PROCARYOTA - sinice, bakterie - to organizm jednokomórkowy, bezjądrowy o bardzo prostej budowie, pomimo to przeprowadza wszystkie życiowe czynności. Błona komórkowa nadaje kształt tym organizmom, a ich wnętrze osłania błona cytoplazmatyczna. Te dwie struktury komórkowe stanowią protoplast. Komórka nie ma w swym składzie jądra oraz takich organelli jak plastydy, mitochondrium czy retikulum endoplazmatyczne. W cytoplazmie obecne są rybosomy (kuleczkowate twory, tworzone przez RNA i białka), odpowiedzialne za syntezę białek. Nukleoid obecny w komórce spełnia rolę jądra a mezosomy (drobne twory) mają funkcje oddechowe.

EUCARIOTA - to samodzielne organizmy o wyższym stopniu złożoności niż Procaryota (pierwotniaki i glony). Protoplast ograniczony jest od zewnątrz błoną komórkową. Można w nim wyróżnić organelle, system błon retikulum, mających połączenie z błoną komórkową i przenikające cytoplazmę.

Porównanie Eucariota z Procaryota:

  • Organella fotosyntetyczne: P - tylakoid - bakterie purpurowe, zielone oraz sinice

E - chloroplast; komórki zielone;

  • Ściana komórkowa: P - tworzy ją kompleks mukopolipeptydowy; nieobecność celulozy;

E - u zwierząt nieobecna; u roślin buduje ją celuloza;

  • Organella energetyczne: P - ułożone koncentrycznie błony, których połączenie stanowi cytoplazma - mezosom;

E - mitochondrium;

  • Jądrowy aparat: P - rolę jądra pełni nukleoid (splątana, naga nić DNA); brak właściwego jądra;

E - jądro w liczbie 1 lub kilka, posiada kariolimfę, chromatynę oraz jąderko.

  • Rybosomy: obecne w każdym z typów komórek.
  • Materiały zapasowe: obecne w każdym z typów komórek.
  • Aparat Golgiego: P - brak
  • Retikulum endoplazmatyczne: P - brak
  • Rodzaj podziału jądra komórki: P - amitoza

E - mitoza, mejoza.

KOMÓRKA

Komórka jest niepodzielnym i najmniejszym żyjącym układem, który zdolny jest do rozmnażania oraz przeprowadzania każdego z podstawowych czynności życiowych. Występuje pojedynczo lub jako jeden ze składników komórkowego zespołu. Poprzez błonę komórkową komórka oddzielona jest od środowiska w taki sposób, który umożliwia jej wymianę wybiórczą substancji ze środowiskiem ją otaczającym. Wnętrze komórki stanowi koloid o złożonej strukturze - cytoplazma, umożliwiająca przeprowadzenie procesów w komórce. W zasadzie zawsze w komórce występuje swego rodzaju centrum decyzyjne, którym jest jądro. Informacja, w której zawarta jest sekwencja aminokwasów, zachowana jest w DNA. Uniwersalnym przenośnikiem i akumulatorem energii jest ATP. Większą jego część syntetyzuje mitochondrium, będące przetwórnią energetyczną o minimalnych rozmiarach. Jest także miejscem zachodzenia wewnątrzkomórkowego oddychania oraz reakcji tlenowych (u Procaryota funkcje mitochondrium pełnią mezosomy). W komórce występują chloroplasty, w których ma miejsce przetworzenia energii świetlnej na ATP (energię chemiczną) w celu asymilacji CO2. Pozostałe rodzaje plastydów (leukoplasty) mają funkcje zapasowe. Wnętrze komórki podzielone jest przez struktury retikulum endoplazmatycznego (ER); u bezjądrowych te struktury nie występują. Obecne w komórce rybosomy odpowiedzialne są za powstawanie różnych pod względem chemicznym i skomplikowanych makrocząsteczek (białek). Rybosomy połączone z ER tworzą granuralne ER. Za syntezę , wydzielanie wielocukrów oraz śluzów odpowiedzialny jest aparat Golgiego. Trawienie wewnątrzkomórkowe zachodzi w lizosomach (struktury nieobecne u Procaryota). W wakuolach (zwanych śmietnikami komórki) gromadzone są niepotrzebne substancje lub nie podlegające wydaleniu (komórki prokariotyczne nie posiadają wakuoli).

BŁONA KOMÓRKOWA

Plazmolemma - przepuszcza wybiórczo różne związki: H2O jest przepuszczana, związki niejonowe tym lepiej są przepuszczane im lepiej rozpuszczają się w lipidach, duże cząsteczki białek i kwasów nukleinowych nie są przepuszczane. Błona komórkowa charakteryzuje się dużym oporem elektrycznym, nazywanym silnie spolaryzowaną. Zawiera lipidy (niewiele triglicerydów, duża ilość diglicerydów z grupy fosfolipidów, glikolipidy (mają polarne węglowodanowe grupy), sfingolipidy (w miejsce glicerolu - sfingozyna, cerebrozydy). Występujące w białka są słabo poznane, zawierają wiele aminokwasów. Białka powierzchniowe można łatwo usunąć z plazmolemmy, w połączeniu z ER dają ER granuralne, w warstwie powierzchniowej lipidów znajdują się hydrofobowe części białek. Białka integralne są trudno usuwalne z błony; są na tyle duże, że ich hydrofilowe części niejako wyrastają z błony.

Funkcje błony:

  • oddzielenie od środowiska zewnętrznego,
  • pośredniczenie w wymianie cząsteczek i jonów,
  • połączenia między komórkami,
  • odbieranie sygnałów od innych komórek oraz środowiska,
  • transport aktywny (przy nakładzie energii zwiększa się różnica stężeń odpowiednich substancji).

CYTOPLAZMA

Cytoplazma jest skomplikowanym, koloidalnym układem wielofazowym, w którym woda stanowi fazę rozpraszającą. Fazą zawieszoną lub rozpuszczoną są globularne białka enzymatyczne, białka fibrylarne (składniki cytoszkieletu), tłuszczowe kwasy, tłuszczowce, wolne aminokwasy oraz sole. Cytoplzma jest środowiskiem dla wielu reakcji biochemicznych, zaopatruje komórkę w enzymy i substraty do tych przemian. Forma cytozolu występuje w środku komórki, cytożelu - przy ścianach komórki. Cytoplzma jest układem dynamicznym i poddana jest ruchowi wokoło wakuoli. Rodzaje ruchów:

  • rotacyjny - wokół centralnej pojedynczej wodniczki,
  • cyrkulacyjny - wokół drobnych, kilku wodniczek,
  • pulsacyjny - w zmiennym kierunku wokół kilku drobnych wodniczek (sprawia wrażenie pulsacji)

W przypadku większości eukariotycznych komórek w cytoplazmie zawieszone są mikrutubule oraz mikrofilamenty - białkowe, włókienkowate składniki cytoszkieletu.

Mikrotubule są rozmieszczono w sposób luźny z cytoplazmie i odpowiadają za zmianę położenia komórkowych oganelli oraz ruch cytoplazmy; są składnikiem wrzeciona kariokinetycznego. Mikrofilamenty odpowiadają za zmianę kształtu komórki, ruch oraz morfogenetyczne ruchy podczas embiogenezy; mają funkcje podporowe.

JADRO

Jest jednym z największych części protoplastu. W przypadku większej liczby jąder w komórce mówi się o komórczaku. Są wynikiem wielokrotnych mitoz oraz zlania się (fuzji) jednojądrowych komórek.

Jądro ma kulisty kształt (rzadko jakikolwiek inny) i położone jest w centralnie (rzadko peryferyjnie). Rozmiar jądra jest gatunkową cechą, choć podlega zmianom w trakcie życia komórki. Jego elementem jest jądrowa otoczka (element oddzielający cytoplazmę od ośrodka decyzyjnego; w jej skład wchodzi gładka wewnętrzna błona oraz zewnętrzna, przechodząca w błony ER, zawiera zróżnicowaną ilość porów, dzięki którym odbywa się wymiana drobnocząsteczkowych substancji z cytoplazmą), kariolimfa (wypełnia środek jądra, stanowi płynne środowisko; w nim zawieszone jest jąderko oraz chromatyna - koloid wodny białkowy; utrzymuje napięcie otoczki). Najważniejszymi białkami stanowiącymi zawartość kariolimfy są enzymy. Materiał genetyczny w interfazowej postaci (chromatyna) tworzy przestrzenne struktury o skomplikowanej budowie. Chromosomy - jedna z form upakowania DNA - stanowią podziałową postać tej struktury. Liczba chromosomów jest charakterystyczna dla każdego z gatunków, przy czym każdy z wyższych organizmów ma komplet podwójny chromosomów. Elementy chromosomu są następujące: przewężenie pierwotne (centromer) i wtórne, telomery i satelity. W trakcie trwania okresu pomiędzy podziałami komórki w obrębie jądra widoczne są chromocentry, czyli grudki chromatynowe oraz chromonemy - chromatynowe nici. Obydwie struktury stanowią zgrupowanie chromatynowych fibryli, które składają się z: DNA (w ilości niezmiennej dla określonego gatunku pozbawionego mutacji), białek histonowych, zawierających dużą ilość aminokwasów zasadowych, białek niehistonowych (struktur o różnej wartości pH; pełniące rolę stabilizujące i regulatorowe) oraz różnych rodzajów RNA za wyjątkiem RNA właściwego dla autonomicznych organelli.

W jądrze występuje także jąderko, zazwyczaj jedno, nie będące oddzielonym od innych elementów błoną. Podczas podziału komórki zgromadzenie białek, RNA oraz niewielka ilość DNA zanika i ma miejsce synteza RNA.

RYBOSOMY

Rybosomy są strukturami nieobłonionymi, odpowiedzialnymi za powstawanie białek. Buduje je RNA oraz białka (strukturalne - zasadowe oraz enzymatyczne - kwaśne). Stanowią je dwie jednostki: mniejsza i większa. Występują rybosomy małe (w mitochondriach, plastydach oraz w komórkach prokariotycznych) oraz duże - w komórkach eukariotycznych w cytoplazmie. Rzadko występują jako wolne struktury w cytoplazmie. Częściej związane są z retikulum endoplazmtycznym, tworząc granuralne ER. Liczba rybosomów w komórce jest uzależniona od jej metabolicznej aktywności - w dzielących się szybko komórkach duża ilość rybosomów.

PEROKSYSOMY

Peroksysomy są wyspecjalizowanymi pęcherzykami, zawierającymi utleniające enzymy.

APARAT GOLGIEGO

Struktura ta to silnie spłaszczone, pojedyncze pęcherzyki - diktiosomy - tworzone przez 4-8 woreczków spłaszczonych, ułożonych w postaci stosu, z bocznymi mniejsze lub większe pęcherzykami, kanalikami. Otoczone są pojedynczą, białkowo - lipidową błoną. Funkcją aparatu Golgiego jest wydzielanie zagęszczonych w trakcie egzocytozy (będącej odwróconą pinocytozą) substancji, synteza polisacharydów (zaopatrzenie w związki budujące ściany wtórne i pierwotne) oraz przekazywanie substancji w komórce.

LIZOSOMY

Lizosomy są ciałami trawiącymi, występującymi tylko u eukariotów. Otoczone są przez pojedynczą biologiczną błonę i wypełnione enzymami hydrolitycznymi. Wytwarzane są z aparatów Golgiego - lizosomy pierwotne lub z ER - lizosomy wtórne (= wakuola trawienna). Odpowiedzialne są za trawienie wewnątrzkomórkowe, obronę komórki przed infekcjami, trawienie i separację zbędnych dla komórki składników umożliwiając tym samym regenerację oraz zmiany w budowie uszkodzonych komórek lub samostrawienie starzejących się komórek. Biorą udział w mobilizacji metabolicznych rezerw komórek zapasowych. Ich zawartość zwykle nie podlega wydaleniu poza komórkę.

ER - retikulum śródplazmatyczne

Retikulum stanowi system błon cytoplazmatycznych o strukturze trójwarstwowej, niespolaryzowane, które tworzą cysterny, kanaliki oraz niewielkich rozmiarów wakuole. W ich składzie jest 35-52% lipidów, w tym cholesterol, fosfolipidy i nienasycone kwasy tłuszczowe oraz 48-65% białek (enzymatyczne białka oraz przenośnikowe układy białkowe). Wyróżnia się retikulum gładkie (agranuralne), nie powiązane z rybosomami oraz granuralne ER (szorstkie), na powierzchni których występują rybosomy. ER zawiera różne enzymy, odpowiedzialne za biosyntezę triglicerydów oraz diglicerydów, związanych z przenoszeniem elektronów w związku z reduktazą NADH. Dzięki budowie ER zwiększona jest powierzchnia komórki. Możliwe stało się także zachodzenie obok siebie różnych biochemicznych procesów (wymagane różne pH). ER stanowi czynnik łączący różne struktury oraz obszary w komórce. Jest odpowiedzialne za syntezę białek (Erg), tłuszczy i sterydów, reakcje detoksykacji oraz przemiany cukrów.

MITOCHONDRIUM

Mitochondrium stanowi strukturę otoczoną podwójną lipo-proteidową błoną, zdolna do samopowielenia i występuje w komórkach eukariotycznych (u Procaryota - mezosomy). Występuje w komórce w ilości 20 - kilku tysięcy, przy czym więcej jest ich w komórkach zwierzęcych. Ruch mitochondrium (wijąc się lub obracając) odbywa się wokół struktur zużywających najwięcej energii, dostarczając ją jednocześnie w postaci ATP (uniwersalny przenośnik i akumulator energii). Część mitochondrium stanowią grzebienie mitochondrialne, stanowiące pofałdowania błony wewnętrznej (w komórkach zwierzęcych - kształt płytkowaty; w komórkach roślinnych - kształt rurkowaty). Wnętrze mitochondrium to tzw. matriks - koloidalny ośrodek zawierający wiele białek, zwłaszcza enzymatycznych. Funkcją mitochondrium jest przemiana energii zawartej w związkach organicznych na biologicznie istotną energię, niesiona przez ATP. Zawiera właściwe sobie, inne niż jądrowe DNA i RNA.

WAKUOLA

Wakuola jest strukturą nieplazmatyczną, otoczoną tonoplastem (błona biologiczną, wakuolarną). Charakteryzuje się brakiem rybosomów oraz dużą przepuszczalnością względem elektronów. Wakuole powstają z pęcherzyków (aparatu Golgiego), z dużych wakuoli poprzez ich podział prowadzący do powstania mniejszych struktur (u roślin) lub z prawakuoli o małych rozmiarach, oddzielających się od retikulum endoplazmatycznego. Wodniczkę wypełnia sok wakuolarny, którego składniki można podzielić na organiczne (rozpuszczalne - aminokwasy, białka, kwasy organiczne i cukry, metabolity wtórne - garbniki, alkaloidy i glikozydy) oraz nieorganiczne (w 90% woda, w której znajdują się jony: K, Na, Mg, Ca; związki podlegające wytrąceniu z roztworu w roślin). Utrzymanie odpowiedniego uwodnienia komórki jest jedną z funkcji wodniczek. Odpowiadają także za stopień jędrności komórki. Biorą udział w endozytozie, pokarmowe wodniczki są w stanie trawić pokarm (wtórne lizosomy). Zwane są śmietnikami komórki ze względu na to, iż gromadzą substancje nie podlegające wydaleniu poza komórkę.

CYKL KOMÓRKOWY

Podział komórki związany jest z następującymi procesami: kariokinezą, czyli podziałem jądra (każda komórka potomna zawiera całkowity zestaw chromosomów, w jądrze zachodzą różnego rodzaju przemiany w trakcie kolejnych faz - profazy, metafazy, anafazy i telofazy) oraz cytokinezą, czyli podziałem cytoplazmy (rozpoczęcie ma miejsce w końcowym etapie anafazy, powstaje wrzeciono cytokinetyczne, tworzone przez mikrotubule; aparat Golgiego odgrywa swoją rolę przy tworzeniu błony cytoplazmatycznej, która oddziela każdą z potomnych komórek).

INTERFAZA

Etap pomiędzy podziałami. Wyróżnia się etap wzrostu jądra, kiedy to osiąga wielkość normalną (nazywana fazą G1). Następnym etapem jest replikacja DNA i synteza białek histonowych. W trakcie tych zmian ilość chromatyny wzrasta dwukrotnie (tzw. faza S). Zwiększenie ilości komórkowego soku w fazie G2 doprowadza do zwiększenia rozmiaru jądra.

REPLIKACJA DNA

Replikacja DNA wiąże się podwojenie ilości DNA. Łańcuchy polinukleotydowe ulegają rozłączeniu a każdy z nich jest matrycą, umożliwiającą powstanie dopełniającego łańcucha. Jedna wyjściowa cząsteczka DNA daje dwie kopie o identycznej sekwencji. Replikacja DNA stanowi podstawę przekazywania niezmiennej genetycznej informacji w kolejnych pokoleniach.

MITOZA

Mitoza stanowi jeden podział - kariokinezę, połączoną z cytokinezą, w wyniku czego powstają dwie identyczne pod względem ilości chromosomów (jak jądro macierzystej komórki) komórki. Dzięki mitozie, zachodzącej w komórkach somatycznych, dochodzi do namnażania komórek. Mitoza obejmuje kolejne fazy:

  • profazę - widoczne dwie chromatydy chromosomów;
  • metafazę - każdy chromosom z widocznymi dwoma chromatydami układa się w płaszczyźnie równikowej kariokinetycznego wrzeciona;
  • anafazę - chromatydy, po skróceniu włókien kariokinetycznego wrzeciona, rozchodzą się w kierunku biegunów komórki;
  • telofazę - biegun komórki zostaje osiągnięty przez chromatydy; powstałe dwa jądra mają diploidalną liczbę chromosomów.

Ilość DNA po zajściu mitozy jest dwukrotnie mniejsza. Ubytek ten jest uzupełniany w trakcie interfazy (replikacja DNA w fazie S). W rezultacie powstają dwie potomne komórki. Mitoza powiązana jest z podwojeniem ilości komórek, ich namnażania, co w końcu zmierza do zwiększenia masy ciała i wzrost organizmu. Następuje przekazanie niezmienionej informacji genetycznej.

MEJOZA

Mejoza obejmuje kariokinezę, w wyniku której dochodzi do redukcji liczby chromosomów. Prowadzi do wytwarzania haploidalnych gamet a zachodzi w macierzystych komórkach gamet. Każda z hapolidalnych gamet posiada chromosomy w liczbie 1n. Zapłodnienie prowadzi do powstania zygoty mającej 2n chromosomów, której rozwój prowadzi do powstania dojrzałego organizmu, zdolnego do wytwarzania następnych gamet. Mejoza obejmuje dwa procesy, sprzężone ze sobą:

I - redukcyjny podział mejotyczny

II -podział mejotyczny przypominający mitozę (zwany mitotycznym)

Każdy z procesów obejmuje kolejno etapy: profazę, metafazę, anafazę oraz telofazę. Podział jednej komórki macierzystej prowadzi do powstania 4 komórek potomnych. Liczba chromosomów po podziale zostaje zredukowana z 2n do 1n.

Etapy:

Profaza I - długo trwająca. Składa się z pięciu etapów: leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakineza. Występuje zjawisko crossing-over, czyli rekombinacji genetycznego materiału, co prowadzi do powstania w rezultacie różnych osobników (brak dwóch identycznych organizmów jednego gatunku).

Metafaza I - powstają tetrady - pary homologicznych chromosomów, składających się z czterech chromatyd, przyjmują pozycję równikową wrzeciona kariokinetycznego.

Anafaza I - chromosomy rozchodzą się do biegunów komórki na skutek skracania włókien kariokinetycznego wrzeciona.

Telofaza I - po osiągnięciu przez chromosomy biegunów komórki dochodzi do powstania dwóch potomnych jąder o licznie chromosomów równej 1n.

W cyklu tym nie zachodzi cytokineza.

II podział - ma miejsce redukcja ilości DNA oraz zwiększenie liczby jąder, w wyniku czego powstają cztery potomne komórki zawierające w jądrach haploidalną liczbę chromosomów. Mejoza zapewnia zmienność genetycznej informacji.

Plastydy

Plastydy są autonomicznymi organellami, otoczonymi białkowo-lipidową podwójną błoną i obecne jedynie w roślinnych komórkach. Wewnętrzna błona tworzy wpuklenia do środka, podczas gdy całość wnętrza wypełnia stroma z DNA oraz rybosomami. Wyróżnia się następujące rodzaje plastydów: chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty:

- chloroplasty - posiadają chlorofil - zielony barwnik, co daje możliwość roślinie przeprowadzenia fotosyntezy i nadaje liściom i niektórym niezdrewniałym łodygom kolor zielony. Chloroplasty posiadają wysoce wykształcony układ wewnętrznych błon, w postaci spłaszczonych woreczków - tylakoidów. Tzw, grana utworzone są przez ułożone w stosy rozszerzone tylakoidy. Barwniki takie jak chlorofil czy karoten i ksantofile wbudowane są w błony (lamelle) tylakoidów. Dzięki obecności chlorofilu pochłaniana jest energia świetlna konieczna w procesach fotosyntetycznych.

- chromoplasty - posiadają barwniki: ksantofil (żółty) i karoten (czerwony). Dzięki nim ziarna zbóż, jaskier, mniszek lekarski, słonecznik i starzejące się liście mają barwę żółtą a owoce pomidora, papryki, jarzębiny, róży i korzenie marchwi - pomarańczowo-czerwoną.

- leukoplasty - są bezbarwnymi strukturami, których funkcja sprowadza się do gromadzenia zapasowych substancji: tłuszczy (w lipoplastach), białek (jako ziarna aleuronowe) oraz cukrów np. skrobi (w amyloplastach). Substancje zapasowe zwykle są gromadzone w organach podziemnych spichrzowych, czego przykładem jest bulwa ziemniaka.

Rybosomy - to ziarniste, drobne struktury, tworzone przez RNA i białka, biorące udział w powstawaniu białka. Zwykle łączy je w jedność nić matrycowego RNA, tworząc w ten sposób łańcuchy - wówczas zyskują nazwę polirybosomów. Mogą także być powiązane z wewnątrzplazmatyczną siateczką (tworzą wtedy tzw. szorstką siateczkę wewnątrzplazmatyczną).