Содержание
Клетки являются фундаментальными, неприводимыми элементами жизни на Земле. Некоторые живые существа, такие как бактерии, состоят только из одной клетки; такие животные, как ты, включают триллионы. Клетки сами по себе микроскопические, но большинство из них содержат ошеломляющее множество даже меньших компонентов, которые вносят свой вклад в основную миссию по поддержанию клетки - и, соответственно, родительского организма - живыми. Животные клетки, вообще говоря, являются частью более сложных форм жизни, чем клетки бактерий или растений; соответственно, клетки животных являются более сложными и сложными, чем их аналоги в микробном и ботаническом мирах.
Возможно, самый простой способ представить себе клетку для животных - это центр развлечений или большой, занятый склад. Важное соображение, о котором следует помнить, часто описывающее мир в целом, но изысканно применимое к биологии в частности, - это «форма соответствует функции». Таким образом, причина, по которой части животной клетки, а также клетки в целом, структурированы таким, как они есть, очень тесно связана с работой, которую эти части, называемые "органеллами", выполняют.
Базовый обзор клеток
Клетки были описаны в очень ранние времена в сыром микроскопе, в 1600-х и 1700-х годах. Согласно некоторым источникам, Роберт Гук создал имя, хотя в то время он смотрел на пробку через свой микроскоп.
Клетка может рассматриваться как наименьшая единица живого организма, которая сохраняет все жизненные свойства, такие как метаболическая активность и гомеостаз. Все клетки, независимо от их специализированной функции или организма, которому они служат, имеют три основные части: клеточную мембрану, также называемую плазматической мембраной, в качестве внешней границы; агломерация генетического материала (ДНК или дезоксирибонуклеиновой кислоты) по направлению к середине; и цитоплазма (иногда называемая цитозолем), полужидкое вещество, в котором происходят реакции и другие действия.
Живые существа можно разделить на прокариот организмы, которые одноклеточные и включают бактерии, и эукариот организмы, которые включают растения, животных и грибки. Клетки эукариот включают мембрану вокруг генетического материала, создающую ядро; у прокариот такой мембраны нет. Кроме того, цитоплазма прокариот не содержит органелл, которые эукариотические клетки могут похвастаться в изобилии.
Мембрана клеток животных
клеточная мембранатакже называемый плазматической мембраной, образует внешнюю границу клеток животных. (Растительные клетки имеют клеточные стенки непосредственно за пределами клеточной мембраны для дополнительной защиты и прочности.) Мембрана - это не просто физический барьер или хранилище для органелл и ДНК; напротив, он динамический, с высокоселективными каналами, которые тщательно регулируют вход и выход молекул в клетку и из нее.
Клеточная мембрана состоит из фосфолипидный бислой, или липидный бислой. Этот бислой состоит, по сути, из двух разных «слоев» молекул фосфолипидов, причем липидные части молекул в разных слоях касаются друг друга, а фосфатные части направлены в противоположные стороны. Чтобы понять, почему это происходит, рассмотрим электрохимические свойства липидов и фосфатов отдельно. Фосфаты - это полярные молекулы, что означает, что их электрохимические заряды распределены по молекуле неравномерно. Вода (H2О) также является полярным, и полярные вещества имеют тенденцию смешиваться, поэтому фосфаты входят в число веществ, обозначенных как гидрофильные (то есть притягиваются к воде).
Липидная часть фосфолипида содержит две жирные кислоты, которые представляют собой длинные цепочки углеводородов с определенными типами связей, которые оставляют всю молекулу без градиента заряда. На самом деле, липиды по определению неполярные. Поскольку они реагируют противоположно тому, как это делают полярные молекулы в присутствии воды, их называют гидрофобными. Поэтому вы можете думать о целой молекуле фосфолипида как о «кальмароподобном», причем фосфатная часть выступает в качестве головы и тела, а липид - в виде пары щупалец. Кроме того, представьте себе два больших «листа» кальмаров, собранные так, что их щупальца смешиваются, а их головы направлены в противоположные стороны.
Клеточные мембраны позволяют определенным веществам приходить и уходить. Это происходит разными способами, включая диффузию, облегченную диффузию, осмос и активный транспорт. Некоторые органеллы, такие как митохондрии, имеют свои собственные внутренние мембраны, состоящие из тех же материалов, что и сама плазматическая мембрана.
Ядро
ядро по сути, центр управления и командования животной клетки. Он содержит ДНК, которая у большинства животных расположена в отдельных хромосомах (у вас их 23 пары), которые разделены на небольшие части, называемые генами. Гены - это просто отрезки ДНК, которые содержат код для конкретного белкового продукта, который ДНК доставляет в механизм сборки белка клеток через РНК молекулы (рибонуклеиновая кислота).
Ядро состоит из разных частей. При микроскопическом исследовании темное пятно называется ядрышко появляется в середине ядра; ядрышко участвует в производстве рибосом. Ядро окружено ядерной мембраной, двойная, позже аналогичная клеточной мембране. Эта оболочка, также называемая ядерной оболочкой, содержит нитевидные белки, прикрепленные к внутреннему слою, которые расширяются внутрь и помогают сохранять ДНК организованной и на месте.
Во время размножения и деления клеток расщепление самого ядра на два дочерних ядра называется цитокинезом. Наличие ядра, отделенного от остальной части клетки, полезно для изоляции ДНК от других видов деятельности клетки, сводя к минимуму вероятность ее повреждения. Это также обеспечивает превосходный контроль над непосредственной клеточной средой, которая может отличаться от цитоплазмы клетки в целом.
Рибосомы
Эти органеллы, которые также обнаруживаются в клетках не животных, ответственны за синтез белка, который происходит в цитоплазме.Синтез белка запускается, когда ДНК в ядре подвергается процессу, называемому транскрипцией, то есть созданием РНК с химическим кодом, соответствующим точной полосе ДНК, из которой она сделана (мессенджер РНК или мРНК). ДНК и РНК состоят из мономеров (единичных повторяющихся звеньев) нуклеотидов, которые содержат сахар, фосфатную группу и часть, называемую азотистым основанием. ДНК включает в себя четыре различных таких основания (аденин, гуанин, цитозин и тимин), и последовательность их в длинной полосе ДНК является кодом для продукта, в конечном счете синтезируемого на рибосомах.
Когда вновь созданная мРНК перемещается из ядра в рибосомы в цитоплазме, может начаться синтез белка. Сами рибосомы состоят из своего рода РНК, называемой рибосомальной РНК (рРНК). Рибосомы состоят из двух белковых субъединиц, одна из которых примерно на 50 процентов массивнее другой. мРНК связывается с определенным сайтом на рибосоме, и длины молекулы три основания за один раз считываются и используются для получения одного из примерно 20 различных видов аминокислот, которые являются основными строительными блоками белков. Эти аминокислоты перемещаются к рибосомам с помощью третьего типа РНК, называемой трансферной РНК (тРНК).
Митохондрия
Митохондрии являются захватывающими органеллами, которые играют особенно важную роль в метаболизме животных и эукариот в целом. Они, как и ядро, заключены в двойную мембрану. У них есть одна основная функция: поставлять как можно больше энергии, используя источники углеводного топлива в условиях достаточной доступности кислорода.
Первым шагом в метаболизме клеток животных является расщепление глюкозы, поступающей в клетку, до вещества, называемого пируватом. Это называется гликолиз и происходит, присутствует ли кислород или нет. Когда достаточное количество кислорода отсутствует, пируват подвергается ферментации, превращаясь в лактат, который обеспечивает кратковременный выброс клеточной энергии. В противном случае пируват попадает в митохондрии и подвергается аэробному дыханию.
Аэробное дыхание включает в себя два процесса со своими ступенями. Первый происходит в митохондриальном матриксе (аналогично собственной цитоплазме клеток) и называется циклом Кребса, циклом трикарбоновой кислоты (ТСА) или циклом лимонной кислоты. Этот цикл генерирует высокоэнергетические электронные носители для следующего процесса, цепи переноса электронов. Цепные реакции транспорта электронов происходят на митохондриальной мембране, а не в матрице, где действует цикл Кребса. Это физическое разделение задач, хотя и не всегда наиболее эффективно выглядящее извне, помогает обеспечить минимум ошибок ферментов в дыхательных путях, так же как наличие разных отделов универмага сводит к минимуму вероятность того, что вы попадете с неправильным Покупайте, даже если вам придется забродить в магазин, достаточно способов добраться до него.
Поскольку аэробный метаболизм обеспечивает гораздо больше энергии из АТФ (аденозинтрифосфата) на молекулу глюкозы, чем ферментация, он всегда является «предпочтительным» путем и является триумфом эволюции.
Митохондрии, как полагают, когда-то миллионы и миллионы лет назад были самостоятельными прокариотическими организмами, прежде чем стали включаться в так называемые эукариотические клетки. Это называется теорией эндосимбионтов, которая в значительной степени объясняет многие характеристики митохондрий, которые в противном случае могли бы быть недоступны для молекулярных биологов. То, что на самом деле эукариоты, по-видимому, угнали целого производителя энергии, а не того, который должен эволюционировать из более мелких компонентов, возможно, является основным фактором, позволяющим животным и другим эукариотам развиваться так долго, как они.
Органеллы других животных клеток
Аппарат Гольджи: Также называется телом Гольджи, аппарат Гольджи является центром обработки, упаковки и сортировки белков и липидов, производимых в других местах клетки. Они обычно имеют вид "стопки блинов". Это везикулы, или маленькие мембранно-связанные мешочки, которые отрываются от внешних краев дисков в теле Гольджи, когда их содержимое готово для доставки в другие части клетки. Полезно представить тела Гольджи в качестве почтовых отделений или центров сортировки и доставки почты, где каждый пузырек отрывается от основного «здания» и образует собственную капсулу, напоминающую грузовой или железнодорожный вагон.
Тела Гольджи вырабатывают лизосомы, которые содержат мощные ферменты, которые могут разрушать старые и изношенные клеточные компоненты или случайные молекулы, которых не должно быть в клетке.
Эндоплазматический ретикулум: эндоплазматическая сеть (ER) представляет собой совокупность пересекающихся трубок и сплющенных пузырьков. Эта сеть начинается в ядре и простирается через цитоплазму до клеточной мембраны. Они используются, как вы, возможно, уже поняли из их положения и структуры, для транспортировки веществ из одной части клетки в другую; точнее, они служат каналом, по которому может осуществляться этот транспорт.
Существует два типа ER, различающихся тем, имеют ли они прикрепленные рибосомы или нет. Грубый ER состоит из сложенных везикул, к которым прикреплено множество рибосом. В грубой ER олигосахаридные группы (относительно короткие сахара) присоединяются к небольшим белкам, когда они проходят по пути к другим органеллам или секреторным везикулам. Smooth ER, с другой стороны, не имеет рибосом. Гладкий ЭР приводит к образованию пузырьков, несущих белки и липиды, и он также способен поглощать и инактивировать вредные химические вещества, тем самым выполняя своего рода функцию защиты от уничтожения домработницы, а также являясь транспортным каналом.