HISTORIA BADAŃ NAD KOMÓRKĄ
- Robert Hooke - w 1665 została wydana "Micrographia", w której Hooke ogłosił wyniki badań korka. Stwierdził on, iż korek składa się z małych przestrzeni oddzielonych przegrodami
- Antoni von Leuvenhoek - w 1674 opisał wiele gatunków pierwotniaków, erytrocyty, plemniki
- Robert Brown - w 1831 odkrył jądro komórkowe, które nazwał nukleusem
- Dujardin - w 1835 stwierdził, że większość procesów życiowych odbywa się na terenie cytoplazmy
- Schleiden i Schwann - w 1839 roku sformułowali teorię komórkową, która mówi, że wszystkie organizmy zbudowane są z komórek oraz, że komórka stanowi najmniejszą jednostkę strukturalną i czynnościową w świecie istot żywych
SKŁADNIKI KOMÓREK:
- Komórka roślinna:
- składniki plazmatyczne - błona komórkowa, cytoplazma, jądro wraz z jąderkiem, rybosomy, aparat Golgiego mitochondrium, retikulum endoplazmatyczne, plastydy,
- składniki nieplazmatyczne - ściana komórkowa i wakuola
- Komórka zwierzęca:
- plazmatyczne - błona komórkowa, cytoplazama, jądro wraz z jąderkiem, rybosomy retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego mitochondrium, lizosomy, centriole
- w komórkach zwierzęcych brak składników nieplazmatycznych
BŁONA KOMÓRKOWA
- Budowa - zbudowana jest z podwójnej warstwy fosfolipidów, w której zanurzone są białka. Cząsteczka fosfolipidu zbudowana jest z:
- glicerolu
- dwóch cząsteczek kwasów tłuszczowych
- reszty fosforanowej, do której przyłączony jest organiczny związek azotowy (zazwyczaj cholina)
Glicerol i reszta fosforanowa stanowią tak zwaną głowę hydrofilową, która wykazuje powinowactwo do wody, zaś kwasy tłuszczowe stanowią ogon hydrofobowy. Cząsteczki fosfolipidów ułożone są w dwie warstwy, w których ogony hydrofobowe schowane są do środka, zaś hydrofilowe głowy wystawione są na zewnątrz.
- Transport przez błony - błony plazmatyczne są wybiórcze (selektywne), co oznacza, że przepuszczają tylko cząsteczki określonych substancji, natomiast dla innych stanowi barierę. Transport przez błony odbywa się na trzy sposoby:
- dyfuzja bierna - jest to wypadkowe przemieszczanie się cząsteczek z obszaru o stężeniu wyższym do obszaru o stężeniu niższym. Ponieważ ruch cząsteczek odbywa się zgodnie ze spadkiem gradientu stężenia, dyfuzja nie wymaga nakładu energii. W ten sposób transportowane przez błony są gazy i woda
- osmoza - jest to przenikanie wody przez błony na zasadzie dyfuzji biernej. Z osmozą związane są takie zjawiska jak:
- plazmoliza - jeżeli komórka roślinna zostaje zanurzona w roztworze o wyższym ciśnieniu osmotycznym (roztwór hipertoniczny), cząsteczki wody będą przenikać z komórki do środowiska. W wyniku utraty wody protoplast kurczy się i odkleja od ściany komórkowej
- deplazmoliza -jeżeli splazmolizowaną komórkę roślinną umieścimy w roztworze o niższym ciśnieniu osmotycznym (roztwór hipotoniczny), woda będzie wnikała z tego roztworu do wnętrza komórki, protoplast zostanie uwodniony i przybierze poprzedni kształt
- dyfuzja ułatwiona - jest to rodzaj dyfuzji, w której uczestniczą białka transportujące, które przenoszą cząsteczki substancji przez błonę. Ponieważ ruch cząsteczek odbywa się zgodnie ze spadkiem gradientu stężenia, dyfuzja nie wymaga nakładu energii
- transport aktywny - jest to ruch cząsteczek z obszaru o stężeniu niższym do obszaru o stężeniu wyższym. Ponieważ transport ten zachodzi niezgodnie ze spadkiem gradientu stężenia, wymaga on nakładu energii w postaci ATP. Transport ten odbywa się przy udziale specjalnych białek błonowych
CYTOPLAZMA
- Jest to płyn wewnątrzkomórkowy, w którym zanurzone są wszystkie organella komórkowe
- Stanowi środowisko dla przebiegu wszystkich reakcji biochemicznych jakie zachodzą w komórce
- W żywej komórce cytoplazma porusza się:
- ruch rotacyjny - cytoplazma przemieszcza się w jednym kierunku, ruch ten odbywa się po obwodzie komórki
- ruch cyrkulacyjny - ruch cytoplazmy zachodzi w różnych kierunkach, dookoła systemu wakuolarnego
- ruch pulsacyjny - jest to ruch naprzemienny, cytoplazma porusza się raz w jedną, raz w drugą stronę
1. Cytoplazma jest koloidem, w którym fazę rozpraszającą stanowi woda, a fazę rozproszoną związki w niej zawarte, takie jak białka czy jony
JĄDRO
1. Jest to najważniejsza struktura komórkowa, w której zawarta jest informacja genetyczna komórki ze względu na jego obecność lub brak w komórce, wyróżnia się organizmy eukariotyczne (jądrowe) i prokariotyczne (bezjądrowe).
2. Jądro otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową, tak zwaną otoczką jądrową, która oddziela je od cytoplazmy. W otoczce występują pory jądrowe, które umożliwiają transport różnych związków z i do jądra. W obrębie porów jądrowych błona otoczki przechodzi w sposób ciągły w błonę retikulum endoplazmatycznego szorstkiego. Na terenie jądra znajduje się DNA i jąderko. DNA występuje w postaci chromatyny, która stanowi kompleks złożony z nici kwasu DNA i białek zasadowych - histonów. Jąderko jest to organellum komórkowe, które wytwarza rybosomy. Wnętrze jądra zanurzone jest w soku jądrowym (kariolimfie).
3. Jądro może być położone centralnie lub peryferyjnie. Komórka może zawierać jedno lub więcej jąder i wówczas zwana jest komórczakiem (np. włókna mięśniowe poprzecznie prążkowane). Jądro może mieć różny kształt - owalny, nerkowaty, wrzecionowaty, płatowy
- DNA znajdujący się w jądrze zawiera informację genetyczną , która stanowi receptę do produkcji wszystkich białek występujących w organizmie. Proces biosyntezy białka odbywa się na rybosomach retikulum endoplamatycznego szorstkiego. Ponieważ DNA jest zbyt cenny, by opuszczać jądro komórkowe, zostaje on przepisany na mRNA w procesie zwanym transkrypcją. Gotowy mRNA opuszcza jądro i przechodzi do retikulum endoplazmatycznego, gdzie na rybosomach zachodzi proces translacji, czyli przetłumaczenia sekwencji nukleotydów na sekwencję aminokwasów syntetyzowanego białka. W procesie tym uczestniczy także tRNA, który transportuje i przyłącza odpowiednie aminokwasy do powstającego łańcucha białkowego.
RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE (ER)
- Jest to system spłaszczonych cystern błonowych, który stanowi w obrębie cytoplazmy odrębny przedział komórkowy.
- W zależności od budowy i pełnionej funkcji, ER dzieli się na dwa rodzaje:
- ER szorstkie - jego błony zawierają rybosomy, na których zachodzi proces biosyntezy białka. Leży ono bezpośrednio przy jądrze, którego otoczka przechodzi bezpośrednio w błony ER szorstkiego
- ER gładkie - nie zawiera rybosomów. Stanowi oddzielny przedział komórkowy. Jego rola polega na syntezie lipidów
RYBOSOMY
- Składają są z dwóch kulistych podjednostek, mniejszej i większej. Zbudowane są z rRNA i białek rybosomowych.
- Stanowią one maszynerię do procesu biosyntezy białek. W procesie tym uczestniczą dwa rodzaje kwasu RNA:
- mRNA, który jest kopią DNA. Zawiera on informację dotyczącą sekwencji aminokwasów w cząsteczce syntetyzowanego białka (kod genetyczny).
- tRNA, który transportuje aminokwasy
- Etap biosyntezy białka zachodzący na rybosomach nazywa się translacją.
APARAT GOLGIEGO (AG)
1. Jest to system błon, który ma formę spłaszczonych woreczków ułożonych na sobie. Pojedynczy woreczek to diktiosom.
2. Zsyntetyzowane białka trafiają do AG, gdzie ulegają one różnym przekształceniom, np. dołączane są do nich reszty cukrowe, a następnie wysyłane są one we właściwe miejsce na terenie komórki, bądź poza nią.
MITOCHONDRIUM
1. Otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową. Wewnętrzna błona ulega pofałdowaniu, w wyniku czego pomiędzy błoną zewnętrzną i wewnętrzną powstaje przestrzeń międzybłonowa. Pofałdowania błony wewnętrznej zwane są grzebieniami. Wnętrze mitochondrium wypełnia płyn zwany matriks. Zanurzone są w nim DNA mitochondrialny i rybosomy.
2. W mitochondrium zachodzi oddychanie wewnątrzkomórkowe, które polega na utlenianiu glukozy z wytworzeniem energii użytecznej biologicznie w postaci ATP. Proces ten składa się z czterech etapów:
glikoliza - zachodzi na terenie cytoplazmy. Glukoza przekształcana jest w związek, który wnika do mitochondrium
reakcja pomostowa - zachodzi w matriks, polega na kolejnych przekształceniach chemicznych
cykl Krebsa - zachodzi w matriks, reakcje chemiczne przebiegają w sposób cykliczny
łańcuch oddechowy - wodory, które zostały oderwane od glukozy w poprzednich etapach zostają przerzucone na łańcuch oddechowy, który jest wbudowany w wewnętrzną błonę mitochondrialną. Elektrony z atomów wodoru są przenoszone z jednego akceptora na drugi tracąc stopniowo energię, która wykorzystywana jest do produkcji ATP. Ostatnim akceptorem elektronów w łańcuchu oddechowym jest tlen. Przy jego braku łańcuch oddechowy zostaje zablokowany
- W wyniku oddychania komórkowego z jednej cząsteczki glukozy powstaje 36-38 cząsteczek ATP
LIZOSOMY
1. Drobne organella komórkowe, otoczone pojedynczą błoną białkowo-lipidową, występują tylko w komórkach zwierzęcych.
2. Zawierają enzymy trawienne, a ich funkcja polega na trawieniu wchłoniętych substancji
WAKUOLA
1. W komórkach roślinnych występuje zazwyczaj jedna, duża, centralnie położona wakuola.
2. Otoczona jest błoną, którą nazywa się tonoplastem. Wnętrze wypełnia sok komórkowy. Składa się on głównie z wody, w której zawarte są takie substancje jak:
- cukry, białka
- sole mineralne
- barwniki, które są nieczynne fotosyntetycznie - antocyjany i flawony
- alkaloidy, np. morfina, chinina, teina, kofeina
- garbniki, np. digitalina
- Pełni ona funkcje magazynujące w komórce roślinnej, zawiera zbędne produkty przemiany materii, materiały zapasowe, specyficzne związki, jak alkaloidy czy garbniki.
- Stopień jej uwodnienia wpływa na stan jędrności komórki, czyli turgor. Turgor, inaczej ciśnienie turgorowe, jest to nacisk wypełnionej wodą wakuoli na sztywną ścianę komórkową.
- W komórkach zwierzęcych występuje jedynie u mikroskopijnych, wodnych zwierząt bezkręgowych. Liczne drobne wakuole pełnią funkcje trawienną i osmotyczną
CENTRIOLA
1. Występują wyłącznie w komórkach zwierzęcych, po dwie
2. Centriola ma kształt pustego w środku cylindra, którego ściany zbudowane są z mikrotubul w układzie 9*3 (dziewięć trójek ułożonych na obwodzie).
3. Wchodzi w skład wrzeciona podziałowego (kariokinetycznego)
PODZIAŁ KOMÓRKI
1. Proces podziału obejmuje:
- podział jądra - kariokineza
- podział cytoplazmy - cytokineza
2. Wyróżnia się dwa rodzaje podziałów komórkowych - mitozę i mejozę.
3. Mitoza - jest to podział komórek somatycznych (wszystkie komórki ciała oprócz komórek rozrodczych). W wyniku mitozy z komórki macierzystej o diploidalnej liczbie chromosomów (2n) powstają dwie komórki potomne, które zawierają dokładnie taką samą informację genetyczną jak komórka macierzysta. Wyróżnia się cztery etapy mitozy:
- profaza - we wczesnej profazie chromatyna ulega spiralizacji, w wyniku czego tworzą się chromosomy. Każdy chromosom złożony jest z dwóch identycznych połówek, zwanych chromatydami siostrzanymi, które połączone są ze sobą w obrębie centromerów. Zanika otoczka jądrowa i jąderko. Centriole rozchodzą się do przeciwległych biegunów, gdzie tworzą wrzeciono podziałowe
- metafaza - chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej komórki
- anafaza - chromatydy siostrzane oddzielają się tworząc chromosomy potomne. Do centromeru każdej z nich przyczepiają się włókna wrzeciona podziałowego. W wyniku kurczenia się włókien wrzeciona chromatydy rozchodzą się do przeciwległych biegunów
- telofaza - w pobliżu obu biegunów komórki odtwarzają się otoczki jądrowe i jąderka, chromosomy ulegają despiralizacji, zanika wrzeciono podziałowe. Następnie w wyniku cytokinezy powstają dwie oddzielne komórki
- Mejoza - jest to podział redukcyjny, który zachodzi w komórkach rozrodczych czyli gametach. W wyniku mejozy z jednej diploidalnej komórki macierzystej powstają cztery haploidalne komórki potomne. Mejoza dzieli się na dwa główne etapy - mejozę I i II:
- profaza I - chromosomy homologiczne łączą się w pary zwane biwalentami lub tetradami. Ponieważ każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd siostrzanych, każdy biwalent zawiera cztery chromatydy. W czasie profazy zachodzi proces crossing-over, który polega na wymianie kawałka chromosomu pomiędzy chromatydami homologicznymi
- metafaza I - ulokowanie się biwalentów w płaszczyźnie równikowej komórki
- anafaza I - biwalenty ulegają rozłączeniu w obrębie centromeru na dwa chromosomy homologiczne. Do centromeru każdego chromosomu przyczepiają się włókna wrzeciona. Na skutek ich skrócenia chromosomy rozchodzą się do przeciwległych biegunów komórki
- telofaza I - chromatydy siostrzane pozostają połączone w obrębie centromeru, odtwarza się otoczka i jąderko, zanika wrzeciono podziałowe. Po procesie mejozy I zachodzi cytokineza. W wyniku mejozy I powstają dwie komórki potomne, które są nadal diploidalne, ale w efekcie zajścia crossing-over, zawierają one inną informację genetyczną
- profaza II - zanika otoczka jądrowa i jąderko, tworzy się wrzeciono podziałowe
- metafaza II - ulokowanie się chromatyd siostrzanych w płaszczyźnie równikowej komórki
- anafaza II - chromatydy ulegają rozłączeniu w obrębie centromeru i rozchodzą się do przeciwległych biegunów stając się chromosomami potomnymi
- telofaza II - wokół chromosomów potomnych odtwarza się otoczka jądrowa i jąderko, chromosomy ulegają despiralizacji, zanika wrzeciono podziałowe. W wyniku mejozy II powstają cztery komórki haploidalne, z których dwie zawierają zrekombinowaną informację genetyczną
