Inligting

5.2: Ontdekking van selle en selleer - Biologie

5.2: Ontdekking van selle en selleer - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

'n Groot Blou Sel

Wat is hierdie ongelooflike voorwerp? Sou dit u verbaas om te verneem dat dit 'n menslike sel is? Die sel is eintlik te klein om met die blote oog te sien. Dit is hier in so 'n detail sigbaar omdat dit met 'n baie kragtige mikroskoop bekyk word. Selle kan klein wees, maar dit is lewensbelangrik. Soos alle ander lewende dinge, is jy uit selle gemaak. Selle is die basis van lewe, en sonder selle sou lewe soos ons dit ken nie bestaan ​​nie. U sal meer leer oor hierdie wonderlike boustene van die lewe as u hierdie afdeling lees.

As u met 'n mikroskoop na 'n lewende saak kyk - selfs 'n eenvoudige ligmikroskoop - sal u sien dat dit uit selle bestaan. Selle is die basiese eenhede van die struktuur en funksie van lewende dinge. Dit is die kleinste eenhede wat die lewensprosesse kan uitvoer. Alle organismes bestaan ​​uit een of meer selle, en alle selle het baie dieselfde strukture en voer dieselfde basiese lewensprosesse uit. Om die struktuur van selle te ken en die prosesse wat hulle uitvoer, is nodig om die lewe self te verstaan.

Ontdekking van selle

Die eerste keer die woord sel is gebruik om na hierdie klein lewens -eenhede te verwys, is in 1665 deur 'n Britse wetenskaplike met die naam Robert Hooke. Hooke was een van die vroegste wetenskaplikes wat lewende dinge onder 'n mikroskoop bestudeer het. Die mikroskope van sy dag was nie baie sterk nie, maar Hooke kon steeds 'n belangrike ontdekking maak. Toe hy na 'n dun skyfie kurk onder sy mikroskoop kyk, was hy verbaas om te sien wat soos 'n heuningkoek lyk. Hooke het die tekening in die onderstaande figuur gemaak om te wys wat hy gesien het. Soos u kan sien, bestaan ​​die kurk uit baie klein eenhede, wat Hooke selle genoem het.

Kort nadat Robert Hooke selle in kurk ontdek het, het Anton van Leeuwenhoek in Holland ander belangrike ontdekkings gemaak met behulp van 'n mikroskoop. Leeuwenhoek het sy eie mikroskooplense gemaak, en hy was so goed daarmee dat sy mikroskoop kragtiger was as ander mikroskope van sy dag. Trouens, Leeuwenhoek se mikroskoop was amper so sterk soos moderne ligmikroskope. Met sy mikroskoop was Leeuwenhoek die eerste persoon wat menslike selle en bakterieë waargeneem het.

Selteorie

Teen die vroeë 1800's het wetenskaplikes die selle van baie verskillende organismes waargeneem. Hierdie waarnemings het daartoe gelei dat twee Duitse wetenskaplikes, genaamd Theodor Schwann en Matthias Jakob Schleiden, voorgestel het dat selle die basiese boustene van alle lewende dinge is. Omstreeks 1850 bestudeer 'n Duitse dokter met die naam Rudolf Virchow selle onder 'n mikroskoop toe hy toevallig sien hoe hulle verdeel en nuwe selle vorm. Hy het besef dat lewende selle nuwe selle deur deling produseer. Op grond van hierdie besef het Virchow voorgestel dat lewende selle slegs uit ander lewende selle ontstaan.

Die idees van al drie wetenskaplikes - Schwann, Schleiden en Virchow - het gelei tot selteorie, wat een van die fundamentele teorieë is wat die hele biologie verenig. Selteorie verklaar dat:

  • Alle organismes bestaan ​​uit een of meer selle.
  • Al die lewensfunksies van organismes kom binne selle voor.
  • Alle selle kom van reeds bestaande selle.

Binne -selle sien

Begin met Robert Hooke in die 1600's, die mikroskoop het 'n wonderlike nuwe wêreld oopgemaak - die lewenswêreld op die selvlak. Namate mikroskope steeds verbeter het, is meer ontdekkings gemaak oor die selle van lewende dinge. Teen die laat 1800's het ligmikroskope egter hul limiet bereik. Voorwerpe wat baie kleiner is as selle, insluitend die strukture binne -in selle, was te klein om selfs met die sterkste ligmikroskoop te sien.

Toe, in die 1950's, is 'n nuwe tipe mikroskoop uitgevind. Dit word die elektronmikroskoop genoem en gebruik 'n bundel elektrone in plaas van lig om uiters klein voorwerpe waar te neem. Met 'n elektronmikroskoop kon wetenskaplikes uiteindelik die klein strukture binne selle sien. Trouens, hulle kon selfs individuele molekules en atome sien. Die elektronmikroskoop het 'n groot impak op biologie gehad. Dit het wetenskaplikes in staat gestel om organismes op die vlak van hul molekules te bestudeer en het daartoe gelei dat die veld van selbiologie ontstaan ​​het. Met die elektronmikroskoop is baie meer selontdekkings gemaak. Figuur ( PageIndex {3} ) wys hoe die selstrukture gebel het organelle verskyn wanneer dit deur 'n elektronmikroskoop geskandeer word.

Alhoewel selle uiteenlopend is, het alle selle sekere dele in gemeen. Hierdie dele sluit 'n plasmamembraan, sitoplasma, ribosome en DNA in.

  1. Die plasma membraan (ook genoem die selmembraan) is 'n dun laag fosfolipiede wat 'n sel omring. Dit vorm die fisiese grens tussen die sel en sy omgewing, so jy kan daaraan dink as die "vel" van die sel.
  2. Sitoplasma verwys na al die sellulêre materiaal in die plasmamembraan. Die Sitoplasma bestaan ​​uit 'n waterige stof genaamd sitosol en bevat ander selstrukture soos ribosome.
  3. Ribosome is strukture in die sitoplasma waar proteïene gemaak word.
  4. DNA is 'n nukleïensuur wat in selle voorkom. Dit bevat die genetiese instruksies wat selle nodig het om proteïene te maak.

Hierdie dele is algemeen vir alle selle, van organismes so verskillend soos bakterieë en mense. Hoe het alle bekende organismes sulke soortgelyke selle gehad? Die ooreenkomste toon dat alle lewe op aarde 'n gemeenskaplike evolusionêre geskiedenis het.

Resensie

  1. Beskryf selle.
  2. Verduidelik hoe selle ontdek is.
  3. Gee 'n uiteensetting van hoe selteorie ontwikkel het.
  4. Identifiseer strukture wat deur alle selle gedeel word.
  5. Waar of onwaar. Kurk is nie 'n lewende organisme nie.
  6. Waar of onwaar. Sommige organismes bestaan ​​uit slegs een sel.
  7. Waar of onwaar. Ribosome word buite die sitoplasma van 'n sel gevind.
  8. Proteïene word gemaak op _____________.
  9. Wat is die verskille tussen 'n ligmikroskoop en 'n elektronmikroskoop?
  10. Die eerste mikroskope is rondom gemaak
    1. 1965
    2. 1665
    3. 1950
    4. 1776
  11. Watter van hierdie wetenskaplikes het elk van die volgende ontdekkings gemaak? (Anton van Leeuwenhoek; Robert Hooke; Rudolf Virchow)
    1. Het sommige van die eerste selle waargeneem en die eerste keer die term "sel" gebruik
    2. Het die eerste menslike selle waargeneem
    3. Waargenome selle wat verdeel
  12. Robert Hooke het 'n skets van heuningkoeke of herhaalde sirkelvormige of vierkantige eenhede geskets toe hy plantselle onder 'n mikroskoop waargeneem het.
    1. Wat is elke eenheid?
    2. Van die gedeelde dele van alle selle, wat maak die buitenste oppervlak van elke eenheid uit?
    3. Wat maak die binnekant van elke eenheid uit van die gedeelde dele van alle selle?

Verken meer

Kyk na die video hieronder om meer te wete te kom oor selteorie en die geskiedenis daarvan.


Die Italiaanse wetenskaplike Galileo Galilei word toegeskryf aan die bou van die eerste mikroskoop in 1625. Dit was vir hom 'n logiese stap om te neem uit sy baanbrekende werk met teleskope en sterrekunde in 1609. In 1665 kyk Robert Hooke, 'n Britse wetenskaplike, na 'n dun skyfie kurk onder die mikroskoop en 'n heuningkoekstruktuur gesien wat bestaan ​​uit klein kompartemente wat hy selle genoem het. Die eerste persoon wat lewende selle onder 'n mikroskoop gesien het, was Anton van Leeuwenhoek. In 1670 het Leeuwenhoek die kwaliteit van mikroskooplense aansienlik verbeter tot die punt dat hy die eensellige organismes wat in 'n druppel damwater geleef het, kon sien. Hy noem hierdie organismes 'animalcules', wat 'miniatuurdiere' beteken.

Mikroskope en wetenskap in die algemeen het deur die 1700's gevorder, wat gelei het tot verskeie landmerkontdekkings deur wetenskaplikes aan die begin van die 1800's. In 1804 het Karl Rudolphi en J.H.F. Link was die eerste om te bewys dat selle onafhanklik van mekaar was en hul eie selwande het. Voor hierdie werk is daar gedink dat selle hul mure deel en dit is hoe vloeistowwe tussen hulle vervoer word. Die volgende belangrike ontdekking het in 1833 plaasgevind toe die Britse plantkundige Robert Brown die kern in plantselle die eerste keer ontdek het.

Vanaf die jare 1838-1839 stel die Duitse wetenskaplike Matthias Schleiden die eerste grondoortuiging oor selle voor dat alle plantweefsels uit selle bestaan. Sy mede-wetenskaplike en landgenoot Theodor Schwann het tot die gevolgtrekking gekom dat alle diereweefsel ook van selle gemaak is. Schwann het beide stellings saamgevoeg in een teorie wat lui: 1) Alle lewende organismes bestaan ​​uit een of meer selle en 2) die sel is die basiese eenheid van struktuur vir alle lewende organismes. In 1845 het die wetenskaplike Carl Heinrich Braun die selteorie hersien met sy interpretasie dat selle die basiese eenheid van lewe is.

Die derde deel van die oorspronklike selteorie is in 1855 uiteengesit deur Rudolf Virchow wat tot die gevolgtrekking gekom het Omnis cellula e cellula wat ongeveer uit Latyn vertaal word na "selle kom slegs uit ander selle."


Die afbeelding hierbo toon 'n tekening van die mikroskoop wat deur Robert Hooke in 1665 gebruik is, waarin hy selle die eerste keer in 'n dun sny kurk gesien het. Die sirkelvormige inlas toon die tekening wat Hooke gemaak het van die heuningkoekstruktuur wat hy onder die mikroskoop gesien het.

Die ontwikkeling van taksonomiese beginsels

In 1687 het die Engelse wiskundige, fisikus en sterrekundige Isaac Newton sy groot werk gepubliseer. Principia, waarin hy die heelal as vas beskryf het, met die aarde en ander hemelliggame wat harmonieus volgens wiskundige wette beweeg. Die benadering van sistematisering en klassifikasie sou die biologie in die 17de en 18de eeu oorheers. Een rede was dat die "vaders van die plantkunde" uit die 16de eeu net tevrede was met die beskrywing en teken van plante, wat 'n groot en uiteenlopend aantal bymekaarmaak wat steeds toeneem namate verkennings in die buiteland duidelik gemaak het dat elke land sy eie inheemse plante en diere.

Aristoteles het met die indelingsproses begin toe hy voortplantings- en habitatmetodes gebruik het om groepe diere te onderskei. Inderdaad, die woorde genus en spesies is vertalings van die Grieks genos en eidos gebruik deur Aristoteles. Die Switserse plantkundige Bauhin het 'n binomiese klassifikasiestelsel ingevoer, met 'n generiese naam en 'n spesifieke naam. Die meeste indelingskemas wat voor die 17de eeu voorgestel is, was egter verward en onbevredigend.


Selteorie

Wetenskaplikes het eens gedink dat lewe spontaan ontstaan ​​uit nie -lewende dinge. Danksy eksperimentering en die uitvinding van die mikroskoop is dit nou bekend dat lewe uit voorafbestaande lewe kom en dat selle uit voorafbestaande selle kom.

Omslag van mikrografie

Engelse wetenskaplike Robert Hooke gepubliseer Mikrografie in 1665. Daarin illustreer hy die kleinste volledige dele van 'n organisme, wat hy selle genoem het.

Foto deur Universal History Archive/Universal Images Group via Getty Images

In 1665 publiseer Robert Hooke Mikrografie, 'n boek gevul met tekeninge en beskrywings van die organismes wat hy onder die onlangs uitgevindte mikroskoop bekyk het. Die uitvinding van die mikroskoop het gelei tot die ontdekking van die sel deur Hooke. Terwyl hy na kurk gekyk het, het Hooke boksvormige strukture waargeneem, wat hy &ldquocells&rdquo genoem het, aangesien hulle hom herinner het aan die selle, of kamers, in kloosters. Hierdie ontdekking het gelei tot die ontwikkeling van die klassieke selteorie.

Die klassieke selteorie is voorgestel deur Theodor Schwann in 1839. Hierdie teorie bevat drie dele. Die eerste deel sê dat alle organismes uit selle bestaan. Die tweede deel sê dat selle die basiese eenhede van die lewe is. Hierdie dele is gebaseer op 'n gevolgtrekking gemaak deur Schwann en Matthias Schleiden in 1838, nadat hulle hul waarnemings van plant- en diereselle vergelyk het. Die derde deel, wat beweer dat selle afkomstig is van reeds bestaande selle wat vermeerder het, is beskryf deur Rudolf Virchow in 1858, toe hy gesê het omnis cellula e cellula (alle selle kom uit selle).

Sedert die vorming van klassieke selteorie het tegnologie verbeter, wat meer gedetailleerde waarnemings moontlik gemaak het wat tot nuwe ontdekkings oor selle gelei het. Hierdie bevindinge het gelei tot die vorming van die moderne selteorie, wat drie hoofaanvullings het: eerstens dat DNA tydens selverdeling tussen selle oorgedra word, dat die selle van alle organismes binne 'n soortgelyke spesie meestal struktureel en chemies dieselfde is. en laastens vind daardie energievloei binne selle plaas.

Engelse wetenskaplike Robert Hooke gepubliseer Mikrografie in 1665. Daarin illustreer hy die kleinste volledige dele van 'n organisme, wat hy selle genoem het.

Foto deur Universal History Archive/Universal Images Group via Getty Images


Prokariote en eukariote: Die saak vir 'n gedeelde afkoms

Alhoewel alle lewe uit selle bestaan, het nie alle selle dieselfde struktuur nie. In die organisasie van lewende dinge verdeel organismes in een van twee groepe: prokariote en eukariote. Prokariote (argee en bakterieë) en eukariote (swamme, plante, diere en protiste) het baie bepalende faktore wat van mekaar verskil, maar hul ooreenkomste is baie belangrik en vorm die grondslag waarop 'n teorie van gedeelde afkoms gebou word.

Alle prokariote en eukariote bestaan ​​uit sitosol met ribosome daarin opgeskort, die genetiese materiaal van DNA en RNA, en is ingeslote in 'n membraan. Hierdie algemene elemente is chemies en struktureel byna ononderskeibaar. Die plasmamembraan bestaan ​​uit 'n fosfolipied -tweelaag, 'n vetterige film wat die sel omring (sien ons module Membranes I: Introduction to Biological Membranes vir meer inligting). Hierdie membraan bevat verskeie strukture wat die sel toelaat om nodige take uit te voer, insluitend pompe en kanale wat stowwe in en uit die sel laat beweeg, en reseptore wat die sel toelaat om te voel wat in sy omgewing is en deur ander selle herken te word ( sien ons Membrane II: Passiewe en Aktiewe Vervoerders-module). Hierdie plasmamembraan vorm 'n semi-deurlaatbare versperring wat verhoed dat die sel se sitosol uitlek en die omliggende omgewing daarvan om in te lek.

Sitosol is 'n jelagtige vloeistof wat bestaan ​​uit water gepak met opgeloste voedingstowwe, afvalstowwe, ione, proteïene, ensieme en baie ander molekules. Baie chemiese reaksies vind in die sitosol plaas en dit bevat deeltjies en filamente wat vorm aan selle gee. In die sitosol word ribosome opgeskort - groot molekulêre masjiene wat verantwoordelik is vir die vertaling van die inligting in RNA in proteïene. Die aantal ribosome in 'n sel hang grootliks af van die sel se funksie. (Sien Figuur 5 en 6 vir illustrasies van die selstrukture.)

Figuur 5: 'n Diagram van 'n tipiese diersel. Figuur 6: 'n Diagram van 'n tipiese plantsel.

Beide eukariote en prokariote bevat ook genetiese materiaal (DNA en RNA), wat die instruksies bevat vir die produksie van proteïene (sien ons reeks DNA -modules). Die belangrikste onderskeid tussen die twee taksa van selle is egter waarskynlik dat die genetiese materiaal van eukariote in 'n dubbele membraan omhul is, wat 'n kern skep. Prokariote het nie so 'n membraangebonde kern nie. Hulle genetiese materiaal bestaan ​​in 'n nukleoïed - 'n onreëlmatige gevormde gebied binne die sitosol.

Alhoewel 'n bakterie baie anders lyk as 'n vorm, en 'n boom baie anders lyk as 'n mens, is daar baie dinge in die selle van al hierdie organismes. Dit argumenteer dat alle lewende dinge op Aarde verwant is en van 'n gemeenskaplike voorouer afstam. Dit word die Teorie van Universele Algemene Afkoms. Oorweeg die volgende:

Figuur 7: 'N Vergelyking van Ribonucleic acid (RNA) en Deoxyribonucleic acid (DNA).

  1. Alle lewende dinge gebruik DNA vir hul genetiese materiaal. Daar is hipoteties tientalle molekules wat kan dien as 'n bewaarplek van genetiese inligting. Trouens, proteïene en suikers kon dalk "beter" keuses as DNA gewees het, aangesien hulle baie meer inligting in dieselfde grootte molekule sou laat stoor. Elke lewende sel stoor egter hul genetiese inligting in die vorm van chromosome van DNA. Daarbenewens gebruik alle lewende dinge dieselfde vier nukleotiede as die boustene van DNA. Nukleotiede kan op 'n byna oneindige aantal maniere gebou word, maar slegs vier word deur die lewe op aarde gebruik (Figuur 6).

  2. Die genetiese kode is universeel. Nie net stoor alle lewende dinge hul genetiese inligting deur dieselfde molekule te gebruik nie, die kode vir die lees van die inligting is ook identies. Byvoorbeeld, in 'n gegewe DNS-volgorde kodeer Sitosien-Timien-Sitosien (CTC) vir die aminosuur leusien. Dit geld in elke lewende sel, van bakterieë tot mense. Daar is geen rede waarom dit waar moet wees nie. Die genetiese kode is soos Morse Code: dit is suiwer willekeurig. Enige getal en kombinasie van DNA -nukleotiede kan dien as 'n kode vir 'n gegewe aminosuur. En tog gebruik die hele lewe presies dieselfde kode. (Daar is 'n paar uitsonderings, maar dit is baie skaars.) Hierdie algemene kenmerk van die lewe is wat ons in staat stel om gene van die een spesie in die ander in te voeg en die gene steeds behoorlik te laat werk. Dit sal byvoorbeeld uiters duur wees om insulien van menslike skenkers te oes om pasiënte met diabetes te behandel. Wetenskaplikes het eerder bakterieë ontwerp wat die menslike insuliengeen bevat. Die geen word in albei selle op dieselfde manier gelees en geïnterpreteer, dus bou die bakterieë 'n perfek funksionele menslike insulienmolekule.

  3. Alle selle skakel chemiese energie op soortgelyke maniere om. Die energie wat die planeet van die son af bereik, kan op 'n byna oneindige aantal maniere verkry word. Die proses en ensieme vir fotosintese is egter opvallend dieselfde onder alle fotosintetiese selle, van sianobakterieë en plankton tot eikebome en lelieblokkies. Net so verbruik alle selle makromolekules en sit hulle energie op verbasend soortgelyke maniere om. Die ensieme van glikolise, die proses om glukose af te breek, word onder alle lewende selle gedeel. Boonop maak en gebruik alle selle ATP -molekules as hul algemene 'geldeenheid' vir die oordrag van energie in sy vele chemiese reaksies. Daar is letterlik duisende molekules wat vir hierdie doel gebruik kan word, waaronder baie wat meer doeltreffend as ATP sou funksioneer. Die chemiese reaksies van energie-omskakeling is merkwaardig soortgelyk in alle selle op Aarde.

  4. Alle ribosome is struktureel en funksioneel soortgelyk. Strukture wat ribosome genoem word, is verantwoordelik vir die interpretasie van die genetiese kode van DNS, ontvang in die vorm van mRNA, en die bou van proteïene volgens daardie kode. Die ribosome van alle prokariote is byna presies dieselfde, en so ook die ribosome van alle eukariote. Tussen eukariote en prokariote, alhoewel daar verskille is, is die algehele struktuur merkwaardig soortgelyk. Alle ribosome het twee dele: 'n groot subeenheid en 'n klein subeenheid. Hulle werk in byna identiese meganismes.

  5. Alle biologiese membrane is soortgelyk. Van die plasmamembraan van bakterieë tot die kernomhulsel van diere, is die waterdigte membrane wat afsonderlike kompartemente binne en om 'n lewende sel vestig uiters soortgelyk. Aan die een kant is dit geen verrassing nie, want die eienskappe van fosfolipiede is redelik uniek. Aan die ander kant, met baie basiese chemiese boustene, soos dié wat op die vroeë aarde gevind is, kon baie moontlike membraanvormende molekules ontstaan ​​het. Trouens, wetenskaplikes kan nou baie beter, eenvoudiger en meer stabiele membrane sintetiseer. Dat die hele lewe dieselfde basiese membraanstruktuur gebruik, is 'n sterk bewys dat sodra membrane eers ontwikkel het, dit na afstammelinge oorgedra is, met min verandering onderweg.

Dit is slegs enkele bewyse van die Theory of Universal Common Descent.

Prokariote is tot 4,2 miljard jaar in die fossielrekord gedokumenteer (sien figuur 8). Eukariote kan egter slegs tot 2,7 miljard jaar gedokumenteer word, wat 1,5 miljard jaar se evolusie tussen kan laat. Om hierdie rede glo wetenskaplikes dat eukariote uit prokariote ontwikkel het lank nadat die sentrale kenmerke van lewende selle reeds na vore gekom het.

Figuur 8: 'n Tydskaal van prokariote-evolusie. Uit die artikel deur Battistuzzi, F.U., Feijao, A., en Hedges, S.B. 2004. 'n Genomiese tydskaal van prokariote-evolusie: insigte in die oorsprong van metanogenese, fototrofie en die kolonisasie van land. BMC Evolusionêre Biologie, 4: 44. image © 2004 Battistuzzi et al.

Die kenmerk van eukariote, die kern, het eers ontwikkel as 'n invou van die plasmamembraan, wat 'n kompartement gevorm het om die DNA te huisves en te beskerm. Hierdie invou het in die kernomhulsel ontwikkel – die dubbelmembraan van die kern (Figuur 9). Daarbenewens, soos bespreek in ons module Cellular Organelles I: Membraangebonde organelle, dui die teorie van endosimbiose daarop dat 'n klein aërobiese bakterie die plasmamembraan van 'n groter anaërobiese prokariote, waarskynlik 'n argeon, kan binnedring en simbioties kan oorleef. met die gasheersel. Mettertyd het die klein aërobiese bakterieë ontwikkel tot die organel wat ons vandag ken as die mitochondrion.

Figuur 9: Die selmembraan vou in en skep 'n kernomhulsel.

Die Theory of Universal Common Descent argumenteer dat


Wat het Robert Brown bygedra tot selteorie?

Robert Brown het bygedra tot die selteorie deur die radikale beweging van molekules binne 'n sel onder die lig van 'n mikroskoop aan te toon. Die Brown-metode is vernoem na Brown se ontdekking van die manier waarop die molekules beweeg.

In 1802 het Franz Bauer die kern van 'n sel eers ontdek en beskryf. Hy het 'n gevorderde mikroskopiese stelsel gebruik om dit te bereik. Alhoewel Brown nie die eerste persoon was wat die kern ontdek het nie, word hy dikwels erkenning daaraan gegee omdat hy die eerste wetenskaplike was wat dit 'n naam gegee het terwyl hy behoorlik beskryf wat dit is en hoe dit in die sel funksioneer.

Robert Brown was 'n plantkundige wat elke aspek van plantlewe bestudeer het, van die manier waarop plante groei tot die manier waarop hul selle saamwerk. Hy gebruik mikroskope op 'n manier wat niemand dit voorheen gebruik het nie. Hy het nie net gewerk om die kern gepas te beskryf nie, maar hy was in staat om 'n beskrywing van die sitoplasmiese funksies binne selle te verskaf. In onverwante studies kon hy die verskil tussen angiosperme en gimnosperme uitvind. Daar is voorheen gedink dat hierdie plante dieselfde is. Baie van die plantfamilies wat in moderne tye teenwoordig is, is deur Brown ontdek, gekategoriseer en benoem.


Die ontwikkeling van die selteorie

In 1824 het Fransman Henri Milne-Edwards gesuggereer dat die basiese struktuur van alle dierweefsels 'n verskeidenheid van globules is, alhoewel sy aandrang op eenvormige grootte vir hierdie bolle die akkuraatheid van sy waarnemings in twyfel trek. Henri Dutrochet (1776�) het die verband tussen plantselle en dierselle eksplisiet gemaak, en hy het voorgestel dat die sel nie net 'n strukturele maar ook 'n fisiologiese eenheid is nie: ȭit is duidelik dat dit die basiese eenheid van die georganiseerde staat uitmaak. alles is inderdaad uiteindelik afgelei van die sel " (Harris 1999, p. 29). Dutrochet het voorgestel dat nuwe selle uit die oues ontstaan, 'n siening wat deur sy tydgenoot François Raspail (1794�) geëggo is. Raspail was die eerste om een ​​van die twee belangrikste beginsels van selteorie te noem: Omnis sellula en sellula, wat beteken Ȯlke sel is afkomstig van 'n ander sel." Ten spyte van hierdie lui en bekende frase was sy voorgestelde meganisme van selgenerering egter verkeerd. Raspail was ook die stigter van selbiochemie en het eksperimente gedoen oor die chemiese samestelling van die sel en hul reaksie op veranderende chemiese omgewings.

In 1832 het Barthelemy Dumortier (1797�) van Frankryk ȫinêre splitsing" (seldeling) in plante beskryf. Hy het die vorming van 'n middellynverdeling tussen die oorspronklike sel en die nuwe sel waargeneem, wat, het Dumortier opgemerk, vir ons 'n volkome duidelike verduideliking van die oorsprong en ontwikkeling van selle bied, wat tot dusver onverklaarbaar gebly het" (Harris 1999, p. 66) Hierdie waarnemings het daartoe gelei dat hy die idee verwerp het dat nuwe selle van binne oues ontstaan, of dat hulle spontaan uit niesellulêre materiaal vorm. Die ontdekking van seldeling word gewoonlik toegeskryf aan Hugo von Mohl (1805 �), maar Dumortier het hom in hierdie verband aangevoer. Von Mohl het wel die woord "protoplasma" geskep vir die materiaal wat in die sel vervat is.

Die eerste onomwonde beskrywing van die sel kern is gemaak deur 'n Tsjeg, Franz Bauer, in 1802 en het sy naam in 1831 gekry deur Robert Brown (1773 �) van Skotland, wat die beste onthou word omdat hy die ewekansige ȫrownian " beweging van molekules ontdek het. Die eerste akkurate beskrywing van die nucleolus is in 1835 gemaak.

Schleiden en Schwann, wat gewoonlik erkenning kry vir die toeligting van die selteorie, het hul merk gemaak in 1838 en 1839. In 1838 het Matthais Schleiden (1804 �) voorgestel dat elke strukturele element van plante uit selle of produkte van selle bestaan. Schleiden het egter aangedring op prioriteit vir verskeie idees wat nie syne was nie en het vasgeklou aan die idee dat selle ontstaan ​​deur 'n kristallisasie-agtige proses, óf binne ander selle óf van buite, waarmee Dumortier 'n paar jaar tevore ontslae was. (Ter verdediging van Schleiden moet onthou word dat verkeerde gevolgtrekkings uit beperkte waarnemings 'n risiko is wat inherent is aan wetenskap, veral as u aan die grens van 'n nuwe veld werk.)

In 1839 stel 'n mede -Duitser, Theodor Schwann (1810 �) voor dat ook by diere elke strukturele element uit selle of selprodukte bestaan. Die bydrae van Schwann kan as die meer baanbreker beskou word, aangesien die begrip van dierestruktuur agter die van plante was. Daarbenewens het Schwann die uitdruklike bewering gemaak dat die fundamentele wette vir selle identies is tussen plante en diere: 'n Algemene beginsel lê ten grondslag aan die ontwikkeling van al die individuele elementêre subeenhede van alle organismes " (Harris 1999, p. 102).

'n Spesiale woord moet hier gesê word oor die Tsjeg Jan Purkyᒎ (1787�), of Purkinje, soos sy naam gewoonlik genoem word. Purkinje was die première sitoloog van sy dag, en een van die mees invloedryke formuleerders van die selteorie. Hy het sy naam gegee aan strukture regdeur die liggaam, insluitend die Purkinje-selle van die serebellum. Purkinje verdien in werklikheid baie van die eer wat Schwann gewoonlik toekom, want in 1837 het hy voorgestel dat diere nie net uit selle en selprodukte bestaan ​​nie (hoewel hy ruimte gelaat het vir vesels), maar ook dat die ⊺siese sellulêre weefsel is weer duidelik analoog aan dié van plante " (Harris 1999, p. 92). Ongelukkig het Schwann Purkinje nie erken in sy invloedryke publikasie nie.


5.1 Struktuur en funksie van die selmembraan

Die selmembraan omring die sitoplasma van lewende selle, wat die intrasellulêre komponente fisies van die ekstrasellulêre omgewing skei. Die selmembraan speel ook 'n rol in die verankering van die sitoskelet om vorm aan die sel te gee, en om aan die ekstrasellulêre matriks en ander selle te heg om dit bymekaar te hou om weefsels te vorm. Swamme, bakterieë, meeste archaea en plante het ook 'n selwand wat die sel meganies ondersteun en die deurtrek van groter molekules verhoed.

Die selmembraan is selektief deurlaatbaar en in staat om te reguleer wat die sel binnegaan en verlaat, en sodoende die vervoer van materiaal wat nodig is vir oorlewing vergemaklik. Die beweging van stowwe oor die membraan kan óf 'passief' wees, wat plaasvind sonder die invoer van sellulêre energie, óf 'aktief', wat vereis dat die sel energie benodig om dit te vervoer. Die membraan behou ook die selpotensiaal. Die selmembraan werk dus as 'n selektiewe filter waarmee slegs sekere dinge binne of buite die sel kan kom. Die sel gebruik 'n aantal vervoermeganismes wat biologiese membrane betrek:

Passiewe osmose en diffusie: Sommige stowwe (klein molekules, ione) soos koolstofdioksied (CO)2) en suurstof (O2) kan deur diffusie oor die plasmamembraan beweeg, wat 'n passiewe transportproses is. Omdat die membraan as 'n versperring vir sekere molekules en ione dien, kan dit in verskillende konsentrasies aan die twee kante van die membraan voorkom. Verspreiding vind plaas wanneer klein molekules en ione vrylik van hoë konsentrasie na lae konsentrasie beweeg om die membraan te balanseer. Dit word beskou as 'n passiewe vervoerproses omdat dit nie energie benodig nie en word aangedryf deur die konsentrasiegradiënt wat deur elke kant van die membraan geskep word. So 'n konsentrasiegradiënt oor 'n halfdeurlaatbare membraan veroorsaak 'n osmotiese vloei vir die water. Osmose, in biologiese stelsels, behels 'n oplosmiddel wat deur 'n semipermeabele membraan beweeg, soortgelyk aan passiewe diffusie, aangesien die oplosmiddel steeds met die konsentrasiegradiënt beweeg en geen energie benodig nie. Hoewel water die algemeenste oplosmiddel in die sel is, kan dit ook ander vloeistowwe sowel as superkritiese vloeistowwe en gasse wees.

Transmembraanproteïenkanale en -vervoerders: Transmembraanproteïene strek deur die lipied -tweelaag van die membrane wat hulle aan weerskante van die membraan funksioneer om molekules daaroor te vervoer. Voedingstowwe, soos suikers of aminosure, moet die sel binnedring, en sekere metaboliese produkte moet die sel verlaat. Sulke molekules kan passief deur proteïenkanale soos akwaporiene diffundeer in vergemaklikte diffusie of word deur transmembraanvervoerders oor die membraan gepomp. Proteïenkanaalproteïene, ook genoem permeases, is gewoonlik redelik spesifiek, en hulle herken en vervoer slegs 'n beperkte verskeidenheid chemiese stowwe, dikwels beperk tot 'n enkele stof. 'N Ander voorbeeld van 'n transmembraanproteïen is 'n seloppervlakreseptor, wat die sellulêre seinmolekules tussen selle toelaat.

Endositose: Endositose is die proses waarin selle molekules absorbeer deur hulle te verswelg. Die plasmamembraan skep 'n klein vervorming na binne, wat 'n invaginasie genoem word, waarin die stof wat vervoer moet word, vasgevang word. Hierdie invaginasie word veroorsaak deur proteïene aan die buitekant op die selmembraan, wat as reseptore optree en saamvoeg in depressies wat uiteindelik akkumulasie van meer bevorder. proteïene en lipiede aan die sitosoliese kant van die membraan. Die vervorming knyp dan van die membraan aan die binnekant van die sel af, wat 'n vesikel skep wat die vasgevange stof bevat. Endositose is 'n manier vir die internalisering van vaste deeltjies ("sel eet" of fagositose), klein molekules en ione ("sel drink" of pinocytosis) en makromolekules. Endositose verg energie en is dus 'n vorm van aktiewe vervoer.

Eksositose: Net soos materiaal deur die invasie en vorming van 'n vesikel in die sel gebring kan word, kan die membraan van 'n vesikel met die plasmamembraan versmelt word, wat die inhoud daarvan tot die omliggende medium uitdryf. Dit is die proses van eksositose. Eksositose kom in verskeie selle voor om onverteerde oorblyfsels van stowwe wat deur endositose ingebring word te verwyder, om stowwe soos hormone en ensieme af te skei en om 'n stof heeltemal oor 'n sellulêre versperring te vervoer. In die proses van eksositose word die onverteerde afvalbevattende voedselvakuool of die afskeidingsvesikel wat uit die Golgi-apparaat bot, eers deur sitoskelet van die binnekant van die sel na die oppervlak beweeg. Die vesikelmembraan kom in aanraking met die plasmamembraan. Die lipiedmolekules van die twee dubbellae herrangskik hulself en die twee membrane word dus saamgesmelt. 'n Gang word in die saamgesmelte membraan gevorm en die vesikels laat die inhoud daarvan buite die sel ontslaan.

5.1.1 Die Fluid Mosaic -model van die selmembraan

Volgens die vloeibare mosaïekmodel van S. J. Singer en G. L. Nicolson (1972), wat die vorige model van Davson en Danielli vervang het, kan biologiese membrane beskou word as 'n tweedimensionele vloeistof waarin lipied- en proteïenmolekules min of meer maklik versprei. Alhoewel die lipied-dubbellae wat die basis van die membrane vorm, inderdaad tweedimensionele vloeistowwe op sigself vorm, bevat die plasmamembraan ook 'n groot hoeveelheid proteïene, wat meer struktuur verskaf. Examples of such structures are protein-protein complexes, pickets and fences formed by the actin-based cytoskeleton, and potentially lipid rafts.

5.1.2 Lipid bilayer

Lipid bilayers form through the process of self-assembly. The cell membrane consists primarily of a thin layer of amphipathic phospholipids that spontaneously arrange so that the hydrophobic “tail” regions are isolated from the surrounding water while the hydrophilic “head” regions interact with the intracellular (cytosolic) and extracellular faces of the resulting bilayer. This forms a continuous, spherical lipid bilayer. Hydrophobic interactions (also known as the hydrophobic effect) are the major driving forces in the formation of lipid bilayers. An increase in interactions between hydrophobic molecules (causing clustering of hydrophobic regions) allows water molecules to bond more freely with each other, increasing the entropy of the system. This complex interaction can include noncovalent interactions such as van der Waals, electrostatic and hydrogen bonds.

Lipid bilayers are generally impermeable to ions and polar molecules. The arrangement of hydrophilic heads and hydrophobic tails of the lipid bilayer prevent polar solutes (ex. amino acids, nucleic acids, carbohydrates, proteins, and ions) from diffusing across the membrane, but generally allows for the passive diffusion of hydrophobic molecules. This affords the cell the ability to control the movement of these substances via transmembrane protein complexes such as pores, channels and gates. Flippases and scramblases concentrate phosphatidyl serine, which carries a negative charge, on the inner membrane. Along with NANA, this creates an extra barrier to charged moieties moving through the membrane.

Membranes serve diverse functions in eukaryotic and prokaryotic cells. One important role is to regulate the movement of materials into and out of cells. The phospholipid bilayer structure (fluid mosaic model) with specific membrane proteins accounts for the selective permeability of the membrane and passive and active transport mechanisms. In addition, membranes in prokaryotes and in the mitochondria and chloroplasts of eukaryotes facilitate the synthesis of ATP through chemiosmosis.

5.1.3 Membrane Polarity

The apical membrane of a polarized cell is the surface of the plasma membrane that faces inward to the lumen. This is particularly evident in epithelial and endothelial cells, but also describes other polarized cells, such as neurons. The basolateral membrane of a polarized cell is the surface of the plasma membrane that forms its basal and lateral surfaces. It faces outwards, towards the interstitium, and away from the lumen. Basolateral membrane is a compound phrase referring to the terms “basal (base) membrane” and “lateral (side) membrane”, which, especially in epithelial cells, are identical in composition and activity. Proteins (such as ion channels and pumps) are free to move from the basal to the lateral surface of the cell or vice versa in accordance with the fluid mosaic model. Tight junctions join epithelial cells near their apical surface to prevent the migration of proteins from the basolateral membrane to the apical membrane. The basal and lateral surfaces thus remain roughly equivalent[clarification needed] to one another, yet distinct from the apical surface.

Cell membrane can form different types of “supramembrane” structures such as caveola, postsynaptic density, podosome, invadopodium, focal adhesion, and different types of cell junctions. These structures are usually responsible for cell adhesion, communication, endocytosis and exocytosis. They can be visualized by electron microscopy or fluorescence microscopy. They are composed of specific proteins, such as integrins and cadherins.

5.1.4 The Cytoskeleton

The cytoskeleton is found underlying the cell membrane in the cytoplasm and provides a scaffolding for membrane proteins to anchor to, as well as forming organelles that extend from the cell. Indeed, cytoskeletal elements interact extensively and intimately with the cell membrane. Anchoring proteins restricts them to a particular cell surface — for example, the apical surface of epithelial cells that line the vertebrate gut — and limits how far they may diffuse within the bilayer. The cytoskeleton is able to form appendage-like organelles, such as cilia, which are microtubule-based extensions covered by the cell membrane, and filopodia, which are actin-based extensions. These extensions are ensheathed in membrane and project from the surface of the cell in order to sense the external environment and/or make contact with the substrate or other cells. The apical surfaces of epithelial cells are dense with actin-based finger-like projections known as microvilli, which increase cell surface area and thereby increase the absorption rate of nutrients. Localized decoupling of the cytoskeleton and cell membrane results in formation of a bleb.

5.1.5 Intracellular Membranes In Eukaryotic Cells

The content of the cell, inside the cell membrane, is composed of numerous membrane-bound organelles, which contribute to the overall function of the cell. The origin, structure, and function of each organelle leads to a large variation in the cell composition due to the individual uniqueness associated with each organelle.

  • Mitochondria and chloroplasts are considered to have evolved from bacteria, known as the endosymbiotic theory. This theory arose from the idea that Paracoccus and Rhodopseaudomonas, types of bacteria, share similar functions to mitochondria and blue-green algae, or cyanobacteria, share similar functions to chloroplasts. The endosymbiotic theory proposes that through the course of evolution, a eukaryotic cell engulfed these 2 types of bacteria, leading to the formation of mitochondria and chloroplasts inside eukaryotic cells. This engulfment lead to the 2 membranes systems of these organelles in which the outer membrane originated from the host’s plasma membrane and the inner membrane was the endosymbiont’s plasma membrane. Considering that mitochondria and chloroplasts both contain their own DNA is further support that both of these organelles evolved from engulfed bacteria that thrived inside a eukaryotic cell.
  • In eukaryotic cells, the nuclear membrane separates the contents of the nucleus from the cytoplasm of the cell. The nuclear membrane is formed by an inner and outer membrane, providing the strict regulation of materials in to and out of the nucleus. Materials move between the cytosol and the nucleus through nuclear pores in the nuclear membrane. If a cell’s nucleus is more active in transcription, its membrane will have more pores. The protein composition of the nucleus can vary greatly from the cytosol as many proteins are unable to cross through pores via diffusion. Within the nuclear membrane, the inner and outer membranes vary in protein composition, and only the outer membrane is continuous with the endoplasmic reticulum (ER) membrane. Like the ER, the outer membrane also possesses ribosomes responsible for producing and transporting proteins into the space between the two membranes. The nuclear membrane disassembles during the early stages of mitosis and reassembles in later stages of mitosis.
  • The ER, which is part of the endomembrane system, which makes up a very large portion of the cell’s total membrane content. The ER is an enclosed network of tubules and sacs, and its main functions include protein synthesis, and lipid metabolism. There are 2 types of ER, smooth and rough. The rough ER has ribosomes attached to it used for protein synthesis, while the smooth ER is used more for the processing of toxins and calcium regulation in the cell.
  • The Golgi apparatus has two interconnected round Golgi cisternae. Compartments of the apparatus forms multiple tubular-reticular networks responsible for organization, stack connection and cargo transport that display a continuous grape-like stringed vesicles ranging from 50-60 nm. The apparatus consists of three main compartments, a flat disc-shaped cisterna with tubular-reticular networks and vesicles.

Cell memory mechanism discovered

The cells in our bodies can divide as often as once every 24 hours, creating a new, identical copy. DNA binding proteins called transcription factors are required for maintaining cell identity. They ensure that daughter cells have the same function as their mother cell, so that for example muscle cells can contract or pancreatic cells can produce insulin. However, each time a cell divides the specific binding pattern of the transcription factors is erased and has to be restored in both mother and daughter cells. Previously it was unknown how this process works, but now scientists at Karolinska Institutet have discovered the importance of particular protein rings encircling the DNA and how these function as the cell's memory.

The DNA in human cells is translated into a multitude of proteins required for a cell to function. When, where and how proteins are expressed is determined by regulatory DNA sequences and a group of proteins, known as transcription factors, that bind to these DNA sequences. Each cell type can be distinguished based on its transcription factors, and a cell can in certain cases be directly converted from one type to another, simply by changing the expression of one or more transcription factors. It is critical that the pattern of transcription factor binding in the genome be maintained. During each cell division, the transcription factors are removed from DNA and must find their way back to the right spot after the cell has divided. Despite many years of intense research, no general mechanism has been discovered which would explain how this is achieved.

"The problem is that there is so much DNA in a cell that it would be impossible for the transcription factors to find their way back within a reasonable time frame. But now we have found a possible mechanism for how this cellular memory works, and how it helps the cell remember the order that existed before the cell divided, helping the transcription factors find their correct places," explains Jussi Taipale, professor at Karolinska Institutet and the University of Helsinki, and head of the research team behind the discovery.

The results are now being published in the scientific journal Cell. The research group has produced the most complete map yet of transcription factors in a cell. They found that a large protein complex called cohesin is positioned as a ring around the two DNA strands that are formed when a cell divides, marking virtually all the places on the DNA where transcription factors were bound. Cohesin encircles the DNA strand as a ring does around a piece of string, and the protein complexes that replicate DNA can pass through the ring without displacing it. Since the two new DNA strands are caught in the ring, only one cohesin is needed to mark the two, thereby helping the transcription factors to find their original binding region on both DNA strands.

"More research is needed before we can be sure, but so far all experiments support our model," says Martin Enge, assistant professor at Karolinska Institutet.

Transcription factors play a pivotal role in many illnesses, including cancer as well as many hereditary diseases. The discovery that virtually all regulatory DNA sequences bind to cohesin may also end up having more direct consequences for patients with cancer or hereditary diseases. Cohesin would function as an indicator of which DNA sequences might contain disease-causing mutations.

"Currently we analyse DNA sequences that are directly located in genes, which constitute about three per cent of the genome. However, most mutations that have been shown to cause cancer are located outside of genes. We cannot analyse these in a reliable manner -- the genome is simply too large. By only analysing DNA sequences that bind to cohesin, roughly one per cent of the genome, it would allow us to analyse an individual's mutations and make it much easier to conduct studies to identify novel harmful mutations," Martin Enge concludes.

This project was supported by the Center for Biosciences at Karolinska Institutet, Knut and Alice Wallenberg Foundation, the Swedish Research Council, Science for Life Laboratory, the Swedish Cancer Foundation, ERC Advanced Grant GROWTHCONTROL, and the EU FP7 Health project SYSCOL.


What's Next?

Looking for more cell biology explanations? We have articles on everything from parts of the cell (like nucleotides and the endoplasmic reticulum) to how mitosis works and how it's different from meiosis.

Are there other science topics you want to review? Then you're in luck! Our guides will teach you loads of useful topics, including how to convert Celsius to Fahrenheit and what the density of water is.

What are the most important science classes to take in high school? Check out our guide to learn all the high school classes you should be taking.

Are you learning about trig identities in your math classes? Learn all the trig identities that you must know by reading our guide!

Have friends who also need help with test prep? Share this article!

Christine graduated from Michigan State University with degrees in Environmental Biology and Geography and received her Master's from Duke University. In high school she scored in the 99th percentile on the SAT and was named a National Merit Finalist. She has taught English and biology in several countries.


Kyk die video: Transport in en uit cellen HAVOVWO (Oktober 2022).