Budowa komórki prokariotycznej
Ściana komórkowa
Kształt komórki determinuje ściana komórkowa, która dodatkowo chroni komórkę przed pęknięciem w wyniku zwiększonego napływu wody do jej wnętrza. U bakterii właściwych (czyli także sinic) zbudowana jest z mureiny. Bakterie nie posiadają ściany komórkowej.
U bakterii grubość ściany komórkowej warunkuje, jaki będzie rezultat barwienia metodą Grama. Te pierwsze (G+) mają ścianę o grubości 15-50 nm, zaś drugie (G-) kilkukrotnie cieńszą, 2-10 nm. Różnica ta pociąga za sobą także odmienności w fizjologii i wrażliwości na leki między obiema grupami bakterii.
Otoczka Większość bakterii żyjących w glebie, wodzie lub pasożytujących wytwarza śluzowate otoczki, pod względem chemicznym zbudowane z wielocukrów lub z białek (często glikozylowanych). Otoczka taka pełni funkcję ochronną przed wyschnięciem oraz, u pasożytów, uniemożliwia związanie białek powierzchniowych bakterii przez receptory komórek żernych i zarazem fagocytozę zarazka.
Rzęski Występujące u mikroorganizmów rzęski – różniące się budową od rzęsek występujących u Eucaryota – umożliwiają ruch, zaś fimbrie pozwalają przylegać do komórek zwierzęcych (np. w celu zainfekowania ich) lub uczestniczyć w jednym z procesów parapłciowej wymiany informacji genetycznej między różnymi osobnikami tego samego gatunku, tzw. koniugacji. Rzęski składają się ze spiralnie skręconych włókien flageliny, zaś fimbrie z cienkich delikatnych białkowych rurek sterczących z cytoplazmy.
Błona komórkowa zbudowana jest z dwóch warstw fosfolipidów oraz zakotwiczonych w nich białek – jest to typowy dla wszystkich organizmów model budowy błony plazmatycznej. W stosunku do jądrowych odmienny jest skład chemiczny błony: u akariontów dominują nasycone kwasy tłuszczowe oraz nie występuje cholesterol. U bakterii gramdodatnich błona cytoplazmatyczna występuje jedynie po wewnętrznej stronie, zaś u gramujemnych po obu stronach ściany komórkowej.Błona komórkowa jest niezbędna do przeżycia mikroorganizmu. Odpowiada za pobieranie wody, soli mineralnych i pokarmu, wydzielanie substancji na zewnątrz (np. enzymów trawiennych), odbieranie bodźców ze środowiska zewnętrznego oraz procesy metaboliczne komórki. Możliwe jest to dzięki zespołom białek transporterów cząstek pokarmu, przenośników elektronów, białek systemu sekrecji, itd.
Cytoplazma i genofor Przestrzeń ograniczoną błoną wypełnia cytoplazma (cytozol). Jest to układ koloidalny białek zawieszonych w roztworze wodnym, także białek katalizujących reakcje biochemiczne komórki (enzymów).
Materiał genetyczny stanowi kolisty, dwuniciowy DNA, zwany genoforem, nukleoidem lub chromosomem bakteryjnym. DNA komórki nie jest osłonięty błoną i pływa dość swobodnie w cytoplazmie. Genofor zajmuje stosunkowo małą powierzchnię do swojej długości w wyniku silnego poskręcania stabilizowanego przez białka histonopodobne. Częstym jest, że oprócz nukleoidu w komórce mikroorganizmów występują znacznie mniejsze, również koliste cząsteczki DNA zwane plazmidami. Plazmidy mogą być przekazywane na komórki potomne lub na inne komórki w procesach koniugacji, transformacji i transdukcji, czego konsekwencją jest przekazanie zakodowanych w plazmidzie właściwości.
Rybosomy Gęsto rozsiane w komórce rybosomy zbudowane są, podobnie jak u jądrowych, z RNA. Morfologicznie także składają się z większej i mniejszej podjednostki, które łączą się ze sobą po przyłączeniu mRNA do kompleksu inicjującego. Stanowią miejsce syntezy białek.
Chromatofor Aparat fotosyntezy występuje u sinic
Budowa komórki eukariotycznej Budowa komórki zwierzęcej: 1 – jąderko; 2 – błona jądra komórkowego; 3 – rybosom; 4 – pęcherzyk; 5 – szorstkie retikulum endoplazmatyczne; 6 – aparat Golgiego; 7 – mikrotubule; 8 – gładkie retikulum endoplazmatyczne; 9 – mitochondrium; 10 – wakuole; 11 – cytoplazma; 12 – lizosom; 13 – centriola.
Budowa typowej komórki roślinnej: a – plasmodesma; b – błona komórkowa; c – ściana komórkowa; 1 – chloroplast (d – błona tylakoidu; f – ziarnistość w stromie); 2 – wakuola (f – wakuola; g – tonoplast); h – mitochondrium; i – peroksysom; j – cytoplazma; k – pęcherzyki; l – szorstkie ER; 3 – jądro (m – pory w otoczce jądrowej; n – błona jądrowa; o – jąderko); p – rybosom; q – gładkie ER; r, s – aparat Golgiego; t – elementy cytoszkieletu.
Ściana komórkowa Ściana komórkowa grzybów zbudowana jest najczęściej z chityny (rzadziej z celulozy i innych związków), zaś roślin z włókien celulozowych tworzących mikrofibryle zatopione w macierzy. Macierz ta składa się głównie z wody, hemiceluloz, pektyn i białek.
U roślin, wraz z wiekiem, zmieniają się skład i właściwości ściany komórkowej. Tzw. ścianę pierwotną, pojawiającą się w komórce roślinnej zaraz po jej powstaniu, cechuje duża wytrzymałość na rozciąganie oraz stosunkowo duża zawartość wody. Często pierwotna ściana roślin jest cienka, choć nie jest to regułą. W momencie zakończenia wzrostu komórki, między protoplastem (żywą częścią komórki, czyli błoną i organellami), a ścianą pierwotną, powstaje Ściana wtórna. Cechuje ją mniejsza zawartość wody, a większa celulozy i hemiceluloz oraz odporność na ściskanie i inne bodźce mechaniczne. Często jest gruba, choć to także nie jest regułą. Wtórna ściana komórkowa roślin może ulegać różnym modyfikacjom, jak np. inkrustacja.
Błona komórkowa i mechanizmy poruszania się komórek
Błona komórkowa (plazmolemma) otacza całą komórkę. U eukariontów posiadających ścianę komórkową zawsze występuje po stronie wewnętrznej tej ściany. Plazmolemma zbudowana jest podobnie, jak u bakterii właściwych: składa się z dwóch warstw fosfolipidów oraz zanurzonych w nich białek. W budowie lipidów błonowych komórek jądrowców dominują nienasycone kwasy tłuszczowe. Białka zanurzone w plazmolemmie pełnią funkcje receptorów, białek kanałowych, czy enzymatycznych, które odpowiadają za pobieranie wody, soli mineralnych i substancji odżywczych, wydzielanie substancji na zewnątrz (np. produktów przemiany materii), obieranie bodźców ze środowiska zewnętrznego, itd. Ponadto struktury białek wraz z skoordynowanymi innymi cząsteczkami, tak zwany glikokaliks, komórkom bardziej złożonym organizmów nadaje tożsamość antygenową, co warunkuje m.in. występowanie różnych grup krwi.
U części protistów jak i niektórych komórek zwierzęcych przelewanie cytoplazmy powodujące uwypuklanie błony umożliwia przemieszczanie się tych komórek. Nazywane jest to ruchem pełzakowatym (ameboidalnym). Ruch ten jest możliwy dzięki występowaniu w komórkach cytoszkieletu.
Występowanie wici i rzęsek na powierzchni komórek także umożliwia ruch w środowisku wodnym. Wici występują zwykle pojedynczo i są znacznie dłuższe od rzęsek występujących bardzo licznie wokół całej komórki. Obie struktury zbudowane są podobnie, z mikrotubul. W "trzonku" mikrotubule tworzą dublety, dziewięć ułożonych okrężnie i jeden w centrum. U podstawy rzęsek i wici znajduje się kinetosom (homologiczny do centrioli) zbudowany z 9 ułożonych okrężnie trypletów mikrotubul .
Siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego Wewnątrz błony komórkowej znajdują się organella oraz cytozol (cytoplazma). Cytoplazma, podobnie jak u Procaryota, jest białkowym koloidem. Charakter koloidalny pozwala na utrzymywanie w cytoplazmie organelli ponad spodnią powierzchnią błony komórkowej, tak jakby organella były zawieszone w komórce.
Retikulum endoplazmatyczne (siateczka śródplazmatyczna) i błony organelli wyznaczają wewnątrz komórki oddzielone od siebie przestrzenie (kompartmenty), dzięki czemu możliwe jest wytworzenie i utrzymywanie różnych warunków w różnych przestrzeniach tej samej komórki, a co za tym idzie – przeprowadzania w jednym czasie wielu procesów wymagających odmiennych warunków reakcji.
Pod względem budowy, błony te są podobne do plazmolemmy. Najważniejsze różnice dotyczą tego, że są one cieńsze, zawierają więcej białek, a znacznie mniej cholesterolu oraz nie zawierają glikokaliksu.
Samo retikulum endoplazmatyczne jest zróżnicowane – wyróżnia się dwie jego formy: siateczka śródplazmatyczna szorstka i siateczka śródplazmatyczna gładka. ER gładkie występuje w postaci kanalików, zaś szorstkie w postaci cystern. Stosunek ilościowy między ER szorstkim, a gładkim jest zmienny i zależy od stanu czynnościowego komórki.
ER gładkie jest miejscem biosyntezy lipidów, przemian sterydów, gromadzenia jonów wapniowych Ca2+oraz detoksykacji trucizn, leków, itd. Od błon siateczki śródplazmatycznej gładkiej mogą oddzielać się pęcherzyki, które przekształcają się w wakuole i mikrociała.
Na zewnętrznej powierzchni siateczki śródplazmatycznej szorstkiej występują rybosomy (widoczne w mikroskopie jako ziarnistości). Są one, podobnie jak u bezjądrowych, zbudowane z dwóch podjednostek, mają taki sam skład chemiczny oraz pełnią taką samą funkcję (są miejscem biosyntezy białek), niemniej różnią się od nich wielkością. W cytoplazmie znajdują się także rybosomy wolne - nie związane z błonami. Rybosomy w komórkach jądrowców występuję także w mitochondriach i plastydach. Inną, poza retikulum endoplazmatycznym, błoniastą strukturą komórki jest zlokalizowany najczęściej w pobliżu jądra aparat (układ) Golgiego. Jest on zbudowany z grup spłaszczonych cystern wraz z odpączkowującymi od nich pęcherzykami (co stanowi tzw. diktiosomy) i odpowiada głównie za modyfikację białek i procesy ich segregacji, transportu do innych organelli lub wydzielania na zewnątrz. Powierzchnię odpowiedzialną za syntezę nazywa się mianem cis, zaś tę odpowiadającą za dojrzewanie i sortowanie – trans.
Mitochondria, organella odpowiedzialne za oddychanie komórkowe, zbudowane są z dwóch błon, zewnętrznej i wewnętrznej. Błona wewnętrzna jest silnie pofałdowana (wyróżnia się wpuklone części błony, tzw. grzebienie mitochondrialne), dzięki czemu zwiększona jest powierzchnia reakcji biochemicznych (zwłaszcza procesu utleniania końcowego, zwanego także nieformalnie łańcuchem oddechowym). Przestrzeń międzybłonową, często bardzo wąską, wypełnia cytoplazma, zwana tutaj macierzą mitochondrialną (matrix mitochondrialnym), w której także zachodzą reakcje oddychania komórkowego: reakcja pomostowa oraz cykl Krebsa (kwasów trikarboksylowych).
W macierzy mitochondrialnej znajdują się rybosomy. Pozwala to na przyrost liczby mitochondriów w wyniku namnażania zbliżonego do podziałów u wolno żyjących Procaryota. Mitochondria mają kształt kulisty lub wydłużony. W komórkach występują licznie, często jest ich kilkaset tysięcy sztuk. U kręgowców, liczność mitochondriów jak i grzebieni mitochondrialnych regulowana jest hormonalnie poprzez hormony tarczycy.
Plastydy W komórkach roślinnych znajdują się także niewystępujące u zwierząt plastydy. Jedne z nich, zwane chloroplastami, są miejscem w którym zachodzi reakcja fotosyntezy polegająca na wytworzeniu cukrów ze związków nieorganicznych, z wykorzystaniem energii świetlnej.
Chloroplasty (ciałka zieleni) są otoczone dwiema błonami o różnej przepuszczalności, które otaczają stromę wypełniającą wnętrze chloroplastu. Błona zewnętrzna dobrze przepuszcza jony. Wewnętrzna błona jest natomiast słabo przepuszczalna i tworzy liczne woreczki (zwane tylakoidami), które ułożone jeden na drugim budują struktury zwane granami. W granach znajduje się chlorofil, aktywny barwnik, biorący udział w zależnej od światła fazie fotosyntezy.Wnętrze chloroplastu wypełnia stroma. Stroma tylakoidów jest miejscem, gdzie zachodzą reakcje produkcji glukozy.
Jądro komórkowe gromadzi większość DNA komórki. Występuje zazwyczaj pojedynczo, choć znane są komórki pozbawione jądra, jak i komórki zawierające ich po kilka, jak np. mięśnia sercowego.Jądro otoczone jest przez podwójną błonę (otoczkę) jądrową. Wewnątrz niej znajduje się chromatyna, jąderko oraz macierz zwana kariolimfą lub nukleoplazmą. Otoczka jądrowa zbudowana jest z dwóch błon. Nie jest ona strukturą ciągłą - przerwy w otoczce zwane porami jądrowymi, umożliwiają m.in. transport syntezowanego w jądrze mRNA (matrycy w biosyntezie białek) do cytoplazmy, gdzie na rybosomach biosynteza ta ma miejsce. Transport ten regulują białka zlokalizowane na obrzeżach prześwitu poru, tworzące tak zwany kompleks porowy. Błona zewnętrzna ponadto połączona jest z ER szorstkim i także na jej powierzchni zaobserwować można rybosomy. Wewnątrz jądra komórkowego, w kariolimfie, znajduje się chromatyna i to ona stanowi główny magazyn informacji genetycznej. W czasie podziałów komórkowych chromatyna ulega kondensacji w chromosomy.
Jąderko jest kulistą, często pojedynczą, strukturą wewnątrz jądra komórkowego nie otoczoną żadną błoną. Pod względem chemicznym zbudowane jest głównie z białek i, w mniejszym stopniu, z RNA i DNA. Odpowiada za wytwarzania rRNA oraz składanie rybosomów.
Jąderko po podziale powstaje poprzez kondensację części chromosomu (lub kilku chromosomów) zwanych obszarami jąderkotwórczymi.
Centriole W cytoplazmie komórki zwierzęcej, w pobliżu jądra komórkowego zlokalizowane są dwie centriole – większa centriola matczyna i mniejsza centriola potomna – biorące udział w powstawaniu wrzeciona kariokinetycznego i tym samym w rozdziale materiału genetycznego w telofazie mitozy i mejozy. Centriole powstają w wyniku samoreplikacji w tym samym czasie, kiedy namnażane jest DNA.
Wodniczki W komórkach, zwłaszcza roślinnych, występują wakuole pełniące funkcję magazynu wielu substancji, zarówno organicznych , jak i nieorganicznych (głównie wody). Utrzymują turgor komórki oraz mogą pełnić wiele innych funkcji, zależnie od ich składu.