Τι κάνουν όλα τα μέρη ενός κελιού;

Περιεχόμενο

• Μέρη ενός κελιού
• Η κυτταρική μεμβράνη
• Το Κυτταρόπλασμα
• Ο Πυρήνας
• Μιτοχόνδρια
• Χλωροπλάστες
• Ribosomes
• Φορείς Golgi και άλλοι οργανισμοί

Τα κύτταρα είναι τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής. Λιγότερο ποιητικά, είναι οι μικρότερες μονάδες ζωντανών πραγμάτων που διατηρούν όλες τις βασικές ιδιότητες που σχετίζονται με την ίδια τη ζωή (π.χ. σύνθεση πρωτεϊνών, κατανάλωση καυσίμου και γενετικό υλικό). Ως αποτέλεσμα, παρά το μικρό μέγεθος τους, τα κύτταρα πρέπει να εκτελούν μια ευρεία ποικιλία λειτουργιών, τόσο συντονισμένων όσο και ανεξάρτητων. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει ότι πρέπει να περιέχουν ένα ευρύ φάσμα διακριτών φυσικών μερών.

Οι περισσότεροι προκαρυωτικοί οργανισμοί αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο, ενώ τα σώματα των ευκαρυωτικών όπως εσείς ο ίδιος περιέχουν τρισεκατομμύρια. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν εξειδικευμένες δομές που ονομάζονται οργανίδια, τα οποία περιλαμβάνουν μεμβράνη παρόμοια με εκείνη που περιβάλλει ολόκληρο το κύτταρο. Αυτά τα οργανίδια είναι τα στρατιωτικά στρατεύματα των κυττάρων, διασφαλίζοντας συνεχώς ότι ικανοποιούνται όλες οι ανάγκες από στιγμή σε στιγμή.

Μέρη ενός κελιού

Όλα τα κύτταρα περιέχουν, στο απόλυτο ελάχιστο, κυτταρική μεμβράνη, γενετικό υλικό και κυτταρόπλασμα, που ονομάζεται επίσης κυτοσόλη. Αυτό το γενετικό υλικό είναι δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ ή ϋΝΑ. Σε προκαρυωτικά, το ϋΝΑ συσσωματώνεται σε ένα μέρος του κυτταροπλάσματος, αλλά δεν περικλείεται από μια μεμβράνη επειδή μόνο τα ευκαρυωτικά έχουν πυρήνα. Όλα τα κύτταρα έχουν κυτταρική μεμβράνη αποτελούμενη από διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων. τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν ένα κυτταρικό τοίχωμα απευθείας έξω από την κυτταρική μεμβράνη για πρόσθετη σταθερότητα και προστασία. Τα κύτταρα των φυτών, τα οποία μαζί με τους μύκητες και τα ζώα είναι ευκαρυωτικά, έχουν επίσης κυτταρικά τοιχώματα.

Όλα τα κύτταρα έχουν επίσης ριβοσώματα. Στα προκαρυωτικά, αυτά επιπλέουν ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα. σε ευκαρυωτικά συνδέονται τυπικά με το ενδοπλασματικό δίκτυο. Τα ριβοσώματα συχνά ταξινομούνται ως είδος οργανόλης, αλλά σε μερικά σχήματα δεν χαρακτηρίζονται ως τέτοια επειδή δεν διαθέτουν μεμβράνη. Η μη επισήμανση των οργανικών ριβοσωμάτων καθιστά το σύστημα "μόνο οι ευκαρυώτες έχουν οργανίδια" σύμφωνο. Αυτά τα ευκαρυωτικά οργανίδια περιλαμβάνουν, εκτός από το ενδοπλασματικό δίκτυο, μιτοχόνδρια (ή σε φυτά, χλωροπλάστες), σωμάτια Golgi, λυσοσώματα, κενοτομές και κυτταροσκελετά.

Η κυτταρική μεμβράνη

Η κυτταρική μεμβράνη, που ονομάζεται επίσης μεμβράνη πλάσματος, είναι ένα φυσικό όριο μεταξύ του εσωτερικού περιβάλλοντος των κυττάρων και του εξωτερικού κόσμου. Μην, όμως, εσφαλμένη αυτή τη βασική αξιολόγηση για την πρόταση ότι ο ρόλος των κυτταρικών μεμβρανών είναι απλώς προστατευτικός ή ότι η μεμβράνη είναι απλώς ένα είδος αυθαίρετης γραμμής ιδιοκτησίας. Αυτό το χαρακτηριστικό όλων των κυττάρων, προκαρυωτικό καθώς και ευκαρυωτικό, είναι το προϊόν μερικών δισεκατομμυρίων ετών εξέλιξης και είναι στην πραγματικότητα ένα πολυλειτουργικό, δυναμικό θαύμα που λειτουργικά μοιάζει περισσότερο με μια οντότητα με γνήσια νοημοσύνη παρά με ένα απλό φράγμα.

Η κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από ένα διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίου, που σημαίνει ότι αποτελείται από δύο όμοια στρώματα που αποτελούνται από φωσφολιπιδικά μόρια (ή πιο σωστά, φωσφογλυκερολιπίδια). Κάθε μεμονωμένη στρώση είναι ασύμμετρη, αποτελούμενη από μεμονωμένα μόρια που φέρουν κάτι σχετικό με τα καλαμάρια ή με μπαλόνια που φέρουν μερικές φούντες. Οι "κεφαλές" είναι τα φωσφορικά τμήματα, τα οποία έχουν καθαρή ηλεκτροχημική ανισορροπία φορτίου και επομένως θεωρούνται πολικά. Επειδή το νερό είναι επίσης πολικό και επειδή μόρια με παρόμοιες ηλεκτροχημικές ιδιότητες τείνουν να συσσωματώνονται μαζί, αυτό το μέρος του φωσφολιπιδίου θεωρείται υδρόφιλο. Οι "ουρές" είναι λιπίδια, συγκεκριμένα ένα ζεύγος λιπαρών οξέων. Σε αντίθεση με τα φωσφορικά άλατα, αυτά είναι άφορτα και έτσι υδρόφοβα. Το φωσφορικό άλας προσκολλάται στη μία πλευρά ενός υπολείμματος γλυκερόλης τριών ατόμων άνθρακα στη μέση του μορίου και τα δύο λιπαρά οξέα συνδέονται στην άλλη πλευρά.

Επειδή οι υδρόφοβες ουρές λιπιδίου συσχετίζονται αυθόρμητα μεταξύ τους σε διάλυμα, η διπλή στιβάδα ρυθμίζεται έτσι ώστε τα δύο φωσφορικά στρώματα να βλέπουν προς τα έξω και προς το εσωτερικό του κυττάρου, ενώ τα δύο λιπιδικά στρώματα αναδύονται στο εσωτερικό της διπλής στιβάδας. Αυτό σημαίνει ότι οι διπλές μεμβράνες ευθυγραμμίζονται ως εικόνες καθρεπτών, όπως και στις δύο πλευρές του σώματός σας.

Η μεμβράνη δεν περιορίζει απλώς την είσοδο επιβλαβών ουσιών στο εσωτερικό. Είναι επιλεκτικά διαπερατό, επιτρέποντας ζωτικές ουσίες μέσα, αλλά φράσσοντας τους άλλους, όπως ο bouncer σε ένα μοντέρνο νυχτερινό κέντρο διασκέδασης. Επίσης επιλεκτικά επιτρέπει την εκτόξευση των αποβλήτων. Ορισμένες πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στη μεμβράνη δρουν ως αντλίες ιόντων για να διατηρήσουν την ισορροπία (χημική ισορροπία) μέσα στο κύτταρο.

Το Κυτταρόπλασμα

Το κυτταρόπλασμα κυττάρων, που ονομάζεται εναλλακτικά το κυτταρόπλασμα, αντιπροσωπεύει το στιφάδο στο οποίο τα διάφορα συστατικά του κυττάρου "κολυμπούν". Όλα τα κύτταρα, προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά, έχουν ένα κυτταρόπλασμα, χωρίς το οποίο το κύτταρο δεν μπορεί πλέον να έχει δομική ακεραιότητα από ένα κενό μπαλόνι.

Εάν έχετε δει ποτέ ένα επιδόρπιο ζελατίνης με κομμάτια φρούτων ενσωματωμένα στο εσωτερικό του, ίσως να σκεφτείτε την ίδια τη ζελατίνη ως το κυτταρόπλασμα, το φρούτο σαν οργανίδια και το πιάτο που κρατά τη ζελατίνη ως κυτταρική μεμβράνη ή κυτταρικό τοίχωμα. Η συνοχή του κυτταροπλάσματος είναι υδαρή και αναφέρεται επίσης ως μήτρα. Ανεξάρτητα από τον τύπο του εν λόγω κυττάρου, το κυτταρόπλασμα περιέχει πολύ μεγαλύτερη πυκνότητα πρωτεϊνών και μοριακών «μηχανημάτων» από ό, τι το νερό των ωκεανών ή οποιοδήποτε περιβάλλον μη βιώσιμο, γεγονός που αποδεικνύει τη δουλειά της κυτταρικής μεμβράνης για τη διατήρηση της ομοιόστασης (άλλη λέξη για "ισορροπία" όπως εφαρμόζεται στα ζωντανά) μέσα στα κύτταρα.

Ο Πυρήνας

Στα προκαρυωτικά, το κύτταρο γενετικό υλικό, το DNA που χρησιμοποιεί για να αναπαράγει καθώς και να κατευθύνει το υπόλοιπο κύτταρο για να παράγει πρωτεϊνικά προϊόντα για τον ζωντανό οργανισμό, βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα. Στα ευκαρυωτικά, περικλείεται σε μια δομή που ονομάζεται πυρήνας.

Ο πυρήνας οριοθετείται από το κυτταρόπλασμα από ένα πυρηνικό φάκελο, το οποίο είναι φυσικά παρόμοιο με τη μεμβράνη πλάσματος των κυττάρων. Ο πυρηνικός φάκελος περιέχει πυρηνικούς πόρους που επιτρέπουν την εισροή και έξοδο ορισμένων μορίων. Αυτό το οργανίδιο είναι το μεγαλύτερο σε κάθε κύτταρο, αντιπροσωπεύοντας όσο το 10 τοις εκατό του όγκου των κυττάρων και είναι εύκολα ορατό χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε μικροσκόπιο αρκετά ισχυρό για να αποκαλύψει τα ίδια τα κύτταρα. Οι επιστήμονες γνωρίζουν την ύπαρξη του πυρήνα από τη δεκαετία του 1830.

Μέσα στον πυρήνα είναι χρωματίνη, το όνομα για τη μορφή του DNA παίρνει όταν το κύτταρο δεν ετοιμάζεται να χωριστεί: περιτυλιγμένο, αλλά όχι χωρισμένο σε χρωμοσώματα που φαίνονται ξεχωριστά στη μικροσκοπία. Ο πυρήνας είναι το τμήμα του πυρήνα που περιέχει το ανασυνδυασμένο DNA (rDNA), το DNA αφιερωμένο στη σύνθεση του ριβοσωμικού RNA (rRNA). Τέλος, το νουκλεόπλασμα είναι μια υδαρής ουσία μέσα στο πυρηνικό φάκελο που είναι ανάλογη με το κυτταρόπλασμα του κυττάρου.

Εκτός από την αποθήκευση γενετικού υλικού, ο πυρήνας καθορίζει πότε το κύτταρο θα διαιρείται και θα αναπαράγεται.

Μιτοχόνδρια

Τα μιτοχόνδρια ευρίσκονται σε ευκαρυωτικά ζώα και αντιπροσωπεύουν τις "μονάδες ηλεκτροπαραγωγής" των κυττάρων, καθώς αυτά τα επιμήκη οργανίδια είναι εκεί όπου λαμβάνει χώρα αερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή παράγει 36 έως 38 μόρια ΑΤΡ ή τριφωσφορική αδενοσίνη (η κυριότερη πηγή ενέργειας των κυττάρων) για κάθε μόριο γλυκόζης (το τελικό νόμισμα καυσίμου του σώματος) που καταναλώνει. η γλυκόλυση, από την άλλη πλευρά, η οποία δεν απαιτεί να προχωρήσει το οξυγόνο, παράγει μόνο περίπου το ένα δέκατο αυτής της ενέργειας (4 ATP ανά μόριο γλυκόζης). Τα βακτηρίδια μπορούν να πάρουν από τη γλυκόλυση μόνο, αλλά οι ευκαρυώτες δεν μπορούν.

Η αερόβια αναπνοή λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια, σε δύο διαφορετικές θέσεις εντός των μιτοχονδρίων. Το πρώτο βήμα είναι ο κύκλος του Krebs, μια σειρά αντιδράσεων που συμβαίνουν στο μιτοχονδριακό πλέγμα, το οποίο είναι παρόμοιο με το νουκλεόπλασμα ή το κυτταρόπλασμα αλλού. Στον κύκλο Krebs - ονομάζεται επίσης κύκλος κιτρικού οξέος ή κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος - δύο μόρια πυροσταφυλικού, ένα μόριο τριών ατόμων άνθρακα που παράγεται στη γλυκόλυση, εισέρχονται στη μήτρα για κάθε ένα μόριο γλυκόζης έξι-άνθρακα που καταναλώνεται. Εκεί, το πυροσταφυλικό υφίσταται έναν κύκλο αντιδράσεων που παράγουν υλικό για περαιτέρω κύκλους Krebs και, πιο σημαντικό, φορείς υψηλής ενέργειας για το επόμενο βήμα στον αερόβιο μεταβολισμό, την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Αυτές οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στη μιτοχονδριακή μεμβράνη και είναι το μέσο με το οποίο τα μόρια ΑΤΡ απελευθερώνονται κατά την αερόβια αναπνοή.

Χλωροπλάστες

Τα ζώα, τα φυτά και οι μύκητες είναι οι ευκαρυώτες της σημερινής κατοχής της Γης. Ενώ τα ζώα χρησιμοποιούν τη γλυκόζη και το οξυγόνο για να παράγουν καύσιμα, νερό και διοξείδιο του άνθρακα, τα φυτά χρησιμοποιούν νερό, διοξείδιο του άνθρακα και ηλιακή ενέργεια για να τροφοδοτήσουν την παραγωγή οξυγόνου και γλυκόζης. Αν αυτή η διάταξη δεν μοιάζει με σύμπτωση, δεν είναι? τα εργοστάσια επεξεργασίας που χρησιμοποιούν για τις μεταβολικές τους ανάγκες καλείται φωτοσύνθεση και ουσιαστικά αερόβια αναπνοή τρέχει ακριβώς στην αντίθετη κατεύθυνση.

Επειδή τα φυτικά κύτταρα δεν διασπώνται υποπροϊόντα γλυκόζης με χρήση οξυγόνου, δεν έχουν ή δεν χρειάζονται μιτοχόνδρια. Αντ 'αυτού, τα φυτά διαθέτουν χλωροπλάστες, οι οποίοι στην πραγματικότητα μετατρέπουν την φωτεινή ενέργεια σε χημική ενέργεια. Κάθε φυτικό κύτταρο έχει οπουδήποτε από 15 ή 20 έως περίπου 100 χλωροπλάστες, οι οποίες, όπως τα μιτοχόνδρια σε ζωικά κύτταρα, πιστεύεται ότι υπήρχαν κάποτε ως ελεύθερα βακτήρια τις ημέρες πριν από την εμφάνιση των ευκαρυωτικών, αφού φαινόταν ότι έπεσαν σε αυτούς τους μικρότερους οργανισμούς και ενσωμάτωναν αυτά τα μεταβολικά βακτηρίδια μηχανήματα στη δική τους.

Ribosomes

Εάν τα μιτοχόνδρια είναι τα φυτά ηλεκτροπαραγωγής των κυττάρων, τα ριβοσώματα είναι τα εργοστάσια. Τα ριβοσώματα δεν δεσμεύονται από μεμβράνες και ως εκ τούτου δεν είναι τεχνικά οργανίδια, αλλά συχνά ομαδοποιούνται με αληθινά οργανίδια για ευκολία.

Τα ριβοσώματα βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών, αλλά στις τελευταίες συχνά συνδέονται με το ενδοπλασματικό δίκτυο. Αποτελούνται από περίπου 60% πρωτεΐνη και περίπου 40% rRNA. Το rRNA είναι ένα νουκλεϊνικό οξύ, όπως το DNA, το αγγελιαφόρο RNA (mRNA) και το RNA μεταφοράς (tRNA).

Τα ριβοσώματα υπάρχουν για έναν απλό λόγο: για την παρασκευή πρωτεϊνών. Το κάνουν αυτό μέσω της διαδικασίας μετάφρασης, η οποία είναι η μετατροπή των γενετικών οδηγιών που κωδικοποιούνται στο rRNA μέσω DNA σε πρωτεϊνικά προϊόντα. Τα ριβοσώματα συναρμολογούν πρωτεΐνες από τους 20 τύπους αμινοξέων στο σώμα, καθένα από τα οποία μεταφέρεται στο ριβόσωμα από έναν συγκεκριμένο τύπο tRNA. Η σειρά με την οποία προστίθενται αυτά τα αμινοξέα προσδιορίζεται από το mRNA, το καθένα από τα οποία κατέχει τις πληροφορίες που προέρχονται από ένα μόνο γονίδιο ϋΝΑ - δηλαδή ένα μήκος DNA που χρησιμεύει ως μπλε για ένα προϊόν πρωτεΐνης, είτε πρόκειται για ένα ένζυμο , μια ορμόνη ή μια χρωστική ουσία για τα μάτια.

Η μετάφραση θεωρείται το τρίτο και τελευταίο μέρος του λεγόμενου κεντρικού δόγματος βιολογίας μικρής κλίμακας: το DNA δημιουργεί mRNA και το mRNA παράγει ή τουλάχιστον φέρει οδηγίες για τις πρωτεΐνες. Στο μεγάλο σχέδιο, το ριβόσωμα είναι το μόνο μέρος του κυττάρου που ταυτόχρονα βασίζεται και στους τρεις τυποποιημένους τύπους RNA (mRNA, rRNA και tRNA) για να λειτουργήσει.

Φορείς Golgi και άλλοι οργανισμοί

Τα περισσότερα από τα υπόλοιπα οργανίδια είναι κυστίδια, ή βιολογικά "σάκοι", κάποιου είδους. Τα σώματα Golgi, τα οποία έχουν μια χαρακτηριστική διάταξη "τηγανίτας-στοίβας" σε μικροσκοπική εξέταση, περιέχουν νέες συνθετικές πρωτεΐνες. τα σώματα του Golgi τα απελευθερώνουν σε μικρά κυστίδια, σπρώχνοντας τα μακριά, οπότε αυτά τα μικρά σώματα έχουν τη δική τους κλειστή μεμβράνη. Τα περισσότερα από αυτά τα μικρά κυστίδια καταλήγουν στο ενδοπλασματικό δίκτυο, το οποίο είναι σαν ένα αυτοκινητόδρομο ή σύστημα σιδηροδρόμων για ολόκληρο το κύτταρο. Ορισμένα είδη ενδοπλασμικών έχουν πολλά ριβοσώματα συνδεδεμένα με αυτά, δίνοντάς τους μια "τραχιά" εμφάνιση κάτω από ένα μικροσκόπιο. Κατά συνέπεια, αυτά τα οργανίδια περνούν από το όνομα τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο ή RER. Αντίθετα, το ενδοπλασματικό δίκτυο χωρίς ριβοσώματα ονομάζεται ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο ή SER.

Τα κύτταρα περιέχουν επίσης λυσοσώματα, κυστίδια που περιέχουν ισχυρά ένζυμα που διασπούν τα απόβλητα ή τους ανεπιθύμητους επισκέπτες. Αυτά είναι σαν την κυτταρική απάντηση σε ένα καθαριστικό πλήρωμα.