Komórka jest podstawową jednostką budulcową i funkcjonalną każdego organizmu. Ma ona zdolność spełniania wszystkich funkcji życiowych, takich jak oddychanie, odżywianie, rozmnażanie, wydalanie, wzrost. Rozmiary większości komórek są bardzo małe. Najmniejszymi komórkami na świecie są komórki bakteryjne(kilka mikrometrów), największymi zaś-jaja ptasie. Obserwacja komórek stała się możliwa dopiero po skonstruowaniu mikroskopu optycznego, co miało miejsce w roku 1665. Konstruktorem pierwszego mikroskopu był Robert Hooke. Dawał on powiększenie 100-150 krotne.

W 1839 roku została ogłoszona tak zwana teoria komórkowa. Jej twórcami byli Matthias Schleiden i Theodor Schwann. W myśl tej teorii organizmy zarówno zwierząt jak i roślin są skupiskami komórek, które są podstawową jednostką budulcową żywego organizmu. W 1962 roku Andre Michel Lwoff stwierdził, że wszystkie żywe organizmy wykazują na poziomie komórkowym uderzające podobieństwo. Podobieństwo to, będące świadectwem jedności świata ożywionego przejawia się w budowie komórek, w ich funkcjach, chemizmie, sposobie przekazywania i gromadzenia energii, a także w sposobie przechowywania i przekazywania informacji genetycznej. Jednak oprócz podobieństw, pomiędzy komórkami różnych organizmów są też istotne różnice, co prześledzimy porównując ze sobą komórki roślinne i zwierzęce.

Cechy komórek zwierzęcych

  • Cudzożywność(heterotrofizm)
  • Brak plastydów
  • Brak ściany komórkowej
  • Liczne i drobne wakuole(różniące się składem i funkcją od wakuol roślinnych)
  • Obecność centrioli
  • Odmienny w porównaniu z komórkami roślinnymi skład i funkcje lizosomów

Cechy komórek roślinnych

  • Samożywność(autotrofizm)
  • Obecność plastydów
  • Obecność ściany komórkowej
  • Pojedyncza duża wakuola
  • Centriole występują rzadko, zupełnie brak ich u roślin wyższych
  • Odmienny w porównaniu z komórkami zwierzęcymi skład i funkcje lizosomów

Zatem każda komórka roślinna otoczona jest zarówno błoną jak i ścianą komórkowa, natomiast komórkę zwierzęcą otacza tylko błona, zwana plazmalemmą. Składniki ściany komórkowej są syntetyzowane przez protoplast, stanowiący żywą część komórki. W skład protoplastu wchodzą cytoplazma oraz organella komórkowe. W obrębie cytoplazmy można wyróżnić cytoplazmę podstawową, cytoszkielet oraz struktury membranowe, do których zaliczamy plazmalemmę, lizosomy, sferosomy, retikulum endoplazmatyczne(ER) i aparat Golgiego. Na terenie cytoplazmy podstawowej oraz na powierzchni części błon ER znajdują się licznie rybosomy.

`

Szczegółowy opis poszczególnych struktur subkomórkowych

  1. Ściana komórkowa

Stanowi zewnętrzną powłokę komórki roślinnej. Komórki zwierzęce jej nie wykształcają. Włóknisty szkielet ściany komórkowej tworzony jest przez miofibryle celulozowe. Te włókna zanurzone są w bezpostaciowej, jednorodnej macierzy utworzonej z hemiceluloz, pektyn oraz niewielkich ilości białka. Młode komórki otoczone są ścianą pierwotną, która jest cienka i elastyczna. Gdy komórka osiągnie swoje ostateczne rozmiary, pomiędzy ścianą pierwotną a protoplastem, odkłada się ściana wtórna, zbudowana z trzech warstw. Jest ona strukturą sztywną i grubą. Pomiędzy ścianami pierwotnymi sąsiadujących komórek znajduje się blaszka środkowa, która silnie spaja komórki. Protoplasty sąsiadujących komórek mogą się ze sobą komunikować za pomocą porów, przez które przechodzą cienkie cytoplazmatyczne nici, zwane plazmodesmami.

Ściana komórkowa pełni szereg istotnych funkcji. Ogranicza ona straty wody z protoplastu, chroni go przed niekorzystnymi czynnikami otoczenia, nadaje sztywność roślinie.

Ściana komórkowa może podlegać procesom inkrustacji, czyli odkładania się różnych substancji w przestrzeniach międzyfibrylarnych. Do substancji inkrustujących należy na przykład krzemionka, węglan wapnia, czy też lignina, która sprawia, że ściana staje się bardzo twarda. Ponadto mogą odkładać się substancje o charakterze tłuszczowym, na przykład kutyna i woski. Chemicznie podobna do kutyny jest suberyna. Odkładanie się tej substancji powoduje korkowacenie(suberynizację).

2. Błony plazmatyczne

Komórki wszystkich organizmów żywych otoczone są błoną powierzchniową, zwaną błoną cytoplazmatyczną, lub plazmalemmą, która utrzymuje jej zawartość razem, oddzieloną od środowiska zewnętrznego. Na terenie komórki błony plazmatyczne tworzą cały system przedziałów wewnątrzkomórkowych, czyli organella. W cytoplazmie istnieje cały system wewnętrznych błon plazmatycznych, określane mianem, retikulum endoplazmatycznego. Wszystkie te błony charakteryzują się taką samą, charakterystyczną mikrostrukturą, która ma charakter płynnej mozaiki. Twórcami modelu płynnej mozaiki byli S.J.Singer oraz G.L.Nicolson. Głównym składnikiem błon są fosfolipidy, których cząsteczki, oprócz kwasu tłuszczowego oraz glicerolu zawierają też resztę kwasu fosforowego. Najpowszechniejszym fosfolipidem błonowym jest lecytyna. Fosfolipidy łączą się w dwuwarstwowe struktury. Innym tłuszczem wchodzącym w skład błony plazmatycznej jest cholesterol, należący do grupy sterydów. Cholesterol stanowi 5-25% lipidów budujących błonę.

W podwójnej warstwie lipidowej zanurzone są białka. W zależności od stopnia zintegrowania z podwójną warstwą lipidów wyróżniamy dwie główne grupy białek błonowych:

  • Białka integralne, które całkowicie lub częściowo zanurzają się w podwójnej warstwie lipidów, są mocno związane z błoną
  • Białka powierzchniowe, znajdujące się na powierzchni błony, można je łatwo usunąć, bez naruszania struktury warstwy lipidowej

Na zewnętrznej powierzchni komórek zwierzęcych, niezawierających ściany komórkowej znajduje się warstwa glikokaliksu, będącego strukturą polisacharydową. Spełnia on ważną rolę w tworzeniu połączeń międzykomórkowych, w odczytywaniu bodźców zewnętrznych oraz w antygenowości komórki.

Błony biologiczne spełniają szereg istotnych funkcji. Błona plazmatyczna, otaczająca komórkę bierze udział w utrzymaniu jej kształtu, w procesach transportu z i do komórki, a także w komunikowaniu się z innymi komórkami. Błony otaczające organella oraz błony ER tworzą w obrębie komórki przedziały, dzięki czemu całkowicie odmienne procesy mogą zachodzić w bliskim sąsiedztwie. Błony mają ponadto duże znaczenie w procesie magazynowania energii.

3.Cytoplazma

Cytoplazma składa się z cytoplazmy podstawowej oraz organelli. Cytoplazma podstawowa, zwana też hialoplazmą lub cytozolem stanowi środowisko dla wszystkich składników znajdujących się w komórce. Ma ona charakter koloidu, o dość jednorodnej strukturze. Pod względem fizycznym jest lepka, elastyczna i galaretowata. Głównym składnikiem cytoplazmy podstawowej jest woda, stanowiąca od 80 do 90% zawartości. Pozostałymi składnikami są białka, tłuszcze i węglowodany. W bezpostaciowej cytoplazmie podstawowej zawieszone są organella komórkowe. Cytoplazma znajduje się w ciągłym ruchu. Wyróżniamy ruch rotacyjny, odbywający się wokół jednej dużej wakuoli, cyrkulacyjny, który zachodzi, gdy liczba wakuol jest większa oraz ruch pulsacyjny.

W obrębie cytoplazmy podstawowej znajdują się elementy cytoszkieletu. W skład cytoszkieletu wchodzą dwa rodzaje elementów:

  • Mikrofilamenty: trwałe pałeczkowate struktury, zbudowane z białka aktyny. Stanowią podporę strukturalną, ale też odgrywają dużą rolę w ruchach komórek i organelli. Mogą się kurczyć. Ponadto biorą udział w procesie podziału komórkowego
  • Mikrotubule: puste rureczki, o długości 15-30nm. Budują je podjednostki złożone z białka, tubuliny. Stanowią podporę strukturalną, uczestniczą w ruchach komórek i organelli oraz podziale komórkowym

4. Jądro komórkowe

Najważniejsze wśród organelli komórkowych. Jest głównym ośrodkiem kontrolnym komórki. Prawie cały DNA w komórce zlokalizowany jest w jego wnętrzu, jest, więc ono nośnikiem informacji genetycznej komórki. Jądro ma ogromne znaczenie dla utrzymania funkcji życiowych komórki, a także określa cechy jej budowy.

Otoczkę jądrową stanowi podwójna błona, zaopatrzona w pory umożliwiające bezpośrednią łączność z cytoplazmą. Wnętrze jądra wypełnia nukleoplazma. W jej obrębie wyróżniamy chromatynę, jąderko i sok jądrowy, zwany kariolimfą. Chromatyna zbudowana jest z DNA, RNA oraz różnych białek. Jako, że zawarta jest w niej informacja genetyczna stanowi ona najważniejszy składnik jądra. Chromatyna może występować, w formie luźnej; wówczas jest aktywna i nosi nazwę euchromatyny. Może też ulec kondensacji, przechodząc w formę nieaktywną. Maksymalny poziom kondensacji chromatyny stanowią chromosomy, które powstają w czasie podziału komórkowego.

RNA jest kwasem nukleinowym pośredniczącym w pełnieniu przez DNA swoich funkcji. W procesie transkrypcji, sekwencja zasad w DNA, która koduje białko zostaje przepisana na sekwencję zasad w RNA. Sekwencja zasad stanowi zapis informacji genetycznej. W jądrze zachodzi także proces samopowielania, czyli replikacji DNA.

Istnieją trzy rodzaje RNA: rybosomowe, matrycowe oraz transportujące. Jąderko, znajdujące się na terenie jądra, jest miejscem syntezy rybosomowego RNA(rRNA) oraz rybosomów. Jąderko jest ziarnistą nieobłonioną strukturą, zbudowaną z RNA i białka.

Kariolimfa, która wypełnia przestrzenie między strukturami jądra, jest substancją silnie uwodnioną. W jej skład wchodzą białka, miedzy innymi enzymy kontrolujące przebieg zachodzących w jądrze procesów.

5. Mitochondrium

Mitochondrium stanowi centrum energetyczne komórki. W jej wnętrzu zachodzi większość reakcji składających się na oddychanie komórkowe. W wyniku tych przemian następuje przekształcenie energii pochodzącej z glukozy lub lipidów, w energie zgromadzoną w ATP. Mitochondria odznaczają się wysokim stopniem organizacji. Otoczone są podwójna błoną. Błona zewnętrzna jest gładka i dość łatwo przepuszczalna, natomiast błona wewnętrzna tworzy do wnętrza mitochondrium wpuklenia i jest trudno przepuszczalna. Przestrzeń ograniczona przez błonę wewnętrzną nosi nazwę matriks mitochondrialnego.

Mitochondria są przykładem organelli półautonomicznych. Zawierają one swój własny DNA, w formie kolistej, niezwiązanej z białkami. Jednak informacja zawarta w mitochondrialnym DNA nie umożliwia syntezy wszystkich białek znajdujących się na terenie tego organellum. Nukleoid mitochondrialny znajduje się w matriks. Oprócz tego w matriks występują też rybosomy, enzymy związane z syntezą kwasów nukleinowych oraz białek, a także enzymy katalizujące reakcje składające się na oddychanie komórkowe. Także w obrębie błony wewnętrznej zlokalizowane są enzymy związane z przemianami energetycznymi.

Mitochondria są najliczniejsze w komórkach charakteryzujących się intensywnym metabolizmem, których zapotrzebowanie na energię jest bardzo duże. Dużo mitochondriów zawierają na przykład komórki wątroby oraz mięśniowe.

6. Wakuola

Wprawdzie wakuola jest organellum występującym zarówno w komórkach zwierzęcych jak i roślinnych, jednak istnieją między nimi uderzające różnice, zarówno w budowie jak i pełnionych przez nie funkcjach. Wakuola ma postać dużego pęcherza, otoczonego pojedynczą błoną(tonoplastem). Wypełnia ją wodny roztwór różnych substancji zarówno organicznych jak i nieorganicznych, zwany sokiem komórkowym. Spośród związków nieorganicznych w wakuoli występują sole potasu, sodu, żelaza, wapnia, magnezu, ponadto różne azotany, siarczany, fosforany oraz chlorki. Związki organiczne reprezentowane są przez różne kwasy, takie jak szczawiowy, cytrynowy, jabłkowy, winowy. Ponadto w soku komórkowym są rozpuszczone cukry. Występują tam też aminokwasy, białka, alkaloidy i garbniki. Barwniki występujące w soku komórkowym należą do grupy flawonoidów, do których zaliczane są antocyjany, nadające niebieskie, czerwone lub fioletowe zabarwienie kwiatom oraz niektórym innym organom. Na terenie wakuoli mogą się również gromadzić wydzieliny komórkowe. Spotyka się tam też ciała stałe, przede wszystkim kryształy zbudowane ze słabo rozpuszczalnego szczawianu wapnia.

Wakuole tworzą się w młodych, dzielących się komórkach na skutek zlania się pęcherzyków powstających w obrębie siateczki śródplazmatycznej, lub aparatu Golgiego.

Charakterystyczna cechą komórek roślinnych jest to, że ich wakuole mają duże rozmiary, za to są nieliczne-najczęściej w komórce występuje pojedyncza duża wakuola. Z kolei w komórkach zwierzęcych wakuole są liczne i drobne.

Funkcje wakuoli:

  • Utrzymywanie komórki w stanie turgoru
  • Gromadzenie metabolitów oraz materiałów zapasowych
  • U pierwotniaków występują tzw. wodniczki pokarmowe, których rolą jest trawienie pokarmu
  • Ponadto u pierwotniaków występują też wodniczki tętniące, usuwające nadmiar wody z komórki

7. Plastydy

Jest to grupa organelli charakterystycznych wyłącznie dla komórek roślinnych. Wykazują wiele cech wspólnych z mitochondriami. Otoczone są podwójną błoną, przy czym błona zewnętrzna jest łatwo przepuszczalna, a wewnętrzna słabo przepuszczalna. Chloroplasty, należące do tej grupy organelli wykształcają ponadto wewnętrzny system błon, będących miejscem przebiegu przemian energetycznych. Podobnie jak mitochondria, plastydy zawierają własny kolisty DNA, są, więc zaliczane do organelli półautonomicznych.

Wyróżniamy wiele form plastydów:

  • Proplastydy, dające początek innym, dojrzałym formom plastydów. Występują w komórkach merystematycznych, czyli dzielących się
  • Etioplasty, które powstają, z proplastydów w komórkach potencjalnie zdolnych do fotosyntezy, ale nienaświetlanych
  • Chloroplasty, które mogą rozwinąć się albo z wystawionych na działanie światła etioplastów, albo, na świetle, bezpośrednio z proplastydów. Chloroplasty mają najczęściej kształt elipsy. Maja silnie rozwinięty wewnętrzny system błon tworzących równolegle ułożone, spłaszczone woreczki, zwane tylakoidami. Wyróżniamy tylakoidy stromy oraz tylakoidy gran. Na terenie tylakoidów zlokalizowany jest aparat świetlnej fazy fotosyntezy. Przestrzeń ograniczoną wewnętrzną błoną chloroplastu wypełnia stroma, w której występują enzymy ciemnej fazy fotosyntezy. Barwnikiem znajdującym się w chloroplastach jest zielony chlorofil. Wbudowany jest w błony tylakoidów
  • Leukoplasty, są bezbarwne, ich funkcją jest gromadzenie materiałów zapasowych, zwłaszcza skrobi. Występują w tkankach pozbawionych dostępu światła. Na świetle mogą przejść w chloroplasty
  • Chromoplasty, stanowiące końcowe stadium rozwoju plastydów. Najczęściej powstają z chloroplastów, choć mogą też powstać z przekształcenia leukoplastów, lub proplastydów. Występują w dojrzewających owocach i kwiatach, a także jesiennych liściach. Barwy tych organów pochodzą od znajdujących się w chromoplastach barwników karotenoidowych. Karotenoidy dają barwy żółte i pomarańczowe. Chromoplasty są związane z mało aktywnymi fizjologicznie tkankami. Ich obecność jest, niekiedy przejawem starzenia się lub degeneracji.

8. Retikulum endoplazmatyczne

Retikulum endoplazmatyczne, zwane też siateczką śródplazmatyczną, to skomplikowany kompleks błon otaczających jądro i rozciągających się na znaczny obszar cytoplazmy. Błony budujące ER stanowią ściśle upakowane struktury w postaci spłaszczonych woreczków. Obszar ograniczony przez błony retikulum to tzw. światło ER. Zarówno błony, jak światło ER wyposażone są w szereg enzymów, katalizujących bardzo różne reakcje. Na terenie siateczki śródplazmatycznej zachodzi synteza związków wchodzących w skład błon-głównie białek i lipidów. Stanowi też źródło wewnątrzkomórkowych pęcherzyków przejściowych, które transportują cząsteczki białek wytworzone przez komórkę.

Wyróżniamy:

  • Retikulum endoplazmatyczne gładkie, pozbawione rybosomów na powierzchni zewnętrznej. Jest ono miejscem biosyntezy lipidów. Zachodzą tu także procesy detoksykacji leków.
  • Retikulum endoplazmatyczne szorstkie(ziarniste), którego zewnętrzna powierzchnia usiana jest rybosomami. Na jego terenie ma miejsce biosynteza różnych białek, które mogą stanowić budulec błon, lub są wydzielane na zewnątrz komórki

9. Aparat Golgiego

Aparat Golgiego stanowi zespół spłaszczonych, przylegających do siebie, błoniastych cystern. Cysterny te tworzą stos, zwany diktiosomem. Na brzegach błoniastych cystern tworzą się rozdęcia, które odłączają się jako kuliste pęcherzyki. Cysterny tworzone są z błon gładkiego retikulum. Na terenie cystern ma miejsce obróbka struktury białek, utworzonych w ER. Polega ona głównie na dołączaniu do nich reszt cukrowych, co prowadzi do wytworzenia glikoprotein. W komórkach roślinnych aparat Golgiego stanowi miejsce tworzenia niektórych wielocukrów i ich pochodnych, takich jak pektyny i hemicelulozy, wchodzących w skład ściany komórkowej. Innym produktem cystern są śluzy i inne wydzieliny komórkowe, zatem aparat Golgiego jest szczególnie silnie rozwinięty w komórkach wydzielniczych.

Oprócz syntezy i obróbki substancji na terenie diktiosomów ma miejsce ich sortowanie, w zależności od miejsca przeznaczenia. Ma to związek z inną ważną funkcją aparatu Golgiego, jaką jest transport w obrębie protoplastu, a także poza protoplast lub komórkę.

10. Centriole

Centriole występują w komórkach zwierzęcych, brak ich natomiast w komórkach roślin wyższych. Centriole mają postać pustych rurek, znajdujących się mniej więcej w środku komórki. Rurki te zbudowane są z trypletów mikrotubul. Ich funkcja jest organizowanie wrzeciona mitotycznego, podczas podziału komórki zwierzęcej.

11. Lizosomy

Lizosomy mają postać pęcherzyków otoczonych pojedynczą błoną lipidowo-białkową. Powstają w wyniku pączkowania błony gładkiego ER. Lizosomy komórek roślinnych i zwierzęcych różnią się między sobą funkcjami. W przypadku komórek roślinnych lizosomy są częścią systemu wakuolarnego. Funkcją lizosomów jest przeprowadzanie trawienia wewnątrzkomórkowego, w związku, z czym posiadają one zestaw kwaśnych enzymów hydrolitycznych. Swoją funkcję spełniają poprzez fuzję z pęcherzykami, utworzonymi w wyniku endocytoz, zawierającymi różne substraty metaboliczne.

Pomiędzy komórkami roślinnymi i zwierzęcymi istnieją znaczne różnice, związane z przystosowaniem do odmiennego sposobu realizowania swoich funkcji życiowych. Komórki zwierzęce nie są zdolne na przykład do przeprowadzania fotosyntezy, co odróżnia je od komórek roślinnych. Nie mają szeregu struktur występujących w komórkach roślinnych, takich jak ściana komórkowa, czy plastydy. Jednak pomimo tych różnic, nie sposób nie dostrzec istniejącego na poziomie komórkowym podobieństwa. Komórki roślinne i zwierzęce zawierają zasadniczo te same organella, które w taki sam, z grubsza sposób realizują swoje zadania. Zarówno w komórkach roślinnych jak i zwierzęcych strukturą odpowiedzialną za przemiany energii są mitochondria, w obu przypadkach metabolizmem komórki steruje jądro komórkowe itd. Podobieństw można doszukać się także na poziomie molekularnym: w uniwersalizmie kodu genetycznego, w składzie chemicznym, w sposobie przekształcania i magazynowania energii, w przebiegu podstawowych szlaków metabolicznych. Wszystkie te podobieństwo stanowią dowód jedności życia oraz jego wspólnych korzeni.