Forholdet mellom cellestruktur og funksjon

"Form passer funksjon" er et vanlig refreng i verden av både naturlige og menneskelige former for ingeniørfag. Når målrettet konstruksjon av et hverdagsverktøy dreier seg, er dette ofte åpenbart: Et lite barn som får en spade, et drikkeglass, et par sokker eller en hammer kan trolig bestemme med relativt letthet hva disse redskapene er til, mens i tilfelle en sykkelkjede eller en hundehalsbånd isolert, er puslespillet betydelig vanskeligere å løse.

Naturlige strukturer, dannet i løpet av millioner av år med evolusjon, forblir på plass fordi de er valgt på grunn av overlevelsesfordelene de gir organismer som ha dem. Dette er tilfelle med celler, som er de enkleste naturlige strukturene som har alle egenskapene til den dynamiske enheten kjent som liv: reproduksjon, metabolisme, opprettholdelse av kjemisk balanse og fysisk soliditet.

Som i "makro" -verdenen, måten delene av en celle snakker til deres funksjoner - både de som står alene og de som er integrert med resten av cellen - er et fascinerende tema for biologi i seg selv Ikke sant.

Cellesammensetning og funksjon varierer betydelig både mellom organismer og, i tilfelle av komplekse flercellede organismer, mellom forskjellige vev og organer i samme organisme. Men alle celler har en rekke elementer til felles. Disse inkluderer:

• Cellemembran: Denne strukturen danner den ytre foringen av cellen og er ansvarlig for både cellens fysiske integritet og for å la visse stoffer passere inn og ut mens de nekter andre å passere. Den består faktisk av en dobbel plasmamembran.
• Cytoplasma: Dette danner det indre stoffet i celler og består av en vannaktig matrise som støtter annet innvendig celleinnhold, som et stillas. Den flytende, ikke-organelle delen kalles cytosol, og de fleste kjemiske reaksjoner i cellen forekommer her ved hjelp av proteiner som kalles enzymer.
• Genetisk materiale: Det genetiske materialet, som nesten alle celler i organismen inneholder en komplett kopi av, bærer informasjonen som trengs for proteinsyntese i form av deoksyribonukleinsyre (DNA). DNA er det som overføres til påfølgende generasjoner under reproduksjonsprosessen.
• Ribosomer: Disse proteinene er ansvarlige for produksjonen av alle proteiner organismen trenger. De tar retning fra messenger ribonukleinsyre (mRNA). På ribosomer er individuelle aminosyrer koblet sammen for å skape kjeder og danne proteiner. MRNA er laget av DNA i en prosess som kalles transkripsjon; konvertering av mRNA-instruksjoner til proteiner på ribosomene, som består av to underenheter, er kjent som oversettelse.

Levende ting kan deles inn i to typer: Prokaryoter, som inkluderer domenene Bakterier og Archaea, og eukaryoter, som består av domenet Eukaryota. De fleste prokaryoter er encellede organismer, mens nesten alle eukaryoter - planter, dyr og sopp - er flercellede.

Prokaryote celler inkluderer de fire strukturer som allerede er beskrevet, men ikke mye annet, selv om bakterier har det cellevegger. Mange av dem har også en celle kapsel; den primære funksjonen til disse er beskyttelse. Noen prokaryoter har også piskelignende strukturer på overflaten flagella. Som du kan gjette ut fra utseendet deres, brukes disse hovedsakelig til bevegelse.

Eukaryote celler, derimot, er rike på organeller, som er membranbundne enheter som betjener cellen på bestemte måter. Det er viktigere at eukaryoter huser sitt DNA inne i en cellekjernen, mens i prokaryoter, som mangler indre membranbundne strukturer av noe slag, flyter DNA i en løs klynge i cytoplasmaet kalt nukleoid region.

Forholdet mellom delene av en celle og deres funksjoner er eksemplifisert med eleganse og klarhet i organellene til eukaryoter. I sin tur har alle organeller en plasmamembran. Hver plasmamembran i celler - inkludert den ytre, navngitte cellemembranen så vel som membranene som omslutter organeller - består av en fosfolipiddobbeltlag.

Dette dobbeltlaget består av to individuelle "ark" som vender mot hverandre på et speilbilde. Innsiden har hydrofob, eller vannavvisende, deler av hvert lag, som består av lipider i form av fettsyrer. De ytre delene er derimot hydrofile, eller vannsøkende, og består av fosfatdelene av fosfolipidmolekylene.

En "vegg" av hydrofile fosfathoder vender således mot innsiden av organellen (eller i tilfelle av cellemembranen i seg selv, cytoplasma) mens den andre vender mot utsiden, eller cytoplasmatisk, på siden (eller i tilfelle av cellemembranen, utsiden miljø).

Strukturen til membranen er slik at små molekyler som glukose og vann kan drive fritt mellom fosfolipidmolekyler, mens større ikke kan og må pumpes aktivt inn eller ut (eller nektes passasje, periode). Igjen, struktur passer til funksjon.

Selv om det vanligvis ikke kalles en organell på grunn av sin høyeste betydning, er kjernen faktisk utførelsen av en. Dens plasmamembran kalles kjernefysisk konvolutt. Kjernen inneholder DNA pakket inn i kromatin, som er proteinrik materie delt i kromosomer.

Når kromosomene deler seg, og kjernen med dem, kalles prosessen mitose. For at dette skal skje, mitotisk spindel må opprettes i kjernen, som egentlig er hjernen til cellen og forbruker en betydelig brøkdel av det totale volumet til de fleste celler.

Disse grovt ovale organellene er kraftverkene til eukaryoter, fordi de er stedet for aerob ("med oksygen") respirasjon, kilden til mesteparten av energien som eukaryoter stammer fra drivstoffet de spiser (når det gjelder dyr) eller syntetiseres ved hjelp av sollys (i tilfelle av planter).

Mitokondriene antas å ha sin opprinnelse for over 2 milliarder år siden da aerobe bakterier oppviklet i eksisterende, ikke-aerobe celler og begynte å samarbeide med dem metabolsk. De mange brettene i membranen, der aerob respirasjon faktisk forekommer, er et annet eksempel på sammenløp av struktur og funksjon i celler.

Denne membranstrukturen er snarere som en "motorvei" ved at den strekker seg fra kjernen (og faktisk er bundet til membranen), gjennom cellen og ut til ytterst av cytoplasmaet. Den bærer og modifiserer proteinprodukter laget av ribosomene.

Noe endoplasmatisk retikulum kalles grovt endoplasmatisk retikulum fordi den er fylt med ribosomer, som man kan se under et mikroskop; formene som mangler ribosomer kalles tilsvarende glatt endoplasmatisk retikulum.

De Golgi-apparatet ligner det endoplasmatiske retikulum ved at den pakker og prosesserer proteiner og andre cellegenererte stoffer, men den er ordnet i runde stablede plater, omtrent som en myntrull eller en bunke med små pannekaker.

Lysosomer er cellens avfallshåndteringssentre, og følgelig har disse små kulelegemene enzymer som oppløses og dispenserer celle-nedbrytningsprodukter som skyldes daglig metabolisme. Lysosomer er faktisk en type vakuum, et navn på en hul, membranbundet enhet i celler hvis formål er å tjene som en beholder for kjemikalier av noe slag.

De cytoskelett er laget av mikrorør, proteiner ordnet som små bambusskudd og fungerer som strukturelle støttebjelker og bjelker. Disse strekker seg over hele cytoplasmaet fra kjernen til cellemembranen.