Co robią wszystkie części komórki?

Komórki są podstawowym budulcem życia. Mniej poetycko są to najmniejsze jednostki żywych istot, które zachowują wszystkie podstawowe właściwości związane z samym życiem (np. synteza białek, zużycie paliwa i materiał genetyczny). W rezultacie, pomimo swoich niewielkich rozmiarów, komórki muszą wykonywać różnorodne funkcje, zarówno skoordynowane, jak i niezależne. To z kolei oznacza, że ​​muszą zawierać szeroki zakres odrębnych części fizycznych.

Większość organizmów prokariotycznych składa się tylko z jednej komórki, podczas gdy ciała eukariontów, takich jak ty, zawierają biliony. Komórki eukariotyczne zawierają wyspecjalizowane struktury zwane organellami, które zawierają błonę podobną do tej otaczającej całą komórkę. Te organelle są naziemnymi oddziałami komórki, nieustannie upewniając się, że wszystkie potrzeby komórki są zaspokajane z chwili na chwilę.

Wszystkie komórki zawierają w absolutnym minimum błonę komórkową, materiał genetyczny i cytoplazmę, zwaną także cytozolem. Ten materiał genetyczny to kwas dezoksyrybonukleinowy lub DNA. U prokariontów DNA jest skupione w jednej części cytoplazmy, ale nie jest otoczone błoną, ponieważ tylko eukarionty mają jądro. Wszystkie komórki mają błonę komórkową składającą się z dwuwarstwy fosfolipidowej; komórki prokariotyczne mają ścianę komórkową bezpośrednio na zewnątrz błony komórkowej, co zapewnia dodatkową stabilność i ochronę. Komórki roślin, które wraz z grzybami i zwierzętami są eukariotami, również mają ściany komórkowe.

Wszystkie komórki mają również rybosomy. U prokariontów pływają one swobodnie w cytoplazmie; u eukariontów są one zazwyczaj związane z retikulum endoplazmatycznym. Rybosomy są często klasyfikowane jako rodzaj organelli, ale w niektórych schematach nie kwalifikują się jako takie, ponieważ nie mają błony. Nieoznakowanie organelli rybosomów sprawia, że ​​schemat „jedynie eukarionty mają organelle” jest spójny. Te organelle eukariotyczne obejmują, oprócz retikulum endoplazmatycznego, mitochondria (lub w roślinach chloroplasty), ciała Golgiego, lizosomy, wakuole i cytoszkielet.

Błona komórkowa, zwana także błoną plazmatyczną, jest fizyczną granicą między środowiskiem wewnętrznym komórki a światem zewnętrznym. Nie należy jednak mylić tej podstawowej oceny z sugestią, że rola błony komórkowej jest jedynie ochronna, lub że błona jest jedynie pewnym rodzajem arbitralnej linii własności. Ta cecha wszystkich komórek, zarówno prokariotycznych, jak i eukariotycznych, jest wytworem kilku miliardów lat ewolucji i jest w fakt wielofunkcyjny, dynamiczny cud, który prawdopodobnie działa bardziej jak istota z prawdziwą inteligencją niż tylko bariera.

Błona komórkowa składa się z dwuwarstwy fosfolipidowej, co oznacza, że ​​składa się z dwóch identycznych warstw zbudowanych z cząsteczek fosfolipidów (a właściwie fosfoglicerolipidów). Każda pojedyncza warstwa jest asymetryczna i składa się z pojedynczych molekuł, które mają coś wspólnego z kałamarnicami lub balonami z kilkoma frędzlami. „Głowy” to części fosforanowe, które mają nierównowagę ładunku elektrochemicznego netto i dlatego są uważane za polarne. Ponieważ woda jest również polarna, a cząsteczki o podobnych właściwościach elektrochemicznych mają tendencję do agregowania razem, ta część fosfolipidu jest uważana za hydrofilową. „Ogony” to lipidy, a konkretnie para kwasów tłuszczowych. W przeciwieństwie do fosforanów są one nienaładowane, a zatem hydrofobowe. Fosforan jest przyłączony do jednej strony trójwęglowej reszty glicerolowej w środku cząsteczki, a dwa kwasy tłuszczowe są połączone z drugą stroną.

Ponieważ hydrofobowe ogony lipidowe spontanicznie łączą się ze sobą w roztworze, dwuwarstwa jest ustawiona tak, że dwie Warstwy fosforanowe skierowane są na zewnątrz i do wnętrza komórki, podczas gdy dwie warstwy lipidowe mieszają się po wewnętrznej stronie dwuwarstwowa. Oznacza to, że podwójne błony są wyrównane jak lustrzane odbicie, podobnie jak dwie strony twojego ciała.

Membrana nie tylko zapobiega przedostawaniu się szkodliwych substancji do wnętrza. Jest selektywnie przepuszczalny, przepuszcza ważne substancje, ale zabrania innych, takich jak bramkarz w modnym klubie nocnym. Pozwala również selektywnie wyrzucać produkty odpadowe. Niektóre białka osadzone w błonie działają jak pompy jonowe, utrzymując równowagę (równowagę chemiczną) w komórce.

Cytoplazma komórki, alternatywnie nazywana cytozolem, reprezentuje gulasz, w którym „pływają” różne składniki komórki. Wszystkie komórki, prokariotyczne i eukariotyczne mają cytoplazmę, bez której komórka nie mogłaby mieć integralności strukturalnej, niż pusty balonik.

Jeśli kiedykolwiek widziałeś żelatynowy deser z kawałkami owoców osadzonymi w środku, możesz pomyśleć o żelatynie sam jako cytoplazma, owoc jako organelle, a naczynie zawierające żelatynę jako błonę komórkową lub komórkę Ściana. Konsystencja cytoplazmy jest wodnista i nazywana jest również macierzą. Niezależnie od rodzaju danej komórki, cytoplazma zawiera znacznie większą gęstość białek i „maszyny” molekularnej niż woda oceaniczna lub jakakolwiek nieożywiona środowisko, które jest świadectwem pracy, jaką błona komórkowa wykonuje w utrzymaniu homeostazy (inne słowo oznaczające „równowagę” w odniesieniu do żywych istot) wewnątrz komórki.

U prokariontów materiał genetyczny komórki, DNA, którego używa do reprodukcji, a także kierowania reszcie komórki do wytwarzania produktów białkowych dla żywego organizmu, znajduje się w cytoplazmie. U eukariontów jest zamknięty w strukturze zwanej jądrem.

Jądro jest oddzielone od cytoplazmy przez otoczkę jądrową, która jest fizycznie podobna do błony plazmatycznej komórki. Otoczka jądrowa zawiera pory jądrowe, które umożliwiają dopływ i wychodzenie niektórych cząsteczek. To organelle są największe w każdej komórce, stanowią aż 10 procent jej objętości i są łatwo widoczne przy użyciu dowolnego mikroskopu wystarczająco silnego, aby ujawnić same komórki. Naukowcy wiedzieli o istnieniu jądra od lat 30. XIX wieku.

Wewnątrz jądra znajduje się chromatyna, nazwa formy DNA przybieranej, gdy komórka nie przygotowuje się do podziału: zwinięta, ale nie rozdzielona na chromosomy, które wydają się odrębne pod mikroskopem. Jąderko jest częścią jądra zawierającą zrekombinowany DNA (rDNA), DNA przeznaczony do syntezy rybosomalnego RNA (rRNA). Wreszcie, nukleoplazma jest wodnistą substancją wewnątrz otoczki jądrowej, która jest analogiczna do cytoplazmy we właściwej komórce.

Oprócz przechowywania materiału genetycznego jądro określa, kiedy komórka będzie się dzielić i rozmnażać.

Mitochondria znajdują się w eukariontach zwierzęcych i reprezentują „elektrownie” komórek, ponieważ te podłużne organelle są miejscem, w którym odbywa się oddychanie tlenowe. Oddychanie tlenowe wytwarza od 36 do 38 cząsteczek ATP lub adenozynotrójfosforanu (głównego źródła energii dla komórek) na każdą cząsteczkę glukozy (ostateczną walutę paliwową organizmu), którą zużywa; Z drugiej strony glikoliza, która nie wymaga tlenu, generuje tylko około jednej dziesiątej tej ilości energii (4 ATP na cząsteczkę glukozy). Bakterie mogą przetrwać samą glikolizę, ale eukarionty nie.

Oddychanie tlenowe odbywa się dwuetapowo, w dwóch różnych miejscach w mitochondriach. Pierwszym krokiem jest cykl Krebsa, seria reakcji zachodzących w macierzy mitochondrialnej, która jest podobna do nukleoplazmy lub cytoplazmy gdzie indziej. W cyklu Krebsa – zwanym też cyklem kwasu cytrynowego lub cyklem kwasu trikarboksylowego – dwie cząsteczki pirogronianu, trójwęglowa cząsteczka wytwarzana w glikolizie, wchodzi do matrycy dla każdej jednej cząsteczki sześciowęglowej glukozy strawiony. Tam pirogronian przechodzi cykl reakcji, które generują materiał do dalszych cykli Krebsa i nie tylko co ważne, nośniki elektronów o wysokiej energii dla następnego etapu metabolizmu tlenowego, transportu elektronów łańcuch. Reakcje te zachodzą na błonie mitochondrialnej i są środkiem uwalniania cząsteczek ATP podczas oddychania tlenowego.

Zwierzęta, rośliny i grzyby to ważne eukarionty zamieszkujące obecnie Ziemię. Podczas gdy zwierzęta wykorzystują glukozę i tlen do wytwarzania paliwa, wody i dwutlenku węgla, rośliny wykorzystują wodę, dwutlenek węgla i energię słoneczną do produkcji tlenu i glukozy. Jeśli ten układ nie wygląda na przypadek, to nie jest; proces, który rośliny wykorzystują do swoich potrzeb metabolicznych, nazywa się fotosyntezą i jest to zasadniczo oddychanie tlenowe przebiegające dokładnie w przeciwnym kierunku.

Ponieważ komórki roślinne nie rozkładają produktów ubocznych glukozy za pomocą tlenu, nie mają ani nie potrzebują mitochondriów. Zamiast tego rośliny posiadają chloroplasty, które w efekcie przekształcają energię świetlną w energię chemiczną. Każda komórka roślinna ma od 15 lub 20 do około 100 chloroplastów, które, podobnie jak mitochondria w komórkach zwierzęcych, uważane są kiedyś za wolnostojące. bakterie w dniach przed ewolucją eukariontów po pozornym pochłonięciu tych mniejszych organizmów i włączeniu mechanizmu metabolicznego tych bakterii do ich posiadać.

Jeśli mitochondria są elektrowniami komórek, rybosomy są fabrykami. Rybosomy nie są związane błonami, a zatem nie są technicznie organellami, ale dla wygody często są one grupowane z prawdziwymi organellami.

Rybosomy znajdują się w cytoplazmie prokariontów i eukariontów, ale na tych ostatnich są one często przyłączone do retikulum endoplazmatycznego. Składają się z około 60 procent białka i około 40 procent rRNA. rRNA jest kwasem nukleinowym, takim jak DNA, informacyjny RNA (mRNA) i transferowy RNA (tRNA).

Rybosomy istnieją z jednego prostego powodu: do produkcji białek. Robią to poprzez proces translacji, który jest konwersją instrukcji genetycznych zakodowanych w rRNA poprzez DNA na produkty białkowe. Rybosomy łączą białka z 20 rodzajów aminokwasów w organizmie, z których każdy jest transportowany do rybosomu przez określony typ tRNA. Kolejność, w jakiej te aminokwasy są dodawane, jest określona przez mRNA, z których każdy zawiera informacje pochodzące z pojedynczego Gen DNA – czyli odcinek DNA, który służy jako plan dla pojedynczego produktu białkowego, czy to enzymu, hormonu czy oka pigment.

Translacja jest uważana za trzecią i ostatnią część tak zwanego centralnego dogmatu biologii na małą skalę: DNA wytwarza mRNA, a mRNA wytwarza lub przynajmniej zawiera instrukcje dla białek. W wielkim schemacie rybosom jest jedyną częścią komórki, która jednocześnie opiera się na wszystkich trzech standardowych typach RNA (mRNA, rRNA i tRNA), aby funkcjonować.

Większość pozostałych organelli to pewnego rodzaju pęcherzyki lub biologiczne „worki”. Ciała Golgiego, które w badaniu mikroskopowym mają charakterystyczny układ „naleśników” zawierają nowo zsyntetyzowane białka; ciała Golgiego uwalniają je w małych pęcherzykach, ściskając je, w którym to momencie te małe ciała mają swoją własną zamkniętą błonę. Większość z tych małych pęcherzyków kończy się w siateczce endoplazmatycznej, która jest jak autostrada lub system kolejowy dla całej komórki. Niektóre rodzaje endoplazmatyczne mają wiele rybosomów, które są do nich przyczepione, co nadaje im „szorstki” wygląd pod mikroskopem; w związku z tym organelle te noszą nazwę szorstkiej retikulum endoplazmatycznego lub RER. W przeciwieństwie do tego, retikulum endoplazmatyczne wolne od rybosomów nazywa się siateczką endoplazmatyczną gładką lub SER.

Komórki zawierają również lizosomy, pęcherzyki zawierające silne enzymy, które rozkładają odpady lub niechcianych gości. To jak odpowiedź komórkowa dla ekipy sprzątającej.