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Einleitung in eine Zellen

, eine allgemeine Übersicht der Baumaterialien der lebenden Natur, die mikroskopischen Maßeinheitsmassen des Protoplasmas nehmend, bezeichnet Zellen, sind wir jetzt in einer Position, zum ausführlich irgendein der Struktur einer typischen Zelle zu betrachten. Mit der Vielfalt der groben Struktur der Tiere und der Anlagen im Verstand, ist man nicht überrascht, dass es beträchtlich gibt, sogar groß, Schwankungen ihrer Teilelemente. Tatsächlich werden die Eigenschaften eines Organismus oder des Teils eines Organismus durch die seiner Zellen festgestellt. Aber es gibt sicher, dass generalisierte Zellenzeichen, die für alle Zellen geläufig sind, aufgrund deren sie Zellen sind und es wichtig ist, diese hervorzuheben.

In seiner einfachsten Form ist eine Zelle eine kleine kugelförmige Masse des Protoplasmas. So sind die Eier der verschiedenen Tiere und der komplette Körper von einigen der niedrigsten Anlagen und der Tiere.

Die Zellen, welche die Maßeinheiten der mehrzelligen Organismen jedoch bilden weisen häufig mehr oder weniger sechseckige Oberflächen wegen der Drücke auf und belasten Vorfall in ihre Position unter anderen Zellen, während Spezialisierungen und Unterscheidungen, zu einem Zweck oder zu anderen, Erzeugnisformulare, die von den verschiedenen Teilen des Organismus, des AS, z.B., der langen spindelförmigen Zellen des glatten Muskels und der weit ausbreitenzellen von den Teilen der Gehirne der Tiere charakteristisch sind. Im Allgemeinen wird die größere Vielfalt des Zellenformulars in den Tieren, während in den Anlagen, infolge von dem allgemeineren Vorhandensein der steifen Zellwände über das Protoplasma, die Maßeinheitshäufiger anwesenden symmetrischen, eckigen umreißen gefunden.


Die Ausdruckzelle ist ein Relikt der Zeit, als die Zellwand als der mehr wichtige Teil angesehen wurde, und sein protoplasmic Inhalt, wenn er überhaupt beobachtet wird, wurde als nur von Sekundärbedeutung, wenn nicht ein Abfallprodukt angesehen. Jetzt erkennen wir viele Zellen, die bloß blanke Massen des Protoplasmas sind, wie bestimmte Typen der Blutzellen. Das heißt, ist das Protoplasma das wesentliche lebende Teil die Zellwand, die häufig ein non-living Zusatz ist, dem mehr oder weniger scharf eine Maßeinheitsmasse Protoplasma von anderen abgrenzt und Starrheit und Formular zur Gruppe der Zellen als Ganzes verleiht.

Sehen Sie Zytoplasma


Ursprung der Zellen

Hinsichtlich des Ursprung des Lebens auf der Erde bekannt absolut nichts. Aber der ganzer zur Hand Beweis neigt, dem, gegenwärtig mindestens, lebenstoff zu zeigen entsteht nie ausgenommen unter den Einfluss des bereits existierenden lebenden Stoffes.

Das heißt, wächst Protoplasma Zellen wachsen und, nachdem eserreicht eine bestimmte Größe eserreicht hatte, reproduzieren, indem es in zwei mehr oder weniger gleiche Teile unterteilt. Der Prozess der Zellteilung bezieht die Abteilung des Zytoplasmas und des Kernes mit ein, und folglich müssen wir unsere Auffassung einer Zelle als kleine Masse des Protoplasmas vergrößern unterschieden in Zytoplasma und in Kern, indem wir hinzufügen, dass Zytoplasma und Kern durch die Abteilung der entsprechenden Elemente einer bereits existierenden Zelle entstehen.

Wir haben später die Gelegenheit, zum einer Studie von den Details der Zellteilung zu bilden, bekannt als Mitose, aber von, was gesagt worden ist, dass es zum Leser auftreten muss, dass, da Zellen nur durch Abteilung, die von heute, ob komplette freie lebende Organismen entstehen, oder die Maßeinheiten, welche die Körper aus höheren Tieren und Anlagen bestehen, wirklich direkte Folgeprozeße in unversehrten Serien vom Anfang des Lebens auf der Erde sind. Die Bindung der Unstimmigkeit zwischen Elternteil und Sekundärteilchen ist gewöhnlich eine einzellige Abteilung.

Bild: Hookes cork.png
Zeichnung der Struktur des Korkens, da sie unter dem Mikroskop zu Robert Hooke von Micrographia erschien, das der Ursprung des Wortes „Zelle“ ist.
Bild: Epithelial-cells.jpg
Zellen in der Kultur, befleckt für das Keratin (rot) und DNA (Grün).

Sehen Sie Zellentheorie für eine Weiterentwicklung des Verständnisses der Zelle im Laufe der Zeit. Sehen Sie auch Zellteilung

Methoden der Wiedergabe

Die Zelle ist die strukturelle und Funktionseinheit aller lebenden Organismen und wird manchmal den „Baustein des Lebens benannt. “ [1] sind einige Organismen, wie Bakterium, einzellig (bestehen Sie aus einer Einzelzelle). Andere Organismen, wie Menschen, sind mehrzellig. (Menschen haben geschätzten 100 Trillion oder 1014 Zellen; ein typischer Zellengröße ist 10 µm; eine typische Zellenmasse ist 1 nanogram.) Die größte bekannte Zelle ist ein Straußei.

Die Zellentheorie, zuerst entwickelt 1839 durch Matthias Jakob Schleiden und Theodor Schwann, gibt an, dass alle Organismen aus einen oder mehreren Zellen bestehen. Alle Zellen kommen von bereits existierenden Zellen. Lebenswichtige Funktionen eines Organismus treten innerhalb der Zellen auf, und alle Zellen enthalten die erblichen Informationen, die für regelnde Zellenfunktionen und zu übertragender Information zum folgenden Erzeugung der Zellen notwendig sind.

Die Wortzelle kommt vom lateinischen cellula, ein kleiner Raum. Der Name wurde von Robert Hooke gewählt, als er die Korkenzellen verglich, die er zu den kleinen Räumen sah, Mönche innen lebten. [2]

Überblick

Eigenschaften der Zellen

Jede Zelle ist mindestens ein wenig selbstständig und Selbst-Wartung: sie kann Nährstoffe einlassen, diese Nährstoffe in Energie konvertieren, fachkundige Funktionen durchführen und falls erforderlich reproduzieren. Jede Zelle speichert sein eigenes Set Anweisungen für die Durchführung jede dieser Aktivitäten.

Bild: Cellsize.jpg
Mäusezellen gewachsen in einem Kulturteller. Diese Zellen wachsen in den großen Büscheln, aber jede einzelne Zelle ist ungefähr 10 Mikrometer herüber.

Alle Zellen teilen einige Fähigkeiten: [3]

Einige prokaryotic Zellen enthalten wichtiges internes Membrane-springen Fächer [4], aber eukaryotic Zellen haben ein hoch spezialisiertes endomembrane System, das durch geregelten Verkehr und Transport von Vesicles gekennzeichnet wird. [5]


Typen der Zellen

Es gibt zwei Typen Zellen: eukaryotic und prokaryotic. Prokaryotic Zellen sind normalerweise blanke Karten, während eukaryotic Zellen normalerweise in den mehrzelligen Organismen gefunden werden.

Prokaryotic Zellen

Hauptartikel: Prokaryote

Bild: Prokaryotezelle diagram.svg
Diagramm einer typischen prokaryotic Zelle

Prokaryotes sind von den Eukaryotes auf der Grundlage von Kernorganisation, spezifisch ihr Fehlen von einer Kernmembrane bemerkenswert. Prokaryotes ermangeln auch die meisten den intrazellulären Organellen und Strukturen, die von den eukaryotic Zellen charakteristisch sind (eine wichtige Ausnahme ist die Ribosom, die in den prokaryotic und eukaryotic Zellen anwesend sind). Die meisten Funktionen der Organellen, wie Mitochondrien, Chloroplaste und der Golgi Apparat, werden durch die prokaryotic Plasmamembrane übernommen. Prokaryotic Zellen haben drei Architekturregionen: Anhänge benannten Flagella und pili – die Proteine, die zur Zelle angebracht werden, tauchen auf; ein Zellenumschlag, welche einer Kapsel, einer Zellwand und aus einer Plasmamembrane besteht; und eine zellplasmatische Region, die das Zellengenom (DNA) und Ribosom und verschiedene Sortierungen der Einbeziehungen enthält. Andere Unterschiede umfassen:

  • Die Plasmamembrane (ein Phospholipid bilayer) trennt den Innenraum der Zelle von seiner Umgebung und der Aufschläge als Filter und Kommunikationen erleuchten.
  • Die meisten Prokaryotes haben eine Zellwand (etwas Ausnahmen sind Mykoplasma (ein Bakterium) und Thermoplasma (ein archaeon)). Es besteht aus peptidoglycan im Bakterium und tritt als eine zusätzliche Sperre gegen Außenkräfte auf. Es verhindert auch die Zelle „am Explodieren“ (Cytolyse) vom osmotischen Druck gegen eine hypotonische Umgebung. Eine Zellwand ist auch in einigen Eukaryotes anwesend, wie Pilze, aber einen anderen chemischen Aufbau hat.
  • Ein prokaryotic Chromosom ist normalerweise ein Kreismolekül (eine Ausnahme ist die des Bakterium Borrelia burgdorferi, das Lyme Krankheit verursacht). Sogar ohne einen realen Kern, wird die DNA in nucleoid kondensiert. Prokaryotes können die extrachromosomal DNA-Elemente tragen, die Plasmide genannt werden, die normalerweise Kreis sind. Plasmide können zusätzliche Funktionen, wie antibiotischer Widerstand tragen.

Eukaryotic Zellen

Bild: Biologisches cell.svg
Diagramm einer typischen eukaryotic Zelle, subzellulare Bestandteile zeigend. Organellen: (1) Ribosom des Kernes des Nukleolus (2) (3) (4) Golgi netzmagen des Vesicle (5) raues Endoplasma(ER) (6) Apparat(7) glatte ER (9) Zentriole des Lysosom des Zytoplasmas der Vakuole der Mitochondrien des Cytoskeleton (8) (10) (11) (12) (13)

Eukaryotic Zellen sind ungefähr 10mal die Größe eines typischen Prokaryote und können 1000mal im Datenträger größer soviel wie sein. Der Hauptunterschied zwischen Prokaryotes und Eukaryotes ist, dass eukaryotic Zellen Membrane-springen Fächer enthalten, in denen spezifische metabolische Aktivitäten stattfinden. Unter diesen ist das Vorhandensein eines Zellenkernes, ein Membrane-abgegrenztes Fach am wichtigsten, das DNA der eukaryotic Zelle unterbringt. Es ist dieser Kern, der dem Eukaryote seinen Namen gibt, der „zutreffenden Kern“ bedeutet. Andere Unterschiede umfassen:

  • Die Plasmamembrane ähnelt der von Prokaryotes in der Funktion, mit geringen Unterschieden bezüglich der Installation. Zellwände können oder können möglicherweise nicht anwesend sein.
  • Die eukaryotic DNA wird in einen oder mehreren linearen Molekülen organisiert, genannt Chromosomen, die auf Histonproteine sich beziehen. Alle chromosomale DNA wird im Zellenkern gespeichert, getrennt vom Zytoplasma durch eine Membrane. Einige eukaryotic Organellen enthalten auch etwas DNA.
  • Eukaryotes können mit Wimpern oder Flagella sich bewegen. Die Flagella sind komplizierter als die von Prokaryotes.
Tabelle 1: Vergleich der Merkmale der prokaryotic und eukaryotic Zellen
  Prokaryotes Eukaryotes
Typische Organismen Bakterium, archaea Protists, Pilze, Anlagen, Tiere
Typische Größe ~ µm 1-10 ~ 10-100 µm (Samenzellenzellen, abgesehen von dem Endstück, sind kleiner)
Typ des Kernes nucleoid Region; kein realer Kern realer Kern mit der doppelten Membrane
DNA Rundschreiben (normalerweise) lineare Moleküle (Chromosomen) mit Histonproteinen
RNA-/protein-synthesis verbunden im Zytoplasma RNS-Synthese innerhalb des Kernes
Proteinsynthese im Zytoplasma
Ribosom 50S+30S 60S+40S
Cytoplasmatic Struktur sehr wenige Strukturen in hohem Grade strukturiert durch endomembranes und einen Cytoskeleton
Zellenbewegung Flagella hergestellt vom flagellin Flagella und Wimpern gebildet vom tubulin
Mitochondrien keine ein bis einiges Dutzend (obwohl einige Mitochondrien ermangeln)
Chloroplaste keine in den Algen und in den Anlagen
Organisation normalerweise Einzelzellen Einzelzellen, Kolonien, höhere mehrzellige Organismen mit fachkundigen Zellen
Zellteilung Binäre Spaltung (einfache Abteilung) Mitose (Spaltung oder Knospung)
Verkleinerung
Tabelle 2: Vergleich der Strukturen zwischen den Tier- und Betriebszellen
Typische Tierzelle Typische Betriebszelle
Organellen
Zusätzliche Strukturen

Subzellulare Bestandteile

Bild: Celltypes.png
Die Zellen der Eukaryotes (gelassen) und der Prokaryotes (recht).

In alle Zellen, ob prokaryotic oder eukaryotic, haben eine Membrane, die die Zelle einschlägt, seinen Innenraum von seiner Umgebung trennt, was und heraus (teilweise durchlässig) sich bewegt, und das elektrische Potenzial der Zelle regelt, beibehält. Innerhalb der Membrane nimmt ein salziger Zytoplasma die meisten des Zellendatenträgers auf. Alle Zellen besitzen DNA, das erbliche Material der Gene und die RNS und enthalten die Informationen, die notwendig sind, verschiedene Proteine wie Enzyme aufzubauen, die Primärmaschinerie der Zelle. Es gibt auch andere Arten Biomoleküle in den Zellen. Dieser Artikel druckt diese Primärbestandteile der Zelle aus, dann beschreibt kurz ihre Funktion.

Zellenmembrane: Definierende Grenze einer Zelle

Hauptartikel: Zellenmembrane

Der Zytoplasma einer Zelle wird durch eine Plasmamembrane umgeben. Die Plasmamembrane in den Anlagen und in den Prokaryotes wird normalerweise durch eine Zellwand bedeckt. Diese Membrane dient, eine Zelle vor seiner umgebenden Umgebung zu trennen und zu schützen und wird meistens von einer doppelten Schicht Lipiden (hydrophob fett-wie Moleküle) und hydrophilen Phosphormolekülen gebildet. Folglich wird die Schicht ein Phospholipid bilayer genannt. Es kann auch genannt werden eine flüssige Mosaikmembrane. Innerhalb dieser Membrane gebettet eine Vielzahl der Proteinmoleküle ein, die als Kanäle und Pumpen auftreten, die verschiedene Moleküle in und aus der Zelle heraus verschieben Sie. Die Membrane soll, dadurch „halbdurchlässig“, dass sie entweder ließ eine Substanz (Molekül oder Ion) durch frei überschreiten kann, Durchlauf durch beschränkt oder nicht durch überhaupt zu überschreiten. Zellenoberflächenmembranen enthalten auch Empfängerproteine, die Zellen External entdecken lassen, Molekülen wie Hormone zu signalisieren.

Cytoskeleton: Gestell einer Zelle

Hauptartikel: Cytoskeleton

Der Cytoskeleton fungiert, um die Form der Zelle zu organisieren und beizubehalten; befestigt Organellen an der richtigen Stelle; Hilfen während des endocytosis, des Hebens der externen Materialien durch eine Zelle und der Zytokinese, die Trennung der Tochterzellen nach Zellteilung; und Bewegungsteile der Zelle in den Prozessen des Wachstums und der Mobilität. Eukaryotic Cytoskeleton besteht aus Mikrofädchen, Zwischenheizfäden und Microtubules. Es gibt viele Proteine, die mit ihnen, jedem Struktur der steuerneine Zelle verbunden sind, indem man verweist, der Bündelung und den übereinstimmenden Heizfäden.

Genetisches Material

Zwei verschiedene Arten genetisches Material existieren: Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonuclein- Säure (RNS). Die meiste Organismusgebrauch DNA für ihre langfristige Informationsspeicherung, aber einige Viren (z.B., Retroviruses) haben RNS als ihr genetisches Material. Die biologischen Informationen, die in einem Organismus enthalten werden, werden in seiner DNA-oder RNS-Reihenfolge gekodiert. RNS wird auch für Informationstransport (z.B., mRNA) und enzymatische Funktionen (z.B., ribosomale RNS) in den Organismen benutzt, die DNA für den genetischen Code selbst benutzen.

Prokaryotic genetisches Material wird in einem einfachen Rundschreiben DNA-Molekül (das bakterielle Chromosom) in der nucleoid Region des Zytoplasmas organisiert. Eukaryotic genetisches Material wird in die verschiedenen, linearen Moleküle unterteilt, die Chromosomen innerhalb eines getrennten Kernes, normalerweise mit zusätzlichem genetischem Material in einigen Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten genannt werden (sehen Sie endosymbiotic Theorie).

Eine menschliche Zelle hat genetisches Material im Kern (das Kerngenom) und in den Mitochondrien (das mitochondrische Genom). In den Menschen wird das Kerngenom in 46 lineare DNA-Moleküle unterteilt, die Chromosomen genannt werden. Das mitochondrische Genom ist ein Kreis-DNA-Molekül getrennt von der Kern-DNA. Obgleich das mitochondrische Genom sehr klein ist, codiert es für etwas wichtige Proteine.

Fremdes genetisches Material (am geläufigsten DNA) kann in die Zelle durch einen benannten Prozeßtransfection auch künstlich eingeführt werden. Dieser kann vorübergehend, wenn die DNA nicht in das Genom der Zelle eingesetzt wird, oder Stall sein, wenn es ist.

Organellen

Hauptartikel: Organell

Der menschliche Körper enthält viele verschiedenen Organe, wie das Innere, der Lungenflügel und die Niere, wenn jedes Organ eine andere Aufgabe wahrnimmt. Zellen haben auch ein Set „kleine Organe,“ benannte Organellen, die für die Durchführung einer oder mehrerer lebenswichtigen Funktionen angepasst und/oder spezialisiert werden. Membrane-springen Sie Organellen werden gefunden nur in den Eukaryotes.

Zellenkern (Informationszentrale einer Zelle) 
Der Zellenkern ist das auffallendste Organell, das in einer eukaryotic Zelle gefunden wird. Er bringt die Chromosomen der Zelle unter und ist der Platz, in dem fast alle DNA-Wiederholung und RNS-Synthese auftreten. Der Kern ist das Sphäroid in der Form und vom Zytoplasma durch eine doppelte Membrane getrennt, die den Kernumschlag genannt wird. Der Kernumschlag lokalisiert und schützt DNA einer Zelle vor verschiedenen Molekülen, die seine Struktur versehentlich schädigen oder seine Verarbeitung behindern konnten. Während der Verarbeitung wird DNA übertragen, oder kopiert in eine spezielle RNS, benannte mRNA. Dieser mRNA wird dann aus dem Kern heraus transportiert, in dem es in ein spezifisches Proteinmolekül übersetzt wird. In den Prokaryotes findet die DNA-Verarbeitung im Zytoplasma statt.
Bild: Kern der menschlichen Zelle des Diagramms kein text.png
Mitochondrien und Chloroplaste (die Energiengeneratoren) 
Mitochondrien Selbst-wiederholen Organellen, die in den verschiedenen Zahlen, in den Formen und in den Größen im Zytoplasma aller eukaryotic Zellen auftreten. Da Mitochondrien ihr eigenes Genom enthalten, das unterschiedlich und vom Kerngenom einer Zelle eindeutig ist, spielen sie eine kritische Rolle, wenn sie Energie in der eukaryotic Zelle, Organellen festlegen, die geänderte Chloroplaste sind; sie werden breit Plastids genannt und werden häufig in Speicherung miteinbezogen.
Endoplasmanetzmagen und Golgi Apparat (Makromolekülmanager) 
Der Endoplasmanetzmagen (ER) ist das Transportnetz für die Moleküle, die für bestimmte Änderungen und spezifische Zieleinheiten, verglichen mit Molekülen gezielt werden, die frei in den Zytoplasma schwimmen. Der ER hat zwei Formulare: der raue ER, der Ribosom auf seiner Oberfläche hat, und der glatte ER, der sie ermangelt.
Bild: Endomembrane Systemsdiagramm kein Text nucleus.png
Der ER enthält viele Ribosom (die Proteinproduktionsmaschine) 
Das Ribosom ist ein großer Komplex, der aus vielen Molekülen besteht, in den Prokaryotes existieren nur, frei schwimmend in das cytosol, während in den Eukaryotes sie entweder frei oder gesprungen zu den Membranen sein können.
Lysosomen und Peroxisomes (der eukaryotic Zelle) 
Die Zelle könnte solche zerstörenden Enzyme nicht unterbringen, wenn sie nicht in Membrane-springen System enthalten wurden.
Zentrosom (der Cytoskeletonorganisator) 
Das Zentrosom produziert die Microtubules einer Zelle - eine Schlüsselkomponente des Cytoskeleton. Es verweist den Transport durch den ER und den Golgi Apparat. Zentrosomen bestehen aus zwei Zentriolen, die unterschiedlich während der Zellteilung und der Hilfe in der Anordnung der mitotic Spindel. Ein einzelnes Zentrosom ist in den Tierzellen anwesend. Sie werden auch in einigen Pilzen und in Algenzellen gefunden.
Vakuolen 
Vakuolespeichernahrung und -abfall. Speicher-Extrawasser einiger Vakuolen. Sie werden häufig als flüssiger gefüllter Platz beschrieben und werden durch eine Membrane umgeben. Einige Zellen, höchst bemerkenswert Amöbe haben zusammenziehbare Vakuolen, die sind, Wasser aus der Zelle heraus zu pumpen, wenn es zu viel Wasser gibt.

Zellenfunktionen

Zellenwachstum und -metabolismus

Hauptartikel: Zellenwachstum

Zwischen aufeinander folgenden Zellteilungen wachsen Zellen durch das Arbeiten des zellularen Metabolismus.

Zellenmetabolismus ist der Prozess, durch den Prozessnährmoleküle der einzelnen Zellen. Metabolismus hat zwei eindeutige Abteilungen: Katabolismus, in dem die Zelle komplizierte Moleküle aufgliedert, um Energie und Verringerungenergie zu produzieren, und Anabolism, in dem die Zelle Energie und Verringerungenergie verwendet, komplizierte Moleküle zu konstruieren und andere biologische Aufgaben wahrzunehmen. Der komplizierte Zucker, der durch den Organismus verbraucht wird, kann in ein weniger chemisch-kompliziertes Zuckermolekül aufgegliedert werden, das Glukose genannt wird. Einmal innerhalb der Zelle, wird Glukose aufgegliedert, um Adenosintriphosphat (Atp), ein Formular von Energie, über zwei verschiedene Bahnen zu bilden.

Die erste Bahn, Glykolyse, benötigt keinen Sauerstoff und gekennzeichnet als anaerober Metabolismus. Jede Reaktion ist konzipiert, um einige Wasserstoffionen zu produzieren, die dann benutzt werden können, um Energiepakete (Atp) zu bilden. In den Prokaryotes glycolysis is the only method used for converting energy.

The second pathway, called the Krebs cycle, or citric acid cycle, occurs inside the mitochondria and is capable of generating enough ATP to run all the cell functions.

Image:Proteinsynthesis.png
An overview of protein synthesis.
Within the nucleus of the cell (light blue), genes (DNA, dark blue) are transcribed into RNA. This RNA is then subject to post-transcriptional modification and control, resulting in a mature mRNA (red) that is then transported out of the nucleus and into the cytoplasm (peach), where it undergoes translation into a protein. mRNA is translated by ribosomes (purple) that match the three-base codons of the mRNA to the three-base anti-codons of the appropriate tRNA. Newly-synthesized proteins (black) are often further modified, such as by binding to an effector molecule (orange), to become fully active.

Creation of new cells

Main article: Cell division

Cell division involves a single cell (called a mother cell) dividing into two daughter cells. This leads to growth in multicellular organisms (the growth of tissue) and to procreation (vegetative reproduction) in unicellular organisms.

Prokaryotic cells divide by binary fission. Eukaryotic cells usually undergo a process of nuclear division, called mitosis, followed by division of the cell, called cytokinesis. A diploid cell may also undergo meiosis to produce haploid cells, usually four. Haploid cells serve as gametes in multicellular organisms, fusing to form new diploid cells.

DNA replication, or the process of duplicating a cell's genome, is required every time a cell divides. Replication, like all cellular activities, requires specialized proteins for carrying out the job.

Protein synthesis

Main article: Protein biosynthesis

Cells are capable of synthesizing new proteins, which are essential for the modulation and maintenance of cellular activities. This process involves the formation of new protein molecules from amino acid building blocks based on information encoded in DNA/RNA. Protein synthesis generally consists of two major steps: transcription and translation.

Transcription is the process where genetic information in DNA is used to produce a complementary RNA strand. This RNA strand is then processed to give messenger RNA (mRNA), which is free to migrate through the cell. mRNA molecules bind to protein-RNA complexes called ribosomes located in the cytosol, where they are translated into polypeptide sequences. The ribosome mediates the formation of a polypeptide sequence based on the mRNA sequence. The mRNA sequence directly relates to the polypeptide sequence by binding to transfer RNA (tRNA) adapter molecules in binding pockets within the ribosome. The new polypeptide then folds into a functional three-dimensional protein molecule.

Origins of cells

Main article: Origin of life

The origin of cells has to do with the origin of life, and was one of the most important steps in evolution of life as we know it. The birth of the cell marked the passage from prebiotic chemistry to biological life.

Origin of the first cell

Template:Tone If life is viewed from the point of view of replicators, that is DNA molecules in the organism, cells satisfy two fundamental conditions: protection from the outside environment and confinement of biochemical activity. The former condition is needed to maintain the fragile DNA chains stable in a varying and sometimes aggressive environment, and may have been the main reason for which cells evolved. The latter is fundamental for the evolution of biological complexity. If freely-floating DNA molecules that code for enzymes are not enclosed into cells, the enzymes that benefit a given DNA molecule (for example, by producing nucleotides) will automatically benefit the neighbouring DNA molecules. This might be viewed as "parasitism by default." Therefore the selection pressure on DNA molecules will be much lower, since there is not a definitive advantage for the "lucky" DNA molecule that produces the better enzyme over the others: All molecules in a given neighbourhood are almost equally advantaged.

If all the DNA molecule is enclosed in a cell, then the enzymes coded from the molecule will be kept close to the DNA molecule itself. The DNA molecule will directly enjoy the benefits of the enzymes it codes, and not of others. This means other DNA molecules won't benefit from a positive mutation in a neighbouring molecule: this in turn means that positive mutations give immediate and selective advantage to the replicator bearing it, and not on others. This is thought to have been the one of the main driving force of evolution of life as we know it. (Note. This is more a metaphor given for simplicity than complete accuracy since the earliest molecules of life, probably up to the stage of cellular life, were most likely RNA molecules that acted as both replicators and enzymes: see RNA world hypothesis. However, the core of the reasoning is the same.)

Biochemically, cell-like spheroids formed by proteinoids are observed by heating amino acids with phosphoric acid as a catalyst. They bear much of the basic features provided by cell membranes. Proteinoid-based protocells enclosing RNA molecules could (but not necessarily should) have been the first cellular life forms on Earth.

Another theory holds that the turbulent shores of the ancient coastal waters may have served as a mammoth laboratory, aiding in the countless experiments necessary to bring about the first cell. Waves breaking on the shore create a delicate foam composed of bubbles. Winds sweeping across the ocean have a tendency to drive things to shore, much like driftwood collecting on the beach. It is possible that organic molecules were concentrated on the shorelines in much the same way. Shallow coastal waters also tend to be warmer, further concentrating the molecules through evaporation. While bubbles comprised of mostly water tend to burst quickly, oily bubbles happen to be much more stable, lending more time to the particular bubble to perform these crucial experiments. The Phospholipid is a good example of a common oily compound prevalent in the prebiotic seas. Phospholipids can be constructed in one's mind as a hydrophilic head on one end, and a hydrophobic tail on the other. Phospholipids also possess an important characteristic, that is having the function to link together to form a bilayer membrane. A lipid monolayer bubble can only contain oil, and is therefore not conducive to harbouring water-soluble organic molecules. On the other hand, a lipid bilayer bubble [1] can contain water, and was a likely precursor to the modern cell membrane. If a protein came along that increased the integrity of its parent bubble, then that bubble had an advantage, and was placed at the top of the natural selection waiting list. Primitive reproduction can be envisioned when the bubbles burst, releasing the results of the experiment into the surrounding medium. Once enough of the 'right stuff' was released into the medium, the development of the first prokaryotes, eukaryotes, and multi-cellular organisms could be achieved. This theory is expanded upon in the book, The Cell: Evolution of the First Organism by Joseph Panno Ph. D.

Origin of eukaryotic cells

The eukaryotic cell seems to have evolved from a symbiotic community of prokaryotic cells. It is almost certain that DNA-bearing organelles like the mitochondria and the chloroplasts are what remains of ancient symbiotic oxygen-breathing bacteria and cyanobacteria, respectively, where the rest of the cell seems to be derived from an ancestral archaean prokaryote cell – a theory termed the endosymbiotic theory.

There is still considerable debate about whether organelles like the hydrogenosome predated the origin of mitochondria, or viceversa: see the hydrogen hypothesis for the origin of eukaryotic cells.

History

See also

References

  1. ↑ Cell Movements and the Shaping of the Vertebrate Body in Chapter 21 of Molecular Biology of the Cell fourth edition, edited by Bruce Alberts (2002) published by Garland Science.
    The Alberts text discusses how the "cellular building blocks" move to shape developing embryos. It is also common to describe small molecules such as amino acids as "molecular building blocks".
  2. ↑ 2.0 2.1 "... I could exceedingly plainly perceive it to be all perforated and porous, much like a Honey-comb, but that the pores of it were not regular [..] these pores, or cells, [..] were indeed the first microscopical pores I ever saw, and perhaps, that were ever seen, for I had not met with any Writer or Person, that had made any mention of them before this. . ." – Hooke describing his observations on a thin slice of cork. Robert Hooke
  3. ↑ The Universal Features of Cells on Earth in Chapter 1 of the Alberts textbook (reference #1, above).
  4. ↑ "Special delivery: vesicle trafficking in prokaryotes. Mol Microbiol {{{year}}} ".
  5. ↑ A. Rose, S. J. Schraegle, E. A. Stahlberg and I. Meier (2005) "Coiled-coil protein composition of 22 proteomes--differences and common themes in subcellular infrastructure and traffic control" in BMC evolutionary biology Vulume 5 article 66. Template:Entrez Pubmed
    Rose et al. suggest that coiled-coil alpha helical vesicle transport proteins are only found in eukaryotic organisms.

External links

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Online textbooks

  • Molecular Biology of the Cell fourth edition, edited by Bruce Alberts (2002) published by Garland Science.
  • Molecular Cell Biology fourth edition, edited by Harvey Lodish (2000) published by W. H. Freeman and Company.
  • The Cell - A Molecular Approach second edition, by Geoffrey M. Cooper (2000) published by Sinauer Associates.
  • Landmark Papers in Cell Biology Gall JG, McIntosh JR, eds. Landmark Papers in Cell Biology. Bethesda, MD and Cold Spring Harbor, NY: The American Society for Cell Biology and Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2001. Commentaries and links to original research papers published in the ASCB Image & Video Library Landmark Papers Collection in September 2006.

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