Jak zbudowane są komórki organizmów?

Komórkowa teoria budowy organizmów

• Na początku XIX wieku Theodor Schwann i Matthias Schleiden sformułowali teorię komórkowej budowy organizmów:

1. Wszystkie organizmy zbudowane są z komórek.2. Komórka jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalna każdego

organizmu.• Teoria ta dała podstawy do rozwoju współczesnej biologii.

Komórka to podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna każdego organizmu, zdolna do spełniania różnych funkcji życiowych, tj. oddychania, odżywiania, rozmnażania , wzrostu.

Kształt komórki może być bardzo różny. Pierwotnie kształt ten zbliżony jest do kuli, ale komórki wyspecjalizowane, wchodzące w skład tkanek mają bardzo różnorodne kształty, co wiąże się z pełniona przez nie funkcja.

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 μm), a u zwierząt komórka strusiego jaja o średnicy 30 cm.Komórki nerwowe u dużych zwierząt mogą osiągać długość do 1m.

Komórki zasadniczo dzieli się na:- prokariotyczne (bezjądrzaste) - eukariotyczne (jądrzaste).

Nieposiadająca jądra komórkowego. Zamiast jądra występuje nukleoid –obszar

zawierający nić DNA, nieoddzielony od cytoplazmy żadną błoną. Komórka ta ma

prosta budowę, spotykana jest u bakterii i sinic.

Posiadająca jądro komórkowe oraz liczne organella

komórkowe. Ten typ komórki stanowi podstawę budowy

wszystkich organizmów wielokomórkowych i większości

jednokomórkowych (wyjątek bakterie i sinice).

KOMÓRKA

prokariotyczna eukariotyczna

• Prokariotyczna

- bakteryjna

• Eukariotyczna- roślinna

- grzyba

- zwierzęca

Ściana komórkowa • Nadaje kształt komórce• Chroni wnętrze komórki przed niekorzystnym

wpływem czynników środowiska• Umożliwia kontakt z sąsiednimi komórkami,

dzięki obecności w niej jamek• Jest martwym elementem komórki

Plasmodesma– połączenie międzykomórkowe występujące w komórce roślinnej (oraz w komórkach grzybów, sinic i bakterii), pasma cytoplazmy i siateczki śródplazmatycznej (retikulum endoplazma tyczne) przechodzące przez szczeliny (jamki) w ścianie komórkowej. Plasmodesmy łączą ze sobą protoplasty komórek, które sąsiadują ze sobą. Dzięki nim komórki w łatwy sposób mogą wymieniać pomiędzy sobą różne substancje.

Błona komórkowa (plazmalemma)Budowę błony komórkowej wyjaśnia model płynnej mozaiki. Podstawę

(zrąb) tworzy podwójna warstwa fosfolipidów (1), których „głowy” (2) zwrócone są na zewnątrz w stronę środowiska wodnego, natomiast łańcuchy kwasów tłuszczowych (3) skierowane są do wewnątrz. W zrębie i na powierzchni rozmieszczone są mozaikowo różnego rodzaju białka (4), np. wzmacniające, transportowe, receptorowe.

Błona komórkowa

• Jest wybiórcza – selektywna. Oznacza to, że woda i substancje drobnocząsteczkowe rozpuszczalne w tłuszczach przenikają przez błonę swobodnie, natomiast nawet niewielkie cząsteczki rozpuszczalne w wodzie przenikają słabo, a substancje wielkocząsteczkowe, takie jak białka, czy kwasy nukleinowe – wcale.

• Jest elastyczna oraz ma półpłynną konsystencję, dzięki czemu możliwa jest zmiana kształtu komórek.

• Jest wrażliwa na bodźce – ma zdolność odbierania sygnałów ze środowiska zewnętrznego.

Funkcje:• oddziela komórkę od środowiska pozakomórkowego• otacza wszystkie składniki komórki• pełni funkcję ochronną• odpowiada za wrażliwość

Rodzaje transportu substancji przez błonę

• Dyfuzja prosta - jest to proces bierny (nie wymagający nakładu energii z zewnątrz) w wyniku którego cząsteczki roztworu przemieszczają się zgodnie z gradientem stężeń (z obszaru o większym stężeniu (A) do obszaru o mniejszym stężeniu (B) ). Takie właściwości mają cząstki O2, CO2. Ruch cząsteczek ustaje po wyrównaniu się ich stężenia w roztworze.

A

B

Rodzaje transportu substancji przez błonę

Dyfuzja ułatwiona (wspomagana) - polega na transporcie cząsteczek zgodnie z gradientem stężeń, za pomocą specjalnych przenośników (1). Proces ten umożliwia przechodzenie przez błonę cząstek, które ze względu na wielkość nie mogą przechodzić przez błonę na drodze dyfuzji prostej (wiele jonów i substancji odżywczych). Dyfuzja wspomagana nie wymaga nakładu energii! Za pomocą dyfuzji wspomaganej odbywa się transport glukozy przez błonę krwinek czerwonych i mięśni szkieletowych.

1

Rodzaje transportu substancji przez błonę

Transport aktywny - transport substancji wbrew gradientowi stężeń z wykorzystaniem energii (1) pochodzącej bezpośrednio z rozkładu ATP.

1

Cytoplazma

• Wypełnia wnętrze komórki• Jest substancją galaretowatą, elastyczną,

lepką, ciągliwą• Głównym jej składnikiem jest woda,

a także białka, tłuszcze, węglowodany i związki mineralne

• Jest środowiskiem wszystkich procesów życiowych

Ruch rotacyjny cytozolu wokół wakuoli Ruch pulsacyjny cytozolu wokół wakuoli Ruch cyrkulacyjny cytozolu wokół wakuoli

Organelle komórkowe

• Każda komórka zawiera liczne struktury, zwane organellami

• Organella te są odpowiedzialne za konkretne zadania.

• Nie wszystkie one jednak występują w każdej komórce. Komórki wszystkich organizmów, oprócz wielu cech wspólnych, różnią się przede wszystkim występowaniem opisanych dalej struktur komórkowych

A teraz o budowie komórki eukariotycznej i funkcjach poszczególnych jej elementów

Jądro komórkowe

Składa się z otoczki jądrowej (1), kariolimfy (4), chromatyny (6) oraz jąderka (3). Otoczka jądrowa składa się z dwóch błon plazmatycznych. Jest „poprzebijana” otworami – porami jądrowymi (2), dzięki którym możliwa jest wymiana substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą. Zewnętrzna błona jądrowa przechodzi w błony siateczki śródplazmatycznej szorstkiej (5). Wnętrze jądra wypełnia kariolimfa – sok jądrowy. Tworzy ona płynne środowisko, w którym zanurzona jest chromatyna (6)

Jądro komórkoweU zwierząt jest to największa organella. Wnętrze jądra zawiera

lepki płyn zwany nukleoplazmą, podobny w składzie do cytoplazmy, znajdującej się na zewnątrz jądra.

• Najczęściej ma kształt kulisty i otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową

• Liczne otwory (pory) w błonie jądrowej umożliwiają kontakt z cytoplazmą

• Kieruje czynnościami życiowymi komórki• Nadzoruje i uczestniczy w podziale komórki• Jest nośnikiem informacji genetycznej,

zawartej w kwasach nukleinowych• Jest żywym elementem komórki

Mitochondria

• Stanowią centra energetyczne komórki• W nich odbywa się proces oddychania komórkowego• Komórki, w których zachodzą intensywne procesy

życiowe, mają dużą liczbę mitochondriów• Są żywym elementem komórki

Wakuola (wodniczka)• Stanowi magazyn soku komórkowego, którego głównym

składnikiem jest woda i rozpuszczone w niej białka, cukry, barwniki, substancje zapachowe i trujące, np. nikotyna, chinina, kofeina

• W młodych komórkach roślinnych występuje kilka drobnych wakuoli, w starszych jedna duża, położona centralnie.

• W komórkach zwierzęcych, niezależnie od ich wieku, jest wiele małych wodniczek

• Są martwym elementem komórki

Plastydy• To organelle typowe dla komórek roślinnych.• Wyróżniamy trzy rodzaje plastydów:

1. chloroplasty –zawierają głównie chlorofil, aktywnie uczestniczą w procesie fotosyntezy

2. chromoplasty – zawierają żółty lub pomarańczowo-czerwony barwnik, nadają barwę kwiatom, owocom, korzeniom (np. marchwi), są nieaktywne fotosyntetycznie

3. leukoplasty – są bezbarwne, uczestniczą w produkcji i magazynowaniu materiałów zapasowychPlastydy mogą przechodzić jedne w drugie, np. chloroplasty w chromoplasty (żółknięcie liści, dojrzewanie jabłek)Są żywymi elementami komórki

Siateczka śródplazmatyczna - ER

Stanowi złożony, trójwymiarowy system spłaszczonych błon, kanalików i niewielkich pęcherzyków. Występuje w dwóch zasadniczych postaciach:

• ER szorstkie – na błonach siateczki znajdują się rybosomy (1); jest miejscem syntezy białek

• ER gładkie – nie posiada rybosomów na błonach; jest miejscem syntezy lipidów

ER gładkie (agranularne)

Na powierzchni zewnętrznych błon nie występują rybosomy. Jej główną funkcją jest synteza lipidów. SER jest szczególnie rozwinięta w komórkach specjalizujących się w syntezie niebiałkowych składników organicznych. Przykładami mogą być: komórki śluzowe żołądka i jelita cienkiego.

BŁONY ER

ER szorstkie (granularne)

Na zewnętrznych powierzchniach błon ER zlokalizowane są rybosomy. Jej główną funkcją jest synteza białek przeznaczonych na „eksport”, stąd też licznie występuje m.in. w:

- komórkach nabłonka gruczołowego trzustki (wydzielają enzymy trawienne)

- neuronach bez- i kręgowców (o dużej ilości białek przenośnikowych)

- komórkach kościotwórczych (wydzielają enzymy pomagające przy rekonstrukcji i przebudowie kości).

ER gładkie (agranularne)

Na powierzchni zewnętrznych błon nie występują rybosomy. Jej główną funkcją jest synteza lipidów. SER jest szczególnie rozwinięta w komórkach specjalizujących się w syntezie niebiałkowych składników organicznych. Przykładami mogą być: komórki śluzowe żołądka i jelita cienkiego.

Rybosomy

Są to specjalne organella służące do produkcji białek. Ultrastruktur tych nie oddziela od cytoplazmy żadna błona biologiczna. Z chemicznego punktu widzenia w rybosomach występują dwa zasadnicze składniki: rybosomalny RNA (rRNA) i białka. Każdy kompletny rybosom składa się zawsze z dwóch podjednostek - większej i mniejszej. Organella te występują wolno w cytoplazmie oraz jako struktury związane z błonami ER.

Aparat GolgiegoJest to system błon złożony z płaskich cystern, rurek i pęcherzyków,

blisko związany z siateczką śródplazmatyczną, stanowiący jakby jej przedłużenie pod względem pochodzenia i funkcji. Strukturą podstawową aparatu Golgiego jest diktiosom – stos płaskich woreczków (cystern - 1). Na brzegach cystern tworzą się liczne rozdęcia, które odłączają się następnie w postaci kulistych pęcherzyków – 2 .

DIKTIOSOM

Aparat Golgiego nie występuje u Procayrota. Najlepiej rozwinięty jest natomiast w komórkach wydzielniczych.

12

• Rozpuszczalne białka wchodzą do sieci cis Golgiego poprzez pęcherzyki transportujące (1) pochodzące z ER. Białka wędrują poprzez cysterny (2), poprzez pęcherzyki transportujące, które odrywają się od jednej cysterny i łączą poprzez fuzję z następną. Białka opuszczają sieć trans Golgiego w pęcherzykach transportujących, kierowanych albo do powierzchni komórki, albo do innych przedziałów.

RER

SER

CIS

TRANS

1

1

2

1

BŁONA KOMÓRKOWA

• Aparat Golgiego - modyfikacja wytworzonych wcześniej białek

Lizosomy

Są to niewielkie, kuliste pęcherzyki. Zawierają liczne enzymy zdolne rozłożyć wchłonięte

substancje oraz produkty odpadowe. • Rodzaje lizosomów:• trawienne – rozkład substancji,• magazynujące – magazynowanie substancji,• „grabarze” – rozkład obumarłych składników cytoplazmy

Sferosomy

Są drobnymi (od 0,5 do 1 μm), kulistymi organellami charakterystycznymi dla komórek roślinnych. Wiele danych wskazuje, że są one odpowiednikami lizosomów komórek zwierzęcych. Zawierają lipidy oraz liczne enzymy hydrolityczne.

Ich główną funkcją jest:

• trawienie wewnątrzkomórkowe,• synteza tłuszczów,• gromadzenie tłuszczów zapasowych.

Porównanie budowy komórki bakteryjnej, roślinnej, zwierzęcej i grzybów

k. k. bakteryjnabakteryjna

k. roślinnak. roślinna k. k. zwierzęcazwierzęca

k. grzybówk. grzybów

Błona Błona komórkowakomórkowa

++ ++ ++ ++

cyoplazmacyoplazma ++ ++ ++ ++

Jądro komórkoweJądro komórkowe -- ++ ++ ++

rybosomyrybosomy ++ ++ ++ ++

Siateczka Siateczka śródplazmatycznśródplazmatycznaa

-- ++ ++ ++

Ściana Ściana komórkowakomórkowa

++ ++ -- ++

wodniczkawodniczka -- ++ ++ ++

mitochondriamitochondria -- ++ ++ ++

chloroplastychloroplasty -- ++ -- --

Zadania

1. Jaką komórkę przedstawia schemat zamieszczony obok? Wymień dwie cechy, jej budowy, które zadecydowały o Twoim wyborze.

2. Wymień dwie struktury komórkowe obecne u wszystkich organizmów.

3. Czerwone krwinki nie mają jądra. Jakich czynności w związku z tym nie mogą wykonywać?

4. Podaj jedną różnicę w budowie ściany komórkowej roślin i grzybów.

5. Którą z omawianych struktur można nazwać „fabryką energii” ?

Naładowałaś(łeś) już swoją komórkę?