Budowa komórki Eukariotycznej i funkcje jej organelli

PRZESTRZENNA ORGANIZACJA KOMÓRKI EUKARIOTYCZNEJ:

Komórka eukariotyczna zawiera składniki PLAZMATYCZNE i
NIEPLAZMATYCZNE.

Do pierwszych zaliczamy: cytoplazmę, jądro komórkowe wraz z jąderkiem, mitochondria,
siateczkę wewnątrzplazmatyczną, lizosomy i aparat GOLGIEGO oraz plastydy,
występujące tylko w komórkach roślinnych. Wszystkie te składniki jako całość nazwano
PROTOPLASTEM.
Nie plazmatyczne składniki to: niektóre wakuole (wodniczki) wraz z ich zawartością oraz
ściana komórkowa, występująca w komórkach bakterii, grzybów i ogromnej większości
roślin.

Wymienione składniki komórki nie występują u wszystkich organizmów.
Komórki zwierzęce pozbawione są plastydów oraz ściany komórkowej. Także wakuole w
komórce roślinnej i zwierzęcej pełnią odmienne funkcje, mają różną postać i zawartość.

KOMÓRKA - stanowi podstawową jednostkę strukturalną i funkcjonalną organizmów
żywych. Jest zarazem najmniejszą strukturą, zdolną do samodzielnego życia.

KOMÓRKI EUKARIOTYCZNE - reprezentują bardziej zaawansowany ewolucyjnie typ
organizacji. Budują wszystkie organizmy poza bakteriami i sinicami. Przeważająca część
ich informacji genetycznej zdeponowana jest w wyraźnie wyodrębnionym z cytoplazmy
jądrze.
informacja genetyczna występuje w jądrze w postaci chromatyny - złożonego
kompleksu nukleoproteidowego: głównymi jego składnikami są zasadowe białka histony i
DNA.
na terenie cytoplazmy występuje silnie rozbudowany system błon biologicznych,
tworzące często wyodrębnione przedziały.

Większość ważnych funkcji komórek eukariotycznych realizowanych jest, nie

bezpośrednio w cytoplazmie, lecz w bardzo wyspecjalizowanych organellach
komórkowych. Część z nich posiada nawet własną informację genetyczną i wykazuje
stosunkowo wysoką anatomię.

RODZAJE ORGANELLI W KOMÓRKACH EUKARIOTYCZNYCH Błony biologiczne -
zewn. błona komórkowa (u roślin zwana plazmolemmą), błona ograniczająca wodniczki
(tonoplast), wew. błony budujące tzw. siateczkę śródplazmatyczną oraz otoczki

1

niektórych organelli cytoplazmatycznych. Wszystkie posiadają podobną budowę
molekularną. Składają się z podwójnej warstwy lipidów. Frakcja lipidowa jest półpłynna,
więc nie jest trwałą, sztywną konstrukcją. Osadzone w niej białka mogą przypuszczalnie
przemieszczać się w jej obrębie. Taki model błony nazwano - modelem płynnej mozaiki.

Różne typy błon biologicznych różnią się głównie charakterem zasocjowanych z lipidami
białek i grubością. Błona komórkowa jest asymetryczna - jej warstwa zewnętrzna jest
grubsza od wewnętrznej. Różnice w grubości spowodowane są tym, iż komórki
wydzielają i utrzymują na swojej powierzchni różne substancje, są półprzepuszczalne.
Najważniejsze lipidy błonowe to: fosfolipidy, glikolipidy - zawierające najczęściej
cząsteczkę galaktozy; sulfolipidy - zbudowane podobnie jak poprzednie, ale do
cząsteczki cukrowca dołączona jest reszta kwasu siarkowego; sterole - podwyższające
stabilność błon i redukujące ich przepuszczalność.

Wszystkie białka błonowe mają charakter globularny. Szczególną rolę w funkcjonowaniu
błon odgrywają związki zawierające cukrowce - glikolipidy i glikoproteidy, gdyż cukrowce
decydują o własnościach antygenowych komórek. Umożliwiają ich rozpoznawanie się;
decydują np. o grupie krwi, o zajmowaniu lub odrzucaniu przeszczepów, o zdolności do
fuzji komórkowych.

Siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne) - stanowi skomplikowany
system połączonych ze sobą oraz organellami cytoplazmatycznymi błon: kanalików,
pęcherzyków itp., zlokalizowanych w cytoplazmie. Stanowi nieodłączny element komórek
eukariotycznych. Dzielimy ją na gładką i szorstką. Szorstka zawiera na swej powierzchni
ziarnistości (rybosomy), gładka jest ich pozbawiona. Błony siateczki są cieńsze od błony
komórkowej. Tworzy ona w cytoplazmie przedziały umożliwiające:
1. Równoczesny przebieg różnych typów reakcji, wymagających różnych
warunków (np. różnego pH);
2. Oddzielenie produktów reakcji od miejsc gdzie reakcje zachodzą - umożliwia
To zatrzymanie reakcji przez nadmiar produktu;
3. magazynowanie różnych substancji;
4. izolacje przeciwstawnych procesów chemicznych (np. syntezy i rozpadu);
5. zwiększenie powierzchni, na której mogą zachodzić różne reakcje;
6. tworzenie uporządkowanych systemów enzymów lub barwników, poprzez
umożliwienie ich trwałego zakotwiczenia - stanowi to warunek zachodzenia
wielu złożonych, uporządkowanych procesów biochemicznych;
7. biosyntezę białek (retikulum szorstkie) oraz pozostałych związków
organicznych (retikulum gładkie).

Rybosomy występują na terenie cytoplazmy i jądra - zbudowane są z dwóch
strukturalnych podjednostek: mniejszej i większej, których cykliczny rozpad następuje w
związku z syntezą białek. Właśnie synteza białek jest główną funkcją pełnioną przez te
organelle.

2

Reszta rybosomów występują w postaci wolnej lub polirybosomy: będące połączeniem
pojedynczych rybosomów. Rybosomy wyodrębnione z komórek eukariotycznych
stanowią frakcję niejednorodną, posiadają różną budowę; występują w cytoplazmie (i
jądrze) lub w niektórych automatycznych organellach na terenie cytoplazmy.
Lizosomy - są to obłonione pęcherzyki, odpowiadające za trawienie
wewnątrzkomórkowe. Wytwarzane są najczęściej przez aparat Golgiego w postaci
lizosomów pierwotnych - drobnych pęcherzyków zawierających enzymy. Pęcherzyki
takie dołączają się do obłonionych struktur cząsteczek pokarmowych, które mają ulec
strawieniu i formują tak zwane lizosomy wtórne - zawierają enzymy trawienne i trawione
substancje. Lizosomy wtórne formowane są często przez połączenie lizosomów
pierwotnych z pęcherzykami endocytarnymi (fagocytarnymi bądź pinocytarnymi).

Aparaty Golgiego - istotny elementy wszystkich komórek eukariotycznych. Składają się z
obłonionych cystern spłaszczonych w części środkowej, a rozdętych na brzegach,
zwanych diktiosomem, oraz towarzyszących im pęcherzyków. Pęcherzyki powstają na
skutek stopniowego rozpadu najstarszych cystern diktiosomu. Mogą być gładkie lub
posiadać szczoteczkowatą powierzchnię. Kolejne cysterny diktiosomu tworzone są
stopniowo przez retikulum endoplazmatyczne. Biegun przylegający do retikulum, przy
którym formowane są coraz to nowe pęcherzyki nazywany jest biegunem tworzenia,
biegun przeciwny, zawierający dojrzałe, wypełnione już magazynowaną substancją
pęcherze - biegunem dojrzewania.

Podstawowe funkcje aparatu Golgiego:
1. Wytwarzanie różnych substancji: polisacharydów ściany komórkowej, śluzów
itp.: eksportowanych później poza komórkę bądź transportowane w inne
rejony komórki.
2. Osmoregulacja - aparaty Golgiego zawierać mogą materiał osmotycznie
czynny (cukry), który transportowany być może do wakuoli.
3. Zagęszczenie różnych syntetyzowanych w komórce produktów.
4. Ochrona różnych hydrofilnych substancji przed rozpuszczeniem po przez
zamknięcie ich w obrębie pęcherzyków.
5. Szkodliwe dla komórki substancje są zagęszczone w diktiosomie i
transportowane w pęcherzykach na zewnątrz komórki.

Mitochondria - wysoko wyspecjalizowane organelle komórkowe zaangażowane w
procesie oddychania komórkowego. W ich wnętrzu zachodzą dwa kluczowe dla procesu
oddychania procesy: cykl Kresa i łańcuch oddechowy. Ponieważ ich rola polega na
dostarczaniu komórkom ATP, często nazywane są "siłowniami komórki". Posiadają
różne kształty i wielkości. Ich przeciętna liczba waha się w zależności od gatunku,
rodzaju tkanki oraz stanu funkcjonalnego komórki. Mitochondrium posiada otoczkę
zbudowaną z dwóch błon: zewnętrznej (cieńszej) i wewnętrznej. Otoczka zawiera liczne
pory. Błona wewnętrzna tworzy liczne wpuklenia do wnętrza mitochondrium w kształcie

3

grzebieni (rureczek) itp. Osadzone są na jej powierzchni buławkowate, regularnie
ułożone twory ("grzybki" mitochondrialne). Przypisuje się im zdolność do syntezy ATP.
Wnętrze mitochondrium wypełnia żelowata substancja (matrix), wykazująca ziarnistą
strukturę, zbudowaną w 50% z białek. Zawiera ona kilkadziesiąt typów enzymów, kolistą
cząsteczkę DNA, własny RNA i rybosomy. Enzymem charakterystycznym dla
mitochondrium jest synteza bursztynianowa.

Mitochondria posiadają własną informacje (DNA) i namnażają się samodzielnie. Choć nie
potrafią żyć samodzielnie poza komórką zachowują stosunkowo dużą autonomię.
Plastydy - występują wyłącznie u eukariotycznych fotoautotrofów (glonów i roślin).
Wyróżniamy w śród nich: chloroplasty, chromoplasty i leukoplasty. Tylko chloroplasty
zawierają chlorofil i są aktywne fotosyntetycznie. Chromoplasty zawierają jedynie
barwniki nieaktywne w procesie fotosyntezy (karoteny i ksantofile), nadają kolor różnym
organom roślinnym - płatkom, owocom itp. Leukoplasty pozbawione są jakichkolwiek
barwników, magazynują różne substancje zapasowe: głównie skrobię (amyloplasty) lub
tłuszcze (lipoplasty). U glonów występują chloroplasty lub ich odpowiedniki: są zwykle
większe i mniej liczne niż u roślin.. W ich obrębie obserwuje się charakterystyczne twory
pozbawiane chlorofilu, wokół których gromadzi się skrobia zapasowa, tzw. pirenoidy.
Wszystkie formy plastydów występujących u roślin mają pewne składniki wspólne. Są to:
otoczka, matrix (stroma) i zawierające DNA obszary nukleoidopodobne. Najbardziej
skomplikowaną budowę, z racji wykonywanych funkcji mają chloroplasty. Obsługują one
fotosyntezę, składającą się z dwóch etapów: fazy jasnej, zachodzącej w granach i fazy
ciemnej, przebiegającej w stromie. Chloroplasty zamknięte są otoczką złożonej z dwóch
błon oddzielonych przestrzenią. Błona zewnętrzna i wewnętrzna różnią się strukturą
molekularną i stopniem przepuszczalności różnych substancji. Ta ostatnia tworzy
wypustki do wnętrza chloroplastu. Wnętrze chloroplastu wypełnia półpłynna substancja,
tzw. stroma, zawierająca szereg białek, kuliste DNA, RNA, rybosomy oraz szereg
wielkocząsteczkowych związków stanowiących etapy pośrednie w biosyntezie cukrów. W
stromie osadzone są liczne, spłaszczone twory błoniaste, zwane tylakoidami. Część nich
jest luźno rozrzucona w stromie (tylakoidy stromy), część formuje skupienia w postaci
stosów, tzw. grana. Są to tylakoidy gran, zawierające chlorofile (a i b) i barwniki
towarzyszące: czerwone karoteny i żółte ksantofile. Chlorofile są głównymi receptorami
światła w procesie fotosyntezy. W plastydach brunatnic i krasnorostów brak jest chlorofilu
b. Tworzona w procesie fotosyntezy skrobia gromadzi się w postaci skrobi asymilacyjnej.
Wszystkie formy plastydów obserwowane u roślin wyższych są ze sobą spokrewnione.

Leukoplasty, występujące w tkankach spichrzowych, organach podziemnych mogą
różnicować się w chromoplasty, a w obecności światła przekształcać się w chloroplasty.
Chloroplasty mogą przekształcać się w chromoplasty poprzez utratę chlorofilu. Plastydy
podobnie jak mitochondria są anatomicznymi organellami cytoplazmatycznymi. Nie mogą
być wytwarzane poprzez komórkę ich nie posiadającą. Posiadają własną informację
genetyczną i namnażają się samodzielnie.

4

Jądro komórkowe - zwykle największe organellum komórki. Pełni kluczową rolę w
sterowaniu procesami komórkowymi, ponieważ zawiera informację genetyczną w postaci
skompleksowanego z histomami DNA (chromatyny). Chromatyna stanowi interfazową
postać chromosomów. Niektóre komórki eukariotyczne posiadają większą liczbę jąder.
Nieliczne z racji swych specyficznych funkcji tracą jądro w procesie różnicowania. U
ssaków jąder pozbawione są krwinki czerwone, u roślin okrytonasiennych człony rurek
sitowych. W dzielących się komórkach jądro ulega w sposób cykliczny zanikowi i
ponownemu odtworzeniu: w czasie podziału komórkowego pod koniec profazy następuje
rozpad otoczki jądrowej, która ulega odtworzeniu dopiero w telofazie. Tak wyodrębnione
z cytoplazmy jądro funkcjonuje przez całą interfazę i do końca profazy następnego
podziału. Jądro zbudowane jest z otoczki , złożonej z błony zewnętrznej i wewnętrznej,
kariolimfy (soku jądrowego) i zanurzonych w niej struktur: chromatyny, jąderek i
rybosomów. Karjolimfa zawiera między innymi enzymy obsługujące procesy replikacji i
transktypcji oraz RNA. Otoczka posiada pory i w niektórych miejscach przechodzi w
kanały szorstkiej siateczki śródplazmatycznej.

Głównym składnikiem jądra komórkowego jest DNA połączone białkami. Jest w nim też
dużo RNA, które syntezuje się właśnie w jądrze. DNA zawiera informacje o kolejności
aminokwasów we wszystkich białkach, jakie komórka może syntezować. Zaś RNA
bezpośrednio steruje syntezą białek.
Cała chromatyna zawarta w jądrze formuje podczas podziału chromosomy podziałowe -
wysoko skondensowane struktury o specyficznej budowie, ułatwiają równomierny
rozdział informacji genetycznej do komórek potomnych. Informacja zawarta w
chromatynie jądrowej stanowi główną, choć nie jedyną część informacji komórkowej.
mRNA opłaszczony specyficznymi białkami, które chronią go przed atakami obecnych w
jądrze enzymów trawiących RNA, transportowane jest poprzez pory otoczki jądrowej do
cytoplazmy w postaci tzw. informosomów. W cytoplazmie łączy się z rybosomami gdzie
stanowi matrycę dla biosyntezy białek.
Zawieszone w karjolimfie jąderka stanowią miejsce syntezy i magazynowania
rybosomalnego RNA (rRNA) oraz przechowywania białkowych prekursorów rybosomów.
Jąderka są słabiej uwodnione niż reszta składników jądra. Mają skomplikowaną budowę
wewnętrzną, w której wyróżnia się ziarniste i włókniste składniki. W jąderkach
obserwowane są czasem jaśniejsze, silniej uwodnione obszary, są to wakuole
jąderkowe.

Mikrotubule i mikrofilamenty stanowią ważny składnik komórek roślinnych i zwierzęcych.
Odpowiadają głównie za wszelkie przejawy ruchu i zmiany kształtu. Biorą istotny udział w
ruchach cytoplazmy, skurczach włókien mięśniowych, podziałach komórki. W czasie
mitozy i mejozy mikrotubule formują tzw. wrzeciono podziałowe, pełniące kluczową rolę
w rozdziale chromosomów do biegunów komórki. Wyznacza także płaszczyznę
przyszłego jej podziału. U roślin odpowiadają za orientację fibryl celulozowych, a więc za
sposób ich ułożenia w obrębie budowanej przez komórkę ściany. Stanowią istotny
składnik takich struktur komórkowych jak: wici, rzęski i centriole.

5

Mikrotubule stanowią sztywne elementy konstrukcyjne, które warunkują ruch
połączonych z nimi elementów ulegając stopniowemu skracaniu lub wydłużaniu. Wiele
czynników fizycznych i chemicznych zakłóca polimeryzacje mikrotubul, paraliżując
ważne funkcje komórkowe.

Mikrofilamenty tworzą wraz z mikrotubulami cytoszkielet komórki, umożliwiający jej
zachowanie lub zmianę kształtu. W budowie i funkcjonowaniu biorą udział dwa białka:
aktyna i miozyna. Szczególnie duże nagromadzenie filamentów aktynomiozynowych
obserwuje się w mięśniach. Skurcze mięśni uwarunkowane są przesuwaniem się
filamentów względem siebie i wymagają dużych nakładów energetycznych. Kompleksy
aktynomiozynowe hydrolizują ATP w celu uzyskania energii.

Centriole, wici, rzęski – Wszystkie wykazują zbliżoną budowę i służą wykonywaniu
ruchu. Najbardziej pierwotne są centriole, które stanowią istotny element centrostomów i
ciałek, z których wyrastają wici i rzęski. Centrostomy pełnią ważną role w procesie
podziału komórkowego, organizując wrzeciono mitotyczne i wyznaczając bieguny
komórki, do których będą rozdzielone chromosomy. Centriole są krótkimi, cylindrycznymi
strukturami, natomiast rzęski i wici to drobne włoskowate struktury (nie występują jedynie
u niektórych roślin: wyższych nagonasiennych i u okrytonasiennych.

Ściana komórkowa – pierwszy odkryty element komórki. U roślin ściana zbudowana jest
głównie z celulozy, u grzybów z chityny. Pełni szereg funkcji, z których najważniejsze to:
1. tworzenie zewnętrznego szkieletu komórki
2. ochronna
Poza wodą, która stanowi istotny element budowy ścian komórkowej u roślin, zawiera
substancje szkieletowe (szkielet), podłoże, inkrustacje i adkrustacje.
Szkielet – zbudowany jest z celulozy, która formuje wydłużone fibryle. Gęsto ułożone
fibryle elementarne, tworzą mikrofibryle. Kilkaset splecionych ze sobą elementów
szkieletu ściany komórkowej.

Podłoże stanowi podkład i element wiążący fibryle. Składa się z hemiceluloz i substancji
pektynowych. Funkcje cementarne pełni głównie pektynian wapnia.
Inkrustacje służą wzmocnieniu i usztywnieniu ściany. Są to różne substancje odkładane
pomiędzy fibrylami celulozowymi. Charakteryzują się wysoką wytrzymałością
mechaniczną. Spotykanym czynnikiem inkrustującym ściany jest lignina, rzadziej
substancje nieorganiczne: krzemionka lub węglan wapnia.

Adkrustacje – tworzą substancje odkładane na powierzchni ściany. Woski, kutyna, śluzy,
gumy. Pierwsze trzy to substancje tłuszczowe, uniemożliwiające wymianę gazową i
utratę wody. Pełnią ważną rolę jako warstwa ochronna tkanek okrywających (epidermy i
korka), stanowią dobry materiał izolacyjny.

Ze względu na ułożenie, pochodzenie i budowę chemiczną wyróżniamy trzy

6

podstawowe struktury ściany komórkowej: przegroda pierwotna, ściana pierwotna i
ściana wtórna.

Przegroda pierwotna stanowi zaczątek ściany komórkowej. Jej dwie potomne komórki
wydzielają różne substancje, głównie pektynowe, które tworzą łączącą je warstw€ -
blaszkę środkową. Pełni ona bardzo ważną rolę w formowaniu tkanek roślinnych,
ponieważ nadaje im spójność, sklejając sąsiadujące ze sobą komórki.
Ściana pierwotna – odkładana jest w młodych komórkach. Jest cienka i elastyczna, może
ulęgać więc rozciąganiu podczas wzrostu komórki. Zawiera niewiele celulozy. Fibryle
celulozowe mają w niej układ chaotyczny i luźny. Pomiędzy nimi znajdują się
hemicelulozy, substancje pektynowe i woda.

Ściana wtórna – jest odkładana później, gdy komórka zaprzestaje wzrostu. Jest sztywna,
zawiera znacznie mniej wody i znacznie więcej celulozy. Fibryle ułożone są w niej w
sposób znacznie bardziej uporządkowany, równolegle do siebie, tworząc mocną
konstrukcję cementową i wysyconą różnymi substancjami inkrustującymi. Dzięki niej
wyróżnicowanie komórki wielu tkanek stałych osiągają dużą sztywność i wytrzymałość
mechaniczną. Ściany zawierają lignin€ (drzewnik) – nazywamy je zdrewniałymi.

Szczególnie grubą ścian€ wtórną wytwarzają niektóre tkanki wzmacniające i elementy
drewna. Komórki o szczególnie grubych ścianach są martwe. Kolejne warstwy ściany
odkładane są od wnętrza komórki, co powoduje, iż na zewnątrz są elementy najstarsze,
a najbardziej wewnątrz najmłodsze.

Wakuole (wodniczki) – występują zarówno w komórkach zwierzęcych jak i roślinnych.
Jedynie w komórkach roślinnych osiągają duże rozmiary. Oddzielone są od cytoplazmy
błoną zewnętrzną – tonoplastem. Szczególnie bogatą treść posiadają wakuole roślin.
Zawierają sok komórkowy – roztwór różnych substancji, soli, kwasów nieorganicznych,
kwasów organicznych, aminokwasów, cukrów, alkaloidów, barwników (np. niebiesko –
różowych antocyjanów). U niektórych roślin obserwuje się także wakuole tłuszczowe,
zawierające półpłynne oleje. Częstym składnikiem wakuol są kryształy nierozpuszczalne
szczawianu wapnia.

W komórkach roślinnych wakuole, w miarę różnicowania, czasu i wzrostu, stają się coraz
większe, w dorosłych komórkach wypełniają prawie cale ich wnętrze. Wynika to z faktu,
że rośliny nie posiadają systematycznego wydalania niezbędnych produktów przemiany
materii (układu wydalniczego). Zbędne lub występujące w danej chwili w nadmiarze
produkty magazynowane są w wakuolach, skąd mogą być w miarę potrzeby pobierane i
ponownie wykorzystywane w różnych syntezach.

U jednokomórkowych glonów i pierwotniaków częste są wodniczki trawienne lub tętniące
(pełniące role osmoregulacyjną). U wielokomórkowych zwierząt większe wakuole
zdarzają się bardzo rzadko. Silniejsza wakuolizacja komórek zwierzęcych świadczy

7

zwykle o ich nieprawidłowym funkcjonowaniu.

8