Что делают все части клетки?

Клетки - это основные строительные блоки жизни. Менее поэтично, они представляют собой мельчайшие единицы живых существ, которые сохраняют все основные свойства, связанные с самой жизнью (например, синтез белка, потребление топлива и генетический материал). В результате, несмотря на свой крошечный размер, клетки должны выполнять широкий спектр функций, как скоординированных, так и независимых. Это, в свою очередь, означает, что они должны содержать широкий спектр различных физических частей.

Большинство прокариотических организмов состоят только из одной клетки, тогда как тела эукариот, таких как вы, содержат триллионы. Эукариотические клетки содержат специализированные структуры, называемые органеллами, которые включают мембрану, аналогичную той, которая окружает всю клетку. Эти органеллы являются наземными войсками клетки, постоянно следя за тем, чтобы все текущие потребности клетки были удовлетворены.

Все клетки содержат, как минимум, клеточную мембрану, генетический материал и цитоплазму, также называемую цитозолем. Этот генетический материал - дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК. У прокариот ДНК группируется в одной части цитоплазмы, но не окружена мембраной, потому что только у эукариот есть ядро. Все клетки имеют клеточную мембрану, состоящую из бислоя фосфолипидов; прокариотические клетки имеют клеточную стенку непосредственно за пределами клеточной мембраны для дополнительной стабильности и защиты. Клетки растений, которые наряду с грибами и животными являются эукариотами, также имеют клеточные стенки.

Во всех клетках также есть рибосомы. У прокариот они свободно плавают в цитоплазме; у эукариот они обычно связаны с эндоплазматической сетью. Рибосомы часто классифицируют как тип органелл, но в некоторых схемах они не квалифицируются как таковые из-за отсутствия мембраны. Отсутствие маркировки органелл рибосом делает схему «органеллы есть только у эукариот» согласованной. Эти эукариотические органеллы включают, помимо эндоплазматического ретикулума, митохондрии (или у растений, хлоропласты), тельца Гольджи, лизосомы, вакуоли и цитоскелет.

Клеточная мембрана, также называемая плазматической мембраной, является физической границей между внутренней средой клетки и внешним миром. Однако не следует путать эту основную оценку с предположением, что клеточная мембрана играет просто защитную роль или что мембрана - это просто некоторая произвольная линия свойств. Эта особенность всех клеток, как прокариотических, так и эукариотических, является продуктом эволюции в течение нескольких миллиардов лет и находится в стадии разработки. на самом деле многофункциональное, динамичное чудо, которое, возможно, функционирует больше как сущность с подлинным интеллектом, чем просто барьер.

Клеточная мембрана, как известно, состоит из бислоя фосфолипидов, что означает, что она состоит из двух идентичных слоев, состоящих из молекул фосфолипидов (или, точнее, фосфоглицеролипидов). Каждый отдельный слой асимметричен и состоит из отдельных молекул, которые имеют что-то вроде кальмаров или воздушных шаров с несколькими кисточками. «Головки» - это фосфатные части, которые имеют общий электрохимический дисбаланс заряда и, таким образом, считаются полярными. Поскольку вода также является полярной и поскольку молекулы с аналогичными электрохимическими свойствами имеют тенденцию к агрегированию вместе, эта часть фосфолипида считается гидрофильной. «Хвосты» - это липиды, а именно пара жирных кислот. В отличие от фосфатов, они не заряжены и поэтому гидрофобны. Фосфат присоединен к одной стороне трехуглеродного остатка глицерина в середине молекулы, а две жирные кислоты присоединены к другой стороне.

Поскольку гидрофобные липидные хвосты спонтанно связываются друг с другом в растворе, бислой устроен так, что два фосфатные слои обращены наружу и внутрь клетки, тогда как два липидных слоя смешиваются на внутренней стороне двухслойный. Это означает, что двойные мембраны выровнены как зеркальные отражения, как две стороны вашего тела.

Мембрана не просто предотвращает попадание вредных веществ внутрь. Он избирательно проницаем, позволяя проникать жизненно важным веществам, но не позволяя другим, как вышибала в модном ночном клубе. Это также позволяет выборочно выбрасывать отходы. Некоторые белки, встроенные в мембрану, действуют как ионные насосы для поддержания равновесия (химического баланса) внутри клетки.

Цитоплазма клетки, также называемая цитозолем, представляет собой тушенку, в которой «плавают» различные компоненты клетки. Все клетки, прокариотические и эукариотические, имеют цитоплазму, без которой клетка не могла бы иметь структурную целостность больше, чем пустой баллон.

Если вы когда-нибудь видели желатиновый десерт с кусочками фруктов внутри, вы могли бы подумать о желатине. сам как цитоплазма, фрукт как органеллы и блюдо, содержащее желатин как клеточная мембрана или клетка стена. Цитоплазма по консистенции водянистая, ее еще называют матрицей. Независимо от типа рассматриваемой клетки, цитоплазма содержит гораздо более высокую плотность белков и молекулярных «механизмов», чем океанская вода или любой неживой организм. окружающая среда, которая является свидетельством той роли, которую клеточная мембрана выполняет в поддержании гомеостаза (другое слово для «равновесия» применительно к живым существам) внутри клетки.

У прокариот генетический материал клетки, ДНК, которую она использует для воспроизводства, а также для управления остальной частью клетки для производства белковых продуктов для живого организма, находится в цитоплазме. У эукариот он заключен в структуру, называемую ядром.

Ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая физически похожа на плазматическую мембрану клетки. Ядерная оболочка содержит ядерные поры, которые позволяют входить и выходить определенным молекулам. Эта органелла является самой большой в любой клетке, на нее приходится до 10 процентов объема клетки, и ее легко увидеть с помощью любого микроскопа, достаточно мощного, чтобы обнаружить сами клетки. Ученые знали о существовании ядра с 1830-х годов.

Внутри ядра находится хроматин, название формы, которую принимает ДНК, когда клетка не готовится к делению: свернутая, но не разделенная на хромосомы, которые кажутся отчетливыми при микроскопии. Ядрышко - это часть ядра, содержащая рекомбинантную ДНК (рДНК), ДНК, предназначенную для синтеза рибосомальной РНК (рРНК). Наконец, нуклеоплазма представляет собой водянистое вещество внутри ядерной оболочки, аналогичное цитоплазме в самой клетке.

Помимо хранения генетического материала, ядро ​​определяет, когда клетка будет делиться и воспроизводиться.

Митохондрии находятся у эукариот животных и представляют собой «энергетические установки» клеток, поскольку в этих продолговатых органеллах происходит аэробное дыхание. Аэробное дыхание генерирует от 36 до 38 молекул АТФ или аденозинтрифосфата (основного источника энергии клеток) на каждую молекулу глюкозы (основной топливной валюты организма), которую она потребляет; гликолиз, с другой стороны, для протекания которого не требуется кислород, генерирует только одну десятую этого количества энергии (4 АТФ на молекулу глюкозы). Бактерии могут обойтись только за счет гликолиза, а эукариоты - нет.

Аэробное дыхание происходит в два этапа в двух разных местах митохондрий. Первым шагом является цикл Кребса, серия реакций, которые происходят в митохондриальном матриксе, который сродни нуклеоплазме или цитоплазме в другом месте. В цикле Кребса, также называемом циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновых кислот, две молекулы пирувата, трехуглеродная молекула, образующаяся при гликолизе, входит в матрицу на каждую молекулу шестиуглеродной глюкозы. потребляется. Там пируват претерпевает цикл реакций, в результате которых образуется материал для дальнейших циклов Кребса и т. Д. что важно, носители высокоэнергетических электронов для следующего этапа аэробного метаболизма, транспорта электронов цепь. Эти реакции происходят на митохондриальной мембране и являются средством высвобождения молекул АТФ во время аэробного дыхания.

Животные, растения и грибы - известные эукариоты, населяющие в настоящее время Землю. В то время как животные используют глюкозу и кислород для производства топлива, воды и углекислого газа, растения используют воду, углекислый газ и солнечную энергию для производства кислорода и глюкозы. Если это расположение не похоже на совпадение, это не так; Процесс, который растения используют для удовлетворения своих метаболических потребностей, называется фотосинтезом, и по сути это аэробное дыхание, идущее в прямо противоположном направлении.

Поскольку клетки растений не расщепляют побочные продукты глюкозы с помощью кислорода, они не имеют митохондрий или нуждаются в них. Вместо этого растения обладают хлоропластами, которые фактически преобразуют световую энергию в химическую энергию. Каждая растительная клетка имеет от 15 или 20 до примерно 100 хлоропластов, которые, как и митохондрии в клетках животных, как полагают, когда-то существовали как отдельно стоящие. бактерии за несколько дней до того, как эукариоты эволюционировали после того, как очевидно поглотили эти более мелкие организмы и включили метаболический механизм этих бактерий в свои собственный.

Если митохондрии - это электростанции клеток, то рибосомы - это фабрики. Рибосомы не связаны мембранами и, таким образом, технически не являются органеллами, но для удобства их часто группируют с настоящими органеллами.

Рибосомы находятся в цитоплазме прокариот и эукариот, но на последних они часто прикрепляются к эндоплазматической сети. Они состоят примерно на 60 процентов из белка и примерно из 40 процентов рРНК. рРНК представляет собой нуклеиновую кислоту, такую ​​как ДНК, информационная РНК (мРНК) и транспортная РНК (тРНК).

Рибосомы существуют по одной простой причине: для производства белков. Они делают это посредством процесса трансляции, который представляет собой преобразование генетических инструкций, закодированных в рРНК через ДНК, в белковые продукты. Рибосомы собирают белки из 20 типов аминокислот в организме, каждая из которых перемещается в рибосому с помощью определенного типа тРНК. Порядок, в котором эти аминокислоты добавляются, определяется мРНК, каждая из которых содержит информацию, полученную из одного Ген ДНК - то есть длина ДНК, которая служит планом для одного белкового продукта, будь то фермент, гормон или глаз. пигмент.

Трансляция считается третьей и последней частью так называемой центральной догмы мелкомасштабной биологии: ДНК создает мРНК, а мРНК создает или, по крайней мере, несет инструкции для белков. В общей схеме рибосома - единственная часть клетки, которая одновременно полагается на все три стандартных типа РНК (мРНК, рРНК и тРНК) для своего функционирования.

Большинство оставшихся органелл представляют собой пузырьки или какие-то биологические «мешочки». Тельца Гольджи, которые при микроскопическом исследовании имеют характерное расположение «блинчиков», содержат недавно синтезированные белки; Тельца Гольджи высвобождают их в виде маленьких пузырьков, отщипывая их, и в этот момент эти маленькие тела имеют свою собственную закрытую мембрану. Большинство этих маленьких пузырьков попадают в эндоплазматический ретикулум, который для всей клетки похож на систему шоссе или железной дороги. К некоторым видам эндоплазмы прикреплено множество рибосом, что придает им «грубый» вид под микроскопом; соответственно, эти органеллы называют грубым эндоплазматическим ретикулумом или RER. Напротив, эндоплазматическая сеть без рибосом называется гладкой эндоплазматической сетью или SER.

Клетки также содержат лизосомы, везикулы, содержащие мощные ферменты, расщепляющие отходы или нежелательных посетителей. Это как сотовый ответ бригаде по уборке.