Budowa komórkowa

Co to jest komórka?

Komórka – jest to najmniejsza jednostka strukturalna zdolna do wykonywania funkcji życiowych. Może stanowić samodzielny organizm lub tworzyć organizm wielokomórkowy w którym zazwyczaj dzielą się na grupy komórek wyspecjalizowanych w danych czynnościach/ funkcjach. Komórki można podzielić na eukariotyczne (roślinne, zwierzęce, grzybowe), czyli takie które posiadają jądro komórkowe i prokariotyczne (bakteryjne), które nie posiadają jądra komórkowego.

Powierzchnia i objętość

Masa komórek – większość komórek posiada niewielkie rozmiary, a dzieje się tak za sprawą stosunku powierzchni do objętości. Wraz ze wzrostem komórki znacznie szybciej zwiększa się jej objętość niżeli powierzchnia, co utrudnia przenikanie zbędnych produktów przemiany materii jak i niezbędnych substratów przez błonę komórkową.

Przykład stosunku powierzchni do objętości:

Komórka I o krawędzi 1cm3: Objętość: 1cm3, Powierzchnia: 6cm3, Stosunek: 6:1 Komórka II o krawędzi 2cm3: Objętość: 8cm3, Powierzchnia: 24cm3, Stosunek: 3:1Komórka III o krawędzi 3cm3: Objętość: 27cm3, Powierzchnia: 54cm3, Stosunek: 1:2

Komórki eukariotyczne

Komórki eukariotyczne (każda) posiadają w swoim składzie:- przynajmniej jedno jądro komórkowe- siateczka śródplazmatyczna szorstka - siateczka śródplazmatyczna gładka - rybosomy- aparat Golgiego- peroksysomy- lizosomy- wakuole- błonę komórkową- mitochondrium- cytoszkielet

Komórka eukariotyczna zwierzęca

Komórki eukariotyczne zwierzęce –charakterystyczną cechą, która odróżnia je od reszty jest brak ściany komórkowej i wiele małych wakuol zamiast jednej dużej. Materiałem zapasowym jest zazwyczaj glikogen. Dodatkowo mogą posiadać aparat ruchu w postaci wici np. plemniki.

Komórki eukariotyczne roślinne

Komórki eukariotyczne roślinne –charakterystyczną cechą, która odróżnia je od reszty jest posiadanie chloroplastów, zazwyczaj jedna duża wakuola, ściana komórkowa zbudowana z celulozy. Materiałem zapasowym jest zazwyczaj skrobia.

Komórki eukariotyczne grzybowe

Komórki eukariotyczne grzybowe – są zbliżone budową zarówno do zwierzęcych jak i roślinnych. Podobieństwo do zwierzęcych wykazują ponieważ nie mają chloroplastów, a materiałem zapasowym jest glikogen. Podobieństwo do roślinnych wykazują ponieważ posiadają ścianę komórkową zbudowaną z chityny i zazwyczaj posiadają jedną dużą wakuolę.

Organella komórkowe - Jądro komórkoweBudowa: Stworzone jest z otoczki jądrowej. Wnętrze wypełnia płyn „kariolimfa” zawierająca enzymy niezbędne do syntezy RNA i DNA. We wnętrzu znajduję się również DNA, które nawinięte na białka histonowe tworzy nukleosomy, a te z kolei poprzez kondensację tworzą chromatynę, która następnie poprzez kolejną kondensację stworzy chromosomy. Jądro zawiera w sobie również jąderko w którym powstają rybosomy. Funkcja: Reguluje wzrost, rozwój i różnicowanie komórki. Odpowiada także za podział DNA jak i samej komórki. Wytwarza rybosomy jak również przeprowadza transkrypcję. Ilość błon: 2 błony

Siateczka śródplazmatycznaBudowa: Jest to system błon tworzących liczne rozgałęzienia w skład których wchodzą kanaliki i pęcherzyki (cysterny). Możemy wyróżnić dwa rodzaje siateczki śródplazmatycznej: szorstką, która na swej powierzchni zawiera rybosomy i gładką, która takowych nie posiada. Funkcja: Wspólna funkcja obu rodzajów to zwiększenie powierzchni błony na której mogą zachodzić reakcje chemiczne, a także podzielenie komórki na różne przedziały w których mogą zachodzić przeciwstawne reakcje chemiczne. Każdy rodzaj siateczki posiada inną możliwość syntezy związków, dlatego też ich funkcję są zgoła odmienne:Siateczka gładka: Odpowiada głównie za syntezę niebiałkowych związków i lipidów np. śluz u płazów i ryb, śluz w jelitach i na skórze. Zachodzi w niej również detoksykacja związków toksycznych. Siateczka szorstka: Ze względu na obecność rybosomów syntezuję białka. Uczestniczy w powstawaniu hormonów białkowych jak również w rozwoju komórek. Dlatego znajdziemy ją obficie w młodych komórkach które rosną i np. w komórkach trzustki w których powstają hormony białkowe.Ilość błon: 1 błona

Rybosomy

Budowa: Składają się z dwóch podjednostek małej i dużej. Ich waga wynosi 70S (Svedbergów) w komórkach prokariotycznych, jak również w mitochondriach i chloroplastach. (jest to jeden z dowodów endosymbiozy). W komórkach eukariotycznych ich waga wynosi 80S (Svedbergów). Funkcja: W głównej mierze odpowiadają za syntezę białek, tym samym uczestniczą w translacji. Ilość błon: 0 błon

Aparat Golgiego

Budowa: Zbudowany jest z 2 części: diktiosomu i otaczających go pęcherzyków. Diktiosom to stos ułożonych na sobie spłaszczonych cystern (woreczków). Funkcja: Do głównych funkcji aparatu należy modyfikowanie, sortowanie oraz eksportowanie białek i lipidów pochodzących głównie z siateczki śródplazmatycznej. Jego poboczną funkcją jest również umożliwienie komórce wzrostu poprzez dostarczanie pęcherzyków fagocytarnych do błony z którą to łączą się zwiększając jej powierzchnie. Ilość błon: 1

Peroksysomy

Budowa: Niewielkie pęcherzyki, które w swoim składzie zawierają katalazę i oksydazę. Zazwyczaj występuje w bezpośrednim sąsiedztwie mitochondriów i chloroplastów.Funkcja: Uczestniczą w procesach utleniania i redukcji (redox). Usuwają w ten sposób szkodliwe produkty przemiany materii poprzez ich redukcję bądź utlenienie do mniej toksycznych związków np. H2O2 jest redukowane do H2O. Biorą udział w detoksykacji etanolu w wątrobie utleniając go do kwasu octowego. Ilość błon: 1 błona

Lizosomy

Budowa: Głównie występują w komórkach zwierzęcych, aczkolwiek nie jest to reguła. Są to niewielkie kuliste pęcherzyki, zawierają w swoim składzie enzymy hydrolityczne trawiące białka, lipidy i cukry. Na ich błonie znajdują się receptory rozpoznające uszkodzone białka. Licznie zlokalizowane w komórkach żernych organizmu.Funkcja: Odpowiadają za trawienie wewnątrzkomórkowe dlatego też uczestniczą w utylizacji zużytych białek, lipidów cukrów jak również zużytych struktur takich jak organella czy niebezpieczne mikroorganizmy. Ilość błon: 1 błona

Wakuole

Budowa: W zależności od rodzaju komórek może występować licznie jako małe wakuole(komórki zwierzęce) lub jedna duża(komórki roślinne, grzybowe). Powstaje z siateczki śródplazmatycznej lub z pęcherzyka aparatu Golgiego. Jej wnętrze wypełnia sok komórkowy. Funkcja: Jej funkcjonalność jest bardzo rozległa. Może pełnić funkcję magazynu substancji zapasowych jak również zbiornika na substancję toksyczne takie jak: garbniki, alkaloidy. Substancję te zazwyczaj nadają roślinie charakterystyczny gorzki smak co pełni funkcję ochronne. Dodatkowo utrzymuje odpowiedni turgor(nawodnienie) komórki, często u roślin zawiera enzymy hydrolityczne przez co z powodzeniem zastępuję lizosomy. Dodatkowo jej dwie odmiany wodniczka pokarmowa i tętniąca ( obie u protistów), kolejno pełnią funkcję trawienne jak i osmoregulacyjne (wydalanie nadmiaru wody). Ilość błon: 1 błona

Mitochondrium

Budowa: Są to owalne/cylindryczne organella, otoczone dwiema błonami: zewnętrznej która jest przepuszczalna dla jonów i wewnętrznej, która jest nieprzepuszczalna dla jonów. (Ma to wpływ na syntezę ATP). Wewnętrzna błona tworzy wewnętrzne pofałdowania (wpuklenia błony) zwane grzebieniami mitochondrialnymi, które znacznie zwiększają jej wewnętrzną powierzchnię, co wpływa na syntezę ATP. Wnętrze mitochondium wypełnia specyficzna cytoplazma zwana matrixem mitochondrialnym: zawieszone są w nim rybosomy o wielkości 70S, koliste cząsteczki DNA (nienawinięte na białka histonowe), enzymy przyspieszające utlenianie związków organicznych. Im większe zapotrzebowanie na energię danej komórki tym więcej mitochondriów i liczniejsze pofałdowania w obrębie ich grzebieni. Są to organella półautonomiczne ponieważ: mają własne rybosomy o 70S które syntezują mitochondrialne związki, własne DNA nienawinięte na białka histonowe, posiadają dwie błony.Funkcja: Odpowiadają za syntezę ADENOZYNO TRI FOSFORANU (ATP) w cyklu Krebsa i fosforylacji oksydacyjnej. Ilość błon: 2 błony

Chloroplasty

Budowa: Są barwno zieloną odmianą proplastydów. Organella otoczone dwiema błonami zewnętrzną i wewnętrzną. Analogicznie zewnętrzna jest przepuszczalna dla jonów, wewnętrzna jest nieprzepuszczalna co ma wpływ na przebieg fotosyntezy. Wnętrze chloroplastu wypełnione jest płynem zwanym stromą. Zanurzone są w niej: koliste cząsteczki DNA, rybosomy o 70S, liczne enzymy. Dodatkowo zawieszone są w niej tylakoidy gran i stromy. Tylakoidy gran ułożone są w stosy, które połączone są ze sobą za pośrednictwem tylakoidów stromy. Zawierają w sobie zielony barwnik chlorofil. Są to organella półautonomiczne ponieważ: mają własne rybosomy o 70S które syntezują chloroplastowe związki, własne DNA nienawinięte na białka histonowe, posiadają dwie błony.Funkcja: Przeprowadzają fotosyntezę podczas które z nieorganicznych związków powstają organiczne związki. Ilość błon: 2 błony

Ściana komórkowa

Budowa: W zależności od występowania może być zbudowana u roślin z celulozy, u grzybów z chityny, a u bakterii z mureiny. Jest to nieplazmatyczna wysoce uporządkowana warstwa ochronna zlokalizowana na zewnątrz protoplastu. Znajdziemy ją u roślin, grzybów bakterii. ZWIERZĘTA NIE POSIADAJĄ ŚCIANY KOMÓRKOWEJ!. Jej główną składową są fibryle elementarne które to łącząc się w większe podjednostki tworzą rusztowanie które wypełnione jest substancjami takimi jak: pektyny i hemicelulozy. Wyróżniamy dwa rodzaje ściany: pierwotną i wtórną. Pierwotna zawiera więcej wody i a jej wysycenie celulozą waha się około 20-35%, dodatkowo jest podatna na rozciąganie i wyginanie. Dlatego też znajdziemy ją w młodych komórkach, które rosną i się rozwijają. Wtórna ściana komórkowa zawiera nieznaczną ilość wody, dodatkowo jej wysycenie celulozą(bądź innym związkiem) waha się od 60-90%, dlatego też często jest grubsza od pierwotnej. Dodatkowo może zachować charakter celulozowy bądź ulec: adkrustacji (okładanie zazwyczaj zewnętrzne) np. kutykula, suberyna lub inkrustacji (wysycanie wewnętrzne) np. krzemionką, ligniną. W jej strukturze znajdziemy plazmodesm, czyli „drzwi” łączące dwie komórki ze sobą, dzięki czemu cytozol może swobodnie przelewać się z jednej do drugiej, co ułatwia transport. (więcej o tym w rozdziale transport). Funkcje: Ściana odpowiada za ochronę komórek przed drobnoustrojami jak również przed nadmierną utratą wody. Dodatkowo często pełni funkcję szkieletu zewnętrznego, utrzymując kształt komórki. Zapobiega pękaniu komórki podczas plazmolizy. (więcej o tym w rozdziale transport) Liczba błon: 0 błon

Błona komórkowa

Budowa: Jest to dwuwarstwowa struktura, która posiada charakterystyczne właściwości jest ona: - asymetryczna – z każdej strony wewnętrznej jak zewnętrznej się różni- płynna – lipidy wewnątrz dwu warstwy są w nieustannym ruchu, przemieszczając się między sobą- selektywnie przepuszczalna – przepuszcza tylko niepolarne związki takie jak O2,N2,H2 dodatkowo o niewielkich rozmiarachWszystkie te właściwości zawdzięcza ona swej budowie ponieważ składa się z dwuwarstwy lipidowej jak zresztą brzmi jej kolokwialna nazwa. Każdy z lipidów posiada dwa końce główkę i ogonek. Ogonki są hydrofobowe stąd też skierowane są do środka a główki na zewnątrz. Dodatkowo zmienia ona swą płynność w zależności od potrzeb, jeśli trzeba się utwardzić cząsteczki cholesterolu wbijają się niczym pale pomiędzy ogonki fosfolipidów usztywniając strukturę. Na jej zewnętrznej stronie często można spotkać strukturę zwaną glikokaliksem. Na jej powierzchni jak i w niej samej mogą znajdować się różne białka kanałowe jak i receptorowe (szerzej omówione w transporcie). Funkcja: Odpowiada za ochronę komórki przed odwodnieniem i urazami mechanicznymi. Oddziela komórkę od środowiska zewnętrznego. Kontaktuję się z komórkami zewnętrznymi jak również sam glikokaliks pełni funkcję receptorowe dzięki czemu komórki widzą się nawzajem np. zapłodnienie, układ odpornościowy. Ilość błon: 0 błon

Teoria endosymbiozy

Mówi ona o pochłonięciu przez komórkę gospodarza plastydów i mitochondriów miliony lat temu. Jednakże nie zostały one strawione, a zaszła między nimi pewnego rodzaju symbioza. Bakterie przekazały część swojego DNA do stworzenia się jądra a same stały się organellami półautonomicznymi. Organella półautonomicznemają własny nie zależny materiał genetyczny, własne rybosomy odpowiadające za syntezę białkowych części mitochondrialnych bądź chloroplastowych, dodatkowo komórka nie steruje ich podziałami, natomiast robią to samodzielnie wedle własnego zakresu. Wszystkie te czynniki świadczą o słuszności teorii endosymbiozy.

Podziały komórkowe –Cykl komórkowyCykl komórkowy – stoi u podstaw istnienia wszystkich organizmów na ziemi. Każda komórka nie rodzi się na nowo, lecz powstaje z innej komórki, podczas podziału. W cyklu wyróżniamy kilka faz, następujących kolejno po sobie, z czego pierwsza zależy od ostatniej, dlatego jest to cykl. Fazy te zaś można podzielić na etapy.

Interfaza – faza między podziałowa, następuje w większości przypadków po mitozie i obejmuje większą część życia komórki. Kończy się ona podczas śmierci komórki, bądź przystąpienia do kolejnego podziału. Dzielimy ją na trzy etapy: G1, S, G2.

- G1 – nasilenie syntezy białek i lipidów, wzrost komórki, nasilony anabolizm- S – podwojenie ilości DNA z 2c do 4c (liczby jego cząstek „c”) oraz synteza białek histonowych- G2 – nasilony podział organelli półautonomicznych, synteza białek wrzeciona kariokinetycznego.

Podział / Mitoza – podczas tej fazy następuję podział komórki na dwie potomne. Wyróżniamy w nim dwa etapy:

- Kariokinezę – rozdzielenie podwojonej ilości materiału genetycznego na dwie części.- Cytokinezę – podział cytoplazmy na dwie względnie równe części (komórki potomne).

Po powstaniu dwóch komórek potomnych zachodzi następnie faza G1 i cykl się powtarza.

Faza G0 – niektóre komórki nie wchodzą powtórnie w fazę G1, lecz w fazę G0. Zaprzestają się dzielić, a w zamian za to następuje ich specjalizacja i rozpoczęcie pełnienia określonych funkcji. Niektóre komórki bezpowrotnie tracą możliwość podziałową, jednakże spora większość może wrócić do dzielenia się i wejść powtórnie w fazę S.

Mitoza

Podczas mitozy powstają dwie komórki potomne, posiadające tyle samo materiału genetycznego co komórka macierzysta (z 2n do 2n). Dlatego komórki przechodzące mitozę mogą przechodzić ciągły cykl. Mitoza przebiega w 4 etapach:

1. Profaza - kondensacja chromatyny prze co powstają chromosomy. Zanika otoczka jądrowa i jąderko. Powstaje wrzeciono kariokinetyczne. 2. Metafaza - wrzeciono kariokinetyczne łączy z chromosomami. Chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej tworząc płytkę metafazową. 3. Anafaza - wrzeciono kariokinetyczne skraca się powodując pękanie chromosomów. Ich części są odciągane do przeciwległych biegunów komórki.4. Telofaza – dekondensacja chromosomów. Odtwarza się otoczka jądrowa i jąderko. Zanika wrzeciono kariokinetyczne. Zachodzi cytokineza, powstają dwie komórki potomne.

Mejoza

Podczas mejozy powstają cztery komórki potomne, posiadające połowę mniej materiału genetycznego co komórka macierzysta (z 2n do 1n). Dodatkowo podczas jego przebiegu materiał genetyczny poddany jest rekombinacji. Mejoza nie jest cyklem, ponieważ komórka potomna ma zredukowaną ilość materiału genetycznego. Mejoza przebiega w 2 podziałach, przy czym każdy posiada 4 etapy.

I. Pierwszy podział mejotyczny „redukcyjny”.Nazwa pochodzi od redukcji materiału genetycznego z 4c do 2c, ilość chromosomów zmniejsza się z 2n do 1n. Dodatkowo zachodzi tutaj podwójna rekombinacja materiału genetycznego: podczas crossing-over i podczas losowego rozchodzenia się chromosomów w anafazie.

Mejoza I

1. Profaza I – kondensacja chromatyny, przez co powstają chromosomy. Zanika otoczka jądrowa wraz z jąderkiem. Chromosomy łączą się w pary tzw. Biwalenty w których to zachodzi crossing-over*(pomiędzy chromosomami homologicznymi). Po zakończeniu crossing-over chromosomy połączone są już tylko w miejscach wymiany tzw. chiazma. Powstaje wrzeciono kariokinetyczne.2. Metafaza I – biwalenty ustawiają się w płaszczyźnie równikowej. Wrzeciono podziałowe łączy się z chromosomami. 3. Anafaza I – biwalenty rozpadają się dając całe chromosomy które są odciągane LOSOWO (jedna z rekombinacji) do przeciwległych biegunów komórki. 4. Telofaza I – chromosomy ulegają częściowej dekondensacji, odtwarza się otoczka jądrowa i jąderko. Zachodzi cytokineza, powstają dwie komórki potomne.

Mejoza II

Zazwyczaj zachodzi niemal od razu, jednakże niektóre komórki zatrzymują się na którymś etapie I podziału mejotycznego, w takim stanie mogą trwać latami np. komórka jajowa u samic. II podział mejotyczny mocno przypomina mejozę.

1. Profaza II – częściowe zdekondensowane chromosomy ulegają całkowitej kondensacji. Zanika otoczka jądrowa i jąderko. Powstaje wrzeciono kariokinetyczne.2. Metafaza II – chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej (nie tworzą płytki metafazowej!). Wrzeciono kariokinetyczne przyłącza się do chromosomów.3. Anafaza II – chromosomy pękają, a ich części są odciągane do przeciwległych biegunów komórki przez wrzeciono kariokinetyczne.4. Telofaza II – chromosomy ulegają dekondensacji. Odtwarza się otoczka jądrowa i jąderko. Zanika wrzeciono kariokinetyczne. Zachodzi cytokineza, powstają dwie komórki potomne. (wcześniej powstały 2 komórki i teraz 2 kolejne więc sumując mamy 4 komórki!)

* Crossing-over – wymiana odcinków chromatyd homologicznych między sobą.(połączonych w biwalent) kolokwialny przykład: ja ci daje moją rękę, a ty w zamian dajesz mi swoją. Konsekwencją tego jest powstanie chromosomów o zmodyfikowanym materiale genetycznym, które uczestniczą w postawaniu zygoty. Proces ten to podstawa w rekombinacji i zróżnicowaniu w obrębie gatunku.