, haben Sie eine leichte Aufgabe, wenn Sie mit Grundwissen über Zellanatomie und Physiologie im Allgemeinen ausgestattet sind.
Die "Kompartimentalisierungsbiologie" ist ein evolutionärer Fortschritt, der es ermöglicht hat, dass Zellen zu spezialisierten kleinen Maschinen (und in einigen Fällen zu ganzen Organismen) werden.
Eukaryontische Zellen haben membrangebundenen Organellen um die Verdauung durchzuführen, Energie aus der Nahrung zu gewinnen und neu synthetisierte Proteine von Ort zu Ort zu transportieren. Fehlt all dies, können ihre prokaryontischen Gegenstücke nur bis zu einer bestimmten Größe wachsen und sind in den meisten Fällen nicht über eine einzelne Zelle hinaus gewachsen.
Die enorme Größe des eukaryotischen Genoms, die sich in seiner schieren Menge an DNA widerspiegelt, erfordert, dass es sehr eng verpackt ist, um in eine Zelle zu passen. Also mit a Kern verschärft diesen Aspekt des eukaryotischen Zellaufbaus erheblich.
Membrangebundenen Organellen
Einige der prominenteren membrangebundenen Organellen in eukaryotischen Zellen sind:
Mitochondrien. Diese werden oft als "Kraftwerke" der Zellen bezeichnet, weil hier die Reaktionen der aeroben Atmung ablaufen. Diese Reaktionen sind für die überwältigende Energie-"Erzeugung" in Eukaryoten verantwortlich.
Chloroplasten. In Pflanzenzellen gefunden, Chloroplasten nutzen die Kraft des Sonnenlichts, um Zucker aus Kohlendioxidgas in der Umwelt herzustellen.
Lysosomen. Dies sind die "Aufräummannschaften" von Zellen (siehe unten).
Endoplasmatisches Retikulum. Diese membranartige "Autobahn" bewegt neu gebildete Proteine von Ribosomen zu Golgi-Körper und anderswo.
Golgi-Körper. Diese "Säcke" bewegen Proteine in der Zelle zwischen den endoplasmatisches Retikulum und ihr endgültiges Ziel.
Lysosomen und Verdauung
Lysosomen tragen Verdauungsenzyme in der Lage, Zellabfälle, aber auch gesunde Zellbestandteile abzubauen. Wenn diese Enzyme also an den Ribosomen hergestellt werden, müssen sie in Lysosomen zu ihrem späteren Zuhause transportiert werden, ohne dabei etwas zu beschädigen.
Diese Enzyme werden in der Zelle fast so transportiert, wie HAZMAT (hazardous waste materials) auf US-Autobahnen und -Schienen transportiert werden: Mit speziellen Etiketten und mit großer Sorgfalt. Sobald sie sich in der hochsauren Umgebung der Lysosomen befinden, werden diese Säurehydrolase Enzyme funktionieren sehr effektiv.
Drei Beispiele für die intrazelluläre Verdauung durch Lysosomen:
- Kohlenhydrate, Lipide, Nukleinsäuren und Proteine
- "Tote" Organellen und ihre Bestandteile
- Bakterien und andere Substanzen, die von außerhalb der Zelle aufgenommen werden