Upprifjun kafla

Upprifjun kafla

3.1 Frumuhimnan

Frumuhimnan myndar hindrun umhverfis frumuna og skilur innri efnisþætti hennar frá utanfrumuumhverfinu. Hún er gerð úr fosfólípíðtvílagi með vatnsfælum lípíð„hölum“ að innan og vatnssæknum fosfat„höfðum“ að utan. Ýmis himnuprótín dreifast um tvílagið; sum eru felld inn í það en önnur tengjast jaðri þess. Frumuhimnan er valgegndræp og hleypir því aðeins takmörkuðum fjölda efna í gegnum lípíðtvílagið með flæði. Öll efni sem fara yfir himnuna gera það með óvirkum flutningi, sem krefst ekki orku, eða virkum flutningi, sem krefst orku. Við óvirkan flutning færast efni niður styrkfallanda þeirra með einföldu flæði eða auðvelduðu flæði yfir himnuna. Vatn fer yfir himnuna með flæðisferli sem nefnist osmósa. Við virkan flutning er orku varið til að hjálpa efnum yfir himnuna gegn styrkfallanda þeirra. Virkur flutningur getur farið fram með aðstoð prótíndæla eða fyrir tilstilli bóla.

3.2 Umfrymi og frumulíffæri

Innra umhverfi lifandi frumu inniheldur vatnskenndan, hlaupkenndan vökva sem nefnist frymisvökvi. Hann er aðallega úr vatni en inniheldur einnig ýmis uppleyst næringarefni og aðrar sameindir. Í frumunni eru fjölbreytt frumulíffæri sem hvert gegnir sérstöku hlutverki og stuðlar að heilbrigði og virkni frumunnar. Frymisvökvinn og frumulíffærin mynda saman umfrymi frumunnar. Flest frumulíffæri eru umlukin lípíðhimnu sem líkist frumuhimnunni. Frymisnetið (ER), Golgikerfið og leysingarkornin tengjast hvert öðru að starfsemi og nefnast saman innra himnukerfið. Frymisnet er tvenns konar: slétt og hrjúft. Slétta frymisnetið gegnir mörgum hlutverkum, þar á meðal myndun lípíða og geymslu jóna, en hrjúfa frymisnetið annast aðallega próteinmyndun með áföstum ríbósómum sínum. Hrjúfa frymisnetið sendir nýmynduð prótín til Golgikerfisins þar sem þeim er breytt og pakkað til flutnings á ýmsa staði innan eða utan frumunnar. Sumar þessara próteinafurða eru ensím sem eiga að brjóta niður óæskileg efni og þeim er pakkað í leysingarkorn til notkunar inni í frumunni.

Frumur innihalda einnig hvatbera og oxunarkorn. Hvatberar framleiða orku fyrir frumuna en oxunarkorn afeitra tiltekin efni. Lífefnahvörf í hvatberum umbreyta orkubindandi sameindum í nýtanlegt form frumuorku sem nefnist ATP. Oxunarkorn innihalda ensím sem umbreyta skaðlegum efnum á borð við stakeindir í súrefni og vatn. Frumur hafa einnig örsmáa „grind“ úr próteinþráðum sem liggja um innra rými þeirra. Þrjár gerðir þráða mynda þessa frumugrind, taldar frá grennstu til gildustu: örþræðir, milliþræðir og örpíplur. Hver efnisþáttur frumugrindarinnar gegnir sérstökum hlutverkum og myndar jafnframt burðargrind fyrir frumuna.

3.3 Kjarninn og DNA-eftirmyndun

Kjarninn er stjórnstöð frumunnar og geymir erfðafræðilegar leiðbeiningar um öll efni sem fruman myndar og þar með alla starfsemi sem hún getur sinnt. Kjarninn er umlukinn himnu úr tveimur samtengdum lípíðtvílögum sem liggja hlið við hlið. Í þessum kjarnahjúp eru prótínklædd kjarnaop sem gera efnum kleift að berast inn í kjarnann og út úr honum. Kjarninn inniheldur eitt eða fleiri kjarnakorn þar sem ríbósóm eru mynduð. Í kjarnanum er erfðaefni frumunnar, DNA. DNA er að jafnaði að finna í kjarnanum í lausri byggingu sem nefnist litni, þar sem það er vafið upp og tengt ýmsum histónpróteinum. Þegar fruma er að fara að skipta sér vefst litnið þétt saman og þéttist í litninga.

Í líkamanum er frumuhópur sem skiptir sér stöðugt. Því myndast milljarðar nýrra frumna á hverjum degi. Áður en fruma er tilbúin til að skipta sér þarf hún að eftirmynda DNA sitt svo hver ný dótturfruma fái nákvæmt eintak af erfðamengi lífverunnar. Ýmis ensím taka þátt í DNA-eftirmyndun. Þau vinda ofan af DNA-sameindinni, aðskilja þræðina tvo og stuðla að myndun samstæðs þráðar eftir hvorum foreldraþræði. Upprunalegu DNA-þræðirnir eru mót sem ákvarða kirnaröð nýju þráðanna og myndun þeirra. Þegar eftirmyndun lýkur eru til tvær eins DNA-sameindir. Hvor þeirra inniheldur einn upprunalegan þráð og einn nýmyndaðan samstæðan þráð.

3.4 Próteinmyndun

DNA geymir upplýsingarnar sem þarf til að stýra allri starfsemi frumunnar. Frumur nota erfðakóðann í DNA til að mynda prótín sem ákvarða að lokum byggingu og starfsemi frumunnar. Erfðakóðinn felst í tiltekinni röð kirna í hverju geni eftir DNA-sameindinni. Til að „lesa“ þennan kóða þarf fruman að framkvæma tvö skref í röð. Í fyrra skrefinu, umritun, er DNA-kóðanum breytt í RNA-kóða. Boðbera-RNA-sameind sem er samstæð tilteknu geni er mynduð með ferli sem líkist DNA-eftirmyndun. mRNA-sameindin geymir kóðann sem þarf til að mynda prótín. Við þýðingu tengist mRNA ríbósómi. Síðan flytja tRNA-sameindir viðeigandi amínósýrur eina af annarri að ríbósóminu samkvæmt röð þriggja kirna tákna í mRNA þar til prótínið er fullmyndað. Að því loknu losnar mRNA frá ríbósóminu og prótínið losnar. Yfirleitt tengjast mörg ríbósóm sömu mRNA-sameindinni samtímis svo hægt sé að mynda mörg prótín eftir henni í einu.

3.5 Vöxtur og skipting frumna

Þegar fruma hefur lokið millifasa og er tilbúin til skiptingar gengur hún í gegnum fjögur aðskilin stig mítósu: prófasa, metafasa, anafasa og telófasa. Eftir telófasa skiptist umfrymið við umfrymiskiptingu og tvær dótturfrumur myndast. Þetta ferli á sér stað í öllum frumum líkamans sem skipta sér með eðlilegum hætti, að undanskildum kímfrumunum sem mynda eggfrumur og sáðfrumur.

3.6 Frumusérhæfing

Eitt helsta rannsóknarsvið líffræðinnar fjallar um hvernig frumur sérhæfast og öðlast sérstaka byggingu og starfsemi, enda eiga nánast allar frumur uppruna sinn í einu frjóvguðu eggi. Frumusérhæfing er ferlið þar sem frumur sérhæfast samhliða þroska líkamans. Stofnfruma er ósérhæfð fruma sem getur skipt sér án takmarkana eftir þörfum og við tilteknar aðstæður sérhæfst í sérhæfðar frumur. Stofnfrumum er skipt í nokkra flokka eftir sérhæfingargetu þeirra. Þótt allar líkamsfrumur innihaldi nákvæmlega sama erfðamengið tjá mismunandi frumugerðir aðeins hluta þessara gena hverju sinni. Þessi munur á genatjáningu ákvarðar að lokum sérstök formgerðar- og lífeðlisfræðileg einkenni frumunnar. Helsta leiðin sem ákvarðar hvaða gen eru tjáð og hver ekki byggist á mismunandi umritunarþáttum. Þessi prótín bindast DNA og örva eða hamla umritun mismunandi gena. Fyrir tilstilli umritunarþáttanna sérhæfast frumur í eina af þeim hundruðum frumugerða sem finnast í mannslíkamanum.