Błony komórkowe
Zbudowane z dwuwarstwy lipidowej (np. lecytyna, pochodne kwasu fosfatydowego, sfingomielina), cholesterolu (stabilizuje strukturę), glikolipidów, tratw lipidowych (zbudowanych ze sfingolipidów i cholesterolu oraz białek kaweoliny, odpowiadają za regulację sygnalizacji międzykomórkowej), węglowodanów (budują glikokaliksy) oraz białek (transportują cząsteczki przez błony, odpowiadają za aktywność enzymatyczną, wiązanie cytoszkieletu (integryna), łączenie komórki z macierzą pozakomórkową, działają jako receptory).
Transport przez błony odbywa się na zasadzie dyfuzji (transport bierny prosty, gazy, hormony steroidowe, alkohole), jako transport ułatwiony (przez białka kanałowe, te mogą być otwierane ligandem, mechanicznie (komórki rzęsate w uchu wewnętrznym), otwierane białkiem G czy zmianą potencjału błonowego). Białka nośnikowe wiążą cząsteczki po jednej stronie, a oddają je po drugiej. Wyróżnia się więc uniport (jedna cząsteczka przez białko), symport (dwie cząsteczki w tym samym kierunku), antyport (dwie cz. w przeciwnym kierunku). Transport aktywny polega na przenoszeniu substancji wbrew gradientowi przy zużyciu energii (z ATP; np. pompa sodowo-potasowa, powodująca wyrzucenie z komórki 3 jonów Na przy pobraniu dwóch, jest to transport aktywny pierwotny; wtórny polega na tym, że wyprodukowana różnica potencjałów wpływa na przenoszenie np. glukozy w komórkach jelita.
Transport substancji wielkocząsteczkowych odbywa się na zasadzie pinocytozy (pobieranie substancji płynnych) (jej odmianą jest transcytoza, czyli pęcherzyki przechodzą przez cytoplazmę w formie niezmienionej) oraz fagocytozy (pobieranie substancji stałych; tylko makrofagi, granulocyty, kom. Sertoliego zdolne do pobierania fagosomów); endocytoza lipoproteidów, wirusów, czynników wzrostu czy hormonów może odbywać się przy udziale receptorów i wymagana jest do tego klatryna otaczająca zagłębienia.
Receptory śródkomórkowe wiążą cząsteczki przechodzące przez błonę (np. hormony steroidowe, pochodne witaminy A) i łączą się z receptorami cytoplazmatyczymi czy sekwencjami DNA. Receptory błonowe wiążą komórki zbyt duże lub zbyt hydrofilowe, nie mogące pokonać błony. Uruchamia to szlaki odpowiedzialne za zmianę konformacji białek kanałowych (zmiana przepuszczalności), regulację transportu innych cząsteczek, np. LDL, interakcję składników macierzy i innych komórek, transfer informacji poprzez aktywację wtórych przekaźników (np. cAMP) oraz przenikanie do wnętrza patogenów. Receptory te dzieli się więc na związane z białkami kanałowymi, receptory cytokin (dwie domeny pozakomórkowe, jedna dla cytokin, druga wiąże białka regulatorowe), receptory katalityczne (domena pozakomórkowa odpowiada za wiązanie ligandu, cytoplazmatyzna – za aktywność katalityczną kinazy białkowej) i receptory związane z białkiem G.
Zbudowane z polimerów alfa- i beta-tubuliny, polimeryzujących w obecności GTP; spolaryzowane. Wspierane przez MAPs (zapobiegają depolimeryzacji). Budują one aksonemę, szlaki transportowe (funkcja realizowana dzięki kinezynie i dyneinie) oraz wrzeciono podziałowe. Polimeryzację tubuliny hamuje kolchicyna. Centriole to zgrupowania mikrotubuli (9 par tripletów), które budują ciałka podstawowe. W komórkach interfazowych występuje zgrupowanie dwóch centrioli, tworzących centrosom, będący miejscem polimeryzacji.
Zbudowane z dwóch łańcuchów F-aktyny zbudowanych z G-aktyny. Są spolaryzowane. Budują szkielet komórki, jej wypustki, odpowiadają za ruch. Inne białka wchodzące w skład to: spektryna i ankirina (łączące z błoną), filamina (tworząca warstwę korową cytoplazmy), żelsolina (zwiększa płynność cytoplazmy poprzez fragmentację filamentów, ułatwia to tworzenie pęcherzyków i zmianę kształtu), miozyny (I – dla pseudopodiów, II – dla skurczu mięśni, V – transport wewnątrzkomórkowy) oraz alfa-aktynina i fibryna (grupują filamenty w pęczki tworzące zrąb mikrokosmków).
Nie ulegają depolimeryzacji w przeciwieństwie do innych filamentów. Tworzą sieć otaczającą jądro, nadają odporność mechaniczną, utrzymują kształt komórki, wzmacniają wypustki (np. w komórkach nerwowych). Dzieli się je na: keratynowe (z cytokeratyn i filagryny utrzymującej pęczki; w nabłonku), wimentynowe i wimentynopodobne (z wimentyny i plektyny utrzymującej pęczki; w tkance łącznej pochodzenia mezenchymalnego), desminowe (z desminy, wimentyny i synaminy utrzymującej pęczki; w liniach Z i mięśniach gładkich), gliofilamenty (z GFAP i wimentyny; w astrocytach), neurofilamenty (utrzymujące aksony i dendryty) oraz laminy jądrowe (tworzą blaszkę jądrową i mocują chromatynę)
Zbudowane z białek i rRNA, tworzą go dwie podjednostki (40S i 60S, razem dające 80S), zgrupowanie rybosomów w cytoplazmie to ergastoplazma. Syntezują białka, mała podjednostka dopasowuje jednostki tRNA do kodonów, duża – wytwarza wiązania; gdy pojawia się na początku peptydu sekwencja sygnałowa, rybosom przyłącza się do rER (wtedy białko idzie na eksport).
Dzieli się na dwa rodzaje – gładką i szorstką. Szorstka (rER) łączy się z otoczką jądrową i jest miejscem przyczepu rybosomów dzięki białku dokującemu (rozpoznającemu SRP rybosomu), ryboforynom przyczepiającym rybosom i enzymom modyfikującym syntezowany peptyd. Jej duże ilości występują w komórkach plazmatycznych, gruczołu mlekowego czy trzustki. Gładka odpowiada za syntezę lipidów, przemiany hormonów steroidowych, segregację i modyfikację białek, detoksykację i magazynowanie glikogenu i lipidów. Jej odmianą jest siateczka sarkoplazmatyczna (magazyn Ca w mięśniach).
Zbudowany z diktiosomów, tworzonych przez kilka cystern. Cysterny bliższe to cis (bieguny formowania), dalsze – trans (bieguny dojrzewania), pomiędzy nimi – pośrednie. Obecne liczne pęcherzyki transportujące (nowe pęcherzyki to pęcherzyki opłaszczone koatomerami), przenoszone dzięki mikrotubulom (kinezyna odpowiada za transport od aparatu, dyneina – do aparatu). Na biegunie dojrzewania powstają pęcherzyki hydrolazowe, które przekształcają się w lizosomy. W cysternach cis i pośrednich białka ulegają modyfikacji, w trans – pakowaniu i rozdzieleniu.
Pęcherzyki, unieczynniają toksyczne substancje za pomocą katalazy (rozkładającej nadtlenek wodoru), biorą udział w beta-oksydacji kwasów tłuszczowych, syntezie lipidów czy fosfolipidów; licznie występują w wątrobie, kanalikach nerkowych.
Cylindryczne, białkowe organelle odpowiedzialne za pozalizosomalną hydrolizę uszkodzonych białek, naznaczonych wcześniej ubikwityną.
Otoczone błoną pęcherzyki zawierające hydrolazy – peptydazy, glikozydazy i estrazy. Lizosomy pierwotne zawierają pompę protonową, utrzymującą niskie pH optymalne do działania enzymów. Dzięki glikoproteinom błona jest nieprzepuszczalna dla hydrolaz, co chroni komórkę przed samostrawieniem. Lizosomy trawiące to lizosomy wtórne, dzieli się je na autosomy (trawią materiał własny komórki) i heterosomy (trawią materiał pozakomórkowy), pozostawiając po trawieniu ciałko resztkowe.
Wytwarzają i przetwarzają energię potrzebną komórce. Błona zewnętrzna z licznymi porynami, przepuszczającymi cząsteczki, przestrzeń międzybłonowa z kwaśnym pH, obecne ATP wytworzone w procesie fosforylacji oksydatywnej, w niektórych miejscach błony łączą się ze sobą, by umożliwić transport metabolitów z pominięciem przestrzeni; błona wewnętrzna z grzebieniami (jeśli blaszkowate, to mitochondrium jest blaszkowate, jeśli rurkowate – to tabularne, charakterystyczne dla kom. syntezujących hormony steroidowe), zawiera kardiolipinę, co zapewnia nieprzepuszczalność dla małych jonów, co umożliwia wytworzenie gradientu elektrochemicznego; obecne enzymy łańcucha oddechowego i syntetazy ATP, macierz mitochondrialna z enzymami cyklu Krebsa i beta-oksydacji kwasów tłuszczowych, obecne koliste mitochondrialne DNA, rybosomy itp. Mitochondria odpowiedzialne są za steroidogenezę.
Wtręty cytoplazmatyczne to np. ziarna glikogenu, lipidów, twory krystaliczne czy wtręty barwnikowe.
Komórki posiadają zazwyczaj jedno jądro, dwa mają niektóre kom. wątroby i chrząstki, wiele – osteoklasty, kom. szpiku i poprzecznie prążkowane mięśni. Są komórki pozbawione jąder – erytrocyty, włókna soczewki oka, rogowaciejące naskórka. Jądro jest zazwyczaj kuliste lub wydłużone, rzadziej segmentowane.
Otoczka jądrowa składa się z dwóch błon; zewnętrzna wykazuje ciągłość z siateczką śródplazmatyczną szorstką i też jest miejscem przyczepu rybosomów; wewnętrzna jest wzmocniona blaszką jądrową (z lamin) która nadaje kształt jądru. W miejscach połączenia błony wewnętrznej i zewnętrznej występują pory otoczki jądrowej zbudowane z nukleoporyn, które tworzą dwa pierścienie obwodowe i pierścień centralny, połączone włókienkami białkowymi. Przez nie przedostają się małe cząsteczki, a białka muszą zawierać sygnał lokalizacji jądrowej NLS, które są rozpoznawane przez importyny i transportyny; białka eksportowane mają sekwencję sygnałową NES rozpoznawaną przez eksportyny.
Chromatyna zbudowana jest głównie z DNA, które dzieli się na powtarzalny i niepowtarzalny DNA. Powtarzalny wchodzi w skład satelitarnego DNA, który podlega transkrypcji na rRNA i tRNA; niepowtarzalny – głównej frakcji dający hn RNA, a po wycięciu intronów – mRNA. Histony to białka odpowiedzialne za upakowanie chromatyny. Białka niehistonowe to białka strukturalne odpowiedzialne za przestrzenną organizację chromatyny i jej przemieszczanie się (np. laminy), białka enzymatyczne to te odpowiedzialne za przemiany kwasów nukleinowych i histonów; i białka regulatorowe odpowiedzialne za regulację transkrypcji.
Chromatyna jest upakowywana początkowo w formie nukleosomu, zbudowanego z oktameru histonowego i podwójnej helisy DNA, spięte przez histon H1. Takie koraliki tworzą nukleofilament, który dzięki oddziaływaniu H1 tworzą solenoidy (przez spiralizację nukleofilamentów; te z udziałem białek niehistonowych mogą być pakowane w system spętlonych domen, a podczas profazy powstaje chromatyda z topoizomerazą II, która zabezpiecza chromatynę przed nieodwracalnym splątaniem.
Euchromatyna to chromatyna skondensowana w solenoidy i nukleofilamenty. Tam zachodzi transkrypcja genów. Heterochromatyna jest mocniej skondensowana, wyróżnia się konstytutywną (z powtarzalnym DNA, nie zawierającej genów struktury, tworzy satelity w chromosomach) i fakultatywną (czasowo spakowaną euchromatynę, buduje np. ciałko Barra).
Jąderko to miejsce syntezy rRNA, zbudowane z centrum włóknistego (satelitarne DNA i białka transkrypcyjne), gęstego składnika włóknistego (pre-rRNA i fibrylaryna oraz nukleolina) i składnika ziarnistego (prekursory podjednostek rybosomów).
Faza S – podwojenie DNA z 2c do 4c, synteza histonów, replikacja centriol
G1 – zwiększenie liczby organelli, masy komórki
G2 – synteza tubuliny i składników błony komórkowej
Regulacja cyklu komórkowego zależy od kinaz białkowych zależnych od cyklin. Przejście z fazy G1 do S zależne jest od kompleksu cyklinaD-Cdk2, z G2 do mitozy – mitotyczna cyklina B-Cdk2. Podziały mogą być hamowane przez czynniki wzrostu czy geny regulatorowe.