Relația dintre structura și funcția celulei

„Forma funcției se potrivește” este un refren comun în lumea atât a formelor naturale, cât și a celor umane ale ingineriei. Când se pune problema construcției intenționate a unui instrument de zi cu zi, acest lucru este adesea evident: un copil mic care primește o lopată, un pahar de băut, o pereche de șosete sau un ciocan ar putea probabil stabiliți cu relativă ușurință pentru ce sunt aceste instrumente, în timp ce în cazul, să zicem, un lanț de bicicletă sau un guler de câine izolat, puzzle-ul este considerabil mai dificil de rezolva.

Structurile naturale, formate pe parcursul a milioane de ani de evoluție, rămân la locul lor deoarece au fost selectate din cauza avantajelor de supraviețuire pe care le oferă organismelor că le posedă. Acesta este cazul celulelor, care sunt cele mai simple structuri naturale care au toate proprietățile entității dinamice cunoscute sub numele de viaţă: reproducere, metabolism, menținerea echilibrului chimic și a solidității fizice.

La fel ca în lumea „macro”, modul în care părțile unei celule vorbesc despre funcțiile lor - atât pe cele care stau singure iar cele care sunt integrate cu restul celulei - este un subiect fascinant de biologie în sine dreapta.

Compoziția și funcția celulelor variază considerabil atât între organisme, cât și, în cazul organismelor multicelulare complexe, între diferite țesuturi și organe din același organism. Dar toate celulele au o serie de elemente în comun. Acestea includ:

• Membrana celulara: Această structură formează căptușeala exterioară a celulei și este responsabilă atât pentru integritatea fizică a celulei, cât și pentru a permite anumitor substanțe să treacă înăuntru și în afară, în timp ce refuză trecerea altora. De fapt constă dintr-un membrana plasmatică dublă.
• Citoplasma: Aceasta formează substanța interioară a celulelor și constă dintr-o matrice apoasă care susține alte conținuturi de celule interioare, precum o schelă. Porțiunea lichidă, neorganală, se numește citosol, iar majoritatea reacțiilor chimice din celulă apar aici cu ajutorul proteinelor numite enzime.
• Material genetic: Materialul genetic, pe care aproape fiecare celulă a organismului îl conține o copie completă, poartă informațiile necesare pentru sinteza proteinelor sub formă de acidul dezoxiribonucleic (ADN). ADN este ceea ce este transmis de-a lungul generațiilor următoare în timpul procesului de reproducere.
• Ribozomi: Aceste proteine ​​sunt responsabile pentru fabricarea tuturor proteinelor de care organismul are nevoie. Ei iau direcția de la acidul ribonucleic mesager (ARNm). Pe ribozomi, aminoacizii individuali sunt legați între ei pentru a crea lanțuri, formând proteine. ARNm este produs de ADN într-un proces numit transcriere; conversia instrucțiunilor ARNm în proteine ​​pe ribozomi, care constă din două subunități, este cunoscută sub numele de traducere.

Lucrurile vii pot fi împărțite în două tipuri: Procariote, care includ domeniile Bacteria și Archaea și eucariote, care constau din domeniul Eukaryota. Cele mai multe procariote sunt organisme unicelulare, în timp ce aproape toate eucariotele - plante, animale și ciuperci - sunt multicelulare.

Celulele procariote includ cele patru structuri descrise deja, dar nu multe altele, deși bacteriile au pereții celulari. Mulți dintre ei au și o celulă capsulă; funcția principală a acestora este protecția. Unele procariote au, de asemenea, structuri asemănătoare biciului pe suprafața lor numite flagel. După cum puteți ghici din aspectul lor, acestea sunt utilizate în principal pentru locomoție.

În schimb, celulele eucariote sunt bogate în organite, care sunt entități legate de membrană care deservesc celula în moduri specifice. Important, eucariotele își păstrează ADN-ul într-un nucleu, în timp ce la procariote, cărora le lipsește structurile interne legate de membrană de orice fel, ADN-ul plutește într-un cluster liber din citoplasmă numit regiunea nucleoidă.

Relația dintre părțile unei celule și funcțiile lor este exemplificată cu eleganță și claritate în organele eucariotelor. La rândul său, toate organitele prezintă o membrană plasmatică. Fiecare membrană plasmatică din celule - inclusiv membrana celulară exterioară, denumită, precum și membranele care înglobează organele - este formată dintr-o fosfolipidbistrat.

Acest strat strat este format din două „foi” individuale orientate una spre cealaltă într-un mod de imagine oglindă. Interiorul prezintă hidrofob, sau hidrofug, porțiuni din fiecare strat, care constau din lipide sub formă de acizi grași. În schimb, porțiunile exterioare sunt hidrofil, sau căutare de apă, și constau din porțiuni de fosfat ale moleculelor de fosfolipide.

Astfel, un „perete” de capete de fosfat hidrofil se îndreaptă spre interiorul organetului (sau în cazul membranei celulare în sine, citoplasmă), în timp ce cealaltă se confruntă cu partea exterioară sau citoplasmatică (sau, în cazul membranei celulare, cu exteriorul mediu inconjurator).

Structura membranei este de așa natură încât moleculele mici precum glucoza și apa se pot deplasa liber între moleculele fosfolipidice, în timp ce cele mai mari nu pot și trebuie pompate activ în interiorul sau în afara (sau refuzată trecerea, perioadă). Din nou, structura se potrivește funcției.

Deși nu este denumit de obicei un organel din cauza importanței sale supreme, nucleul este de fapt întruchiparea unuia. Membrana sa plasmatică se numește plic nuclear. Nucleul conține ADN ambalat în cromatină, care este o substanță bogată în proteine ​​împărțită în cromozomi.

Când cromozomii se divid și nucleul cu ei, procesul este numit mitoză. Pentru ca acest lucru să se întâmple, fus mitotic trebuie creat în interiorul nucleului, care este în esență creierul celulei și consumă o fracțiune semnificativă din volumul total al majorității celulelor.

Aceste organite de formă aproximativ ovală sunt centralele eucariotelor, deoarece sunt locul respirației aerobe („cu oxigen”), sursa cea mai mare parte a energiei pe care eucariotele o derivă din combustibilul pe care îl consumă (în cazul animalelor) sau se sintetizează cu ajutorul luminii solare (în cazul plante).

Se crede că mitocondriile au apărut în urmă cu peste 2 miliarde de ani, când bacteriile aerobe s-au înfășurat în interiorul celulelor non-aerobe existente și au început să coopereze cu ele metabolic. Numeroasele pliuri din membrana lor, unde are loc respirația aerobă, este un alt exemplu de confluență a structurii și funcției în celule.

Această structură membranoasă seamănă mai degrabă cu o „autostradă” prin aceea că ajunge din nucleu (și este de fapt legată de membrana sa), prin celulă, până la extremitățile citoplasmei. Poartă și modifică produsele proteice produse de ribozomi.

Unele reticule endoplasmatice se numesc reticul endoplasmatic aspru deoarece este împânzit cu ribozomi, așa cum se poate observa la microscop; formele lipsite de ribozomi se numesc în mod corespunzător reticul endoplasmatic neted.

aparate Golgi este similar cu reticulul endoplasmatic prin aceea că ambalează și procesează proteine ​​și alte celule generate substanțe, dar este aranjat în discuri rotunde stivuite, la fel ca o rolă de monede sau un teanc de clătite minuscule.

Lizozomi sunt centrele de eliminare a deșeurilor celulare și, în consecință, aceste mici corpuri globulare au enzime care se dizolvă și distribuie produse de descompunere a celulelor rezultate din metabolismul zilnic. Lizozomii sunt de fapt un tip de vacuol, un nume pentru o unitate goală, legată de membrană, în celule al căror scop este de a servi drept recipient pentru substanțe chimice de un fel.

citoschelet este fabricat din microtubuli, proteine ​​aranjate ca niște lăstari mici de bambus și care servesc drept grinzi și grinzi de sprijin structural. Acestea se extind pe întreaga citoplasmă de la nucleu la membrana celulară.