Kaj počnejo vsi deli celice?

Celice so osnovni gradniki življenja. Manj poetično so najmanjše enote živih bitij, ki ohranijo vse osnovne lastnosti, povezane s samim življenjem (npr. Sinteza beljakovin, poraba goriva in genski material). Posledično morajo celice kljub svoji majhni velikosti opravljati najrazličnejše funkcije, tako usklajene kot neodvisne. To pa pomeni, da morajo vsebovati široko paleto različnih fizičnih delov.

Večina prokariontskih organizmov je sestavljena iz ene same celice, medtem ko telesa evkariontov, kot ste vi, vsebujejo bilijone. Eukariontske celice vsebujejo specializirane strukture, imenovane organele, ki vključujejo membrano, podobno tisti, ki obdaja celotno celico. Te organele so kopenske čete celice, ki nenehno skrbijo, da so izpolnjene vse potrebe celice od trenutka do trenutka.

Vse celice vsebujejo absolutno najmanj celično membrano, genski material in citoplazmo, imenovano tudi citosol. Ta genski material je deoksiribonukleinska kislina ali DNA. Pri prokariontih je DNA zbrana v enem delu citoplazme, vendar je ne zapre membrana, ker imajo jedro le evkarionti. Vse celice imajo celično membrano, sestavljeno iz fosfolipidnega dvosloja; prokariontske celice imajo celično steno neposredno zunaj celične membrane za večjo stabilnost in zaščito. Celice rastlin, ki so skupaj z glivami in živalmi evkarionti, imajo tudi celične stene.

Vse celice imajo tudi ribosome. Pri prokariontih ti prosto plavajo v citoplazmi; pri evkariontih so običajno vezani na endoplazemski retikulum. Ribosomi so pogosto razvrščeni kot vrsta organelov, vendar v nekaterih shemah kot takšni niso upravičeni, ker jim manjka membrana. Brez označevanja organelov ribosomov je shema "samo evkarionti imajo organele" skladna. Ti evkariontski organeli poleg endoplazemskega retikuluma vključujejo še mitohondrije (ali v rastlinah, kloroplaste), Golgijeva telesa, lizosome, vakuole in citoskelet.

Celična membrana, imenovana tudi plazemska membrana, je fizična meja med celicinim notranjim okoljem in zunanjim svetom. Vendar te osnovne ocene ne zamenjajte z domnevo, da je vloga celične membrane zgolj zaščitna ali da je membrana zgolj nekakšna poljubna lastnostna črta. Ta značilnost vseh celic, tako prokariontskih kot evkariontskih, je plod nekaj milijard let evolucije in je v pravzaprav večnamensko, dinamično čudo, ki verjetno deluje bolj kot entiteta z resnično inteligenco kot zgolj pregrado.

Značilno je, da je celična membrana sestavljena iz fosfolipidnega dvosloja, kar pomeni, da je sestavljena iz dveh enakih plasti, sestavljenih iz molekul fosfolipidov (ali bolj pravilno iz fosfoglicerolipidov). Vsaka posamezna plast je asimetrična in je sestavljena iz posameznih molekul, ki so povezane z lignji ali baloni z nekaj resicami. "Glave" so fosfatni deli, ki imajo neto neravnovesje elektrokemičnega naboja in se zato štejejo za polarne. Ker je tudi voda polarna in ker se molekule s podobnimi elektrokemičnimi lastnostmi navadno združujejo, se ta del fosfolipida šteje za hidrofilnega. "Repi" so lipidi, natančneje par maščobnih kislin. V nasprotju s fosfati so ti nenapolnjeni in s tem hidrofobni. Fosfat je pritrjen na eni strani ostanka tri-ogljikovega glicerola na sredini molekule, obe maščobni kislini pa sta povezani na drugi strani.

Ker se hidrofobni lipidni repi spontano povežejo med seboj v raztopini, je dvosloj postavljen tako, da fosfatne plasti so obrnjene navzven in proti notranjosti celice, medtem ko se dve lipidni plasti mešata na notranji strani celice dvoplast. To pomeni, da sta dvojni membrani poravnani kot zrcalni sliki, kot sta obe strani telesa.

Membrana zgolj preprečuje, da škodljive snovi pridejo v notranjost. Je selektivno prepustna in omogoča vitalne snovi, vendar prepoveduje drugim, kot je izmet v modernem nočnem klubu. Selektivno omogoča tudi izmet odpadnih snovi. Nekateri proteini, vdelani v membrano, delujejo kot ionske črpalke, da ohranijo ravnovesje (kemično ravnovesje) v celici.

Celična citoplazma, imenovana tudi citosol, predstavlja enolončnico, v kateri različne komponente celice "plavajo". Vse celice, prokariontski in evkariontski imajo citoplazmo, brez katere celica ne bi mogla imeti več strukturne celovitosti kot prazen balon.

Če ste že kdaj videli želatinsko sladico z vdelanimi koščki sadja, si morda omislite želatino kot citoplazma, sadje kot organele in posoda, ki ima želatino kot celično membrano ali celico zid. Skladnost citoplazme je vodna in se imenuje tudi matrica. Ne glede na vrsto zadevne celice citoplazma vsebuje veliko večjo gostoto beljakovin in molekularnih "strojev" kot oceanska voda ali kateri koli neživi okolje, ki je dokaz, da celična membrana opravlja vzdrževanje homeostaze (druga beseda za "ravnovesje", kot velja za živa bitja) znotraj celic.

V prokariontih se v citoplazmi nahaja genski material celice, DNA, ki jo uporablja za razmnoževanje in usmerjanje preostale celice v izdelavo beljakovinskih izdelkov za živi organizem. Pri evkariontih je zaprt v strukturo, imenovano jedro.

Jedro je od citoplazme razmejeno z jedrsko ovojnico, ki je fizično podobna plazemski membrani celice. Jedrska ovojnica vsebuje jedrske pore, ki omogočajo dotok in izstop določenih molekul. Ta organela je največja v kateri koli celici, saj predstavlja kar 10 odstotkov prostornine celice in je zlahka vidna s katerim koli dovolj močnim mikroskopom, da razkrije celice same. Znanstveniki za obstoj jedra vedo že od tridesetih let 20. stoletja.

Znotraj jedra je kromatin, ime za obliko DNA ima, ko se celica ne pripravlja na delitev: zvita, vendar ne ločena v kromosome, ki se na mikroskopijo zdijo ločeni. Nukleolus je del jedra, ki vsebuje rekombinantno DNA (rDNA), DNA, namenjeno sintezi ribosomske RNA (rRNA). Končno je nukleoplazma vodna snov znotraj jedrske ovojnice, ki je analogna citoplazmi v sami celici.

Poleg shranjevanja genskega materiala jedro določa, kdaj se bo celica razdelila in razmnožila.

Mitohondrije najdemo v živalskih evkariontih in predstavljajo "elektrarne" celic, saj so te podolgovate organele tam, kjer poteka aerobno dihanje. Aerobno dihanje ustvarja od 36 do 38 molekul ATP ali adenozin trifosfata (glavni vir energije celic) za vsako molekulo glukoze (največja valuta telesa), ki jo porabi; po drugi strani pa glikoliza, ki za nadaljevanje ne potrebuje kisika, ustvari le približno desetino toliko energije (4 ATP na molekulo glukoze). Bakterije se lahko znajdejo samo z glikolizo, evkarionti pa ne.

Aerobno dihanje poteka v dveh korakih, in sicer na dveh različnih lokacijah v mitohondrijih. Prvi korak je Krebsov cikel, niz reakcij, ki se pojavijo na mitohondrijskem matriksu, ki je soroden nukleoplazmi ali citoplazmi drugje. V Krebsovem ciklu - imenovanem tudi cikel citronske kisline ali cikel trikarboksilne kisline - dve molekuli piruvata, molekula treh ogljikov, proizvedena v glikolizi, vnesite matriko za vsako molekulo glukoze s šestimi ogljiki porabljen. Tam piruvat doživi cikel reakcij, ki ustvarjajo material za nadaljnje Krebsove cikle in še več kar je pomembno, visokoenergijski nosilci elektronov za naslednji korak v aerobni presnovi, prenos elektronov veriga. Te reakcije potekajo na mitohondrijski membrani in so sredstvo, s katerim se molekule ATP sproščajo med aerobnim dihanjem.

Živali, rastline in glive so evkarionti, ki trenutno živijo na Zemlji. Medtem ko živali za proizvodnjo goriva, vode in ogljikovega dioksida uporabljajo glukozo in kisik, rastline za proizvodnjo kisika in glukoze uporabljajo vodo, ogljikov dioksid in sončno energijo. Če ta ureditev ni videti kot naključje, ni; procesne rastline, ki jih uporabljajo za svoje presnovne potrebe, se imenuje fotosinteza in v bistvu gre za aerobno dihanje, ki teče ravno v nasprotni smeri.

Ker rastlinske celice ne razgrajujejo stranskih produktov glukoze s kisikom, nimajo ali potrebujejo mitohondrijev. Namesto tega imajo rastline kloroplaste, ki dejansko pretvarjajo svetlobno energijo v kemično. Vsaka rastlinska celica ima od 15 do 20 do približno 100 kloroplastov, ki naj bi, tako kot mitohondriji v živalskih celicah, nekoč obstajali kot samostoječi bakterije v dneh, preden so se evkarionti razvili, potem ko so očitno zajeli te manjše organizme in vključili presnovne mehanizme teh bakterij v svoje lastno.

Če so mitohondriji elektrarne na celicah, so ribosomi tovarne. Ribozomi niso vezani na membrane in zato tehnično niso organele, vendar so zaradi udobja pogosto združeni s pravimi organeli.

Ribosomi se nahajajo v citoplazmi prokariontov in evkariontov, na slednjih pa so pogosto pritrjeni na endoplazemski retikulum. Sestavljeni so iz približno 60 odstotkov beljakovin in približno 40 odstotkov rRNA. rRNA je nukleinska kislina, tako kot DNA, prenosna RNA (mRNA) in prenosna RNA (tRNA).

Ribosomi obstajajo iz enega preprostega razloga: za proizvodnjo beljakovin. To storijo s postopkom prevajanja, ki je pretvorba genskih navodil, kodiranih v rRNA, prek DNK v beljakovinske izdelke. Ribosomi sestavljajo beljakovine iz 20 vrst aminokislin v telesu, od katerih jih vsaka določena vrsta tRNA odpelje do ribosoma. Vrstni red dodajanja teh aminokislin določa mRNA, od katerih vsaka vsebuje informacije, pridobljene iz ene same Gen DNA - to je dolžina DNA, ki služi kot načrt za posamezen beljakovinski izdelek, pa naj bo to encim, hormon ali oko pigment.

Prevajanje velja za tretji in zadnji del tako imenovane osrednje dogme male biologije: DNA tvori mRNA, mRNA pa tvori ali vsaj vsebuje navodila za beljakovine. V veliki shemi je ribosom edini del celice, ki se za delovanje hkrati zanaša na vse tri standardne vrste RNA (mRNA, rRNA in tRNA).

Večina preostalih organelov je veziklov ali nekakšnih bioloških "vrečk". Golgijeva telesa, ki imajo pri mikroskopskem pregledu značilno ureditev "palačinke", vsebujejo novo sintetizirane beljakovine; Golgijeva telesa jih sprostijo v majhnih veziklih, tako da jih odščipnejo, takrat imajo ta majhna telesa svojo zaprto membrano. Večina teh majhnih veziklov se konča v endoplazemskem retikulumu, ki je podoben avtocestnemu ali železniškemu sistemu za celotno celico. Nekatere vrste endoplazmikov imajo na sebi pritrjene številne ribosome, ki jim dajo "grob" videz pod mikroskopom; zato te organele nosijo ime grobi endoplazemski retikulum ali RER. Nasprotno pa se endoplazmatski retikulum brez ribosomov imenuje gladki endoplazmatski retikulum ali SER.

Celice vsebujejo tudi lizosome, vezikle, ki vsebujejo močne encime, ki razgrajujejo odpadke ali neželene obiskovalce. To je kot celični odgovor posadki za čiščenje.