Struktura in delovanje celice

Celice predstavljajo najmanjše ali vsaj najbolj nespremenljive predmete, ki imajo vse lastnosti, povezane z magično perspektivo, imenovano "življenje", kot je npr. presnovo (črpanje energije iz zunanjih virov za napajanje notranjih procesov) in razmnoževanje. V tem pogledu zasedajo enako nišo v biologiji kot atomi v kemiji: vsekakor jih je mogoče razčleniti na manjše koščke, vendar ločeno ti kosi v resnici ne morejo narediti veliko. Vsekakor pa jih človeško telo vsekakor vsebuje veliko - več kot 30 bilijonov (to je 30 milijonov milijonov).

Pogost refren tako v naravoslovju kot v inženirskem svetu je "oblika ustreza funkciji". To v bistvu pomeni, da če bo nekaj treba opraviti določeno delo, bo verjetno videti, kot da je zmožno to delo; nasprotno, če se zdi, da je nekaj narejenega za izpolnitev določene naloge ali nalog, obstaja velika verjetnost, da to počne točno to.

Organizacija celic in procesi, ki jih izvajajo, so tesno povezani, celo neločljivo povezani in obvladovanje Osnove celične strukture in funkcije so same po sebi koristne in potrebne za popolno razumevanje narave življenja stvari.

Koncept materije - tako žive kot nežive - ki je sestavljena iz velikega števila ločenih, podobnih enot obstaja že od takrat Demokrita, grškega učenjaka, čigar življenje je trajalo 5. in 4. stoletje pr. Ker pa so celice premajhne, ​​da bi jih bilo mogoče videti z oči, šele v 17. stoletju, po izumu prvih mikroskopov, je lahko kdo dejansko vizualiziral njim.

Robert Hooke je na splošno zaslužen za skovanje izraza "celica" v biološkem kontekstu leta 1665, čeprav se je njegovo delo na tem področju osredotočalo na pluto; približno 20 let kasneje je Anton van Leeuwenhoek odkril bakterije. Vendar bi preteklo še nekaj stoletij, preden bi lahko določene dele celice in njihove funkcije razjasnili in v celoti opisali. Leta 1855 je relativno nejasen znanstvenik Rudolph Virchow pravilno teoretiziral, da žive celice lahko izvirajo le iz njih druge žive celice, čeprav je bilo do prvih opazovanj replikacije kromosomov še nekaj desetletij.

Prokarionti, ki zajemajo taksonomski domeni Bakterije in Arheje, obstajajo približno tri milijarde let in pol, kar je približno tri četrtine starosti same Zemlje. (Taksonomija je znanost, ki se ukvarja s klasifikacijo živih bitij; domene je najvišja kategorija v hierarhiji.) Prokariontski organizmi so običajno sestavljeni iz samo ene celice.

Evkarioti, tretja domena, vključujejo živali, rastline in glive - skratka vse živo, kar lahko dejansko vidite brez laboratorijskih instrumentov. Verjame se, da so celice teh organizmov izvirale iz prokariontov endosimbioza (iz grščine iz "skupaj živeti znotraj"). Pred skoraj tremi milijardami let je celica zajela aerobno bakterijo (ki uporablja kisik), ki je služila obema oblikama življenja ker je "pogoltnjena" bakterija zagotovila sredstvo za proizvodnjo energije gostiteljski celici, hkrati pa je imela podporno okolje za endosimbiont.
Preberite več o podobnostih in razlikah prokariontskih in evkariontskih celic.

Celice se zelo razlikujejo po velikosti, obliki in porazdelitvi njihove vsebine, zlasti na področju evkariontov. Ti organizmi so veliko večji kot tudi veliko bolj raznoliki kot prokarionti in v duhu "oblike" ustreza funkciji ", omenjeni prej, so te razlike očitne tudi na ravni posameznih celic.

Oglejte si kateri koli celični diagram in ne glede na to, kateremu organizmu celica pripada, ste prepričani, da vidite določene lastnosti. Sem spadajo a plazemska membrana, ki zajema celično vsebino; citoplazmi, ki je želeju podoben medij, ki tvori večino celice v notranjosti; deoksiribonukleinska kislina (DNA), genski material, ki ga celice prenašajo v hčerinske celice, ki nastanejo, ko se celica med razmnoževanjem deli na dva dela; in ribosomi, ki so strukture, ki so mesta sinteze beljakovin.

Prokarioti imajo tudi celično steno zunaj celične membrane, prav tako rastline. Pri evkariontih je DNA zaprta v jedro, ki ima lastno plazemsko membrano, ki je zelo podobna tisti, ki obdaja samo celico.

Plazemska membrana celic je sestavljena iz a fosfolipidni dvoplastkaterih organizacija izhaja iz elektrokemijskih lastnosti njegovih sestavnih delov. Molekule fosfolipidov v vsaki od dveh plasti vključujejo hidrofilna "glave", ki jih zaradi polnjenja voda vleče v vodo in hidrofobna "repi", ki se ne napolnijo in so zato usmerjeni stran od vode. Hidrofobni deli vsake plasti so obrnjeni drug proti drugemu v notranjosti dvojne membrane. Hidrofilna stran zunanje plasti je obrnjena proti zunanjosti celice, medtem ko je hidrofilna stran notranje plasti obrnjena proti citoplazmi.

Bistveno je, da je plazemska membrana polprepustna, kar pomeni, da nekaterim molekulam, podobno kot izmet v nočnem klubu, dovoli vstop, medtem ko drugim zavrača vstop. Majhne molekule, kot sta glukoza (sladkor, ki je glavni vir goriva za vse celice) in ogljikov dioksid se lahko prosto giblje v celici in iz nje ter se izogiba molekulam fosfolipidov, poravnanih pravokotno na membrano, kot celota. Druge snovi se aktivno prenašajo skozi membrano s pomočjo "črpalk", ki jih poganja adenozin trifosfat (ATP), nukleotid, ki služi kot energijska "valuta" vseh celic.
Preberite več o strukturi in delovanju plazemske membrane.

Jedro deluje kot možgani evkariontskih celic. Plazemska membrana okoli jedra se imenuje jedrna ovojnica. Znotraj jedra so kromosomi, ki so "koščki" DNA; število kromosomov se razlikuje od vrste do vrste (ljudje imamo 23 različnih vrst, vendar skupaj 46 - po eno od matere in eno od očeta).

Ko se evkariontska celica razdeli, najprej to stori DNA znotraj jedra, potem ko se vsi kromosomi replicirajo. Ta postopek, imenovan mitoza, je podrobneje opisan kasneje.

Ribosomi se nahajajo v citoplazmi tako evkariontskih kot prokariontskih celic. Pri evkariontih so združeni vzdolž določenih organele (z membrano vezane strukture, ki imajo posebne funkcije, na primer organi, kot so jetra in ledvice v telesu v večjem obsegu). Ribosomi tvorijo beljakovine po navodilih, ki jih vsebujejo "kode" DNA in jih s pomočjo ribonukleinske kisline (mRNA) posredujejo v ribosome.

Potem ko se v jedru sintetizira mRNA z uporabo DNA kot predloge, zapusti jedro in se pritrdi na ribosome, ki sestavljajo beljakovine med 20 različnimi amino kisline. Imenuje se postopek tvorjenja mRNA prepis, medtem ko je sama sinteza beljakovin znana kot prevod.

Nobena razprava o sestavi in ​​delovanju evkariontskih celic ne bi mogla biti popolna ali celo pomembna brez temeljitega zdravljenja mitohondrijev. Te organele, ki so izjemne vsaj na dva načina: znanstvenikom so pomagale, da se veliko naučijo o evolucijskem izvoru celice na splošno in so skoraj izključno odgovorne za raznolikost evkariontskega življenja, saj omogočajo razvoj celičnih dihanje.

Vse celice uporabljajo šest-ogljikovo glukozo sladkorja za gorivo. Tako pri prokariontih kot pri evkariontih glukoza prehaja v vrsto kemijskih reakcij, ki jih skupaj imenujemo glikoliza, ki ustvarja majhno količino ATP za potrebe celice. Pri skoraj vseh prokariontih je to konec presnovne linije. Toda pri evkariontih, ki so sposobni uporabljati kisik, produkti glikolize preidejo v mitohondrije in podvržejo nadaljnjim reakcijam.

Prva med njimi je Krebsov cikel, ki ustvarja majhno količino ATP, vendar večinoma deluje kot zaloga vmesnih molekul za veliki finale celičnega dihanja, elektronska transportna veriga. Krebsov cikel poteka v Ljubljani matriko mitohondrijev (organelova različica zasebne citoplazme), medtem ko je veriga prenosa elektronov, ki proizvaja veliko večino ATP v evkariontih, se pokaže na notranjem mitohondriju membrano.

Eukariontske celice se ponašajo s številnimi specializiranimi elementi, ki poudarjajo obsežne medsebojno povezane presnovne potrebe teh kompleksnih celic. Tej vključujejo:

• Endoplazemski retikulum: Ta organela je mreža tubul, sestavljena iz plazemske membrane, ki je neprekinjena z jedrsko ovojnico. Njegova naloga je spremeniti novo proizvedene beljakovine, da jih pripravijo na njihove nadaljnje celične funkcije kot encimi, strukturni elementi itd., In jih prilagodi specifičnim potrebam celice. Proizvaja tudi ogljikove hidrate, lipide (maščobe) in hormone. Endoplazemski retikulum se na mikroskopiji pokaže kot gladek ali hrapav, obliki, ki sta okrajšani SER in RER. RER je tako označen, ker je "posut" z ribosomi; tu pride do modifikacije beljakovin. Po drugi strani pa je SER sestavljen iz zgoraj omenjenih snovi.
• Golgijeva telesa: Imenuje se tudi Golgijev aparat. Videti je kot sploščen kup vrečk, vezanih na membrano, in v njih pakira lipide in beljakovine vezikule ki se nato odcepijo od endoplazemskega retikuluma. Mehurčki dovajajo lipide in beljakovine v druge dele celice.
  
• Lizosomi: Vsi presnovni procesi ustvarjajo odpadke, celica pa se mora z njimi rešiti. Za to funkcijo skrbijo lizosomi, ki vsebujejo prebavne encime, ki razgrajujejo beljakovine, maščobe in druge snovi, tudi same izrabljene organele.
• Vakuole in vezikule: Te organele so vrečke, ki se premikajo okoli različnih celičnih komponent in jih vodijo od ene znotrajcelične lokacije do druge. Glavne razlike so v tem, da se mehurčki lahko zlijejo z drugimi membranskimi sestavnimi deli celice, medtem ko se vakuole ne. V rastlinskih celicah nekatere vakuole vsebujejo prebavne encime, ki lahko razgradijo velike molekule, za razliko od lizosomov.
• Citoskelet: Ta material je sestavljen iz mikrotubulov, beljakovinskih kompleksov, ki nudijo strukturno podporo tako, da segajo od jedra skozi citoplazmo do plazemske membrane. V tem pogledu so kot tramovi in ​​nosilci stavbe, ki preprečujejo, da bi se celotna dinamična celica sesula nase.

Ko se bakterijske celice delijo, je postopek preprost: celica kopira vse svoje elemente, vključno s svojimi DNA se približno podvoji in se nato razdeli na dva dela v procesu, znanem kot binarna cepitev.

Delitev evkariontskih celic je bolj vključena. Najprej se DNA v jedru replicira, medtem ko se jedrska ovojnica raztopi, nato pa se replicirani kromosomi ločijo v hčerinska jedra. To je znano kot mitoza in je sestavljeno iz štirih različnih stopenj: profaze, metafaze, anafaze in telofaze; mnogi viri takoj za profazo vstavijo peto stopnjo, imenovano prometafaza. Po tem se jedro razdeli in okoli dveh enakih sklopov kromosomov nastanejo nove jedrske ovojnice.

Končno se celica kot celota razdeli v postopku, znanem kot citokineza. Če so v DNA prisotne določene napake zaradi podedovanih malformacij (mutacij) ali prisotnosti škodljivih kemikalij, lahko delitev celic poteka nepreverjeno; to je osnova za raka, skupino bolezni, za katero še vedno ni zdravila, čeprav se zdravljenje še naprej izboljšuje, da se omogoči močno izboljšana kakovost življenja.