Шта раде сви делови ћелије?

Ћелије су основни градивни елементи живота. Мање поетично, они су најмање јединице живих бића које задржавају сва основна својства повезана са самим животом (нпр. Синтеза протеина, потрошња горива и генетски материјал). Као резултат тога, упркос својој малој величини, ћелије морају да обављају широк спектар функција, и координисаних и независних. То заузврат значи да морају да садрже широк спектар различитих физичких делова.

Већина прокарионтских организама састоји се од само једне ћелије, док тела еукариота попут вас садрже билијуне. Еукариотске ћелије садрже специјализоване структуре назване органеле, које укључују мембрану сличну оној која окружује целу ћелију. Ови органели су копнене трупе ћелије, непрекидно водећи рачуна да све потребе ћелије буду задовољене из тренутка у тренутак.

Све ћелије садрже, у апсолутном минимуму, ћелијску мембрану, генетски материјал и цитоплазму, такође названу цитосол. Овај генетски материјал је деоксирибонуклеинска киселина или ДНК. Код прокариота, ДНК је скупљена у једном делу цитоплазме, али није затворена мембраном, јер само еукариоти имају језгро. Све ћелије имају ћелијску мембрану која се састоји од фосфолипидног двослоја; прокариотске ћелије имају ћелијски зид директно изван ћелијске мембране за додатну стабилност и заштиту. Ћелије биљака, које су заједно са гљивицама и животињама еукариоти, такође имају ћелијске зидове.

Све ћелије такође имају рибозоме. Код прокариота ови слободно плутају у цитоплазми; код еукариота су типично везани за ендоплазматски ретикулум. Рибосоми су често класификовани као врста органела, али у неким шемама се не квалификују као такви јер им недостаје мембрана. Не обележавање органела рибосома чини шему „само еукариоти имају органеле“ доследну. Ове еукариотске органеле укључују, поред ендоплазматског ретикулума, митохондрије (или у биљкама, хлоропласте), Голгијева тела, лизозоме, вакуоле и цитоскелет.

Ћелијска мембрана, која се назива и плазма мембрана, представља физичку границу између ћелијског унутрашњег окружења и спољног света. Међутим, немојте погрешно сматрати ову основну процену сугестијом да је улога ћелијске мембране само заштитна или да је мембрана само нека врста произвољне линије својстава. Ова карактеристика свих ћелија, како прокарионтских, тако и еукариотских, производ је неколико милијарди година еволуције и у заправо мултифункционално, динамично чудо које вјероватно функционира више као ентитет с истинском интелигенцијом него пуко препрека.

Ћелијска мембрана чувено се састоји од фосфолипидног двослоја, што значи да се састоји од два идентична слоја која се састоје од молекула фосфолипида (или тачније од фосфоглицеролипида). Сваки појединачни слој је асиметричан, састоји се од појединачних молекула који носе нешто у вези са лигњама или са балонима који носе неколико ресе. „Главе“ су фосфатни делови који имају нето неравнотежу електрохемијског наелектрисања и због тога се сматрају поларним. Пошто је вода такође поларна и зато што молекули са сличним електрохемијским својствима теже да се агрегирају заједно, овај део фосфолипида се сматра хидрофилним. „Репови“ су липиди, тачније пар масних киселина. За разлику од фосфата, они су ненаелектрисани и самим тим хидрофобни. Фосфат је причвршћен на једну страну остатка глицерола са три угљеника у средини молекула, а две масне киселине су повезане са другом страном.

Будући да се хидрофобни липидни репови спонтано међусобно повезују у раствору, двослој је постављен тако да два слојеви фосфата окренути су ка унутрашњости ћелије, док се два слоја липида мешају на унутрашњости ћелије двослој. То значи да су двоструке мембране поравнате као зрцалне слике, попут две стране вашег тела.

Мембрана не спречава само да штетне материје доспеју у унутрашњост. Селективно је пропусан, допуштајући виталне супстанце, али забрањујући другима, попут избацивача у модерном ноћном клубу. Такође селективно омогућава избацивање отпадних производа. Неки протеини уграђени у мембрану делују као јонске пумпе да би одржали равнотежу (хемијску равнотежу) у ћелији.

Цитоплазма у ћелијама, која се алтернативно назива цитосол, представља вариво у којем различите компоненте ћелије „пливају“. Све ћелије, прокарионтске и еукариотске, имају цитоплазму, без које ћелија више не може имати структурну целовитост него што би то могао бити празан балон.

Ако сте икада видели желатинску посластицу са комадима воћа уграђеним унутра, можда ћете помислити на желатин себе као цитоплазму, плод као органеле и посуду која држи желатину као ћелијску мембрану или ћелију зид. Конзистенција цитоплазме је воденаста, а назива се и матрицом. Без обзира на тип ћелије о којој је реч, цитоплазма садржи далеко већу густину протеина и молекуларне „машине“ него океанска вода или било која нежива окружење, што је доказ посла који ћелијска мембрана обавља у одржавању хомеостазе (друга реч за „равнотежу“ која се односи на жива бића) унутар ћелије.

У прокарионима, генетски материјал ћелије, ДНК коју користи за репродукцију, као и за усмеравање остатка ћелије да производи протеинске производе за живи организам, налази се у цитоплазми. У еукариота је затворен у структуру која се назива језгро.

Језгро је од цитоплазме оцртано нуклеарном овојницом, која је физички слична плаземској мембрани ћелије. Нуклеарна овојница садржи нуклеарне поре које омогућавају прилив и излазак одређених молекула. Овај органел је највећи у било којој ћелији, чинећи чак 10 процената запремине ћелије, и лако је видљив помоћу било ког микроскопа који је довољно моћан да открије саме ћелије. Научници знају за постојање језгра од 1830-их.

Унутар језгра је хроматин, назив за облик ДНК добија када се ћелија не припрема за дељење: намотана, али не и раздвојена у хромозоме који се на микроскопији чине различитим. Нуклеолус је део језгра који садржи рекомбинантну ДНК (рДНК), ДНК посвећену синтези рибосомске РНК (рРНК). Коначно, нуклеоплазма је воденаста супстанца унутар нуклеарног омотача која је аналогна цитоплазми у самој ћелији.

Поред чувања генетског материјала, језгро одређује када ће се ћелија делити и размножавати.

Митохондрији се налазе у животињским еукариотима и представљају „електране“ ћелија, јер су ове дугуљасте органеле тамо где се одвија аеробно дисање. Аеробно дисање генерише 36 до 38 молекула АТП или аденозин трифосфата (главни извор енергије ћелија) за сваки молекул глукозе (телесне крајње валуте горива) који потроши; гликолиза, с друге стране, којој није потребан кисеоник, генерише само око једне десетине оволике енергије (4 АТП по молекулу глукозе). Бактерије могу да се снађу само гликолизом, али еукариоти не.

Аеробно дисање се одвија у два корака, на две различите локације унутар митохондрија. Први корак је Кребсов циклус, низ реакција које се јављају на митохондријском матриксу, сродном нуклеоплазми или цитоплазми негде другде. У Кребсовом циклусу - који се назива и циклус лимунске киселине или циклус трикарбоксилне киселине - два молекула пирувата, молекул са три угљеника произведен у гликолизи, улази у матрицу за сваки молекул глукозе са шест угљеника конзумира. Тамо пируват пролази кроз циклус реакција које генеришу материјал за даље Кребсове циклусе и још више што је најважније, високоенергетски носачи електрона за следећи корак у аеробном метаболизму, пренос електрона ланац. Ове реакције се одвијају на митохондријалној мембрани и средство су којим се АТП молекули ослобађају током аеробног дисања.

Животиње, биљке и гљиве су еукариоти ноте који тренутно насељавају Земљу. Док животиње користе глукозу и кисеоник за производњу горива, воде и угљен-диоксида, биљке користе воду, угљен-диоксид и сунчеву енергију за погон кисеоника и глукозе. Ако овај аранжман не личи на случајност, није; процес који биљке користе за своје метаболичке потребе назива се фотосинтеза, и то је у основи аеробно дисање које се одвија управо у супротном смеру.

Будући да биљне ћелије не разлажу нуспроизводе глукозе користећи кисеоник, оне немају или им требају митохондрији. Уместо тога, биљке поседују хлоропласте, који у ствари претварају светлосну енергију у хемијску. Свака биљна ћелија има негде од 15 или 20 до око 100 хлоропласта, за које се верује да су, попут митохондрија у животињским ћелијама, некада постојале као самостојеће бактерије у данима пре него што су еукариоти еволуирали након што су очигледно прогутали ове мање организме и уградили метаболичке машине тих бактерија у своје свој.

Ако су митохондрији електране на ћелије, рибосоми су фабрике. Рибосоми нису везани мембранама и према томе технички нису органели, али се због практичности често групишу са правим органелима.

Рибосоми се налазе у цитоплазми прокариота и еукариота, али на последњим су често везани за ендоплазматски ретикулум. Састоје се од око 60 процената протеина и око 40 процената рРНК. рРНА је нуклеинска киселина, попут ДНК, преносне РНК (мРНК) и преносне РНК (тРНК).

Рибосоми постоје из једног једноставног разлога: за производњу протеина. То раде путем процеса превођења, а то је претварање генетских упутстава кодираних у рРНА путем ДНК у протеинске производе. Рибосоми окупљају протеине од 20 врста аминокиселина у телу, од којих је свака одређеним типом тРНК пребачена у рибосом. Редослед додавања ових аминокиселина одређује мРНА, од којих свака садржи информације изведене из једне ДНК ген - то јест, дужина ДНК која служи као нацрт појединог протеинског производа, био он ензим, хормон или око пигмента.

Превод се сматра трећим и последњим делом такозване централне догме биологије малог обима: ДНК ствара мРНК, а мРНК ствара или бар садржи упутства за протеине. У великој шеми, рибозом је једини део ћелије који се истовремено ослања на сва три стандардна типа РНК (мРНК, рРНК и тРНК) да би функционисао.

Већина преосталих органела су везикули, или нека врста биолошких „врећа“. Голгијева тела, која имају микроскопски преглед карактеристичног аранжмана „палачинке“, садрже ново синтетизоване протеине; Голгијева тела их ослобађају у малим везикулима штипајући их, у том тренутку та мала тела имају своју затворену мембрану. Већина ових малих везикула завршава у ендоплазматском ретикулуму, који је попут цестовног или железничког система за целу ћелију. Неке врсте ендоплазми имају много рибозома везаних за њих, дајући им „груб“ изглед под микроскопом; сходно томе, ове органеле носе назив груби ендоплазматски ретикулум или РЕР. Насупрот томе, ендоплазматски ретикулум без рибосома назива се глатки ендоплазматски ретикулум или СЕР.

Ћелије такође садрже лизозоме, везикуле које садрже моћне ензиме који разграђују отпад или нежељене посетиоце. Ово је попут ћелијског одговора посади за чишћење.