Povezava med strukturo in funkcijo celic

"Obrazec ustreza funkciji" je pogost refren v svetu tako naravnih kot človeških oblik inženirstva. Kadar gre za namensko konstrukcijo vsakdanjega orodja, je to pogosto očitno: majhen otrok, ki dobi lopato, kozarec, par nogavic ali kladivo, bi verjetno lahko z relativno lahkoto določite, čemu služi ta pripomoček, medtem ko je recimo v izolaciji kolesarska veriga ali pasja ovratnica uganko bistveno težje rešiti.

Naravne strukture, ki so nastale skozi milijone let evolucije, ostajajo na svojem mestu ker so bili izbrani zaradi prednosti preživetja, ki jih dajejo organizmom jih posedovati. To velja za celice, ki so najpreprostejše naravne strukture, ki imajo vse lastnosti dinamične entitete, znane kot življenje: razmnoževanje, metabolizem, vzdrževanje kemijskega ravnovesja in fizične trdnosti.

Tako kot v "makro" svetu tudi način, kako deli celice govorijo o svojih funkcijah - tistih, ki so samostojni in tiste, ki so integrirane s preostalo celico - je samo po sebi zanimiv predmet biologije prav.

Celična sestava in delovanje se med organizmi in med kompleksnimi večceličnimi organizmi zelo razlikujejo med različnimi tkivi in ​​organi v istem organizmu. Toda vse celice imajo številne skupne elemente. Tej vključujejo:

• Celična membrana: Ta struktura tvori zunanjo oblogo celice in je odgovorna tako za fizično celovitost celice kot tudi za omogočanje prehajanja in izstopanja nekaterih snovi, medtem ko drugim preprečuje prehod. Pravzaprav je sestavljen iz a dvojna plazemska membrana.
• Citoplazma: Ta tvori notranjo snov celic in je sestavljena iz vodnega matriksa, ki podpira druge vsebine notranjih celic, kot je oder. Tekoči, neorganelski del se imenuje citosol, in večina kemičnih reakcij v celici se tukaj zgodi s pomočjo beljakovin, imenovanih encimi.
• Genetski material: Genski material, ki ga vsebuje skoraj vsaka celica organizma, vsebuje informacije, potrebne za sintezo beljakovin deoksiribonukleinska kislina (DNK). DNK je tisto, kar se med reproduktivnim procesom prenaša na naslednje generacije.
• Ribosomi: Te beljakovine so odgovorne za proizvodnjo vseh beljakovin, ki jih organizem potrebuje. Usmerjajo se iz selitvene ribonukleinske kisline (mRNA). Na ribosomih so posamezne aminokisline povezane skupaj, da tvorijo verige in tvorijo beljakovine. MRNA tvori DNA v postopku, imenovanem prepis; pretvorba navodil mRNA v beljakovine na ribosomih, ki so sestavljeni iz dveh podenot, je znana kot prevod.

Živa bitja lahko razdelimo na dve vrsti: Prokarionti, ki vključujejo domeni Bakterije in Arheje ter evkarionti, ki so sestavljeni iz domene Eukaryota. Večina prokariontov je enoceličnih organizmov, medtem ko so skoraj vsi evkarionti - rastline, živali in glive - večcelični.

Prokariontske celice vključujejo štiri že opisane strukture, vendar ne veliko drugega, čeprav jih imajo bakterije celične stene. Mnogi med njimi imajo tudi celico kapsula; njihova glavna naloga je zaščita. Nekateri prokarionti imajo na svoji površini tudi bič podobne strukture bičkov. Kot lahko uganite po njihovem videzu, se uporabljajo predvsem za gibanje.

Eukariontske celice so nasprotno bogate z organele, ki so membransko vezane enote, ki na poseben način služijo celici. Pomembno je, da evkarionti hranijo svojo DNK znotraj jedro, medtem ko pri prokariontih, ki nimajo kakršnih koli notranjih membransko vezanih struktur, DNA plava v ohlapnem grozdu v citoplazmi, imenovanem nukleoidna regija.

Odnos med deli celice in njihovimi funkcijami je ponazorjen z eleganco in jasnostjo v organelah evkariontov. Vsi organeli pa imajo plazemsko membrano. Vsaka plazemska membrana v celicah - vključno z zunanjo, imenovano celično membrano, kot tudi membrane, ki obdajajo organele - je sestavljena iz fosfolipiddvoplast.

Ta dvoplast je sestavljen iz dveh posameznih "listov", ki sta obrnjeni drug proti drugemu na zrcalni način. V notranjosti je hidrofobni, ali vodoodbojni deli vsake plasti, ki so sestavljeni iz lipidov v obliki maščobnih kislin. Zunanji deli pa nasprotno hidrofilnaali iskanje vode in je sestavljen iz fosfatnih delov molekul fosfolipidov.

Tako je ena "stena" hidrofilnih fosfatnih glav obrnjena proti notranjosti organele (ali v primeru celične membrane same po sebi citoplazme), medtem ko je druga obrnjena proti zunanji ali citoplazmatski strani (ali v primeru celične membrane zunaj okolje).

Struktura membrane je takšna, da lahko majhne molekule, kot sta glukoza in voda, prosto plujejo med fosfolipidnih molekul, medtem ko večjih ni mogoče in jih ni treba aktivno črpati noter ali ven (ali zavrniti prehod, obdobje). Spet struktura ustreza funkciji.

Čeprav ga običajno ne imenujejo organele zaradi njenega izjemnega pomena, je jedro pravzaprav utelešenje enega. Njegova plazemska membrana se imenuje jedrska ovojnica. Jedro vsebuje DNA, zapakirano v kromatin, ki je s proteini bogata snov razdeljena na kromosome.

Ko se kromosomi delijo in jedro z njimi se imenuje postopek mitoza. Da bi se to zgodilo, mitotično vreteno mora biti ustvarjen znotraj jedra, ki je v bistvu možgani celice in porabi pomemben del celotne prostornine večine celic.

Te približno ovalne organele so elektrarne evkariontov, ker so mesto aerobnega ("s kisikovim") dihanjem, vir večina energije, ki jo evkarionti pridobijo iz goriva, ki ga zaužijejo (v primeru živali) ali sintetizirajo s pomočjo sončne svetlobe (v primeru rastline).

Domneva se, da so mitohondrije nastale pred več kot dvema milijardama let, ko so se aerobne bakterije razvile v obstoječe neaerobne celice in začele z njimi presnovno sodelovati. Številne gube v njihovi membrani, kjer dejansko pride do aerobnega dihanja, so še en primer sotočja strukture in delovanja v celicah.

Ta membranska zgradba je precej podobna "avtocesti", saj sega od jedra (in je dejansko povezana z njegovo membrano), skozi celico, do skrajnih koncev citoplazme. Prenaša in spreminja beljakovinske izdelke, ki jih proizvajajo ribosomi.

Nekateri endoplazemski retikulum se imenuje hrapav endoplazemski retikulum ker je posejana z ribosomi, kot jo lahko vidimo pod mikroskopom; oblike, v katerih primanjkuje ribosomov, se temu ustrezno rečejo gladek endoplazemski retikulum.

The Golgijev aparat je podoben endoplazemskemu retikulumu, ker pakira in predeluje beljakovine in druge celice snovi, vendar je razporejen v okrogle zložene diske, podobno kot zvitek kovancev ali kup drobnih palačink.

Lizozomi so centri za odstranjevanje odpadkov v celici, zato imajo ta majhna kroglasta telesa encime, ki raztapljajo in odvajajo produkte razgradnje celic, ki so posledica vsakodnevne presnove. Lizosomi so pravzaprav vrsta vakuole, ime za votlo, z membrano vezano enoto v celicah, katere namen je služiti kot posoda za nekakšne kemikalije.

The citoskelet je narejen iz mikrotubule, beljakovine, razporejene kot drobni poganjki bambusa in služijo kot strukturni nosilni nosilci in nosilci. Ti segajo po celotni citoplazmi od jedra do celične membrane.