Клеточные компартменты в клеточной биологии включают все закрытые части внутри цитозоля эукариотической клетки , обычно окруженные одинарной или двойной липидной мембраной . Эти компартменты часто, но не всегда, определяются как связанные с мембраной органеллы . Формирование клеточных компартментов называется компартментализацией .
Оба органеллы , митохондрии и хлоропласты (в фотосинтезирующих организмах), являются отсеками, которые, как полагают, имеют эндосимбиотическое происхождение. Другие отсеки, такие как пероксисомы , лизосомы , эндоплазматический ретикулум , клеточное ядро или аппарат Гольджи , не имеют эндосимбиотического происхождения. Более мелкие элементы, такие как везикулы , а иногда даже микротрубочки , также можно считать отсеками.
Считалось, что компартментализация не обнаружена в прокариотических клетках. [1] Однако открытие карбоксисом и многих других метаболосом показало, что прокариотические клетки способны создавать компартментализированные структуры, хотя в большинстве случаев они не окружены липидным бислоем, а имеют чисто белковую структуру. [2] [3] [4]
В целом, существует 4 основных клеточных отсека:
Компартменты выполняют три основные функции. Одна из них — устанавливать физические границы для биологических процессов, что позволяет клетке выполнять различные метаболические действия одновременно. Это может включать в себя удержание определенных биомолекул в пределах области или удержание других молекул снаружи. В мембраносвязанных компартментах различные внутриклеточные pH , различные ферментные системы и другие различия изолированы от других органелл и цитозоля. В митохондриях цитозоль имеет окислительную среду, которая преобразует НАДН в НАД+. В этих случаях компартментализация является физической.
Другой способ — создать определенную микросреду для пространственного или временного регулирования биологического процесса. Например, вакуоль дрожжей обычно подкисляется протонными транспортерами на мембране.
Третья роль заключается в установлении конкретных мест или клеточных адресов, по которым должны происходить процессы. Например, фактор транскрипции может быть направлен в ядро , где он может способствовать транскрипции определенных генов . С точки зрения синтеза белка необходимые органеллы находятся относительно близко друг к другу. Ядрышко внутри ядерной оболочки является местом синтеза рибосом. Местом назначения синтезированных рибосом для трансляции белка является шероховатый эндоплазматический ретикулум (шероховатый ЭР), который соединен с ядром и разделяет с ним одну и ту же мембрану. Аппарат Гольджи также находится рядом с шероховатым ЭР для упаковки и перераспределения. Аналогичным образом, внутриклеточная компартментализация позволяет изолировать определенные места связанных функций эукариотических клеток от других процессов и, следовательно, быть эффективными.
Часто клеточные отсеки определяются мембранным ограждением. Эти мембраны обеспечивают физические барьеры для биомолекул. Транспорт через эти барьеры часто контролируется для поддержания оптимальной концентрации биомолекул внутри и снаружи отсека.
Считается, что эукариотическая клетка возникла , когда предковая архейная клетка поглотила аэробную бактерию ( прото-митохондрию ). Манс и др. [5] предположили, что эволюционное развитие ядра эукариотической клетки было вызвано этим архео-бактериальным симбиозом . Было высказано предположение, что ядерная оболочка (мембрана), определяющая характеристика эукариотической клетки, возникла как адаптация для отделения исходного генома ДНК архейного хозяина от прото-митохондрий, основного источника повреждающих активных форм кислорода . [6]
Медиа, связанные с разделением клеток на Wikimedia Commons