Šūnas struktūra un funkcija

Šūnas attēlo vismazākos vai vismaz visvairāk nesamazināmos objektus, kuriem piemīt visas īpašības, kas saistītas ar maģisko perspektīvu, ko sauc par "dzīvi", piemēram, vielmaiņa (enerģijas iegūšana no ārējiem avotiem, lai darbinātu iekšējos procesus) un reprodukcija. Šajā ziņā viņi bioloģijā aizņem tādu pašu nišu kā atomi ķīmijā: tos noteikti var sadalīt mazākos gabalos, bet atsevišķi tos gabalus patiesībā nevar paveikt daudz. Jebkurā gadījumā cilvēka ķermenī noteikti ir daudz - krietni vairāk nekā 30 triljoni (tas ir 30 miljons miljons).

Gan dabaszinātnēs, gan inženierzinātnēs bieži sastopams atturēšanās ir "formas atbilstība". Šis būtībā nozīmē, ka, ja kaut kam ir noteikts darbs, tas, iespējams, izskatīsies kā spējīgs šo darbu; gluži pretēji, ja šķiet, ka kaut kas tiek veikts, lai veiktu noteiktu uzdevumu vai uzdevumus, tad pastāv lielas iespējas, ka tieši tas notiek.

Šūnu organizācija un to veiktie procesi ir cieši saistīti, pat nedalāmi, un to pārvaldīšana šūnu struktūras un funkcijas pamati ir gan atalgojoši, gan nepieciešami, lai pilnībā izprastu dzīves būtību lietas.

Matērijas - gan dzīvās, gan nedzīvās - jēdziens, kas sastāv no liela skaita diskrētu, līdzīgu vienību, pastāv kopš tā laika Demokrita, grieķu zinātnieka, kura dzīve ilga 5. un 4. gadsimtu p.m.ē. Bet, tā kā šūnas ir pārāk mazas, lai tās varētu redzēt ar bez acīm, tikai 17. gadsimtā pēc pirmo mikroskopu izgudrošanas ikviens varēja reāli vizualizēt tos.

Roberts Huks parasti tiek uzskatīts par termina "šūna" izveidi bioloģiskā kontekstā 1665. gadā, lai gan viņa darbs šajā jomā bija vērsts uz korķi; apmēram pēc 20 gadiem Antons van Lēvvenheks atklāja baktērijas. Tomēr būtu jāpaiet vēl vairākiem gadsimtiem, pirms varētu precizēt un pilnībā aprakstīt šūnas īpašās daļas un to funkcijas. 1855. gadā salīdzinoši neskaidrais zinātnieks Rūdolfs Virhovs pareizi apgalvoja, ka dzīvās šūnas var nākt tikai no citas dzīvās šūnas, kaut arī pirmie hromosomu replikācijas novērojumi vēl bija pāris gadu desmitus.

Prokarioti, kas aptver taksonomiskos apgabalus Bacteria un Archaea, pastāv apmēram trīsarpus miljardus gadu, kas ir apmēram trīs ceturtdaļas pašas Zemes vecuma. (Taksonomija vai zinātne nodarbojas ar dzīvo lietu klasifikāciju; domēns ir augstākā līmeņa kategorija hierarhijā.) Prokariotu organismi parasti sastāv tikai no vienas šūnas.

Eukarioti, trešais domēns, ietver dzīvniekus, augus un sēnītes - īsi sakot, jebkas dzīvs, ko jūs faktiski varat redzēt bez laboratorijas instrumentiem. Tiek uzskatīts, ka šo organismu šūnas ir radušās prokariotu rezultātā endosimbioze (no grieķu valodas no "kopīgas dzīves iekšā"). Pirms gandrīz 3 miljardiem gadu šūna pārņēma aerobu (skābekli lietojošu) baktēriju, kas kalpoja abu dzīvības formu mērķiem jo "norītā" baktērija nodrošināja saimniekorganisma enerģijas ražošanas līdzekļus, vienlaikus nodrošinot atbalstošu vidi priekš endosymbiont.
Lasiet vairāk par prokariotu un eikariotu šūnu līdzībām un atšķirībām.

Šūnas ir ļoti atšķirīgas pēc izmēra, formas un to satura sadalījuma, īpaši eikariotu sfērā. Šie organismi ir daudz lielāki, kā arī daudzveidīgāki par prokariotiem un "formas garā" der funkcija ", uz kuru iepriekš atsaucās, šīs atšķirības ir acīmredzamas pat atsevišķu šūnu līmenī.

Skatiet jebkuru šūnu diagrammu, un neatkarīgi no tā, kādam organismam šūna pieder, jūs esat pārliecināts, ka redzat noteiktas pazīmes. Tie ietver a plazmas membrāna, kas aptver šūnu saturu; citoplazma, kas ir želejai līdzīga vide, kas veido lielāko daļu šūnas interjera; dezoksiribonukleīnskābe (DNS), ģenētiskais materiāls, ko šūnas nodod meitas šūnām, kas veidojas, kad šūna reprodukcijas laikā sadalās divās daļās; un ribosomas, kas ir struktūras, kas ir olbaltumvielu sintēzes vietas.

Prokariotiem ir arī šūnu siena ārpus šūnas membrānas, tāpat kā augiem. Eikariotos DNS ir ieslēgts kodolā, kuram ir sava plazmas membrāna, kas ir ļoti līdzīga tai, kas ieskauj pašu šūnu.

Šūnu plazmas membrāna sastāv no a fosfolipīdu divslānis, kuras organizācija izriet no tā sastāvdaļu elektroķīmiskajām īpašībām. Fosfolipīdu molekulas katrā no diviem slāņiem ietver hidrofils "galvas", kuras velk pie ūdens to lādiņa dēļ, un hidrofobisks "astes", kas nav uzlādētas un tāpēc mēdz norādīt prom no ūdens. Katra slāņa hidrofobiskās daļas ir vērstas viena pret otru pret dubultās membrānas iekšpusi. Ārējā slāņa hidrofilā puse ir vērsta pret šūnas ārpusi, bet iekšējā slāņa hidrofilā puse ir vērsta pret citoplazmu.

Būtiski, ka plazmas membrāna ir puscaurlaidīgs, kas nozīmē, ka tas, drīzāk kā nakts klubā esošs atlecējs, dod pieeju noteiktām molekulām, vienlaikus liedzot iekļūšanu citām. Mazas molekulas, piemēram, glikoze (cukurs, kas kalpo kā galvenais degvielas avots visām šūnām) un oglekļa dioksīds var brīvi pārvietoties šūnā un no tās, izvairoties no fosfolipīdu molekulām, kas ir perpendikulāras membrānai, kā vesels. Citas vielas aktīvi pārvadā pa membrānu ar "pumpām", kuras darbina adenozīna trifosfāts (ATP), nukleotīds, kas kalpo kā visu šūnu enerģijas "valūta".
Lasiet vairāk par plazmas membrānas struktūru un funkciju.

Kodols darbojas kā eikariotu šūnu smadzenes. Plazmas membrānu ap kodolu sauc par kodola apvalku. Kodola iekšpusē ir hromosomas, kas ir DNS "gabali"; hromosomu skaits dažādās sugās ir atšķirīgs (cilvēkiem ir 23 atšķirīgi veidi, bet kopumā 46 - viens no katra veida ir no mātes un viens no tēva).

Kad eikariotu šūna dalās, kodola iekšpusē esošais DNS to dara vispirms, pēc tam, kad visas hromosomas ir atkārtotas. Šis process, ko sauc mitoze, tiek detalizēti aprakstīts vēlāk.

Ribosomas atrodamas gan eikariotu, gan prokariotu šūnu citoplazmā. Eikariotos tie ir sakopoti pa noteiktiem organellas (ar membrānu saistītās struktūras, kurām ir īpašas funkcijas, piemēram, orgāni, piemēram, aknas un nieres, organismā dara plašākā mērogā). Ribosomas ražo olbaltumvielas, izmantojot instrukcijas, kuras satur DNS "kods" un kuras ribosomās pārraida kurjera ribonukleīnskābe (mRNS).

Pēc tam, kad kodolā ir sintezēta mRNS, izmantojot DNS kā šablonu, tā atstāj kodolu un piestiprinās ribosomām, kas savāc olbaltumvielas no 20 dažādām aminoskābes. Tiek saukts mRNS veidošanas process transkripcija, savukārt pati olbaltumvielu sintēze ir pazīstama kā tulkojums.

Neviena eikariotu šūnu sastāva un funkcijas apspriešana nevarētu būt pilnīga vai pat nozīmīga bez rūpīgas mitohondriju ārstēšanas. Šīs organelles, kas ir ievērojamas vismaz divos veidos: tās ir palīdzējušas zinātniekiem daudz uzzināt par šūnas kopumā, un tās ir gandrīz pilnībā atbildīgas par eikariotu dzīves daudzveidību, ļaujot attīstīties šūnām elpošana.

Visas šūnas izmanto sešu oglekļa cukura glikozi degvielai. Gan prokariotos, gan eikariotos glikoze piedzīvo virkni ķīmisku reakciju, ko kopā sauc glikolīze, kas šūnas vajadzībām ģenerē nelielu daudzumu ATP. Gandrīz visos prokariotos tas ir metabolisma līnijas beigas. Bet eikariotos, kas spēj izmantot skābekli, glikolīzes produkti nonāk mitohondrijos un iziet turpmākas reakcijas.

Pirmais no tiem ir Krebsa cikls, kas rada nelielu daudzumu ATP, bet galvenokārt darbojas, lai uzkrātu starpposma molekulas šūnu elpošanas lielajam finālam, elektronu transporta ķēde. Krebsa cikls notiek matrica mitohondriju (privātas citoplazmas organellas versija), savukārt elektronu transporta ķēde, kas rada pārliecinošu vairākumu ATP eikariotos, atklājas uz iekšējā mitohondrija membrāna.

Eikariotu šūnas lepojas ar vairākiem specializētiem elementiem, kas uzsver šo sarežģīto šūnu plašās, savstarpēji saistītās vielmaiņas vajadzības. Tie ietver:

• Endoplazmatiskais tīkls: Šī organele ir kanāliņu tīkls, kas sastāv no plazmas membrānas, kas ir nepārtraukta ar kodola apvalku. Tās uzdevums ir pārveidot jaunražotās olbaltumvielas, lai sagatavotu tās pakārtotajām šūnu funkcijām kā fermentiem, strukturāliem elementiem un tā tālāk, pielāgojot tās šūnas īpašajām vajadzībām. Tas ražo arī ogļhidrātus, lipīdus (taukus) un hormonus. Endoplazmatiskais tīklojums mikroskopijā parādās kā gluds vai raupjš, formas, kas attiecīgi saīsināti SER un RER. RER ir tik apzīmēts, jo tas ir "radzēts" ar ribosomām; šeit notiek olbaltumvielu modifikācija. No otras puses, SER ir vieta, kur tiek apvienotas iepriekš minētās vielas.
• Golgi ķermeņi: Saukts arī par Golgi aparātu. Tas izskatās kā saplacināts ar membrānu saistītu maisiņu kaudze, un tas iesaiņo lipīdus un olbaltumvielas pūslīši kas pēc tam atdalās no endoplazmas retikuluma. Pūslīši nogādā lipīdus un olbaltumvielas uz citām šūnas daļām.
  
• Lizosomas: Visi vielmaiņas procesi rada atkritumus, un šūnai jābūt līdzekļiem, lai atbrīvotos no tiem. Par šo funkciju rūpējas lizosomas, kas satur gremošanas enzīmus, kas noārda olbaltumvielas, taukus un citas vielas, ieskaitot pašus nolietotos organoīdus.
• Vakuolas un pūslīši: Šie organelli ir maisiņi, kas pārvietojas pa dažādiem šūnu komponentiem, aizvedot tos no vienas intracelulārās vietas uz nākamo. Galvenās atšķirības ir tādas, ka pūslīši var saplūst ar citiem membrānas šūnas komponentiem, savukārt vakuoli to nevar. Augu šūnās daži vakuoli satur gremošanas enzīmus, kas var noārdīt lielas molekulas, atšķirībā no lizosomām.
• Citoskelets: Šis materiāls sastāv no mikrotubulām, olbaltumvielu kompleksiem, kas piedāvā strukturālu atbalstu, sniedzoties no kodola caur citoplazmu līdz pat plazmas membrānai. Šajā ziņā tie ir kā ēkas sijas un sijas, kas darbojas, lai visa dinamiskā šūna nesabruktu sevī.

Kad baktēriju šūnas dalās, process ir vienkāršs: šūna kopē visus savus elementus, ieskaitot tā elementus DNS, kaut arī apmēram divkāršojas, un pēc tam sadalās divās daļās procesā, kas pazīstams kā binārā dalīšanās.

Eukariotu šūnu dalīšanās ir vairāk iesaistīta. Pirmkārt, kodolā esošā DNS tiek atkārtota, kamēr kodola apvalks izšķīst, un pēc tam replikētās hromosomas atdalās meitas kodolos. To sauc par mitozi, un tas sastāv no četriem atšķirīgiem posmiem: profāzes, metafāzes, anafāzes un telofāzes; daudzi avoti ievieto piekto posmu, ko dēvē par prometafāzi, tūlīt pēc profāzes. Pēc tam kodols sadalās un ap diviem identiskiem hromosomu komplektiem veidojas jauni kodola apvalki.

Visbeidzot, šūna kopumā sadalās procesā, kas pazīstams kā citokinēze. Ja, pateicoties iedzimtām malformācijām (mutācijām) vai kaitīgu ķīmisku vielu klātbūtnei, DNS ir noteikti defekti, šūnu dalīšanās var notikt nekontrolēti; tas ir vēža pamats - slimību grupa, no kuras joprojām nevar izārstēt, lai gan ārstēšana turpina uzlaboties, lai ļautu ievērojami uzlabot dzīves kvalitāti.