5.2-What is a Cell Made Up of

5.2-What is a Cell Made Up of Important Formulae

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After successful completion of this topic, you should be able to:

  • Locate different cell organelles in a plant cell and state their functions.
  • Differentiate between types of endoplasmic reticulum and identify their functions.
  • Name the cell organelle responsible for storage, modification and packaging of products in a cell.
  • Explain the functioning of Mitochondria in a cell.
  • Relate the functions of Lysosomes in a cell.
  • Locate the cell organelle that helps cells prepare their food.
  • Elaborate the role of chromosomes during cell division.
  • Relate the role of vacuoles in a cell.

5.2 - What is a Cell Made Up Of

A cell is the basic structural and functional unit of life. It is the smallest unit of an organism that can carry out all the necessary functions of life, such as metabolism, growth, reproduction, and response to stimuli. Cells are made up of several components, each with its specific function. The components of a cell can be broadly categorized into two main parts: the cell membrane and the cell organelles.

1. Cell Membrane

The cell membrane, also called the plasma membrane, is a thin, flexible layer that surrounds the cell. It is primarily made of lipids and proteins. The cell membrane has selective permeability, which means it allows certain substances to enter or exit the cell while blocking others. This helps in maintaining the internal environment of the cell. The lipid bilayer of the membrane is made up of phospholipids, with hydrophilic heads facing outward and hydrophobic tails facing inward. Embedded proteins assist in transport, signaling, and cell recognition.

2. Cytoplasm

The cytoplasm is a jelly-like substance found between the cell membrane and the nucleus. It consists of cytosol (the fluid portion), organelles, and other structures. It serves as the site for various chemical reactions and is involved in the transportation of materials within the cell. The cytoplasm contains enzymes that catalyze reactions involved in energy production, protein synthesis, and cell division.

3. Nucleus

The nucleus is the control center of the cell. It contains the genetic material (DNA) in the form of chromatin. The nucleus is surrounded by a double membrane known as the nuclear envelope, which contains pores that allow the exchange of materials between the nucleus and the cytoplasm. The nucleolus, found within the nucleus, is responsible for the production of ribosomes.

4. Organelles

Organelles are specialized structures within the cell that perform specific functions. Some of the major organelles include:

  • Endoplasmic Reticulum (ER): The ER is a network of membranes involved in the synthesis and transport of proteins and lipids. It comes in two forms: rough ER (with ribosomes on its surface) and smooth ER (without ribosomes).
  • Golgi Apparatus: The Golgi apparatus is involved in the modification, sorting, and packaging of proteins and lipids for secretion or delivery to other parts of the cell.
  • Mitochondria: Often referred to as the "powerhouse" of the cell, mitochondria are the site of cellular respiration. They generate ATP (adenosine triphosphate), the cell’s energy currency, through oxidative phosphorylation.
  • Ribosomes: Ribosomes are tiny structures found either floating freely in the cytoplasm or attached to the rough ER. They are the sites of protein synthesis, where RNA is translated into proteins.
  • Vacuoles: Vacuoles are membrane-bound sacs involved in storing water, nutrients, and waste products. In plant cells, the central vacuole plays a major role in maintaining turgor pressure.
  • Lysosomes: Lysosomes are membrane-bound organelles containing digestive enzymes that break down waste materials, cellular debris, and foreign substances.
  • Cytoskeleton: The cytoskeleton is a network of protein filaments and tubules that provide structural support, shape, and facilitate cell movement and division.
5. Chemical Composition of a Cell

Cells are primarily composed of organic and inorganic compounds, including water, proteins, lipids, carbohydrates, and nucleic acids.

  • Water: Water makes up a large portion of the cell and is vital for maintaining cellular processes and the proper environment for biochemical reactions.
  • Proteins: Proteins are made of amino acids and perform a wide variety of functions in the cell, including enzyme catalysis, structural support, and transport.
  • Lipids: Lipids, including phospholipids and cholesterol, are important components of cell membranes and serve as energy reserves.
  • Carbohydrates: Carbohydrates provide energy to the cell and are also found in the cell membrane, where they play a role in cell recognition.
  • Nucleic Acids: DNA (deoxyribonucleic acid) stores genetic information, while RNA (ribonucleic acid) plays a role in protein synthesis.
6. Chemical Formula of ATP

The energy currency of the cell is ATP (adenosine triphosphate). The chemical formula for ATP is:

$C_{10}H_{16}N_{5}O_{13}P_3$

ATP stores energy in its high-energy phosphate bonds, which can be broken down to release energy for cellular processes.

5.2-What is a Cell Made Up of

कोशिका जीवन की बुनियादी इकाई है। कोशिका के अंदर विभिन्न संरचनाएँ और यौगिक होते हैं जो कोशिका की कार्यप्रणाली और अस्तित्व के लिए आवश्यक होते हैं। कोशिका मुख्य रूप से निम्नलिखित भागों से बनी होती है:

1. कोशिका झिल्ली (Cell Membrane)

कोशिका झिल्ली एक पतली परत होती है जो कोशिका को बाहरी वातावरण से अलग करती है। यह झिल्ली पदार्थों के प्रवेश और निकासी को नियंत्रित करती है। यह सेलेक्टिवली पेरमेबल होती है, अर्थात यह केवल कुछ पदार्थों को ही कोशिका के अंदर या बाहर जाने देती है। कोशिका झिल्ली में फास्फोलिपिड्स और प्रोटीन होते हैं।

2. साइटोप्लाज्म (Cytoplasm)

साइटोप्लाज्म कोशिका के अंदर का गाढ़ा द्रव होता है जिसमें कोशिका के अन्य घटक तैरते हैं। इसमें पानी, खनिज लवण, शर्करा, अमीनो एसिड और विभिन्न एंजाइम्स होते हैं। साइटोप्लाज्म में रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं जो कोशिका की सामान्य गतिविधियों के लिए आवश्यक हैं।

3. नाभिक (Nucleus)

नाभिक कोशिका का केंद्रीय हिस्सा होता है और यह कोशिका के नियंत्रण केंद्र के रूप में कार्य करता है। इसमें आनुवंशिक सामग्री, अर्थात DNA (Deoxyribonucleic Acid) उपस्थित होती है, जो कोशिका के विभाजन, वृद्धि और कार्यों के लिए निर्देश प्रदान करता है। नाभिक के अंदर न्यूक्लियस और न्यूक्लियर मेम्ब्रेन होते हैं।

4. माइटोकॉन्ड्रिया (Mitochondria)

माइटोकॉन्ड्रिया को कोशिका का पावर हाउस कहा जाता है क्योंकि ये कोशिका को ऊर्जा प्रदान करते हैं। यह ATP (Adenosine Triphosphate) का उत्पादन करते हैं, जो कोशिका की ऊर्जा आवश्यकता को पूरा करता है। माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर दो परतें होती हैं और इनमें खुद का DNA भी होता है।

5. राइबोसोम (Ribosome)

राइबोसोम कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण के लिए जिम्मेदार होते हैं। ये साइटोप्लाज्म में स्वतंत्र रूप से या एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (ER) से जुड़े हुए होते हैं। राइबोसोम अमीनो एसिड को जोड़कर प्रोटीन का निर्माण करते हैं।

6. एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (Endoplasmic Reticulum)

एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम एक जाल जैसा संरचनात्मक तत्व होता है, जो कोशिका के भीतर संचार और पदार्थों के परिवहन में मदद करता है। इसे दो प्रकारों में बाँटा जाता है:

  • Rough ER: यह राइबोसोम से सुसज्जित होता है और प्रोटीन संश्लेषण में मदद करता है।
  • Smooth ER: इसमें राइबोसोम नहीं होते और यह लिपिड्स और हार्मोन का संश्लेषण करता है।

7. गोल्जी यंत्र (Golgi Apparatus)

गोल्जी यंत्र प्रोटीन और लिपिड्स को संशोधित करने और उन्हें कोशिका से बाहर भेजने में सहायता करता है। यह कोशिका के भीतर पैकेजिंग और परिवहन कार्य में शामिल होता है। गोल्जी यंत्र के अंदर संरचनाएँ होती हैं जो व vesicles नामक छोटे थैले बनाने में मदद करती हैं।

8. लिसोसोम (Lysosomes)

लिसोसोम एक प्रकार के एंजाइम होते हैं जो कोशिका के अपशिष्ट पदार्थों को नष्ट करने का कार्य करते हैं। ये प्रोटीन और अन्य कोशिकीय तत्वों को तोड़ते हैं, जिससे कोशिका की सफाई होती है।

9. क्लोरोप्लास्ट (Chloroplast)

क्लोरोप्लास्ट केवल पौधों की कोशिकाओं में पाए जाते हैं और प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये सूर्य के प्रकाश को ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जिससे पौधे अपना भोजन तैयार करते हैं। इनमें क्लोरोफिल नामक हरा रंग पाया जाता है।

10. सेंट्रियोल (Centrioles)

सेंट्रियोल कोशिका विभाजन के दौरान महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये माइक्रोट्यूब्यूल्स से बने होते हैं और विभाजन के समय ध्रुवीय सिरे पर स्थित होते हैं, जिससे कोशिका में विभाजन सही तरीके से होता है।

इन संरचनाओं और यौगिकों का सहयोगी कार्य कोशिका को उसकी सभी आवश्यक गतिविधियाँ जैसे वृद्धि, ऊर्जा उत्पादन, प्रोटीन संश्लेषण, और पदार्थों का परिवहन करने में सक्षम बनाता है।

1. How do substances like CO$_2$ and water move in and out of the cell? Discuss.

2. Why is the plasma membrane called a selectively permeable membrane?

Solution:

Movement of Substances in Cells

Substances like CO2 and water move in and out of the cell through the process of diffusion and osmosis. CO2 diffuses from areas of higher concentration inside the cell to lower concentration outside, aiding in cellular respiration. Water moves via osmosis, where it travels through the selectively permeable plasma membrane, balancing the concentration of solutes inside and outside the cell. The plasma membrane's lipid bilayer allows only certain molecules to pass, controlling the internal environment of the cell.

Selective Permeability of Plasma Membrane

The plasma membrane is called selectively permeable because it regulates the passage of substances in and out of the cell. It allows essential nutrients and gases to enter while keeping harmful substances out. This selectivity is due to its structure, which consists of phospholipids and proteins that interact with specific molecules.

1. Can you name the two organelles we have studied that contain their own genetic material?

2. If the organisation of a cell is destroyed due to some physical or chemical influence, what will happen?

3. Why are lysosomes known as suicide bags?

4. Where are proteins synthesised inside the cell?

Solution:

Cell Biology Questions

1. The two organelles that contain their own genetic material are mitochondria and chloroplasts.

2. If the organization of a cell is destroyed, it can lead to cell malfunction, loss of function, or cell death.

3. Lysosomes are known as suicide bags because they contain digestive enzymes that can break down cellular components and trigger cell death when needed.

4. Proteins are synthesized inside the cell on ribosomes, which can be found free in the cytoplasm or attached to the endoplasmic reticulum.