Štruktúra a funkcia bunky

Bunky predstavujú najmenšie alebo najmenej najredukovateľné objekty, ktoré sa vyznačujú všetkými vlastnosťami spojenými s magickou perspektívou zvanou „život“, ako napr. metabolizmus (získavanie energie z vonkajších zdrojov na napájanie vnútorných procesov) a rozmnožovanie. V tomto ohľade zaujímajú rovnaké miesto v biológii ako atómy v chémii: Určite sa dajú rozdeliť na menšie kúsky, ale izolované tieto kúsky skutočne nemôžu urobiť veľa. V každom prípade ich ľudské telo určite obsahuje veľa - viac ako 30 biliónov (to je 30 milión miliónov).

Spoločným refrénom v prírodovednom aj strojárskom svete je „forma vyhovuje funkcii“. Toto v podstate znamená, že ak má niečo danú prácu robiť, pravdepodobne to bude vyzerať, že je to schopné tú prácu; naopak, ak sa zdá, že je niečo urobené na splnenie danej úlohy alebo úloh, potom je veľká šanca, že to je presne to, čo robí.

Organizácia buniek a procesy, ktoré uskutočňujú, sú úzko spojené, dokonca neoddeliteľné a zvládajú základy bunkovej štruktúry a funkcie sú samy osebe obohacujúce a nevyhnutné pre úplné pochopenie podstaty života veci.

Koncept hmoty - živej aj neživej - pozostávajúci z veľkého množstva samostatných, podobných jednotiek existuje od tej doby. Democritus, grécky učenec, ktorého život trval 5. a 4. storočie pred n. l. Ale keďže bunky sú príliš malé na to, aby ich bolo možné vidieť s voľným okom, až v 17. storočí, po vynájdení prvých mikroskopov, bol ktokoľvek schopný skutočne vizualizovať ich.

Robert Hooke je všeobecne pripočítaný k vytvoreniu termínu „bunka“ v biologickom kontexte v roku 1665, aj keď sa jeho práca v tejto oblasti zameriavala na korok; asi o 20 rokov neskôr objavil Anton van Leeuwenhoek baktérie. Bolo by to však ešte niekoľko storočí, kým by bolo možné objasniť a úplne popísať konkrétne časti bunky a ich funkcie. V roku 1855 relatívne nejasný vedec Rudolph Virchow správne predpokladal, že živé bunky môžu pochádzať iba z iné živé bunky, aj keď prvé pozorovania replikácie chromozómov boli ešte pár desaťročí odtiaľto.

Prokaryoty, ktoré sa rozprestierajú v taxonomických doménach Baktérie a Archaea, existujú asi tri a pol miliardy rokov, čo je asi tri štvrtiny veku samotnej Zeme. (Taxonómia je veda zaoberajúca sa klasifikáciou živých vecí; doména je kategória najvyššej úrovne v hierarchii.) Prokaryotické organizmy sa zvyčajne skladajú iba z jednej bunky.

Eukaryoty, tretia doména, zahŕňajú zvieratá, rastliny a huby - skrátka všetko živé, čo v skutočnosti vidíte bez laboratórnych prístrojov. Predpokladá sa, že bunky týchto organizmov vznikli z prokaryotov v dôsledku endosymbióza (z gréčtiny z „spoločného života vo vnútri“). Pred takmer 3 miliardami rokov bunka pohltila aeróbnu baktériu (používajúcu kyslík), ktorá slúžila na účely oboch foriem života pretože „prehltnutá“ baktéria poskytla hostiteľskej bunke spôsob výroby energie a poskytla podporné prostredie pre endosymbiont.
Prečítajte si viac o podobnostiach a rozdieloch prokaryotických a eukaryotických buniek.

Bunky sa veľmi líšia veľkosťou, tvarom a rozložením svojho obsahu, najmä v oblasti eukaryotov. Tieto organizmy sú oveľa väčšie a oveľa rozmanitejšie ako prokaryoty av duchu „formy“ fit funkcia „uvedená vyššie, tieto rozdiely sú zrejmé dokonca aj na úrovni jednotlivých buniek.

Prezrite si akýkoľvek bunkový diagram a bez ohľadu na to, do akého organizmu bunka patrí, máte istotu, že uvidíte určité vlastnosti. Medzi ne patrí a plazmatická membrána, ktorý obklopuje bunkový obsah; the cytoplazma, čo je rôsolovité médium tvoriace väčšinu vnútra bunky; deoxyribonukleová kyselina (DNA), genetický materiál, ktorý bunky prechádzajú do dcérskych buniek, ktoré sa tvoria, keď sa bunka počas reprodukcie rozdelí na dve časti; a ribozómy, čo sú štruktúry, ktoré sú miestami syntézy proteínov.

Prokaryoty majú rovnako ako rastliny bunkovú stenu mimo bunkovú membránu. U eukaryotov je DNA uzavretá v jadre, ktoré má vlastnú plazmatickú membránu veľmi podobnú membráne obklopujúcej bunku samotnú.

Plazmatická membrána buniek pozostáva z a fosfolipidová dvojvrstva, ktorého organizácia vyplýva z elektrochemických vlastností jeho zložiek. Fosfolipidové molekuly v každej z dvoch vrstiev zahŕňajú hydrofilný "hlavy", ktoré sú kvôli svojmu náboju priťahované k vode, a hydrofóbne „chvosty“, ktoré nie sú nabité, a preto majú tendenciu smerovať od vody. Hydrofóbne časti každej vrstvy smerujú k sebe vo vnútri dvojitej membrány. Hydrofilná strana vonkajšej vrstvy smeruje k vonkajšej strane bunky, zatiaľ čo hydrofilná strana vnútornej vrstvy smeruje k cytoplazme.

Rozhodujúce je, že plazmatická membrána je polopriepustný, čo znamená, že skôr ako vyhadzovač v nočnom klube umožňuje vstup určitým molekulám, zatiaľ čo vstup iným vylučuje. Malé molekuly, ako je glukóza (cukor, ktorý slúži ako hlavný zdroj paliva pre všetky bunky) a oxid uhličitý sa môže voľne pohybovať dovnútra a von z bunky a vyhýbať sa fosfolipidovým molekulám usporiadaným kolmo na membránu ako celý. Ostatné látky sú aktívne transportované cez membránu „pumpami“ poháňanými adenozíntrifosfátom (ATP), nukleotidom, ktorý slúži ako energetická „mena“ všetkých buniek.
Prečítajte si viac o štruktúre a funkcii plazmatickej membrány.

Jadro funguje ako mozog eukaryotických buniek. Plazmová membrána okolo jadra sa nazýva jadrový obal. Vo vnútri jadra sú chromozómy, ktoré sú „kúskami“ DNA; počet chromozómov sa líši od druhu k druhu (ľudia majú 23 odlišných druhov, ale spolu ich je 46 - jeden od každého typu od matky a jeden od otca).

Keď sa eukaryotická bunka rozdelí, urobí tak najskôr DNA vo vnútri jadra, až potom sa replikujú všetky chromozómy. Tento proces tzv mitóza, je podrobne uvedený neskôr.

Ribozómy sa nachádzajú v cytoplazme eukaryotických aj prokaryotických buniek. V eukaryotoch sú zoskupené pozdĺž určitých organely (membránovo viazané štruktúry, ktoré majú špecifické funkcie, ako napríklad orgány ako pečeň a obličky v tele). Ribozómy vytvárajú proteíny pomocou pokynov prenášaných v „kóde“ DNA a prenášaných do ribozómov messengerovou ribonukleovou kyselinou (mRNA).

Potom, čo je mRNA syntetizovaná v jadre pomocou DNA ako šablóny, opustí jadro a pripojí sa k ribozómom, ktoré zhromažďujú proteíny z 20 rôznych aminokyseliny. Proces výroby mRNA sa nazýva prepis, zatiaľ čo samotná syntéza bielkovín je známa ako preklad.

Žiadna diskusia o zložení a funkcii eukaryotických buniek nemôže byť úplná alebo dokonca relevantná bez dôkladnej liečby mitochondrií. Tieto organely, ktoré sú pozoruhodné minimálne dvoma spôsobmi: Pomohli vedcom dozvedieť sa veľa o evolučnom pôvode bunky všeobecne a sú takmer výlučne zodpovedné za rozmanitosť eukaryotického života tým, že umožňujú vývoj bunkových buniek dýchanie.

Všetky bunky používajú ako palivo šesťuhlíkový cukor na cukor. U prokaryotov aj eukaryotov glukóza podlieha sérii chemických reakcií, ktoré sa súhrnne nazývajú glykolýza, ktorý generuje malé množstvo ATP pre potreby bunky. U takmer všetkých prokaryotov je to koniec metabolickej línie. Ale v eukaryotoch, ktoré sú schopné využívať kyslík, produkty glykolýzy prechádzajú do mitochondrií a podliehajú ďalším reakciám.

Prvým z nich je Krebsov cyklus, ktorý vytvára malé množstvo ATP, ale väčšinou slúži na ukladanie medziproduktových molekúl pre veľké finále bunkového dýchania, reťazec transportu elektrónov. Krebsov cyklus sa koná v matrica mitochondrií (organelská verzia súkromnej cytoplazmy), zatiaľ čo reťazec transportu elektrónov, ktorý produkuje drvivú väčšinu ATP v eukaryotoch, sa prenáša na vnútorný mitochondriálny systém membrána.

Eukaryotické bunky sa môžu pochváliť množstvom špecializovaných prvkov, ktoré podčiarkujú rozsiahle, vzájomne súvisiace metabolické potreby týchto komplexných buniek. Tie obsahujú:

• Endoplazmatické retikulum: Táto organela je sieť tubulov pozostávajúca z plazmatickej membrány, ktorá je spojitá s jadrovým obalom. Jeho úlohou je modifikovať novo vyrobené proteíny tak, aby sa pripravili na ich následné bunkové funkcie ako enzýmy, štrukturálne prvky atď., A prispôsobiť ich bunkovým špecifickým potrebám. Ďalej vyrába sacharidy, lipidy (tuky) a hormóny. Endoplazmatické retikulum sa pri mikroskopii javí buď ako hladké alebo drsné, čo sú formy so skratkou SER, respektíve RER. RER je označený tak, pretože je „posiaty“ ribozómami; tu nastáva modifikácia proteínu. Na druhej strane je to SER, kde sa zhromažďujú vyššie uvedené látky.
• Golgiho orgány: Tiež sa nazýva Golgiho aparát. Vyzerá to ako sploštený stoh vakov viazaných na membránu a balí do nich lipidy a bielkoviny vezikuly ktoré sa potom odtrhnú od endoplazmatického retikula. Vezikuly dodávajú lipidy a proteíny do ďalších častí bunky.
  
• Lyzozómy: Pri všetkých metabolických procesoch vzniká odpad a bunka musí byť schopná sa ho zbaviť. O túto funkciu sa starajú lyzozómy, ktoré obsahujú tráviace enzýmy štiepiace bielkoviny, tuky a ďalšie látky vrátane samotných opotrebovaných organel.
• Vakuoly a vezikuly: Tieto organely sú vaky, ktoré premávajú okolo rôznych bunkových zložiek a prenášajú ich z jedného intracelulárneho miesta do druhého. Hlavné rozdiely spočívajú v tom, že vezikuly môžu fúzovať s inými membránovými zložkami bunky, zatiaľ čo vakuoly nie. V rastlinných bunkách obsahujú niektoré vakuoly tráviace enzýmy, ktoré môžu štiepiť veľké molekuly, na rozdiel od lyzozómov.
• Cytoskelet: Tento materiál pozostáva z mikrotubulov, proteínových komplexov, ktoré poskytujú štrukturálnu podporu tým, že prechádzajú od jadra cez cytoplazmu až k plazmatickej membráne. V tomto ohľade sú ako trámy a nosníky budovy a pôsobia tak, aby zabránili zrúteniu celej dynamickej bunky do seba.

Keď sa bakteriálne bunky rozdelia, proces je jednoduchý: Bunka kopíruje všetky svoje prvky vrátane svojich DNA sa približne zdvojnásobuje a potom sa rozdelí na dve časti procesom známym ako binárne štiepenie.

Viac sa podieľa delenie eukaryotických buniek. Najskôr sa replikuje DNA v jadre, zatiaľ čo sa jadrový obal rozpúšťa, a potom sa replikované chromozómy rozdelia na dcérske jadrá. Toto je známe ako mitóza a pozostáva zo štyroch odlišných etáp: profáza, metafáza, anafáza a telofáza; veľa zdrojov zavádza piatu fázu, nazývanú prometafáza, hneď po profáze. Potom sa jadro rozdelí a okolo dvoch identických súborov chromozómov sa vytvoria nové jadrové obaly.

Nakoniec sa bunka ako celok rozdelí v procese známom ako cytokinéza. Ak sú v DNA prítomné určité defekty vďaka dedičným malformáciám (mutáciám) alebo prítomnosti škodlivých chemikálií, bunkové delenie môže pokračovať nekontrolovane; toto je základ pre rakovinu, skupinu chorôb, na ktoré stále nie je možné vyliečiť, aj keď sa liečebné postupy stále zlepšujú, aby sa umožnila výrazne lepšia kvalita života.