2015-03-24
1
Ogólna budowa i fizjologia komórki
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
2
Komórka prokariotyczna
Komórki eukariotyczne –
porównanie komórki roślinnej i zwierzęcej
2015-03-24
3
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
4
Charakterystyka struktur komórkowych
– Błona komórkowa
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
5
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
6
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
7
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
8
Charakterystyka struktur komórkowych
– Jądro komórkowe
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
9
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
10
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
11
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.
2015-03-24
12
Charakterystyka struktur komórkowych
– Wodniczki (wakuole)