Ogólna budowa i fizjologia komórki

2015-03-24

Sylwia Krzętowska

Komórka – definicja, kształt i wielkość



Oznacza to, że każda komórka wykonuje wszystkie podstawowe czynności

życiowe, takie jak odżywianie, oddychanie czy rozmnażanie.



Kształt komórki może być bardzo różny. Pierwotnie kształt ten jest zbliżony do

kuli, ale komórki wyspecjalizowane, wchodzące w skład tkanek mają bardzo

różnorodne kształty, co wiąże się z pełnioną przez nie funkcją.



Wielkość komórek waha się najczęściej w granicach od kilku do kilkudziesięciu

μm. Najmniejsze komórki to komórki bakterii (0,2 μm), największe to u roślin

włókna indyjskiej rośliny rami (do 50 cm), a u zwierząt komórka strusiego jaja o

średnicy 30 cm. Komórki nerwowe u dużych zwierząt mogą osiągać długość 1
m.



Komórki zasadniczo dzieli się na prokariotyczne (bezjądrzaste) i eukariotyczne

(jądrzaste). Jak sama nazwa wskazuje cechą odróżniającą jest występowanie

jądra odgraniczonego błoną od cytoplazmy.



Wśród komórek eukariotycznych wyróżnia się dwa zasadnicze typy:

•

komórkę roślinną

•

komórkę zwierzęcą

Komórka to podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna każdego organizmu.

2015-03-24

Porównanie budowy różnych komórek

Element budowy

Komórka prokariotyczna

Komórka eukariotyczna

zwierzęca

roślinna

jądro komórkowe

jego rolę pełni nukleoid

cytoplazma

błona komórkowa

ściana komórkowa

zbudowana z innych związków

(nie z celulozy)

celulozowa

chloroplasty

mitochondria

siateczka
wewnątrzplazmatyczna

rybosomy

wodniczki/wakuole

liczne, małe

jedna (czasem kilka), duże

rodzaj materiału
zapasowego

różne substancje (białka, tłuszcze)

glikogen

skrobia

Charakterystyka struktur komórkowych
– Błona komórkowa



Budowa błony komórkowej



Błona komórkowa ma budowę białkowo-lipidową. Podstawowym

składnikiem z grupy lipidów są fosfolipidy. Cząsteczki te tworzą
dwie warstwy

charakterystycznie ułożone „główkami” na zewnątrz i

„ogonkami” do środka.



Pomiędzy fosfolipidami znajdują się białka, których rola może być

różna, np.:

•

są elementem budulcowym błony

•

uczestniczą w transporcie substancji do i z komórki (białka
transportowe)

•

odbierają sygnały ze środowiska (białka receptorowe).



Błona jest strukturą dynamiczną. Fosfolipidy wchodzące w skład

błony nieustająco zmieniają swoje położenie, dlatego jej budowę
najlepiej ilustruje

model płynnej mozaiki

Zewnętrzna błona otaczająca komórkę ma za zadanie oddzielać ją od otoczenia,
ale równocześnie umożliwić jej kontakt ze środowiskiem.

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Błona komórkowa



Błona komórkowa jest półprzepuszczalna. Oznacza to, że niektóre

substancje mogą przez nią przenikać, a inne nie. W transporcie błonowym

biorą też udział białka, pomagając większym cząsteczkom w przejściu na

drugą stronę.



Sposoby przechodzenia substancji przez błonę komórkową:

1. Dyfuzja prosta

to swobodne przenikanie substancji przez błonę, w którym

wykorzystywana jest naturalna dążność cząsteczek do wyrównania stężeń.

Odbywa się zawsze w kierunku od wyższego stężenia do niższego (zgodnie

z gradientem stężeń). Dotyczy cząsteczek na tyle małych, że mogą

zmieścić się w porach pomiędzy cząsteczkami lipidów (np. tlen, dwutlenek

węgla) lub cząsteczek rozpuszczalnych w tłuszczach.

2. Dyfuzja wspomagana

dotyczy cząsteczek większych, które nie mieszczą

się w porach błony komórkowej, np. glukozy czy aminokwasów. Do

przejścia na drugą stronę wykorzystują one odpowiednie białka

transportowe. Kierunek transportu jest zgodny z gradientem stężeń, więc

proces ten nie wymaga nakładu energii.

3. Transport aktywny

polega na przenoszeniu cząsteczek wbrew gradientowi

stężeń, czyli od niższego stężenia do wyższego. Transport taki przebiega
wbrew naturalnym prawom dyfuzji i dlatego

wymaga sporych nakładów

energii

i obecności białek transportowych.

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Błona komórkowa

Dyfuzja nigdy nie wymaga nakładów energii, gdyż odbywa się zgodnie z
gradientem stężeń.
W dyfuzji wspomaganej biorą udział białka transportowe.
Transport aktywny wymaga nakładów energii i obecności białek
transportowych, gdyż zachodzi wbrew gradientowi stężeń.

Charakterystyka struktur komórkowych
– Siateczka wewnątrzplazmatyczna



To system kanalików przecinających

wnętrze komórki, połączonych z

błoną komórkową oraz z błoną

jądrową. Rozróżniamy w komórce
dwa typy siateczki:

•

gładką - na jej powierzchni nie

występują żadne struktury, bierze

ona udział w produkcji lipidów

•

szorstką - do jej powierzchni

przyczepione są liczne rybosomy,

które uczestniczą w syntezie białka



Niezależnie od rodzaju siateczki

pełni ona też inne funkcje:

•

dzieli komórkę na przedziały, dzięki

temu obok siebie mogą zachodzić

różne, czasem przeciwstawne
reakcje biochemiczne

•

ułatwia transport

wewnątrzkomórkowy - duże

cząsteczki (np. białka) są

przesyłane kanalikami siateczki

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Aparat Golgiego



Jest to struktura związana z

siateczką wewnątrzplazmatyczną.

Zbudowana jest z błon w kształcie

mocno spłaszczonych

pęcherzyków ułożonych jeden
obok drugiego i licznych banieczek

odrywających się od zasadniczej

części aparatu. Zachodzą tu

końcowe etapy syntezy białek i

lipidów, a w komórkach roślinnych
produkowana jest celuloza do

budowy ściany komórkowej.

Gotowe produkty zamykane są w
banieczkach i w postaci

pęcherzyka wędrują do miejsca

przeznaczenia. Często ich

zawartość wydzielana jest poza

obręb komórki. Stąd szczególnie

duża ilość aparatów Golgiego

występuje w komórkach

gruczołowych.

Charakterystyka struktur komórkowych
– Lizosomy



Powstają jako jeden z rodzajów pęcherzyków w aparacie
Golgiego

i wypełnione są enzymami trawiennymi.

Odgrywają dużą rolę w komórkach zwierzęcych

pobierających pokarm wymagający strawienia (np.

komórki pierwotniaków). Biorą też udział w niszczeniu

starych, zużytych lub uszkodzonych organelli

komórkowych, co umożliwia regenerację i przebudowę

organizmu. Enzymy muszą być zamknięte w lizosomach,

gdyż uwolnienie ich spowodowałoby samostrawienie

komórki. Taki proces zachodzi po śmierci organizmów.

Błona otaczająca lizosom po jakimś czasie ulega

uszkodzeniu, enzymy wydostają się do cytoplazmy i

rozpoczyna się proces rozkładu

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Lizosomy

Charakterystyka struktur komórkowych
– Jądro komórkowe



Rola jądra komórkowego wynika z faktu, że zawiera ono materiał

genetyczny komórki (DNA). Tu zaczyna się proces realizacji

informacji genetycznej, tym samym jądro steruje wszystkimi

procesami metabolicznymi komórki. W czasie podziału komórki

jądro odpowiada za precyzyjne rozdzielenie materiału

genetycznego do komórek potomnych



Budowa jądra komórkowego



Jądro otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową, w której

znajdują się otworki zwane porami. Dzięki nim kontaktuje się ono z

cytoplazmą. Wewnątrz jądro wypełnione jest substancją podobną do

cytoplazmy, nazywaną sokiem jądrowym albo kariolimfą. Znajdują

się w niej m.in. enzymy odpowiedzialne za syntezę DNA i RNA. W

soku jądrowym zawieszona jest chromatyna. Jest to wielokrotnie

zwinięta nić DNA połączona z białkami. W czasie podziału komórki

chromatyna układa się w widoczne pod mikroskopem świetlnym

wydłużone struktury zwane chromosomami. W obrębie chromatyny

można wyróżnić jedną do kilku kulistych struktur, nazywanych

jąderkami. Zadaniem jąderka jest synteza składników rybosomów

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Jądro komórkowe



Jądro komórkowe jest elementem

niezbędnym do życia. Komórka
eukariotyczna nie jest zdolna do

samodzielnego istnienia bez jądra. W

organizmie człowieka czerwone ciałka

krwi, w wyniku specjalizacji tracą jądro

komórkowe, dlatego czas ich życia

ograniczony jest do 3 miesięcy.



W organizmie człowieka jedynymi

komórkami nieposiadającymi jądra są
erytrocyty.



Zdarzają się też komórki, które mają

wiele jąder komórkowych. W komórkach

mięśni szkieletowych podczas ich

rozwoju zanika błona oddzielająca od

siebie sąsiednie komórki. Efektem tego

jest powstanie jednej długiej komórki

zawierającej wiele jąder komórkowych.

Komórka taka nazywana jest
syncytium.

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Mitochondrium



Mitochondria są miejscem przebiegu najważniejszych etapów

oddychania komórkowego. Otoczone są podwójną błoną białkowo-

lipidową, przy czym błona zewnętrzna jest gładka, natomiast

wewnętrzna mocno pofałdowana i tworzy tzw. grzebienie
mitochondrialne.



Wewnątrz mitochondrium występuje substancja przypominająca

cytoplazmę, nazywana matrix. Mitochondrium zawiera też własną

cząsteczkę DNA i własne rybosomy, co czyni je strukturą niezależną

od jądra komórkowego.



Mitochondria są autonomicznymi (niezależnymi od jądra)

organellami komórkowymi.



Etapy oddychania komórkowego, zachodzące w mitochondriach,

wymagają obecności tlenu i dostarczają komórce znacznych ilości
energii.

Enzymy katalizujące te reakcje znajdują się w matrix i na

grzebieniach mitochondrialnych. Pofałdowanie wewnętrznej błony

znacznie zwiększa powierzchnię, na której mogą znajdować się

enzymy, co z kolei zwiększa intensywność zachodzących przemian.

Charakterystyka struktur komórkowych
– Mitochondrium

Im więcej energii potrzebuje komórka, tym więcej ma mitochondriów i
więcej grzebieni w ich wnętrzu.

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Cytoplazma



Cytoplazma jest półpłynną, galaretowatą substancją wypełniającą

wnętrze komórki. Składa się głównie z wody, w której rozproszone są

cząsteczki białek i innych związków organicznych. Cytoplazma jest
roztworem koloidalnym.

Może przyjmować postać bardziej płynną

(tzw. zol)

, lub bardziej stałą (tzw. żel). Przechodzenie jednego stanu w

drugi jest naturalnym procesem wykorzystywanym przez niektóre

komórki np. do wykonywania ruchów pełzakowatych.



Wśród białek występujących w cytoplazmie szczególną rolę odgrywają:

•

białka enzymatyczne: ich obecność wiąże się z faktem, że w

cytoplazmie zachodzą liczne reakcje biochemiczne wymagające

udziału wielu enzymów. Przykładem może tu być początkowy etap

oddychania komórkowego (glikoliza), czy też proces biosyntezy białka;

•

białka cytoszkieletu: to białka tworzące wewnętrzne elastyczne

rusztowanie w komórce, umożliwiające ruch cytoplazmy i organelli w jej

wnętrzu, ruch całej komórki oraz nadające jej określony kształt.

Włókienka białkowe wchodzące w skład cytoszkieletu dzielimy na
mikrofilamenty (czyli

mikropałeczki), mikrotubule (inaczej

mikrorureczki) i filamenty

pośrednie.

Charakterystyka struktur komórkowych
– Cytoplazma

2015-03-24

Charakterystyka struktur komórkowych
– Rybosomy



Rybosomy są strukturami, w

których zachodzi proces

biosyntezy białka. Są małymi

ziarnistościami rozproszonymi

luźno w obrębie cytoplazmy lub

związanymi z błonami siateczki
wewnatrzplazmatycznej i

zewnętrzną błoną jądrową.

Składają się z cząsteczek kwasu
rybonukleinowego (tzw.
rybosomalny

RNA, w skrócie

rRNA

) i białek. Rybosomy

zbudowane są z dwóch
podjednostek (mniejszej i

większej), które mogą się łączyć i

rozdzielać. Tylko rybosomy, w

których zachodzi w danym

momencie synteza białka są

złożone, natomiast podjednostki

nieczynnych rybosomów

występują oddzielnie.

Charakterystyka struktur komórkowych
– Wodniczki (wakuole)



Są to struktury otoczone błoną i wypełnione w środku wodą z rozpuszczonymi w

niej różnymi substancjami. Pełnią zupełnie inne funkcje w komórkach

zwierzęcych i roślinnych, stąd zwyczajowo używa się terminu wodniczka w

odniesieniu do komórki zwierzęcej, a wakuola do roślinnej.



Dla komórki zwierzęcej charakterystyczna jest duża ilość drobnych wodniczek.

Występują one w dwóch rodzajach:



wodniczka pokarmowa

Tworzy się w komórkach pochłaniających większe cząstki pokarmu wymagające
strawienia. Powstaje w procesie fagocytozy.

Polega on na tym, że błona

komórkowa wpukla się do wnętrza komórki wraz z cząstką pokarmu (może to

być nawet inna, mniejsza komórka). Gdy wpuklenie jest dostatecznie głębokie,

błona komórkowa zamyka się nad nim i powstaje banieczka z zawartością w

środku. Jest to właśnie wodniczka pokarmowa, do której dołącza się lizosom z

enzymami trawiennymi i zawartość wodniczki zostaje strawiona. Wodniczki takie

spotykane są głównie w świecie pierwotniaków lub bardzo prostych

bezkręgowców. W organizmie człowieka występują w komórkach układu

odpornościowego (makrofagi).



wodniczka tętniąca

Jej nazwa pochodzi od nieustannego kurczenia się, spowodowanego

wyrzucaniem poza obręb komórki nadmiaru wody oraz rozpuszczonych w niej

produktów przemiany materii, służy więc ona osmoregulacji i wydalaniu.

Wodniczki tętniące spotykane są u pierwotniaków słodkowodnych.