Związek między strukturą a funkcją komórki

„Forma pasuje do funkcji” to refren częsty w świecie zarówno naturalnej, jak i ludzkiej formy inżynierii. Kiedy chodzi o celową konstrukcję narzędzia codziennego użytku, często jest to oczywiste: małe dziecko, które otrzymało łopatę, szklankę, parę skarpet lub młotek, prawdopodobnie mogłoby stosunkowo łatwo określić, do czego służą te narzędzia, podczas gdy w przypadku, powiedzmy, łańcucha rowerowego lub obroży dla psa osobno, zagadka jest znacznie trudniejsza do rozwiązania. rozwiązać.

Naturalne struktury, powstałe w ciągu milionów lat ewolucji, pozostają na miejscu ponieważ zostały wybrane ze względu na korzyści związane z przetrwaniem, które dają organizmom, które posiadać je. Tak jest w przypadku komórek, które są najprostszymi strukturami naturalnymi, które posiadają wszystkie właściwości jednostki dynamicznej znanej jako życie: reprodukcja, metabolizm, utrzymanie równowagi chemicznej i fizycznej trwałości.

Podobnie jak w świecie „makro”, sposób, w jaki części komórki mówią o swoich funkcjach – zarówno tych, które są samotne i te, które są zintegrowane z resztą komórki – to fascynujący temat samej biologii dobrze.

Skład i funkcja komórek różnią się znacznie zarówno między organizmami, jak i, w przypadku złożonych organizmów wielokomórkowych, między różnymi tkankami i narządami tego samego organizmu. Ale wszystkie komórki mają wiele wspólnych elementów. Obejmują one:

• Błona komórkowa: Ta struktura tworzy zewnętrzną wyściółkę komórki i jest odpowiedzialna zarówno za fizyczną integralność komórki, jak i za umożliwienie przenikania i wychodzenia pewnych substancji, jednocześnie uniemożliwiając przejście innym. W rzeczywistości składa się z podwójna membrana plazmowa.
• Cytoplazma: Tworzy to wewnętrzną substancję komórek i składa się z wodnistej matrycy, która wspiera inne wewnętrzne treści komórek, takie jak rusztowanie. Płynna, nieorganella część nazywana jest cytozol, a większość reakcji chemicznych w komórce zachodzi tutaj za pomocą białek zwanych enzymami.
• Materiał genetyczny: Materiał genetyczny, którego kompletną kopię zawiera prawie każda komórka organizmu, niesie informacje potrzebne do syntezy białek w postaci kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA). DNA jest tym, co jest przekazywane kolejnym pokoleniom podczas procesu rozrodczego.
• Rybosomy: Białka te są odpowiedzialne za produkcję wszystkich białek potrzebnych organizmowi. Obierają kierunek od informacyjnego kwasu rybonukleinowego (mRNA). Na rybosomach poszczególne aminokwasy są połączone ze sobą, tworząc łańcuchy, tworząc białka. mRNA jest tworzony przez DNA w procesie zwanym transkrypcja; konwersja instrukcji mRNA w białka na rybosomach, które składają się z dwóch podjednostek, jest znana jako tłumaczenie.

Żywe rzeczy można podzielić na dwa typy: Prokariota, które obejmują domeny Bakterie i Archaea oraz eukarionty, które składają się z domeny Eukariota. Większość prokariontów to organizmy jednokomórkowe, podczas gdy prawie wszystkie eukarionty – rośliny, zwierzęta i grzyby – są wielokomórkowe.

Komórki prokariotyczne obejmują cztery już opisane struktury, ale niewiele więcej, chociaż bakterie mają ściany komórkowe. Wiele z nich ma również komórkę kapsuła; ich podstawową funkcją jest ochrona. Niektóre prokarionty mają również na swojej powierzchni struktury przypominające bicz, zwane wici. Jak można się domyślić po ich wyglądzie, służą one głównie do poruszania się.

Natomiast komórki eukariotyczne są bogate w: organelle, które są jednostkami związanymi z błoną, które służą komórce w określony sposób. Co ważne, eukarionty przechowują swoje DNA w a jądro, podczas gdy u prokariontów, które nie mają żadnych wewnętrznych struktur związanych z błoną, DNA unosi się w luźnym skupisku w cytoplazmie zwanym region nukleoidowy.

Związek między częściami komórki a ich funkcjami jest zilustrowany elegancją i przejrzystością w organellach eukariontów. Z kolei wszystkie organelle mają błonę plazmatyczną. Każda błona komórkowa - w tym zewnętrzna, nazwana błona komórkowa, a także błony zawierające organelle - składa się z fosfolipiddwuwarstwowy.

Ta dwuwarstwa składa się z dwóch oddzielnych „arkuszów” zwróconych do siebie w lustrzanym odbiciu. Wewnątrz znajduje się hydrofobowy, lub hydrofobowe, części każdej warstwy, które składają się z lipidów w postaci kwasów tłuszczowych. Natomiast zewnętrzne części są hydrofilowy, lub poszukiwanie wody i składa się z części fosforanowych cząsteczek fosfolipidów.

Tak więc jedna „ściana” hydrofilowych główek fosforanowych skierowana jest do wnętrza organelli (lub w przypadku błony komórkowej per se, cytoplazma), podczas gdy druga jest zwrócona na zewnątrz lub cytoplazmatyczna strona (lub w przypadku błony komórkowej na zewnątrz środowisko).

Struktura membrany jest taka, że ​​małe cząsteczki, takie jak glukoza i woda, mogą swobodnie dryfować między cząsteczki fosfolipidów, podczas gdy większe nie mogą i muszą być aktywnie wpompowywane lub wypuszczane (lub uniemożliwiać przejście, Kropka). Ponownie struktura pasuje do funkcji.

Chociaż nie jest zwykle nazywane organellą ze względu na jej najwyższe znaczenie, jądro jest w rzeczywistości ucieleśnieniem jednego. Jego błona plazmatyczna nazywa się koperta jądrowa. Jądro zawiera DNA zapakowane w chromatyna, czyli materia bogata w białko podzielona na chromosomy.

Kiedy chromosomy dzielą się, a wraz z nimi jądro, proces ten nazywa się mitoza. Aby tak się stało, wrzeciono mitotyczne musi powstać w jądrze, które jest zasadniczo mózgiem komórki i zużywa znaczną część całkowitej objętości większości komórek.

Te mniej więcej owalne organelle są elektrowniami eukariontów, ponieważ są miejscem oddychania tlenowego („z tlenem”), źródłem większość energii, którą eukarionty czerpią ze spożywanego przez siebie paliwa (w przypadku zwierząt) lub syntetyzują za pomocą światła słonecznego (w przypadku rośliny).

Uważa się, że mitochondria powstały ponad 2 miliardy lat temu, kiedy bakterie tlenowe znalazły się w istniejących, nietlenowych komórkach i zaczęły z nimi współpracować metabolicznie. Liczne fałdy w ich błonie, gdzie faktycznie zachodzi oddychanie tlenowe, to kolejny przykład zbieżności struktury i funkcji w komórkach.

Ta błoniasta struktura jest raczej jak „autostrada”, ponieważ sięga od jądra (i faktycznie jest połączona z jego błoną), przez komórkę, aż do najdalszych zakątków cytoplazmy. Przenosi i modyfikuje produkty białkowe wytwarzane przez rybosomy.

Nazywa się niektóre retikulum endoplazmatyczne szorstka siateczka śródplazmatyczna ponieważ jest wysadzany rybosomami, co można zobaczyć pod mikroskopem; formy pozbawione rybosomów są odpowiednio nazywane gładka retikulum endoplazmatyczne.

Aparat Golgiego jest podobny do retikulum endoplazmatycznego, ponieważ pakuje i przetwarza białka i inne komórki generowanegener substancji, ale jest ułożony w okrągłe krążki ułożone w stos, podobnie jak rolka monet lub stos maleńkich naleśników.

Lizosomy są centrami usuwania odpadów w komórce, a zatem te małe ciała kuliste mają enzymy, które rozpuszczają i wydzielają produkty rozpadu komórek wynikające z codziennego metabolizmu. Lizosomy są właściwie rodzajem wakuola, nazwa pustej, połączonej z błoną jednostki w komórkach, której celem jest służenie jako pojemnik na pewnego rodzaju chemikalia.

cytoszkielet jest zrobiony z mikrotubule, białka ułożone jak maleńkie pędy bambusa i służące jako strukturalne dźwigary i belki nośne. Rozciągają się one na całą cytoplazmę od jądra do błony komórkowej.