Komórka jest najmniejszą funkcjonalną strukturą każdego organizmu żywego. Po raz pierwszy została odkryta przez Roberta Hook'a. W skład komórek wchodzą struktury pełniące określone funkcje- organelle. Organelle występują w komórkach zwierząt , roślin i grzybów, zawieszone są w galaretowatej cytoplazmie. Organelle są typowe dla komórek eukariotycznych. W komórkach prostych organizmów jednokomórkowych brak jest skomplikowanych organelli. Komórki takie określane są mianem komórek prokariotycznych.

Organelle mogą być pochodzenia plazmatycznego lub nieplazmatycznego. Do nieplazmatycznych organelli należą wakuole i ściana komórkowa . Organellami plazmatycznymi są : cytoplazma, błona komórkowa, jądro, aparat Golgiego, retikulum endoplazmatyczne , plastydy, mitochondria, rybosomu, lizosomy i mikrotubule.

Wszystkie te struktury występują w komórkach eukariotycznych. Komórki prokariotyczne ich nie posiadają i charakteryzują się prostą budową , w której materiał genetyczny występuje w postaci splątanej nici kwasu nukleinowego.

Komórka , jako niezależna struktura musi być w jakiś sposób odgrodzona od środowiska . Do tego celu służy błona komórkowa czyli plazmalemma . Każda z organelli otoczona jest także błona , z tym że niektóre otoczone są błona pojedynczą ( peroksysomy, lizosomy, struktury Golgiego, wakuole, sferosomy i siateczka środplazmatyczna ) lub podwójną ( jądro komórkowe, plastydy i mitochondria ).

Błony cytoplazmatyczne zbudowane są z dwuwarstwy lipidowej, której podstawę stanowią fosfolipidy. W warstwie tej umieszczone są również białka, których zawartość w błonie może wahać się od 25% do 75%. Białka te mogą być zanurzone lub mogą wystawać ponad powierzchnię błony. Plazmalemma może zawierać także niewielka ilość cukrowców ( około 5% ).

Błona komórkowa ma za zadanie oddzielić ciało komórki od środowiska zewnętrznego, oraz utrzymywać jej kształt. Błony uczestniczą w transporcie różnych substancji między środowiskiem a wnętrzem komórki. Ze względu na hydrofobowość błon , transport odbywa się najczęściej przy użyciu odpowiednich przenośników białkowych. Stanowią barierę ochronną komórki. Plazmalemma uczestniczy w przewodzeniu i odbieraniu sygnałów, którymi z reguły są hormony łączące się z odpowiednimi receptorami umieszczonymi w błonie. Błona komórkowa ma charakter półpłynny, jej poszczególne składniki mogą przemieszczać się w jej obrębie. Ma to szczególne znaczenie w transporcie substancji przez błony.

Jądro.

Jest najważniejszym organellum komórkowym, ze względu na to że zawiera w sobie nośniki informacji genetycznej, czyli geny. Jądro ma wielkość od około 0,5 nm do 600nm , jest najczęściej kształtu kulistego, choć występują także jądra soczewkowate i pałeczkowate. Z reguły pojedyncza komórka zawiera jedno jądro. Jednak niektóre komórki zawierają ich więcej, są to tzw. komórczaki ( np. grzyby ) lub nie posiadają ich wcale ( np. rurki sitowe roślin zielonych, erytrocyty ssaków ). Komórki grzybów posiadają czasem dwa jądra leżące obok siebie, nazywane jądrami sprzężonymi.

Niektóre organizmy ( np. pierwotniaki ) posiadają dwa jądra o różnej budowie, tzw. mikronukleus i makronukleus. Jądro otoczone jest podwójną błoną cytoplazmatyczną, zwaną otoczką jądrową . Między błonami istnieje wąska przestrzeń, w pewnych miejscach błony te łącza i tworzą otwory - pory jądrowe. Dzięki tym porom możliwy jest transport niektórych cząsteczek zarówno z jądra do cytoplazmy jak i na odwrót. Zewnętrzna błona otoczki jądrowej połączona jest bezpośrednio z siateczką środplazmatyczną znajdującą się w pobliżu jądra. Do warstwy wewnętrznej przylegają specyficzne białka laminowe , które tworzą postawę szkieletu otoczki jądrowej. Biała te są niezmiernie istotne w odtwarzaniu tej otoczki po podziale komórkowym.

Wewnątrz jądra znajduje się koloid- kariolimfa, w której zawieszone jest jąderko oraz chromatyna. Chromatyna jest poskręcaną nicią DNA połączonej z silnie zasadowymi białkami histonowymi. Nici DNA są bardzo cienkie i długie i tworzą one silnie poskręcanie upakowane w regularny sposób struktury -chromosomy. Oprócz histonów i DNA w skład chromosomów wchodzą jeszcze białka niehistonowe a także nici RNA. Chromosomy są skondensowaną formą chromatyny. Natomiast istnieje także forma luźna - w postaci lekko poskręcanych nici.

Chromosomy zawierają geny, czyli ważną informację genetyczną . W czasie podziału komórkowego ważne jest aby taka informacja dotarła do obydwu komórek potomnych. Aby ilość chromosomów w komórkach potomnych zgadzała się z ilością chromosomów występujących w komórce macierzystej niezbędne jest ich namnożenie przed podziałem. Po namnożeniu każdy chromosom ma swoją kopie z którym połączony jest tzw. telomerem. W czasie przygotowywania się komórki do podziału obserwuje się w jej kondensację chromatyny do postaci krótkich i grubych chromosomów o silnie upakowanej strukturze. Chromosomy w tej postaci mogą być obserwowane w mikroskopie.

Największą strukturą w jądrze jest jąderko, w którym zachodzi synteza rybosomów. Jąderko nie jest otoczone błoną cytoplazmatyczną ani nie posiada skomplikowanej struktury. Znajdują się w nim specjalne enzymy niezbędne do tworzenia rybosomów.

Rybosomy są to struktury , na których odbywa się biosynteza białek. Największa ich ilość jest na szorstkiej siateczce śródplazmatycznej ale występują też w cytoplazmie. Zbudowane są one z rybosomalnego RNA ( rRNA ) oraz specyficznych białek rybosomowych. Mają kształt kulisty, zbudowane są z dwóch podjednostek różniących się wielkością. Białka potrzebne do syntezy rybosomów dostarczane są z cytoplazmy do jądra i do jąderka. W jąderku następuje tworzenie podjednostek rybosomów. Po połączeniu się podjednostek, prawidłowe chromosomy opuszczają jądro przez pory jądrowe i dostają się do cytoplazmy. W cytoplazmie rybosomy uczestniczą w produkcji białek.

Jądro ma nadrzędne znaczenie nad innymi organellami, ponieważ w nim umieszczona jest cała informacja dotycząca budowy całego organizmu. Jądro uczestniczy w podziale komórkowym a tym samym w przekazaniu tej informacji do komórek potomnych. W nim także namnażany jest kwas nukleinowy w procesie replikacji a także zachodzą pierwsze etapy biosyntezy białek ( transkrypcja ). Jądro jest także miejscem syntezy podjednostek rybosomalnych.

Siateczka środplazmatyczna.

Siateczka, zwana inaczej retikulum endoplazmatycznym ( ER ) stanowi skomplikowany system błon, tworzących cysterny, kanaliki i pęcherzyki , które uczestniczą w transporcie rozmaitych substancji wewnątrz komórki. Błony te dzielą komórkę na różne kompartymenty, dzięki czemu mogą zachodzić w niej jednocześnie różne reakcje. Wnętrze tych wszystkich kanalików i cystern tworzy specyficzny przedział komórkowy.

Siateczka środplazmatyczna bogata jest w system wielu enzymów, które są niezbędne w metabolizmie komórki , wpływające na wiele reakcji biochemicznych.

Zewnętrzna strona retikulum skierowana ku cytoplazmie jest pokryta dużą ilością kulistych cząstek- rybosomów. Strona wewnętrzna , skierowana do światła siateczki nie zawiera rybosomów i określana jest jako siateczka gładka.

Rybosomy umieszczone na błonie siateczki są swoistymi maszynami do produkcji białek. Produkcja białek zachodzi nie tylko w błonach siateczki szorstkiej , pewne białka wytwarzane są na wolnych rybosomach cytoplazmatycznych nie związanych z błoną .

W retikulum endoplazmatycznym powstałe białka ulegają potranskrypcyjnej obróbce. Obróbka ta polega na składaniu białek, formowaniu ich odpowiedniej struktury przestrzennej oraz dołączanie reszt cukrowych lub lipidowych . Wytworzone białka na błonie siateczki przechodzą do jej światła i ulegają różnym procesom przekształcania. Po czym transportowane są one do pęcherzyków siateczki, które odrywając się od tego systemu przenoszą je do miejsc docelowych. Przekazanie białka z pęcherzyka do określonego organellum przebiega sprawnie dzięki fuzji na fuzji błony pęcherzyka błon ( pęcherzyka i organellum ).

W gładkiej strefie retikulum zachodzą reakcje metabolizmu kwasów tłuszczowych, sterydów i fosfolipidów. Tutaj odbywają się również procesy detoksykacji substancji rakotwórczych. Dzięki enzymom zawartym w gładkim ER substancje te przekształcane są w nietoksyczne produkty, rozpuszczalne w wodzie , które następnie wydalane są z organizmu. Takie detoksykujące właściwości posiadają komórki wątroby , ponieważ zawierają one stosunkowo dużo gładkiej siateczki w porównaniu z innymi komórkami.

Układ Golgiego.

Aparat Golgiego ( ciałko Golgiego ) został odkryty przez badacza włoskiego Camillo Golgiego, dzięki zastosowaniu przez niego specyficznego barwienia preparatów mikroskopowych. Aparat Golgiego tworzą dość duże spłaszczone cysterny, przylegającymi do siebie. W miejscu przylegania cysterny te są dość wąskie, zaś w krańcowych częściach często poszerzone, ze względu na gromadzenie się tam produktów komórkowych. Każdy spłaszczony woreczek ( cysterna ) posiada światło ,czyli wewnętrzną przestrzeń. Jednak wszystkie te struktury aparatu Golgiego nie łączą się ze sobą i ich przestrzenie wewnętrzne nie mają ciągłości, tak jak ma to miejsce w retikulum endoplazmatycznym. W części komórek zwierzęcych występuje tylko jeden aparat Golgiego , który z reguły jest umieszczony w pobliżu jądra. Natomiast w większości komórek roślinnych i niektórych zwierzęcych ciałka Golgiego występują w większej ilości , umieszczone w różnych miejscach komórki.

Aparat Golgiego przystosowany jest przede wszystkim do modyfikacji i sortowania białek. Prawie każda cząsteczka białka wytworzona w komórce modyfikowana jest w strukturach aparatu Golgiego. Wytworzone w szorstkiej siateczce śródplazmatycznej białka transportowane są do ciałek Golgiego w pęcherzykach , które oddzieliły się od ER. Aby białka zawarte w tych pęcherzykach mogły przedostać się do światła pęcherzyków Golgiego musi dojść do połączenia się błony pęcherzyka ER z błoną cysterny aparatu. Białka w świetle cystern aparatu Golgiego ulegają rozmaitym przekształceniom, często zmieniających ich właściwości chemiczne. Każde białko przekształcane jest w sposób indywidualny.

Lizosomy.

Lizosomy występują jedynie w komórkach zwierzęcych. Są one małymi pęcherzykami otoczonymi pojedynczą błona plazmatyczną . W ich wnętrzu obecny jest sok komórkowy zawierający wiele enzymów trawiennych. Enzymy te wykazują optimum działania w środowisku o pH około 5. Enzymy lizosomowe zalicza się do wielu grup, m.in. do hydrolaz, amylaz, peptydaz i innych . Łącznie, w soku lizosomowym jest około 40 różnych enzymów rozkładających białka, tłuszcze, węglowodany , kwasy nukleinowe. Enzymy trawienne syntetyzowane w komórce dostarczane są do lizosomów dzięki specjalnym cząsteczkom sygnalnym. Błona komórkowa otaczająca lizosom zabezpiecza komórkę przed wydostaniem się enzymów, które mogłyby strawić elementy komórkowe. W sytuacjach krytycznych, kiedy komórka ma szczególne wymagania energetyczne z lizosomów uwalniane są enzymy , które trawiąc organelle komórkowe dostarczają jej potrzebną energię.

Lizosomy pełnią także funkcje obronne komórki, fagocytując obce cząsteczki ( np. bakterie lub resztki martwych komórek.

To lizosomy są odpowiedzialne za resorpcję ( zanik) ogona w czasie przeobrażenia kijanki w postać dorosłą. Prawdopodobnie schorzenie stawów - gościec spowodowany jest także nadmierna działalnością lizosomów w komórkach tkanki chrzestnej. Lizosomy tej tkanki uwalniają enzymy które niszczą tkankę chrzęstną.

Wakuole.

Wakuole, inaczej zwane wodniczkami są strukturami najczęściej występującymi w komórkach roślinnych, lecz występują w niektórych komórkach zwierzęcych . W komórkach roślinnych wakuole zajmują dość duży obszar ( nawet 90 % całej objętości komórki ), zawierają one sok komórkowy z barwnikami, solami, substancjami odżywczymi i zbędnymi produktami metabolizmu. W wakuolach gromadzone są często substancje zapasowe. Barwniki w soku wodniczki nadają specyficzne barwę tkankom, a substancje aromatyczne takie jak aldehydy aromat kwiatów i owoców.

Wakuole mogą być również źródłem szkodliwych substancji , które mają na celu odstraszyć owady żywiące się roślinami.

W komórkach zwierzęcych wakuole występują w postaci wodniczek tętniących , które wydzielają nadmiarową wodę z komórki .

Mikrociałka.

Należą do niewielkich obłonionych struktur zawierających enzymy katalizujące wiele reakcji.

Do mikrociał należą peroksysomy, które zawierają peroksydazę- enzym rozkładający szkodliwy nadtlenek wodoru. Nadtlenek powstaje w czasie rozkładu substancji lipidowych. Peroksysomy występujące w komórkach nerek i wątroby znoszą toksyczność spożywanego alkoholu etylowego.

Innym rodzajem mikrociał są glioksysomy, zawierające enzymy które katalizują reakcje przekształcania cukrów w tłuszcze w komórkach nasion.

Mitochondria.

Mitochondria są organellami o cylindrycznym kształcie o wielkości od 0,5 do 1 nm. Ich ilość, struktura i kształt uzależnione są od rodzaju tkanki w której skład wchodzą komórki. Najwięcej mitochondriów występuje w komórkach tkanek o wysokiej aktywności, np. w mięśniach. Związane jest to z tym , iż w mitochondriach zachodzą procesy oddychania komórkowego tlenowego, które są źródłem energii dla komórek.

Mitochondrium otoczone jest dwiema błonami : zewnętrzną i wewnętrzną. Błona wewnętrzna posiada dużą powierzchnię , która tworzy pofałdowania wewnątrz organellum , zwane grzebieniami. Wnętrze Mitochondrium określane jest jako matriks ( macierz ) i znajdują się w nim rybosomy oraz DNA mitochondrialne. Błona wewnętrzna charakteryzuje się słabą przepuszczalnością w przeciwieństwie do błony zewnętrznej - wysoce przepuszczalnej.

Mitochondria są swoistego rodzaju generatorami energii, ponieważ w ich wnętrzu , a dokładnie w błonie grzebieni zachodzi drugi etap oddychania tlenowego , czyli łańcuch oddechowy. Produktem przemian w tym łańcuchu jest energia kumulowana w cząsteczkach ATP. Mitochondria posiadają własne DNA w związku z czym mają zdolność do wytwarzania własnych białek. Tworzenie nowych mitochondriów zachodzi na drodze podziału mitochondriów już istniejących w komórce. Dzięki posiadaniu własnego DNA mitochondria są organellami o pewnej autonomii.

Chloroplasty.

Chloroplasty należą do grupy organelli zwanych plastydami. Najbardziej pierwotna formą plastydów są protoplasty z których, pod wpływem światła słonecznego powstają chloroplasty. Chloroplasty są owalnego kształtu o wielkości 3 do 10 nm. Zawierają one barwniki fotosyntetyczne, m.in. chlorofile i karotenoidy. Chloroplasty okryte są podwójną błoną cytoplazmatyczną . Błona wewnętrzna ogranicza przestrzeń , która nazywana jest stromą. W stromie występują spłaszczone błoniaste pęcherzyki ( tylakoidy ) ustawione jedne na drugim tworząc stosy- grana. W błonach tylakoidów oraz w stromie zachodzą dwa etapy fotosyntezy : faza jasna i ciemna. Najważniejszym barwnikiem fotosyntetycznymi są chlorofile, które budują tzw. centa aktywne w tylakoidach gran. W centrum aktywnym ma miejsce rozpoczęcie się fotosyntezy, tzn. wybicie elektronu z cząsteczki chlorofilu. W czasie fotosyntezy z dwutlenku węgla i wody wytwarzana jest , przy udziale promieniowania słonecznego , materia organiczna w postaci glukozy.

Innym rodzajem plastydów są chromoplasty zawierające barwniki, które nie są wykorzystywane w fotosyntezie lecz nadają charakterystyczną barwę kwiatom i owocom .

Niektóre plastydy nie posiadają barwników i służą do magazynowania substancji zapasowych, np. leukoplasty gromadzące skrobię.

Chloroplasty, podobnie jak mitochondria posiadają własne cząsteczki DNA , a więc są także organellami półautonomicznymi.

Cytoszkielet.

Cytoszkielet budują różnego rodzaju białka, które zapewniają odpowiedni kształt komórki, jej elastyczność i ewentualnie zdolność do poruszania się.

Elementami cytoszkieletu są : mikrofilamenty, mikrotubule i filamenty pośrednie. Mikrofilamenty zbudowane są z białka aktyny , która tworzy włókienka o dużej elastyczności. Filamenty pośrednie także zbudowane są z włókienek aktynowych , lecz mają większą średnicę. Mikrotubule są rurkowatymi strukturami, których podstawowym elementem budulcowym są dimery białek - tubulin. Z tubulin zbudowane są także struktury ruchowe komórki - tzn. wici i rzęski a także wrzeciono podziałowe , tworzące się w czasie mejozy.

Wici i rzęski.

Organelle te zapewniają ruch komórki. Rzęski występują najczęściej w dużej ilości na powierzchni komórki i są dość krótkie. Wici natomiast są dużo dłuższe od rzęsek i są nieliczne. Rzęski i wici ułatwiają ruch komórki w wodnym środowisku. Rzęski często pokrywają powierzchnie komórek wyściełających drogi oddechowe lub innych przewodów, ułatwiając swym ruchem przepływ powietrza lub płynów. Witki są typowymi strukturami ruchowymi, np. długa wić zapewniająca ogromną ruchliwość plemnika. Wici i rzęski zbudowane są w ten sam sposób. Ich dolna cześć - ciałko podstawowe zanurzone jest w ciele komórki a właściwa cześć- trzonek pokryty jest błona komórkową i wystaje ponad powierzchnię komórki. Trzonek zbudowany jest z dziewięciu par mikrotubul, zapewniających giętkość tym strukturom.

Mikrofilamenty.

Mikrofilamenty są włókienkami zbudowanymi z dwóch łańcuchów aktynowych . Skurcz tych włókien warunkuje inne białko- miozyna. Mikrofilamenty odpowiedzialne są za skurcze komórek mięśniowych , łączenie się wzajemne komórek oraz łączeni się komórek z substancją zewnątrzkomórkową. Mikrofilamenty tworzą pierścień, który zaciskając się na powierzchni komórki powoduje jej podział.

Filamenty pośrednie.

Filamenty te zapewniają sztywność komórkom które narażone są na urazy mechaniczne, ponieważ są one najtrwalszym elementem szkieletu komórki. Zbudowane są one z białka aktyny i białek fibrylarnych - tubulin.

Ściana komórkowa.

Ściana komórkowa występuje tylko w komórkach roślinnych, położona jest ona na błonie komórkowej. Podstawowym elementem budującym ścianę komórkową jest celuloza- polisacharyd. Włókienka celulozy tworzą gęstą sieć , która zapewnia sztywność ściany. Między włókienkami występują wolne przestrzenie ( pory ) , z których wychodzą pasma cytoplazmy ( plazmodesmy ) zapewniające kontakt między sąsiadującymi komórkami. Ścian komórkowa zapewnia komórkom roślinnym odporność na urazy mechaniczne, ochronę przed szkodliwymi drobnoustrojami oraz zabezpiecza rośliny przed nadmierną utratą wody.

Organelle są elementami komórki , z których każda pełni specyficzne dla siebie funkcje. Sprawne działanie tych struktur zapewnia prawidłowe funkcjonowanie komórki.

Zaawansowany rozwój biologii pozwala współcześnie oglądać organelle komórkowe pod mikroskopem z bardzo duża dokładnością . Stosowanie specyficznego promieniowania lub barwników pozwala na wyróżnienie i zabarwienie interesującej nas struktury.