Що роблять усі частини клітини?

Клітини є основними будівельними елементами життя. Менш поетично - це найменші одиниці живих істот, які зберігають усі основні властивості, пов’язані з самим життям (наприклад, синтез білка, споживання палива та генетичний матеріал). В результаті, незважаючи на свої крихітні розміри, клітини повинні виконувати найрізноманітніші функції, як скоординовані, так і незалежні. Це, в свою чергу, означає, що вони повинні містити широкий спектр різних фізичних частин.

Більшість прокаріотичних організмів складаються лише з однієї клітини, тоді як тіла еукаріотів, таких як ви, містять трильйони. Еукаріотичні клітини містять спеціалізовані структури, звані органелами, які включають мембрану, подібну до тієї, що оточує цілу клітину. Ці органели є сухопутними військами осередку, постійно переконуючись, що всі поточні потреби осередку задовольняються.

Усі клітини містять, як мінімум, клітинну мембрану, генетичний матеріал і цитоплазму, яку також називають цитозолем. Цей генетичний матеріал - дезоксирибонуклеїнова кислота або ДНК. У прокаріотів ДНК скупчена в одній частині цитоплазми, але вона не укладена мембраною, оскільки ядро ​​мають лише еукаріоти. Усі клітини мають клітинну мембрану, що складається з фосфоліпідного бішару; клітини прокаріотів мають клітинну стінку безпосередньо поза клітинної мембрани для додаткової стійкості та захисту. Клітини рослин, які поряд з грибами та тваринами є еукаріотами, також мають клітинні стінки.

У всіх клітинах також є рибосоми. У прокаріотів вони вільно плавають у цитоплазмі; у еукаріотів вони, як правило, пов'язані з ендоплазматичним сітком. Рибосоми часто класифікуються як різновид органел, але в деяких схемах вони не кваліфікуються як такі, оскільки їм бракує мембрани. Немаркування органел рибосом робить схему "лише у еукаріотів органели" послідовною. Ці еукаріотичні органели включають, крім ендоплазматичної мережі, мітохондрії (або у рослин, хлоропласти), тіла Гольджі, лізосоми, вакуолі та цитоскелет.

Клітинна мембрана, яку також називають плазматичною мембраною, є фізичною межею між внутрішнім середовищем клітини та зовнішнім світом. Однак не приймайте цю базову оцінку за думку, що роль клітинної мембрани є лише захисною або що мембрана є просто якоюсь довільною лінією властивостей. Ця особливість усіх клітин, як прокаріотичних, так і еукаріотичних, є продуктом еволюції за кілька мільярдів років і полягає в насправді багатофункціональне, динамічне диво, яке, можливо, функціонує більше як сутність із справжнім інтелектом, ніж просто бар'єр.

Клітинна мембрана, як відомо, складається з фосфоліпідного бішару, що означає, що вона складається з двох однакових шарів, що складаються з молекул фосфоліпідів (або, точніше, з фосфогліцероліпідів). Кожен окремий шар асиметричний, складається з окремих молекул, які мають щось на зразок відношення до кальмарів або до повітряних куль, що несуть кілька китиць. "Головками" є фосфатні частини, які мають чистий електрохімічний дисбаланс заряду і, таким чином, вважаються полярними. Оскільки вода також є полярною і оскільки молекули з подібними електрохімічними властивостями мають тенденцію до агрегації разом, ця частина фосфоліпіду вважається гідрофільною. "Хвости" - це ліпіди, зокрема пара жирних кислот. На відміну від фосфатів, вони незаряджені і, отже, гідрофобні. Фосфат приєднаний до однієї сторони залишку тривуглецевого гліцерину в середині молекули, а дві жирні кислоти приєднані до іншої сторони.

Оскільки гідрофобні ліпідні хвости спонтанно зв’язуються між собою в розчині, двошар влаштований так, що два фосфатні шари спрямовані назовні та всередину клітини, тоді як два ліпідні шари змішуються з внутрішньої сторони двошаровий. Це означає, що подвійні мембрани вирівняні як дзеркальні зображення, як дві сторони вашого тіла.

Мембрана не просто утримує шкідливі речовини від потрапляння всередину. Він вибірково проникний, пропускаючи життєво важливі речовини, але не допускаючи інших, як вишибалка в модному нічному клубі. Це також вибірково дозволяє викидати відходи. Деякі білки, вбудовані в мембрану, діють як іонні насоси для підтримки рівноваги (хімічного балансу) всередині клітини.

Клітинна цитоплазма, яку по-іншому називають цитозолем, являє собою рагу, в якому різні компоненти клітини «плавають». Всі клітини, прокаріотичні та еукаріотичні мають цитоплазму, без якої клітина не могла б мати структурну цілісність більше, ніж порожня куля.

Якщо ви коли-небудь бачили желатиновий десерт із вкладеними всередину шматочками фруктів, ви можете подумати про желатин як цитоплазма, плід як органели і блюдо, що утримує желатин як клітинну мембрану або клітину стіна. Консистенція цитоплазми водяниста, її також називають матрицею. Незалежно від типу клітини, про яку йде мова, цитоплазма містить набагато більшу щільність білків і молекулярних "механізмів", ніж океанічна вода або будь-яка нежива навколишнього середовища, що є свідченням роботи, яку виконує клітинна мембрана в підтримці гомеостазу (інше слово для "рівноваги" стосовно живих істот) всередині клітин.

У прокаріотів, генетичний матеріал клітини, ДНК, яку вона використовує для розмноження, а також спрямовує решту клітини на вироблення білкових продуктів для живого організму, знаходиться в цитоплазмі. У еукаріотів він укладений у структуру, яка називається ядром.

Ядро окреслене від цитоплазми ядерною оболонкою, яка фізично схожа на плазматичну мембрану клітини. Ядерна оболонка містить ядерні пори, які забезпечують приплив і вихід деяких молекул. Ця органела є найбільшою в будь-якій клітині, на неї припадає близько 10 відсотків обсягу клітини, і її легко видно за допомогою будь-якого мікроскопа, досить потужного, щоб розкрити самі клітини. Про існування ядра вченим відомо з 1830-х років.

Усередині ядра знаходиться хроматин, назва ДНК набуває форми, коли клітина не готується до ділення: згорнута, але не розділена на хромосоми, які здаються чіткими при мікроскопії. Ядерце - це частина ядра, що містить рекомбінантну ДНК (рДНК), ДНК, призначену для синтезу рибосомної РНК (рРНК). Нарешті, нуклеоплазма - це водяниста речовина всередині ядерної оболонки, яка є аналогом цитоплазми у власне клітині.

Окрім зберігання генетичного матеріалу, ядро ​​визначає, коли клітина буде ділитися і розмножуватися.

Мітохондрії знаходяться в еукаріотів тварин і являють собою "електростанції" клітин, оскільки в цих довгастих органелах відбувається аеробне дихання. Аеробне дихання утворює від 36 до 38 молекул АТФ або аденозинтрифосфату (основного джерела енергії клітин) для кожної споживаної ним молекули глюкози (кінцевої валюти палива); гліколіз, з іншого боку, якому не потрібен кисень, генерує лише приблизно одну десяту цієї кількості енергії (4 АТФ на молекулу глюкози). Бактерії можуть пройти лише гліколіз, а еукаріоти - ні.

Аеробне дихання відбувається у два етапи, у двох різних місцях в межах мітохондрій. Першим кроком є ​​цикл Кребса, серія реакцій, що відбуваються на матриксі мітохондрій, що є подібним до нуклеоплазми або цитоплазми в іншому місці. У циклі Кребса - також званий цикл лимонної кислоти або цикл трикарбонової кислоти - дві молекули пірувату, тривуглецева молекула, що виробляється в процесі гліколізу, вводить матрицю для кожної молекули шестивуглецевої глюкози споживаний. Там піруват зазнає цикл реакцій, що генерує матеріал для подальших циклів Кребса та багато іншого що важливо, високоенергетичні носії електронів для наступного кроку в аеробному метаболізмі, транспорту електронів ланцюжок. Ці реакції відбуваються на мітохондріальній мембрані і є способом вивільнення молекул АТФ під час аеробного дихання.

Тварини, рослини та гриби - еукаріоти нот, які зараз мешкають на Землі. Поки тварини використовують глюкозу та кисень для виробництва палива, води та вуглекислого газу, рослини використовують воду, вуглекислий газ та енергію сонця для виробництва кисню та глюкози. Якщо така домовленість не схожа на випадковість, це не так; процес, який рослини використовують для своїх метаболічних потреб, називається фотосинтезом, і це, по суті, аеробне дихання, яке проходить точно у протилежному напрямку.

Оскільки клітини рослин не розщеплюють побічні продукти глюкози, використовуючи кисень, вони не мають або потребують мітохондрій. Натомість рослини мають хлоропласти, які фактично перетворюють світлову енергію на хімічну. Кожна рослинна клітина містить десь від 15 або 20 до приблизно 100 хлоропластів, які, як і мітохондрії в клітинах тварин, колись існували як окремі бактерії за дні до того, як еукаріоти еволюціонували, очевидно, поглинувши ці менші організми та включивши метаболічний механізм цих бактерій у свій власний.

Якщо мітохондрії - це електростанції клітин, то рибосоми - це фабрики. Рибосоми не пов'язані мембранами і, отже, технічно не є органелами, але для зручності їх часто групують із справжніми органелами.

Рибосоми знаходяться в цитоплазмі прокаріотів та еукаріотів, але на останніх вони часто прикріплюються до ендоплазматичної сітки. Вони складаються з приблизно 60 відсотків білка та близько 40 відсотків рРНК. рРНК - це нуклеїнова кислота, подібна до ДНК, передавальної РНК (мРНК) і передавальної РНК (тРНК).

Рибосоми існують з однієї простої причини: для виробництва білків. Вони роблять це за допомогою процесу трансляції, тобто конвертації генетичних інструкцій, закодованих у рРНК через ДНК, у білкові продукти. Рибосоми збирають білки з 20 типів амінокислот в організмі, кожна з яких транспортується до рибосоми певним типом тРНК. Порядок додавання цих амінокислот визначається мРНК, кожна з яких містить інформацію, отриману з однієї Ген ДНК - тобто довжина ДНК, яка служить проектом одного білкового продукту, будь то фермент, гормон або око пігмент.

Переклад вважається третьою і останньою частиною так званої центральної догми дрібномасштабної біології: ДНК створює мРНК, а мРНК створює або, принаймні, містить інструкції щодо білків. За великою схемою рибосома - це єдина частина клітини, яка одночасно покладається на всі три стандартні типи РНК (мРНК, рРНК і тРНК), щоб функціонувати.

Більшість органел, що залишилися, - це везикули, або біологічні «мішечки», певного роду. Тіла Гольджі, які при мікроскопічному дослідженні мають характерне розташування «млинців», містять нещодавно синтезовані білки; тіла Гольджі вивільняють їх у невеликих пухирцях, відщипуючи їх, після чого ці маленькі тіла мають власну закриту мембрану. Більшість із цих маленьких пухирців потрапляє в ендоплазматичний ретикулум, подібний до шосе або залізничної системи для всієї клітини. Деякі види ендоплазматичних речовин мають багато рибосом, прикріплених до них, надаючи їм «шорсткий» вигляд під мікроскопом; відповідно, ці органели називаються грубим ендоплазматичним ретикулумом або RER. На відміну від цього, ендоплазматичний ретикулум, що не містить рибосом, називається гладким ендоплазматичним ретикулумом або SER.

Клітини також містять лізосоми, везикули, що містять потужні ферменти, що розщеплюють відходи або небажаних відвідувачів. Це як відповідь стільникового зв'язку екіпажу, що прибирає.