Ląstelės struktūra ir funkcija

Ląstelės yra mažiausi arba bent jau neredaguojami objektai, pasižymintys visomis savybėmis, susijusiomis su stebuklinga perspektyva, vadinama „gyvybe“, tokiomis kaip: medžiagų apykaita (energijos išskyrimas iš išorinių šaltinių vidaus procesams valdyti) ir reprodukcija. Šiuo požiūriu jie užima tą pačią biologijos nišą kaip ir atomai chemijoje: juos tikrai galima suskirstyti į mažesnius gabalus, tačiau atskirai tie gabalai iš tikrųjų negali padaryti daug. Bet kokiu atveju žmogaus organizme jų tikrai yra daug - gerokai daugiau nei 30 trilijonų (tai yra 30 mln milijonas).

Gamtos mokslų ir inžinerijos srityje įprastas susilaikymas yra „formos tinka funkcija“. Tai iš esmės reiškia, kad jei kažkas turi tam tikrą darbą, tikriausiai atrodys, kad jis sugeba tą darbą; priešingai, jei atrodo, kad kažkas padaryta tam tikrai užduočiai atlikti, tada yra didelė tikimybė, kad būtent tai ir daro.

Ląstelių organizavimas ir jų vykdomi procesai yra glaudžiai susiję, netgi neatsiejami ir valdantys ląstelių struktūros ir funkcijos pagrindai yra naudingi patys ir yra būtini norint visiškai suprasti gyvenimo prigimtį daiktus.

Materijos - tiek gyvosios, tiek negyvosios - sąvoka, susidedanti iš daugybės atskirų, panašių vienetų, egzistavo nuo to laiko Graikijos mokslininko Demokrito, kurio gyvenimas truko V ir IV amžius pr. Kr. Bet kadangi ląstelės yra per mažos, kad jas būtų galima pamatyti be akių, tik XVII amžiuje, išradus pirmuosius mikroskopus, kiekvienas galėjo realiai vizualizuoti juos.

Robertui Hooke'ui paprastai priskiriama sąvoka „ląstelė“ biologiniame kontekste 1665 m., Nors jo darbas šioje srityje buvo sutelktas į kamštį; maždaug po 20 metų Antonas van Leeuwenhoekas atrado bakterijas. Tačiau praeis dar keli šimtmečiai, kol konkrečios ląstelės dalys ir jų funkcijos galės būti paaiškintos ir išsamiai aprašytos. 1855 m. Gana neaiškus mokslininkas Rudolphas Virchowas teisingai teigė, kad gyvos ląstelės gali būti tik iš kitų gyvų ląstelių, nors pirmieji chromosomų replikacijos pastebėjimai dar buvo už poros dešimtmečių.

Prokariotai, apimantys taksonomines sritis Bakterijos ir Archėjos, egzistuoja apie tris su puse milijardo metų, o tai yra maždaug trys ketvirtadaliai pačios Žemės amžiaus. (Taksonomija yra mokslas, susijęs su gyvųjų klasifikavimu; domenas yra aukščiausio lygio kategorija hierarchijoje.) Prokariotiniai organizmai paprastai susideda tik iš vienos ląstelės.

Eukariotai, trečioji sritis, apima gyvūnus, augalus ir grybus - trumpai tariant, visa, kas gyva, ką iš tikrųjų galite pamatyti be laboratorijos instrumentų. Manoma, kad šių organizmų ląstelės atsirado dėl prokariotų endosimbiozė (iš graiko iš „kartu gyventi viduje“). Beveik prieš 3 milijardus metų ląstelė pasisavino aerobinę (deguonį naudojančią) bakteriją, kuri tarnavo abiejų gyvybės formų tikslams nes „praryjama“ bakterija suteikė energijos gamybą ląstelei-šeimininkei, tuo pačiu užtikrindama palaikančią aplinką už endosimbiontas.
Skaitykite daugiau apie prokariotinių ir eukariotinių ląstelių panašumus ir skirtumus.

Ląstelės labai skiriasi savo dydžiu, forma ir turinio pasiskirstymu, ypač eukariotų srityje. Šie organizmai yra daug didesni, taip pat daug įvairesni nei prokariotai ir „formos“ dvasia tinka funkcija ", kaip nurodyta anksčiau, šie skirtumai akivaizdūs net atskirų ląstelių lygiu.

Peržiūrėkite bet kurią ląstelių schemą ir nesvarbu, kuriam organizmui ląstelė priklauso, esate tikri, kad pamatysite tam tikras ypatybes. Tai apima a plazmos membrana, kuris uždaro korinio turinį; citoplazma, kuri yra į želė panaši terpė, formuojanti didžiąją dalį ląstelės vidaus; dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) - genetinė medžiaga, kurią ląstelės perduoda dukterinėms ląstelėms, kurios susidaro, kai ląstelė reprodukcijos metu dalijasi į dvi dalis; ir ribosomos, kurios yra struktūros, kurios yra baltymų sintezės vietos.

Prokariotai taip pat turi ląstelės sienelę, esančią už ląstelės membranos, kaip ir augalai. Eukariotuose DNR yra uždaryta branduolyje, kuris turi savo plazmos membraną, labai panašią į tą, kuri supa pačią ląstelę.

Ląstelių plazmos membrana susideda iš a fosfolipidinis dvisluoksnis, kurio organizavimas kyla iš jo sudedamųjų dalių elektrocheminių savybių. Fosfolipidų molekulės kiekviename iš dviejų sluoksnių apima hidrofilinis "galvos", kurias traukia vanduo dėl jų krūvio, ir hidrofobiškas „uodegos“, kurios nėra įkraunamos ir todėl linkusios nukreipti tolyn nuo vandens. Kiekvieno sluoksnio hidrofobinės dalys nukreiptos viena į kitą dvigubos membranos viduje. Išorinio sluoksnio hidrofilinė pusė nukreipta į ląstelės išorę, o vidinio sluoksnio hidrofilinė - į citoplazmą.

Svarbiausia, kad plazmos membrana yra pusiau laidus, o tai reiškia, kad jis, panašiai kaip naktinio klubo šokinėtojas, suteikia patekimą į tam tikras molekules, o kitiems neleidžia. Mažos molekulės, tokios kaip gliukozė (cukrus, kuris yra pagrindinis visų ląstelių kuro šaltinis) ir anglies dioksidas gali laisvai judėti ląstelėje ir iš jos, išvengdamas fosfolipidų molekulių, išlygintų statmenai membranai, kaip visas. Kitos medžiagos aktyviai per membraną gabenamos „siurbliais“, kuriuos maitina adenozino trifosfatas (ATP) - nukleotidas, kuris yra visų ląstelių energijos „valiuta“.
Skaitykite daugiau apie plazmos membranos struktūrą ir funkciją.

Branduolys veikia kaip eukariotų ląstelių smegenys. Plazmos membrana aplink branduolį vadinama branduolio apvalkalu. Branduolio viduje yra chromosomos, kurie yra DNR „gabaliukai“; chromosomų skaičius įvairiose rūšyse skiriasi (žmonės turi 23 skirtingas rūšis, bet iš viso 46 - po vieną kiekvienos rūšies motiną ir kitą iš tėvo).

Kai eukariotinė ląstelė dalijasi, branduolio viduje esanti DNR tai daro pirmiausia, po to, kai visos chromosomos yra pakartotos. Šis procesas, vadinamas mitozė, yra išsamiai aprašyta vėliau.

Ribosomos randamos tiek eukariotų, tiek prokariotų ląstelių citoplazmoje. Eukariotuose jie susitelkę išilgai tam tikrų organelės (su membrana susijusios struktūros, atliekančios specifines funkcijas, pvz., organai, tokie kaip kepenys ir inkstai, organizme daro didesnį mastą). Ribosomos gamina baltymus naudodamos instrukcijas, kurios yra DNR „kode“ ir perduodamos ribosomoms kurjerio ribonukleino rūgštimi (mRNR).

Po to, kai branduolyje sintezuojama iRNR, naudojant DNR kaip šabloną, ji palieka branduolį ir prisijungia prie ribosomų, kurios surenka baltymus iš 20 skirtingų amino rūgštys. Vadinamas MRNR susidarymo procesas transkripcija, o pati baltymų sintezė yra žinoma kaip vertimas.

Jokia eukariotinių ląstelių sudėties ir funkcijos aptarimas negalėjo būti išsamus ar net aktualus be išsamaus mitochondrijų gydymo. Šios organelės yra nepaprastos bent dviem būdais: jos padėjo mokslininkams daug sužinoti apie evoliucinę ląstelės apskritai, ir jos yra beveik vien atsakingos už eukariotų gyvenimo įvairovę, leisdamos vystytis ląstelėms kvėpavimas.

Visos ląstelės degalams naudoja gliukozę, turinčią šešių anglių cukrų. Tiek prokariotuose, tiek eukariotuose gliukozė vykdo daugybę cheminių reakcijų, bendrai vadinamų glikolizė, kuris sukuria nedidelį kiekį ATP ląstelės poreikiams. Beveik visuose prokariotuose tai yra medžiagų apykaitos linijos pabaiga. Bet eukariotuose, kurie gali naudoti deguonį, glikolizės produktai patenka į mitochondrijas ir patiria tolimesnes reakcijas.

Pirmasis iš jų yra Krebso ciklas, kuris sukuria nedidelį kiekį ATP, tačiau daugiausia veikia kaupiant tarpines molekules, skirtas didžiajam ląstelių kvėpavimo finale, elektronų perdavimo grandinė. Krebso ciklas vyksta matrica mitochondrijų (organelės asmeninės citoplazmos versija), tuo tarpu elektronų perdavimo grandinė, kuris gamina didžiąją daugumą ATP eukariotuose, vyksta vidiniame mitochondrijoje membrana.

Eukariotinės ląstelės gali pasigirti daugeliu specializuotų elementų, kurie pabrėžia didelius, tarpusavyje susijusius šių sudėtingų ląstelių medžiagų apykaitos poreikius. Jie apima:

• Endoplazminis Tinklelis: Ši organelė yra kanalėlių tinklas, susidedantis iš plazmos membranos, kuri yra ištisinė su branduolio apvalkalu. Jo užduotis yra modifikuoti naujai pagamintus baltymus, kad paruoštų juos pasroviui tenkančioms ląstelių funkcijoms kaip fermentams, struktūriniams elementams ir pan., Pritaikant juos specifiniams ląstelės poreikiams. Jis taip pat gamina angliavandenius, lipidus (riebalus) ir hormonus. Mikroskopijoje endoplazminis tinklas atrodo lygus arba grubus, formos, atitinkamai sutrumpintos SER ir RER. RER yra taip pažymėtas, nes jis „nusėtas“ ribosomomis; čia įvyksta baltymų modifikacija. Kita vertus, SER yra vieta, kur surenkamos pirmiau minėtos medžiagos.
• Golgi kūnai: Dar vadinamas Golgi aparatu. Tai atrodo kaip suplotas su membrana susietų maišelių kaminas, į kurį pakuojami lipidai ir baltymai pūslelės kad tada atitrūksta nuo endoplazminio tinklo. Pūslelės perneša lipidus ir baltymus į kitas ląstelės dalis.
  
• Lizosomos: Dėl visų medžiagų apykaitos procesų susidaro atliekos, o ląstelė turi turėti priemonių jų atsikratyti. Šia funkcija rūpinasi lizosomos, kuriose yra virškinimo fermentų, skaidančių baltymus, riebalus ir kitas medžiagas, įskaitant pačius susidėvėjusius organelius.
• Vakuolės ir pūslelės: Šie organeliai yra maišeliai, kurie važiuoja aplink įvairius ląstelių komponentus, paimdami juos iš vienos tarpląstelinės vietos į kitą. Pagrindiniai skirtumai yra tai, kad pūslelės gali susilieti su kitais membraniniais ląstelės komponentais, o vakuolės - ne. Augalų ląstelėse kai kuriose vakuolėse yra virškinimo fermentų, kurie gali suskaidyti dideles molekules, skirtingai nei lizosomos.
• Citoskeletas: Ši medžiaga susideda iš mikrovamzdelių, baltymų kompleksų, kurie teikia struktūrinę atramą, tęsdamiesi nuo branduolio per citoplazmą iki pat plazmos membranos. Šiuo atžvilgiu jie yra tarsi pastato sijos ir sijos, veikiantys tam, kad visa dinaminė ląstelė nesugriūtų pati savaime.

Kai bakterijų ląstelės dalijasi, procesas yra paprastas: ląstelė nukopijuoja visus savo elementus, įskaitant jo DNR, nors ir maždaug padvigubėja, o vėliau padalijama į dvi dalis, vadinamą dvejetainiu dalijimusi.

Labiau dalyvauja eukariotinių ląstelių dalijimasis. Pirma, branduolio DNR replikuojama, kol branduolio apvalkalas ištirpsta, o tada replikuotos chromosomos atsiskiria į dukterinius branduolius. Tai vadinama mitoze ir susideda iš keturių skirtingų etapų: profazės, metafazės, anafazės ir telofazės; daugelis šaltinių iškart po profazės įterpia penktąją stadiją, vadinamą prometafaze. Po to branduolys dalijasi ir aplink du identiškus chromosomų rinkinius susidaro nauji branduolio apvalkalai.

Galiausiai ląstelė kaip visuma dalijasi į procesą, vadinamą citokinezė. Kai DNR yra tam tikrų defektų dėl paveldimų apsigimimų (mutacijų) ar kenksmingų chemikalų, ląstelių dalijimasis gali būti vykdomas netikrinamas; tai yra vėžio, ligų grupės, nuo kurios neišgydoma, pagrindas, nors gydymas ir toliau gerėja, kad būtų galima žymiai pagerinti gyvenimo kokybę.