Förhållandet mellan cellstruktur och funktion

"Form passar funktion" är ett vanligt refrain i världen för både de naturliga och mänskliga formerna för teknik. När det är fråga om en målmedveten konstruktion av ett vardagsverktyg är detta ofta uppenbart: Ett litet barn som får en spade, ett dricksglas, ett par strumpor eller en hammare kan förmodligen bestämma med relativ lätthet vad dessa redskap är för, medan det i fallet med en cykelkedja eller en hundkrage isolerat är pusslet betydligt svårare att lösa.

Naturliga strukturer, som bildats under miljontals år av evolution, förblir på plats eftersom de har valts ut på grund av de överlevnadsfördelar de ger organismerna det ha dem. Detta är fallet med celler, som är de enklaste naturliga strukturerna som har alla egenskaperna hos den dynamiska enheten som kallas liv: reproduktion, metabolism, upprätthållande av kemisk balans och fysisk soliditet.

Som i "makro" -världen, hur delarna i en cell talar till deras funktioner - både de som står ensamma och de som är integrerade med resten av cellen - är ett fascinerande ämne för biologi i sig rätt.

Cellsammansättning och funktion varierar avsevärt både mellan organismer och, i fallet med komplexa flercelliga organismer, mellan olika vävnader och organ inom samma organism. Men alla celler har ett antal element gemensamt. Dessa inkluderar:

• Cellmembranet: Denna struktur bildar cellens yttre foder och ansvarar för både cellens fysiska integritet och för att låta vissa ämnen passera in och ut samtidigt som andra förnekar passage. Den består faktiskt av en dubbel plasmamembran.
• Cytoplasma: Detta bildar cellens inre substans och består av en vattnig matris som stöder andra inre cellinnehåll, som en byggnadsställning. Den flytande delen som inte är organell kallas cytosoloch de flesta kemiska reaktioner i cellen uppträder här med hjälp av proteiner som kallas enzymer.
• Genetiskt material: Det genetiska materialet, som nästan alla celler i organismen innehåller en fullständig kopia av, bär den information som behövs för proteinsyntes i form av deoxiribonukleinsyra (DNA). DNA är det som överförs till efterföljande generationer under reproduktionsprocessen.
• Ribosomer: Dessa proteiner är ansvariga för tillverkningen av alla proteiner som organismen behöver. De tar riktning från messenger ribonukleinsyra (mRNA). På ribosomer är individuella aminosyror kopplade ihop för att skapa kedjor och bilda proteiner. MRNA görs av DNA i en process som kallas transkription; omvandlingen av mRNA-instruktioner till proteiner på ribosomerna, som består av två underenheter, är känd som översättning.

Levande saker kan delas in i två typer: Prokaryoter, som inkluderar domänerna Bakterier och Archaea, och eukaryoter, som består av domänen Eukaryota. De flesta prokaryoter är encelliga organismer, medan nästan alla eukaryoter - växter, djur och svampar - är flercelliga.

Prokaryota celler inkluderar de fyra beskrivna strukturerna, men inte mycket annat, även om bakterier har det cellväggar. Många av dem har också en cell kapsel; den primära funktionen för dessa är skydd. Vissa prokaryoter har också piskliknande strukturer på ytan kallas flagella. Som du kan gissa utifrån deras utseende används dessa främst för rörelse.

Eukaryota celler, däremot, är rika på organeller, som är membranbundna enheter som tjänar cellen på särskilda sätt. Det är viktigt att eukaryoter hyser sitt DNA i en kärna, medan i prokaryoter, som saknar inre membranbundna strukturer av något slag, flyter DNA i ett löst kluster i cytoplasman som kallas nukleoidregion.

Förhållandet mellan delarna av en cell och deras funktioner exemplifieras med elegans och klarhet i eukaryoternas organeller. I sin tur har alla organeller ett plasmamembran. Varje plasmamembran i celler - inklusive det yttre, namngivna cellmembranet såväl som membranen som omsluter organeller - består av en fosfolipiddubbelskikt.

Detta dubbelskikt består av två individuella "ark" som vetter mot varandra på ett spegelbild. Insidan har hydrofob, eller vattenavvisande delar av varje skikt, som består av lipider i form av fettsyror. De yttre delarna är däremot hydrofileller vattensökande och består av fosfatdelarna av fosfolipidmolekylerna.

Således är en "vägg" av hydrofila fosfathuvuden vänd mot organellens insida (eller i fallet med cellmembranet i sig, cytoplasma) medan den andra vetter mot utsidan, eller cytoplasmatisk, sidan (eller i fallet med cellmembranet, utsidan miljö).

Membranets struktur är sådan att små molekyler som glukos och vatten kan glida fritt mellan fosfolipidmolekyler, medan större inte kan och måste pumpas aktivt in eller ut (eller nekas passage, period). Återigen passar strukturen till funktion.

Även om det vanligtvis inte kallas en organell på grund av dess högsta betydelse, är kärnan faktiskt en utföringsform av en. Dess plasmamembran kallas kärnhölje. Kärnan innehåller DNA förpackat i kromatin, som är proteinrik materia uppdelad i kromosomer.

När kromosomerna delar sig och kärnan med dem kallas processen mitos. För att detta ska hända, mitotisk spindel måste skapas inom kärnan, som i huvudsak är hjärnan i cellen och förbrukar en betydande del av den totala volymen av de flesta celler.

Dessa ungefär ovala organeller är kraftverk för eukaryoter, eftersom de är platsen för aerob ("med syre") andning, källan till det mesta av den energi som eukaryoter härrör från bränslet de äter (när det gäller djur) eller syntetiseras med hjälp av solljus (i fallet med växter).

Mitokondrier antas ha sitt ursprung för över 2 miljarder år sedan när aeroba bakterier lindades upp i befintliga, icke-aeroba celler och började samarbeta med dem metaboliskt. De många veck i membranet, där aerob andning faktiskt förekommer, är ett annat exempel på sammanflödet av struktur och funktion i celler.

Denna membranstruktur är snarare som en "motorväg" genom att den sträcker sig från kärnan (och faktiskt är förenad med dess membran), genom cellen, ut till cytoplasmas yttersta delar. Den bär och modifierar proteinprodukter tillverkade av ribosomerna.

Några endoplasmiska retikulum kallas grov endoplasmatisk retikulum eftersom den är fylld med ribosomer, vilket kan ses under ett mikroskop; formerna som saknar ribosomer kallas på motsvarande sätt slät endoplasmatisk retikulum.

De Golgiapparat liknar det endoplasmiska retikulumet genom att det packar och bearbetar proteiner och andra cellgenererade ämnen, men det är ordnat i runda staplade skivor, ungefär som en myntrulle eller en stapel små pannkakor.

Lysosomer är cellens avfallshanteringscentra, och följaktligen har dessa små globulära kroppar enzymer som löses upp och dispenserar cellnedbrytningsprodukter som härrör från daglig metabolism. Lysosomer är faktiskt en typ av vakuum, ett namn för en ihålig, membranbunden enhet i celler vars syfte är att fungera som en behållare för kemikalier av något slag.

De cytoskelett är gjord av mikrotubuli, proteiner arrangerade som små bambuskott och fungerar som strukturella stödbalkar och balkar. Dessa sträcker sig över hela cytoplasman från kärnan till cellmembranet.