Relatie tussen celstructuur en functie

"Vorm past bij functie" is een veel voorkomend refrein in de wereld van zowel de natuurlijke als de menselijke vormen van techniek. Wanneer de doelmatige constructie van een alledaags gereedschap in het geding is, is dit vaak duidelijk: een jong kind dat een schop, een drinkglas, een paar sokken of een hamer krijgt, kan waarschijnlijk relatief gemakkelijk bepalen waar deze werktuigen voor dienen, terwijl in het geval van bijvoorbeeld een fietsketting of een hondenhalsband afzonderlijk de puzzel aanzienlijk moeilijker is om oplossen.

Natuurlijke structuren, gevormd in de loop van miljoenen jaren van evolutie, blijven op hun plaats omdat ze zijn geselecteerd vanwege de overlevingsvoordelen die ze de organismen geven die ze bezitten. Dit is het geval met cellen, die de eenvoudigste natuurlijke structuren zijn die alle eigenschappen hebben van de dynamische entiteit die bekend staat als leven: voortplanting, metabolisme, het behoud van chemisch evenwicht en fysieke stevigheid.

Net als in de 'macro'-wereld, spreken de delen van een cel tot hun functies - zowel die die op zichzelf staan en degenen die zijn geïntegreerd met de rest van de cel - is een fascinerend onderwerp van biologie op zich Rechtsaf.

Celsamenstelling en -functie variëren aanzienlijk, zowel tussen organismen als, in het geval van complexe meercellige organismen, tussen verschillende weefsels en organen binnen hetzelfde organisme. Maar alle cellen hebben een aantal elementen gemeen. Waaronder:

• Celmembraan: Deze structuur vormt de buitenste laag van de cel en is verantwoordelijk voor zowel de fysieke integriteit van de cel als voor het toelaten van bepaalde stoffen in en uit terwijl andere de doorgang worden ontzegd. Het bestaat eigenlijk uit een dubbel plasmamembraan.
• Cytoplasma: Dit vormt de inwendige substantie van cellen en bestaat uit een waterige matrix die andere inwendige celinhoud ondersteunt, zoals een steiger. Het vloeibare, niet-organelgedeelte wordt het cytosol, en de meeste chemische reacties in de cel vinden hier plaats met behulp van eiwitten die enzymen worden genoemd.
• Genetisch materiaal: Het genetische materiaal, waarvan bijna elke cel van het organisme een volledige kopie bevat, bevat de informatie die nodig is voor de eiwitsynthese in de vorm van desoxyribonucleïnezuur (DNA). DNA is wat wordt doorgegeven aan volgende generaties tijdens het voortplantingsproces.
• ribosomen: Deze eiwitten zijn verantwoordelijk voor de aanmaak van alle eiwitten die het organisme nodig heeft. Ze worden aangestuurd door boodschapper ribonucleïnezuur (mRNA). Op ribosomen zijn individuele aminozuren aan elkaar gekoppeld om ketens te creëren, die eiwitten vormen. Het mRNA wordt gemaakt door DNA in een proces genaamd transcriptie; de omzetting van mRNA-instructies in eiwitten op de ribosomen, die uit twee subeenheden bestaan, staat bekend als vertaling.

Levende wezens kunnen worden onderverdeeld in twee soorten: prokaryoten, waaronder de domeinen Bacteria en Archaea, en eukaryoten, die bestaan ​​uit het domein Eukaryota. De meeste prokaryoten zijn eencellige organismen, terwijl bijna alle eukaryoten – planten, dieren en schimmels – meercellig zijn.

Prokaryote cellen bevatten de vier structuren die al zijn beschreven, maar niet veel anders, hoewel bacteriën dat wel hebben gevangenismuren. Velen van hen hebben ook een cel capsule; de primaire functie hiervan is bescherming. Sommige prokaryoten hebben ook zweepachtige structuren op hun oppervlak genaamd flagella. Zoals je aan hun uiterlijk kunt raden, worden deze voornamelijk gebruikt voor voortbeweging.

Eukaryotische cellen daarentegen zijn rijk aan organellen, die membraangebonden entiteiten zijn die de cel op bepaalde manieren dienen. Belangrijk is dat eukaryoten hun DNA in een kern, terwijl in prokaryoten, die geen interne membraangebonden structuren van welke soort dan ook hebben, DNA drijft in een losse cluster in het cytoplasma genaamd de nucleoïde regio.

De relatie tussen de delen van een cel en hun functies wordt geïllustreerd met elegantie en duidelijkheid in de organellen van eukaryoten. Alle organellen hebben op hun beurt een plasmamembraan. Elk plasmamembraan in cellen - inclusief het buitenste, genaamd celmembraan en de membranen die organellen omsluiten - bestaat uit een fosfolipidedubbellaags.

Deze dubbellaag bestaat uit twee individuele "bladen" die spiegelbeeldig tegenover elkaar staan. De binnenkant is voorzien van de hydrofoob, of waterafstotend, delen van elke laag, die bestaan ​​uit lipiden in de vorm van vetzuren. De buitenste delen daarentegen zijn hydrofiel, of waterzoekend, en bestaan ​​uit de fosfaatdelen van de fosfolipidemoleculen.

Zo is één "wand" van hydrofiele fosfaatkoppen naar de binnenkant van het organel gericht (of in het geval van het celmembraan als zodanig, de cytoplasma) terwijl de andere naar de buitenkant of de cytoplasmatische kant is gericht (of in het geval van het celmembraan naar de buitenkant milieu).

De structuur van het membraan is zodanig dat kleine moleculen zoals glucose en water vrij tussen de fosfolipidemoleculen, terwijl grotere niet actief in of uit kunnen en moeten worden gepompt (of doorgang worden geweigerd, periode). Nogmaals, structuur past bij functie.

Hoewel het meestal geen organel wordt genoemd vanwege zijn allerhoogste belang, is de kern in feite de belichaming van één. Het plasmamembraan wordt de genoemd nucleaire envelop. De kern bevat DNA verpakt in chromatine, wat eiwitrijke materie is die is opgesplitst in chromosomen.

Wanneer de chromosomen zich delen, en de kern met hen, wordt het proces genoemd mitose. Om dit te laten gebeuren, is de mitotische spindel moet worden gecreëerd in de kern, die in wezen het brein van de cel is en een aanzienlijk deel van het totale volume van de meeste cellen verbruikt.

Deze ruwweg ovaalvormige organellen zijn de krachtcentrales van eukaryoten, omdat ze de plaats zijn van aërobe ("met zuurstof") ademhaling, de bron van de meeste energie die eukaryoten halen uit de brandstof die ze eten (in het geval van dieren) of synthetiseren met behulp van zonlicht (in het geval van planten).

Er wordt aangenomen dat mitochondriën meer dan 2 miljard jaar geleden zijn ontstaan ​​toen aërobe bacteriën in bestaande, niet-aërobe cellen terechtkwamen en metabolisch met hen gingen samenwerken. De vele plooien in hun membraan, waar aerobe ademhaling daadwerkelijk plaatsvindt, is een ander voorbeeld van de samenvloeiing van structuur en functie in cellen.

Deze vliezige structuur lijkt veel op een "snelweg" in die zin dat hij reikt van de kern (en in feite is verbonden met zijn membraan), door de cel, tot aan de verre uithoeken van het cytoplasma. Het draagt ​​en wijzigt eiwitproducten gemaakt door de ribosomen.

Sommige endoplasmatisch reticulum wordt genoemd ruw endoplasmatisch reticulum omdat het bezaaid is met ribosomen, zoals te zien is onder een microscoop; de vormen zonder ribosomen worden dienovereenkomstig genoemd glad endoplasmatisch reticulum.

De Golgi-apparaat is vergelijkbaar met het endoplasmatisch reticulum doordat het eiwitten en andere door cellen gegenereerde eiwitten verpakt en verwerkt substanties, maar het is gerangschikt in ronde gestapelde schijven, net als een rol munten of een stapel kleine pannenkoeken.

lysosomen zijn de afvalverwerkingscentra van de cel, en dienovereenkomstig hebben deze kleine bolvormige lichamen enzymen die celafbraakproducten oplossen en afgeven die het gevolg zijn van het dagelijkse metabolisme. Lysosomen zijn eigenlijk een soort vacuole, een naam voor een holle, membraangebonden eenheid in cellen waarvan het doel is om te dienen als een container voor een soort chemicaliën.

De cytoskelet is gemaakt van microtubuli, eiwitten gerangschikt als kleine bamboescheuten en dienen als structurele steunbalken en balken. Deze strekken zich uit over het gehele cytoplasma van de kern tot het celmembraan.