W zależności od tego, gdzie jesteś w swojej edukacji w zakresie nauk przyrodniczych, możesz już wiedzieć, że komórki są podstawowymi strukturalnymi i funkcjonalnymi składnikami życia. Możesz być podobnie świadomy, że w bardziej złożonych organizmach, takich jak Ty i inne zwierzęta, komórki są wysoce wyspecjalizowane i zawierają różnorodność inkluzji fizycznych, które pełnią określone funkcje metaboliczne i inne, aby utrzymać warunki w komórce sprzyjające życie.
Niektóre składniki komórek „zaawansowanych” organizmów zwane organelle mają zdolność działania jak maleńkie maszyny i są odpowiedzialne za wydobywanie energii z wiązań chemicznych w glukozie, ostatecznym źródle pożywienia we wszystkich żywych komórkach. Czy zastanawiałeś się kiedyś, które organelle pomagają dostarczać komórkom energię lub które organelle są najbardziej bezpośrednio zaangażowane w przemiany energetyczne w komórkach? Jeśli tak, poznaj mitochondria i chloroplast, główne osiągnięcia ewolucyjne organizmów eukariotycznych.
Komórki: prokarionty kontra eukarionty
Organizmy w domenie Prokariota, który obejmuje bakterie i Archea (dawniej nazywane „archaebakteriami”) są prawie całkowicie jednokomórkowe i, z kilkoma wyjątkami, muszą czerpać całą swoją energię z glikoliza, proces zachodzący w cytoplazmie komórki. Wiele organizmów wielokomórkowych w Eukariota domena ma jednak komórki z inkluzjami zwanymi organellami, które wykonują szereg dedykowanych funkcji metabolicznych i innych codziennych funkcji.
Wszystkie komórki mają DNA (materiał genetyczny), a Błona komórkowa, cytoplazma ("maź" stanowiąca większość substancji komórki) i rybosomy, które wytwarzają białka. Prokariota zazwyczaj mają niewiele więcej niż to, podczas gdy komórki eukariotyczne (plany, zwierzęta i grzyby) to te, które mogą pochwalić się organellami. Wśród nich są chloroplasty i mitochondria, które biorą udział w zaspokajaniu potrzeb energetycznych swoich macierzystych komórek.
Organelle przetwarzające energię: mitochondria i chloroplasty
Jeśli wiesz coś na temat mikrobiologii i otrzymasz zdjęcie z mikroskopu komórki roślinnej lub zwierzęcia komórki, nie jest trudno zgadnąć, które organelle są zaangażowane w energię konwersja. Zarówno chloroplasty, jak i mitochondria są strukturami wyglądającymi na ruchliwe, z dużą całkowitą powierzchnią błony w wyniku drobiazgowego fałdowania i ogólnie „zajętym” wyglądem. Innymi słowy, na pierwszy rzut oka widać, że te organelle potrafią znacznie więcej niż tylko przechowywać surowce komórkowe.
Uważa się, że oba te organelle mają tę samą fascynującą historię ewolucyjną, o czym świadczy fakt, że: mają własne DNA, oddzielone od tego w jądrze komórkowym. Uważa się, że mitochondria i chloroplasty były pierwotnie samodzielnymi bakteriami, zanim zostały pochłonięte, ale nie zniszczone przez większe prokariota ( teoria endosymbiontów). Kiedy okazało się, że te „zjedzone” bakterie pełnią istotne funkcje metaboliczne dla większych organizmów i odwrotnie, cała domena organizmów, Eukariota, urodził się.
Struktura i funkcja chloroplastów
Wszystkie eukarionty uczestniczą w oddychaniu komórkowym, które obejmuje glikolizę i trzy podstawowe etapy oddychanie tlenowe: reakcja mostkowa, cykl Krebsa i reakcje transportu elektronów łańcuch. Rośliny nie mogą jednak pobierać glukozy bezpośrednio ze środowiska, aby zasilać glikolizę, ponieważ nie mogą „jeść”; zamiast tego wytwarzają glukozę, sześciowęglowy cukier, z gazowego dwutlenku węgla, związku dwuwęglowego, w organellach zwanych chloroplastami.
W chloroplastach przechowywany jest chlorofil pigmentowy (który nadaje roślinom ich zielony wygląd), w maleńkich woreczkach zwanych tylakoidy. W dwuetapowym procesie fotosyntezarośliny wykorzystują energię świetlną do wytwarzania ATP i NADPH, które są cząsteczkami przenoszącymi energię, a następnie wykorzystują tę energię do budowy glukoza, która jest następnie dostępna dla reszty komórki, a także magazynuje się w postaci substancji, które zwierzęta mogą ostatecznie jeść.
Struktura i funkcja mitochondriów
Ostateczne przetwarzanie energii w roślinach jest zasadniczo takie samo, jak u zwierząt i większości grzybów: ostatecznym „celem” jest rozbicie glukozy na mniejsze cząsteczki i wydobycie w tym procesie ATP. Mitochondria robią to, służąc jako „elektrownie” komórek, ponieważ są one miejscami oddychania tlenowego.
W podłużnych mitochondriach w kształcie piłki nożnej pirogronian, główny produkt glikolizy, jest przekształcany w acetylo-CoA, wahadłowy do wnętrza organelli dla cyklu Krebsa, a następnie przeniesiony do błony mitochondrialnej w celu transportu elektronów łańcuch. W sumie reakcje te dodają 34 do 36 ATP do dwóch ATP wytworzonych z pojedynczej cząsteczki glukozy w samej glikolizie.