Ko dara visas šūnas daļas?

Šūnas ir dzīves pamatelementi. Mazāk poētiski tās ir mazākās dzīvo būtņu vienības, kas saglabā visas ar pašu dzīvi saistītās pamatīpašības (piemēram, olbaltumvielu sintēzi, degvielas patēriņu un ģenētisko materiālu). Rezultātā, neraugoties uz to mazo izmēru, šūnām ir jāveic ļoti dažādas funkcijas - gan koordinētas, gan neatkarīgas. Tas savukārt nozīmē, ka tiem jāietver plašs atšķirīgu fizisko daļu klāsts.

Lielākā daļa prokariotu organismu sastāv tikai no vienas šūnas, turpretī tādu eikariotu ķermeņi kā jūs paši satur triljonus. Eikariotu šūnās ir specializētas struktūras, ko sauc par organelliem, kas ietver membrānu, kas ir līdzīga tai, kas ieskauj visu šūnu. Šie organelli ir šūnas sauszemes karaspēks, nepārtraukti pārliecinoties, ka tiek izpildītas visas šūnas vajadzības no brīža līdz brīdim.

Visas šūnas satur absolūti minimālu šūnu membrānu, ģenētisko materiālu un citoplazmu, ko sauc arī par citozolu. Šis ģenētiskais materiāls ir dezoksiribonukleīnskābe jeb DNS. Prokariotos DNS ir sakopots vienā citoplazmas daļā, bet to nenoslēdz membrāna, jo tikai eikariotiem ir kodols. Visām šūnām ir šūnu membrāna, kas sastāv no fosfolipīdu divslāņa; prokariotu šūnām ir šūnu siena tieši ārpus šūnas membrānas, lai nodrošinātu papildu stabilitāti un aizsardzību. Augu šūnām, kas kopā ar sēnēm un dzīvniekiem ir eikarioti, ir arī šūnu sienas.

Visām šūnām ir arī ribosomas. Prokariotos šie brīvi peld citoplazmā; eikariotos tie parasti ir saistīti ar endoplazmas retikulumu. Ribosomas bieži tiek klasificētas kā organelle veidi, taču dažās shēmās tās par tādām nevar kvalificēt, jo tām trūkst membrānas. Ja nav iezīmētas ribosomu organoīdas, shēma "tikai eikariotiem ir organoīdi" ir konsekventa. Šie eikariotu organoīdi papildus endoplazmas retikulumam ietver mitohondrijus (vai augos, hloroplastos), Golgi ķermeņus, lizosomas, vakuolus un citoskeletu.

Šūnas membrāna, saukta arī par plazmas membrānu, ir fiziska robeža starp šūnas iekšējo vidi un ārpasauli. Tomēr nekļūdieties ar šo pamatnovērtējumu ar apgalvojumu, ka šūnu membrānas loma ir tikai aizsargājoša vai ka membrāna ir tikai kaut kāda patvaļīga īpašību līnija. Šī visu šūnu prokariotu, kā arī eikariotu īpašība ir dažu miljardu gadu evolūcijas rezultāts un ir patiesībā daudzfunkcionāls, dinamisks brīnums, kas neapšaubāmi darbojas vairāk kā vienība ar patiesu intelektu, nevis tikai barjera.

Šūnu membrāna ir slavena ar divkāršu fosfolipīdu slāni, kas nozīmē, ka tā sastāv no diviem identiskiem slāņiem, kas sastāv no fosfolipīdu molekulām (vai pareizāk sakot, fosfoglicerolipīdiem). Katrs atsevišķais slānis ir asimetrisks, sastāv no atsevišķām molekulām, kurām ir kaut kāda saistība ar kalmāriem vai ar baloniem, kuriem ir daži pušķi. "Galvas" ir fosfāta daļas, kurām ir neto elektroķīmiskā lādiņa nelīdzsvarotība, un tāpēc tās tiek uzskatītas par polārām. Tā kā ūdens ir arī polārs un molekulas ar līdzīgām elektroķīmiskajām īpašībām mēdz agregēties kopā, šī fosfolipīda daļa tiek uzskatīta par hidrofilu. "Astes" ir lipīdi, īpaši taukskābju pāris. Atšķirībā no fosfātiem tie nav uzlādēti un tādējādi hidrofobiski. Fosfāts ir piestiprināts trīs oglekļa glicerīna atlikuma vienā pusē molekulas vidū, un abas taukskābes ir savienotas ar otru pusi.

Tā kā hidrofobās lipīdu astes šķīdumā spontāni savienojas viena ar otru, divslānis ir izveidots tā, lai abi fosfāta slāņi ir vērsti uz āru un uz šūnu iekšpusi, turpretī abi lipīdu slāņi sajaucas iekšpusē divslāņu. Tas nozīmē, ka dubultās membrānas ir izlīdzinātas kā spoguļattēli, tāpat kā jūsu ķermeņa abas puses.

Membrāna ne tikai neļauj kaitīgajām vielām nokļūt interjerā. Tas ir selektīvi caurlaidīgs, ļaujot dzīvībai svarīgām vielām, bet aizliedzot citus, piemēram, moderna naktskluba atlecēju. Tas arī selektīvi ļauj izmest atkritumu produktus. Daži membrānā iestrādāti proteīni darbojas kā jonu sūkņi, lai šūnā uzturētu līdzsvaru (ķīmisko līdzsvaru).

Šūnas citoplazma, ko alternatīvi sauc par citozolu, apzīmē sautējumu, kurā "peld" dažādi šūnas komponenti. Visas šūnas, prokariotu un eikariotu, ir citoplazma, bez kuras šūnai vairs nebūtu strukturālas integritātes nekā tukšam balonam.

Ja esat kādreiz redzējis želatīna desertu, kura iekšpusē ir iestrādāti augļu gabali, jūs varētu domāt par želatīnu pati par sevi kā citoplazma, augļi kā organoīdi un trauks, kurā želatīns atrodas kā šūnu membrāna vai šūna sienas. Citoplazmas konsistence ir ūdeņaina, un to sauc arī par matricu. Neatkarīgi no attiecīgā šūnu veida citoplazmā ir daudz lielāks olbaltumvielu un molekulāro "mehānismu" blīvums nekā okeāna ūdenī vai citā nedzīvā veidā vide, kas ir apliecinājums darbam, ko šūnu membrāna veic homeostāzes uzturēšanai (vēl viens vārds "līdzsvars", kas tiek piemērots dzīvajām būtnēm) iekšpusē šūnas.

Prokariotos šūnas ģenētiskais materiāls, DNS, ko tā izmanto, lai reproducētu, kā arī virzītu pārējo šūnu, lai ražotu olbaltumvielu produktus dzīvajam organismam, atrodas citoplazmā. Eikariotos tas ir noslēgts struktūrā, ko sauc par kodolu.

Kodolu no citoplazmas atdala kodola apvalks, kas fiziski ir līdzīgs šūnas plazmas membrānai. Kodola apvalkā ir kodola poras, kas ļauj ieplūst un iziet no noteiktām molekulām. Šī organelle ir vislielākā jebkurā šūnā, veidojot pat 10 procentus no šūnas tilpuma, un tā ir viegli redzama, izmantojot jebkuru pietiekami spēcīgu mikroskopu, lai atklātu pašas šūnas. Zinātnieki par kodola esamību zina kopš 1830. gadiem.

Kodola iekšpusē ir hromatīns, nosaukums DNS formai ir tad, kad šūna negatavojas dalīties: satīta, bet nav atdalīta hromosomās, kas mikroskopijā parādās atšķirīgi. Kodols ir kodola daļa, kas satur rekombinanto DNS (rDNS), DNS, kas veltīta ribosomu RNS (rRNS) sintēzei. Visbeidzot, nukleoplazma ir ūdeņaina viela kodola apvalkā, kas ir analoga citoplazmai šūnā.

Papildus ģenētiskā materiāla glabāšanai kodols nosaka, kad šūna sadalīsies un vairosies.

Mitohondriji ir sastopami dzīvnieku eikariotos un pārstāv šūnu "spēkstacijas", jo aerobā elpošana notiek šajās iegarenajās organellās. Aerobā elpošana rada 36 līdz 38 ATP vai adenozīna trifosfāta (šūnu galvenais enerģijas avots) molekulas katrai glikozes molekulai (ķermeņa galvenā degvielas valūta), ko tā patērē; Savukārt glikolīze, kuras darbībai nav nepieciešams skābeklis, rada tikai aptuveni desmito daļu šīs enerģijas (4 ATP uz vienu glikozes molekulu). Baktērijas var iztikt tikai ar glikolīzi, bet eikarioti nevar.

Aerobā elpošana notiek divos posmos, divās dažādās vietās mitohondrijos. Pirmais solis ir Krebsa cikls - virkne reakciju, kas notiek uz mitohondriju matricas, kas ir līdzīga nukleoplazmai vai citoplazmai citur. Krebsa ciklā - ko sauc arī par citronskābes ciklu vai trikarboksilskābes ciklu - divas piruvāta molekulas, trīs oglekļa molekula, kas ražota glikolīzē, ievadiet matricu katrai sešu oglekļa glikozes molekulu patērēts. Tur piruvāts iziet reakciju ciklu, kas rada materiālu turpmākajiem Krebsa cikliem un vēl vairāk kas ir svarīgi, augstas enerģijas elektronu nesēji nākamajam aerobā metabolisma posmam, elektronu transportam ķēde. Šīs reakcijas notiek uz mitohondriju membrānas un ir līdzekļi, ar kuriem ATP molekulas tiek atbrīvotas aerobās elpošanas laikā.

Dzīvnieki, augi un sēnes ir piezīmes eikarioti, kas pašlaik apdzīvo Zemi. Kamēr dzīvnieki izmanto glikozi un skābekli degvielas, ūdens un oglekļa dioksīda ražošanai, augi izmanto ūdeni, oglekļa dioksīdu un saules enerģiju skābekļa un glikozes ražošanai. Ja šī vienošanās neizskatās pēc nejaušības, tā nav; procesu augi, ko izmanto vielmaiņas vajadzībām, sauc par fotosintēzi, un tā būtībā ir aerobā elpošana, kas darbojas tieši pretējā virzienā.

Tā kā augu šūnas nesadalās glikozes blakusproduktus, izmantojot skābekli, tām nav mitohondriju vai tām tās nav vajadzīgas. Tā vietā augiem piemīt hloroplasti, kas faktiski gaismas enerģiju pārveido par ķīmisko enerģiju. Katrā augu šūnā ir no 15 līdz 20 līdz aptuveni 100 hloroplastu, kas, tāpat kā dzīvnieku šūnās esošie mitohondriji, kādreiz tiek uzskatīti par brīvi stāvošiem baktērijas dienās pirms eikariotu attīstīšanās pēc acīmredzama šo mazāko organismu iekļūšanas un šo baktēriju vielmaiņas mehānismu iekļaušanas to baktērijās pašu.

Ja mitohondriji ir šūnu spēkstacijas, ribosomas ir rūpnīcas. Ribosomas nav saistītas ar membrānām, un tāpēc tās tehniski nav organoīdi, taču ērtības labad tās bieži tiek grupētas ar patiesajiem organoīdiem.

Ribosomas ir sastopamas prokariotu un eikariotu citoplazmā, bet uz pēdējām tās bieži tiek piestiprinātas endoplazmatiskajā tīklā. Tie sastāv no apmēram 60 procentiem olbaltumvielu un apmēram 40 procentiem rRNS. rRNS ir nukleīnskābe, piemēram, DNS, kurjera RNS (mRNS) un pārneses RNS (tRNS).

Ribosomas pastāv viena vienkārša iemesla dēļ: olbaltumvielu ražošanai. Viņi to dara, izmantojot tulkošanas procesu, kas ir rRNS kodēto ģenētisko instrukciju pārveidošana caur DNS olbaltumvielu produktiem. Ribosomas savāc olbaltumvielas no 20 veidu aminoskābēm organismā, un katru no tām noteikta veida tRNS pārceļ uz ribosomu. Šo aminoskābju pievienošanas secību nosaka mRNS, no kurām katra satur informāciju, kas iegūta no viena DNS gēns - tas ir, DNS garums, kas kalpo kā viena olbaltumvielu produkta projekts, vai tas būtu ferments, hormons vai acs pigments.

Tulkošana tiek uzskatīta par tā sauktās maza mēroga bioloģijas centrālās dogmas trešo un pēdējo daļu: DNS veido mRNS, un mRNS veido vai vismaz nes instrukcijas olbaltumvielām. Lielajā shēmā ribosoma ir vienīgā šūnas daļa, kas, lai darbotos, vienlaikus paļaujas uz visiem trim RNS standarta veidiem (mRNS, rRNS un tRNS).

Lielākā daļa atlikušo organoļu ir pūslīši vai kaut kādi bioloģiski "maisiņi". Golgi ķermeņi, kuriem mikroskopiskā izmeklēšanā ir raksturīgs "pankūku kaudzes" izvietojums, satur tikko sintezētus proteīnus; Golgi ķermeņi atbrīvo tos mazos pūslīšos, tos saspiežot, un šajā brīdī šiem mazajiem ķermeņiem ir sava slēgta membrāna. Lielākā daļa šo mazo pūslīšu vijas endoplazmatiskajā tīklā, kas ir kā šosejas vai dzelzceļa sistēma visai šūnai. Dažiem endoplazmas veidiem ir piestiprinātas daudzas ribosomas, kas mikroskopā tiem piešķir "raupju" izskatu; attiecīgi šīs organellas sauc par aptuvenu endoplazmas retikulumu jeb RER. Turpretī bez ribosomām endoplazmatisko retikulumu sauc par gludu endoplazmatisko retikulumu jeb SER.

Šūnās ir arī lizosomas, vezikulas, kas satur spēcīgus enzīmus, kas noārda atkritumus vai nevēlamus apmeklētājus. Tās ir kā mobilā atbilde talkas apkalpei.