Beroende på var du befinner dig i din egen livsvetenskapliga utbildning kanske du redan vet att celler är de grundläggande strukturella och funktionella komponenterna i livet. Du kanske också är medveten om att i mer komplexa organismer som dig själv och andra djur är celler mycket specialiserade och innehåller en olika fysiska inneslutningar som utför specifika metaboliska och andra funktioner för att hålla förhållandena inom cellen gästvänliga för liv.
Vissa komponenter i cellerna i "avancerade" organismer kallas organeller har förmågan att fungera som små maskiner och är ansvariga för att utvinna energi från de kemiska bindningarna i glukos, den ultimata näringskällan i alla levande celler. Har du någonsin undrat vilka organeller som hjälper till att ge celler energi, eller vilken organell som är mest direkt involverad i energiomvandlingar i celler? Om så är fallet, träffa mitokondrier och den kloroplast, de främsta evolutionära prestationerna av eukaryota organismer.
Cells: Prokaryotes Versus Eukaryotes
Organismer i domänen Prokaryota, som inkluderar bakterier och Archaea (tidigare kallad "archaebacteria"), är nästan helt encelliga och måste, med få undantag, få all sin energi från glykolys, en process som sker i cellcytoplasman. De många flercelliga organismerna i Eukaryota domän har dock celler med inneslutningar som kallas organeller som utför ett antal dedikerade metaboliska och andra vardagliga funktioner.
Alla celler har DNA (genetiskt material), a cellmembranet, cytoplasma ("goo" som utgör det mesta av cellens ämne) och ribosomer, som gör proteiner. Prokaryoter har vanligtvis lite mer än dem, medan eukaryota celler (planer, djur och svampar) är de som skryter med organeller. Bland dessa finns kloroplaster och mitokondrier, som är inblandade i att tillgodose sina föräldercellers energibehov.
Energibearbetande organeller: mitokondrier och kloroplaster
Om du vet något om mikrobiologi och får ett mikrofotografi av en växtcell eller ett djur cell, är det inte riktigt svårt att göra en utbildad gissning på vilka organeller som är involverade i energi omvandling. Både kloroplaster och mitokondrier är snygga strukturer, med massor av den totala ytan på membranet som ett resultat av noggrann vikning och ett "upptaget" utseende totalt sett. Med andra ord är det uppenbart att dessa organeller gör mycket mer än att bara lagra råa cellulära material.
Båda dessa organeller antas dela samma fascinerande evolutionära historia, vilket framgår av det faktum att de har sitt eget DNA, separat från det i cellkärnan. Mitokondrier och kloroplaster tros ursprungligen ha varit fristående bakterier i sig själv innan de uppslukades, men inte förstördes, av större prokaryoter ( endosymbiont teori). När dessa "ätna" bakterier visade sig tjäna viktiga metaboliska funktioner för de större organismerna och omvänt, en hel organisationsdomän, Eukaryota, föddes.
Struktur och funktion av kloroplaster
Eukaryoter deltar alla i cellulär andning, vilket inkluderar glykolys och de tre grundläggande stegen i aerob andning: bryggreaktionen, Krebs-cykeln och reaktionerna från elektrontransporten kedja. Växter kan emellertid inte få glukos direkt från miljön för att matas in i glykolys, eftersom de inte kan "äta"; i stället framställer de glukos, ett sex-kolsocker, av koldioxidgas, en tvåkolförening, i organeller som kallas kloroplaster.
Kloroplaster är där pigmentet klorofyll (som ger växterna sitt gröna utseende) lagras, i små säckar som kallas thylakoids. I tvåstegsprocessen av fotosyntes, använder växter ljusenergi för att generera ATP och NADPH, som är energibärande molekyler, och använder sedan denna energi för att bygga glukos, som sedan är tillgänglig för resten av cellen samt lagrar i form av ämnen som djur så småningom kan få äta.
Mitokondriernas struktur och funktion
Energibearbetning i anläggningar i slutändan är i grunden densamma som hos djur och i de flesta svampar: Det ultimata "målet" är att bryta ner glukos i mindre molekyler och extrahera ATP i processen. Mitokondrier gör detta genom att fungera som "kraftverk" för celler, eftersom de är platserna för aerob andning.
I den avlånga "fotbollsformade" mitokondrierna omvandlas pyruvat, huvudprodukten av glykolys, till acetyl-CoA, shuttled in i organellens inre för Krebs-cykeln och flyttade sedan till mitokondriellt membran för elektrontransport kedja. Sammantaget adderar dessa reaktioner 34 till 36 ATP till de två ATP som genereras från en enda molekyl glukos enbart i glykolys.