Съдържание
- Основна структура на клетките
- Клетъчната мембрана
- Ядрата
- Рибозомите
- Митохондрии и хлоропласти
- Цитоскелетът
- Други органели
Клетките, най-общо казано, са подобни на идентични единици, които съставляват едно цяло. Затворните блокове и кошерите например са съставени предимно от килии. Както се прилага за биологичните системи, терминът вероятно е въведен от учения от 17-ти век Робърт Хук, изобретател на сложния микроскоп и пионер в забележителен брой научни начинания. Клетката, както е описано днес, е най-малката единица на живото същество, което запазва характеристиките на самия живот. С други думи, отделните клетки не само съдържат генетична информация, но също така използват и трансформират енергия, провеждат химични реакции, поддържат равновесие и т.н. По-разговорно, клетките обикновено и по подходящ начин се наричат „градивните елементи на живота“.
Основните характеристики на клетката включват клетъчна мембрана за отделяне и защита на съдържанието на клетката от останалия свят; цитоплазма или течноподобно вещество във вътрешността на клетката, в която протичат метаболитни процеси; и генетичен материал (дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК). Това по същество описва прокариотична или бактериална клетка в нейната цялост. По-сложните организми обаче, наречени еукариоти - включително животни, растения и гъби - също имат разнообразие от други клетъчни структури, всички те се развиват в съответствие с нуждите на високо специализирани живи същества. Тези структури се наричат органели. Органелите са да еукариотични клетки това, което вашите собствени органи (стомаха, черния дроб, белите дробове и т.н.) са за вашето тяло като цяло.
Основна структура на клетките
Клетките, структурно, са единици на организация. Те са официално класифицирани въз основа на това, откъде получават енергията си. Прокариотите включват две от шестте таксономични царства, Архебактерии и Монера; всички тези видове са едноклетъчни и повечето са бактерии, и те датират изумителни 3,5 милиарда години или около това (около 80 процента от прогнозната възраст на самата Земя). Еукариотите са на възраст само 1,5 милиарда години и включват Анималия, Планта, Фунгей и Протиста. Повечето еукариоти са многоклетъчни, въпреки че някои (например мая) не са.
Прокариотичните клетки, като абсолютен минимум, се характеризират с агломерация на генетичен материал под формата на ДНК вътре в заграждение, ограничено от клетъчна мембрана, наричана още плазмена мембрана. В това заграждение е и цитоплазма, която в прокариотите има консистенция на мокър асфалт; при еукариотите той е много по-течен. В допълнение, много прокариоти имат и клетъчна стена извън клетъчната мембрана, за да служат като защитен слой (както ще видите, клетъчната мембрана изпълнява различни функции). По-специално, растителните клетки, които са еукариотични, също включват клетъчни стени. Но прокариотните клетки не включват органели и това е основното структурно разграничение. Дори ако човек реши да разграничи това като метаболитно, това все още е свързано със съответните структурни свойства.
Някои прокариоти имат камшичета, които са биповидни полипептиди, използвани за задвижване. Някои също имат пили, които са подобни на косата издатини, използвани за лепилни цели. Бактериите също се предлагат в множество форми: Коките са кръгли (като менингококите, които могат да причинят менингит при хората), бацили (пръчки, като видовете, които причиняват антракс), и спирила или спирохети (спирални бактерии, като тези, които са отговорни за причиняване на сифилис) ,
Ами вирусите? Това са просто малки късчета генетичен материал, който може да бъде ДНК или РНК (рибонуклеинова киселина), заобиколен от протеинова обвивка. Вирусите не могат да се възпроизвеждат самостоятелно и затова трябва да заразят клетките и да „отвлекат“ репродуктивния си апарат, за да разпространяват копия от себе си. В резултат на това антибиотиците са насочени към всякакъв вид бактерии, но са неефективни срещу вирусите. Антивирусни лекарства съществуват, като по-нови и по-ефективни се въвеждат непрекъснато, но механизмите им на действие са напълно различни от тези на антибиотиците, които обикновено са насочени или към клетъчните стени, или към метаболитните ензими, специфични за прокариотните клетки.
Клетъчната мембрана
Клетъчната мембрана е многостранно чудо на биологията. Най-очевидната му работа е да служи като контейнер за съдържанието на клетката и да осигури бариера за обидите на извънклетъчната среда. Това обаче описва само малка част от неговата функция. Клетъчната мембрана не е пасивна преграда, а силно динамичен сбор от порти и канали, които помагат да се гарантира поддържането на вътрешна среда на клетката (тоест нейното равновесие или хомеостаза), като селективно позволяват молекулите да влизат и излизат от клетката, както се изисква.
Мембраната всъщност е двойна мембрана, с два слоя, обърнати един към друг по огледален образ. Това се нарича фосфолипиден двуслоен и всеки слой се състои от "лист" фосфолипидни молекули или по-правилно глицерофосфолипидни молекули. Това са удължени молекули, състоящи се от "полярни фосфатни" глави ", които са обърнати встрани от центъра на двуслойния (тоест към цитоплазмата и клетъчната външност) и неполярни" опашки ", състоящи се от чифт мастни киселини; тези две киселини и фосфатът са прикрепени към противоположни страни на три-въглеродна глицеролова молекула. Поради асиметричното разпределение на заряда върху фосфатните групи и липсата на асиметрия на заряда на мастни киселини, фосфолипидите, поставени в разтвор, всъщност се събират спонтанно в този вид двуслоен, така че е енергийно ефективен.
Веществата могат да преминават през мембраната по различни начини. Едната е проста дифузия, която вижда малки молекули като кислород и въглероден диоксид да се движат през мембраната от региони с по-висока концентрация до области с по-ниска концентрация. Улеснената дифузия, осмозата и активният транспорт също спомагат за поддържането на постоянна доставка на хранителни вещества, постъпващи в клетката и метаболитни отпадни продукти, които излизат.
Ядрата
Ядрото е мястото на съхраняване на ДНК в еукариотните клетки. (Спомнете си, че прокариотите нямат ядра, тъй като им липсват свързани с мембрана органели от всякакъв вид.) Подобно на плазмената мембрана, ядрената мембрана, наричана още ядрена обвивка, е двупластова фосфолипидна бариера.
В рамките на ядрото генетичният материал на клетката е подреден в различни тела, наречени хромозоми. Броят на хромозомите, които организмът има, варира от видове до видове; хората имат 23 двойки, включително 22 двойки "нормални" хромозоми, наречени автозоми, и една двойка полови хромозоми. ДНК на отделни хромозоми е подредена в последователности, наречени гени; всеки ген носи генетичния код за определен протеинов продукт, бил той ензим, допринасящ за цвета на очите или компонент на скелетния мускул.
Когато клетката претърпи делене, нейното ядро се разделя по различен начин, поради репликацията на хромозомите вътре в нея. Този репродуктивен процес се нарича митоза, а разцепването на ядрото е известно като цитокинеза.
Рибозомите
Рибозомите са мястото на синтеза на протеини в клетките. Тези органели са направени почти изцяло от тип РНК, подходящо наречен рибозомна РНК, или РРНК. Тези рибозоми, които се намират в цялата клетъчна цитоплазма, включват една голяма субединица и една малка субединица.
Може би най-лесният начин да се предвидят рибозоми е като мънички монтажни линии. Когато дойде време за производството на даден протеинов продукт, РНК (мРНК), транскрибирана в ядрото от ДНК, проправя път към частта на рибозомите, където кодът на тРНК се превежда в аминокиселини, градивните елементи на всички протеини. По-конкретно, четирите различни азотни основи на тРНК могат да бъдат подредени по 64 различни начина в групи от три (4, повдигнати до третата мощност, са 64), и всяка от тези "тройки" кодира аминокиселина. Тъй като в човешкото тяло има само 20 аминокиселини, някои аминокиселини са получени от повече от един триплет код.
Когато тРНК се превежда, още един вид РНК, трансферната РНК (тРНК) носи каква аминокиселина е била извикана с кода до рибозомното място на синтеза, където аминокиселината е свързана в края на протеина в прогрес. След като протеинът, който може да бъде от десетки до много стотици аминокиселини, е завършен, той се освобождава от рибозомата и се транспортира до където е необходимо.
Митохондрии и хлоропласти
Митохондриите са "силовите растения" на животинските клетки, а хлоропластите са техни аналози в растителните клетки. Митохондриите, за които се смята, че са възникнали като свободно стоящи бактерии, преди да се включат в структурите, станали еукариотни клетки, са мястото на аеробния метаболизъм, който изисква кислород за извличане на енергия под формата на аденозин трифосфат (АТФ) от глюкоза. Митохондриите получават пируватни молекули, получени от независим от кислород разпад на глюкоза в цитоплазмата; в матрицата (вътрешността) на митохондриите пируватът се подлага на цикъла на Кребс, наричан също цикъл на лимонена киселина или цикъл на трикарбоксилна киселина (ТСА). Цикълът на Кребс генерира натрупване на високоенергийни протонови носители и служи за настройка на аеробните реакции, наречени електронна транспортна верига, която се среща в близост до митохондриалната мембрана, която е още един липиден двуслоен слой. Тези реакции генерират много повече енергия под формата на АТФ, отколкото гликолизата може; без митохондриите животът на животните не би могъл да се развива на Земята поради огромните енергийни нужди на "висшите" организми.
Хлоропластите са това, което придава на растенията зелен цвят, тъй като съдържат пигмент, наречен хлорофил. Докато митохондриите разграждат глюкозните продукти, хлоропластите всъщност използват енергията от слънчевата светлина за изграждане на глюкоза от въглероден диоксид и вода. Тогава растението използва част от това гориво за собствените си нужди, но по-голямата част от него, заедно с кислорода, освободен при синтеза на глюкоза, достига до екосистемата и се използва от животни, които не могат сами да си набавят храна. Без обилен растителен живот на Земята, животните не биха могли да оцелеят; обратното е вярно, тъй като животният метаболизъм генерира достатъчно въглероден диоксид, който растенията могат да използват.
Цитоскелетът
Цитоскелетът, както подсказва името му, осигурява структурна подкрепа на клетката по същия начин, по който вашият собствен костен скелет осигурява стабилно скеле за вашите органи и тъкани. Цитоскелетът се състои от три компонента: микрофиламенти, междинни влакна и микротрубки, за да бъдат от най-малките до най-големите. Микрофиламентите и микротрубовете могат да бъдат сглобени и разглобени според нуждите на клетката в даден момент, докато междинните нишки са склонни да бъдат по-постоянни.
В допълнение към фиксирането на органели на място, подобно на водещите проводници, прикрепени към високи комуникационни кули, те държат фиксирани към земята, цитоскелетът подпомага преместването на нещата в клетката. Това може да бъде под формата на точки за закрепване на жлези, както правят някои микротрубове; алтернативно, някои микротрубове осигуряват действителния тръбопровод (път) за нещата да се движат по него. По този начин цитоскелетът може да бъде както моторен, така и магистрален, в зависимост от конкретния тип.
Други органели
Други важни органели включват Тела на Голджи, които изглеждат като купчини палачинки при микроскопично изследване и служат като места за съхранение и секреция на протеини, и ендоплазмения ретикулум, която премества протеиновите продукти заедно от една част на клетката в друга. Ендоплазменият ретикулум се предлага в гладки и грапави форми; последните са наречени така, защото са обсипани с рибозоми. Телата на Голджи пораждат везикули, които откъсват краищата на "палачинките" и съдържат протеини; ако те могат да се разглеждат като контейнери за превоз, тогава ендоплазменият ретикулум, който приема тези тела, е като магистрала или железопътна система.
Лизозомите също са важни за поддържането на клетките. Това също са везикули, но те съдържат специфични храносмилателни ензими, които могат да лизират (разтварят) или метаболитните отпадни продукти на клетките, или химикалите, които не бива да съществуват там, но по някакъв начин са нарушили клетъчната мембрана.