Każda komórka w świecie istot żywych zawiera podobne organelle, czyli niejako "organy", które pełnią w niej różnorakie funkcje: oddychają, trawią, oczyszczają, transportują substancje pokarmowe i enzymatyczne w obrębie komórki i poza nią. A jednak w komórkach organizmów roślinnych występują pewne, charakterystyczne tylko dla nich struktury, na podstawie których można je odróżnić od komórek zwierzęcych czy grzybiczych. Tak więc poza powszechnie występującymi organellami, takimi jak: jądro, błona komórkowa, aparaty Golgiego, rybosomy, retikulum endoplazmatycznym, wodniczkami, mitochondrium i cytoplazmą, występują w nich także plastydy i ściana komórkowa.
Jądro komórkowe stanowi część cytoplazmy, oddzieloną podwójną błoną (otoczką jądrową), w której znajdują się pory zapewniające stały kontakt z resztą komórki, a także umożliwiające transport enzymów i czynników replikacyjnych (biorących udział w powielaniu DNA) i translacyjnych (syntetyzujących białka). Wewnątrz jądro wypełnia karioplazma (lub inaczej: nukleoplazma), której najbardziej uwodnionym składnikiem jest kariolimfa (sok jądrowy). W kariolimfie zawieszone są nici substancji białkowej zwanej chromatyną, a są to chromonemy. Chromonemy zbudowane są z nukleosomów, które składają się z histonowych oktamerów (ośmioczęściowych jednostek). Stanowią one ochronę dla DNA, które jest na nie nawinięte, jak na koraliki. Ponadto skracają i zagęszczają helisę DNA, dzięki czemu może się ono zmieścić w maleńkiej komórce. Warto sobie uświadomić, że długość jednej nici DNA wynosi ok. 180 cm, a taką długość uzyskać można ustawiając jedna za drugą 9 milionów komórek! Żeby więc zmieścić tę nić w jeszcze mniejszym jądrze komórkowym, skraca się ją poprzez nawinięcie na histony i zwinięcie w spiralę, a spirala tworzy sprężynkę z której zwija się chromosom. Poza chromatyną w karioplazmie zawieszone są też jąderka, których liczba zależy od stanu aktywności komórki (jąderek jest tym więcej im bardziej aktywna jest komórka). W jąderkach następuje synteza r-RNA (RNA odpowiadającego za budowę rybosomów). Jądro stanowi niejako najważniejszą część komórki - nie tylko jest swoistym centrum dowodzenia, zawiera także materiał genetyczny, a wraz z nim, "przepis" na cały organizm.
Składnikiem budującym KAŻDĄ żywą komórkę jest błona komórkowa. Posiada ona cechy charakterystyczne dla wszystkich błon biologicznych, a więc:
- jest wysoko przepuszczalna dla wody
- ma duży opór elektryczny (co istotne jest przy transporcie jonowym)
- każda żywa błona komórkowa jest spolaryzowana (co widoczne jest najbardziej w komórkach zwierzęcych, gdyż są one pozbawione ściany komórkowej)
- błony wyizolowane, w obecności enzymów proteolitycznych (prowadzących do rozpadu białek) i lipolitycznych (powodujących rozpad tłuszczów) ulegają rozpadowi (lizie)
Błonę komórkową tworzą dwie warstwy fosfolipidowe, skierowane hydrofilnymi (wodolubnymi) "główkami" do środowiska wodnego, a stykające się hydrofobowymi, zbudowanymi z reszt kwasów tłuszczowych "ogonkami". W zależności od tego czy reszty te są nasycone czy nienasycone, fosfolipidy są bardziej upłynnione lub zestalone. Pojedyncze fosfolipidy nie są na stałe wbudowane w strukturę całego "dywanu" - mogą zmieniać swoje położenie względem siebie, rotować, a nawet (dzięki specjalnemu enzymowi - flipazie) przeskakiwać z jednej warstwy do drugiej, co nadaje błonie półpłynny charakter. Pozostałe składniki błony - białka, także zdolne są do przemieszczeń, co więcej nie są rozmieszczone symetrycznie (obecność białka w jednej warstwie nie oznacza, że w drugiej znajduje się bliźniacze białko). Do niektórych białek dobudowane są rozgałęzione reszty cukrowe, które tworzą cieniutką i delikatną warstewkę, nazwaną glikokaliksem, która poza ochroną przed niewielkimi uszkodzeniami mechanicznymi pełni też o wiele istotniejszą funkcję: pomaga w identyfikacji komórek własnych lub patogenicznych przez komórki układu odpornościowego. Nie występuje w komórkach roślinnych, a jedynie w komórkach zwierzęcych. Ponadto białka mogą być zawarte nie tylko w pojedynczych warstwach, ale także przechodzić przez obie, tworząc przy tym kanały umożliwiające transport jonów i innych składników mineralnych do i z komórki (są to tzw. białka kanałowe). Błona jest w ciągłym "ruchu", nie ma stałej struktury, ulega ciągłej przebudowie, dlatego nazywana jest płynną mozaiką.
Aparaty Golgiego występują powszechnie we wszystkich komórkach prokariotycznych (zawierających jądro), nie ma ich natomiast w komórkach eukariontów (organizmów bezjądrowych). Organizmy niższe (bezkręgowce, glony) wyposażone są w najprostszą formę aparatów Golgiego: spłaszczone pęcherzyki zwane diktiosomami. Wyższe mają diktiosomy ułożone w charakterystyczne stosiki (ok. 4-8 pęcherzyków) wokół których rozmieszczone są mniejsze pęcherzyki i kanaliki. Całość tworzy obszar zwany trans-Golgi-network. Nie mają jednego stałego miejsca w komórce - w cytoplazmie występują w sposób przypadkowy, kompleksów jest zazwyczaj kilka (choć dokładna liczba zależy silnie od stanu rozwoju komórki i przynależności gatunkowej).
Aparaty Golgiego pełnią w komórce szereg ważkich funkcji, do których należy transport zagęszczonych substancji (przede wszystkim białek i lipidów) w obrębie komórki, a także sekrecja (wydzielanie) składników niepotrzebnych lub szkodliwych poza komórkę drogą egzocytozy (pęcherzyk transportujący wbudowuje się w błonę komórkową, co powoduje jego otwarcie do środowiska zewnątrzkomórkowego). Aparaty Golgiego w komórkach roślinnych są miejscem, gdzie zachodzi także synteza polisacharydów (wielocukrów) istotnych przy budowie rosnącej ściany komórkowej. Uczestniczą także w produkcji glikoprotein z węglowodorów (cukrów) i protein (białek) produkowanych w szorstkim retikulum endoplazmatycznym.
Rybosomy stanowią istotną część komórki dlatego, że odpowiadają za tworzenie białek, bez których nie istniałby przecież żaden organizm. Są to struktury pozbawione błony, składające się wyłącznie i całkowicie z białek i r-RNA. Każdy rybosom składa się z dwóch podjednostek: małej i dużej. W momencie translacji białek, obie jednostki muszą się połączyć, do czego wymagana jest określona ilość kationów magnezu (Mg2+). Rybosomy mogą występować pojedynczo, lub jako tzw. polisomy: kilkanaście do kilkudziesięciu rybosomów nawiniętych na nić m-RNA. Wyróżniamy dwa rodzaje rybosomów: małe (70S) występujące w komórkach prokariotów, a także w plastydach i mitochondriach eukariontów, oraz duże (80S) zawarte w cytoplazmie komórek eukariotycznych.
Do grona organelli komórkowych zaliczana jest także siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne - ER). Jest to nic innego niż system błon przedzielających komórkę na różne kompartymenty (przedziały) i stwarzające odrębną przestrzeń różnym procesom biochemicznym zachodzącym w cytoplazmie. Dwuwarstwowe błony tworzące siateczkę śródplazmatyczną mogą występować w dwóch postaciach: RER i SER. RER jest szorstkim retikulum endoplazmatycznym - pokrytym rybosomami, dlatego spełnia funkcje translacyjne (na nim zachodzi biosynteza białek). SER to gładkie retikulum endoplazmatyczne, pozbawione rybosomów. Odpowiada za syntezę kwasów tłuszczowych i lipidów, steroli i steroidów oraz obróbkę potranslacyjną (powykonawczą) białek. Jest też miejscem, gdzie komórka gromadzi wapń. Bierze udział w detoksykacji komórki i procesach odpornościowych.
Wodniczka, zwana inaczej wakuolą, występuje we wszystkich rodzajach komórek eukariotycznych. Panuje stereotyp stwierdzający, że w komórkach roślinnych wodniczki są duże i jest ich mało, natomiast w komórkach zwierzęcych jest ich więcej, ale są mniejsze. Niestety rzadko się to sprawdza, wiele bowiem zależy od etapu rozwoju komórki i funkcji jakie pełni. Wakuola to pęcherzyk otoczony błoną wakuolarną (tonoplastem), która jest gładka i pozbawiona rybosomów, dzięki czemu wykazuje dużą przepuszczalność jonową. Wewnątrz wypełniona jest sokiem wakuolarnym, zawierającym w głównej mierze wodę i jony (kationy: potasu, sodu, wapnia, magnezu, cynku, i aniony: chlorkowe, siarkowe, fosforowe, i inne) stanowiące zawartość nieorganiczną soku. Substancje nieorganiczne często wytrącają się z tego roztworu i przybierają formy kryształów (rafidów lub druzów). Część organiczna wnętrza wodniczki to liczne kwasy organiczne, aminokwasy, białka, cukry, tłuszcze, metabolity wtórne (czerwone antocyjany, żółte flawony, trujące alkaloidy czy gorzkie garbniki). Jako składnik komórki wodniczka ma za zadanie utrzymywać ją w stanie ciągłego nawodnienia (odpowiadają za turgor
Mitochondria są organellami o kształcie owalnym (czasem podobne są do ziarna fasoli), otoczonymi podwójną błoną. Błona zewnętrzna pokryta jest rybosomami komórkowymi, natomiast wewnętrzna - oksysomami (specyficznymi jednostkami biorącymi udział w oddychaniu). Tworzy ona charakterystyczne wpuklenia do wnętrza organelli, co dobitnie zwiększa jej powierzchnię. Wnętrze mitochondriów wypełnia macierz (matrix) - mitochondrialna cytoplazma. Mitochondria, podobnie jak plastydy, są strukturami autonomicznymi (co oznacza tyle, że zanim zaczęły pełnić rolę organelli, były odrębnymi organizmami, najprawdopodobniej bekteryjnymi, które poprzez wchłonięcie do komórki, przystosowały się do pełnienia w niej swojej funkcji), o czym świadczyć może zawieszone w matrix ich własne DNA (mt-DNA) oraz bakteryjne rybosomy. Głównym zadaniem mitochondriów jest wytwarzanie z glukozy użytecznej dla komórki energii zawartej w cząsteczkach ATP. Uczestniczą one także w detoksykacji organizmu (poprzez utlenianie niektórych toksyn), przemianie aminokwasów i syntezie mocznika, utlenianiu kwasów tłuszczowych. W nich zachodzi proces oddychania tlenowego: począwszy od przemiany pirogronianu do acetylokoenzymu A, poprzez łańcuchy oddechowe, na syntezie ATP skończywszy.
Cytoplazma to swoiste wypełnienie komórki. Jest to koloidalny układ, w którym w rozpuszczalniku (układzie dyspergującym) - wodzie, zawieszone lub rozpuszczone są wszystkie struktury występujące w komórce, czyli: organelle, białka tworzące cytoszkielet i różnego rodzaju składniki mineralne i odżywcze (sole wapnia, magnezu, sodu, fosforu, kwasy tłuszczowe, proteiny, enzymy, itp.). Tworzą one układ dyspersyjny, czyli inaczej rozpuszczony. Cytoplazma utrzymuje się w stanie stałej, dynamicznej równowagi zol-żel. Oznacza to tyle, że w różnych częściach komórki, na potrzeby różnych procesów może być bardziej płynna (zol) lub gęsta i sprężysta (żel). Zdolność do częściowej zmiany stanu skupienia pomocna jest także przy transporcie wewnątrzkomórkowym. Jako, że w większości składa się z wody, jej pH oscyluje wokół 7 (środowisko obojętne), dzięki czemu stwarza warunki dla wielu reakcji biochemicznych, a co ważniejsze zawiera odpowiednie do nich enzymy. Spośród wielu szlaków metabolicznych w cytoplazmie zachodzi między innymi glikoliza.
Cytoszkielet zatopiony w cytoplazmie składa się z trzech systemów: konstrukcji mikrotubularnej, konstrukcji filamentów aktynowych i konstrukcji filamentów pośrednich.
Mikrotubule, zakotwiczone w tzw. centrum organizacji mitrotubul, rozchodzą się z niego we wszystkie strony, co czyni je swoistym "rusztowaniem" dla cytoplazmy i części organelli. Zbudowane są z białka - tubuliny, to struktury, które są w stałym "ruchu": podczas gdy jeden ich koniec ulega rozbudowie, drugi jest w tym samym momencie "rozbierany" na podjednostki białkowe. Taka cecha uczyniła z nich transportery. Ponadto, mikrotubule budują centriole wici i rzęsek, co sprawia, że pośrednio odpowiadają za ruch komórki, przesuwanie płynów, śluzów i różnych cząstek nad powierzchnią orzęsionej komórki (jak np. w pęcherzykach płucnych) czy wreszcie za przesuwanie komórki jajowej w jajowodzie. Co więcej budują w komórce wrzeciono podziałowe, które tworzy się w czasie podziału komórkowego (dlatego częściowo odpowiadają za właściwy przydział chromosomów do komórek potomnych).
Filamenty aktynowe znajdują się w obwodowej części cytoplazmy - egzoplazmie (położone blisko błony komórkowej). Są to cienkie włókna utworzone z białka - aktyny (często z domieszką miozyny). Odpowiadają za zmianę kształtu komórki (ruch, fagocytoza, podziały komórkowe). Mają także zdolność do zagęszczania lub rozrzedzania egzoplazmy, co może utrudniać lub ułatwiać sekrecję (wydzielanie) substancji poza komórkę.
Filamenty pośrednie zbudowane są z różnych białek, w zależności od rodzaju komórki. Są bardzo trwałymi elementami cytoszkieletu i przechodząc przez całą długość komórki, nadają jej kształt, a także odporność na rozciąganie. Dzięki nim możliwe jest przyleganie komórek do siebie i (zwłaszcza w tkankach nabłonkowych) do błony podstawnej.
Plastydy są grupą organelli charakterystycznych jedynie dla roślin. Wszystkie rodzaje plastydów wykształcają się z proplastydów (zawiązków tych struktur, które występują w komórkach embrionalnych). Dzielą się na:
- leukoplasty - bezbarwne; występują w komórkach tkanek spichrzowych, gdzie pełnią funkcje "magazynów"
- chromoplasty - zawierające karotenoidy i ksantofile (barwniki odpowiadające za żółtą, pomarańczową lub czerwoną barwę); nadają kolory różnym częściom rośliny: płatkom korony (mak, róża), owocom (papryka, pomidor), czy korzeniom (marchewka)
- chloroplasty - zawierające chlorofil, nadający komórkom zieloną barwę
Te ostatnie są niezbędne roślinom do życia, gdyż przeprowadzają proces zwany fotosyntezą. W jego wyniku roślina wykorzystuje energię słoneczną (przekazywaną przez fotony docierające do powierzchni specjalnych kompleksów białkowo-chlorofilowych) i przetwarza ją na użyteczną komórce energię zmagazynowaną w postaci cząsteczek ATP (adenozynotrifosoranu) - uniwersalnego komórkowego nośnika energii. Dzięki wytwarzanemu w ten sposób ATP roślina jest w stanie poprzez proces fosforylacji przyswoić dwutlenek węgla zamieniając go na cukier prosty - glukozę.
U protistów i organizmów niższych chloroplasty są zazwyczaj taśmowate, podkowiaste, kubkowate lub nerkowate, natomiast u roślin przyjmują zazwyczaj postać elipsoidalnego pęcherzyka. Chloroplast otoczony jest podwójną błoną: zewnętrzną (pokrytą rybosomami) i wewnętrzną (tworzącą liczne wgłębienia do wnętrza komórki). Wpuklenia tej błony nazywane są tylakoidami. Część tylakoidów tworzy grana (systemy spłaszczonych pęcherzyków ułożonych jeden na drugim) i to właśnie w ich błonach znajdują się kompleksy chlorofilowe biorące udział w fotosyntezie. Dzięki dużej płynności błony wewnętrznej mają one możliwość przemieszczania się w obrębie całej organelli. Cały chloroplast wypełniony jest stromą - odpowiednikiem cytoplazmy, w której zawieszone są małe rybosomy (bakteryjnego pochodzenia) oraz cytoplazmatyczne DNA (ct-DNA) w postaci nici zwiniętych w koliste cząsteczki.
Ściana komórkowa jest organellum typowym dla organizmów świata roślinnego oraz grzybów. Nie jest to żywa część komórki - jej wzrost zależy całkowicie od czynników wewnętrznych komórki. Ma ona nadawać kształt komórce, wzmacniać i usztywniać ją oraz utrudniać penetrację patogenom. Przez wzgląd na to, jakie pełni funkcje, dalece ogranicza ruch, możliwość zmiany kształtu i rozrostu komórki. Ściana rośnie wraz z komórką i tak jak ona, na każdym etapie rozwoju zmienia się. Dotyczy to zwłaszcza zmian w jej składzie chemicznym. W zależności od gatunku organizmu i etapu rozwoju komórki, ścianę budują różne substancje: w "młodości" (ściana pierwotna), są to mniej sztywne pektyny i glikoproteiny, a wraz z wiekiem (ściana wtórna), przybywa sztywnych włókien celulozowych i hemicelulozowych. Co ciekawe, kształt, jaki komórka osiągnie, gdy całkowicie dojrzeje, zależy od układu włókienek celulozowych w ścianie pierwotnej. Jeśli będą nieuporządkowane, komórka rosnąc powiększać będzie wszystkie wymiary (wysokość, szerokość i grubość) w takim samym zakresie, co doprowadzi do tego, że osiągnie kształt zbliżony do kuli (wszystkie wymiray takie same). Jest to wzrost izotropowy, a komórka, która powstaje w wyniku takiego przyrostu nazywana jest izodiametryczną. Jeśli we wczesnych pokładach ściany włókienka ułożą się równolegle do siebie, nie zachodząc na sąsiadujące, komórka będzie rosła powiększając znacznie względem pozostałych, tylko jeden wymiar, np. wysokość czy szerokość. Taki wzrost nosi miano anizotropowego, a kształt komórki, do jakiego doprowadza określa się prozenchymatycznym.
