4.3: Kompartmentalizacja eukariotyczna

Jedną z wyróżniających cech komórek eukariotycznych jest to, że zawierają one związane z błoną organelle, takie jak jądro i mitochondria, które pełnią wyspecjalizowane funkcje. Ponieważ błony biologiczne przepuszczają tylko substancje rozpuszczone selektywnie, pomagają stworzyć przedział o kontrolowanych warunkach wewnątrz organelli. Te mikrośrodowiska są dostosowane do specyficznych funkcji organelli i pomagają izolować je od otaczającego cytozolu.

Na przykład lizosomy w komórkach zwierzęcych utrzymują środowisko kwaśne w porównaniu z otaczającym cytozolem. Pomaga to enzymom lizosomalnym trawić resztki komórkowe. Podobnie regulacja pH w mitochondriach pomaga w syntezie cząsteczek energii.

Ponadto niektóre białka wymagają środowiska utleniającego do prawidłowego fałdowania i przetwarzania, ale cytozol ma generalnie charakter redukcyjny. Dlatego białka te są wytwarzane przez rybosomy w retikulum endoplazmatycznym (ER), które utrzymuje niezbędne środowisko. Białka są następnie transportowane do miejsca docelowego w komórce poprzez pęcherzyki związane z błoną.

Materiał genetyczny komórek eukariotycznych jest podzielony w jądrze i otoczony podwójną błoną zwaną otoczką jądrową. Małe pory w otoczce kontrolują, które cząsteczki lub jony mogą wejść do jądra, a które opuścić. Na przykład informacyjny RNA (mRNA) opuszcza jądro przez te pory, aby przekazać instrukcje genetyczne zakodowane w DNA do rybosomów, gdzie można je przełożyć na białko.

Dlatego podział na przedziały umożliwia wykonywanie wielu różnych funkcji z większą wydajnością w tej samej komórce poprzez koncentrację wymaganych składników w ograniczonej przestrzeni i oddzielanie ich od reszty komórki.

Komórki eukariotyczne zawierają liczne przedziały wewnętrzne. Organelle związane z błoną, które pozwalają na zaspokojenie bardzo specyficznych funkcji w mikrośrodowiskach. Chroniony zarówno od wnętrza cytoplazmatycznego, jak i otoczenia zewnątrzkomórkowego.

Na przykład jądro wymaga kontrolowanych warunków do precyzyjnej regulacji genów w środku. Dlatego jest otoczony podwójną membraną. Otoczka jądrowa z porami kontrolującymi, jakie cząsteczki mogą wchodzić i wychodzić, jak mRNA.

Ponadto niektóre białka wymagają środowiska oksydacyjnego i muszą być izolowane od cytozolu, który jest redukcyjny, dlatego rybosomy wytwarzają te białka w retikulum endoplazmatycznym, gdzie mogą również ulegać krytycznym modyfikacjom. Kolejne ruchy zachodzą nawet w małych mikrokosmosach chemicznych zwanych pęcherzykami w drodze do miejsca docelowego.

Inne organelle, takie jak peroksysomy, zapewniają ochronę przed własnymi szkodliwymi produktami ubocznymi, takimi jak nadtlenek wodoru, poprzez sekwestrację enzymów, które przekształcają toksyczne związki w nieszkodliwe cząsteczki, takie jak woda.

Podobnie lizosomy segregują enzymy, ale z innego powodu. Aby zabezpieczyć reakcje trawienne, które wymagają znacznie niższego pH niż zawiera cytoplazma. Mitochondria mają również kwaśne wnętrza między dwiema błonami, które pomagają wytwarzać energię.

Ogólnie rzecz biorąc, podział eukariotyczny wspiera działania, które w przeciwnym razie byłyby niezgodne, gdyby zostały przeprowadzone jednocześnie bez jakiejś formy powstrzymywania.