4.3: Eukaryotic Compartmentalization
4.3: Eukaryotisch compartimenteren
One of the distinguishing features of eukaryotic cells is that they contain membrane-bound organelles—such as the nucleus and mitochondria—that carry out particular functions. Since biological membranes are only permeable to a small number of substances, the membrane around an organelle creates a compartment with controlled conditions inside. These microenvironments are often distinct from the environment of the surrounding cytosol and are tailored to the specific functions of the organelle.
For example, lysosomes—organelles in animal cells that digest molecules and cellular debris—maintain an environment that is more acidic than the surrounding cytosol, because its enzymes require a lower pH to catalyze reactions. Similarly, pH is regulated within mitochondria, which helps them carry out their function of producing energy.
Additionally, some proteins require an oxidative environment for proper folding and processing, but the cytosol is generally reductive. Therefore, these proteins are produced by ribosomes in the endoplasmic reticulum (ER), which maintains the necessary environment. Proteins are often then transported within the cell through membrane-bound vesicles.
The genetic material of eukaryotic cells is compartmentalized within the nucleus, which is surrounded by a double membrane called the nuclear envelope. Small pores in the envelope control which molecules or ions can enter or leave the nucleus. For instance, messenger RNA (mRNA) exits the nucleus through these pores to take the genetic instructions encoded in the DNA to the ribosomes, where they can be translated into protein.
Organelles can also protect a cell by containing and neutralizing dangerous substances. For example, peroxisomes carry out oxidation reactions that produce hydrogen peroxide—which is toxic to cells—but they also contain enzymes that convert it into harmless oxygen and water. Therefore, compartmentalization allows eukaryotic cells to carry out a variety of different functions that would otherwise be incompatible in terms of their required environments or by-products produced.
Een van de onderscheidende kenmerken van eukaryote cellen is dat ze membraangebonden organellen bevatten - zoals de kern en mitochondriën - die bepaalde functies vervullen. Omdat biologische membranen slechts doorlaatbaar zijn voor een klein aantal stoffen, creëert het membraan rond een organel een compartiment met gecontroleerde omstandigheden binnenin. Deze micro-omgevingen zijn vaak verschillend van de omgeving van het omringende cytosol en zijn afgestemd op de specifieke functies van het organel.
Lysosomen - organellen in dierlijke cellen die moleculen en celafval verteren - handhaven bijvoorbeeld een omgeving die zuurder is dan het omringende cytosol, omdat de enzymen een lagere pH nodig hebben om reacties te katalyseren. Evenzo wordt de pH gereguleerd in mitochondriën, wat hen helpt hun functie van energieproductie uit te voeren.
Bovendien hebben sommige eiwitten een oxidatieve omgeving nodig voor een goede vouwing en verwerking, maar het cytosol is geslachtenlly reductief. Daarom worden deze eiwitten geproduceerd door ribosomen in het endoplasmatisch reticulum (ER), dat de noodzakelijke omgeving in stand houdt. Eiwitten worden vervolgens vaak in de cel getransporteerd door membraangebonden blaasjes.
Het genetisch materiaal van eukaryote cellen is gecompartimenteerd in de kern, die is omgeven door een dubbel membraan dat de nucleaire envelop wordt genoemd. Kleine poriën in de envelop bepalen welke moleculen of ionen de kern kunnen binnenkomen of verlaten. Boodschapper-RNA (mRNA) verlaat bijvoorbeeld de kern via deze poriën om de genetische instructies die in het DNA zijn gecodeerd naar de ribosomen te leiden, waar ze kunnen worden vertaald in eiwitten.
Organellen kunnen ook een cel beschermen door gevaarlijke stoffen te bevatten en te neutraliseren. Peroxisomen voeren bijvoorbeeld oxidatiereacties uit die waterstofperoxide produceren - wat giftig is voor cellen - maar ze bevatten ook enzymen die het omzetten in onschadelijke zuurstof en water. Daarom is compartimentering allows eukaryote cellen om een verscheidenheid aan verschillende functies uit te voeren die anders onverenigbaar zouden zijn in termen van hun vereiste omgeving of geproduceerde bijproducten.
