Čo robia všetky časti bunky?

Bunky sú základnými stavebnými kameňmi života. Menej poeticky sú to najmenšie jednotky živých vecí, ktoré si zachovávajú všetky základné vlastnosti spojené so samotným životom (napr. Syntéza bielkovín, spotreba paliva a genetický materiál). Výsledkom je, že napriek svojej malej veľkosti musia bunky vykonávať širokú škálu funkcií, koordinovaných aj nezávislých. To zase znamená, že musia obsahovať širokú škálu odlišných fyzických častí.

Väčšina prokaryotických organizmov pozostáva iba z jednej bunky, zatiaľ čo telá eukaryotov, ako ste vy, obsahujú bilióny. Eukaryotické bunky obsahujú špecializované štruktúry nazývané organely, ktoré zahŕňajú membránu podobnú membráne obklopujúcej celú bunku. Tieto organely sú pozemnými jednotkami bunky a neustále sa starajú o to, aby boli splnené všetky okamžité potreby bunky.

Všetky bunky obsahujú v absolútnom minime bunkovú membránu, genetický materiál a cytoplazmu, ktorá sa tiež nazýva cytosol. Týmto genetickým materiálom je kyselina deoxyribonukleová alebo DNA. U prokaryotov je DNA zoskupená v jednej časti cytoplazmy, ale nie je uzavretá membránou, pretože jadro majú iba eukaryoty. Všetky bunky majú bunkovú membránu pozostávajúcu z fosfolipidovej dvojvrstvy; prokaryotické bunky majú bunkovú stenu priamo mimo bunkovú membránu kvôli zvýšenej stabilite a ochrane. Bunky rastlín, ktoré sú spolu s hubami a živočíchmi eukaryoty, majú tiež bunkové steny.

Všetky bunky majú tiež ribozómy. U prokaryotov tieto plávajú voľne v cytoplazme; u eukaryotov sú zvyčajne viazané na endoplazmatické retikulum. Ribozómy sú často klasifikované ako typ organely, ale v niektorých schémach sa nekvalifikujú ako také, pretože im chýba membrána. Vďaka neoznačeniu organozolov ribozómy je schéma „iba eukaryoty majú organely“ konzistentná. Tieto eukaryotické organely zahŕňajú okrem endoplazmatického retikula aj mitochondrie (alebo v rastlinách, chloroplasty), Golgiho telieska, lyzozómy, vakuoly a cytoskelet.

Bunková membrána, ktorá sa tiež nazýva plazmatická membrána, predstavuje fyzickú hranicu medzi vnútorným prostredím bunky a vonkajším svetom. Nezamieňajte však toto základné hodnotenie s domnienkou, že úloha bunkovej membrány je iba ochranná, alebo že membrána predstavuje iba akýsi druh svojvoľnej línie vlastností. Táto vlastnosť všetkých buniek, prokaryotických aj eukaryotických, je produktom niekoľko miliárd rokov evolúcie a je v v skutočnosti multifunkčný, dynamický zázrak, ktorý pravdepodobne funguje skôr ako entita so skutočnou inteligenciou, než ako obyčajná bariéra.

Bunková membrána sa slávne skladá z fosfolipidovej dvojvrstvy, čo znamená, že je zložená z dvoch identických vrstiev pozostávajúcich z fosfolipidových molekúl (alebo presnejšie fosfoglycerolipidov). Každá jednotlivá vrstva je asymetrická a skladá sa z jednotlivých molekúl, ktoré nesú niečo vo vzťahu k chobotniciam alebo balónom s niekoľkými strapcami. „Hlavami“ sú fosfátové časti, ktoré majú čistú nerovnováhu elektrochemického náboja, a preto sa považujú za polárne. Pretože voda je tiež polárna a pretože molekuly s podobnými elektrochemickými vlastnosťami majú tendenciu agregovať sa spolu, považuje sa táto časť fosfolipidu za hydrofilnú. „Chvosty“ sú lipidy, konkrétne pár mastných kyselín. Na rozdiel od fosfátov sú tieto nenabité a teda hydrofóbne. Fosfát je pripojený k jednej strane trojuhlíkového glycerolového zvyšku v strede molekuly a dve mastné kyseliny sú spojené k druhej strane.

Pretože sa hydrofóbne lipidové zvyšky v roztoku spontánne spájajú, je dvojvrstva nastavená tak, že tieto dve fosfátové vrstvy smerujú von a smerom do vnútra bunky, zatiaľ čo dve lipidové vrstvy sa zmiešajú na vnútornej strane dvojvrstva. To znamená, že dvojité membrány sú zarovnané ako zrkadlové obrazy, ako dve strany vášho tela.

Membrána nielenže nezabráni prenikaniu škodlivých látok do interiéru. Je selektívne priepustný a umožňuje životne dôležité látky, ale vylučuje ostatných, ako je vyhadzovač v modernom nočnom klube. Taktiež umožňuje selektívne vyhodenie odpadových produktov. Niektoré proteíny zabudované v membráne fungujú ako iónové pumpy na udržanie rovnováhy (chemickej rovnováhy) v bunke.

Bunková cytoplazma, alternatívne nazývaná cytosol, predstavuje guláš, v ktorom rôzne zložky bunky „plávajú“. Všetky bunky, prokaryotické a eukaryotické, majú cytoplazmu, bez ktorej by bunka nemohla mať štrukturálnu integritu viac ako prázdny balón.

Ak ste niekedy videli želatínový dezert s kúskami ovocia vloženými dovnútra, mohlo by vás napadnúť želatína sama ako cytoplazma, ovocie ako organely a miska, ktorá drží želatínu ako bunková membrána alebo bunka stena. Konzistencia cytoplazmy je vodnatá a označuje sa tiež ako matrica. Bez ohľadu na typ príslušnej bunky obsahuje cytoplazma oveľa vyššiu hustotu proteínov a molekulárnych „mechanizmov“ ako oceánska voda alebo iná neživá voda prostredie, ktoré je svedectvom práce, ktorú bunková membrána vykonáva pri udržiavaní homeostázy (iného slova pre „rovnováhu“ vo vnútri živých vecí) vo vnútri bunky.

U prokaryotov, genetického materiálu bunky, DNA, ktorú používa na reprodukciu a smerovanie zvyšku bunky na výrobu bielkovinových produktov pre živý organizmus, sa nachádza v cytoplazme. U eukaryotov je uzavretý v štruktúre nazývanej jadro.

Jadro je vymedzené z cytoplazmy jadrovým obalom, ktorý je fyzicky podobný plazmatickej membráne bunky. Jadrový obal obsahuje jadrové póry, ktoré umožňujú prítok a výstup určitých molekúl. Táto organela je najväčšia v ktorejkoľvek bunke a predstavuje až 10 percent objemu bunky. Je ľahko viditeľná pomocou ľubovoľného mikroskopu, ktorý je dostatočne výkonný na to, aby odhalil samotné bunky. Vedci vedia o existencii jadra od 30. rokov 18. storočia.

Vo vnútri jadra je chromatín, ktorý má názov formy DNA, keď sa bunka nepripravuje na delenie: zvinutá, ale nerozdelená na chromozómy, ktoré sa pri mikroskopii javia odlišné. Jadro jadra je časť jadra obsahujúca rekombinantnú DNA (rDNA), DNA určenú na syntézu ribozomálnej RNA (rRNA). Nakoniec je nukleoplazma vodnatá látka vo vnútri jadrového obalu, ktorá je obdobou cytoplazmy vo vlastnej bunke.

Okrem ukladania genetického materiálu určuje jadro aj to, kedy sa bude bunka deliť a rozmnožovať.

Mitochondrie sa nachádzajú v živočíšnych eukaryotoch a predstavujú „elektrárne“ buniek, pretože tieto podlhovasté organely sú miestom, kde prebieha aeróbne dýchanie. Aeróbne dýchanie generuje 36 až 38 molekúl ATP alebo adenozíntrifosfátu (hlavný zdroj energie buniek) pre každú molekulu glukózy (konečná mena paliva v tele), ktorú spotrebuje; glykolýza na druhej strane, ktorá nevyžaduje na uskutočnenie kyslík, generuje iba asi jednu desatinu tohto množstva energie (4 ATP na molekulu glukózy). Baktérie sa môžu dostať iba na glykolýzu, ale eukaryoty nie.

Aeróbne dýchanie prebieha v dvoch krokoch, na dvoch rôznych miestach v mitochondriách. Prvým krokom je Krebsov cyklus, séria reakcií, ktoré sa vyskytujú na mitochondriálnej matrici, ktorá je podobná nukleoplazme alebo cytoplazme na iných miestach. V Krebsovom cykle - nazývanom tiež cyklus kyseliny citrónovej alebo cyklus trikarboxylových kyselín - dve molekuly pyruvátu, molekula s tromi uhlíkmi vyrobená pri glykolýze, vstúpte do matrice pre každú jednu molekulu glukózy so šiestimi uhlíkmi spotrebované. Tam pyruvát prechádza cyklom reakcií, ktoré generujú materiál pre ďalšie Krebsove cykly a ďalšie čo je dôležité, vysokoenergetické nosiče elektrónov pre ďalší krok v aeróbnom metabolizme, transport elektrónov reťaz. Tieto reakcie prebiehajú na mitochondriálnej membráne a sú prostriedkom, ktorým sa molekuly ATP uvoľňujú počas aeróbneho dýchania.

Zvieratá, rastliny a huby sú eukaryoty, ktoré v súčasnosti obývajú Zem. Zatiaľ čo zvieratá využívajú glukózu a kyslík na výrobu paliva, vody a oxidu uhličitého, rastliny využívajú vodu, oxid uhličitý a slnečnú energiu na výrobu kyslíka a glukózy. Ak toto usporiadanie nevyzerá ako náhoda, nie je to tak; proces, ktorý rastliny využívajú pre svoje metabolické potreby, sa nazýva fotosyntéza a v zásade ide o aeróbne dýchanie prebiehajúce presne opačným smerom.

Pretože rastlinné bunky pomocou kyslíka nerozkladajú vedľajšie produkty glukózy, mitochondrie nemajú ani nepotrebujú. Namiesto toho majú rastliny chloroplasty, ktoré v skutočnosti premieňajú svetelnú energiu na chemickú. Každá rastlinná bunka má kdekoľvek od 15 alebo 20 do asi 100 chloroplastov, o ktorých sa predpokladá, že ako mitochondrie v živočíšnych bunkách kedysi existovali ako voľne stojace baktérie v dňoch pred vývojom eukaryotov po zjavnom pohltení týchto menších organizmov a začlenení metabolických mechanizmov týchto baktérií do ich vlastné.

Ak sú mitochondrie elektrárne buniek, továrňami sú ribozómy. Ribozómy nie sú viazané membránami, a teda nie sú technicky organelami, ale pre väčšie pohodlie sú často zoskupené do skupín so skutočnými organelami.

Ribozómy sa nachádzajú v cytoplazme prokaryotov a eukaryotov, ale na tých druhých sú často pripojené k endoplazmatickému retikulu. Skladajú sa z asi 60 percent bielkovín a asi 40 percent rRNA. rRNA je nukleová kyselina, ako je DNA, mediátorová RNA (mRNA) a prenosová RNA (tRNA).

Ribozómy existujú z jedného jednoduchého dôvodu: na výrobu bielkovín. Robia to pomocou procesu translácie, čo je prevod genetických inštrukcií kódovaných v rRNA cez DNA na proteínové produkty. Ribozómy zhromažďujú proteíny z 20 typov aminokyselín v tele, z ktorých každá je transportovaná do ribozómu konkrétnym typom tRNA. Poradie, v ktorom sú tieto aminokyseliny pridávané, je určené mRNA, z ktorých každá obsahuje informácie pochádzajúce z jednej Gén DNA - to znamená dĺžka DNA, ktorá slúži ako vzor pre jediný proteínový produkt, či už ide o enzým, hormón alebo oko. pigment.

Preklad sa považuje za tretiu a poslednú časť takzvanej centrálnej dogmy biológie malého rozsahu: DNA vytvára mRNA a mRNA vytvára alebo prinajmenšom obsahuje pokyny pre proteíny. Vo veľkej schéme je ribozóm jedinou časťou bunky, ktorá sa pri fungovaní spolieha súčasne na všetky tri štandardné typy RNA (mRNA, rRNA a tRNA).

Väčšina zostávajúcich organel sú vezikuly alebo biologické „vaky“ nejakého druhu. Golgiho telieska, ktoré majú pri mikroskopickom vyšetrení charakteristické usporiadanie „palaciniek“, obsahujú novo syntetizované proteíny; Golgiho telieska ich uvoľňujú v malých vezikulách ich odštiepením, a vtedy majú tieto malé telieska svoju vlastnú uzavretú membránu. Väčšina z týchto malých vezikúl končí v endoplazmatickom retikule, ktoré je ako systém diaľnice alebo železnice pre celú bunku. Niektoré druhy endoplazmatík majú k sebe pripojených veľa ribozómov, čo im dáva pod mikroskopom „drsný“ vzhľad; podľa toho sa tieto organely nazývajú drsné endoplazmatické retikulum alebo RER. Naproti tomu sa endoplazmatické retikulum bez ribozómov nazýva hladké endoplazmatické retikulum alebo SER.

Bunky tiež obsahujú lyzozómy, vezikuly, ktoré obsahujú silné enzýmy, ktoré rozkladajú odpad alebo nechcených návštevníkov. Sú ako bunková odpoveď pre čistiacu posádku.