In prokaryotische cellen zoals bacteriën, het genetisch materiaal van het organisme, of DNA (desoxyribonucleïnezuur), "zweeft" in het celcytoplasma, alleen gescheiden van de buitenwereld door de buitenste barrière van de cel zelf. In de cellen van eukaryoten zoals jijzelf, is DNA ingesloten in een membraangebonden kern, wat een tweede beschermingslaag en verbeterde functionaliteit biedt.
Het insluiten van het genetische materiaal van de cel in een beschermend dubbel plasmamembraan is een voorbeeld van: compartimentering. Dat eukaryotische cellen dit zo gemakkelijk in hun celarchitectuur kunnen oproepen, is de belangrijkste structurele aanpassing die het mogelijk heeft gemaakt dat eukaryoten de prokaryoten ver ontgroeien in grootte en algehele diversiteit.
Prokaryotisch vs. Eukaryotische cellen
Alle cellen hebben vier basiselementen: a celmembraan aan de buitenkant, cytoplasma het grootste deel van de binnenkant vullen, ribosomen voor het synthetiseren van eiwitten en genetisch materiaal in de vorm van DNA. Prokaryoten hebben meestal weinig meer dan dit, en op een paar na bestaan ze allemaal uit slechts één van deze eenvoudige cellen. Het weinige DNA dat ze hebben, zit in een losse cluster in het cytoplasma.
Eukaryotische cellen (d.w.z. die van dieren, planten, protisten en schimmels) hebben alle bovenstaande insluitsels en nog wat. Belangrijk is dat ze membraangebonden organellen bevatten die vitale, repetitieve functies uitvoeren, zoals het volledig afbreken van koolhydraatmoleculen.
Eukaryote cellen kunnen aanzienlijk van elkaar verschillen, zowel binnen als tussen organismen en soorten. Alle eukaryoten hebben bijvoorbeeld mitochondriën, maar op een paar uitzonderingen na, hebben alleen plantencellen chloroplasten.
Waarom DNA in een Nucleus?
Als je wordt gevraagd om de voordelen van compartimentering in eukaryote cellen uit te leggen, zou je een gemakkelijke taak hebben als je beschikt over basiskennis over celanatomie en fysiologie in het algemeen.
"Verdelingsbiologie" is een evolutionaire vooruitgang die het mogelijk heeft gemaakt dat cellen gespecialiseerde kleine machines zijn geworden (en in sommige gevallen hele organismen).
Eukaryotische cellen hebben membraan gebonden organellen voor het uitvoeren van de spijsvertering, het extraheren van energie uit voedsel en het verplaatsen van nieuw gesynthetiseerde eiwitten van plaats naar plaats. Bij gebrek aan al deze kunnen hun prokaryotische tegenhangers slechts tot een bepaalde grootte groeien en zijn ze in de meeste gevallen niet verder gegroeid dan een enkele cel te zijn.
De enorme omvang van het eukaryote genoom, weerspiegeld in de enorme hoeveelheid DNA, vereist dat het heel strak wordt verpakt om in een cel te passen. dus het hebben van een kern verscherpt dit aspect van de eukaryote celconstructie aanzienlijk.
Membraan gebonden organellen
Enkele van de meer prominente membraangebonden organellen in eukaryote cellen zijn:
mitochondriën. Deze worden vaak de "krachtcentrales" van cellen genoemd, omdat hier de reacties van aerobe ademhaling plaatsvinden. Deze reacties zijn verantwoordelijk voor de overweldigende hoeveelheid energie "creatie" in eukaryoten.
Chloroplasten. Gevonden in plantencellen, chloroplasten gebruik de kracht van zonlicht om suikers te maken uit kooldioxidegas in het milieu.
Lysosomen. Dit zijn de "opruimploeg" van cellen (zie hieronder).
Endoplasmatisch reticulum. Deze vliezige "snelweg" verplaatst nieuw gemaakte eiwitten van ribosomen naar Golgi-lichamen en elders.
Golgi-lichamen. Deze "zakjes" verplaatsen eiwitten door de cel tussen de endoplasmatisch reticulum en hun uiteindelijke bestemming.
Lysosomen en spijsvertering
Lysosomen dragen spijsverteringsenzymen in staat om celafval af te breken, maar ook gezonde celcomponenten. Dus wanneer deze enzymen bij de ribosomen worden gemaakt, moeten ze naar hun uiteindelijke huis in de lysosomen worden verplaatst zonder onderweg iets te beschadigen.
Deze enzymen worden in de cel getransporteerd op bijna dezelfde manier als HAZMAT (gevaarlijke afvalstoffen) langs Amerikaanse snelwegen en spoorwegen worden vervoerd: voorzien van speciale labels en met grote zorg. Eenmaal in de omgeving met een hoge zuurgraad van de lysosomen, zuur hydrolase enzymen werken zeer effectief.
Drie voorbeelden van intracellulaire vertering door lysosomen:
- Koolhydraten, lipiden, nucleïnezuren en eiwitten
- "Dode" organellen en hun componenten
- Bacteriën en andere stoffen die van buiten de cel worden opgenomen