Vad gör alla delar av en cell?

Celler är de grundläggande byggstenarna i livet. Mindre poetiskt är de de minsta enheterna av levande saker som behåller alla de grundläggande egenskaper som är förknippade med själva livet (t.ex. proteinsyntes, bränsleförbrukning och genetiskt material). Som ett resultat, trots sin lilla storlek, måste cellerna utföra en mängd olika funktioner, både samordnade och oberoende. Detta i sin tur innebär att de måste innehålla ett brett spektrum av distinkta fysiska delar.

De flesta prokaryota organismer består av endast en enda cell, medan kroppar av eukaryoter som dig själv innehåller biljoner. Eukaryota celler innehåller specialiserade strukturer som kallas organeller, vilket inkluderar ett membran som liknar det som omger hela cellen. Dessa organeller är cellens markstyrkor och ser ständigt till att alla cellens ögonblickliga behov tillgodoses.

Alla celler innehåller, i ett absolut minimum, ett cellmembran, genetiskt material och cytoplasma, även kallat cytosol. Detta genetiska material är deoxiribonukleinsyra eller DNA. I prokaryoter grupperas DNA i en del av cytoplasman, men det är inte omslutet av ett membran eftersom endast eukaryoter har en kärna. Alla celler har ett cellmembran bestående av ett fosfolipid dubbelskikt; prokaryota celler har en cellvägg direkt utanför cellmembranet för ökad stabilitet och skydd. Växternas celler, som tillsammans med svampar och djur är eukaryoter, har också cellväggar.

Alla celler har också ribosomer. I prokaryoter flyter dessa fritt i cytoplasman; i eukaryoter är de vanligtvis bundna till det endoplasmatiska retikulumet. Ribosomer klassificeras ofta som en typ av organell, men i vissa system kvalificerar de sig inte som sådana eftersom de saknar ett membran. Att inte märka ribosomer organeller gör ordningen "endast eukaryoter har organeller" konsekvent. Dessa eukaryota organeller innefattar, förutom endoplasmatisk retikulum, mitokondrier (eller i växter, kloroplaster), Golgi-kroppar, lysosomer, vakuoler och cytoskelettet.

Cellmembranet, även kallat plasmamembranet, är en fysisk gräns mellan cellens inre miljö och omvärlden. Förväxla dock inte denna grundläggande bedömning för förslaget att cellmembranets roll bara är skyddande eller att membranet bara är någon form av godtycklig egenskapslinje. Denna egenskap hos alla celler, såväl prokaryota som eukaryota, är produkten av några miljarder år av utveckling och är i faktiskt ett multifunktionellt, dynamiskt underverk som utan tvekan fungerar mer som en enhet med äkta intelligens än bara barriär.

Cellmembranet består känt av ett fosfolipid dubbelskikt, vilket innebär att det består av två identiska skikt som består av fosfolipidmolekyler (eller mer korrekt, fosfoglycerolipider). Varje enskilt lager är asymmetriskt och består av enskilda molekyler som har något som har ett förhållande till bläckfiskar, eller till ballonger som bär några tofsar. "Huvuden" är fosfatdelarna, som har en netto elektrokemisk laddningsobalans och anses därför polära. Eftersom vatten också är polärt och eftersom molekyler med liknande elektrokemiska egenskaper tenderar att aggregeras, anses denna del av fosfolipiden vara hydrofil. "Svansarna" är lipider, specifikt ett par fettsyror. Till skillnad från fosfater är dessa oladdade och därmed hydrofoba. Fosfatet är fäst vid ena sidan av en glycerolrest med tre kol i mitten av molekylen, och de två fettsyrorna förenas med den andra sidan.

Eftersom de hydrofoba lipidsvansarna spontant associeras med varandra i lösning, är dubbelskiktet inställt så att de två fosfatskikten är vända utåt och mot cellens inre, medan de två lipidskikten smälter samman på insidan av dubbelskikt. Detta innebär att de dubbla membranen är inriktade som spegelbilder, som kroppens två sidor.

Membranet hindrar inte bara skadliga ämnen från att komma in i det inre. Det är selektivt permeabelt, tillåter vitala ämnen men hindrar andra, som studsaren på en trendig nattklubb. Det tillåter också selektivt att mata ut avfallsprodukter. Vissa proteiner inbäddade i membranet fungerar som jonpumpar för att upprätthålla jämvikt (kemisk balans) i cellen.

Cellcytoplasman, alternativt kallad cytosolen, representerar grytan där de olika komponenterna i cellen "simmar". Alla celler, prokaryot och eukaryot, har en cytoplasma, utan vilken cellen inte kan ha mer strukturell integritet än en tom ballong skulle kunna.

Om du någonsin har sett en gelatinefterrätt med bitar av frukt inbäddad inuti, kanske du tänker på gelatinet sig själv som cytoplasman, frukten som organeller och skålen som håller gelatinet som ett cellmembran eller cell vägg. Cytoplasmas konsistens är vattnig och det kallas också en matris. Oavsett celltyp i fråga innehåller cytoplasman en mycket högre densitet av proteiner och molekylära "maskiner" än vad havsvatten eller något icke-levande miljö, vilket är ett bevis på jobbet som cellmembranet gör för att upprätthålla homeostas (ett annat ord för "jämvikt" som tillämpas på levande saker) inuti celler.

I prokaryoter finns cellens genetiska material, det DNA som används för att reproducera såväl som att leda resten av cellen för att göra proteinprodukter för den levande organismen, i cytoplasman. I eukaryoter är den innesluten i en struktur som kallas kärnan.

Kärnan avgränsas från cytoplasman med ett kärnhölje, som fysiskt liknar cellens plasmamembran. Kärnhöljet innehåller kärnporer som möjliggör tillströmning och utströmning av vissa molekyler. Denna organell är den största i någon cell och står för så mycket som 10 procent av cellens volym och är lätt synlig med hjälp av vilket mikroskop som helst som är kraftfullt nog för att avslöja cellerna själva. Forskare har känt till kärnans existens sedan 1830-talet.

Inuti kärnan finns kromatin, namnet på formen DNA har när cellen inte förbereder sig för att dela sig: lindad men inte separerad i kromosomer som verkar distinkta vid mikroskopi. Kärnkärnan är den del av kärnan som innehåller rekombinant DNA (rDNA), DNA tillägnad syntesen av ribosomalt RNA (rRNA). Slutligen är nukleoplasman en vattnig substans inuti kärnhöljet som är analog med cytoplasman i den korrekta cellen.

Förutom att lagra genetiskt material bestämmer kärnan när cellen kommer att dela sig och reproducera.

Mitokondrier finns i animaliska eukaryoter och representerar cellernas "kraftverk", eftersom dessa avlånga organeller är där aerob andning äger rum. Aerob andning genererar 36 till 38 molekyler ATP, eller adenosintrifosfat (cellernas huvudsakliga energikälla) för varje glukemolekyl (kroppens ultimata bränslevaluta) som den förbrukar; glykolys, å andra sidan, som inte kräver syre för att fortsätta, genererar endast ungefär en tiondel så mycket energi (4 ATP per glukosmolekyl). Bakterier kan klara sig med glykolys ensam, men eukaryoter inte.

Aerob andning äger rum i två steg, på två olika platser inom mitokondrier. Det första steget är Krebs-cykeln, en serie reaktioner som inträffar på den mitokondriella matrisen, som liknar nukleoplasman eller cytoplasman någon annanstans. I Krebs-cykeln - även kallad citronsyracykel eller trikarboxylsyra-cykeln - två molekyler av pyruvat, en trekolmolekyl producerad i glykolys, ange matrisen för varje molekyl med sex kolglukos förbrukad. Där genomgår pyruvat en reaktionscykel som genererar material för ytterligare Krebs-cykler och mer viktigare, högenergi-elektronbärare för nästa steg i aerob metabolism, elektrontransporten kedja. Dessa reaktioner äger rum på det mitokondriella membranet och är det sätt på vilket ATP-molekylerna frigörs under aerob andning.

Djur, växter och svampar är de eukaryoter som noteras för närvarande i Jorden. Medan djur använder glukos och syre för att generera bränsle, vatten och koldioxid, använder växter vatten, koldioxid och solens energi för att driva tillverkningen av syre och glukos. Om detta arrangemang inte ser ut som en slump, så är det inte; de processanläggningar som används för deras metaboliska behov kallas fotosyntes, och det är i huvudsak aerob andning som körs exakt i motsatt riktning.

Eftersom växtceller inte bryter ner glukosbiprodukter med syre, har eller behöver de inte mitokondrier. Istället har växter kloroplaster, som i själva verket omvandlar ljusenergi till kemisk energi. Varje växtcell har var som helst från 15 eller 20 till cirka 100 kloroplaster, som, liksom mitokondrier i djurceller, antas ha en gång funnits som fristående bakterier under dagarna innan eukaryoter utvecklades efter att de uppenbarligen uppslukade dessa mindre organismer och införlivat dessa bakteriers metaboliska maskiner i deras egen.

Om mitokondrier är cellernas kraftverk är ribosomer fabrikerna. Ribosomer är inte bundna av membran och är således inte tekniskt organeller, men de grupperas ofta med sanna organeller för enkelhets skull.

Ribosomer finns i cytoplasman hos prokaryoter och eukaryoter, men på den senare är de ofta fästa vid endoplasmatisk retikulum. De består av cirka 60 procent protein och cirka 40 procent rRNA. rRNA är en nukleinsyra, som DNA, budbärar-RNA (mRNA) och överförings-RNA (tRNA).

Ribosomer finns av en enkel anledning: att tillverka proteiner. De gör detta via översättningsprocessen, vilket är omvandlingen av genetiska instruktioner kodade i rRNA via DNA till proteinprodukter. Ribosomer samlar proteiner från de 20 typerna av aminosyror i kroppen, som var och en förflyttas till ribosomen av en viss typ av tRNA. Ordningen i vilken dessa aminosyror tillsätts specificeras av mRNA, som var och en innehåller informationen som härrör från en enda DNA-gen - det vill säga en längd av DNA som fungerar som en ritning för en enda proteinprodukt, vare sig det är ett enzym, ett hormon eller ett öga pigment.

Översättning anses vara den tredje och sista delen av den så kallade centrala dogmen i småskalig biologi: DNA gör mRNA, och mRNA gör, eller åtminstone bär instruktioner för, proteiner. I det stora schemat är ribosomen den enda delen av cellen som samtidigt förlitar sig på alla tre standardtyper av RNA (mRNA, rRNA och tRNA) för att fungera.

De flesta av de återstående organellerna är vesiklar eller biologiska "säckar" av något slag. Golgi-kropparna, som har ett karakteristiskt "pannkakstack" -arrangemang vid mikroskopisk undersökning, innehåller nyligen syntetiserade proteiner; Golgi-kropparna släpper ut dessa i små vesiklar genom att klämma av dem, vid vilken tidpunkt dessa små kroppar har sitt eget slutna membran. De flesta av dessa små blåsor hamnar i det endoplasmatiska nätverket, som är som en motorväg eller ett järnvägssystem för hela cellen. Vissa typer av endoplasmatiska har många ribosomer fästa vid dem, vilket ger dem ett "grovt" utseende under ett mikroskop. följaktligen går dessa organeller under namnet grov endoplasmatisk retikulum eller RER. Däremot kallas ribosomfritt endoplasmatiskt retikulum mjukt endoplasmatiskt retikulum, eller SER.

Celler innehåller också lysosomer, vesiklar som innehåller kraftfulla enzymer som bryter ner avfall eller oönskade besökare. Dessa är som det mobila svaret till ett saneringspersonal.