1. Historia
  2. Definicja komórki
  3. Budowa komórki roślinnej

Najmniejszą budulcową i funkcjonalną jednostką żywego organizmu jest komórka. Odkrycie komórki przypisuje się jednemu z największych eksperymentatorów XVII wieku, którym był Robert Hooke.

Natomiast Antoni von Leuvenhoek w 1674 r. opisał wiele gatunków pierwotniaków, erytrocyty i plemniki. Przez udoskonalony przez siebie mikroskop oglądał krwinki czerwone.

Innym badaczem, który zajmował się między innymi badaniami nad komórką był Robert Brown - w 1831 r. odkrył jądro komórkowe i nazwał je nukleusem.

Dujardin stwierdził, że większość procesów życiowych odbywa się na terenie cytoplazmy.

Po Dujardinie i Bronie w roku 1839 sformułowano teorię komórkową, która mówi, że komórka stanowi najmniejszą jednostkę strukturalną i czynnościową w świecie istot żywych, oraz że wszystkie organizmy zbudowane są z komórek.

Tyle na temat historii badań nad komórką. Teraz postaram się w prosty i zwięzły sposób przedstawić jak i z czego jest zbudowana komórka roślinna.

„Komórka stanowi najmniejszą, podstawową, zdolną do życia jednostkę morfologiczną. Zawiera informację genetyczną, która kieruje wszystkimi procesami przebiegającymi na jej terenie. Jako złożony układ nadawczo - odbiorczy komórka reaguje na sygnały ze środowiska, czyli bodźce, przez uzewnętrznienie tej części informacji genetycznej, która warunkuje zachowanie wewnętrznej równowagi dynamicznej komórki, czyli homeostazy.”

00031147.jpg 

Ze względu na poziom organizacji wyróżnia się komórki priokariotyczne - charakterystyczne dla bakterii i sinic, oraz komórki eukariotyczne - typowe komórki roślin, grzybów i zwierząt.

Komórki są mikroskopijnej wielkości 0,2 um . Kształt komórek jest zróżnicowany. Może ona przybierać postać kulistą, owalną lub wydłużoną. Kształt nadaje komórce ściana komórkowa, która jest typowym elementem komórki roślinnej (nie występuje w komórce zwierzęcej).

Ściana komórkowa należy do nieplazmatycznych składników komórki roślinnej. Stanowi ona sztywną osłonę chroniącą przed wewnętrzną siłą turgoru (w komórce roślinnej, bowiem występuje wakuola, która napełniając się wodą rozerwałaby cienką warstwę cytoplazmy) jak również przed mechanicznymi oddziaływaniami z zewnątrz.

Całkowicie wykształcona ściana komórkowa zbudowana jest przede wszystkim z celulozy.

Ściana komórkowa może podlegać modyfikacjom w skutek odkładania się w niej różnych substancji. Jako najpowszechniejsze rodzaje modyfikacji wymienia się: drewnienie ściany, korkowacenie, kutynizację, śluzowacenie i mineralizację.

Żywą zawartość komórki, od środowiska naturalnego oddziela delikatna, elastyczna powłoka, czyli błona komórkowa. Ma ona budowę białkowo (60%) - lipidową (40%).Cząsteczki tłuszczów, którymi w błonach są głównie fosfolipidy, mają hydrofilną „główkę” skierowaną na zewnątrz w stronę uwolnionych białek, oraz hydrofobny, unikający kontaktu z wodą „ogonek”. Błona komórkowa odgrywa decydującą rolę w procesach wymiany substancji między komórką a otoczeniem.

Rodzaje transportu przez błonę:

  •   Dyfuzja prosta, zgodnie z gradientem stężeń - tlen, dwutlenek węgla, woda, mocznik
  •   Dyfuzja wspomagana, zgodnie z gradientem stężeń, ale przez kanały jonowe lub białkowe - glicerol, glukoza, aminokwasy
  •   Transport aktywny, wbrew gradientowi stężeń odbywa się przy udziale energii z ATP (pompa sodowo-potasowa) - jony potasu i sodu

Charakterystycznymi cechami błony komórkowej jest to, że jest ona elastyczna, półstała, dynamiczna, selektywna i spolaryzowana. Jest ona „płynną mozaiką”, nigdy nie powstaje od nowa jak tylko przez dobudowanie do istniejącej już błony.

Cytoplazma stanowi główną masę protoplastu, jest mieszaniną licznych substancji organicznych i nieorganicznych, częściowo rozpuszczonych w wodzie, a częściowo tworzących układ koloidalny. Zawartość wody jest duża (75-85%); wysoki jest również udział białek (10-20%) ; zaś pozostałe składniki takie jak lipidy, węglowodany i substancje mineralne stanowią 5-6%. Cytoplazma stanowi największą objętościowo część komórki, jest półpłynną substancją, która może przechodzić w stan płynny - zolu lub galaretowaty - żelu , zależy to od stopnia uwodnienia. W tym  miejscu należałoby zaznaczyć, że w wyrośniętych komórkach roślinnych cytoplazma nie zapełnia całego wnętrza, stanowi jedynie warstwę przylegającą do ściany komórkowej. W obrębie tej warstwy znajdują się wszystkie organelle komórkowe, jest ona nazwana mezoplazmą. Cytoplazma jest zróżnicowana na  podstawową oraz na cytoplazmę znajdującą się na terenie  siateczki śródplazmatycznej, inaczej retikulum endoplazmatycznego (ER).

Cytoplazmę podstawową  nazywamy także matrix lub cytozolem. Jest to bezpostaciowy ośrodek, składający się głównie z białek.

ER jest to sieć cystern i kanalików skontaktowanych ze sobą, oddzielonych od cytoplazmy podstawowej przez błony białkowo-tłuszczowe. Kanały i cysterny mogą zmieniać kształty i położenie, ma to związek z ruchami cytoplazmy oraz z fizjologicznym stanem komórki i jej wzrostem. Błony kanalików mogą być pokryte rybosomami jako retikulum ziarniste (szorstkie), lub wolne od nich jako retikulum gładkie. Dzięki retikulum endoplazmatycznemu  możliwe jest przemieszczanie różnych substancji w obrębie komórki a także  synteza lipidów oraz białek.

Siateczka śródplazmatyczna transportuje i gromadzi niektóre substancje np. nektar w komórkach wydzielniczych, może również magazynować i uwalniać do cytoplazmy wapń przez co kontroluje organizację cytoszkieletu. ER jest strukturą bardzo zróżnicowaną funkcjonalnie, jego rola w komórce nie została jeszcze do końca poznana.

Wspomniane wcześniej rybosomy są submikroskopowymi strukturami ziarnistymi o kształcie kulistym. Pod względem wielkości dzielimy je na małe (70s) i duże (80s). Zbudowane są z białka i kwasu rybonukleinowego (RNA). Biorą udział w biosyntezie białka. Mogą być one związane z błonami retikulum endoplazmatycznego lub występować swobodnie w cytoplazmie podstawowej. Często łączą się w większe grupy na kształt paciorków jako polirybosomy lub polisomy.

W cytoplazmie komórek roślinnych z dużą regularnością występują aparaty Golgiego (AG). Są to zebrane w stosy, spłaszczone cysterny tzw. Diktiosomy od których odcinają się kuliste pęcherzyki Golgiego. Aparaty Golgiego pełnią w komórce szereg ważkich funkcji, do których należy transport zagęszczonych substancji (przede wszystkim białek i lipidów) w obrębie komórki, a także sekrecja (wydzielanie) składników niepotrzebnych lub szkodliwych poza komórkę drogą egzocytozy (pęcherzyk transportujący wbudowuje się w błonę komórkową, co powoduje jego otwarcie do środowiska zewnątrzkomórkowego).

AG uczestniczą w procesie budowy ściany komórkowej oraz w zagęszczaniu białek przekazywanych z sieci śródplazmatycznej i ich modyfikacji przez przyłączanie cukrów.

Stałymi składnikami komórek roślinnych są również sferosomy, będące ośrodkami syntezy tłuszczów, oraz mikrotuble, proste rurki zbudowane z kuleczek białkowych, występujące w cytoplazmie podstawowej.

Charakterystycznym składnikiem komórki roślinnej jest Wakuola, czyli wodniczka, stanowiąca zbiornik soku komórkowego. Otacza ją tonoplast, czyli półprzepuszczalna błona białkowo-tłuszczowa. W młodych komórkach liczne drobne wakuole pobierają wodę, powiększają się i łączą ze sobą. W końcu powstaje jedna najczęściej centralna wakuola, a jej powiększanie się ma wpływ na wzrost komórki roślinnej.

Zawartość wodniczki stanowi sok komórkowy-roztwór różnych substancji rozpuszczonych w wodzie. Wewnątrz wypełniona jest sokiem komórkowym, zawierającym w głównej mierze wodę i jony (kationy: potasu, sodu, wapnia, magnezu, cynku, i aniony: chlorkowe, siarkowe, fosforowe, i inne) stanowiące zawartość nieorganiczną soku. Substancje nieorganiczne często wytrącają się z tego roztworu i przybierają formy kryształów (rafidów lub druzów). Część organiczna wnętrza wodniczki to liczne kwasy organiczne, aminokwasy, białka, cukry, tłuszcze, metabolity wtórne (czerwone antocyjany, żółte flawony, trujące alkaloidy czy gorzkie garbniki).

Reasumując, wakuola jest zbiornikiem substancji zapasowych, oraz wydalin. Substancje zapasowe występują we wszystkich komórkach żywych jako metabolity, uczestniczące w przemianie materii i dostarczające energii. Natomiast wydaliny u roślin (w odróżnieniu od zwierząt) gromadzą się przeważnie w wodniczkach. Do trucizn występujących w wodniczkach należą między innymi: kokaina, kurara, strychnina.

W soku komórkowym często występują barwniki rozpuszczalne w wodzie. Nadają one kolor np. płatkom kwiatów, korzeniom buraków, liściom czerwonej kapusty.

W specjalnych wokalach mogą gromadzić się wydzieliny olejków eterycznych.

Podstawową funkcją wodniczki jest utrzymanie jędrności, czyli tugoru. Stanowi ona zbiornik, w którym zbiera się nadmiar wody wykorzystywany następnie przez protoplast.

Centra energetyczne komórki stanowią Mitochondria, są to organelle oddechowe.

Mają one kształt kulisty, nitkowaty lub pałeczkowaty. Mitochondrium wypełnia jednorodna plazma białkowa - matrix, otoczona przez dwie błony białkowo-tłuszczowe, oddzielone przestrzenią (jej wielkość wpływa na intensywność procesów oddechowych). Mitochondria namnażają się przez podział, rosną, zmieniają kształty i położenie; przemieszczają się wraz z ruchem cytoplazmy.

Głównym zadaniem mitochondriów jest wytwarzanie z glukozy użytecznej dla komórki energii zawartej w cząsteczkach ATP. Uczestniczą one także w detoksykacji organizmu (poprzez utlenianie niektórych toksyn), przemianie aminokwasów i syntezie mocznika, utlenianiu kwasów tłuszczowych.

Ze względu na funkcję w procesie wiązania i wyzwalania energii, mitochondria określa się mianem „siłowni komórki”.

Plastydy są grupą organelli charakterystycznych jedynie dla roślin. Wszystkie rodzaje plastydów wykształcają się z proplastydów (zawiązków tych struktur, które występują w komórkach embrionalnych). Dzielą się na:

  •   leukoplasty - bezbarwne; występują w komórkach tkanek spichrzowych, gdzie pełnią funkcje „magazynów”
  •   chromoplasty - zawierające karotenoidy i ksantofile (barwniki odpowiadające za żółtą, pomarańczową lub czerwoną barwę); nadają kolory różnym częściom rośliny: płatkom korony (mak, róża), owocom (papryka, pomidor), czy korzeniom (marchewka)
  •   chloroplasty - zawierające chlorofil, nadający komórkom zieloną barwę

Te ostatnie są niezbędne roślinom do życia, gdyż przeprowadzają proces zwany fotosyntezą. W jego wyniku roślina wykorzystuje energię słoneczną (przekazywaną przez fotony docierające do powierzchni specjalnych kompleksów białkowo-chlorofilowych) i przetwarza ją na użyteczną komórce energię zmagazynowaną w postaci cząsteczek ATP (adenozynotrifosoranu) - uniwersalnego komórkowego nośnika energii. Dzięki wytwarzanemu w ten sposób ATP roślina jest w stanie poprzez proces fosforylacji przyswoić dwutlenek węgla zamieniając go na cukier prosty - glukozę.

U protistów i organizmów niższych chloroplasty są zazwyczaj taśmowate, podkowiaste, kubkowate lub nerkowate, natomiast u roślin przyjmują zazwyczaj postać elipsoidalnego pęcherzyka. Chloroplast otoczony jest podwójną błoną: zewnętrzną (pokrytą rybosomami) i wewnętrzną (tworzącą liczne wgłębienia do wnętrza komórki). Wpuklenia tej błony nazywane są tylakoidami. Część tylakoidów tworzy grana (systemy spłaszczonych pęcherzyków ułożonych jeden na drugim) i to właśnie w ich błonach znajdują się kompleksy chlorofilowe biorące udział w fotosyntezie. Dzięki dużej płynności błony wewnętrznej mają one możliwość przemieszczania się w obrębie całej organelli. Cały chloroplast wypełniony jest stromą - odpowiednikiem cytoplazmy, w której zawieszone są małe rybosomy (bakteryjnego pochodzenia) oraz cytoplazmatyczne DNA (ct-DNA) w postaci nici zwiniętych w koliste cząsteczki.