A. Pierwsze badania dotyczące komórek.

Jako pierwszy , komórkami zainteresował się badacz R. Hooke, który obserwował strukturę korka i wprowadził pojęcie "komórka" jako najmniejszego elementu budującego żywe organizmy. Kolejny odkrywca - Leeuwenhoek w 1674 obserwował pod mikroskopem plemniki i komórki krwi. W 1831 zostało odkryte przez Roberta Browna jądro komórkowe a w 1835 poznana struktura cytoplazmy ( Dujardin ) . W roku 1838 pewien botanik- Schleiden ogłosił teorię budowy roślin, według której wszystkie rośliny zbudowane są z małych elementów-komórek. W 939 roku Schwann poszerzył ta teorię na wszystkie organizmy żywe.

B. Budowa komórki i organelli.

Komórki żywe mogą być różnorodnego kształtu, który z reguły zdeterminowany jest funkcją jaką pełni dana komórka. Pojedyncza komórka może zawierać wiele struktur w swoim wnętrzu. Struktury te mogą być pochodzenia plazmatycznego lub nieplazmatycznego.

Do plazmatycznych struktur komórki należą; jądro komórkowe, cytoplazma, sieć błon wewnątrzkomórkowych tworzących retikulum endoplazmtyczne ( ER ) oraz aparat Golgiego, mitochondria, plastydu ( w komórkach roślinnych) , rybosomy, lizosomy , błony plazmatyczne. Struktury nieplazmatyczne to wakuole i ściana komórkowa komórek roślinnych.

1) Błony komórkowe.

Błony te zbudowane są w większości z fosfolipidów, a także białek i wody. Budowa błon komórkowych ma charakter warstwowy, związany ze specyficznymi właściwościami fosfolipidów , które mają jeden koniec cząsteczki hydrofilowy a drugi hydrofobowy. Błonę komórkową tworzą dwie ich warstwy, gdzie odcinki hydrofobowe zwrócone są do wnętrza błon, hydrofilowe zaś na zewnątrz błony. Bonę otaczającą komórkę określa się jako plazmolemmę, a otaczająca wakuolę -tonoplast.

W błonach tych występują pory, którymi możliwy jest transport wody i jonów.

Transport poprzez błony może odbywać się poprzez kanały z przenośnikami jonowymi lub na zasadzie osmozy lub dyfuzji. Dyfuzja jest procesem samorzutnego transportu w poprzek błon. Zjawisko osmozy natomiast związane jest z przechodzeniem wody ze środowiska o jej większym stężeniu do środowiska o małym stężeniu wody.

Z osmozą związane są dwa zjawiska : plazmolizadeplazmoliza.

Plazmoliza ma miejsce gdy komórka znajduje się w roztworze hipertonicznym, tzn. o wyższym stężeniu niż stężenie soku komórkowego. W takiej sytuacji woda z komórki ucieka z niej do roztworu powodując obkurczenie się protoplazmy i odstawanie jego od błony komórkowej.

W przypadku deplazmolizy, komórka znajduje się w roztworze hipotonicznym, czyli o stężeniu niższym niż sok komórkowy, w wyniku czego woda pobierana jest z otoczenia do wnętrza komórki.

2) Aparat Golgiego.

Tworzą go spłaszczone cysterny zbudowane z błony komórkowej. Funkcja tego aparatu jest obróbka niektórych substancji, najczęściej białek.

3).Cytoplazma.

Jest to koloid wypełniający całe wnętrze komórki, w którym zawieszone są organelle. Cytoplazma może wykazywać ruch cyrkulacyjny ( okrężny ) lub pulsacyjny.

4) Mitochondria.

Organelle te zbudowane są z dwóch błon : zewnętrznej i wewnętrznej. Błony te tworzą wewnątrz tego organellum struktury w kształcie pętli, zwane grzebieniami. Przestrzeń między grzebieniami nazywana jest macierzą ( matriks ).

W mitochondriach zachodzą procesy oddychania komórkowego., które jest źródłem energii potrzebnej dla całego organizmu. W błonach grzebieni odbywa się cykl Krebsa- cykl metabolizmu cukrowców. Poza tym wewnątrz tych organelli zachodzi zjawisko oksydacji tłuszczów i przemian białkowych. Produktem ubocznym tych wszystkich procesów metabolicznych jest woda.

5) Rybosomy.

Rybosomy są kulistymi strukturami zbudowanymi z dwóch podjednostek: większej i mniejszej. Podstawową funkcją rybosomów jest udział w syntezie białek w cytoplazmie. Możliwe jest to jednak gdy rybosom połączy się z mRNA który jest matryca do produkcji łańcuch polipeptydowego. W takiej postaci rybosom określany jest jako polirybosom.

W czasie translacji ( syntezy białek ) niezbędna jest również obecność transportującego RNA ( tRNA ).

6) Lizosomy.

Lizosomy są kulistymi strukturami otoczonymi błona komórkową. W komórkach zwierzęcych mają one funkcje trawienne, ponieważ zawarte są w nich enzymy proteolityczne niezbędne w procesach rozkładu pokarmu.

Odpowiednikiem lizosomów w komórkach roślinnych są sferosomy.

7) Jądro komórkowe.

Jądro jest najważniejszym organellum komórkowym. Otoczone jest podwójna błona jądrowa , w której widoczne są pory. Jądro może być zlokalizowane centralnie w komórce, lub peryferyjnie. Z reguły komórka posiada jedno jądro lecz znane są. również komórki wielojądrowe i bezjądrzaste. Wnętrze jądra wypełnia płyn- kariolimfa , w którym zawieszone są rybosomy i chromosomy. Rybosomy są zbudowane z łańcuch RNA połączonego z białkiem. Chromosomy natomiast zbudowane są z chromatyny , która tworzy DNA i specyficzne białka. Chromatyna może mieć postać luźną i przybiera postać zapętlonej nici lub skondensowaną tworząc chromosomy. Chromosomy są nośnikami genów, czyli informacji genetycznej. Informacją tą jest budowa wszystkich białek budujących organizm. Informacja ta zapisana jest w postaci kodu w łańcuchu DNA . Odczytanie tego kodu odbywa się w jądrze komórkowym, gdzie dochodzi do syntezy różnych rodzajów RNA na matrycy DNA. Dalsze etapy syntezy białek odbywają się w cytoplazmie.

8) Wakuola.

Jest strukturą otoczoną błona zwana tonoplastem. U zwierząt, wakuole uczestniczą w procesach wydalniczych oraz odżywczych.

W komórkach roślinnych wakuole są wypełnione wodnym roztworem substancji zapachowych i smakowych, białek, cukrów, barwników, garbników a niekiedy nawet trucizn (np. atropina z grupy alkaloidów ). Wakuola jest rezerwuarem soku komórkowego, który może być wykorzystywany przez komórkę. Sok ten nadaje komórce roślinnej ciśnienie turgorowe, dzięki czemu może być utrzymywana jędrność rośliny.

9) Retikulum endoplazmatyczne.

Jest to zgrupowanie błony komórkowej , na której mogą znajdować się rybosomy.

Retikulum wraz z aparatem Golgiego bierze udział w obróbce potranskrypcyjnej białek oraz w ich transporcie wewnątrz komórki.

10) Centriola.

Jest elementem cytoszkieletu komórki zwierzęcej, biorącym udział w podziale komórki. Centriole budują mikroskopijne rurki zwane mikrotubulami.

Rodzaje podziałów komórkowych.

Mitoza

Jest podziałem komórek somatycznych diploidalnych , wyniku którego powstają dwie komórki potomne, również diploidalne. Podział mitotyczny charakterystyczny jest dla większości komórek. Towarzyszy mu namnażanie materiału genetycznego i niektórych organelli oraz powiększanie objętości komórki. Jest to niezbędne aby komórki potomne były prawidłowo zbudowane. W mitozie występuje cytokineza - podział cytoplazmy oraz kariokineza , czyli podział jądra.

Mejoza

Mejoza jest podziałem redukcyjnym , tzn. zmniejsza ilości chromosomów w jądrze. W czasie mejozy którego z somatycznej komórki diploidalnej powstają 4 komórki haploidalne. Podział mejotyczny występuje najczęściej w czasie tworzenia gamet, ponieważ zwierają one pojedynczy komplet chromosomów. Pomiędzy poszczególnymi podziałami mejotycznymi występuje tzw. faza interfazowa, czyli międzypodziałowa. W czasie taj fazy chromatyna, która początkowa ma postać luźnej nici ulega stopniowemu skręcaniu. Koniec tej fazy charakteryzuje się tworzeniem wrzeciona podziałowego, w którym biorą udział centriole.

Etapami mejozy są : profaza, metafaza, anafazatelofaza.

W profazie skręcająca się chromatyna przyjmuje kształt krótkich ,pałeczkowatych struktur, czyli chromosomów. Centriole w komórce przyjmują pozycje biegunowe. Błona jądrowa ulega rozpadowi a każdy chromosom rozdziela się na dwie homologiczne struktury-chromatydy , które połączone są ze sobą za pomocą centromeru.

W metafazie homologiczne chromatydy ustawione są w równikowej płaszczyźnie wrzeciona podziałowego.

W anafazie następuje oderwanie się od siebie chromatyd, a pęknięcie wrzeciona podziałowego powoduje , ze chromatydy wędrują do dwóch biegunów komórki.

W telofazie następuje utworzenie błon jądrowych dwóch komórek oraz podział cytoplazmy. Koniec mejozy następuje gdy powstaną dwie komórki potomne.