Mitä solun kaikki osat tekevät?

Solut ovat elämän peruselementtejä. Vähemmän runollisesti ne ovat pienimpiä elollisia yksikköjä, jotka säilyttävät kaikki itse elämään liittyvät perusominaisuudet (esim. Proteiinisynteesi, polttoaineenkulutus ja geneettinen materiaali). Tämän seurauksena pienestä koostaan ​​huolimatta solujen on suoritettava monenlaisia ​​toimintoja, sekä koordinoituja että itsenäisiä. Tämä puolestaan ​​tarkoittaa, että niiden on sisällettävä laaja valikoima erillisiä fyysisiä osia.

Suurin osa prokaryoottisista organismeista koostuu vain yhdestä solusta, kun taas eukaryoottien elimet, kuten itse, sisältävät biljoonia. Eukaryoottisolut sisältävät erikoistuneita rakenteita, joita kutsutaan organelleiksi, joihin kuuluu kalvo, joka on samanlainen kuin koko solua ympäröivä kalvo. Nämä organellit ovat solun maajoukkoja, jotka varmistavat jatkuvasti, että kaikki solun hetkelliset tarpeet täytetään.

Kaikki solut sisältävät absoluuttisesti vähintään solukalvon, geneettisen materiaalin ja sytoplasman, jota kutsutaan myös sytosoliksi. Tämä geneettinen materiaali on deoksiribonukleiinihappo tai DNA. Prokaryooteissa DNA on klusteroitu yhteen sytoplasman osaan, mutta sitä ei sulje kalvo, koska vain eukaryooteilla on ydin. Kaikilla soluilla on solukalvo, joka koostuu fosfolipidikaksoiskerroksesta; prokaryoottisoluilla on soluseinä suoraan solukalvon ulkopuolella vakauden ja suojan lisäämiseksi. Kasvien soluilla, jotka yhdessä sienien ja eläinten kanssa ovat eukaryooteja, on myös soluseinät.

Kaikissa soluissa on myös ribosomeja. Prokaryooteissa nämä kelluvat vapaasti sytoplasmassa; eukaryooteissa ne ovat tyypillisesti sitoutuneet endoplasman verkkoon. Ribosomit luokitellaan usein erään tyyppiseksi organelliksi, mutta joissakin järjestelmissä niitä ei voida pitää sellaisina, koska niistä puuttuu kalvo. Ribosomien organelloosien merkitsemättä jättäminen tekee "vain eukaryooteilla organelleja" -järjestelmän yhdenmukaiseksi. Näitä eukaryoottisia organelleja ovat endoplasman verkkokerroksen lisäksi mitokondriot (tai kasveissa, kloroplastit), Golgin rungot, lysosomit, vakuolit ja sytoskeletti.

Solukalvo, jota kutsutaan myös plasmamembraaniksi, on fyysinen raja solun sisäisen ympäristön ja ulkomaailman välillä. Älä kuitenkaan erehdy tähän perusarvioon väittämällä, että solukalvon rooli on vain suojaava tai että kalvo on vain jonkinlainen mielivaltainen ominaisuuslinja. Tämä kaikkien solujen ominaisuus, sekä prokaryoottinen että eukaryoottinen, on muutaman miljardin vuoden evoluution tulos ja on Itse asiassa monitoiminen, dynaaminen ihme, joka todennäköisesti toimii enemmän kuin aito älykkyys, ei pelkkä yksikkö este.

Solukalvo koostuu tunnetusti fosfolipidikaksoiskerroksesta, mikä tarkoittaa, että se koostuu kahdesta identtisestä kerroksesta, jotka koostuvat fosfolipidimolekyyleistä (tai vielä paremmin fosfoglyserolipideistä). Jokainen yksittäinen kerros on epäsymmetrinen, koostuu yksittäisistä molekyyleistä, joilla on jokin suhde kalmareihin tai ilmapalloihin, joissa on muutama tutti. "Päät" ovat fosfaattiosuudet, joilla on nettokemiallinen varauksen epätasapaino ja joita pidetään siten polaarisina. Koska vesi on myös polaarista ja koska molekyyleillä, joilla on samanlaiset sähkökemialliset ominaisuudet, on taipumus aggregoitua yhteen, fosfolipidin tätä osaa pidetään hydrofiilisenä. "Hännät" ovat lipidejä, erityisesti rasvahappopari. Toisin kuin fosfaatit, nämä ovat varauksettomia ja siten hydrofobisia. Fosfaatti kiinnittyy molekyylin keskellä olevan kolmihiilisen glyserolitähteen toiseen puoleen ja kaksi rasvahappoa liitetään toiseen puoleen.

Koska hydrofobiset lipidihännät sitoutuvat spontaanisti toisiinsa liuoksessa, kaksikerros muodostetaan niin, että nämä kaksi fosfaattikerrokset ovat ulospäin ja kohti solun sisäpuolta, kun taas kaksi lipidikerrosta sekoittuvat solun sisäpuolelle kaksikerroksinen. Tämä tarkoittaa, että kaksoiskalvot ovat linjassa peilikuvina, kuten kehosi kaksi puolta.

Kalvo ei vain estä haitallisten aineiden pääsyä sisätiloihin. Se on valikoivasti läpäisevä, päästää elintärkeitä aineita mutta estää muita, kuten trendikkään yökerhon heijastin. Se sallii myös valikoivasti jätetuotteiden poistamisen. Jotkut kalvoon upotetut proteiinit toimivat ionipumppuina tasapainon (kemiallisen tasapainon) ylläpitämiseksi solussa.

Solusytoplasma, vaihtoehtoisesti nimeltään sytosoli, edustaa muhennosta, jossa solun eri komponentit "uivat". Kaikki solut, prokaryoottisilla ja eukaryoottisilla soluilla on sytoplasma, jota ilman solu ei voi olla rakenteellisempi kuin tyhjä ilmapallo.

Jos olet koskaan nähnyt gelatiinijälkiruokaa, johon on upotettu hedelmiä, saatat ajatella gelatiinia itse sytoplasmana, hedelmä organellina ja astia, joka pitää gelatiinia solukalvona tai -soluna seinä. Sytoplasman koostumus on vetistä, ja sitä kutsutaan myös matriisiksi. Riippumatta kyseessä olevasta solutyypistä, sytoplasma sisältää paljon suuremman proteiinitiheyden ja molekulaarisen "koneiston" kuin merivesi tai muu elämätön ympäristö, joka on osoitus työstä, jonka solukalvo tekee homeostaasin (toinen sana "tasapaino", jota sovelletaan eläviin olentoihin) ylläpitämisessä soluja.

Prokaryooteissa solun geneettinen materiaali, DNA, jota se käyttää lisääntymiseen sekä ohjaa loput solusta proteiinituotteiden valmistamiseksi elävälle organismille, löytyy sytoplasmasta. Eukaryooteissa se on suljettu rakenteeseen, jota kutsutaan ytimeksi.

Ydin rajataan sytoplasmasta ydinvaipalla, joka on fyysisesti samanlainen kuin solun plasmakalvo. Ydinvaippa sisältää ydinhuokosia, jotka mahdollistavat tiettyjen molekyylien sisäänvirtauksen ja poistumisen. Tämä organelli on kaikkien solujen suurin, sen osuus on jopa 10 prosenttia solun tilavuudesta, ja se on helposti nähtävissä millä tahansa mikroskoopilla, joka on riittävän voimakas paljastamaan solut itse. Tutkijat ovat tienneet ytimen olemassaolosta 1830-luvulta lähtien.

Ytimen sisällä on kromatiini, DNA-muodon nimi otetaan, kun solu ei valmistaudu jakautumaan: kelattu, mutta ei erotettu kromosomeihin, jotka näyttävät erillisiltä mikroskopialla. Ydin on osa ydintä, joka sisältää rekombinantti-DNA: n (rDNA), ribosomaalisen RNA: n (rRNA) synteesiin omistetun DNA: n. Lopuksi, nukleoplasma on vetistä ainetta ydinkotelon sisällä, joka on analoginen varsinaisen solun sytoplasman kanssa.

Geneettisen materiaalin varastoinnin lisäksi ydin määrittää, milloin solu jakautuu ja lisääntyy.

Mitokondrioita esiintyy eläinten eukaryooteissa ja ne edustavat solujen "voimalaitoksia", koska aerobista hengitystä tapahtuu näissä pitkänomaisissa organelleissa. Aerobinen hengitys tuottaa 36-38 molekyyliä ATP: tä tai adenosiinitrifosfaattia (solujen tärkein energialähde) jokaiselle glukoosimolekyylille (kehon lopullinen polttoainevaluutta), jota se kuluttaa; glykolyysi, toisaalta, joka ei vaadi happea etenemään, tuottaa vain noin kymmenesosaa niin paljon energiaa (4 ATP glukoosimolekyyliä kohti). Bakteerit voivat selviytyä pelkästään glykolyysistä, mutta eukaryootit eivät.

Aerobinen hengitys tapahtuu kahdessa vaiheessa, kahdessa eri paikassa mitokondrioissa. Ensimmäinen vaihe on Krebsin sykli, sarja reaktioita, jotka tapahtuvat mitokondrioiden matriisissa, joka on samanlainen kuin muualla oleva nukleoplasma tai sytoplasma. Krebsin syklissä - jota kutsutaan myös sitruunahapposykliksi tai trikarboksyylihapposykliksi - kaksi pyruvaatin molekyyliä, glykolyysissä tuotettu kolmen hiilen molekyyli, anna matriisi jokaiselle kuuden hiilen glukoosimolekyylille kulutettu. Siellä pyruvaatti käy läpi reaktiosyklin, joka tuottaa materiaalia edelleen Krebs-sykleille ja muille mikä tärkeintä, korkean energian elektronikantajat seuraavaan vaiheeseen aerobisessa aineenvaihdunnassa, elektronien kuljetuksessa ketju. Nämä reaktiot tapahtuvat mitokondrioiden kalvolla ja ovat keino, jolla ATP-molekyylit vapautuvat aerobisen hengityksen aikana.

Eläimet, kasvit ja sienet ovat huomionarvoisia eukaryootteja, jotka tällä hetkellä elävät maapallolla. Eläimet käyttävät glukoosia ja happea polttoaineen, veden ja hiilidioksidin tuottamiseen, kun taas kasvit käyttävät vettä, hiilidioksidia ja auringon energiaa hapen ja glukoosin valmistukseen. Jos tämä järjestely ei näytä sattumalta, se ei ole; prosessikasveja, joita käytetään aineenvaihduntatarpeisiinsa, kutsutaan fotosynteesiksi, ja se on lähinnä aerobista hengitystä, joka kulkee täsmälleen vastakkaiseen suuntaan.

Koska kasvisolut eivät hajota glukoosin sivutuotteita happea käyttämällä, niillä ei ole mitokondrioita tai niitä ei tarvita. Sen sijaan kasveilla on kloroplasteja, jotka itse asiassa muuttavat valoenergian kemialliseksi energiaksi. Jokaisessa kasvisolussa on missä tahansa 15 tai 20 - noin 100 kloroplastia, joiden, kuten eläinsolujen mitokondrioiden, uskotaan olleen kerran vapaasti seisovia bakteerit eukaryoottien kehittymistä edeltäneinä päivinä sen jälkeen, kun nämä pienet organismit olivat ilmeisesti nielleet ja sisällyttäneet näiden bakteerien aineenvaihduntakoneistot oma.

Jos mitokondriot ovat solujen voimalaitoksia, ribosomit ovat tehtaita. Ribosomeja ei sido kalvot, joten ne eivät ole teknisesti organelleja, mutta ne on usein ryhmitelty todellisten organellien kanssa mukavuuden vuoksi.

Ribosomeja esiintyy prokaryoottien ja eukaryoottien sytoplasmassa, mutta jälkimmäisissä ne ovat usein kiinnittyneet endoplasman verkkoon. Ne koostuvat noin 60 prosentista proteiinia ja noin 40 prosentista rRNA: ta. rRNA on nukleiinihappo, kuten DNA, lähetin-RNA (mRNA) ja siirto-RNA (tRNA).

Ribosomeja on olemassa yhdestä yksinkertaisesta syystä: proteiinien valmistamiseksi. He tekevät tämän translaatioprosessin kautta, joka on rRNA: han koodattujen geneettisten ohjeiden muuntaminen DNA: n kautta proteiinituotteiksi. Ribosomit kokoavat proteiineja kehossa olevista 20 aminohappotyypistä, joista kukin kuljetetaan ribosomiin tietyntyyppisellä tRNA: lla. Järjestys, jossa nämä aminohapot lisätään, määritetään mRNA: lla, joista kukin sisältää yhdestä ainoasta saadun informaation DNA-geeni - eli DNA: n pituus, joka toimii suunnitelmana yksittäiselle proteiinituotteelle, olipa se sitten entsyymi, hormoni tai silmä pigmentti.

Kääntämistä pidetään pienimuotoisen biologian niin kutsutun keskeisen dogman kolmannena ja viimeisenä osana: DNA tuottaa mRNA: ta ja mRNA tuottaa tai ainakin kuljettaa ohjeita proteiineille. Suuressa mallissa ribosomi on ainoa solun osa, joka toimii samanaikaisesti kaikissa kolmessa RNA: n vakiotyypissä (mRNA, rRNA ja tRNA).

Suurin osa jäljellä olevista organelleista on vesikkeleitä tai jonkinlaisia ​​biologisia "pusseja". Golgin rungot, joilla on mikroskooppisessa tutkimuksessa tyypillinen "pannukakku-pino" -järjestely, sisältävät vasta syntetisoituja proteiineja; Golgi-kappaleet vapauttavat nämä pienissä vesikkeleissä puristamalla ne pois, jolloin näillä pienillä kappaleilla on oma suljettu kalvo. Suurin osa näistä pienistä rakkuloista käämi endoplasmisessa verkkokalvossa, joka on kuin valtatie- tai rautatiejärjestelmä koko solulle. Joissakin endoplasmissa on useita ribosomeja, jotka antavat heille "karkean" ulkonäön mikroskoopilla; vastaavasti nämä organellit menevät nimellä karkea endoplasminen verkkokalvo tai RER. Sitä vastoin ribosomeista vapaata endoplasmatista retikulumia kutsutaan sileäksi endoplasmiseksi retikulumiksi tai SER: ksi.

Solut sisältävät myös lysosomeja, rakkuloita, jotka sisältävät voimakkaita entsyymejä, jotka hajottavat jätteet tai ei-toivotut vierailijat. Nämä ovat kuin matkapuhelinvastaus siivousryhmälle.