Što rade svi dijelovi stanice?

Stanice su osnovni gradivni blokovi života. Manje poetično, najmanje su jedinice živih bića koje zadržavaju sva osnovna svojstva povezana sa samim životom (npr. Sinteza proteina, potrošnja goriva i genetski materijal). Kao rezultat toga, unatoč svojoj maloj veličini, stanice moraju obavljati širok spektar funkcija, i koordiniranih i neovisnih. To zauzvrat znači da moraju sadržavati širok raspon različitih fizičkih dijelova.

Većina prokariontskih organizama sastoji se od samo jedne stanice, dok tijela eukariota poput vas sadrže bilijune. Eukariotske stanice sadrže specijalizirane strukture nazvane organele, koje uključuju membranu sličnu onoj koja okružuje cijelu stanicu. Te su organele kopnene trupe stanice, neprestano vodeći računa da se zadovolje sve potrebe stanice iz trenutka u trenutak.

Sve stanice sadrže apsolutno minimum staničnu membranu, genetski materijal i citoplazmu, koja se također naziva citosol. Ovaj genetski materijal je deoksiribonukleinska kiselina ili DNA. U prokariota je DNA skupljena u jednom dijelu citoplazme, ali nije zatvorena membranom, jer samo eukarioti imaju jezgru. Sve stanice imaju staničnu membranu koja se sastoji od fosfolipidnog dvosloja; prokariotske stanice imaju staničnu stijenku izravno izvan stanične membrane za dodatnu stabilnost i zaštitu. Stanice biljaka, koje su zajedno s gljivama i životinjama eukarioti, također imaju stanične stijenke.

Sve stanice imaju i ribosome. U prokariota oni slobodno plutaju u citoplazmi; u eukariota su tipično vezani za endoplazmatski retikulum. Ribosomi se često klasificiraju kao vrsta organela, ali u nekim shemama se ne kvalificiraju kao takvi jer im nedostaje opna. Ne obilježavanje organela ribosoma čini shemu "samo eukarioti imaju organele" dosljednu. Te eukariotske organele uključuju, osim endoplazmatskog retikuluma, mitohondrije (ili u biljkama, kloroplaste), Golgijeva tijela, lizosome, vakuole i citoskelet.

Stanična membrana, koja se naziva i plazma membrana, fizička je granica između staničnog unutarnjeg okruženja i vanjskog svijeta. Međutim, nemojte pogrešno smatrati ovu osnovnu procjenu sugestijom da je uloga stanične membrane samo zaštitna ili da je membrana samo neka vrsta proizvoljne linije svojstava. Ova značajka svih stanica, prokariontskih i eukariotskih, produkt je nekoliko milijardi godina evolucije i u zapravo multifunkcionalno, dinamično čudo koje vjerojatno funkcionira više poput entiteta s istinskom inteligencijom nego puko prepreka.

Stanična membrana čuveno se sastoji od fosfolipidnog dvosloja, što znači da se sastoji od dva identična sloja koja se sastoje od molekula fosfolipida (ili točnije, fosfoglicerolipida). Svaki pojedini sloj je asimetričan, sastoji se od pojedinačnih molekula koje nose nešto poput liganja ili balona s nekoliko rese. "Glave" su dijelovi fosfata koji imaju neto neravnotežu elektrokemijskog naboja i stoga se smatraju polarnim. Budući da je voda također polarna i budući da molekule sličnih elektrokemijskih svojstava imaju tendenciju da se agregiraju, ovaj dio fosfolipida smatra se hidrofilnim. "Repovi" su lipidi, točnije par masnih kiselina. Za razliku od fosfata, oni su nenapunjeni i stoga hidrofobni. Fosfat je pričvršćen na jednu stranu ostatka glicerola s tri ugljika u sredini molekule, a dvije masne kiseline pridružene su drugoj strani.

Budući da se hidrofobni lipidni repovi spontano međusobno povezuju u otopini, dvosloj je postavljen tako da dva fosfatni slojevi okrenuti su prema van i prema unutrašnjosti stanice, dok se dva sloja lipida miješaju s unutarnje strane dvosloj. To znači da su dvostruke membrane poravnate kao zrcalne slike, poput dviju strana vašeg tijela.

Membrana ne sprečava samo da štetne tvari dođu do unutrašnjosti. Selektivno je propusan, dopuštajući vitalne tvari, ali ne dopuštajući drugima, poput izbacivača u modernom noćnom klubu. Također selektivno omogućuje izbacivanje otpadnih tvari. Neki proteini ugrađeni u membranu djeluju kao ionske pumpe za održavanje ravnoteže (kemijske ravnoteže) unutar stanice.

Stanična citoplazma, koja se alternativno naziva citosol, predstavlja varivo u kojem različite komponente stanice "plivaju". Sve stanice, prokariontske i eukariotske, imaju citoplazmu, bez koje stanica više ne može imati strukturnu cjelovitost nego što bi to mogao biti prazan balon.

Ako ste ikada vidjeli želatinsku slasticu s ugrađenim komadićima voća, možda biste pomislili na želatinu sebe kao citoplazmu, plod kao organele i posudu koja drži želatinu kao staničnu membranu ili stanicu zid. Konzistencija citoplazme je vodenasta, a naziva se i matricom. Bez obzira na vrstu stanice o kojoj je riječ, citoplazma sadrži daleko veću gustoću bjelančevina i molekularnih "strojeva" od oceanske vode ili bilo koje nežive okoliš, što je dokaz posla koji stanična membrana obavlja u održavanju homeostaze (druga riječ za "ravnotežu" koja se odnosi na živa bića) unutar Stanice.

U prokarionima, genetski materijal stanice, DNK koju koristi za razmnožavanje, kao i usmjeravanje ostatka stanice da stvara proteinske proizvode za živi organizam, nalazi se u citoplazmi. U eukariota je zatvoren u strukturu koja se naziva jezgra.

Jezgra je od citoplazme ocrtana nuklearnom ovojnicom, koja je fizički slična staničnoj plazemskoj membrani. Nuklearna ovojnica sadrži nuklearne pore koje omogućuju priljev i izlazak određenih molekula. Ova je organela najveća u bilo kojoj stanici, čini čak 10 posto volumena stanice, a lako je vidljiva bilo kojim mikroskopom koji je dovoljno moćan da otkrije same stanice. Znanstvenici znaju za postojanje jezgre od 1830-ih.

Unutar jezgre nalazi se kromatin, naziv za oblik DNA dobiva kad se stanica ne priprema za dijeljenje: namotana, ali ne i razdvojena u kromosome koji se na mikroskopiji čine različitim. Nukleolus je dio jezgre koji sadrži rekombinantnu DNA (rDNA), DNA posvećenu sintezi ribosomske RNA (rRNA). Konačno, nukleoplazma je vodenasta tvar unutar nuklearne ovojnice koja je analogna citoplazmi u samoj stanici.

Uz pohranu genetskog materijala, jezgra određuje kada će se stanica podijeliti i razmnožavati.

Mitohondriji se nalaze u životinjskim eukariotima i predstavljaju "elektrane" stanica, jer se na tim duguljastim organelama odvija aerobno disanje. Aerobno disanje stvara 36 do 38 molekula ATP-a ili adenozin-trifosfata (glavni izvor energije stanica) za svaku molekulu glukoze (tjelesne krajnje valute goriva) koju potroši; glikoliza, s druge strane, kojoj nije potreban kisik, generira samo oko jedne desetine ovolike energije (4 ATP po molekuli glukoze). Bakterije se mogu snaći samo glikolizom, ali eukarioti ne.

Aerobno disanje odvija se u dva koraka, na dva različita mjesta unutar mitohondrija. Prvi korak je Krebsov ciklus, niz reakcija koje se javljaju na mitohondrijskom matriksu, što je slično nukleoplazmi ili citoplazmi negdje drugdje. U Krebsovom ciklusu - koji se naziva i ciklus limunske kiseline ili ciklus trikarboksilne kiseline - dvije molekule piruvata, molekula s tri ugljika proizvedena u glikolizi, unesite matricu za svaku molekulu glukoze sa šest ugljika konzumira. Tamo piruvat prolazi kroz ciklus reakcija koje stvaraju materijal za daljnje Krebsove cikluse i, još više što je najvažnije, visokoenergetski nosači elektrona za sljedeći korak u aerobnom metabolizmu, transport elektrona lanac. Te se reakcije odvijaju na mitohondrijskoj membrani i sredstvo su kojim se molekule ATP oslobađaju tijekom aerobnog disanja.

Životinje, biljke i gljive eukarioti su bilješke koje trenutno nastanjuju Zemlju. Dok životinje koriste glukozu i kisik za stvaranje goriva, vode i ugljičnog dioksida, biljke koriste vodu, ugljični dioksid i sunčevu energiju za pogon kisika i glukoze. Ako ovaj aranžman ne izgleda slučajno, nije; procesne biljke koje koriste za svoje metaboličke potrebe naziva se fotosinteza, a zapravo je aerobno disanje izvedeno upravo u suprotnom smjeru.

Budući da biljne stanice ne razgrađuju nusproizvode glukoze pomoću kisika, one nemaju niti trebaju mitohondrije. Umjesto toga, biljke posjeduju kloroplaste, koji zapravo pretvaraju svjetlosnu energiju u kemijsku. Svaka biljna stanica ima negdje od 15 ili 20 do oko 100 kloroplasta, za koje se vjeruje da su, poput mitohondrija u životinjskim stanicama, nekoć postojali kao samostojeći bakterije u danima prije nego što su eukarioti evoluirali nakon što su očito progutali te manje organizme i ugradili metaboličke strojeve tih bakterija u svoje vlastiti.

Ako su mitohondriji elektrane stanica, ribosomi su tvornice. Ribosomi nisu vezani membranama i stoga tehnički nisu organele, ali su često radi praktičnosti grupirani s pravim organelama.

Ribosomi se nalaze u citoplazmi prokariota i eukariota, ali na potonjim su često vezani za endoplazmatski retikulum. Sastoje se od oko 60 posto proteina i oko 40 posto rRNA. rRNA je nukleinska kiselina, poput DNA, prijenosne RNA (mRNA) i prijenosne RNA (tRNA).

Ribosomi postoje iz jednog jednostavnog razloga: za proizvodnju proteina. To čine postupkom prevođenja, a to je pretvaranje genetskih uputa kodiranih u rRNA putem DNA u proteinske proizvode. Ribosomi okupljaju bjelančevine iz 20 vrsta aminokiselina u tijelu, od kojih svaka odvozi do ribosoma određenom vrstom tRNA. Redoslijed dodavanja ovih aminokiselina određuje mRNA, od kojih svaka sadrži podatke izvedene iz jedne DNA gen - tj. Duljina DNA koja služi kao nacrt pojedinog proteinskog proizvoda, bio to enzim, hormon ili oko pigment.

Prijevod se smatra trećim i posljednjim dijelom takozvane središnje dogme biologije malog opsega: DNA stvara mRNA, a mRNA stvara ili barem sadrži upute za proteine. U velikoj shemi ribosom je jedini dio stanice koji se istovremeno oslanja na sve tri standardne vrste RNA (mRNA, rRNA i tRNA) kako bi mogao funkcionirati.

Većina preostalih organela su vezikule, ili neke vrste biološke "vrećice". Golgijeva tijela koja imaju mikroskopski pregled karakterističnog rasporeda "palačinki" sadrže novo sintetizirane proteine; Golgijeva tijela ih otpuštaju u malim vezikulima štipajući ih, a u tom trenutku ta mala tijela imaju vlastitu zatvorenu membranu. Većina tih malih vezikula završi u endoplazmatskom retikulumu, što je poput autoceste ili željezničkog sustava za cijelu stanicu. Neke vrste endoplazmi imaju mnogo ribosoma vezanih uz njih, dajući im "grub" izgled pod mikroskopom; u skladu s tim, ove organele nose naziv grubi endoplazmatski retikulum ili RER. Suprotno tome, endoplazmatski retikulum bez ribosoma naziva se glatki endoplazmatski retikulum ili SER.

Stanice sadrže i lizosome, vezikule koje sadrže snažne enzime koji razgrađuju otpad ili neželjene posjetitelje. To su poput mobilnog odgovora posadi za čišćenje.