Komórka

Komórka - to najmniejsza, niepodzielna, żywa jednostka funkcjonalno-srukturalna. Komórka zdolna jest do samodzielnego przeprowadzania podstawowych czynności życiowych, a zatem oddycha, odżywia się, wydala, rozmnaża się oraz rośnie. Zdarza się, że komórka może stanowić samodzielny organizm np. komórki bakteryjne, pierwotniaki, częściej jednak jest elementem zespołu komórkowego tworzącego organizm. Zwykle wielokomórkowe organizmy są zbudowane z wyspecjalizowanych do pełnienia określonych funkcji zespołów komórek zwanych tkankami. Rzadziej komórki tworzą niewyspecjalizowane i niezróżnicowane zespoły. Tkanki pełnią specyficzne funkcje wynikające z właściwości komórek wchodzących w ich skład. Jednym z ważniejszych wydarzeń w teorii komórkowej było wykazanie, że nowe komórki mogą powstać wyłącznie na drodze podziału komórek już istniejących. Aby obserwować większość komórek potrzebne jest "uzbrojone oko", czyli zaopatrzone w lupę lub mikroskop, tylko niektóre komórki np. skrzek żaby są na tyle duże, że bez większych problemów można je oglądać gołym okiem. Początkowo rozwój mikroskopii optycznej i metod barwienia komórkowego, a obecnie rozwój mikroskopii elektronowej, pozwoliły i pozawalają na poznawanie budowy komórek i ich organelli. Kształt komórek bywa różny, najczęściej spotykamy walce i wielościany, ale są też komórki np. z wypustkami. Także wielkość komórek bywa rozmaita. Najmniejsze komórki bakteryjne, mają tylko ok. 0,2 µm, największe - u włóknodajnej rośliny z Indii - osiągają długość nawet do 500 mm. Średnio, wielkości komórek roślinnych zamykają się w kilkudziesięciu mikrometrach; podobnie jest ze zwierzęcymi. Do największych komórek zwierzęcych należą jaja ptaków, osiągające nawet kilkadziesiąt centymetrów u strusi.

Organelle komórkowe

Wszystkie komórki zawierają jądro komórkowe, ewentualnie materiał jądrowy oraz błonę cytoplazmatyczną. Niektóre komórki w trakcie rozwoju tracą jądro komórkowe (erytrocyty ssaków, rurki sitowe we floemie). Większość komórek, posiada również inne organelle komórkowe: mitochondria, gładkie i szorstkie retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego, lizosomy.

Błona plazmatyczna (komórkowa) - reguluje zawartość treści pokarmowej, umożliwia przenikanie pewnych związków, a blokuje inne. Cechą błony komórkowej jest, zatem selektywność. Błona cytoplazmatyczna ma strukturę podwójnej błony lipidowej - fosfolipidy połączone są z białkami.

Ściana komórkowa - dodatkowo, poza błoną cytoplazmatyczną otacza komórki roślinne. Zbudowana jest głównie z celulozy, pektyn i hemiceluloz. Łączność pomiędzy sąsiadującymi komórkami utrzymywana jest dzięki plazmodesmom i jamkom. Wyróżniamy pierwotną i wtórna ścianę komórkową.

Jądro komórkowe - znajduje się zwykle w centrum komórki, ale ma zdolności do przemieszczania. W jądrze znajdują się geny - jednostki dziedziczenia sprawujące kontrolę nad cechami komórki i sterujące pośrednio i bezpośrednio czynnościami komórki. Jądro komórkowe oddzielone jest od cytoplazmy błoną (otoczką) jądrową. Błona ta jest podwójna i posiada pory. Wnętrze jądra wypełnia półpłynna substancja zwana karioplazmą, w której znajduje się materiał genetyczny, czyli DNA. W określonej fazie cyklu komórkowego (podczas mitozy) z DNA wyodrębniają się chromosomy. W jądrze komórkowym występuje także jąderko, wykazujące niezwykłą zmienność pod względem kształtu i budowy; może zanikać i pojawiać się w różnych fazach cyklu komórkowego. Jąderko odpowiada za syntezę RNA.

Retikulum endoplazmatyczne - połączone jest z jądrem komórkowym oraz z strukturami Golgiego. Jest to swoisty labirynt błon pozwalający na zachodzenie w najbliższym sąsiedztwie przeciwstawnych procesów syntezy i rozkładu. Jeśli z retikulum związane są rybosomy, to taką siateczkę nazywamy siateczką śródplazmatyczną szorstką, inną pozbawioną rybosomów siateczkę śródplazmatyczną gładką. Rybosomy to duże rybonukleoproteidowe cząsteczki, zawierające trzy rodzaje RNA i wiele rodzajów białek.

Aparat Golgiego - są to równoległe szeregi systemu gładkich błon, rozszerzające się na końcach, tworzące małe pęcherzyki. W pęcherzykach tych znajduje się produkty komórkowe. Pęcherzyki Golgiego są miejscem tymczasowego przechowywania białek i innych związków syntetyzowanych w retikulum.

Mitochondria - mitochondrium jest otoczone podwójną błoną, zewnętrzna błona jest gładka, wewnętrzna silnie pofałdowana. Rolą mitochondrium jest dostarczanie biologicznie użytecznej energii - stąd często mitochondria zwane są centrami energetycznymi. W mitochondrium, podobnie jak w chloroplastach, znajduje się DNA, kodujący białka mitochondrialne. Mitochondria występują zarówno w komórkach roślinnych, jak i zwierzęcych.

Chloroplasty - biorą udział w syntezie i magazynowaniu substancji pokarmowych. Zawierają one zielony barwnik chlorofil, który pochłania promieniowanie słoneczne. W chloroplastach występują błoniaste tylakoidy stromy i tylakoidy gran. W granach znajduje się chlorofil. Chloroplasty są charakterystyczne dla roślin, sinic i protista.

Mikrotubule - struktury spełniające rolę w utrzymaniu i regulowaniu kształtu komórki. Dodatkowo mikrotubule razem z białkowymi filamentami odpowiadają za ruchy komórki.

Organellami charakterystycznymi dla komórek roślinnych, a nie stwierdzanymi w komórkach zwierzęcych są: ściana komórkowa, chloroplasty i nieplazmatyczna, otoczona pojedynczą błoną - wakuola (lub wakuole).

Tkanki roślinne

  1. Kambium - wtórny merystem boczny, produkujący komórki tkanki przewodzącej, na zewnątrz łyko do wewnątrz drewno.
  2. Fellogen - wtórny merystem boczny, odróżnicowujący się z okolnicy lub tkanki miękiszowej, wytwarza korek na zewnątrz, a do wnętrza fellodermę.
  3. Tkanka okrywająca - chroni roślinę, pośredniczy w transpiracji i wymianie gazowej. Wyróżniamy skórkę i korek.

a) Skórka - żywe komórki, zwykle bez chloroplastów. Skórka najczęściej jest jednowarstwowa. Powierzchnia skórki pokryta jest woskiem lub kutyną tworzącymi kutykulę. Wytwory skórki to aparaty szparkowe i włoski, a na korzeniu dodatkowo włośniki.

b) Korek - występuje u roślin z przyrostem wtórnym na grubość. W korku martwe komórki ściśle do siebie przylegają. Dojrzałe komórki wypełnione są powietrzem. Korek pełni rolę termoizolacyjną, chroni przed mrozami, a garbniki i barwniki zawarte w korku zabezpieczają roślinę przez patogenami. Korek powstaje w skutek działania fellogenu. Kontakt z otaczającym środowiskiem zachowuje dzięki przetchlinkom.

  1. Tkanka miękiszowa - cienkie ściany komórkowe, liczne wakuole. Typy miękiszu:

a) zasadniczy (wypełnia przestrzenie między tkankami),

b) asymilacyjny (palisadowy i gąbczasty),

c) spichrzowy (gromadzi substancje zapasowe),

d) wodny (gromadzi wodę),

e) powietrzny - aerenchyma (gromadzi powietrze).

  1. Tkanka wzmacniająca - pojawiła się w związku z opanowaniem przez rośliny środowiska lądowego. Wyróżniamy dwa rodzaje tkanki wzmacniającej: kolenchymę i sklerenchymę.

a) Kolenchyma jest żywa, występuje w intensywnie rosnących częściach roślin, ściany komórkowe są celulozowe, tkanka może zawierać chloroplasty.

b) Sklerenchyma - w wyrośniętych organach, komórki są martwe, ściany komórkowe zdrewniałe, często występuje w owocach, nasionach.

  1. Tkanka przewodząca - zbudowana z niejednorodnych komórek. W obrębie tej tkanki rozróżniamy dwa podtypy: drewno i łyko.

a) Łyko - zbudowane z rurek sitowych, przewodzących asymilaty z liści do łodygi i korzenia. Rurki sitowe to komórki z poprzecznymi ścianami, które uległy perforacji. Komórki są żywe, ale pozbawione jądra komórkowego. Oprócz rurek sitowych w łyku występują komórki przyrurkowe, włókna łykowe i miękisz łykowy.

b) Drewno - przewodzi wodę i sole mineralne z korzenia do łodygi i liści. Dwa rodzaje elementów przewodzących w drewnie: cewki i naczynia. Naczynia to długie rury złożone z wielu komórek ułożonych jedna nad drugą, w których zanikły ściany poprzeczne. Są to komórki martwe z dodatkowymi zgrubieniami. Elementy niezgrubiałe to jamki, zapewniające kontakt między komórkami. Naczynia występują u okrytonasiennych. Cewki u paprotników i roślin nagonasiennych. Cewki są martwe, mają ostro zakończone końce, zachodzących na siebie klinowato. W drewnie obok naczyń i cewek występują włókna drzewne oraz miękisz drzewny.

  1. Tkanka wydzielnicza - to zespoły komórkowe wydzielające produkty przemiany materii. Komórki mają gęsta cytoplazmę i często poliploidalne jądra oraz dobrze rozwinięty aparat Golgiego i siateczkę śródplazmatyczną szorstką. Pęcherzyki aparatu Golgiego na drodze egzocytozy uwalniają wydzieliny na zewnątrz protoplastu, mogą również zlewać się i gromadzić w wakuolach.

Rodzaje tkanki wydzielniczej, uwalniającej substancje na zewnątrz:

a) Włoski (pelargonia);

b) Miodniki (kwiaty);

c) Gruczoły wodne (szczawik);

d) Gruczoły trawiące (rosiczka).

Rodzaje tkanki wydzielniczej, uwalniającej substancje do wewnątrz:

a) Rury mleczne (mak);

b) Kanały żywiczne (sosna);

c) Zbiorniki olejków lotnych w owocach (cytrusy).

Tkanki zwierzęce

Tkanka nabłonkowa - oddziela organizm od środowiska, umożliwia odbiór bodźców ze środowiska, umożliwia wymianę gazową, zabezpiecza przed utratą wody. Istnieje, co najmniej kilka typów połączeń komórkowych w nabłonkach. Nabłonek charakteryzuje zwarty układ komórek (brak substancji międzykomórkowej) oraz brak unaczynienia. Ma on zwykle dużą zdolność do regeneracji i intensywnych podziałów. Typy nabłonków:

  • Jednowarstwowy płaski: spłaszczone, wieloboczne komórki, z centralnie położonymi jądrami.
  • Jednowarstwowy sześcienny: komórki w kształcie sześcianu, z jądrami umieszczonymi centralnie. U ludzi nabłonek ten buduje kanaliki nerkowe i końcowe odcinki gruczołów.
  • Jednowarstwowy walcowaty: komórki o kształcie nieregularnych graniastosłupów. Jądra komórkowe zlokalizowane są w dolnej warstwie cytoplazmy. U ludzi ten typ nabłonka występuje w części przewodu pokarmowego.
  • Jednowarstwowy wielorzędowy: wysokie komórki, jakby zniekształcone graniastosłupy, często zachodzące na siebie klinowato, co sprawia wrażenie jakby wcześniej się kończących komórek. Jądra zlokalizowane są na różnych wysokościach, co daje wrażenie wielowarstwowości. Ten typ nabłonka występuje w układzie oddechowym.

  • Wielowarstwowy płaski: kilka warstw komórek, intensywnie dzielą się głębsze warstwy, co pozwala na złuszczanie się warstw powierzchniowych i odnawianie nabłonka. Nabłonek wielowarstwowy płaski pokrywa np. wnętrze jamy ustnej. Rogowaciejąca warstwa pokrywająca skórę tworzy naskórek.

W zależności od spełnianych funkcji wyróżniamy nabłonki: gruczołowe, wyściełające i okrywające, zmysłowe oraz rozrodcze.

Tkanka nerwowa - przyjmuje bodźce, a następnie przewodzi impulsy. Tkanka nerwowa zbudowana jest z ogromnej liczby komórek, połączonych ze sobą w gęstą sieć. Komórki charakteryzują się licznymi wypustkami zapewniającymi lepsze przewodnictwo. Pomiędzy komórkami nerwowymi (neuronami) występuje substancja glejowa, pełniąca funkcję odżywczą. Komórki nerwowe nie przylegają ściśle do siebie, toteż impuls nerwowy nie może być bezpośrednio przesyłany z komórki do komórki. Miejsce przekazywania pobudzenia z jednego neuronu do drugiego zwane jest synapsą. W synapsie następuje zmiana przekazu z informacji elektrycznej na chemiczną. Wyróżniamy kilka typów neuronów:

  • Czuciowe - kontaktujące się z receptorem;
  • Pośredniczące - pośredniczą w przekazywaniu informacji między neuronami;
  • Ruchowe - łączą się bezpośrednio z efektorem.

Tkanka mięśniowa - Mięśnie ze względów czynnościowych dzielimy na (1) szkieletowe - służące utrzymaniu właściwej postawy ciała; (2) gładkie - odpowiadające za powolne ruchy w narządach wewnętrznych, skórze i naczyniach; oraz (3) mięsień sercowy. Mięśnie zbudowane są z białek aktyny i miozyny, które tworzą mikrofibryle, dzięki którym tkanka mięśniowa kurczy się i rozkurcza. Cechy poszczególnych typów tkanki mięśniowej zestawiono w tabeli.

Cechy

Typy tkanki mięśniowej

Gładka

Poprzecznie prążkowana szkieletowa

Poprzecznie prążkowana serca

Długość włókien

Kształt włókien

Liczba i ułożenie jąder

Do 200 µm

Wrzecionowate, ostro zakończone

Jedno, ułożone centralnie

Kilkanaście centymetrów

Wydłużone, cylindryczne, tępo zakończone

Wiele położonych przybrzeżnie

4-5 cm

Wydłużone, rozgałęzione, tępo zakończone

Wiele położonych dośrodkowo

Tkanka łączna - cechą tkanki łącznej jest obfite występowanie substancji międzykomórkowej oraz rozsianych w niej elementów morfotycznych. Tkanka łączna może mieć charakter płynny (krew, limfa) lub stały (tkanka chrzęstna, kostna i tłuszczowa)

Tkanka chrzęstna - występuje jako stała część szkieletu albo też jest formą przejściową do tkanki kostnej. Rolą tkanki chrzestnej jest m.in. jest funkcja mechaniczna.

W zależności od rodzaju elementów zanurzonych w substancji międzykomórkowej wyróżniamy następujące typy tkanki chrzęstnej:

Sprężysta - nie ulega kostnieniu, tworzy np. małżowinę uszną u człowieka;

Szklista - najczęściej kostniejąca, ale nieskostniałe pozostają przegroda nosa, końce żeber;

Włóknista - buduje dyski międzykręgowe.

Tkanka kostna - tworzy szkielet wewnętrzny. Komórki kostne posiadają liczne wypustki i znajdują się w jamkach kostnych. Substancja międzykomórkowa zbudowana jest głównie ze związków organicznych (osseina) oraz ze związków mineralnych (węglany i fosforany wapnia).

Tkanka tłuszczowa - to doskonały materiał zapasowy organizmu, a także mechaniczna ochrona narządów i tkanek. Tkanka ta również spełnia doskonale rolę termicznego izolatora. Zasadniczą część komórek stanowią krople tłuszczu, a jądra i cytoplazma zepchnięte są na obwód.

Krew - stanowi około 7% masy ciała, zwykle mamy jej 5-6 litrów. Większość (55% objętości) stanowi płynne osocze, pozostałe 45% to elementy morfotyczne (upostaciowione), którymi są krwinki czerwone (erytrocyty), krwinki białe (leukocyty) oraz płytki krwi (trombocyty). Najbardziej znane elementy morfotyczne krwi to oczywiście krwinki czerwone. W jednym milimetrze sześciennym znajduje się między 4 000 000 - 5 000 000 erytrocytów, 4 000 - 11 000 leukocytów, 150 000 - 350 000 płytek krwi. Funkcją erytrocytów jest przenoszenie tlenu z płuc do tkanek. Tę funkcję zapewnia hemoglobina - czerwony barwnik krwi.

Białe krwinki to niejednorodna grupa obejmująca granulocyty, limfocyty i monocyty. Podstawową rola leukocytów jest uczestniczenie w procesach odpornościowych organizmu, poprzez fagocytowanie, wytwarzanie przeciwciał i tworzenie odpowiedzi komórkowej.

Płytki krwi są pozbawione jąder. Główną ich rolą jest udział w procesach krzepnięcia krwi.

W skład osocza wchodzi głównie woda (90%), pozostałą część stanowią związki organiczne i nieorganiczne, tj. białka, tłuszcze, hormony, witaminy, sole mineralne. Do najważniejszych funkcji osocza należą: (1) udział w odporności organizmu; (2) utrzymanie pH i temperatury ustroju; (3) rozprowadzanie hormonów, enzymów, makro i mikroelementów; (4) utrzymywanie ciśnienia osmotycznego.

Limfa, inaczej chłonka to przesącz tkankowy, spływający do naczyń limfatycznych. Limfa bierze udział w transporcie tłuszczów oraz w mechanizmach obronnych organizmu.

Budowa komórki bakterii

W komórce bakteryjnej cytoplazmatyczna błona komórkowa otoczona jest ścianą komórkową. Błona ma białkowo-lipidowy charakter, ale przy innym składzie lipidowym niż w komórkach eukariotycznych. Zwykle różnorodność fosfolipidów jest mniejsza, brak również cholesterolu. Obecność peptydoglikanu w ścianie sprawia, że w skutek barwienia metodą Grama bakterie gram + zabarwiają się na kolor ciemnofioletowy. Często bakterie otoczone są otoczkami i takie komórki zwykle są bardziej oporne na antybiotyki oraz bardziej zjadliwe. W cytoplazmie, która jest stosunkowo gęsta i znajduje się glikogen, białka i tłuszcze oraz składającą się głównie z potasu wolutyna. Brak w cytoplazmie mitochondriów i retikulum endoplazmatycznego. Rolę mitochondrium pełni mezosom, będący wpukleniem błony komórkowej. Rybosomy często tworzą łańcuszki polisomów. Materiał genetyczny występuje w formie nukleoidu, który nie jest oddzielony od reszty cytoplazmy błona jądrową. Nić DNA jest naga i nie związana z białkami. Dodatkowymi strukturami, które mogą wytwarzać bakterie są rzęski (rzadko u kulistych bakterii). Rzęski umożliwiają bakteriom przemieszczanie się na znaczne odległości. Obecność i rozmieszczenie rzęsek jest cecha diagnostyczną. Oprócz rzęsek u bakterii o cienkich ścianach komórkowych mogą występować fimbrie. Funkcją fimbrii jest umożliwienie przylegania bakterii do siebie oraz koniugacja.

Grzyby

Większość grzybów jest organizmami lądowymi, wymagającymi do rozwoju materii organicznej. Grzyby odznaczają się następującymi cechami:

  • Cudzożywność - odżywiają się martwą lub żywa materią organiczną, czasem żyją też w symbiozie z innymi organizmami np. z korzeniami drzew (mikoryza)
  • Nie posiadają chloroplastów, a ich zabarwienie jest najczęściej spowodowane obecnością specyficznych barwników w wakuolach.
  • Ciało grzyba, czyli grzybnia, zbudowana jest ze strzępek o budowie komórkowej. Ściana komórkowa zbudowana jest głównie z chityny.
  • Materiałem zapasowym u grzybów jest glikogen.
  • U grzybów dobrze rozwinięte są wodniczki, w których znajduje się m.in. substancja zapasowa zwana wolutyną.

Formy występowania grzybów mogą być bardzo różne:

  • Jednokomórkowe (drożdże)
  • Komórczaki (pleśniak)
  • Wielokomórkowe tworzące owocniki - zróżnicowane na trzon i kapelusz
  • Wielokomórkowe nie tworzące owocników np. pędzlak

Grzyby mogą rozmnażać się na drodze płciowej i bezpłciowej. Rozmnażanie płciowe obejmuje wiele sposobów: oogamię, anizogamię, izogamię, gametangiogamię oraz kopulacje różnoimiennych strzępek. Bezpłciowo grzyby rozmnażają się przez zarodniki oraz wegetatywnie (fragmentacja grzybni, pączkowanie, podział komórki).

Fotosynteza

Fotosynteza to biochemiczny proces, polegający na złożonych reakcjach syntezy związków organicznych z prostych substancji nieorganicznych, a zatem prowadzący do przemiany słonecznej energii świetlnej w energię chemiczną istot żywych. Organizmy pozyskujące pożywienie na drodze fotosyntezy zalicza się do roślin, protistów i sinic. Dawniej wszystkie takie organizmy zaliczano do jednego królestwa roślin.

Podstawowym związkiem powstającym w wyniku fotosyntezy są cukry, a jako produkt uboczny powstaje również tlen.

Fotosynteza przebiega w chloroplastach, w dwóch fazach: jasnej i ciemnej. Istotą fazy jasnej przebiegającej w granach jest przekształcenie energii świetlnej w energię wiązań chemicznych. Natomiast faza ciemna fotosyntezy to cykl redukcyjny CO2 z pięciowęglowym cukrem RuDP (rybulozo 1,5 bisfosforan). Dzięki istnieniu fotosyntezy możliwe jest życie, produkty fotosyntezy oraz tlen są warunkiem istnienia organizmów cudzożywnych.

Oddychanie tlenowe

Oddychanie to kataboliczny proces polegający na rozkładzie związków organicznych na substancje proste; głównie CO2 i H2O. W wyniku oddychania uwalniana jest energia, która jest niezbędna do życia. Oddychanie wewnątrzkomórkowe jest procesem wielostopniowym, katalizowanym przez enzymy. Energia, która jest uwalniana w skutek spalania gromadzona jest w postaci ATP. Organellum komórkowym, w którym przebiega oddychanie jest mitochondrium. Oddychanie odbywa się w trzech etapach 1) glikoliza; 2) cykl Krebsa; 3) łańcuch oddechowy. Istota oddychania wewnątrzkomórkowego u roślin i zwierząt jest bardzo zbliżona, różnice między tymi organizmami polegają przede wszystkim na istnieniu różnych mechanizmów wymiany gazowej.