Cell definíció
A sejtek az élet alapegységei. A modern világban ők a legkisebb ismert világ, amely az élet összes funkcióját ellátja. Minden élő szervezet vagy egysejtű, vagy többsejtű, sok sejtből álló, együtt dolgozó szervezet.
A sejtek a legkisebb ismert egység, amely az összes ilyen funkciót képes ellátni. Azok a meghatározó tulajdonságok, amelyek lehetővé teszik, hogy egy sejt elvégezze ezeket a funkciókat, a következők:
- A sejtmembrán, amely egyben tartja az élet kémiai reakcióit.
- Legalább egy kromoszóma, amely genetikai anyagból áll, és amely tartalmazza a sejt “tervrajzát” és “szoftverét”.”
- Citoplazma – a sejt belsejében lévő folyadék, amelyben az élet kémiai folyamatai zajlanak.”
A következőkben arról lesz szó, hogy a sejteknek milyen funkciókat kell ellátniuk az élet elősegítése érdekében, és hogyan látják el ezeket a funkciókat.
A sejtek funkciója
A tudósok hét olyan funkciót határoznak meg, amelyet egy élő szervezetnek teljesítenie kell. Ezek a következők:
- Az élőlénynek reagálnia kell a környezetében bekövetkező változásokra.
- Az élőlénynek növekednie és fejlődnie kell az élete során.
- Az élőlénynek képesnek kell lennie a szaporodásra, vagyis arra, hogy másolatokat készítsen magáról.
- Az élőlénynek anyagcserével kell rendelkeznie.
- Egy élőlénynek fenn kell tartania a homeosztázist, vagyis a külső változásoktól függetlenül változatlanul kell tartania belső környezetét.
- Egy élőlénynek sejtekből kell állnia.
- Egy élőlénynek tulajdonságokat kell átadnia utódainak.
A sejtek biológiája teszi lehetővé, hogy az élőlények mindezen funkciókat ellássák. Az alábbiakban azt tárgyaljuk, hogyan teszik lehetővé az élet funkcióit.
Hogyan működnek a sejtek
Elvégzésükhöz szükségük van:
- Egy sejtmembránra, amely elválasztja a sejt belsejét a külvilágtól. Azáltal, hogy a sejtek az élet kémiai reakcióit a membránon belül egy kis területre koncentrálják, lehetővé teszik, hogy az élet reakciói sokkal gyorsabban menjenek végbe, mint egyébként.
- Genetikai anyag, amely képes tulajdonságokat átadni a sejt utódainak. A szaporodás érdekében az élőlényeknek biztosítaniuk kell, hogy utódaik rendelkezzenek minden olyan információval, amelyre szükségük van ahhoz, hogy képesek legyenek az élet összes funkcióját ellátni. minden modern sejt ezt a DNS segítségével éri el, amelynek bázispárosító tulajdonságai lehetővé teszik a sejtek számára, hogy pontos másolatokat készítsenek a sejt “tervrajzáról” és “operációs rendszeréről”. Egyes tudósok úgy vélik, hogy az első sejtek ehelyett RNS-t használhattak.
- A fehérjék, amelyek sokféle szerkezeti, anyagcsere- és szaporodási funkciót látnak el.
A sejteknek számtalan különböző funkciót kell ellátniuk az energia kinyeréséhez és a szaporodáshoz.
A sejttől függően e funkciók közé tartozhat például a fotoszintézis, a cukor lebontása, a mozgás, a saját DNS másolása, bizonyos anyagok átengedése a sejtmembránon, míg mások távoltartása stb.
A fehérjék aminosavakból állnak, amelyek olyanok, mint a biokémia “legói”. Az aminosavak különböző méretűek, különböző alakúak, és különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például polaritás, iontöltés és hidrofóbitás.
Az aminosavaknak a genetikai anyagukban található utasítások alapján történő összerakásával a sejtek képesek biokémiai gépezeteket létrehozni, amelyek szinte bármilyen funkciót képesek ellátni.
Egyes tudósok szerint az első sejtek talán RNS-t használtak néhány létfontosságú funkció elvégzéséhez, majd egy mutáció eredményeképpen áttértek a sokkal sokoldalúbb aminosavakra a feladat elvégzésére.
A különböző sejttípusok, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk, különböző módon látják el ezeket a funkciókat.
Cellatípusok
A Földön élő milliónyi változatos életforma miatt, amelyek az idők folyamán fokozatosan növekednek és változnak, számtalan különbség van a számtalan létező sejttípus között.
A következőkben azonban a sejtek két fő típusát és két fontos alkategóriáját tekintjük át.
Prokarióták
A két fő sejttípus közül a prokarióták az egyszerűbbek és régebbiek. A prokarióták egysejtű szervezetek. A baktériumok és az archaebaktériumok példák a prokarióta sejtekre.
A prokarióta sejtek sejtmembránnal és egy vagy több további, a külső környezettől védő réteggel rendelkeznek. Sok prokariótának foszfolipidekből álló sejtmembránja van, amelyet egy merev cukorból álló sejtfal vesz körül. A sejtfalat egy másik, cukrokból készült vastag “kapszula” is körülveheti.
Sok prokarióta sejtnek vannak csillói, farka, vagy más módjai is, amelyekkel a sejt irányítani tudja a mozgását.
Ezek a jellemzők, valamint a sejtfal és a kapszula azt tükrözik, hogy a prokarióta sejtek egyedül boldogulnak a környezetben. Nem részei egy többsejtű szervezetnek, amelynek egész sejtrétegei lehetnek, amelyek más sejtek védelmét szolgálják a környezettől vagy a mozgás létrehozását.
A prokarióta sejtek egyetlen kromoszómával rendelkeznek, amely tartalmazza a sejt összes lényeges örökítőanyagát és működési utasítását. Ez az egyetlen kromoszóma általában kerek. Nincs se sejtmag, se más belső membrán vagy organellum. A kromoszóma csak lebeg a sejt citoplazmájában.
A további genetikai tulajdonságokat és információkat a citoplazmán belüli más génegységek, az úgynevezett “plazmidok” tartalmazhatják, de ezek általában olyan gének, amelyeket a prokarióták a “horizontális génátvitel” folyamata révén adnak át oda-vissza, vagyis amikor az egyik sejt genetikai anyagot ad egy másiknak. A plazmidok olyan nem esszenciális DNS-t tartalmaznak, amely nélkül a sejt képes élni, és amelyet nem feltétlenül adnak tovább az utódoknak.
Amikor egy prokarióta sejt készen áll a szaporodásra, egyetlen kromoszómájáról másolatot készít. Ezután a sejt kettéválik, és a kromoszóma egy-egy példányát és a plazmidok véletlenszerű választékát osztja ki minden egyes leánysejtre.
A tudósok által eddig ismert prokariótáknak két fő típusa van: az archaebaktériumok, amelyek az élet egy nagyon régi vonalát alkotják, és biokémiai szempontból némileg különböznek a baktériumoktól és az eukariótáktól, valamint a baktériumok, amelyeket néha “eubaktériumoknak” vagy “valódi baktériumoknak” neveznek, hogy megkülönböztessék őket az archaebaktériumoktól.
A baktériumokat az archaebaktériumok “modernebb” leszármazottainak tartják.
Mindkét család nevében azért szerepel a “baktériumok” szó, mert a köztük lévő különbségeket a modern biokémiai és genetikai elemzési technikák feltalálása előtt nem értették.
Amikor a tudósok elkezdték részletesen vizsgálni a prokarióták biokémiáját és genetikáját, felfedezték ezt a két nagyon különböző csoportot, amelyek valószínűleg eltérő rokonságban állnak az eukariótákkal és eltérő evolúciós történettel rendelkeznek!
Egyes tudósok szerint az emberhez hasonló eukarióták közelebbi rokonságban állnak a baktériumokkal, mivel az eukarióták sejtmembránkémiája hasonló a baktériumokéhoz. Mások úgy gondolják, hogy az archaebaktériumok közelebbi rokonságban állnak velünk, eukariótákkal, mivel hasonló fehérjéket használnak a kromoszómáik reprodukálásához.
Mások pedig úgy gondolják, hogy mindkettőből származhatunk – az eukarióta sejtek akkor jöhettek létre, amikor az archaebaktériumok egy baktériumsejt belsejében kezdtek élni, vagy fordítva! Ez megmagyarázná, hogy miért rendelkezünk mindkettő fontos genetikai és kémiai tulajdonságaival, és miért van több belső rekeszünk, mint például a sejtmag, a kloroplasztiszok és a mitokondriumok!
Eukarióták
Az eukarióta sejteket tartják a legmodernebb fő sejttípusnak. Minden többsejtű élőlény, beleértve téged, a macskádat és a szobanövényeidet is, eukarióta. Úgy tűnik, hogy az eukarióta sejtek “megtanultak” együttműködni, hogy többsejtű szervezeteket hozzanak létre, míg a prokarióták erre látszólag nem képesek.
Az eukarióta sejtek általában egynél több kromoszómával rendelkeznek, amelyek nagy mennyiségű genetikai információt tartalmaznak. Egy többsejtű szervezet testén belül ezeken a kromoszómákon belül különböző gének “be-” és “kikapcsolhatók”, így ugyanazon szervezeten belül különböző tulajdonságokkal rendelkező és különböző funkciókat ellátó sejtek jöhetnek létre.
Az eukarióta sejtek egy vagy több belső membránnal is rendelkeznek, ami arra a következtetésre vezette a tudósokat, hogy az eukarióta sejtek valószínűleg akkor alakultak ki, amikor egy vagy több prokarióta típus más sejteken belül szimbiózisban kezdett élni.
Az eukarióta sejtekben található belső membránnal rendelkező organellumok jellemzően a következők:
- Az állati sejtek esetében – a mitokondriumok, amelyek a cukorból felszabadítják az energiát, és rendkívül hatékonyan ATP-vé alakítják azt.
A mitokondriumoknak még saját, a sejtek nukleáris DNS-étől elkülönülő DNS-ük is van, ami tovább erősíti azt az elméletet, hogy korábban független baktériumok voltak. - Növényi sejteknél – Kloroplasztiszok, amelyek fotoszintézist végeznek, ATP-t és cukrot állítanak elő a napfényből és a levegőből.
A kloroplasztiszoknak saját DNS-ük is van, ami arra utal, hogy fotoszintetizáló baktériumokból származhatnak. - Mag – Az eukarióta sejtekben a sejtmag tartalmazza a sejt alapvető DNS-terveit és működési utasításait.
A magburokról úgy gondolják, hogy egy extra védőréteget biztosít a DNS számára az azt károsító toxinokkal vagy betolakodókkal szemben.
Azt nem tudni, hogy a sejtmag egykoron endoszimbionta prokarióta is lehetett-e, vagy a membránja egyszerűen a sejt DNS-ének extra védőrétegeként fejlődött-e ki. - Endoplazmatikus retikulum – Ez a bonyolult belső membrán a sejtek fehérjealkotásának egyik fő helyszíne. Az endoplazmatikus retikulum evolúciós eredete nem ismert.
- Golgi apparátus – Ezt a belső membránkomplexumot úgy lehet elképzelni, mint az endoplazmatikus retikulum “postahivatalát”. Átveszi a fehérjéket az ER-ből, szükség szerint cukrok csatolásával csomagolja és “címkézi” őket, majd elszállítja őket végső rendeltetési helyükre!
- Más – Sok eukarióta sejt képes ideiglenes belső membrán “zsákokat”, úgynevezett “vakuolumokat” létrehozni a hulladék tárolására, vagy fontos anyagok csomagolására.
Egyes sejteknek például speciális, “lizoszómáknak” nevezett vakuolumai vannak, amelyek tele vannak maró anyagokkal és emésztőenzimekkel. A sejtek egyszerűen a lizoszómákba dobják a “szemetüket”, ahol a zord környezet egyszerűbb, újra felhasználható alkotóelemekre bontja őket!
Példák a sejtekről
Archeobaktériumok
Amint már említettük, az archaebaktériumok a prokarióta sejtek egy nagyon régi formája. A biológusok tulajdonképpen az élet saját, a többi baktériumtól elkülönülő “tartományába” sorolják őket.
Az archaebaktériumok a következőkben különböznek a többi baktériumtól:
- Sejtmembránjuk, amely olyan típusú lipidből áll, amely sem a baktériumok, sem az eukarióta sejtmembránokban nem található meg.
- DNS-replikációs enzimeik, amelyek jobban hasonlítanak az eukariótákéhoz, mint a baktériumokéhoz, ami arra utal, hogy a baktériumok és az archaebaktériumok csak távoli rokonságban állnak egymással, és az archaebaktériumok valójában közelebbi rokonságban lehetnek velünk, mint a modern baktériumokkal.
- Egyes archaebaktériumok képesek metánt termelni, ami olyan anyagcsere-folyamat, amely sem a baktériumokban, sem az eukariótákban nem található meg.
Az archaebaktériumok egyedülálló kémiai tulajdonságai lehetővé teszik számukra, hogy szélsőséges környezetben éljenek, például túlhevített vízben, rendkívül sós vízben és néhány olyan környezetben, amely minden más életforma számára mérgező.
A tudósokat az elmúlt években nagy izgalomba hozta a Lokiarchaeota felfedezése – az archaebaktériumok egy olyan típusa, amely számos olyan gént oszt meg az eukariótákkal, amelyeket korábban soha nem találtak prokarióta sejtekben!
Most úgy gondolják, hogy a Lokiarchaeota lehet a legközelebbi élő rokonunk a prokarióta világban.
Baktériumok
Valószínűleg ismered azt a fajta baktériumot, amelyik megbetegíthet. Valóban, az olyan gyakori kórokozók, mint a Streptococcus és a Staphylococcus prokarióta baktériumsejtek.
De sokféle hasznos baktérium is létezik – köztük olyanok, amelyek lebontják az elhalt hulladékot, hogy a haszontalan anyagokat termékeny talajjá alakítsák, és olyan baktériumok, amelyek saját emésztőrendszerünkben élnek, és segítenek megemészteni az ételt.
A baktériumsejtek általában megtalálhatók a hozzánk hasonló többsejtű szervezetekkel szimbiózisban élve, a talajban és bárhol máshol, ahol nem túl szélsőséges az életük!
Növényi sejtek
A növényi sejtek olyan eukarióta sejtek, amelyek a többsejtű, fotoszintetizáló szervezetek részei.
A növényi sejtek kloroplasztiszorganellákkal rendelkeznek, amelyek pigmenteket tartalmaznak, amelyek elnyelik a fény fotonjait, és begyűjtik a fotonok energiáját.
A kloroplasztiszok figyelemre méltó képessége, hogy a fényenergiát sejtüzemanyaggá alakítják, és ezt az energiát arra használják, hogy a levegőből szén-dioxidot vegyenek és cukrokká alakítsák, amelyeket az élőlények üzemanyagként vagy építőanyagként használhatnak fel.
A kloroplasztiszok mellett a növényi sejtek jellemzően merev cukrokból álló sejtfallal is rendelkeznek, hogy a növényi szövetek képesek legyenek fenntartani függőleges szerkezetüket, mint például a levelek, szárak és fatörzsek.
A növényi sejtek rendelkeznek a szokásos eukarióta organellumokkal is, beleértve a sejtmagot, az endoplazmatikus retikulumot és a Golgi-készüléket.
Állati sejtek
Ezért a feladatért nézzünk meg egy olyan állati sejttípust, amely nagy jelentőséggel bír számodra: a saját májsejtedet.
Mint minden állati sejtnek, ennek is vannak mitokondriumai, amelyek a sejtlégzést végzik, oxigént és cukrot nagy mennyiségű ATP-vé alakítva a sejtfunkciók működtetéséhez.
Amellett ugyanazokkal az organellumokkal rendelkezik, mint a legtöbb állati sejt: sejtmag, endoplazmatikus retikulum, Golgi-apparátus stb…
De mint egy többsejtű szervezet része, a májsejted egyedi géneket is kifejez, amelyek egyedi tulajdonságokkal és képességekkel ruházzák fel.
A májsejtek különösen sok méreganyagot lebontó enzimet tartalmaznak, ami lehetővé teszi, hogy a máj megtisztítsa a vért és lebontsa a veszélyes testi hulladékokat.
A májsejt kiváló példa arra, hogy a többsejtű szervezetek hogyan lehetnek hatékonyabbak azáltal, hogy különböző sejttípusok együtt dolgoznak.
A szervezeted nem tudna életben maradni májsejtek nélkül, amelyek lebontanak bizonyos méreganyagokat és salakanyagokat, de maga a májsejt sem tudna életben maradni ideg- és izomsejtek nélkül, amelyek segítenek neked megtalálni az ételt, és egy emésztőrendszer nélkül, amely az ételt könnyen emészthető cukrokra bontja.
És ezek a sejttípusok mindegyike tartalmazza az információt az összes többi sejttípus létrehozásához! Egyszerűen csak arról van szó, hogy a fejlődés során mely géneket “kapcsolják be” vagy “ki”.
- Epigenetika – Az a folyamat, amelynek során a géneket úgy “kapcsolják be” vagy “ki”, hogy kémiai csoportokat adnak hozzá vagy távolítanak el a kromoszóma egyes részeiről.
- Eukarióták – összetett sejtek több kromoszómával és belső organellumokkal, például mitokondriumokkal, kloroplasztiszokkal és sejtmaggal.
- Prokarióták – Egysejtű, egyszerű felépítésű, általában egy kromoszómával és belső organellumokkal nem rendelkező szervezetek.
Kvíz
1. Az alábbiak közül melyik NEM alapvető funkció, amelyet minden élőlénynek el kell végeznie?
A. Egy élőlénynek szaporodnia kell.
B. Egy élőlénynek képesnek kell lennie arra, hogy a külső változásoktól függetlenül fenntartsa belső környezetét.
C. Egy élőlénynek reagálnia kell a környezetében bekövetkező változásokra.
D. A fentiek közül egyiknek sem.
2. Az alábbiak közül melyik NEM tartozik a prokarióta sejtek közé?
A. Archaebaktériumok
B. Staphylococcus baktérium
C. Streptococcus baktérium
D. Májsejt
3. Az alábbiak közül melyik NEM eukarióta sejtorganellum?
A. Plazmid
B. Mag
C. Mitokondrium
D. Kloroplasztisz