Komórka jest najmniejszym funkcjonalnym elementem organizmu żywego, która wykazuje czynności żywego organizmu.

Komórki można podzielić na dwa główne typy : komórki eukariotyczne i prokariotyczne.

Komórki prokariotyczne charakterystyczne są dla prymitywnych organizmów jednokomórkowych ( bakterii.) Komórki takie nie posiadają wyodrębnionego jądra a ich materiał genetyczny stanowi nić kwasu nukleinowego.

W komórkach eukariotycznych jądro otoczone jest podwójna błoną a materiał genetyczny upakowany jest w formie chromosomów.

Cytoplazma komórkowa.

Cytoplazma jest koloidem, w skład którego wchodzą przede wszystkim białka ale tez inne substancje organiczne i nieorganiczne. Cytoplazma wypełnia całe wnętrze komórki, zawieszone są w niej wszystkie organelle. Cytoplazmę wraz z organellami określa się jako protoplast komórkowy.

Cytoplazma komórkowa ma charakter półpłynny, ponieważ cząsteczki białek wiążą wodę , co powoduje jej taką właśnie strukturę. Taki typ mieszaniny określamy jako zol.

Zol może przejść w formę żelu pod wpływem niektórych czynników chemicznych. Skoagulowanie cytoplazmy obserwuje się w komórkach nieżywego organizmu.

Bardzo ważnymi jonami występującymi w cytoplazmie komórkowej są jony magnezu, wapnia, potasu i sodu. Dwa pierwsze są dwuwartościowe i działają przeciwnie do pozostałych dwóch -jednowartościowych. Jony dwuwartościowe sprzyjają przejściu zolu cytoplazmatycznego w formę żelu. Poza tym zmniejszają przepuszczalność błon cytoplazmatycznych i wzmacniają pobudliwość i kurczliwość mięśni. Jony jednowartościowe ułatwiają przejście formy żelowej cytoplazmy w zolową, a także osłabiają pobudliwość komórek mięśniowych i powodują większa przepuszczalność błon. Za prawidłowe funkcjonowanie komórki odpowiedzialne jest odpowiednie stężenie tych jonów w cytoplazmie, czyli takie aby ich ładunki równoważyły się. W związku z tym cytoplazm nie ma ładunku obojętny.

Białka wchodzące w skład koloidu cytoplazmy wiążą się ze sobą tworząc sieć polipeptydową, która nadaje elastyczność protoplastu.

Błony cytoplazmatyczne.

Błona oddzielająca cytoplazmę od środowiska zewnętrznego nazywana jest plazmollemą.

Wszystkie błony cytoplazmatyczne zbudowane są przede wszystkim z fosfolipidów i białek. Fosfolipidy tworzą dwie warstwy , w których są one ułożone w sposób zgodny z różnymi ładunkami jakie posiadają w swojej cząsteczce. Wewnętrzna cześć błony cytoplazmatycznej posiada charakter hydrofobowy , natomiast część zewnętrzna -hydrofilowy.

Błony cytoplazmatyczne są półprzepuszczalne , tzn. mogą przez nie dyfundować niewielkie cząsteczki substancji organicznych i nieorganicznych a także wody. Transport ten może odbywać się na zasadzie osmozy lub przez specjalne przenośniki i kanały jonowe. Niektóre składniki błony cytoplazmatycznej mogą przemieszczać się w jej obrębie.

Błony komórkowe otaczają niektóre organelle lub tworzą ich elementy. Wnikające do wnętrza komórki błony tworzą siateczkę śródplazmatyczną. Taki układ błon tworzy kompartymenty w komórce o różnej funkcji.

Skład chemiczny błon cytoplazmatycznych.

Podstawowym elementem budulcowym błon komórkowych są lipidy. Do lipidów tych należą cholesterol , glikolipidy i fosfolipidy. Fosfolipidy dzieli się na sfingolipidy i fosfoglicerydy. Fosfoglicerydy zbudowane są z cząsteczki glicerolu oraz trzywęglowego alkoholu. Natomiast trzon sfingolipidu stanowi sfingozyna ( alkohol nienasycony).

Typowym fosfolipidem wchodzącym w skład błon komórkowych jest lecytyna. W jej budowie chemicznej można wyróżnić cześć hydrofilową i hydrofobową.

Związki , które w swej budowie zawierają część hydrofobowa i hydrofilowa określane są jako amfipatyczne. Hydrofilową jej częścią jest grupa fosforanowa i azotu , do której przyłączają się cząsteczki wody. Elementy hydrofobowe lecytyny, czyli niepolarne łączą się ze sobą i stanowią wewnętrzną cześć błony komórkowej. Taki układ polarnych i niepolarnych elementów fosfolipidów daje w efekcie strukturę błony. Błona ta charakteryzuje się płynnością , jej elementy budulcowe mogą swobodnie się w niej przemieszczać.

Glikolipidy, jako kolejne składowe błon cytoplazmatycznych zbudowane są ze sfingozyny i reszt cukrowych. Inny waży element błon- cholesterol ,należy do sterydów i nadaje sztywność strukturze błon.

Kolejna ważna grupą związków wchodzących w skład błon cytoplazmatycznych są białka.

Białka błonowe umieszczone są w warstwie fosfolipidów w różny sposób. Mogą one przebijać obie warstwy fosfolipidowe i wystawać na zewnątrz błony. Takie białka nazywamy transbłonowymi. Ale są również białka które leżą tylko w powierzchniowych warstwach błon-są to białka powierzchniowe. Białka uczestniczą w transporcie różnych substancji poprzez błony. Tworzą one wewnątrz nich przenośniki jonowe i kanały wodne.

Niektóre białka powierzchniowe są antygenami i stanowią "identyfikator" danej komórki

Siteczka śródplazmatyczna.

Istnieją dwa rodzaje siateczki śródplazmatycznej.

Siateczka gładka śródplazmatyczna. Układ błon w tej siateczce buduje wąskie rureczki, w których zachodzi transport wielu substancji takich jak np. białka, lipidy, jony , woda.

Siateczka gładka jest również miejscem , gdzie syntetyzowane są sterydy.

Siateczka szorstka śródplazmatyczna, zwana też siateczką ziarnistą. Błony tej siateczki tworzą płaskie cysterny ( woreczki ) , na których osadzone są rybosomy ( od strony zewnętrznej - cytoplazmatycznej ). W siateczce tej , dokładnie w rybosomach następuje synteza białek i ich transport do innych części komórki.

Elementy komórki, czyli organelle.

Organelle są to struktury wewnątrzkomórkowe , które pełnią określone funkcje niezbędne do życia i rozwoju komórki. Organelle jednego typu odpowiedzialne są za te same funkcje w każdej komórce.

Rybosomy.

Są to struktury zbudowane z kwasu nukleinowego ( tRNA ) połączonego ze specyficznymi białkami. Występują one w dużej ilości na siateczce śródplazmatycznej , czyniąc ją siateczka szorstką. Na rybosomach odbywają się procesy syntezy białek niezbędnych w prawidłowym funkcjonowaniu komórki.

Rybosom jest kulistego kształtu i zbudowany jest z dwóch podjednostek. Podjednostki te są różnej wielkości, większa z nich jest odpowiedzialna za tworzenie wiązań peptydowych miedzy aminokwasami budującymi białka, natomiast mała łączy się z RNA ,który jest matrycą dla budowy tych białek. Rybosomy wykazują pewne różnice w komórkach pokariotycznych i eukariotycznych.

Mitochondria.

Mitochondria są kulistymi lub pałeczkowatymi strukturami o skomplikowanej budowie wewnętrznej. Są miejscem , gdzie odbywa się oddychanie komórkowe tlenowe, w wyniku którego wytwarzana jest energia w postaci ATP.

Mitochondrium otoczone jest podwójna błoną komórkową. Wewnątrz tego organellum błona zewnętrzna tworzy pofałdowania ( grzebienie ) na których umieszczone są enzymy niezbędne w procesie oddychania. Przestrzeń otaczająca te grzebienie to matriks ( macierz ).

W macierzy zawarte są białka, rybosomy i DNA kodujące budowę białek mitochondrium , przestrzeń tą ogranicza błona wewnętrzna.

Mitochondrium jest miejscem gdzie zachodzi oddychanie komórkowe, przy udziale enzymów zawartych zarówno w grzebieniach jak i matriks mitochondrialnym. Oddychanie tlenowe składa się z dwóch etapów : cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego. Oba te procesy dostarczają energii komórce, która zgromadzona jest w cząsteczkach ATP. Energia uzyskiwana w czasie oddychania powstaje głównie w wyniku fosforylacji oksydatywnej , czyli transporcie atomów wodoru ze związków organicznych na tlen , w wyniku czego powstaje woda. Energia powstała w mitochondriach nie jest transportowana lecz zużywana na miejscu. Dlatego komórki budujące tkanki mające duże zapotrzebowanie na energię ( np.. mięsnie) mają większą ilość mitochondriów niż komórki tkanek niewymagających dużej ilości energii ( np. tkanka tłuszczowa ).

Układ Golgiego.

Błony budujące układ Golgiego wchodzą w skład układu wakuolarnego. W układzie tym , substancje wydzielane przez komórkę ulegają ostatecznej obróbce.

U prostych organizmów zwierzęcych i w komórkach roślinnych układ ten występuje tylko w formie dikitiosomów, czyli małych spłaszczonych workowatych struktur, które otaczają niewielkie pęcherzyki.

Cysterny aparatu Golgiego są spłaszczonymi woreczkami, które okryte są pojedynczą błoną komórkową. Układają się równolegle do siebie , w ilości 3-8 sztuk. Pęcherzyki są połączone z systemem błon układu Golgiego i zawierają substancje wydzielane przez komórkę w zagęszczonej postaci.

Funkcje układu Golgiego.

Układ ten ma wyjątkowe znaczenie w obróbce białek wytarzanych przez komórkę. Białka syntetyzowane przez rybosomy na siateczce śródplazmatycznej są białkami prostymi o nieskomplikowanej budowie i formie rozcieńczonej. Białka te dostając się do układu Golgiego przechodzą przez system błon od środka ku warstwom zewnętrznym ulegając stopniowemu zagęszczeniu. Po przedostaniu się do najbardziej zewnętrznych warstw białka są pakowane w pęcherzyki i transportowane do innych rejonów komórki. Z pęcherzyków układu Golgiego powstają lizosomy.

W układzie tym dochodzi również do produkcji prostych i złożonych sacharydów. Produkowane są tu także cukrowce wchodzące w skład ściany komórkowej komórkę roślinnych.

Pęcherzyki układu Golgiego są także miejscem inaktywacji związków trujących i toksycznych. Substancje te przestają być aktywne w wyniku połączenia się z resztami siarczanowymi lub niektórymi cukrowcami. W organizmie ludzkim procesy inaktywacji trucizn mają miejsce przede wszystkim w wątrobie.

Lizosomy.

Są to kuliste organelle o niewielkich rozmiarach. Od cytoplazmy rybosomy oddziela pojedyncza błona komórkowa. Wnętrze tych organelli wypełnione jest enzymami hydrolitycznymi. Lizosomy powstają z oddzielonych pęcherzyków układu Golgiego a białka je budujące powstają na rybosomach siateczki śródplazmatycznej szorstkiej.

Lizosomy pełnią funkcje trawienne komórki, rozkładają one wszystkie substancje , które zbliżą się do ich błony. Trawienie to jest możliwe dzięki licznym enzymom w nich zawartych. W lizosomach następuje hydroliza zarówno substancji pochodzących z komórki lub spoza niej. Dzięki właściwościom żernym ,lizosomy zapewniają komórce obronę przed infekcjami wirusowymi i bakteryjnymi. Mają one także pewne zdolności wydzielnicze.

Enzymy hydrolityczne mogą strawić prawie każdą substancje zawartą w komórce. Błona komórkowa otaczająca lizosom chroni komórka przed tymi hydrolazami. Jednak w momencie uszkodzenia błony lizosomu , komórka ulega zniszczeniu przez samostrawienie.

O powstaniu lizosomów mówi hipoteza Gerl. Według niej lizosomy powstały poprzez oderwanie się pęcherzyków od tego układu a enzymy które zawierają w swoim wnętrzu syntetyzowane są na szorstkiej siateczce śródplazmatycznej.

Mikrociałka.

Są to niewielkie struktury owalnego kształtu, otoczone błoną cytoplazmatyczną. Należą do nich peroksysomy i glioksysomy.

Peroksysomy zawierają szereg enzymów ważnych ze względu na inaktywację szkodliwych substancji w komórce. Do enzymów peroksysomalnych należą : katalaza, peroksydaza i oksydaza moczanowa. Oksydaza moczanowa jest enzymem o krystalicznej budowie, który odpowiedzialny jest za utlenianie związków organicznych. Produktem tego utleniania jest często bardzo szkodliwy nadtlenek wodoru. Enzymy : katalaza i peroksydaza powodują rozpad i inaktywację tej trucizny. Produktem tego rozkładu jest tlen.

Ilość peroksysomów w komórkach uzależniony jest od rodzaju tanki jakie tworzą. W tkankach , w których występuje duża produkcja nadtlenku wodoru ilość peroksysomów jest stosunkowo duża. Dużą ilość peroksysomów można obserwować w komórkach wątroby, ponieważ H2O2 jest produktem rozkładu aminokwasów i kwasu moczowego. Również w tkance miękiszu asymilacyjnego roślin jest dość dużo peroksysomów, ze względu na procesy fotosyntezy w nim zachodzące, których następstwem jest często wytworzenie H2O2.

Glioksysomy są organellami typowymi dla grzybów i roślin. Zawierają one enzymy identyczne jak w peroksysomach a dodatkowo enzymy biorące udział w cyklu glioksalowym. W cyklu tym następuje przemiana tłuszczy w węglowodany. Cykl glioksalowy pozwala na wykorzystanie tłuszczów zawartych w nasionach do wytworzenia węglowodanów.

Wakuole ( wodniczki ).

Wodniczki należą do całego systemu wakuolarnego ,który składa się jeszcze z układu Golgiego, siateczki śródplazmatycznej, mikrociałka i lizosomy. W niektórych komórkach zwierzęcych, np. pierwotniaków istnieją tętniące wodniczki, których funkcją jest gromadzenie zbędnych produktów metabolizmu komórki i wody. W momencie wypełnienia całej wodniczki, następuje jej skurcz i substancje w niej zawarte usuwane są na zewnątrz komórki systemem kanalików siateczki śródplazmatycznej. W komórkach zwierzęcych wodniczki są niewielkie i występują dość licznie.

Natomiast w komórkach roślinnych widoczna jest najczęściej jedna, duża wakuola. Wakuole roślinne oprócz funkcji wydalniczych pełnią jeszcze funkcje wydzielnicze. Wewnątrz wakuoli występuje sok komórkowy , który jest roztworem wody i różnych związków organicznych i nieorganicznych. ( białek, cukrów, kwasów organicznych , estrów , barwinków ). Barwniki w wodniczkach nadają specyficzne barwy kwitom, należą do nich m.in. niebieskie i czerwone antocyjany, błękitne i zielone azuleny oraz żółte flawonoidy. W soku komórkowym wodniczki mogą występować także alkaloidy , np. chinina, nikotyna, atropina, kofeina. Błona cytoplazmatyczna otaczająca wodniczkę nazywana jest tonoplastem.

Ściana komórkowa.

Ściana komórkowa jest warstwą okrywającą komórki roślinne, nie występuje ona w komórkach zwierzęcych.

Ściana chroni komórki roślin przed czynnikami zewnętrznymi oraz nadaje im odpowiedni kształt. Jest ona przepuszczalna dla niektórych substancji takich jak : soli mineralnych ,wody a nawet wielkocząsteczkowych białek. Podstawową substancją budująca ścianę komórkową jest celuloza. Celuloza tworzy nitkowate struktury- mikrofibrylle , które łącząc się ze sobą tworzą makrofibrylle, które z kolei układają się w sieć wypełniającą całą ścianę komórkową.

Liczne otwory w tej Itace to plazmodesmy , którymi łączą się pasma cytoplazmy sąsiadujących komórek.

Skład ściany komórkowej zmienia się wraz ze wzrostem rośliny. W młodych komórkach roślinnych występuje tzw. ściana pierwotna , która zawiera małe ilości celulozy. Występują w niej duże ilości białek i cukrów złożonych niecelulozowych , ścian tak jest elastyczna i cienka. W czasie wzrostu rośliny ilość celulozy w ścianie komórkowej wzrasta. Celuloza jest syntetyzowana w protoplaście komórki i wydzielana na zewnątrz.

W dorosłych komórkach roślinnych ściana komórkowa zawiera duże ilości celulozy i określana jest jako ściana komórkowa wtórna. Oprócz celulozy, w ścianie komórkowej zawarte są pewne substancje , które zmieniają jej właściwości. Do substancji tych należą : lignina, kutyna, wosk i chityna.

Zawarta w ścianie komórkowej lignina nadaje jej sztywność i powoduje drewnienie. Komórki zdrewniałe są martwe, ponieważ protoplast ulega zanikowi.

Wosk i kutyna są substancjami tłuszczowymi, które chronią roślinę przez nadmierną utratą wody. Chityna jest substancją ,która wypełnia ściany komórkowe grzybów i drożdży nadając ich komórkom sztywność .

Plastydy.

Plastydy są organellami charakterystycznymi dla większości roślin, nie występują one w komórkach grzybów, bakterii i niektórych glonów. Plastydy ograniczone są od cytoplazmy dwiema błonami komórkowymi, z których zewnętrzna jest dobrze przepuszczalna a wewnętrzna słabo przepuszczalna. Plastydy , podobnie jak mitochondria charakteryzują się swoista autonomią ,ponieważ zawierają własne DNA i rybosomy, na których syntetyzują wszystkie niezbędne białka. W komórkach roślinnych można wyróżnić kilka rodzajów plastydów, które rozwijają się z prymitywnej formy zwanej protoplastydem.

Jednym z rodzajów są chromatofory zawierające specyficzne barwniki biorące udział w fotosyntezie Te chromatofory , które zawierają chlorofile i karotenoidy nazywane są chloroplastami. Błona wewnętrzna chloroplastów tworzy w ich wnętrzu system spłaszczonych pęcherzyków ( tylakoidów) ułożonych na sobie , tworzących tzw. grana. W błonie tych gran zawarte są barwniki fotosyntetyczne. Przestrzeń wewnętrzna chloroplastów otaczająca grana nazywana jest stromą.

Chloroplasty pełnią ważna rolę, ze względu na zachodzące w nich procesy fotosyntezy. Występują w nich barwniki fotosyntetyczne, przenośniki elektronów, enzymy niezbędne do prawidłowego przebiegu cyklu Calvina.

Chloroplasty powstają z protoplastydów pod wpływem światła. W komórkach , które nie mają dostępu do światła z protoplastydów powstająetioplasty, które zawierają ciało prolamelarne i protochlorofil. Pod wpływem światła z protochlorofilu powstaje chlorofil a ciałko prolamelarne przekształca się w tylakoidy.

Istnieją także takie chromatofory , które są nieaktywne w czasie fotosyntezy a barwniki w nich zawarte, takie jak :ksantofile i karotenoidy nadają zabarwienie liściom i kwiatom.

Leukoplasty są plastydami , w których magazynowane są substancje produkowane przez komórkę. Amyloplasty magazynują skrobię, proteinoplasty - białka a elajoplasty- tłuszcze.

Leukoplasty występują najczęściej w części podziemnej rośliny, a pod wpływem światła mogą przemienić się w chloroplasty.

Jądro komórkowe.

Jest to najważniejsze organellom komórkowe, ponieważ zawiera informacje genetyczną komórki. Ma ono kształt kulisty i otacza go podwójna błona komórkowa. Błona jądrowa posiada liczne pory którymi mogą wydostawać się rybosomy do cytoplazmy komórkowej. Zewnętrzna błona jądrowa tworzy połączenie z systemem błon siateczki śródplazmatycznej. Wnętrze jądra wypełnia karioplazma, w której zawieszona jest chromatyna i jąderko. Chromatynę tworzy nić DNA nawinięta na białka histonowe oraz RNA. Chromatyna może występować w dwóch postaciach : luźnej i zbitej.

Jąderko jest zbudowane z białek i RNA oraz niewielkiej ilości DNA potrzebnego do syntezy rRNA. Jąderko jest miejscem produkcji rRNA , które w połączeniu z odpowiednimi białkami tworzy struktury zwane rybosomami. Rybosomy opuszczają jądro poprzez pory w otoczce jądrowej. Nadrzędna rola jądra nad innymi organellami związana jest z tym , że w nim znajduje się pełna informacja genetyczna organizmu. W czasie podziałów komórkowych jądro uczestniczy w przekazywaniu tych informacji do komórek potomnych. Informacje te dotyczą budowy wszystkich białek tworzących organizm.

Centrosom.

Jest miejscem gdzie znajdują się walcowate struktury -centriole, biorące udział w podziałach komórkowych. W centrioli tworzą się białkowe włókienka -mikrotubule, które tworzą wrzeciono podziałowe komórki. Wrzeciona podziałowe uczestniczą w przemieszczaniu się chromatyd do komórek potomnych.

Cytoszkielet.

Cytoszkielet jest odpowiedzialny za określony kształt komórki. Jest także niezbędny w czasie ruchu komórki , transportu wewnątrzkomórkowego oraz podziałów komórkowych. Za pomocą cytoszkieletu komórki kontaktują się z innymi komórkami oraz ze środowiskiem zewnętrznym. W skład cytoszkieletu wchodzą takie elementy jak : mikrotubule, mikrofilamenty i filamenty pośrednie. Mikrofilamenty tworzą włókna aktynowe. Filamenty pośrednie budują białka fibrylarne takie jak desmina ( w mięśniach ) i cytokeratyna ( w komórkach nabłonka ).Mikrotubule tworzą dwa rodzaje białek globularnych : tubulina A i tubulina B.

Wici i rzęski.

Są to struktury odpowiedzialne za ruch komórek. Wici są tworami długimi i występują na powierzchni komórki w niewielkiej ilości, rzęski natomiast są krótkie i bardzo liczne. Obydwa rodzaje tych struktur zbudowane są według tego samego planu budowy. Ich rdzeń tworzy 9 par mikrotubul połączonych ze sobą białkiem dyneiną. Podstawa wici i rzęsek zanurzona jest w ciele komórki, zaś większa ich część wystaje poza nią. Trzon tych struktur pokryty jest błona komórkową.

Inne struktury komórkowe.

Należą do nich twory euplazamtyczne, obecne w komórce tylko w czasie jej podziału, deutoplazmatyczne- czyli substancje zapasowe ( np. skrobia ) i paraplazmatyczne , do których należą barwniki cytoplazmatyczne ( np. melanina).