Definities van celstructuur

Inhoud

• Basis celstructuur
• Het celmembraan
• De kern
• ribosomen
• Mitochondria en chloroplasten
• Het Cytoskeleton
• Andere organellen

Cellen zijn in het algemeen vergelijkbaar met identieke eenheden die een geheel vormen. Gevangenisblokken en bijenkorven, bijvoorbeeld, bestaan ​​meestal uit cellen. Zoals toegepast op biologische systemen, werd de term waarschijnlijk bedacht door de 17e-eeuwse wetenschapper Robert Hooke, uitvinder van de samengestelde microscoop en pionier in een opmerkelijk aantal wetenschappelijke inspanningen. Een cel, zoals vandaag beschreven, is de kleinste eenheid van een levend wezen dat de kenmerken van het leven zelf behoudt. Met andere woorden, individuele cellen bevatten niet alleen genetische informatie, maar ze gebruiken en transformeren ook energie, ontvangen chemische reacties, handhaven het evenwicht, enzovoort. In de volksmond worden cellen typisch en op de juiste manier "de bouwstenen van het leven" genoemd.

De essentiële kenmerken van een cel omvatten een celmembraan om de celinhoud van de rest van de wereld te scheiden en te beschermen; cytoplasma, of een vloeistofachtige substantie in het inwendige van de cel waarin metabole processen plaatsvinden; en genetisch materiaal (deoxyribonucleïnezuur of DNA). Dit beschrijft in wezen een prokaryotische of bacteriële cel in zijn geheel. Complexere organismen, echter eukaryoten genoemd - waaronder dieren, planten en schimmels - hebben ook een verscheidenheid aan andere celstructuren, allemaal ontwikkeld in overeenstemming met de behoeften van zeer gespecialiseerde levende wezens. Deze structuren worden organellen genoemd. Organellen zijn voor eukaryotische cellen wat uw eigen organen (maag, lever, longen enzovoort) zijn voor uw lichaam als geheel.

Basis celstructuur

Cellen zijn structureel eenheden van organisatie. Ze worden formeel geclassificeerd op basis van waar ze hun energie vandaan halen. Prokaryoten omvatten twee van de zes taxonomische koninkrijken, Archaebacteria en Monera; al deze soorten zijn eencellig en de meeste zijn bacteriën, en ze zijn ongeveer 3,5 miljard jaar oud (ongeveer 80 procent van de geschatte leeftijd van de aarde zelf). Eukaryoten zijn slechts 1,5 miljard jaar oud en omvatten Animalia, Plantae, Fungae en Protista. De meeste eukaryoten zijn meercellig, hoewel sommige (bijvoorbeeld gist) dat niet zijn.

Prokaryotische cellen hebben op een absoluut minimum een ​​agglomeratie van genetisch materiaal in de vorm van DNA in een omhulling begrensd door een celmembraan, ook wel een plasmamembraan genoemd. Binnen deze omhulling bevindt zich ook cytoplasma, dat in prokaryoten de consistentie heeft van nat asfalt; in eukaryoten is het veel vloeibaarder. Bovendien hebben veel prokaryoten ook een celwand buiten het celmembraan om te dienen als een beschermende laag (zoals u zult zien, heeft het celmembraan een verscheidenheid aan functies). Met name plantencellen, die eukaryotisch zijn, omvatten ook celwanden. Maar prokaryotische cellen omvatten geen organellen, en dit is het primaire structurele onderscheid. Zelfs als men ervoor kiest om het onderscheid als metabool te beschouwen, is dit nog steeds gekoppeld aan de respectieve structurele eigenschappen.

Sommige prokaryoten hebben flagella, die zweepachtige polypeptiden zijn die worden gebruikt voor voortstuwing. Sommigen hebben ook pili, dit zijn haarachtige uitsteeksels die worden gebruikt voor lijmdoeleinden. Bacteriën komen ook in meerdere vormen voor: coccen zijn rond (zoals de meningokokken, die meningitis bij de mens kunnen veroorzaken), baccillen (staven, zoals de soort die miltvuur veroorzaakt), en spirilla of spirocheten (spiraalvormige bacteriën, zoals die verantwoordelijk zijn voor het veroorzaken van syfilis) .

Hoe zit het met virussen? Dit zijn slechts kleine stukjes genetisch materiaal, dat DNA of RNA (ribonucleïnezuur) kan zijn, omgeven door een eiwitlaag. Virussen kunnen zichzelf niet reproduceren en moeten daarom cellen infecteren en hun voortplantingsapparatuur "kapen" om kopieën van zichzelf te verspreiden. Antbiotica richten zich daarom op allerlei bacteriën, maar zijn niet effectief tegen virussen. Er bestaan ​​antivirale geneesmiddelen, waarbij steeds nieuwere en effectievere geneesmiddelen worden geïntroduceerd, maar hun werkingsmechanismen verschillen volledig van die van antibiotica, die zich meestal richten op ofwel celwanden of metabole enzymen die specifiek zijn voor prokaryotische cellen.

Het celmembraan

Het celmembraan is een veelzijdig wonder van biologie. De meest voor de hand liggende taak is om te dienen als een container voor de inhoud van de cel en een barrière te bieden voor de beledigingen van de extracellulaire omgeving. Dit beschrijft echter slechts een klein deel van zijn functie. Het celmembraan is geen passieve partitie, maar een zeer dynamische verzameling poorten en kanalen die helpen bij het handhaven van de interne omgeving van een cel (dat wil zeggen het evenwicht of homeostase) door moleculen naar wens in en uit de cel te laten komen.

Het membraan is eigenlijk een dubbel membraan, met twee lagen die spiegelbeeldig tegenover elkaar liggen. Dit wordt de fosfolipide dubbellaag genoemd en elke laag bestaat uit een "vel" fosfolipidemoleculen, of beter gezegd, glycerofosfolipidemoleculen. Dit zijn langwerpige moleculen die bestaan ​​uit polaire fosfaat "koppen" die van het midden van de dubbellaag (dat wil zeggen naar het cytoplasma en de buitenkant van de cel) zijn gericht en niet-polaire "staarten" bestaande uit een paar vetzuren; deze twee zuren en het fosfaat zijn bevestigd aan tegenoverliggende zijden van een glycerolmolecuul met drie koolstofatomen. Vanwege de asymmetrische ladingsverdeling op fosfaatgroepen en het gebrek aan ladingsasymmetrie van vetzuren, assembleren fosfolipiden die zich in oplossing bevinden eigenlijk spontaan in dit soort dubbellaag, dus het is energetisch efficiënt.

Stoffen kunnen het membraan op verschillende manieren doorkruisen. Een daarvan is eenvoudige diffusie, waarbij kleine moleculen zoals zuurstof en koolstofdioxide door het membraan bewegen van gebieden met een hogere concentratie naar gebieden met een lagere concentratie. Vergemakkelijkte diffusie, osmose en actief transport helpen ook een constante aanvoer van voedingsstoffen in de cel en metabolische afvalproducten te handhaven.

De kern

De kern is de plaats van DNA-opslag in eukaryotische cellen. (Bedenk dat prokaryoten geen kernen bevatten omdat ze geen membraangebonden organellen hebben.) Net als het plasmamembraan is het nucleaire membraan, ook wel een nucleaire envelop genoemd, een dubbellaagse fosfolipidenbarrière.

Binnen de kern is het genetische materiaal van een cel gerangschikt in afzonderlijke lichamen die chromosomen worden genoemd. Het aantal chromosomen dat een organisme heeft, varieert van soort tot soort; mensen hebben 23 paar, waaronder 22 paar "normale" chromosomen, autosomen genoemd, en één paar geslachtschromosomen. Het DNA van individuele chromosomen is gerangschikt in sequenties die genen worden genoemd; elk gen draagt ​​de genetische code voor een bepaald eiwitproduct, of het nu een enzym is, een bijdrage aan de oogkleur of een component van skeletspier.

Wanneer een cel deling ondergaat, deelt zijn kern zich op een andere manier, dankzij de replicatie van de chromosomen erin. Dit voortplantingsproces wordt mitose genoemd en de splitsing van de kern staat bekend als cytokinese.

ribosomen

Ribosomen zijn de plaats van eiwitsynthese in cellen. Deze organellen zijn bijna volledig gemaakt van een type RNA dat passend ribosomaal RNA of rRNA wordt genoemd. Deze ribosomen, die overal in het celcytoplasma worden gevonden, omvatten een grote subeenheid en een kleine subeenheid.

Misschien is de eenvoudigste manier om ribosomen voor te stellen even kleine assemblagelijnen. Wanneer het tijd is om een ​​bepaald eiwitproduct te produceren, vindt messenger RNA (mRNA) dat in de kern wordt getranscribeerd van DNA zijn weg naar het deel van ribosomen waar de mRNA-code wordt vertaald in aminozuren, de bouwstenen van alle eiwitten. In het bijzonder kunnen de vier verschillende stikstofbasen van mRNA op 64 verschillende manieren worden gerangschikt in groepen van drie (4 verhoogd tot de derde macht is 64), en elk van deze "tripletten" codeert voor een aminozuur. Omdat er slechts 20 aminozuren in het menselijk lichaam zijn, zijn sommige aminozuren afgeleid van meer dan één tripletcode.

Wanneer het mRNA wordt vertaald, draagt ​​nog een ander type RNA, transfer RNA (tRNA) welk aminozuur door de code is opgeroepen naar de ribosomale syntheseplaats, waar het aminozuur is bevestigd aan het uiteinde van de proteïne-in vooruitgang. Zodra het eiwit, dat tientallen tot vele honderden aminozuren lang kan zijn, compleet is, wordt het uit het ribosoom vrijgegeven en getransporteerd naar waar het nodig is.

Mitochondria en chloroplasten

Mitochondria zijn de "krachtcentrales" van dierlijke cellen, en chloroplasten zijn hun analogen in plantencellen. Mitochondria, waarvan wordt aangenomen dat ze zijn ontstaan ​​als vrijstaande bacteriën voordat ze werden opgenomen in de structuren die eukaryotische cellen werden, zijn de plaats van aëroob metabolisme, dat zuurstof vereist om energie in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP) uit glucose te extraheren. De mitochondriën ontvangen pyruvaatmoleculen afgeleid van zuurstof-onafhankelijke glucose-afbraak in het cytoplasma; in de matrix (binnenkant) van de mitochondriën wordt het pyruvaat onderworpen aan de Krebs-cyclus, ook wel de citroenzuurcyclus of de tricarbonzuurcyclus (TCA) genoemd. De Krebs-cyclus genereert een opeenhoping van hoogenergetische protondragers en dient als opstelling voor de aerobe reacties die de elektronentransportketen worden genoemd, die zich dichtbij op het mitochondriale membraan voordoet, dat weer een andere lipide dubbellaag is. Deze reacties genereren veel meer energie in de vorm van ATP dan glycolyse; zonder mitochondriën had het leven van dieren op aarde niet kunnen evolueren vanwege de enorme energie-eisen van "hogere" organismen.

Chloroplasten geven planten hun groene kleur, omdat ze een pigment bevatten dat chlorofyl wordt genoemd. Terwijl mitochondria glucoseproducten afbreken, gebruiken chloroplasten eigenlijk de energie van zonlicht om glucose op te bouwen uit kooldioxide en water. De plant gebruikt vervolgens een deel van deze brandstof voor zijn eigen behoeften, maar het grootste deel, samen met de zuurstof die vrijkomt bij de glucosesynthese, bereikt het ecosysteem en wordt gebruikt door dieren, die niet hun eigen voedsel kunnen maken. Zonder het overvloedige plantenleven op aarde zouden dieren niet kunnen overleven; het omgekeerde is waar, omdat het metabolisme van dieren voldoende koolstofdioxide genereert voor planten om te gebruiken.

Het Cytoskeleton

Het cytoskelet, zoals de naam al doet vermoeden, biedt structurele ondersteuning aan een cel op dezelfde manier als uw eigen benige skelet een stabiele steiger voor uw organen en weefsels biedt. Het cytoskelet bestaat uit drie componenten: microfilamenten, tussenliggende vezels en microtubuli, in volgorde van klein naar groot. Microfilamenten en microtubuli kunnen worden geassembleerd en gedemonteerd volgens de behoeften van cellen op een bepaald moment, terwijl intermediaire filamenten de neiging hebben om permanenter te zijn.

Naast het bevestigen van organellen op dezelfde manier als de geleidingsdraden die aan hoge communicatietorens zijn bevestigd, deze aan de grond vasthouden, helpt het cytoskelet bij het verplaatsen van dingen binnen een cel. Dit kan in de vorm van dienen als ankerpunten voor flagella, zoals sommige microtubuli doen; als alternatief bieden sommige microtubuli de eigenlijke leiding (pad) voor dingen om mee te bewegen. Het cytoskelet kan dus zowel motor als snelweg zijn, afhankelijk van het specifieke type.

Andere organellen

Andere belangrijke organellen omvatten Golgi-lichamen, die bij microscopisch onderzoek op stapels pannenkoeken lijken en dienen als plaatsen voor eiwitopslag en -afscheiding, en de endoplasmatisch reticulum, die eiwitproducten van het ene deel van de cel naar het andere verplaatst. Endoplasmatisch reticulum komt in gladde en ruwe vormen; de laatste zijn zo genoemd omdat ze bezaaid zijn met ribosomen. Golgi-lichamen geven aanleiding tot blaasjes die de randen van de "pannenkoeken" afbreken en eiwitten bevatten; als deze kunnen worden beschouwd als zeecontainers, dan is het endoplasmatisch reticulum dat deze lichamen ontvangt als een snelweg of spoorwegsysteem.

Lysosomen zijn ook belangrijk in het onderhoud van cellen. Dit zijn ook blaasjes, maar ze bevatten specifieke spijsverteringsenzymen die ofwel de metabole afvalproducten van cellen of chemicaliën kunnen lyseren (oplossen) die helemaal niet verondersteld worden daar te zijn maar op een of andere manier het celmembraan hebben doorbroken.