Komórka – podstawowa jednostka życia

Komórka - funkcjonalna i strukturalna jednostka

organizmu. Wyróżnia się organizmy jedno i wielokomórkowe.
Komórka wypełniona jest substancją o konsystencji zolu (coś
jakby w mikserze zmieszać kisiel z galaretką) nazywana
cytoplazmą. Cytoplazma pod względem chemicznym jest
wodnistą zawiesiną substancji chemicznych od najprostszych
jonów po wielkie chemiczne makrocząsteczki (enzymy
białkowe, kwasy nukleinowe, składniki cytoszkieletu).

Każda komórka zawiera zestaw tak zwanych organelli

komórkowych zawieszonych w cytoplazmie - podjednostek
strukturalnych

komórki,

które

zapewniają

specyfikę

środowiska wewnętrznego komórki, determinują jej funkcję i
funkcjonalność, zawierają materiał genetyczny, umożliwiają
asymilację światła itp.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Organella komórkowe składają się z milionów makrocząsteczek

chemicznych zorganizowanych przestrzennie w pewne struktury
fizyczne, których właściwości fizykochemiczne determinowane są
przez średnią wypadkową właściwości budujących je cząsteczek
chemicznych. Organizmy jednokomórkowe składają się tylko z
jednej,

w

pełni

autonomicznej

komórki.

Taka

komórka

zorganizowana jest w taki sposób, że niezależnie od obecności
innych komórek w pobliżu może zachować ciągłość życia wykazując
podstawowe przejawy życia i rozmnażając się .

Organizmy wielokomórkowe zbudowane są z wielu komórek

występujących razem jako jeden organizm. W niektórych
przypadkach organizmy wielokomórkowe składają się z zestawu
podobnych lub identycznych autonomicznych komórek (czyli każda
z tych komórek może istnieć samodzielnie jako organizm
jednokomórkowy), którym jednak bardziej odpowiada życie w
kolonii (np. plechowce). Częściej jednak spotyka się organizmy
wielokomórkowe

zbudowane

z

wielu

zestawów

komórek

wyspecjalizowanych do danej funkcji (część komórek tworzy
zestawy odpowiedzialne za odżywianie organizmu, inne za
rozmnażanie, jeszcze inne za ochronę itp.).

Komórka – podstawowa jednostka życia

Organizmy wielokomórkowe zbudowane są z wielu

komórek występujących razem jako jeden organizm.
W

niektórych

przypadkach

organizmy

wielokomórkowe składają się z zestawu podobnych
lub identycznych autonomicznych komórek . Takie
zestawy identycznych lub podobnych komórek
wyspecjalizowanych do pełnienia konkretnej funkcji w
całej żyjącej kolonii (organizmie wielokomórkowym)
nazywa się tkankami. Czyli większość organizmów
wielokomórkowych składa się z tkanek, te składają się
z wyspecjalizowanych komórek, komórki z organelli, a
organella z makrocząsteczek chemicznych, czyli
zestawu cząsteczek chemicznych.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Jak jest zbudowana pojedyncza komórka?

Najogólniej komórki dzieli się na prokariotyczne
(pozbawione

typowego

jądra

komórkowego)

i

eukariotyczne, zawierające jądro komórkowe. Człowiek
(tak jak inne wielokomórkowe organizmy wyższe) składa
się z kilkuset miliardów komórek eukariotycznych.

Wnętrze komórki jest oddzielone od środowiska

zewnętrznego przez błonę komórkową, zbudowaną z
białek i substancji tłuszczowych. Niektóre białka
umieszczone w tej błonie transportują cząsteczki
chemiczne do wnętrza albo na zewnątrz komórki.

Komórka jest wypełniona przez cytoplazmę -

półpłynną masę, w której są zawieszone różne części
komórki, czyli organella.

Komórka – podstawowa jednostka życia

W środku komórki eukariotycznej znajduje się jądro

komórkowe. Otoczka jądrowa (zbudowana z dwóch błon
białkowo-lipidowych) oddziela wnętrze jądra od cytoplazmy.
Jądro komórkowe zawiera materiał genetyczny, czyli cząsteczki
DNA, w których znajdują się geny kontrolujące życie komórki.

W cytoplazmie pływają mitochondria - organella otoczone

podwójną błoną białkowo-lipidową. Mitochondria wytwarzają
większość energii, której komórka potrzebuje do swoich
procesów życiowych. Mitochondria przypominają bakterie - mają
własne cząsteczki DNA, wytwarzają własne białka, rozmnażają
się przez podział; ich kształt i rozmiar jest podobny do komórek
bakteryjnych. Prawdopodobnie kiedyś były bakteriami, które na
pewnym etapie ewolucji 'zgodziły się' współpracować z
komórkami eukariotycznymi. Teraz ich współpraca z resztą
komórki jest tak bliska, że mitochondria nie mogłyby żyć
samodzielnie (między innymi dlatego, że do prawidłowego
działania

mitochondriów

są

potrzebne

geny

jądra

komórkowego).

Komórka – podstawowa jednostka życia

W cytoplazmie jest dużo rybosomów - maleńkich organelli

wytwarzających nowe białka. Rybosomy mogą swobodnie
pływać w cytoplazmie albo przyczepiać się do układu cystern i
kanalików

określanego

jako

szorstka

siateczka

śródplazmatyczna ('szorstka' od doczepionych do niej
rybosomów). Większość białek powstających na wolnych
rybosomach jest przeznaczona na wewnętrzne potrzeby
komórki, a białka produkowane na rybosomach siateczki są
eksportowane, czyli wydzielane poza komórkę. Eksportowane
białka przechodzą przez aparat Golgiego - stos płaskich
cystern i pęcherzyków - a potem pęcherzyki niosą je w stronę
błony komórkowej i wylewają na zewnątrz komórki.

Oprócz szorstkiej siateczki śródplazmatycznej w komórce jest

też gładka siateczka śródplazmatyczna, do której rybosomy się
nie przyczepiają. Zadaniem gładkiej siateczki jest wytwarzanie
lipidów i niszczenie cząsteczek trujących dla komórki.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Inne pęcherzyki pływające w cytoplazmie to

lizosomy, które zawierają enzymy trawiące różne
związki chemiczne, i peroksysomy - organella związane
z produkcja i rozkładem nadtlenku wodoru.

W

komórkach

roślinnych

są

jeszcze

chloroplasty (otoczone podwójną błoną organella,
które przeprowadzają fotosyntezę, czyli reakcje robienia
czegoś z niczego, a konkretnie - złożonych cząsteczek
chemicznych z dwutlenku węgla i wody pod wpływem
energii światła słonecznego); ściana komórkowa, która
otacza komórki roślinne z zewnątrz i nadaje im
sztywność; oraz wakuole (wodniczki) - duże, otoczone
pojedyncza błoną pęcherzyki, do których komórka
wydziela różne substancje.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Nawet z tego pobieżnego wyliczenia widać, że błony

białkowo-lipidowe

mają

dla

komórki

szczególne

znaczenie. Oddzielają od siebie poszczególne przedziały
komórki, co pozwala jej przeprowadzać w tym samym
czasie przeciwstawne reakcje biochemiczne (na przykład
jedna część komórki wytwarza jakieś cząsteczki, a kilka
mikrometrów dalej identyczne cząsteczki są spalane w
mitochondriach). Komórka potrafi przesyłać cząsteczki z
jednego przedziału (na przykład z cytoplazmy) do
drugiego

(na

przykład

do

szorstkiej

siateczki

śródplazmatycznej). Podział komórki na różne, otoczone
błonami przedziały (inaczej: kompartmenty) to jedno z
bardzo

użytecznych

rozwiązań,

które

pozwoliły

komórkom

eukariotycznym

stworzyć

organizmy

wielokomórkowe

Komórka – podstawowa jednostka
życia

W komórkach prokariotycznych nie ma tak

rozbudowanego labiryntu błon białkowo-
lipidowych:

cała

bakteria

to

jeden

kompartment.

Nie ma w niej mitochondriów, siateczek

śródplazmatycznych,

chloroplastów,

lizosomów ani peroksysomów, a cząsteczka
DNA będąca materiałem genetycznym (tzw.
genofor) nie jest otoczona żadną błoną -
zajmuje miejsce zwane nukleoidem, które nie
jest oddzielone żadną granicą od innych części
komórki.

Komórka – podstawowa jednostka życia

komórki jądrowe - organizmy jądrowe - eucaryota)
lub (bezjądr,owe - procaryota):

różnice

w

budowie

komórek

między

eucaryota a procaryota

:

Komórka – podstawowa jednostka życia

Wśród komórek eukariotycznych z czasem nastąpiła kolejna
specjalizacja będąca podstawą podziału świata ożywionego
na dwa kolejne królestwa: rośliny i zwierzęta (te dwa
królestwa były podstawą pierwszego systematycznego
podziału świata ożywionego; obecnie wyróżniamy pięć
królestw: bakterie, pierwotniaki, grzyby, rośliny i zwierzęta).

rośliny i zwierzęta).

Komórka – podstawowa jednostka życia

Dlatego dzisiaj schemat budowy komórki

roślinnej jest inny niż schemat budowy
komórki zwierzęcej. Przede wszystkim komórki
roślinne otoczone są dodatkowo usztywniającą
ścianą

komórkową

zbudowaną

z

polisacharydów (to nadaje między innymi
twardość drewna) oraz posiadają plastydy
umożliwiające fotosyntezę.

Komórka – podstawowa jednostka życia

MITOCHONDRIUM

Mitochondrium

-

zaliczane

jest

do

autonomicznych organelli, ponieważ zawiera w
swej budowie własne DNA i RNA. Jest to centrum
energetyczne komórki, w którym ma miejsce
utlenianie biologiczne - proces oddychania
wewnątrzkomórkowego. Powstała w wyniku tych
procesów energia gromadzona jest w wiązaniach
wysokoenergetycznych związku - ATP a następnie
jest wykorzystywana w procesach endoergicznych
(wymagających dostarczenia energii). Najwięcej
mitochondriów znajduje się w tych narządach, w
których

zapotrzebowanie

energetyczne

jest

największe np. komórki mięśnia sercowego.
Mitochondria otoczone są podwójną błoną
białkowo-lipidową. Błona wewnętrzna tworzy
liczne wpuklenia do środka (co zwiększa znacznie
jej

powierzchnię)

zwane

grzebieniami

mitochondrialnymi.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Błona komórkowa

(plazmalemma)  - otacza zarówno

komórkę roślinną jak i zwierzęcą. Pod względem chemicznym
składa się z fosfolipidów (w tym lecytyny), białek
integralnych(stanowią

70%

wszystkich

protein)

i

powierzchniowych,oligosacharydów(1-5%)i

enzymów.

Ważnym składnikiem błon jest także cholesterol (5-25%
składu lipidów błonowych), zwiększjący stabilność błon, gdyż
łączy się z ich tłuszczową częścią, zwiększając lepkość.
   

Błony komórkowe mają strukturę mozaikową. Model

plazmalemmy został opracowany przez Singera i Nicolsona w
1972 roku. Jest to płynna macierz, zbudowana z nieciągłej
podwójnej warstwy fosfo- lipidowej z białkami integralnymi i
powierzchniowymi.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Fosfolipidy przemieszczają się w obrębie warstwy oraz

wymieniają się między warstwami. Białka integralne wykonuja
ruchy wokół własnej osi oraz wysuwają się i zagłębiają w
warstwach fosfolipidowych. Białka integralne: transportowe,
receptorowe dla lektyn, antygenowe (warunkujące grupy krwi),
wraz z enzymami i glikoproteinami przemieszczają się i ulegają
degradacji.

Na powierzchni błony komórkowej występuje

glikokaliks

.

Zbudowany jest on z reszt cukrowych połączonych z białkami
błonowymi (glikoproteidami) lub lipidami zewnętrznej warstwy
błony (glikplipidy). Glikokaliks pośredniczy w transporcie,
nawilża komórkę, odpowiada za procesy immunologiczne
(rozpoznawanie obcych ciał) oraz za tworzenie zespołów
komórkowych.

Glikoproteidy

powierzchniowe

nadają

właciwości antygenowe komórkom, tworzą osłonę dla
komórek, są odpowiedzialne za agregację i aglutynizację
komórek.

Komórka – podstawowa jednostka
życia

Błona komórkowa jest składnikiem każdej żywej komórki.

Cechy charakterystyczne błony komórkowej można odnieść
do większości błon biologicznych. Do najistotniejszych
należałoby zaliczyć:



wysoką przepuszczalnością dla wody;



związki niejonowe przechodzą przez nią tym lepiej im łatwiej

są rozpuszczalne w tłuszczach;



opór elektryczny jest duży, ma to istotne znaczenie dla

przewodnictwa elektrycznego bodźców;



żywa błona komórkowa jest spolaryzowana, szczególnie

dobrze jest to widoczne w komórkach zwierzęcych ponieważ
nie posiadają ściany komórkowej;



wyizolowane błony ulegają lizie (rozkładowi) w obecności

enzymów lipolitycznych i proteolitycznych (rozkładają białka).

Komórka – podstawowa jednostka życia

Każda błona biologiczna zawiera dwa podstawowe składniki
strukturalne:



półpłynny podwójny zrąb tworzony przez dwie warstwy

lipidów, których polarne „głowy" zwrócone są na zewnątrz w
stronę środowiska wodnego, natomiast węglowodorowe
łańcuchy kwasów tłuszczowych skierowane są do wewnątrz;



 mozaikowato rozmieszczone na i w zrębie różnego rodzaju

białka, z których większość zdolna jest dynamicznych
przemieszczeń w obrębie błony;



w komórkach zwierzęcych na powierzchni plazmalemy

występuje cieniutka, jednorodna warstewka zbudowana z
mieszaniny

węglowodorów

reszt

glikoproteidów

i

glikolipidów, których części zasadnicze wbudowane są w
zrąb lipidowy - nazwano ją glikokaliksem.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Funkcje błon:



chronią komórki przed działaniem czynników fizycznych

i chemicznych, a także przed wnikaniem obcych
organizmów, w szczególności chorobotwórczych,



regulują  transport wybranych substancji z i do

komórki,
reagują na bodźce chemiczne, termiczne i mechaniczne,



pełnią także funkcje enzymatyczne, katalizując różne

reakcje metaboliczne,



utrzymują równowagą między ciśnieniem osmotycznym

wewnątrz i na zewnątrz komórki.

 

Komórka – podstawowa jednostka życia

Cechy żywych komórek:

pobudliwość i

pobudzenie

.

Pobudzenie

jest to zmiana właściwości błony

komórkowej lub metabolizmu komórkowego pod wpływem
czynników działających z zewnątrz komórki, czyli pod
wpływem

bodźców.

W

warunkach

fizjologicznych

bodźcami działającymi na przeważającą liczbę komórek w
organizmie są substancje chemiczne. Komórki tworzące w
organizmie narządy odbiorcze, czyli receptory, odbierają
również bodźce fizyczne w różnej postaci np. energia
cieplna, energia mechaniczna. Każdy bodziec fizyczny lub
chemiczny, działający w dostatecznie dużym natężeniu na
komórkę , może wywołać ich pobudzenie. Bodźce
fizjologiczne są to takie bodźce, które nie uszkadzają
komórki i wywołują całkowicie odwracalne procesy.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Pobudliwość

jest to zdolność reagowania na

bodziec. Do pobudliwych tkanek zalicza się te które
szybko odpowiadają na bodźce. Substancje chemiczne
występujące w płynie zewnątrzkomórkowym, wiążą się
z receptorami w błonie komórkowej, otwierają kanały
dla prądów jonowych lub aktywują enzymy w niej
zawarte. Komórki jednych tkanek reagują szybko na
bodziec, w ułamkach sekundy, otwieraniem się kanałów
jonowych , natomiast zmiana metabolizmu w innych
tkankach wymaga dłuższego czasu. Z tego względu do
pobudliwych zalicza się te tkanki, które szybko
odpowiadają na bodźce. Są to tkanki zbudowane z
komórek nerwowych i ich wypustek oraz z komórek
mięśniowych: mięsni poprzecznie prążkowanych, mięśni
gładkich i mięśnia sercowego.

Komórka – podstawowa jednostka
życia

Potencjał spoczynkowy błony komórkowej

 

Pomiędzy wnętrzem komórek tkanek pobudliwych a płynem

zewnątrzkomórkowych występuje stale w spoczynku ujemny
potencjał elektryczny, czyli potencjał spoczynkowy błony
komórkowej . Ujemny potencjał spoczynkowy wewnątrz
neuronu i jego wypustek wynosi od – 60 do – 80 mV, średnio –
70 mV, w komórkach mięśniowych poprzecznie prążkowanych
zaś od – 80 do – 90 mV.

Stężenie

poszczególnych

jonów

w

płynie

wewnątrzkomórkowym znacznie się różni od ich stężenia w
płynie zewnątrzkomórkowym. Wewnątrz komórek występują w
znacznym stężeniu aniony organiczne nie przechodzące przez
błonę komórkową . Błona komórkowa jest spolaryzowana, po
stronie wewnętrznej skupione są jony o ładunku ujemnym, po
stronie zewnętrznej zaś jony o ładunku dodatnim.

Komórka – podstawowa jednostka
życia

Stężenia poszczególnych jonów w płynie

wewnątrzkomórkowym nie zmieniają się, jeśli
metabolizm nie ulega zmianie i jeśli na błonę
komórkową się działają bodźce z zewnątrz. W
tych warunkach wytwarza się równowaga
pomiędzy stężeniem poszczególnych jonów za
zewnątrz i wewnątrz komórki. Równowaga ta
jest wypadkową gradientów koncentracji i
gradientów

ładunków

elektrycznych

poszczególnych jonów płynu zewnątrz- i
wewnątrzkomórkowego.

Komórka – podstawowa jednostka
życia

Występowanie prądów jonowych w błonie

komórkowej skierowanych do wnętrza lub na
zewnątrz

komórki

uzasadnia

przyjęcie

hipotezy o istnieniu oddzielnych kanałów w
błonie komórkowej dla poszczególnych jonów.
W zależności od stanu czynnościowego kanały
dla prądów poszczególnych jonów otwierają
się lub zmykają. W procesie tym biorą udział
białka tworzące kanały jonowe, stanowiące
integralną część błony komórkowej.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Tkanki człowieka zawierające naładowane cząsteczki w

roztworze

(jony

sodu,

potasu,

chloru)

są

dobrymi

przewodnikami, ponieważ jony wykonują wolne ruchy w czasie
działania siły elektromotorycznej. Zdolność ruchu jonów w
tkankach człowieka nie jest jednakowa we wszystkich tkankach.
Mięśnie,

nerwy,

naczynia

krwionośne

są

dobrymi

przewodnikami, natomiast skóra i tłuszcz słabymi.
Izolatory są to substancje, które w przeciwieństwie do
przewodników, nie pozwalają na wolne ruchy jonów i elektronów.

Ruch ładunków elektrycznych w przewodniku w reakcji na

działanie pola elektrycznego zwany jest prądem. Przewodzenie
ładunku elektrycznego przez materię z jednego punktu do
drugiego jest transferem energii, która powoduje fizjologiczne
zmiany

w

czasie

klinicznego

zastosowania

stymulacji

elektrycznej. Nośnikami prądu są elektrony, jony dodatnie lub
ujemne.

Komórka – podstawowa jednostka
życia

W organizmach żywych bardzo ważną funkcję spełnia

czynność elektryczna komórek, zwana

bioelektrycznością.

Potencjał błony komórkowej

jest najłatwiejszym do

zarejestrowania bioelektrycznym sygnałem naszego ciała.
Najlepszym przykładem jest EKG (prądy serca), EEG (prądy
mózgu), EMG (kombinacja elektrycznych prądów w
nerwach i mięśniach). Środowisko wewnątrz i zewnątrz
komórkowe zawiera cząsteczki naładowane elektrycznie.
Zewnętrzna błona oddziela wewnętrzne struktury i
zawartość komórki od zewnętrznego otoczenia. Z drugiej
strony błona komórkowa posiada potencjał elektryczny,
wytworzony przez różnicę stężenia jonów.

Komórka – podstawowa jednostka
życia

Najważniejsze elektrolity to Na+, K+.

Na+ jest składnikiem płynów zewnątrz komórkowych,

K+ wewnątrz komórkowych. Stężenie sodu Na+ jest
około 10 razy wyższe w płynie zewnątrz komórkowym
niż w jego wnętrzu, a stężenie potasu K+ jest 30 razy
wyższe w cytoplazmie neuronu niż w jego otoczeniu.
Fakt ten powoduje spolaryzowanie elektryczne
(potencjał

spoczynkowy)

błony

komórkowej

i

pobudliwość elektryczną stanów czynnych np. w
komórkach nerwowych. Włókno nerwowe w stanie
spoczynku ma różnicę potencjałów błony komórkowej
wynoszącą ok.70V, w środku komórka ma negatywny
ładunek, na zewnątrz pozytywny.

Komórka – podstawowa jednostka życia

Do wnętrza komórki o ujemnym ładunku wnikają

dodatnio naładowane kationy, przede wszystkim
sodowe i potasowe. Szybkość ich przenikania nie jest
jednakowa. Kationy Na przenikają ok. 100 razy wolniej
niż potas, z powodu ich większej średnicy. Stężenie
poszczególnych jonów w płynie wewnątrzkomórkowym
nie zmienia się jeśli metabolizm nie ulega zmianie i
jeśli na błonie komórkowej nie działają bodźce z
zewnątrz.

W

tych

warunkach

wytwarza

się

równowaga pomiędzy stężeniem poszczególnych
jonów na zewnątrz i wewnątrz komórki.

Równowaga ta jest wypadkową gradientów stężenia i
gradientów ładunków elektrycznych poszczególnych
jonów w płynie zewnątrz i wewnątrzkomórkowym.