Ce fac toate părțile unei celule?

Celulele sunt elementele de bază ale vieții. Mai puțin poetice, acestea sunt cele mai mici unități de viețuitoare care păstrează toate proprietățile de bază asociate cu viața însăși (de exemplu, sinteza proteinelor, consumul de combustibil și materialul genetic). Ca urmare, în ciuda dimensiunilor lor mici, celulele trebuie să îndeplinească o mare varietate de funcții, atât coordonate, cât și independente. La rândul său, acest lucru înseamnă că trebuie să conțină o gamă largă de părți fizice distincte.

Majoritatea organismelor procariote sunt formate dintr-o singură celulă, în timp ce corpurile eucariotelor, cum ar fi dumneavoastră, conțin trilioane. Celulele eucariote conțin structuri specializate numite organite, care includ o membrană similară cu cea care înconjoară întreaga celulă. Aceste organite sunt trupele terestre ale celulei, asigurându-se continuu că toate nevoile celulei de la moment la moment sunt satisfăcute.

Toate celulele conțin, la minimum absolut, o membrană celulară, material genetic și citoplasmă, numită și citosol. Acest material genetic este acidul dezoxiribonucleic sau ADN. La procariote, ADN-ul este grupat într-o parte a citoplasmei, dar nu este închis de o membrană, deoarece doar eucariotele au un nucleu. Toate celulele au o membrană celulară formată dintr-un strat strat fosfolipidic; celulele procariote au un perete celular direct în afara membranei celulare pentru stabilitate și protecție suplimentară. Celulele plantelor, care împreună cu ciupercile și animalele sunt eucariote, au și pereți celulari.

Toate celulele au și ribozomi. La procariote, acestea plutesc liber în citoplasmă; în eucariote sunt de obicei legate de reticulul endoplasmatic. Ribozomii sunt adesea clasificați ca un tip de organet, dar în unele scheme nu se califică ca atare, deoarece le lipsește o membrană. Neretichetarea organelor ribozomilor face ca schemele „singurele eucariote să aibă organite” să fie consistente. Aceste organite eucariote includ, pe lângă reticulul endoplasmatic, mitocondriile (sau în plante, cloroplastele), corpurile Golgi, lizozomii, vacuolele și citoscheletul.

Membrana celulară, numită și membrana plasmatică, este o graniță fizică între mediul intern al celulei și lumea exterioară. Cu toate acestea, nu confundați această evaluare de bază cu sugestia că rolul membranei celulare este doar protector sau că membrana este doar un fel de linie de proprietate arbitrară. Această caracteristică a tuturor celulelor, procariote și eucariote, este produsul a câteva miliarde de ani de evoluție și se află în de fapt, o minune multifuncțională, dinamică, care funcționează, probabil, mai mult ca o entitate cu inteligență autentică decât ca o simplă barieră.

Membrana celulară este formată dintr-un strat strat de fosfolipide, ceea ce înseamnă că este compusă din două straturi identice formate din molecule de fosfolipide (sau mai bine, fosfoglicerolipide). Fiecare strat unic este asimetric, constând din molecule individuale care au o relație cu calmarii sau cu baloane care poartă câteva ciucuri. „Capetele” sunt porțiunile de fosfat, care au un dezechilibru net de sarcină electrochimică și sunt astfel considerate polare. Deoarece apa este, de asemenea, polară și deoarece moleculele cu proprietăți electrochimice similare tind să se agregeze împreună, această parte a fosfolipidului este considerată hidrofilă. „Cozile” sunt lipide, în mod specific o pereche de acizi grași. Spre deosebire de fosfați, aceștia sunt neîncărcați și, astfel, hidrofobi. Fosfatul este atașat la o parte a unui reziduu de glicerol cu ​​trei carbon în mijlocul moleculei, iar cei doi acizi grași sunt uniți cu cealaltă parte.

Deoarece cozile lipidice hidrofobe se asociază spontan între ele în soluție, bistratul este configurat astfel încât cele două straturile de fosfat sunt orientate spre exterior și spre interiorul celulei, în timp ce cele două straturi lipidice se amestecă în interiorul bistrat. Aceasta înseamnă că membranele duble sunt aliniate ca imagini în oglindă, precum cele două părți ale corpului.

Membrana nu ține doar substanțele dăunătoare să ajungă în interior. Este permeabil în mod selectiv, permițând substanțelor vitale, dar interzicându-le pe altele, cum ar fi bouncerul într-un club de noapte la modă. De asemenea, permite selectiv evacuarea deșeurilor. Unele proteine ​​încorporate în membrană acționează ca pompe de ioni pentru a menține echilibrul (echilibrul chimic) în interiorul celulei.

Citoplasma celulară, denumită alternativ citosol, reprezintă tocană în care „înoată” diferitele componente ale celulei. Toate celulele, procariote și eucariote, au o citoplasmă, fără de care celula nu ar putea avea mai multă integritate structurală decât ar putea avea un balon gol.

Dacă ați văzut vreodată un desert de gelatină cu bucăți de fructe încorporate în interior, s-ar putea să vă gândiți la gelatină ea însăși ca citoplasmă, fructul ca organite și vasul care deține gelatina ca membrană celulară sau celulă perete. Consistența citoplasmei este apoasă și este menționată și ca matrice. Indiferent de tipul de celulă în cauză, citoplasma conține o densitate mult mai mare de proteine ​​și „mașini” moleculare decât apa de ocean sau orice alt tip de viață mediu, care este o dovadă a muncii pe care o realizează membrana celulară în menținerea homeostaziei (un alt cuvânt pentru „echilibru” aplicat ființelor vii) din interior celule.

În procariote, materialul genetic al celulei, ADN-ul pe care îl folosește pentru a se reproduce, precum și pentru a direcționa restul celulei pentru a produce produse proteice pentru organismul viu, se găsește în citoplasmă. În eucariote, este închis într-o structură numită nucleu.

Nucleul este delimitat de citoplasmă de un înveliș nuclear, care este similar din punct de vedere fizic cu membrana plasmatică a celulei. Anvelopa nucleară conține pori nucleari care permit afluxul și ieșirea anumitor molecule. Această organetă este cea mai mare din orice celulă, reprezentând până la 10% din volumul unei celule și este ușor vizibilă folosind orice microscop suficient de puternic pentru a dezvălui celulele în sine. Oamenii de știință au cunoscut existența nucleului încă din anii 1830.

În interiorul nucleului se află cromatina, denumirea pentru forma ADN-ului ia atunci când celula nu se pregătește să se împartă: înfășurat, dar nu separat în cromozomi care apar distincti la microscopie. Nucleolul este partea nucleului care conține ADN recombinant (ADNr), ADN dedicat sintezei ARN ribozomal (ARNr). În cele din urmă, nucleoplasma este o substanță apoasă din interiorul anvelopei nucleare, care este similară cu citoplasma din celula propriu-zisă.

Pe lângă stocarea materialului genetic, nucleul determină când celula se va diviza și se va reproduce.

Mitocondriile se găsesc în eucariote animale și reprezintă „centralele electrice” ale celulelor, deoarece aceste organite alungite sunt locul în care are loc respirația aerobă. Respirația aerobă generează 36 până la 38 de molecule de ATP sau adenozin trifosfat (principala sursă de energie a celulelor) pentru fiecare moleculă de glucoză (ultima valoare a combustibilului) pe care o consumă; glicoliza, pe de altă parte, care nu necesită oxigen pentru a continua, generează doar aproximativ o zecime din această energie (4 ATP pe moleculă de glucoză). Bacteriile pot rezolva numai glicoliza, dar eucariotele nu.

Respirația aerobă are loc în două etape, în două locații diferite în cadrul mitocondriilor. Primul pas este ciclul Krebs, o serie de reacții care apar pe matricea mitocondrială, care este asemănătoare cu nucleoplasma sau citoplasma din alte părți. În ciclul Krebs - numit și ciclul acidului citric sau ciclul acidului tricarboxilic - două molecule de piruvat, o moleculă cu trei carbon produsă în glicoliză, intră în matrice pentru fiecare moleculă de glucoză cu șase carbon consumat. Acolo, piruvatul suferă un ciclu de reacții care generează material pentru cicluri Krebs ulterioare și, mai mult important, purtători de electroni de mare energie pentru următorul pas în metabolismul aerob, transportul de electroni lanţ. Aceste reacții au loc pe membrana mitocondrială și sunt mijloacele prin care moleculele ATP sunt eliberate în timpul respirației aerobe.

Animalele, plantele și ciupercile sunt eucariotele notabile care locuiesc în prezent pe Pământ. În timp ce animalele folosesc glucoza și oxigenul pentru a genera combustibil, apă și dioxid de carbon, plantele folosesc apă, dioxid de carbon și energia solară pentru a alimenta producția de oxigen și glucoză. Dacă acest aranjament nu pare o coincidență, nu este; procesul pe care îl folosesc plantele pentru nevoile lor metabolice se numește fotosinteză și este în esență o respirație aerobă care se execută exact în direcția opusă.

Deoarece celulele vegetale nu descompun produsele secundare ale glucozei folosind oxigen, ele nu au sau au nevoie de mitocondrii. În schimb, plantele posedă cloroplaste, care, de fapt, transformă energia luminii în energie chimică. Fiecare celulă vegetală are de la 15 la 20 până la aproximativ 100 de cloroplaste, care, la fel ca mitocondriile din celulele animale, se crede că au existat odată ca independente bacteriile din zilele dinaintea eucariotelor au evoluat după ce aparent au înghițit aceste organisme mai mici și au încorporat mecanismele metabolice ale acestor bacterii în proprii.

Dacă mitocondriile sunt centralele celulare, ribozomii sunt fabricile. Ribozomii nu sunt legați de membrane și, prin urmare, nu sunt organite din punct de vedere tehnic, dar sunt adesea grupate cu organite adevărate pentru comoditate.

Ribozomii se găsesc în citoplasma procariotelor și eucariotelor, dar pe acestea din urmă sunt adesea atașate de reticulul endoplasmatic. Acestea constau din aproximativ 60% proteine ​​și aproximativ 40% ARNr. ARNr este un acid nucleic, cum ar fi ADN, ARN mesager (ARNm) și ARN de transfer (ARNt).

Ribozomii există dintr-un singur motiv: fabricarea proteinelor. Acestea fac acest lucru prin procesul de traducere, care este conversia instrucțiunilor genetice codificate în ARNr prin ADN în produse proteice. Ribozomii asamblează proteine ​​din cele 20 de tipuri de aminoacizi din organism, fiecare dintre acestea fiind transferat către ribozom de un anumit tip de ARNt. Ordinea în care sunt adăugați acești aminoacizi este specificată de ARNm, fiecare dintre care deține informațiile derivate dintr-un singur Gena ADN - adică o lungime a ADN-ului care servește drept plan pentru un singur produs proteic, fie că este o enzimă, un hormon sau un ochi pigment.

Traducerea este considerată a treia și ultima parte a așa-numitei dogme centrale a biologiei la scară mică: ADN-ul produce ARNm, iar ARNm produce sau cel puțin poartă instrucțiuni pentru proteine. În marea schemă, ribozomul este singura parte a celulei care se bazează simultan pe toate cele trei tipuri standard de ARN (ARNm, ARNr și ARNt) pentru a funcționa.

Majoritatea organelor rămase sunt vezicule sau „saci” biologici, de un fel. Corpurile Golgi, care au un aranjament caracteristic „stivă de clătite” la examinarea microscopică, conțin proteine ​​nou sintetizate; corpurile Golgi le eliberează în vezicule mici prin ciupire, moment în care aceste corpuri mici au propria lor membrană închisă. Cele mai multe dintre aceste vezicule mici ajung în reticulul endoplasmatic, care este ca un sistem de autostradă sau cale ferată pentru întreaga celulă. Unele tipuri de endoplasmice au mulți ribozomi atașați la ele, oferindu-le un aspect „dur” la microscop; în consecință, aceste organite poartă denumirea de reticul endoplasmatic dur sau RER. În schimb, reticulul endoplasmatic fără ribozomi se numește reticul endoplasmatic neted sau SER.

Celulele conțin, de asemenea, lizozomi, vezicule care conțin enzime puternice care descompun deșeurile sau vizitatorii nedoriti. Acestea sunt ca răspunsul celular la un echipaj de curățare.