Cellule (biologie)
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La cellule est l'unité structurale et fonctionnelle de l'ensemble connu vivant organismes . Ce est la plus petite unité d'un organisme qui est classé comme vivant, et est parfois appelé le bloc de construction de la vie. Certains organismes, comme la plupart des bactéries , sont unicellulaire (compose d'une seule cellule). D'autres organismes, comme les humains , sont multicellulaire. (Les êtres humains ont environ 100 milliards, soit 10 14 cellules; une taille typique de cellule est 10 um; une masse cellulaire typique est une nanogramme.) La plus grande cellule connue est une autruche oeuf. En 1837, avant la théorie cellulaire définitif a été élaboré, un tchèque Jan Evangelista Purkinje observé de petites granules "" tout en regardant le tissu végétal à travers un microscope. Le la théorie cellulaire, d'abord développé en 1839 par Matthias Jakob Schleiden et Theodor Schwann, indique que tous les organismes se composent d'une ou plusieurs cellules. Toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes. Les fonctions vitales de l'organisme se produisent dans les cellules, et toutes les cellules contiennent l' information génétique nécessaire pour la régulation des fonctions cellulaires et pour transmettre des informations à la prochaine génération de cellules.
La cellule de mot vient du latin cellula, sens, une petite pièce. Le nom descriptif de la structure biologique vivant plus petit a été choisi par Robert Hooke dans un livre qu'il a publié en 1665 quand il a comparé la cellules de liège il vit à travers son microscope pour les petites salles moines vivaient.
Principes généraux
Chaque cellule est au moins quelque peu autonome et auto-entretenu: il peut prendre en nutriments , convertir ces nutriments en énergie, exercer des fonctions spécialisées, et de se reproduire si nécessaire. Chaque cellule stocke son propre ensemble d'instructions pour la réalisation de chacune de ces activités.
Toutes les cellules ont plusieurs capacités différentes:
- Reproduction par la division cellulaire: ( fission binaire / mitose ou méiose).
- Utilisation de enzymes et d'autres protéines codées par de l'ADN gènes et fait via messagers intermédiaires d'ARN et ribosomes.
- Métabolisme, y compris en prenant des matières premières, la construction de composants de la cellule, la conversion d'énergie , des molécules et la libération sous-produits. Le fonctionnement d'une cellule dépend de sa capacité à extraire et à utiliser l'énergie chimique stockée dans les molécules organiques. Cette énergie est libérée et ensuite utilisé dans voies métaboliques.
- Réponse à externe et interne stimuli tels que les changements de température, pH ou des niveaux de nutriments.
- contenu de la cellule sont contenus dans un membrane de surface cellulaire qui est faite à partir d'un bicouche lipidique avec des protéines noyé dans la masse.
Certains cellules procaryotes contenir importants compartiments membranaires internes, mais eucaryotes cellules avoir un ensemble spécialisé de compartiments membranaires internes. Matériel est déplacé entre ces compartiments par réglementé trafic et transport de petites sphères de matière liée à la membrane appelées vésicules.
Anatomie de cellules
Il existe deux types de cellules: les eucaryotes et procaryotes. Les cellules procaryotes sont généralement indépendante, tandis que les cellules eucaryotes sont souvent trouvés dans les organismes multicellulaires.
Les cellules procaryotes
Les procaryotes diffèrent des eucaryotes car il leur manque une membrane nucléaire et un noyau de la cellule. Procaryotes manquent également de la plupart des organites intracellulaires et des structures que l'on voit dans les cellules eucaryotes. Il existe deux types de procaryotes, les bactéries et archées, mais ceux-ci sont similaires dans l'ensemble des structures de leurs cellules. La plupart des fonctions des organites tels que les mitochondries, les chloroplastes, et l'appareil de Golgi, sont prises en charge par la membrane plasmique de la cellule procaryote. Les cellules procaryotes ont trois régions architecturaux: appendices appelés flagelles et - pili protéines fixées à la surface des cellules; une enveloppe cellulaire - constitué d'une capsule, d'un la paroi cellulaire, et un membrane de plasma; et un région cytoplasmique qui contient le génome de la cellule (ADN) et les ribosomes et diverses sortes d'inclusions. Autres différences:
- La membrane de plasma (une bicouche phospholipidique) sépare l'intérieur de la cellule à partir de son environnement et sert de filtre et de la communication balise.
- La plupart ont une procaryotes paroi cellulaire (quelques exceptions sont Mycoplasma (bactéries) et Thermoplasma (archées)). Ce mur se compose de peptidoglycane dans des bactéries, et agit comme une barrière supplémentaire contre les forces extérieures. Elle empêche également la cellule de "explosion" ( cytolyse) de pression osmotique contre un environnement hypotonique. Une paroi cellulaire est également présent dans certaines plantes comme des eucaryotes (cellulose) et les champignons , mais il a une composition chimique différente.
- Un chromosome procaryote est généralement une molécule circulaire (une exception est celle de la bactérie Borrelia burgdorferi, ce qui provoque la maladie de Lyme ). Même en l'absence d'un véritable noyau, le ADN est condensé dans un nucléoïde. Les procaryotes peuvent transporter des éléments d'ADN extrachromosomiques appelés des plasmides, qui sont généralement circulaire. Les plasmides peuvent porter des fonctions supplémentaires, telles que la résistance aux antibiotiques.
Les cellules eucaryotes
Organites:
(1) nucléole
(2) noyau
(3) ribosome
(4) vésicule
(5) réticulum endoplasmique rugueux (ER)
(6) Appareil de Golgi
(7) Cytosquelette
(8) réticulum endoplasmique lisse
(9) les mitochondries
(10) vacuole
(11) cytoplasme
(12) lysosome
(13) centrioles sein centrosome
Eucaryotes sont des cellules d'environ 10 fois la taille typique d'un procaryote et peut être jusqu'à 1000 fois plus importante en volume. La différence majeure entre les procaryotes et les eucaryotes est que les cellules eucaryotes contiennent compartiments membranaires dans lesquelles les activités métaboliques spécifiques ont lieu. Le plus important d'entre eux est la présence d'un noyau de la cellule, un compartiment délimité à la membrane qui abrite l'ADN de la cellule eucaryote. Ce est ce noyau qui donne l'eucaryote son nom, qui signifie «vrai noyau." Autres différences:
- La membrane plasmique ressemble à celle des procaryotes en fonction, avec des différences mineures dans la configuration. Les parois cellulaires peuvent ou non être présent.
- L'ADN eucaryotique est organisé en une ou plusieurs molécules linéaires, appelée les chromosomes, qui sont associées à histones. Tout l'ADN chromosomique est stocké dans le noyau de la cellule, séparés du cytoplasme par une membrane. Certains eucaryote organites tels que les mitochondries contiennent également des ADN.
- Eucaryotes peuvent se déplacer à l'aide des cils ou des flagelles. Les flagelles sont plus complexes que celles des procaryotes.
| Procaryotes | Eucaryotes | |
|---|---|---|
| Organismes typiques | bactéries , archées | protistes, champignons , plantes , animaux |
| Taille typique | ~ 1-10 um | ~ 10-100 um ( spermatozoïdes, en dehors de la queue, sont plus petites) |
| Type de noyau | région nucléoïde; pas de véritable noyau | véritable noyau avec double membrane |
| ADN | circulaire (habituellement) | (molécules linéaires chromosomes) avec histone protéines |
| ARN / synthèse des protéines | couplé à cytoplasme | Synthèse d'ARN à l'intérieur du noyau la synthèse des protéines dans le cytoplasme |
| Ribosomes | 50S + 30S | 60S + 40S |
| La structure cytoplasmique | très peu de structures | très structuré et par une endomembranes cytosquelette |
| Le mouvement des cellules | flagelles en flagelline | flagelles et cils contenant microtubules; lamellipodes et filopodia contenant actine |
| Les mitochondries | aucun | une à plusieurs milliers (bien que certains mitochondries de manque) |
| Chloroplastes | aucun | en algues et des plantes |
| Organisation | cellules généralement simples | des cellules individuelles, les colonies, les organismes multicellulaires plus élevés avec des cellules spécialisées |
| La division cellulaire | Fission binaire (simple division) | Mitose (fission ou en herbe) Méiose |
| Cellule animale typique | Cellule végétale typique | |
|---|---|---|
| Organites |
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| Structures supplémentaires |
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Composants subcellulaires
Toutes les cellules, que ce soit procaryote ou eucaryote , un membrane qui enveloppe la cellule, sépare l'intérieur de son environnement, ce qui régule se déplace dans et à l'extérieur (à perméabilité sélective), et maintient le le potentiel électrique de la cellule. A l'intérieur de la membrane, un salé cytoplasme occupe la majeure partie du volume de la cellule. Toutes les cellules possèdent ADN , le matériel héréditaire de gènes, et ARN, contenant les informations nécessaires pour construire diverses protéines telles que enzymes, la machinerie principale de la cellule. Il existe également d'autres types de des biomolécules dans les cellules. Cet article répertorie ces composants primaires de la cellule, puis décrire brièvement leur fonction.
membrane cellulaire: limite définissant est un cellulaire
Le cytoplasme d'une cellule est entourée d'une membrane cellulaire ou de la membrane plasmique. La membrane plasmique des plantes et des procaryotes est le plus souvent recouvert d'une la paroi cellulaire. Cette membrane sert à séparer et protéger une cellule de son environnement et se compose la plupart du temps à partir d'un double couche de lipides ( molécules hydrophobe gras comme) et hydrophiles phosphore molécules. Par conséquent, la couche est appelée bicouche phospholipidique. Il peut aussi être appelé une membrane mosaïque fluide. Incorporé dans cette membrane est une variété de protéines qui agissent comme des molécules canaux et les pompes différentes molécules qui se déplacent dans et hors de la cellule. La membrane est dite «semi-perméable», en ce qu 'il peut soit laisser une substance ( molécule ou ion ) traversent librement, passent à travers une mesure limitée ou pas du tout traverser. membranes de surface cellulaire contiennent également protéines réceptrices qui permettent aux cellules pour détecter des molécules de signalisation externes tels que des hormones .
Cytosquelette: échafaudage est un cellulaire
Le cytosquelette agit d'organiser et de maintenir la forme de la cellule; ancre organelles en place; aide au cours endocytose, l'absorption des matériaux externes par une cellule, et la cytocinèse, la séparation des cellules filles après la division cellulaire; et déplace les parties de la cellule dans les processus de croissance et de la mobilité. Le cytosquelette eucaryote est composé de microfilaments, filaments intermédiaires et microtubules. Il ya un grand nombre de protéines qui leur sont associés, chacun contrôlant la structure d'une cellule en dirigeant, le groupage, et l'alignement des filaments. Le cytosquelette procaryote est moins bien étudié, mais est impliqué dans le maintien de la forme des cellules, la polarité et la cytokinèse.
Matériel génétique
Deux types différents de matériel génétique existent: l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN). La plupart des organismes utilisent l'ADN pour leur mémorisation d'informations à long terme, mais certains virus (par exemple, rétrovirus) ont ARN comme matériel génétique. L'information biologique contenue dans un organisme est codé dans sa séquence d'ADN ou d'ARN. ARN est également utilisé pour le transport de l'information (par exemple, ARNm) et fonctions enzymatiques (par exemple, ARN ribosomal) dans les organismes qui utilisent l'ADN pour le code génétique lui-même. ARN de transfert (ARNt) molécules sont utilisées pour ajouter des acides aminés spécifiques pendant le processus de protéines traduction.
Matériel génétique procaryotique est organisé d'une manière simple molécule d'ADN circulaire (la bactérien chromosome) dans le région nucléoïde du cytoplasme. Matériel génétique eucaryote est divisé en différentes molécules linéaires, appelées chromosomes à l'intérieur d'un noyau discrète, généralement avec le matériel génétique supplémentaire dans certains organites comme les mitochondries et chloroplastes (voir la théorie endosymbiotique).
Une cellule humaine possède du matériel génétique dans le noyau (le génome nucléaire) et dans les mitochondries (le génome mitochondrial). Chez l'homme le génome nucléaire est divisé en 23 paires de molécules d'ADN linéaires appelés chromosomes. Le génome mitochondrial est une molécule d'ADN circulaire distincte de l'ADN nucléaire. Bien que le ADN mitochondrial est très faible par rapport aux chromosomes nucléaires, il code pour 13 protéines impliquées dans la production d'énergie mitochondriale ainsi que ARNt spécifiques.
Le matériel génétique étranger (le plus souvent de l'ADN) peut également être introduit artificiellement dans la cellule par un processus appelé transfection. Cela peut être transitoire, si l'ADN ne est pas insérée dans la cellule de génome, ou stable, si elle est. Certains virus insérer également leur matériel génétique dans le génome.
Organites
Le corps humain contient beaucoup de différents organes tels que le coeur, les poumons et les reins, chaque organe exerçant une fonction différente. Les cellules ont également un ensemble de "petits organes," appelé organites, qui sont adaptés et / ou spécialisé pour mettre en oeuvre une ou plusieurs fonctions vitales.
Il existe plusieurs types d'organites à l'intérieur d'une cellule animale. Certains (comme le noyau et appareil de Golgi) sont typiquement solitaire, tandis que d'autres (tels que les mitochondries , peroxysomes et lysosomes) peut être nombreuses (des centaines de milliers). Le cytosol est le liquide gélatineux qui remplit la cellule et entoure les organites.
- Mitochondries et les chloroplastes (les producteurs d'électricité)
- Les mitochondries sont des organites de l'auto-réplication qui se produisent dans différents chiffres, les formes et tailles dans le cytoplasme de toutes les cellules eucaryotes. Les mitochondries jouent un rôle essentiel dans la production d'énergie dans la cellule eucaryote. Les mitochondries produisent l'énergie de la cellule par le procédé de phosphorylation oxydative, en utilisant l'oxygène pour libérer l'énergie stockée en nutriments cellulaires (généralement concernant glucose ) pour générer l'ATP . Les mitochondries multiplier par division en deux.
- Organites qui sont modifiés chloroplastes sont largement appelés plastes, et sont impliquées dans le stockage d'énergie dans le processus de photosynthèse , qui utilise l'énergie solaire pour générer des hydrates de carbone et de l'oxygène à partir de dioxyde de carbone et eau.
- Les mitochondries et les chloroplastes contiennent chacun leur propre génome, qui est séparé et distinct du génome nucléaire d'une cellule. Ces deux organites contiennent cet ADN dans des plasmides circulaires, un peu comme des cellules procaryotes, en soutenant fermement la théorie évolutionniste de endosymbiose; puisque ces organites contenir leurs propres génomes et ont d'autres similitudes avec les procaryotes, ils sont considérés comme ayant développé à travers une relation symbiotique après avoir été englouti par une cellule primitive.
- Ribosomes
- Le ribosome est un grand complexe de ARN et de protéines molécules. Ce est là que les protéines sont produites. Les ribosomes se trouvent soit foating librement ou étant liés à une membrane (le réticulum endoplasmique rugueux chez les eucaryotes, ou de la membrane cellulaire chez les procaryotes).
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Structures en dehors de la paroi cellulaireCapsuleIl est présent seulement dans certaines bactéries en dehors de la paroi cellulaire. Il est de nature gélatineuse. La capsule peut être polysaccharide comme dans les pneumocoques, les méningocoques ou polypeptide que Bacillus anthracis ou l'acide hyaluronique comme dans streptocoques. Capsules pas colorées par coloration ordinaire et peuvent détecté par coloration spéciale. La capsule est antigénique. La capsule a une fonction antiphagocytaire il détermine la virulence de nombreuses bactéries. Il joue également un rôle dans la fixation de l'organisme pour les membranes muqueuses. FlagellesFlagelles sont l'organe de la mobilité. Elles résultent de cytoplasme et extruder à travers la paroi cellulaire. Ils sont longs et épais fil comme des annexes, de nature protéique, formée de la protéine flagelline (antigénique). Ils ne peuvent pas être colorées par coloration de Gram. Ils ont une coloration spéciale. Selon leur disposition, ils peuvent être monotrichate, amphitrichate, lophotrichate, peritrichate. Fimbriae (pili)Ils sont les cheveux courts et minces comme des filaments, formé de protéine appelée piline (antigénique). Fimbriae sont responsables attachement des bactéries aux récepteurs spécifiques de cellule humaine (d'adhérence). Il ya des types particuliers de pili appelé (sexe pili) impliqués dans le processus de la conjonction. fonctions cellulairesLa croissance cellulaire et le métabolismeEntre divisions cellulaires successives, les cellules se développent à travers le fonctionnement du métabolisme cellulaire. Le métabolisme cellulaire est le processus par lequel les cellules individuelles traitent molécules nutritives. Métabolisme a deux divisions distinctes: catabolisme, dans lequel la cellule se décompose molécules complexes à produire de l'énergie et de pouvoir réducteur, et anabolisme, dans lequel la cellule utilise l'énergie et réduire la puissance de construire des molécules complexes et effectuer d'autres fonctions biologiques. Les sucres complexes consommés par l'organisme peuvent être décomposés en une molécule de sucre chimiquement moins complexe appelé glucose . Une fois dans la cellule, le glucose se décompose de faire l'adénosine triphosphate ( ATP ), une forme d'énergie, par deux voies différentes. La première voie, glycolyse, ne nécessite pas d'oxygène et est dénommé métabolisme anaérobie. Chaque réaction est conçu pour produire des ions d'hydrogène qui peuvent ensuite être utilisés pour faire des paquets d'énergie (ATP). Chez les procaryotes, la glycolyse est la seule méthode utilisée pour convertir l'énergie. La deuxième voie, appelé le cycle de Krebs, ou cycle de l'acide citrique, se produit à l'intérieur de la mitochondrie et est capable de générer suffisamment d'ATP pour exécuter toutes les fonctions cellulaires.  Un aperçu de la synthèse des protéines. Dans le noyau de la cellule (bleu clair), gènes (ADN, bleu foncé) sont transcrit en ARN. Cet ARN est ensuite soumis à modification et le contrôle post-transcriptionnel, résultant en une maturité ARNm (rouge), qui est alors transporté hors du noyau et dans la cytoplasme (pêche), où il subit traduction en une protéine. ARNm est traduit par ribosomes (violets) qui correspondent aux trois bases des codons de l'ARNm des trois bases anti-codons de la appropriée ARNt. Des protéines nouvellement synthétisées (noir) sont souvent en outre modifiés, par exemple par liaison à une molécule effectrice (orange), pour devenir pleinement active. Création de nouvelles cellulesLa division cellulaire implique une cellule unique (appelé cellule mère) se divisant en deux cellules filles. Ceci conduit à la croissance de les organismes multicellulaires (la croissance de tissulaire) et à la procréation ( reproduction végétative) dans organismes unicellulaires. Les cellules procaryotes se divisent par fission binaire. eucaryotes cellules subissent généralement un processus de division nucléaire, appelé mitose, suivie par la division de la cellule, appelée cytokinèse. Un cellule diploïde peut également subir méiose pour produire des cellules haploïdes, généralement quatre. Les cellules haploïdes servent gamètes dans les organismes multicellulaires, fusion pour former de nouvelles cellules diploïdes. réplication de l'ADN, ou le processus de duplication du génome d'une cellule, est nécessaire chaque fois qu'une cellule se divise. Réplication, comme toutes les activités cellulaires, nécessite des protéines spécialisées pour effectuer le travail. La synthèse des protéinesLes cellules sont capables de synthétiser de nouvelles protéines, qui sont essentiels pour la modulation et la maintenance des activités cellulaires. Ce procédé implique la formation de nouvelles molécules de protéines provenant acides aminés blocs de construction basées sur les informations codées dans l'ADN / ARN. La synthèse des protéines consiste généralement en deux grandes étapes: transcription et traduction. La transcription est le processus par lequel l'information génétique dans l'ADN est utilisée pour produire un brin d'ARN complémentaire. Ce brin d'ARN est ensuite traitée pour donner L'ARN messager (ARNm), qui est libre de migrer à travers la cellule. des molécules d'ARNm se lient à des complexes protéine-ARN appelés ribosomes se trouve dans la cytosol, où ils sont convertis en séquences polypeptidiques. Le ribosome médie la formation d'une séquence polypeptidique basée sur la séquence d'ARNm. La séquence de l'ARNm est directement liée à la séquence polypeptidique de liaison à ARN de transfert (ARNt) molécules d'adaptateurs dans les poches de liaison au sein du ribosome. Le nouveau polypeptide se replie ensuite dans une molécule de protéine tridimensionnelle fonctionnelle. Le mouvement des cellules ou la motilitéLes cellules peuvent se déplacer au cours de nombreux processus tels que: la cicatrisation des plaies, la réponse immunitaire et la métastase du cancer. Pour la cicatrisation des plaies de se produire, des globules blancs et des cellules qui ingèrent les bactéries se déplacent vers le site de la plaie pour tuer les micro-organismes qui causent des infections. A les mêmes fibroblastes de temps (cellules du tissu conjonctif) se déplacent là pour remodeler les structures endommagées. Dans le cas du développement d'une tumeur, des cellules provenant d'une tumeur primaire se éloignent et se étendent à d'autres parties du corps. La motilité cellulaire implique de nombreux récepteurs, réticulation, regroupement, la reliure, l'adhérence, le moteur et d'autres protéines. Le processus est divisé en trois étapes - saillie du bord d'attaque de la cellule, l'adhérence du bord d'attaque et deadhesion au corps et à l'arrière cellulaire et du cytosquelette contraction de tirer la cellule avant. Chacune de ces étapes est entraîné par des forces physiques générées par des segments uniques du cytosquelette. Origines de cellulesL'origine des cellules a à voir avec l'origine de la vie, qui a commencé le histoire de la vie sur Terre. La naissance de la cellule a marqué le passage de la chimie prébiotique à la vie biologique. Origine de la première cellule
Le unité de sélection dans les organismes et les populations d'organismes modernes ne est pas clair, avec la sélection naturelle étant proposé de travailler au niveau des gènes, des cellules, des organismes, des groupes d'organismes et même des espèces. Aucun de ces modèles sont mutuellement exclusive et la sélection peut agir sur plusieurs niveaux en même temps. Cependant, dans un Théorie du gène égoïste, la vie est considéré en termes de réplicateurs qui est les ADN des molécules dans l'organisme. Si librement flottantes molécules d'ADN qui codent pour enzymes ne sont pas enfermés dans les cellules, les enzymes qui bénéficient d'un réplicateur donné (par exemple, par la production de nucléotides) peuvent le faire de manière moins efficace, et peuvent en fait bénéficier réplicateurs concurrence. Si la molécule d'ADN complète d'un réplicateur est enfermé dans une cellule, les enzymes codées à partir de la molécule seront conservées à proximité de la molécule d'ADN lui-même. Le réplicateur bénéficiera directement de ses enzymes codées. Biochimique, sphéroïdes cellulaires comme formés par protéinoïdes sont observées par chauffage d' acides aminés avec l'acide phosphorique comme catalyseur . Ils portent un grand nombre des fonctionnalités de base fournies par les membranes cellulaires. Protocellules base-protéinoïde renfermant des molécules d'ARN peuvent avoir été les premières formes de vie sur Terre cellulaires. Certains amphiphiles ont tendance à former spontanément des membranes dans l'eau. Une membrane sphérique fermée contient de l'eau et est un précurseur hypothétique à la membrane cellulaire moderne composé de protéines et des phospholipides membranes bicouches. Origine des cellules eucaryotesCellule eucaryote semble avoir évolué à partir d'un communauté symbiotique de cellules procaryotes. Il est presque certain que les organelles d'ADN portant comme les mitochondries et la chloroplastes sont ce qui reste de l'ancienne oxygène respiration symbiotique protéobactéries et cyanobactéries, respectivement, où le reste de la cellule semble être dérivé d'un ancestral cellules procaryotes archéen - une théorie appelée la théorie endosymbiotique. Il ya encore un débat considérable quant à savoir si organites comme le Hydrogénosome précédé l'origine des mitochondries , ou vice-versa: voir le hypothèse d'hydrogène à l'origine des cellules eucaryotes. Sexe, comme la chorégraphie stéréotypée de la méiose et syngamie qui persiste dans presque tous les eucaryotes existantes, peut avoir joué un rôle dans la transition des procaryotes aux eucaryotes. Un 'origine du sexe comme la vaccination «théorie suggère que le génome eucaryote désactualisé de génomes de parasites prokaryan dans de nombreuses séries de transfert latéral de gènes. Sex-as-syngamie (fusion sexe) est survenu lorsque les hôtes infectés ont commencé à échanger des génomes nucléarisés contenant coévolué, symbiotes transmis verticalement celle véhiculée protection contre l'infection horizontale par symbiotes plus virulentes. Histoire
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