Vzťah medzi bunkovou štruktúrou a funkciou

„Funkcia Form Fit“ je bežným refrénom vo svete prírodných i ľudských foriem inžinierstva. Ak ide o účelnú konštrukciu každodenného náradia, je to často zrejmé: Malé dieťa, ktoré by pravdepodobne dostalo lopatu, pohárik na pitie, pár ponožiek alebo kladivo, by pravdepodobne mohlo relatívne ľahko určiť, na čo tieto náradie slúžia, zatiaľ čo v prípade samostatnej povedzme reťaze na bicykel alebo obojku pre psa je skladačka podstatne ťažšia vyriešiť.

Prírodné štruktúry, ktoré sa vytvorili v priebehu miliónov rokov evolúcie, zostávajú na svojom mieste pretože boli vybrané kvôli výhodám prežitia, ktoré organizmom poskytujú vlastniť ich. To je prípad buniek, ktoré sú najjednoduchšími prírodnými štruktúrami, ktoré majú všetky vlastnosti dynamickej entity známej ako život: reprodukcia, metabolizmus, udržiavanie chemickej rovnováhy a fyzickej pevnosti.

Rovnako ako v „makro“ svete, spôsob, akým časti bunky hovoria o svojich funkciách - obidvoch, ktoré stoja osamotene a tie, ktoré sú integrované do zvyšku bunky - je sám o sebe fascinujúcim predmetom biológie správny.

Zloženie a funkcia buniek sa značne líšia tak medzi organizmami, ako aj v prípade zložitých mnohobunkových organizmov medzi rôznymi tkanivami a orgánmi v rovnakom organizme. Ale všetky bunky majú spoločné množstvo prvkov. Tie obsahujú:

• Bunková membrána: Táto štruktúra vytvára vonkajšiu výstelku bunky a je zodpovedná za fyzickú integritu bunky a za umožnenie priechodu určitých látok dovnútra a von, zatiaľ čo ostatným bráni v priechode. Skladá sa vlastne z a dvojitá plazmatická membrána.
• Cytoplazma: Toto tvorí vnútornú substanciu buniek a skladá sa z vodnej matrice, ktorá podporuje ďalší obsah vnútorných buniek, napríklad lešenie. Kvapalná neorganická časť sa nazýva cytosola väčšina chemických reakcií v bunke tu prebieha pomocou bielkovín nazývaných enzýmy.
• Genetický materiál: Genetický materiál, ktorý takmer každá bunka organizmu obsahuje úplnú kópiu, obsahuje informácie potrebné na syntézu bielkovín vo forme deoxyribonukleová kyselina (DNA). DNA je to, čo sa počas reprodukčného procesu prenáša na nasledujúce generácie.
• Ribozómy: Tieto proteíny sú zodpovedné za výrobu všetkých proteínov, ktoré organizmus potrebuje. Naberajú smer od messengerovej ribonukleovej kyseliny (mRNA). Na ribozómoch sú jednotlivé aminokyseliny spojené dohromady a vytvárajú reťazce, ktoré vytvárajú proteíny. MRNA je tvorená DNA procesom tzv prepis; premena mRNA inštrukcií na proteíny na ribozómoch, ktoré pozostávajú z dvoch podjednotiek, je známa ako preklad.

Živé veci možno rozdeliť do dvoch typov: Prokaryotes, ktoré zahŕňajú domény Bacteria a Archaea a eukaryoty, ktoré pozostávajú z domény Eukaryota. Väčšina prokaryotov sú jednobunkové organizmy, zatiaľ čo takmer všetky eukaryoty - rastliny, zvieratá a huby - sú mnohobunkové.

Prokaryotické bunky zahŕňajú štyri štruktúry, ktoré už boli opísané, ale nič iné, aj keď baktérie áno bunkové steny. Mnohé z nich majú aj bunku kapsula; ich prvoradou funkciou je ochrana. Niektoré prokaryoty majú tiež na svojom povrchu podobné štruktúry podobné whipl bičíky. Ako môžete hádať z ich vzhľadu, používajú sa hlavne na pohyb.

Eukaryotické bunky sú naopak bohaté na organely, čo sú entity viazané na membránu, ktoré slúžia bunke konkrétnym spôsobom. Dôležité je, že eukaryoty obsahujú svoju DNA vo vnútri a jadro, zatiaľ čo u prokaryotov, ktorým chýbajú vnútorné membránovo viazané štruktúry akéhokoľvek druhu, DNA pláva vo voľnom zhluku v cytoplazme nazývanom nukleoidná oblasť.

Vzťah medzi časťami bunky a ich funkciami je príkladom elegancie a jasnosti v organelách eukaryotov. Všetky organely sú zase vybavené plazmatickou membránou. Každá plazmatická membrána v bunkách - vrátane vonkajšej, pomenovanej bunkovej membrány, ako aj membrán obklopujúcich organely - pozostáva z fosfolipiddvojvrstva.

Táto dvojvrstva sa skladá z dvoch samostatných „listov“ otočených oproti sebe zrkadlovo. Vo vnútri sa nachádza hydrofóbne, alebo vodoodpudivé časti každej vrstvy, ktoré pozostávajú z lipidov vo forme mastných kyselín. Vonkajšie časti sú naopak hydrofilnýalebo hľadajú vodu a pozostávajú z fosfátových častí molekúl fosfolipidu.

Jedna „stena“ z hydrofilných fosfátových hláv teda smeruje do vnútra organely (alebo v prípade bunkovej membrány ako takej zatiaľ čo druhá je obrátená k vonkajšej alebo cytoplazmatickej strane (alebo v prípade bunkovej membrány von) prostredie).

Štruktúra membrány je taká, že malé molekuly ako glukóza a voda sa môžu voľne pohybovať medzi fosfolipidové molekuly, zatiaľ čo väčšie molekuly nemôžu a musia byť aktívne čerpané dovnútra alebo von (alebo odmietnutý prechod, obdobie). Opäť platí, že štruktúra zapadá do funkcie.

Aj keď sa jadro obvykle nehovorí kvôli svojej najvyššej dôležitosti, jadro je vlastne stelesnením jednej. Jeho plazmatická membrána sa nazýva jadrová obálka. Jadro obsahuje DNA zabalenú do chromatín, čo je látka bohatá na bielkoviny rozdelená na chromozómy.

Keď sa chromozómy rozdelia a jadro s nimi, proces sa nazýva mitóza. Aby sa tak stalo, mitotické vreteno musí byť vytvorená v jadre, ktoré je v podstate mozgom bunky a spotrebúva významnú časť celkového objemu väčšiny buniek.

Tieto zhruba oválne organely sú elektrárňami eukaryotov, pretože sú miestom aeróbneho („s kyslíkom“) dýchania, zdrojom väčšina energie, ktorú eukaryoty získavajú z paliva, ktoré jedia (v prípade zvierat), alebo syntetizujú pomocou slnečného žiarenia (v prípade rastliny).

Predpokladá sa, že mitochondrie vznikli pred viac ako 2 miliardami rokov, keď sa aeróbne baktérie likvidovali vo vnútri existujúcich, neaerobických buniek a začali s nimi metabolicky spolupracovať. Mnoho záhybov v ich membráne, kde v skutočnosti dochádza k aeróbnemu dýchaniu, je ďalším príkladom sútoku štruktúry a funkcie v bunkách.

Táto membránová štruktúra je skôr ako „diaľnica“ v tom, že siaha od jadra (a je v skutočnosti spojená s jeho membránou), cez bunku, až na ďaleký koniec cytoplazmy. Nesie a upravuje bielkovinové produkty tvorené ribozómami.

Niektoré endoplazmatické retikulum sa nazýva hrubé endoplazmatické retikulum pretože je posiaty ribozómami, ako je zrejmé z mikroskopu; zodpovedajúcim spôsobom sa nazývajú formy, ktorým chýbajú ribozómy hladké endoplazmatické retikulum.

The Golgiho aparát je podobný endoplazmatickému retikulu v tom, že balí a spracováva proteíny a ďalšie generované bunkami látok, ale je usporiadaná do okrúhlych naskladaných diskov, podobne ako kotúč mincí alebo stoh drobných palaciniek.

Lyzozómy sú bunkovými centrami na likvidáciu odpadu, a preto tieto malé guľové telieska obsahujú enzýmy, ktoré rozpúšťajú a dávkujú produkty rozpadu buniek, ktoré sú výsledkom každodenného metabolizmu. Lyzozómy sú vlastne typom vákuola, názov pre dutú jednotku viazanú na membránu v bunkách, ktorej účelom je slúžiť ako zásobník na chemikálie určitého druhu.

The cytoskelet je vyrobený z mikrotubuly, Proteíny usporiadané ako drobné bambusové výhonky a slúžiace ako štrukturálne nosníky a trámy. Rozprestierajú sa cez celú cytoplazmu od jadra po bunkovú membránu.