2. Komórka jako podstawowa jednostka budulcowa organizmów

2.1. Model budowy komórki prokariotycznej i eukariotycznej

W toku ewolucji istot żywych doszło do znacznego zróżnicowania komórek pod wzglę­dem wielkości, kształtu oraz funkcji. Mimo tych różnic, wszystkie komórki wykazują za­sadniczą jedność składu i funkcji, wynikającą ze wspólnego pochodzenia. Oznacza to mię­dzy innymi, że zarówno komórki prokariotyczne, jak i eukariotyczne¹ mają podobne nie tylko cząsteczki chemiczne, ale także podstawowe struktury komórkowe (ryc. 2.1). Ele­menty te tworzą harmonijnie współdziałającą całość.

Każda żywa komórka musi się oddzielić od środowiska w sposób umożliwiający wybiórczą wymianę substancji z otoczeniem. Oddzieleniu od środowiska służy błona komór­kowa. Środowisko wewnętrzne komórki, w którym zachodzą podstawowe procesy życiow­e, tworzy bardzo złożony roztwór wodny - cytozoI (nazywany cytoplazmą).

Synteza naj­bardziej skomplikowanych i zróżnicowanych cząsteczek - białek - zachodzi w "minifabry­kach", którymi są rybosomy. Prawie każda komórka ma też "centrum sterowania funkcjami życiowymi" zawierające materiał genetyczny.

W komórce prokariotycznej centrum tyml jest skupienie materiału genetycznego - genofor.

Jak wiecie komórki eukariotyczne mają znacznie bardziej złożoną budowę. Przede wszystkim występuje w nich jądro komórkowe - oddzielone od cytozolu otoczką jądrową centrum sterowania". W cytozolu mogą występować ponadto inne wyspecjalizowane orga­elle błoniaste: mitochondria (zachodzą w nich etapy procesu utleniania wewnątrzkomór­owego), aparaty Golgiego (odpowiadające m.in. za wydzielanie makrocząsteczek), lizoso. y (zawierające enzymy trawienne) czy peroksysomy (mające enzymy utleniające niektóre związki organiczne). Wnętrze komórek eukariotycznych podzielone jest błonami siateczki

śródplazmatycznej. Błony współtworzące organelle błoniaste oraz elementy cytoszkieletu są cechą specyficzną komórek eukariotycznych. Dla komórek roślin i części protistów charakterystyczne są też inne organelle: wakuole oraz chloroplasty. W tych ostatnich zachodzi fotosynteza. Komórki prokariotyczne, części protistów, roślin oraz grzybów osłonięte są do-

datkowo ścianą komórkową o różnej budowie.

Komórki prokariotyczne mierzą przeciętnie kilka mikrometrów, są więc zwykle o rząd wielkości mniejsze niż komórki eukariotyczne, osiągające najczęściej od kilkunastu do kil-

dziesięciu mikrometrów.

W tkankach miękiszowych i nabłonkowych kształt komórek jest często równościenny

(oznacza to, że powierzchnie boczne komórek są zasadniczo takie same, podobne do kostki do gry) lub zbliżony do kuli. Oczywiście w pewnych warunkach taki kształt wcale może nie być korzystny, na przykład tam, gdzie w otoczeniu jest mało tlenu. Zwykle forma przestrzenna przyjmowana przez komórkę eukariotyczną jest istotną pochodną­ jej funkcji (przypomnij sobie budowę tkanek roślinnych i zwierzęcych).

Ze względu na obecność ściany komórkowej u prokariontów, roślin, grzybów i części protistów kształty komórek są w zasadzie stałe. Niekiedy kształty komórek zwierzęcych i komórek niektórych protistów mogą ulegać znacznym zmianom. Przykładem mogą być komórki odpornościowe, mające zdolność ruchu pełzakowatego.

Błona komórkowa

Budowę błony komórkowej najlepiej wyjaśnia model płynnej mozaiki. Mająca zaled­wie kilka nanometrów (nm) grubości błona komórkowa oddziela komórkę od środowiska pozakomórkowego oraz zapewnia z nim kontakt. Składnikami błony komórkowej są za­wsze lipidy oraz białka. Spośród tych pierwszych najwięcej jest fosfolipidów. Jak już wspomniano, cząsteczki takie mają charakter polarny - jeden ich koniec dobrze rozpusz­cza się w wodzie, drugi zaś w tłuszczach. W błonach występują także takie lipidy, jak na przykład cholesterol (nie ma go w błonach komórek roślinnych i bakterii). Niewielką, ale ważną dla błony komórkowej grupę tłuszczowców tworzą glikolipidy (por. dalej).

Podwójna warstwa (dwuwarstwa ) odpowiednio ułożonych fosfolipidów tworzy zrąb (podstawę) błony (ryc. 2.2). Ze zrębem powiązane są liczne białka błonowe, na przykład wzmacniające błonę, receptorowe lub transportowe.

Niektóre białka błonowe są całkowicie lub w znacznym stopniu zanurzone w zrębie.

Cząsteczki te zawierają rejon hydrofilowy, w którym przeważają aminokwasy rozpusz­czalne w wodzie, i rejon hydrofobowy, zbudowany głównie z aminokwasów, które się w wodzie nie rozpuszczają. Część hydrofobowa umożliwia przestrzenne wpasowanie całej cząsteczki do wnętrza błony. Najczęściej białka zanurzone w zrębie są tak duże, że ich re­jony hydrofilowe wręcz wystają z błony. Inne białka nie są zanurzone w zrębie i łączą się z nim, na przykład przez słabe wiązania kowalencyjne z innymi białkami błonowymi.

Zarówno składniki lipidowe, jak i białkowe są rozmieszczone w błonie komórkowej asymetryczni e - jest to asymetria błony komórkowej. Oznacza to, że każda warstwa błony ma nieco inny skład i właściwości, na przykład glikolipidy znajdują się w zewnętrznej war­stwie błony i ich cukrowe łańcuchy tworzą na zewnątrz cieniutką warstewkę - glikokaliks. Chroni on komórkę zwierzęcą przed niewielkimi uszkodzeniami mechanicznymi, jego skład chemiczny ma natomiast istotne znaczenie w rozpoznawaniu własnych i obcych ko­mórek przez układ odpornościowy (por. podrozdz. 6.5).

Lipidy tworzące błonę komórkową nieustannie się poruszają i zamieniają miejscami w obrębie płaszczyzny błony (ściślej: w obrębie jednej warstwy). Dzięki temu błona zacho­wuje się jak płyn. Właściwość ta nazywana jest płynnością błony komórkowej i pozwala między innymi na dość swobodne i szybkie przemieszczanie się części białek błonowych, ułatwia też zlewanie się błon w czasie ich rozbudowy. Inną, bardzo ważną cechą błony ko-

mórkowej jest wybiórcza (selektywna) przepuszczalność. Na przykład tlen, dwutlenek wę­gla, woda i mocznik przenikają, czyli dyfundują przez błonę swobodnie (ryc. 2.3 A). Nato­miast takie niewielkie cząsteczki rozpuszczalne w wodzie, jak na przykład glukoza czy sacharoza, samorzutnie, lecz słabo przenikają przez lipidowy zrąb błony, a substancje wiel­kocząsteczkowe, takie jak białka czy kwasy nukleinowe, nie przenikają wcale. W tej sytu­acji intensywną wymianę substancji przez błony zapewniają przede wszystkim odpowied­nie białka transportowe. Mogą wspomagać dyfuzję (ryc. 2.3 B), a nawet aktywnie przemieszczać cząsteczki substancji wbrew gradientowi stężeń (ryc. 2.3 C). Dzięki temu nawet pojedyncza komórka może (w dość wąskich granicach) utrzymywać homeostazę

---