A cella felépítése és funkciója

A sejtek a legkisebb, vagy legalábbis a legredukálhatatlanabb tárgyakat képviselik, amelyek az "élet" nevű mágikus kilátáshoz kapcsolódó összes tulajdonságot tartalmazzák, mint pl. anyagcsere (külső forrásokból történő energia kinyerése a belső folyamatok működtetésére) és reprodukció. Ebből a szempontból a biológiában ugyanazt a rést foglalják el, mint az atomok a kémia területén: Minden bizonnyal kisebb darabokra bonthatók, de elkülönítve ezek a darabok nem igazán tudnak sokat tenni. Mindenesetre az emberi test bizonyosan sok mindent tartalmaz - jóval meghaladja a 30 billiót (ez 30 millió millió).

Mind a természettudományokban, mind a mérnöki világban közös refrén a "forma illeszkedik" funkció. Ez lényegében azt jelenti, hogy ha valaminek egy adott feladata van, akkor valószínűleg úgy fog kinézni, mintha képes lenne rá az a munka; fordítva, ha úgy tűnik, hogy valami készül egy adott feladat vagy feladatok elvégzésére, akkor jó eséllyel pontosan ez a dolog.

A sejtek szervezete és az általuk végrehajtott folyamatok szorosan összefüggenek, sőt elválaszthatatlanok, és elsajátítják a a sejtszerkezet és a működés alapjai önmagában egyaránt kifizetődőek és szükségesek az élet természetének teljes megértéséhez dolgokat.

Az anyag - élő és nem élő - fogalma, amely rengeteg diszkrét, hasonló egységből áll, azóta létezik Democritus, egy görög tudós, akinek az élete a Kr. e. De mivel a sejtek túl kicsiek ahhoz, hogy a szabad szemmel csak a 17. században, az első mikroszkópok feltalálása után tudta bárki ténylegesen megjeleníteni őket.

Robert Hooke-nak általában tulajdonítható, hogy 1665-ben biológiai kontextusban alkotta meg a "sejt" kifejezést, bár ezen a területen végzett munkája a parafára koncentrált; körülbelül 20 évvel később Anton van Leeuwenhoek baktériumokat fedezett fel. Még több évszázad kell azonban, mire a sejt egyes részeit és funkcióit tisztázni és teljes körűen leírni lehet. 1855-ben a viszonylag homályos tudós, Rudolph Virchow helyesen feltételezte, hogy az élő sejtek csak más élő sejtek, annak ellenére, hogy a kromoszóma replikációjának első megfigyelései még néhány évtizednyire voltak.

A baktériumok és az archeák taxonómiai tartományait átfogó prokarióták körülbelül három és fél milliárd éve léteznek, ami a Föld korának körülbelül háromnegyedét jelenti. (Rendszertan az élőlények osztályozásával foglalkozó tudomány; tartomány a hierarchián belül a legmagasabb szintű kategória.) A prokarióta organizmusok általában csak egyetlen sejtből állnak.

Az eukarióták, a harmadik tartomány, állatokat, növényeket és gombákat foglal magában - röviden, bármit, ami él, amit laboratóriumi eszközök nélkül is láthat. Ezen organizmusok sejtjei feltehetően a prokariótákból származnak endoszimbiózis (a görögtől "belül együtt élni"). Közel 3 milliárd évvel ezelőtt egy sejt elnyelt egy aerob (oxigént használó) baktériumot, amely mindkét életforma céljait szolgálta mert a "lenyelt" baktérium energiát termelt a gazdasejt számára, miközben támogató környezetet biztosított a endosymbiont.
További információ a prokarióta és az eukarióta sejtek hasonlóságáról és különbségéről.

A sejtek nagyságában, alakjában és tartalmának megoszlásában nagyon eltérőek, különösen az eukarióták területén. Ezek az élőlények sokkal nagyobbak és sokfélébbek, mint a prokarióták és a "forma szellemében" fit function ", amire korábban hivatkoztunk, ezek a különbségek még az egyes sejtek szintjén is nyilvánvalóak.

Tekintse meg bármely sejtdiagramot, és függetlenül attól, hogy a sejt milyen szervezethez tartozik, biztos lehet abban, hogy lát bizonyos tulajdonságokat. Ezek közé tartozik a plazma membrán, amely bezárja a sejt tartalmát; a citoplazma, amely egy kocsonyaszerű közeg, amely a sejt belsejének legnagyobb részét képezi; dezoxiribonukleinsav (DNS), az a genetikai anyag, amelyet a sejtek továbbhaladnak a leánysejtekhez, amelyek akkor keletkeznek, amikor egy sejt kettéválik a szaporodás során; és riboszómák, amelyek a fehérjeszintézis helyszínei.

A prokariótáknak is van sejtfala a sejtmembránon kívül, csakúgy, mint a növényeknek. Az eukariótákban a DNS egy magba van zárva, amelynek saját plazmamembránja nagyon hasonlít a sejtet körülvevő membránhoz.

A sejtek plazmamembránja a foszfolipid kétrétegű, amelynek szerveződése az alkotórészek elektrokémiai tulajdonságaiból következik. A foszfolipid molekulák a két réteg mindegyikében tartalmazzák hidrofil - "fejek", amelyeket töltésük miatt a víz vonz, és hidrofób "farok", amelyek nincsenek feltöltve, és ezért hajlamosak a vízre mutatni. Az egyes rétegek hidrofób részei egymással szemben vannak a kettős membrán belső oldalán. A külső réteg hidrofil oldala a sejt külsejére néz, míg a belső réteg hidrofil oldala a citoplazmára néz.

Fontos, hogy a plazma membrán féligáteresztő, ami azt jelenti, hogy inkább egy szórakozóhely kidobójához hasonlóan bizonyos molekulákba enged behatolást, másoknak pedig megtagadja a belépést. Kis molekulák, például glükóz (az összes sejt végső üzemanyagforrásaként szolgáló cukor) és szén-dioxid szabadon mozoghat a sejten belül és kívül, elkerülve a membránra merőlegesen beállított foszfolipid molekulákat egész. Más anyagokat aktívan szállítanak át a membránon az adenozin-trifoszfát (ATP), az összes sejt energia "pénznemeként" szolgáló nukleotid által működtetett "szivattyúk".
További információ a plazmamembrán felépítéséről és működéséről.

A mag az eukarióta sejtek agyaként működik. A mag körüli plazmamembránt nukleáris buroknak nevezzük. A mag belsejében vannak kromoszómákamelyek a DNS "darabjai"; a kromoszómák száma fajonként változik (az embernek 23 különféle fajtája van, de összesen 46 - mindegyik típus egyike az anyától és egy az apától).

Ha egy eukarióta sejt megoszlik, akkor a sejtmagban lévő DNS teszi ezt először, miután az összes kromoszóma replikálódik. Ezt a folyamatot, az ún mitózis, később részletezzük.

A riboszómák mind az eukarióta, mind a prokarióta sejtek citoplazmájában találhatók. Az eukariótákban bizonyos mentén csoportosulnak sejtszervecskék (membránhoz kötött struktúrák, amelyek specifikus funkciókkal rendelkeznek, mint például a szervek, például a máj és a vesék, nagyobb mértékben lépnek fel a testben). A riboszómák a DNS "kódjában" hordozott és a riboszómákba messenger ribonukleinsav (mRNS) által továbbított utasítások felhasználásával készítik a fehérjéket.

Miután az mRNS szintetizálódik a sejtmagban, a DNS mint templát felhasználásával, elhagyja a magot, és kapcsolódik a riboszómákhoz, amelyek 20 különböző fehérjét gyűjtenek össze aminosavak. Az mRNS előállításának folyamatát ún átírás, míg maga a fehérjeszintézis néven ismert fordítás.

Az eukarióta sejtek összetételének és működésének megvitatása nem lehet teljes, sőt releváns a mitokondrium alapos kezelése nélkül. Ezek az organellák, amelyek legalább két szempontból figyelemre méltóak: Segítettek a tudósoknak sokat megismerni a a sejtek általában, és szinte egyedül felelősek az eukarióta élet sokféleségéért azáltal, hogy lehetővé teszik a sejtek fejlődését légzés.

Valamennyi sejt a hatszénes cukorcukort használja üzemanyagként. Mind a prokariótákban, mind az eukariótákban a glükóz kémiai reakciók sorozatán megy keresztül, amelyeket együttesen neveznek glikolízis, amely kis mennyiségű ATP-t generál a sejt szükségleteihez. Szinte minden prokariótákban ezzel véget ér az anyagcsere. De az eukariótákban, amelyek képesek oxigén felhasználására, a glikolízis termékei átjutnak a mitokondriumba, és további reakciókon mennek keresztül.

Ezek közül az első a Krebs ciklus, amely kis mennyiségű ATP-t hoz létre, de többnyire közbenső molekulák készletezésére szolgál a sejtlégzés nagy fináléjához, a elektronszállító lánc. A Krebs-ciklus a mátrix a mitokondriumok (a magán citoplazma organellaváltozata), míg az elektrontranszport lánc, amely az ATP elsöprő többségét termeli az eukariótákban, a belső mitokondriálison alakul ki membrán.

Az eukarióta sejtek számos speciális elemmel büszkélkedhetnek, amelyek hangsúlyozzák e komplex sejtek kiterjedt, egymással összefüggő anyagcsere szükségleteit. Ezek tartalmazzák:

• Endoplazmatikus retikulum: Ez az organella a tubulusok hálózata, amely egy plazmamembránból áll, amely folytonos a mag burkolatával. Feladata az újonnan előállított fehérjék módosítása, hogy felkészítsék őket a downstream sejtfunkciókra, mint enzimek, szerkezeti elemek és így tovább, a sejt sajátos igényeihez igazítva. Szénhidrátokat, lipideket (zsírokat) és hormonokat is gyárt. Az endoplazmatikus retikulum simának vagy érdesnek tűnik a mikroszkópos vizsgálatban, ezek a formák rövidítve SER, illetve RER. A RER azért van kijelölve, mert riboszómákkal "tűzdelt"; itt következik be a fehérje módosulása. A SER viszont a fent említett anyagokat állítja össze.
• Golgi testek: Golgi-apparátusnak is nevezik. Úgy néz ki, mint egy lapított halom membránhoz kötött tasak, és lipideket és fehérjéket csomagol bele vezikulák amelyek aztán elszakadnak az endoplazmatikus retikulumtól. A vezikulák a lipideket és a fehérjéket a sejt más részeibe juttatják.
  
• Lizoszómák: Minden anyagcsere-folyamat során hulladék keletkezik, és a sejtnek rendelkeznie kell olyan eszközzel, amely megszabadul tőle. Erről a funkcióról a lizoszómák gondoskodnak, amelyek emésztési enzimeket tartalmaznak, amelyek lebontják a fehérjéket, zsírokat és egyéb anyagokat, beleértve magukat az elhasználódott organellákat is.
• Vakuolák és vezikulák: Ezek az organellák olyan tasakok, amelyek különböző sejtkomponensek körül járnak, egyik sejten belülről a másikra viszik őket. A fő különbség az, hogy a vezikulák összeolvadhatnak a sejt más hártyás komponenseivel, míg a vakuolák nem. A növényi sejtekben egyes vakuolák tartalmaznak emésztési enzimeket, amelyek képesek lebontani a nagy molekulákat, nem úgy, mint a lizoszómák.
• Citoszkeleton: Ez az anyag mikrotubulusokból, fehérjekomplexekből áll, amelyek strukturális támaszt nyújtanak azáltal, hogy a sejtmagból a citoplazmán át egészen a plazmamembránig terjednek. Ebből a szempontból olyanok, mint egy épület gerendái és gerendái, amelyek arra szolgálnak, hogy az egész dinamikus sejt ne omoljon össze magában.

Amikor a baktériumsejtek osztódnak, a folyamat egyszerű: A sejt minden elemét lemásolja, beleértve az elemeket is A DNS, miközben körülbelül megduplázódik, majd ketté hasad a bináris hasadás néven ismert folyamat során.

Az eukarióta sejtosztódás jobban érintett. Először a magban lévő DNS replikálódik, miközben a mag burkolata feloldódik, majd a replikált kromoszómák leánymagokká válnak szét. Ezt mitózisnak nevezik, és négy különálló szakaszból áll: profáz, metafázis, anafázis és telofázis; sok forrás rögtön a profáz után beilleszt egy ötödik stádiumot, az úgynevezett prometafázist. Ezt követően a mag kettéválik, és új magburkok alakulnak ki a két azonos kromoszóma köré.

Végül a sejt egésze egy úgynevezett folyamatban oszlik fel citokinezis. Ha bizonyos hibák vannak jelen a DNS-ben az öröklött rendellenességek (mutációk) vagy a káros vegyi anyagok jelenléte miatt, a sejtosztódás ellenőrizetlenül folytatódhat; ez az alapja a rákoknak, egy olyan betegségcsoportnak, amelyre továbbra sem lehet gyógyítani, bár a kezelések tovább javulnak, hogy jelentősen javuljon az életminőség.