Komórki

POZIOMY ORGANIZACJI KOMÓRKOWEJ ORGANIZMÓW

Komórka może stanowić kryterium klasyfikacji organizmów. Z racji tego organizmy możemy podzielić na:

1. Formy zbudowane z jednej komórki, czyli organizmy jednokomórkowe. Mimo, że jest on zbudowany z jednej komórki wykonuje wszystkie czynności życiowe, dzięki którym funkcjonuje. Szczególną uwagę należy zwrócić na rozmnażanie, dzięki któremu powstają kolejne pokolenia takich form.
2. Formy zbudowane z zespołu takich samych komórek, czyli kolonie komórkowe. Zwykle są one zintegrowane przez galaretowatą osłonkę, która trzyma je blisko siebie. Mimo, że komórki budujące kolonię są w pewien sposób połączone, po ich oddzieleniu mogą samodzielnie funkcjonować lub stworzyć nową kolonię komórkową.
3. Organizmy zbudowane z wielu różnych komórek współpracujących ze sobą to organizmy wielokomórkowe. Wśród nich wyróżniamy:

• organizmy plechowe – ich ciało jest niezróżnicowane na tkanki lub słabo zróżnicowane na tkanki;
• organizmy tkankowe – ich ciało jest zróżnicowane na tkanki, które można łatwo zidentyfikować. Różnią się one od form kolonijnych, że żadna komórka budujące ich ciało nie jest w stanie samodzielnie żyć.

RODZAJE KOMÓREK

Podstawowym kryterium podziału komórek jest obecność jądra komórkowego w ich wnętrzu. W związku z tym dzielimy je na:

1. komórki prokariotyczne – nieposiadające jądra komórkowego, czyli bezjądrowe:

• komórka bakteryjna

      2. komórki eukariotyczne – posiadające jądro komórkowe, czyli jądrowe:

• komórka zwierzęca
• komórka roślinna
• komórka grzybowa.

RÓŻNICE MIĘDZY KOMÓRKĄ PROKARIOTYCZNĄ I EUKARIOTYCZNĄ

Komórki prokariotyczne i eukariotyczne prócz obecności lub braku jądra komórkowego różnią się od siebie całą listą organelli komórkowych ora różnych cech.

Co różni komórkę prokariotyczną od eukariotycznej?

1. Materiał genetyczny w postaci DNA ma formę kulistej cząsteczki zawieszonej w cytozolu. W komórkach ekariotycznej materiał genetyczny w postaci DNA ma formę liniową zlokalizowaną w jądrze komórkowym.
2. Nie posiada ona wewnątrzkomórkowego systemu błon, czyli kompartmentów, które są cechą wyróżniającą komórki budujące bardziej skomplikowane organizmy.
3. Ściany komórkowe prokariontów zbudowane są z mureiny, natomiast w komórce roślinnej zbudowana jest ona z celulozy, a w komórce grzybowej z chityny.

CECHY WSPÓLNE WSZYSTKICH KOMÓREK

Mimo znaczących różnic komórki mają wspólne cechy.

BUDOWA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ

A – ściana komórkowa

B – błona komórkowa

C – cytozol

D – wypustek cytoplazmatyczny

E – plazmid

F – materiał genetyczny DNA

G – rybosomy 70S

H – rzęska / wić

BUDOWA KOMÓRKI ZWIERZĘCEJ

A – błona komórkowa

B – aparat Golgiego

C – lizosom

D – peroksysom

E – siateczka śródplazmatyczna gładka

F – siateczka śródplazmatyczna szorstka

G – rybosomy 80S

H – mitochondrium

I – cytozol

J – wakuola / wodniczka

K – jądro komórkowe z zaznaczoną otoczką jądrową

BUDOWA KOMÓRKI ROŚLINNEJ

A – ściana komórkowa

B – błona komórkowa

C – peroksysom

D – rybosomy 80S

E – aparat Golgiego

F – chloroplast

G – wakuola / wodniczka

H – cytozol

I – siateczka śródplazmatyczna szorstka

J – jądro komórkowe z zaznaczoną otoczką jądrową

K – siateczka śródplazmatyczna gładka

L – mitochondrium

BUDOWA KOMÓRKI GRZYBOWEJ

A – ściana komórkowa

B – błona komórkowa

C – aparat Golgiego

D – peroksysom

E – cytozol

F – siateczka śródplazmatyczna szorstka

G – siateczka śródplazmatyczna gładka

H – wakuola / wodniczka

I – rybosomy

J – mitochondrium

K – jądro komórkowe z zaznaczoną otoczką jądrową

GLIKOKALIKS

Jest to specyficzna warstwa, zwana warstwą cukrową, która występuje po zewnętrznej stronie błony komórkowej komórek zwierzęcych. Zbudowana jest z glikolipidów oraz glikoprotein. Odgrywa istotne funkcje w funkcjonowaniu komórki, np. w komunikacji, prościej mówiąc ma udział w rozpoznawaniu komórek własnych organizmu od obcych.

ORGANELLA OTOCZONE JEDNĄ BŁONĄ

Organella komórkowe odpowiadają za prawidłową pracę komórki. Można je podzielić ze względu na ilość błon okalających ich wnętrze.

Do organelli, które posiadają jedną błonę otaczającą należą:

• siateczka śródplazmatyczna,
• aparat Golgiego,
• lizosomy,
• peroksysomy

1. Siateczka śródplazmatyczna

Na siateczkę śródplazmatyczną można inaczej powiedzieć retikulum endoplazmatyczne lub  siateczka wewnątrzplazmatyczna. Jest to wewnątrzkomórkowy i międzykomórkowy system kanałów odizolowanych od cytoplazmy podstawowej. Każdy z kanałów otoczony jest pojedynczą błoną (membraną) biologiczną. Ma on charakter nieregularnej sieci cystern, kanalików oraz towarzyszącym im pęcherzyków.

Wyróżniany dwa rodzaje siateczki śródplazmatycznej:

• siateczka śródplazmatyczna szorstka – (RER) jej nazwa oznacza to, że jest ona pokryta rybosomami. W związku z tym jej najważniejszą funkcją jest udział w biosyntezie białek,
• siateczka śródplazmatyczna gładka – (SER) jej nazwa oznacza, że nie jest ona pokryta rybosomami. Jej funkcją jest m.in. synteza lipidów.

2. Aparat Golgiego

Jest to organellum zbudowane ze spłaszczonych cyster, które rozszerzają się przy końcach. Pojedynczy aparat Golgiego tworzy kilka cystern z pęcherzykami, które je otaczają. Organellum te powszechnie występuje w komórkach eukariotycznych. Zajmuje się ono  chemicznymi modyfikacjami wytwarzanych przez komórkę substancji, ich sortowaniu oraz dystrybucji w obrębie komórki.

3. Lizosomy

Jest to organellum cytoplazmatyczne wytwarzane przez aparat Golgiego. Ma postać niewielkich pęcherzyków, które są otoczone pojedynczą błoną lipidowo-białkową. Wewnątrz zawierają kwaśne hydrolazy trawiące białka, kwasy nukleinowe, węglowodany i tłuszcze. Wewnątrz lizosomu jest pH optymalne dla występującego w nim kompletu enzymów (równe około 5). Dzięki przystosowaniu enzymów do kwaśnego środowiska, ich przypadkowe wydostanie się do cytoplazmy (pH ≈ 7,2) nie stanowi większego zagrożenia dla komórki, jednak wyciek z dużej liczby lizosomów może zniszczyć komórkę poprzez jej samostrawienie.

4. Peroksysomy

Peroksysom to organellum zwane niekiedy mikrociałkiem lub mikrociałem. Występuje w komórce eukariotycznej. Ma kształt owalny i jest otoczone jedną błoną. W komórce roślinnej peroksysomy znajdują się w bezpośrednim kontakcie z chloroplastami i mitochondriami. Stykają się z powierzchniami ich błon. U zwierząt występuje tylko jeden rodzaj tego organellum, mianowicie jest to peroksysom zawierający katalazę. Katalaza to enzym markerowy peroksysomów, który uczestniczy w procesie neutralizacji szkodliwego nadtlenku wodoru, który powstaje w komórkach podczas wielu reakcji metabolicznych.

5. Wakuole

Wakuola to pęcherzyk wypełniony płynem. W komórkach roślinnych występuje zwykle jedna duża centralnie położona wakuola, której błonę nazywamy tonoplastem. W komórkach grzybowych oraz zwierzęcych wakuole są mniejsze i liczniejsze niż w komórkach roślinnych. Ich funkcje to m.in. pochłanianie, trawienie oraz usuwanie różnych substancji z komórki.

W komórkach roślinnych głównymi zadaniami wakuoli są m.in.:

• gromadzenie wody,
• utrzymywanie odpowiedniego uwodnienia komórek, czyli turgoru,
• magazynowanie różnych substancji, np. białek zapasowych, ubocznych produktów przemiany materii, barwników oraz związków takich jak kofeina czy nikotyna.

ORGANELLA OTOCZONE DWIEMA BŁONAMI

W komórce występują także organella, które są otoczone dwieba błonami biologicznymi. Do organelli, które posiadają jedną błonę otaczającą należą:

• jądro komórkowe,
• chloroplast,
• mitochondrium.

1. Jądro komórkowe

Jest to organellum występujące w każdej komórce eukariotycznej, czyli takiej, której materiał genetyczny jest przechowywany właśnie w tym organellum. Nie będzie go jedynie w komórkach bezjądrzastych, takich które miały jądro komórkowe, ale je utraciły, np. erytrocytach ludzi. Jądro komórkowe jest zwykle jedno w komórce, ale istnieją także komórki wielojądrowe, czyli takie, które posiadają wiele jąder komórkowych, np. komórki mięśni szkieletowych (włókna szkieletowe). Zawiera większość materiału genetycznego komórki, który jest zorganizowany w postaci wielu długich, dwuniciowych łańcuchów DNA. Są one związane z dużą ilością białek, głównie histonowych, które po kondensacji razem tworzą chromosomy. Materiał genetyczny w jądrze komórkowym podlega ścisłemu upakowaniu.

NUKLEOPLAZMA = KARIOLIMFA – płyn o dużej lepkości i naturze koloidu, w skład którego, oprócz wody i substancji drobnocząsteczkowych, wchodzą wielkocząsteczkowe związki organiczne (białka, kwasy nukleinowe itp.)

2. Chloroplasty

Jest to organellum otoczone dwiema pojedynczymi błonami białkowo-lipidowymi. Występuje w komórkach roślin i glonów eukariotycznych (protistów roślinopodobnych). Jest to jeden z rodzajów plastydów, który zawiera zielony barwnik – chlorofil, który ma zdolność pochłaniania energii światlnej, którą wykorzystuje w procesie fotosyntezy. To właśnie w chloroplastach zachodzi przemiana dwutlenku węgla oraz wody z wykorzystaniem energii świetlnej w glukozę oraz tlen.

3. Mitochondria

Jest to organellum otoczone dwiema pojedynczymi błonami białkowo-lipidowymi, obecne w większości komórek eukariotycznych. Mogą mieć zróznicowany kształt i rozmiar. Są one miejscem, w którym zachodzi proces oddychania komórkowego. W jego wyniku powstaje większość adenozynotrifosforanu (ATP) komórki, będącego jej źródłem energii. Mitochondria są też zaangażowane w inne procesy, np. wzrost komórki, jej śmierć, kontrola cyklu komórkowego. Ilość mitochondriów w komórce jest uzależniona od potrzeb energetycznych komórki.

CYKL KOMÓRKOWY

Proces życiowy komórki opisuje się mianem cyklu komórkowego – jest to ciąg procesów, które zachodzą w komórce eukariotycznej prowadzące do jej podziału.

CYKL KOMÓRKOWY = CYKL ŻYCIOWY KOMÓRKI

Wyróżniamy dwa typy podziału:

• mitoza – podział komórki w wyniku którego powstają dwie komórki potomne
• mejoza – podział komórki w wyniku którego powstają cztery komórki potomne

MITOZA

Mitoza inaczej to faza M:

• poprzedzona interfazą
• interfaza zajmuje około 70-90% czasu cyklu komórkowego
• mitoza dzieli się na kariokinezę (podział jądra komórkowego) oraz cytokinezę (podział cytoplazmy)

Interfaza dzieli się na trzy fazy:

1. Faza G1 – wzrost komórki, synteza białek oraz lipidów
2. Faza S – replikacja, czyli powielenie materiału genetycznego, aby komórki potomne miały taką samą ilość jaką miała komórka macierzysta
3. Faza G2 – intensywna synteza tubuliny (białka budującego wrzeciono podziałowe); synteza białek oraz lipidów
4. Faza 0* – faza spoczynkowa; charakterystyczny dla wyspecjalizowanych komórek, które tracą zdolność do podziałów oraz replikacji; w trakcie tej fazy komórki pełnią określoną funkcję

 Faza M:

1. profaza – kondensacja chromatyny
2. prometafaza – rozpad otoczki jądrowej i jąderek
3. metafaza – chromosomy w płaszczyźnie równikowej
4. anafaza – rozdział i odciąganie chromosomów potomnych do biegunów
5. telofaza – chromosomy są już na biegunach, odtwarzanie otoczki jądrowej oraz jąderek, pojawia się pierścień zaciskowy
6. cytokineza – podział cytoplazmy dzięki pierścieniowi zaciskowemu

Wrzeciono kariokinetyczne

Jakie komórki nie przechodzą podziałów komórkowych?

• erytrocyty – wtórnie nie posiadają jądra komórkowego
• komórki nerwowe – nie wytwarzają centrioli
• komórki mięśniowe – nie wytwarzają centrioli

W jaki sposób określamy i odczytujemy stan materiału genetycznego w komórce?

• odbywa się to dzięki określeniom:
• liczba chromosomów i ilość DNA
• liczba chromosomów to „n”
• ilość DNA to „c”
• stan normatywny komórki to 2n, 4c

MEJOZA

• zachodzi w komórkach diploidalnych
• u organizmów rozmnażających się płciowo podwójny zestaw chromosomów homologicznych pochodzi jeden od matki, a drugi od ojca
• obejmuje ona dwa podziały:
• pierwszy podział mejotyczny – podział redukcyjny
• drugi podział mejotyczny – podział wyrównujący
• profaza I dzieli się na leptoten, zygoten, pachyten, diploten oraz diakinezę
• w pachytenie zachodzi proces crossing over
• crossing over – wymiana materiału genetycznego pomiędzy chromatydami chromosomów homologicznych

Założeniem mejozy jest powstanie 4 komórek o zredukowanej o połowę liczbie chromosomów. Zachodzi wyłącznie u organizmów eukariotycznych. Związana jest z powstaniem komórek rozrodczych. U roślin i grzybów umożliwia wytwarzanie mejospor (haploidalne zarodniki). U zwierząt umożliwia gametogenezę, w wyniku, której powstają haploidalne gamety.

Crossing over

Wymiana odcinków chromatyd pomiędzy chromosomami homologicznymi w czasie mejozy, w uproszczeniu jest to proces wymiany materiału genetycznego, w wyniku którego zwiększa się zmienność genetyczną.

Znaczenie crossing-over:

• gwarantuje różnorodność genetyczną
• powstają nowe układy genów, które są przekazywane do gamet 🡪 skutkiem jest to, że potomstwo zyskuje nowe cechy, więc ewolucyjnie ma to znaczenie przystosowawcze

Podział redukcyjny:

Profaza I – stopniowy zanik otoczki jądrowej i jąderka, formowanie się wrzeciona kariokinetycznego, chromosomy ulegają kondensacji. Na koniec profazy I zanika całkowicie otoczka jądrowa i tworzy się wrzeciono podziałowe.

• chromosomy homologiczne układają się w pary tworząc biwalenty (tetrada chromatyd)
• tutaj zachodzi proces crossing over
• chromosomy rozdzielają się, a finalnie miejscem ich styku są jedynie chiazmy, gdzie nastąpiła wymiana fragmentów chromatyd

Metafaza I – biwalenty przesuwają się do płaszczyzny równikowej komórki, włókna utworzonego wrzeciona kariokinetycznego łączą się z centromerami chromosomów

Anafaza I – rozdzielenie chromosomów homologicznych w celu rozdzielenia ich (losowego) do komórek potomnych

Telofaza I – chromosomy potomne docierają do biegunów i ulegają częściowej dekondensacji, odbudowywane są otoczki jądrowe i jąderka, zachodzi cytokineza w powstałych dwóch komórkach potomnych

Podział wyrównujący:

Profaza II – chromosomy powtórnie ulegają kondensacji, zanika otoczka jądrowa i jąderko i formuje się wrzeciono kariokinetyczne

Metafaza II – chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki, wrzeciono łączy się z centromerami chromosomów

Anafaza II – chromosomy odciągane są do biegunów dzięki skracającym się włóknom wrzeciona podziałowego; następuje podział centromerów i chromatydy jako chromosomy potomne wędrują do biegunów komórki

Telofaza II – chromosomy ulegają dekondensacji, otoczka jądrowa i jąderko są odbudowywane, zachodzi cytokineza