Anatomia, fizjologia i

elementy patofizjologii

Zajęcia I

Komórka

(łac. cellula)

Jest podstawową

jednostką morfologiczno −
czynnościową ustroju.

• Ciało człowieka (a także innych

organizmów żywych) jest zbudowane
z komórek.

Komórka

• Definicja: najmniejsza strukturalna i

funkcjonalna jednostka

organizmów

żywych

zdolna do przeprowadzania

wszystkich podstawowych procesów
życiowych (takich jak

przemian

materii, wzrost i rozmnażanie)

• Komórką nazywa się najdrobniejszą

strukturę, zdolną do samodzielnego
wykonywania podstawowych funkcji
życiowych

Powstanie komórek

• Według jednej z teorii pochodzenia

życia na Ziemi, pierwsze komórki
powstały ponad 4 mld lat temu
najprawdopodobniej w wyniku
połączenia się ze sobą

związków

organicznych

Powstanie komórek

• Sądzi się, że pierwsze twory z

możliwością do samopowielania, tzw.

Prakomórki,

pojawiły się ok. 4 mld.

lat temu w okresie

archaiku .

• Wiek najstarszych skamieniałości

takich komórek datuje się na 3,1−3,4
mld. lat.

• Występowanie w komórce jądra jest

podstawą podziału organizmów na
(eukarionty) i

bezjądrowe

(prokarionty)

Budowa komórki prokariotycznej

• Rozmiary komórek

prokariotycznych są kilkukrotnie
mniejsze od rozmiarów komórek
eukariotycznych. Wynoszą one
zwykle od 0,5

μm d

o 10 μm.

Stosunek powierzchni "typowej"
komórki prokariotycznej do komórki
tkankowej ma się mniej więcej jak
1:1500.

Budowa komórki

prokariotycznej

• Kształt komórek prokariontów nie

jest bardzo zróżnicowany – zwykle
jest on kulisty lub nitkowato
wydłużony, rzadziej poskręcany (jak
u

krętków

), czy rozgałęziony (jak u

maczugowców

,

prątków

itd.). Część

z prokariontów tworzy w wyniku
niezupełnego rozdziału komórek po

amitozie

zgrupowania kilku komórek,

jak np.

dwoinki

,

gronkowce,

paciorkowce

komórki eukariotyczne

pojawiły się na Ziemi później niż

prokariotyczne

Komórki eukariotyczne są większe od

prokariotycznych – średnio ich
długość mieści się w granicach 10-
100 μm. Część komórek Eucaryota
jest jednak jeszcze większa, jak np.
jaja, czy niektóre neurony.

• Komórki zawierające jądro

komórkowe są określane mianem
eukariotycznych. Tym samym,
człowiek zalicza się do eukariontów

Budowa komórki

• Komórkę stanowi przestrzeń

ograniczona

błoną komórkową

. U

większości prokariontów, roślin,
grzybów i niektórych protistów
dodatkowo, od strony zewnętrznej,
występuje niewykazująca
metabolizmu ani własnych
mechanizmów
wzrostowych

[

struktura – ściana

komórkowa

• Wewnątrz tej przestrzeni znajduje się

tzw. protoplazma oraz szereg
wewnętrznych organelli pełniących
rozmaite funkcje życiowe komórki

• Komórki różnych organizmów

wykazują znaczne różnice zarówno
morfologiczne, jak i biochemiczne.
Mogą one stanowić samodzielny
organizm jednokomórkowy lub być
elementem składowym organizmu
wielokomórkowego.

Uwaga!

• Budowy komórkowej nie mają wirusy,

i w związku z tym nie wykazują oznak
życia poza komórkami żywicieli (i
zgodnie z obecnymi poglądami
systematycznymi nie są
klasyfikowane, jako organizmy żywe

)

• Komórki organizmów żywych

zawierają kilka rodzajów związków
chemicznych o różnej strukturze i
właściwościach

woda

• Największą masę w komórce stanowi

woda, nawet do 90%. To ona stanowi
środowisko reakcji biochemicznych, a
także czasami jest ich substratem lub
produktem. Zawartość pozostałych
związków podaje się najczęściej z
pominięciem masy wody - w
przeliczeniu na suchą masę komórki.

białka

• 40-60% suchej masy stanowią białka,

które pełnią różne funkcje, od
budulcowej, poprzez regulacyjną,
katalityczną, transportową i wiele
innych. Elementem budulcowym
białek są aminokwasy.

• W niektórych białkach do

aminokwasów dołączone są inne
związki, co nadaje im specyficzne
właściwości. Na przykład
hemoglobina - składnik krwinek
czerwonych wiążący m.in. tlen, to
białko zawierające barwnik - hem.

• Aminokwasy budują także związki

mniejsze niż białka – peptydy i
oligopeptydy. Pełnią one różne
funkcje, są hormonami, naturalnymi
antybiotykami niektórych
mikroorganizmów, itd. Pełniąc
podobne funkcje aminokwasy mogą
występować też w formie
pojedynczych cząsteczek. Peptydy i
polipeptydy, jak i wolne aminokwasy
mogą zawierać/być D-izomerami.

• Izomery (gr. isos – równy, meros –

część) – związki chemiczne o
identycznych sumarycznych wzorach
cząsteczkowych

• Kwasy nukleinowe

, DNA i RNA,

odgrywają najważniejszą rolę w
przekazywaniu informacji
genetycznej oraz biosyntezie białek.
Wyjątkami są niektóre RNA które nie
biorą udziału w przekazywaniu
informacji genetycznej, pełnią za to
funkcję budulcową, wchodząc w
skład rybosomów – rRNA, czy też
transportującą – tRNA, albo
enzymatyczną – snRNA

węglowodany

• Węglowodany pełnią głównie funkcję

energetyczną i zapasową, ale jako
motywy, służą do modyfikacji innych
klas związków (glikozylacja), co jest
podstawą procesów regulacyjnych,
transportowych, komunikacji i
przekazywania sygnału

lipidy

• Lipidy stanowią podstawę

strukturalną błon biologicznych, ale
ta szeroka klasa związków
uczestniczy także w prawie każdym
procesie komórkowym, jak regulacja,
transport, komunikacja,
przekazywanie sygnału, metabolizm
(tłuszcze, klasa lipidów, są
materiałem zapasowym i źródłem
energii) i wielu innych

• Komórki mogą wytwarzać lub

zawierać także związki innych grup.
Mogą to być witaminy, barwniki,
alkaloidy, itp. Pełnią one różnorodne
funkcje.

pierwiastki

• Do najważniejszych pierwiastków budujących

związki chemiczne wchodzące w skład
komórek należą: tlen (wchodzi w skład m.in.
cząsteczek wody; stanowi 65% masy
człowieka), węgiel (jest rusztowaniem w
związkach organicznych, stanowi 18% masy
człowieka), wodór (10% masy człowieka), azot
(3% masy człowieka) oraz inne pierwiastki
(Ca, P, K, S, Na, Mg, Cl, Fe, I, Mn, Cu, Zn, Co,
F, Mo, Se itd.), których masa u człowieka nie
przekracza 2% masy całkowitej.

• Ważną cechą komórek człowieka jest

występowanie w nich jądra
komórkowego i charakterystycznych
organelli (struktur komórkowych).
Komórki mogą mieć różne kształty i
funkcje, ale zawierają mniej więcej
ten sam zestaw organelli

Błona komórkowa

• (plazmolemma) jest półpłynną,

elastyczną błoną plazmatyczną
oddzielającą komórkę od środowiska
zewnętrznego. Jest ona bardzo
cienka (7-10 nm) i pozwala
komórkom na odkształcanie się i
zmianę kształtu.

• Błona ta składa się z fosfolipidów i

zanurzonych w niej białek.
Znajdujące się w błonie komórkowej
białka mogą pełnić różne funkcje,
m.in. wzmacniające, receptorowe lub
transportowe

Rodzaje białek błonowych

• Jedną z ważnych funkcji błony

komórkowej jest selektywny
transport substancji między
wnętrzem komórki a środowiskiem
pozakomórkowym, co pozwala na
utrzymanie względnej homeostazy.
Na drodze dyfuzji przez błonę mogą
jedynie przedostać się małe
substancje rozpuszczalne w
tłuszczach oraz woda. Substancje
rozpuszczalne w wodzie słabo przez
nią przenikają

• natomiast duże cząsteczki (jak np.

białka) potrzebują specjalnej
"pomocy". Przydają się tutaj
specjalne białka transportowe
zanurzone w błonie. Niektóre
wspomagają proces dyfuzji (tzw.
dyfuzja wspomagana) a inne
funkcjonują jak specyficzne pompy
transportując substancje wbrew
różnicy stężeń w procesie
transportu aktywnego, wymagając
jednak dostarczenia energii.

• Wszystkie błony plazmatyczne

znajdujące się w komórkach
charakteryzują się białkowo-lipidową
strukturą.

• Błony plazmatyczne w komórce to -

siateczka śródplazmatyczna
(szorstka i gładka), aparat Golgiego i
lizosomy. Wszystkie te błony mają
białkowo-lipidową budowę.

Transport przez błony biologiczne

Cechy błony komórkowej

 

-

Budowa – model płynnej mozaiki (półpłynny, podwójny

zrąb lipidowy, mozaikowo rozmieszczone białka
powierzchniowe i integralne)

- Dynamiczność – zdolność białek i lipidów do
przemieszczania się

- Elastyczność, półstałość – umożliwia dopasowanie błony
do kształtu komórki

- Spolaryzowanie, duży opór elektryczny (umożliwia odbiór
i przekazywanie bodźców)

- Liza (rozkład) w obecności enzymów lipolitycznych oraz
proteolitycznych

- Biosynteza błony nie odbywa się nigdy „de novo”
  
 

Cechy błony komórkowej

-U zwierząt – na zewnętrznej powierzchni występuje

GLIKOKALIKS

zbudowany z bocznych łańcuchów oligosacharydów połączonych z
glikolipidami, glikoproteinami oraz z polisacharydów)

Funkcje glikokaliksu:

- ochrona przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi
(np.enzymami trawiennymi)

- nadaje śliskość komórce - ułatwia przemieszczanie się

- zapobiega aglutynacji (zlepianiu się komórek)

- uczestniczy w rozpoznawaniu się komórek, ich łączeniu

Funkcje błony komórkowej

-

Otacza żywe (protoplazmatyczne) składniki komórki, separuje

wnętrze komórki od środowiska

- Umożliwia dwustronną wymianę jonów i cząsteczek między
komórką a otoczeniem

- Odpowiada za wrażliwość (umożliwia odbiór i przekazywanie
bodźców)

- Posiada systemy transportowe (transport bierny i aktywny)

- U zwierząt umożliwia łączenie się sąsiednich komórek

Funkcje innych błon
cytoplazmatycznych

-

Błony pozwalają na wydzielenie w komórce przestrzeni, w

których skupione są niewielkie objętości cząsteczek reagujących
ze sobą, co zwiększa szybkość reakcji

- Utrzymują reaktywne związki w izolacji od innych

- Zwiększają powierzchnię wewnętrzną komórki

- Umożliwiają gromadzenie energii (błony mitochondriów,
chloroplastów)

- Są ważnymi „powierzchniami roboczymi” – zawierają

liczne

enzymy

System błon plazmatycznych

• siateczka śródplazmatyczna

(retikulum endoplazmatyczne) to
nieregularny system pęcherzyków i
kanalików dzielący cytoplazmę na
przedziały. Siateczka, na której
znajdują się rybosomy jest
określana mianem siateczki
śródplazmatycznej szorstkiej i
bierze udział w syntezie białek.

• Gładka siateczka

śródplazmatyczna nie zawiera
rybosomów i jest miejscem syntezy
tłuszczów, bierze także udział w
niszczeniu substancji toksycznych.
Retikulum endoplazmatyczne
pomaga także w transporcie różnych
substancji i łączy wnętrze komórki z
błoną komórkową.

• Aparaty Golgiego to organelle

składające się ze spłaszczonych
cystern i odchodzących od nich
pęcherzyków. Ich głównym zadaniem
jest modyfikacja i segregowanie
białek i innych substancji oraz ich
transport w obrębie komórki lub poza
nią. Są liczne w komórkach
wydzielniczych.

• Lizosomy to niewielkie, błoniaste

pęcherzyki zawierające liczne
enzymy mogące rozłożyć m.in.
białka, tłuszcze i kwasy nukleinowe.
Zajmują się trawieniem
wewnątrzkomórkowym wchłoniętych
lub niepotrzebnych substancji. Dzięki
lizosomom komórki żerne naszego
układu odpornościowego mogą
strawić wchłonięte bakterie.

Cytoplazma

• składa się z cytozolu i znajdującym

się w nim organelli komórkowych.
Cytozol to płynny, złożony koloid
wodny. Prócz wody składają się na
niego zawieszone lub rozpuszczone
różne związki organiczne i
nieorganiczne: białka, lipidy,
aminokwasy, kwasy tłuszczowe i sole
mineralne.

W cytozolu znajduje się również

system mikrorureczek (tubul) i
włókienek białkowych tworzący
skomplikowany cytoszkielet

• . Cytoszkielet odpowiada m.in. za

nadanie odpowiedniego kształtu
komórkom (i jego zmianę) oraz ich
zdolność do poruszania się.
Utrzymuje także pozostałe struktury
komórkowe w odpowiednim miejscu.

• W cytoplazmie odbywają się liczne

reakcje biochemiczne związane z
metabolizmem komórki

Mitochondria

• to cylindryczne organelle wielkości

2-8μm otoczone dwiema błonami
plazmatycznymi. Ich głównym
zadaniem jest wytwarzanie energii w
procesach utleniania związków
organicznych. Zewnętrzna błona
mitochondrium jest gładka,
natomiast wewnętrzna jest silnie
pofałdowana, tworząc tzw.
grzebienie mitochondrialne.

• Wnętrze organelli wypełnia koloid

zwany macierzą mitochondrialną
(matriks). Znajduje się w niej wiele
enzymów i substancji biorących
udział w procesach utleniania a także
mitochondrialne DNA i rybosomy.

• Mitochondria występują licznie w

komórkach wymagających dużego
zużycia energii, np. w mięśniach.
Procesy oddychania komórkowego
zachodzące w mitochondriach
prowadzą do powstania energii
cieplnej oraz chemicznej, zawartej w
ATP (adenozynotrifosforanie).

Oddychanie komórkowe

• Oddychanie komórkowe to skomplikowany

proces polegający na utlenianiu związków
organicznych - węglowodanów, tłuszczów i
białek. Liczne reakcje chemiczne tego
procesu prowadzą do powstania cząsteczek
ATP, w którego wysokoenergetycznych
wiązaniach jest zakumulowana energia.
Można wyróżnić trzy charakterystyczne
procesy oddychania wewnątrzkomórkowego -
glikolizę, cykl Krebsa i oddychanie końcowe.

•

Glikoliza zachodzi w cytoplazmie i polega na
stopniowym rozkładzie glukozy do postaci
kwasu pirogronowego. Z jednej cząsteczki
glukozy powstają dwie cząsteczki pirogronianu.
Reakcje glikolizy prowadzą także do powstania
niewielkiej liczby cząstek ATP i przechwycenia
wodoru przez związek nazywany
przenośnikiem wodoru. Powstały kwas
pirogronowy wędruje do wnętrza mitochondrium
gdzie ulega przekształceniu w związek o nazwie
acetylo-koenzym A (acetylo-CoA).

• Do powstania tego związku może

prowadzić również utlenianie kwasów
tłuszczowych. Proces ten noszący
nazwę β-oksydacja zachodzi w
macierzy mitochondrium i również
prowadzi do powstania
zredukowanych przenośników
wodoru (zawierających
przechwycony wodór). Acetylo-
koenzym A bierze udział w kolejnym
procesie zwanym cyklem Krebsa
(cyklem kwasu cytrynowego).

• Liczne przemiany chemiczne tego

procesu prowadzą do uwolnienia
dwutlenku węgla, syntezy
pojedynczych cząstek ATP i zebrania
atomów wodoru przez przenośniki.
Końcowy i najbardziej wydajny
proces - oddychanie końcowe -
zachodzi na grzebieniach
mitochondrialnych z udziałem tlenu
cząsteczkowego.

• W ich błonę wbudowane są specjalne

białka, które zbierają atomy wodoru z
przenośników i korzystają z ich
energii syntetyzując liczne cząstki
ATP. Procesem końcowym tego etapu
jest także wytworzenie wody.

• Komórka może także wytworzyć energię

bez udziału tlenu. W takim wypadku
zahamowaniu ulegają wszelkie procesy
oddychania końcowego, a ATP jest
syntetyzowane jedynie w procesie
glikolizy. Kwas pirogronowy ulega wtedy
przekształceniu w kwas mlekowy w
procesie fermentacji mlekowej. Proces
oddychania wewnątrzkomórkowego bez
udziału tlenu jest mniej wydajny

• Węglowodany i kwasy tłuszczowe nie

są jedynymi związkami, które mogą
ulec utlenianiu. Gdy organizm jest w
stanie długiego głodzenia, może użyć
także aminokwasów do wytworzenia
energii.

Rybosomy

• Rybosomy to niewielkie, dwuczęściowe struktury

zbudowane z białek i rRNA (rybosomalnego kwasu
rybonukleinowego). Każdy rybosom składa się z
dwóch podjednostek - mniejszej i większej Na
rybosomach zachodzi proces biosyntezy białek w
procesie translacji, podczas którego informacja
zawarta w RNA zostaje "przetłumaczona" na
sekwencję aminokwasów, z których składa się
białko. Mogą znajdować się luzem w cytoplazmie lub
być przyczepione do siateczki śródplazmatycznej
szorstkiej. Znajdują się również w mitochondriach.

Jądro komórkowe

• Włókna mięśniowe szkieletowe posiadają

liczne owalne jądra, natomiast erytrocyty nie
mają ich wcale.

• Jądro komórkowe jest otoczone dwiema

błonami plazmatycznymi tworzącymi
otoczkę jądrową. Na błonie zewnętrznej
znajdują się liczne rybosomy i przechodzi ona
w retikulum endoplazmatyczne szorstkie,
natomiast wewnętrzna jest gładka.

• Wnętrze organelli jest wypełnione

kariolimfą (sokiem jądrowym),
koloidalnym płynem zawierającym
m.in. białka enzymatyczne biorące
udział w syntezie DNA i RNA. Otoczka
jądrowa jest poprzebijana licznymi
porami jądrowymi pozwalającymi
na kontakt i wymianę substancji z
cytoplazmą.

• W kariolimfie zanurzony jest również

materiał genetyczny komórki w
postaci chromatyny. Jest to długa
plątanina cienkich i długich fibryli
(włókien). Każde włókno chromatyny
składa się z DNA nawiniętego na
specjalne białka zwane histonami.
W trakcie podziału chromatyna
koncentruje się coraz bardziej,
formując struktury zwane
chromosomami.

Śmierć komórki

• Śmierć komórek jest konsekwencją

zarazem rozwoju organizmu
wielokomórkowego, jak i działania na
nie niekorzystnych czynników. Jest
zjawiskiem naturalnym i nie oznacza
choroby, jeśli nie dotyczy większej
liczby komórek.

Smierć komórki

• Śmierć może nastąpić gwałtownie np. w

wyniku działania wysokich temperatur,
homogenizacji, działania niektórych substancji
w odpowiednich stężeniach, etc.

Część z tych

metod używana jest przy procesie sterylizacji

,

czyli zabijania bakterii i ich form
przetrwalnikowych. Komórka może zostać
także uśmiercona w wyniku zadziałania
wewnętrznego programu autolizy – mówi się
wtedy o programowej śmierci komórki
(ang. programmed cell death, PCD).

• Programowana śmierć komórki

może

zostać zainicjowana czynnikami
wewnętrznymi (najczęściej
genetycznymi, choć także
hormonalnymi lub zewnętrznymi
(takimi jak promieniowanie
jonizujące, temperatura, głodzenie,

• Śmierć indukowana

wewnątrzpochodnie nosi nazwę
apoptozy, zaś zewnątrzpochodnie –
martwicy (nekrozy, łac. necrosis ).

• Po zainicjowaniu PCD, uwalniane są

do cytoplazmy enzymy z klasy
hydrolaz – takie jak kaspazy –
rozkładające organelle komórkowe. Z
tego względu zatrzymanie
zainicjowanego procesu apoptozy lub
nekrozy jest niemożliwe. Procesy
śmierci komórek przebiegają
podobnie, ale nie identycznie u roślin
i u zwierząt.