Komórka

Wiadomości wstępne

Komórka to podstawowy element strukturalny i czynnościowy każdego organizmu, zdolny do spełniania różnych funkcji życiowych tzn. oddychania, odżywiania, rozmnażania, wzrostu. Wielkość komórek i ich kształt są bardzo różne i zależą od pełnionych funkcji i otaczającego otoczenia. Na przykład spłaszczony kształt komórek nabłonkowych jest rezultatem wzajemnego ucisku komórek na siebie, natomiast komórki znajdujące się w środowisku płynnym (mamy tu na myśli np. krew) przybierają kształt kulisty. Komórki, więc cechuje duży polimorfizm. Najmniejsza komórka mierzy 0,2mm (bakterie), największa ok. 50 cm (włókna indyjskiej rośliny rami), nieco mniejsze jaja strusie. Mimo iż są one takie małe, w ciele człowieka o średniej masie ciała, ich liczba może wynosić 1013-14, nie licząc krwinek.

KOMÓRKA

Komórka – jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalną żywego organizmu. Jest najniższą jednostką organizacji żywej materii. Wyróżniamy organizmy jednokomórkowe np. bakterie; kolonijne i wielokomórkowe.
Najpierwotniejszy kształt komórki to kształt kulisty
Związki wchodzące w skład komórki:
a) Nieorganiczne: woda i pierwiastki
b) Organiczne: białka, cukry i tłuszcze

WODA
a) Organizmy żywe zawierają od 65%-75% wody. (meduza 98%)
b) Termoregulacja – wolno się nagrzewa, wolno się ochładza
c) Dzięki dipolowemu kształtu cząsteczki jest ona dobrym rozpuszczalnikiem.
d) Łatwo się wiąże z innymi cząsteczkami ( 4 cząsteczki wody tworzą kryształek lodu – lód ma mniejszą gęstość od wody, więc unosi się na jej powierzchni. Lub też z białkami (błona plazmatyczna – warstwa dwulipidowa)
e) Tłuszcze nie rozpuszczają się w wodzie, dzięki temu komórka jest zbudowana z błon lipidowych i się nie rozpuszcza.
f) Jest substratem lub produktem reakcji biochemicznych
g) Umożliwia transport komórkowy oraz między komórkami.
h) Jest składnikiem budulcowych.

Białka

BIAŁKA – są polimerami zbudowanymi z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Wiązanie dwóch aminokwasów powstaje między grupą aminową a karboksylową. Powstaje wtedy dwupeptyd.
Jeżeli połączy się od 2-20 aa to są oligopeptydy.
20 – 100 aa – polipeptydy
pow. 100 aa – białka
Aminokwasy mogą mieć odczyn kwaśny lub zasadowy i od tego zależy, z jakim białkiem mamy do czynienia.
Kolejność aminokwasów w łańcuchu białkowym mówi o rodzaju białka.
Białka człowieka zbudowane są z 12 aminokwasów endogennych (wytwarzanych przez organizm) i 8 aminokwasów egzogennych (dostarczanych z pokarmem). Produkcja białek z aminokwasów to translacja.

ETAPY TWORZENIA BIAŁKA
- STRUKTURA PIERWSZĄRZĘDNA – liniowe ułożenie aminokwasów
- STRUKTURA DRUGORZĘDNA – przestrzenne zwinięcie struktury pierwszorzędnej wzmocnione wiązaniami wodorowymi. (alfa helisa)
- STRUKTURA TRZECZECIORZĘDNA – dalsze zwijanie się w przestrzeni (kształt łańcucha polipeptydowego), twór wzmocniony wiązaniami jonowymi, estrowymi dwusiarczkowymi (mostki dwusiarczkowe).
- STRUKTURA CZWARTORZĘDNA – łączenie się podjednostek białkowych (dot. Białek złożonych np. hemoglogiba)

RODZAJE BIAŁEK
A) PROTEINY:
albuminy (biorą udział w regulacji zawartości wody we krwi)
histyny (występują w jądrze komórkowym)
aktyna i miozyna (białka kurczliwe mięśni)
kolagen (tworzy szkielet)
fibrynogen (bierze udział w krzepnięciu krwi)
kreatyny (zawierają dużo siarki tworzą pazury, włosy, rogi, kopyta)
globuliny (biorą udział w procesach odpornościowych).

B) PROTEIDY – OPRÓCZ AMINOKWASÓW POSIADAJĄ CZYNNIK NIEBIAŁKOWY:
metaloproteidy (metal i białko np. chromoproteidy)
nukleoproteidy (białko + kwasy nukleinowe - podstawowy składnik jądra komórkowego)
glikoproteidy (białka + cukier – warunkują właściwości grupowe krwi)
lipoproteidy (białko +tłuszcz – składnik błon biologicznych)

FUNKCJA BIAŁEK
- stanowią główny budulec komórki (skład centroszkieletu – prawidłowy kształt komórki)
- stanowią enzymy pełniące funkcje regulatorowe (biokatalizatory)
- pełnią funkcje zapasowe w komórkach roślinnych
- tworzą hormony (wpływają na metabolizm)
- rola energetyczna
- transport tlenu
- transport przez błone komórkową cząsteczek
- udział w procesach odpornościowych.

Cukry

CUKRY – sacharydy, węglowodany, składają się z C, H i O.
Podział:
- Proste (monosacharydy) – są rozpuszczalne w wodzie i słodkie. W zależności od zawartości węgla w cząsteczce wyróżniamy:
triozy
pentozy (Ryboza w RNA)
heksozy (GLUKOZA – C6H1206 cukier gronowy, źródło energetyczne, FRUKTOZA – cukier owocowy, MANNOZA – u roślin i bakterii, GALAKTOZA – w mleku).

- Dwucukry – rozpuszczalne w wodzie, słodkie składają się z 2 cząsteczek cukrów prostych.:
Maltoza (występuje w pyłkach kwiatów i nasionach zbóż)
sacharoza (trzcinowa, w buraku)
laktoza (mleko)

- Wielocukry - nierozpuszczalne w wodzie bez smaku:
skrobia (zapasowy materiał u rośli,)
glikogen (zapasowy materiał u zwierząt, celuloza (( buduje ściany komórkowe komórek roślinnych) chityna (buduje pancerzyki stawonogów)

FUNKCJA:
- Budulcowa
- Zapasowa (glikogen)
- Energetyczna (glukoza)
- Składnik kwasów nukleinowych (ryboza)

LIPIDY – TŁUSZCE - są estrami glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych, są związkami nierozpuszczalnymi w wodzie. Dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych (benzyna, eter, alkohol). Dzielimy je na proste i złożone (fosfolipidy i glikolipidy)

FUNKCJA:
- Są źródłem energii
- Stanowią materiał budulcowy (błony plazmatyczne)
- Stanowią materiał zapasowy u roślin gromadzony w korzeniach, nasionach i owocach; i materiał zapasowy zwierząt (szczególnie tych zapadających w sen zimowy).
- Materiał odżywczy
- Składnik błon komórkowych (fosfolipidy)
- Śluzów komórkowych (glikolipidy)

KOMÓRKA ZAWIERA SKŁADNIKI PLAZMATYCZNE I NIEPLAZMATYCZNE:

PLAZMATYCZNE:
- cytoplazma
- jądro komórkowe
- jąderko
- mitochondrium
- plastydy
- lizosomy
- struktury Golgiego
- błony cytoplazmatyczne.

NIEPLAZMATYCZNE:
wodniczka/wakuola(rośliny) (błona otaczająca wakuole TONOPLAST)
ściana komórkowa.

Porównanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych

1. Komórka prokariotyczna:
Charakteryzuje się brakiem jądra komórkowego. DNA znajduje się w pewnym rejonie cytoplazmy, nie oddzielony od niej błoną. Cząsteczki DNA w większości komórek prokariotycznych są koliste i połączone z niewielką ilością białek.
Komórki prokariotyczne są to komórki małe (wymiary rzędu kilku mikrometrów).
Są to komórki bakterii.

2. Komórka eukariotyczna
Charakteryzuje się obecnością jądra komórkowego, utworzonego przez linowe DNA (z wolnymi końcami) otoczone przez dwie błony śródplazmatyczne (otoczkę jądrową). DNA eukariotyczny tworzy kompleks z dużą ilością białek
Poza jądrem, komórki eukariotyczne mają wiele rejonów oddzielonych błonami od cytoplazmy (mitochondria, chloroplasty, siateczka śródplazmatyczna).
Są to komórki zwierząt, roślin, grzybów i protistów. Ich rozmiary to zazwyczaj kilkanaście do kilkudziesięciu mikrometrów, ale niektóre z nich osiągają rozmiary nawet do kilku centymetrów (jaja ptasie).

Nie wszystkie komórki bez jądra komórkowego to komórki prokariotyczne -> erytrocyty tracą jądro podczas dojrzewanie, przez co NIE STAJĄ SIĘ komórkami prokariotycznymi.

3. Porównanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych:

Błony komórki

1. Budowa błon komórki
Mają one strukturę ciągłą, zbudowane są z lipidów i białek (wagowo około tyle samo obu składników)
Fosfolipidy – tworzą w wodzie dwuwarstwową błonę, charakteryzującą się płynnością (cząsteczki lipidów budujące błonę poruszają się. Ruch ten ograniczony jest do płaszczyzny błony – cząsteczki poruszają się w obrębie jednej warstwy)

Płynność błony zależy od kilku czynników. Najważniejszym z nich jest jej skład lipidowy.

Poza fosfolipidami i glikolipidami do składników lipidowych błony należy również cholesterol. Zanurza się on w błonie zbudowanej z podwójnej warstwy lipidów tak, że polarna grupa –OH kieruje się w stronę wody otaczającej błony, natomiast pozostała część wnika do wnętrza błony.
Obecność cholesterolu zmienia właściwości błony – w rejonach, gdzie jest go więcej, płynność błony jest mniejsza i jej składniki trudniej się przemieszczają. Zawartość cholesterolu w poszczególnych błonach komórki znacznie się różni.

Cząsteczki lipidów poruszają się w płaszczyźnie błony w obrębie warstwy, w której się znajdują. Bardzo rzadko jednak ‘przeskakują’ z jednej warstwy do drugiej. Dzięki temu dwie warstwy lipidowe znacznie różnią się składem lipidów; glikolipidy zlokalizowane są w tej części błony, która skierowana jest na zewnątrz – dzięki temu łańcuchy cukrowe glikolipidów ‘wystają’ do środowiska zewnętrznego komórki.

Białka są drugim ważnym składnikiem błon komórki. Niektóre z nich są doczepione do błony tylko dlatego, że do ich łańcuchów polipeptydowych dołączone są łańcuchy kwasu tłuszczowego lub inny niepolarny fragment, który łatwo wnika między niepolarne części lipidów. Inne białka zanurzają w błonie swoje łańcuchy polipeptydowe. Łańcuchy te układają się w taki sposób, że na zewnątrz wyeksponowane są ugrupowania boczne aminokwasów niepolarnych– dzięki temu mogą się zanurzyć w niepolarnym środowisku lipidów błonowych.
Białka błonowe zanurzone są w warstwie lipidowej na różne sposoby: skierowane w jedną lub drugą stronę błony, bądź przechodzą przez całą błonę, wystając z obu jej stron.

Podobnie jak lipidy, białka mogą wykonywać ograniczone ruchy w płaszczyźnie, nie mogą jednak przemieszczać się w poprzek błony. Asymetria błon komórki dotyczy więc obu jej składników: Każda warstwa błony komórki ma swój własny skład lipidowy i własny zestaw białek.
Białka znajdujące się po zewnętrznej stronie błony komórkowej komórek eukariotycznych często mają dołączone do swych łańcuchów polipeptydowych łańcuchy zbudowane z cukrów. Razem z łańcuchami cukrowcowymi glikolipidów tworzą one glikokaliks, który chroni błonę komórkową przed urazami mechanicznymi i przeciwdziała niektórym uszkodzeniom chemicznym, nie dopuszczając wielu substancji do błony.
Cukry znajdujące się na powierzchni komórki odgrywają istotna rolę podczas rozpoznawania jej przez układ immunologiczny.

2. Funkcje błon komórki:
a). Ograniczenie wymiany materii między różnymi przestrzeniami, w których zachodzą reakcje metaboliczne
b). Są częścią kompleksów wieloenzymatycznych integrujących rozległe i ukierunkowane procesy biologiczne. Zróżnicowanie cytoplazmy opiera się na istnieniu błon o różnym składzie i łączności i rozmaitymi organoidami komórkowymi.

Każda błona plazmatyczna dysponuje własnym układem wytwarzania energii i wykorzystywania jej w procesach transportu substancji.
3. Funkcje poszczególnych elementów budujących błony komórki:
a.) fosfolipidy – pełnią funkcje czysto strukturalne
b.) cholesterol – zmniejsza płynność błony
c.) glikokaliks – chroni błonę komórkową przed uszkodzeniami (mechanicznymi i chemicznymi).
d.) Białka – pełnią funkcje strukturalne. Ponadto mogą być receptorami (do których dołączają się cząsteczki sygnałowe docierające z zewnątrz i przekazujące sygnał do wnętrza komórki); wzmacniać błonę, czyniąc ją odporną na bodźce mechaniczne (spektryna); lub też tworzą kanały przez które do komórki przedostają się cząsteczki polarne.

4. W pewnych warunkach błony komórki mogą zlewać się ze sobą. Zjawisko to wykorzystywane jest przez komórki do transportu substancji na zewnątrz komórki (egzocytoza) lub do pobierania substancji ze środowiska zewnętrznego (endocytoza).
Egzocytoza: pęcherzyk powstający wewnątrz komórki dociera do błony komórkowej i jego błona zlewa się z nią, wyrzucając na zewnątrz swą zawartość
Endocytoza: komórka otacza substancję znajdującą się w środowisku zewnętrznym i pobiera ją do wnętrza komórki. Jest kilka rodzajów endocytozy:
a.) pinocytoza – w błonie komórki tworzy się zagłębienie, do którego dostają się pęcherzyki transportujące do wnętrza komórki część roztworu stanowiącego jej środowisko zewnętrzne;
b.) fagocytoza – błona komórkowa otacza duża cząstkę, bądź całą komórkę i transportuje ją do wnętrza komórki;
c.) komórka może także selektywnie pobierać cząsteczki ze środowiska zewnętrznego. Taka endocytoza przebiega przy udziale receptora swoistego dla pobieranej cząsteczki;

5. Transport przez błony
Transport ten może odbywać się na zasadzie:
- dyfuzji prostej
- poprzez kanał błonowy (również dyfuzja prosta)
- białek przenośnikowych (dyfuzja wspomagana)
- transport aktywny

Dyfuzja prosta dotyczy cząsteczek o charakterze niepolarnym i małych cząstek polarnych, nie posiadających ładunku elektrycznego
Kanały błonowe – ten typ transportu dotyczy małych cząsteczek, które nie mogą swobodnie przenikać przez część lipidową błony. Kanały błonowe to białka przechodzące z jednej strony błony na drugą, Są dostępne dla polarnych lub naładowanych cząsteczek. Przez kanał mogą swobodnie przepływać cząsteczki lub jony, dla których lipidowa część błony jest nieprzepuszczalna. Białka tworzące kanały charakteryzują się dwiema cechami:
- nie przepuszczają wszystkich jonów lecz są swoiste wobec jednego z nich;
- dostęp do nich jest regulowany (komórka otwiera je i zamyka w zależności od potrzeby);
Białka przenośnikowe (przenośniki) są to białka zanurzone w lipidach błony komórkowej. Łączą się one z transportowana cząsteczką po jednej stronie błony, przenoszą ją na drugą stronę i tam uwalniają.
Transport aktywny jest jedynym sposobem transportowania cząsteczek wbrew gradientowi stężeń – biorą w nim udział przenośniki wykorzystujące energię z ATP.

TRANSPORT SUBSTANCJI

1) TRANSPORT BIERNY – a) dyfuzja prosta – polega ona na przepływie substancji ze spadkiem gradientu stężeń, czyli z obszaru o stężeniu wyższym do niższego. Dąży do wyrównania stężeń. Transport: tlen, nienaładowane cząsteczki wody, mocznik. B) dyfuzja ułatwiona – przepływ substancji od stężenia wyższego do niższego z udziałem przenośników (białek). Transport: naładowane cząsteczki wody.
2) Transport aktywny -odbywa się z udziałem energii dostarczanej przez ATP, biorą w niej udział nośniki białkowe (enzymy), które przesuwają cząsteczki substancji wbrew gradientowi różnicy stężeń od stężenia mniejszego do większego. Transport: białek cukrów złożonych.

ATP
Adynozotrójfosforan - mononukleotyd zbudowany z adeniny, rybozy, i 3 reszt kwasu fosforowego, między resztami kwasu fosforowego są wiązania makroergiczne ( wysoko energetyczne), Powstanie ich wymaga dużego wkładu energii, rozszczepienie ich uwalnia energie. ATP – NOŚNIKI ENERGII.
NUKLEOTYP

AMP - MA JEDNĄ RESZTE KWASU FOSFOROWEGO
ADP – MA 2 RESZTY KWASU FOSFOROWEGO.

Jądro komórkowe

Jest to największa organella komórkowa. Na ogół ma kształt kuli, rzadziej owalny (soczewkowaty) lub wrzecionowaty. Położone jest zazwyczaj centralnie, jednak w starszych komórkach może być położone peryferyjnie.

Jądro komórkowe otoczone jest dwiema błonami, tworzącymi tzw. otoczkę jądrową, w której występują otwory zwane porami jądrowymi, dzięki którym wnętrze jądra kontaktuje się z cytoplazmą. Przedostają się przez nie tylko określone substancje (do jądra wnikają m.in. nukleotydy i pewne białka; wydostają się z niego specyficzne cząsteczki kwasów rybonukleinowych przenoszące informację genetyczną z DNA do cytoplazmy).
Jądro steruje metabolizmem komórki, uczestniczy w jej podziale, a także jest nośnikiem informacji genetycznej.

W nie dzielącej się komórce materiał genetyczny zapisany jest w postaci chromatyny, w której skład wchodzą białka, kwas dezoksyrybonukleinowy i niewielkie ilości kwasu rybonukleinowego. Chromatyna dzieli się na aktywną genetycznie euchromatynę (zawierającą geny); oraz nieaktywną genetycznie heterochromatynę.

W czasie podziału komórki włókienka chromatynowe ulegają kondensacji, polegającej na ich spiralizacji, skracaniu i pogrubieniu. Wskutek tego procesu tworzą się z nich pałeczkowate struktury – chromosomy. Proces ten umożliwia precyzyjne rozdzielenie chromatyny podczas podziału jądra komórkowego.

Każdy chromosom buduje jedna, bardzo długa, cząsteczka DNA, połączona z pełniącymi różne funkcje białkami. Część białek (białka histonowe) wprowadza przestrzenny ład w chromosomie, zapobiegając splątywaniu się nici DNA; inne pełnią role różnego rodzaju regulatorów i enzymów.
W jądrze można wyróżnić charakterystyczne zagęszczenie chromatyny, zwane jąderkiem; w jednym jądrze może być kilka jąderek. W obrębie jąderka powstają rybosomy – struktury komórkowe, które na terenie cytoplazmy biorą udział w biosyntezie białek. Rybosomy przedostają się z jądra do cytoplazmy poprzez pory w otoczce jądrowej.

W komórkach eukariotycznych znajduje się zazwyczaj jedno jądro. Może ich być jednak więcej (komórczaki), lub też w ogóle nie być (erytrocyty).

Najważniejsze funkcje jądra komórkowego:
- powielanie zawartego w nim materiału genetycznego i przekazywanie go do komórek potomnych;
- przekazywanie materiału genetycznego z pokolenia na pokolenie, dzięki udziałowi w tworzeniu komórek płciowych;
- sterowanie podstawowymi procesami życiowymi komórki poprzez regulację dwóch ważnych procesów: odczytywania informacji ukrytych w cząsteczkach DNA i dostosowania instrukcji w postaci RNA do biosyntezy białek.

Mitochondrium

Mitochondria przybierają różne kształty; te, które możemy zaobserwować w komórkach to wydłużone cylindry. W każdej komórce wątroby jest około 1000-2000 mitochondriów. Zajmują one około 1/5 objętości komórki i są rozmieszczone w cytoplazmie mniej więcej równomiernie.
W większości komórek mitochondria gromadzą się w tych rejonach komórki, gdzie zapotrzebowanie na ATP jest największe.

Mitochondria są organellami autonomicznymi (niezależnymi); posiadają własne DNA. W organellach tych przebiega proces utleniania komórkowego, w wyniku którego powstaje energia gromadzona w postaci ATP.

Dzięki obecności kanałów białkowych zewnętrzna błona mitochondrium jest przepuszczalna dla małych cząsteczek. Zupełnie inne właściwości ma wewnętrzna błona mitochondrialna – jest ona nieprzepuszczalna dla wielu cząsteczek, a przede wszystkim dla jonów.

Pomiędzy dwoma stronami wewnętrznej błony powstaje różnica stężeń protonów, poprzedzająca syntezę ATP. Mitochondria przystosowane są do bardzo wydajnej produkcji energii. W przeciwieństwie do gładkiej zewnętrznej błony, błona wewnętrzna tworzy fałdy zwane grzebieniami. Dzieki temu powierzchnia błony zaangażowana w produkcję ATP jest bardzo duża. Przestrzeń ograniczona wewnętrzną błoną mitochondrialną nazywana jest matriks mitochondrialną i zawiera wiele białek uczestniczących w procesie przetwarzania energii.

Podstawową funkcją mitochondrium jest przeprowadzanie procesu oddychania komórkowego, który składa się z III etapów.
I glikozyd
-zachodzi w cytoplazmie, gdzie następuje rozkład glukozy do kwasu pirogronowego
II cykl Krebsa
-zachodzi w matriks mitochondrialnym
-jest to zamknięty cykl przemian kwasów trójkarboksylowych, w wyniku tych przemian uwalnia się energia, a jako produkt uboczny powstaje H2O i wolne wodory
III łańcuch oddechowy
-zachodzi w grzebieniu mitochondrialnym
-polega na tym, że wolne wodory z cyklu Krebsa przechodzą przez system przenośników energetycznych uwalniając energię, a same łączą się z tlenem tworząc cząsteczkę wody jako produkt uboczny

Podział plastydów:
1. Chromoplasty
Nadaja barwę korzeniom, kwiatom, owocom (barwniki: karoten, ksantofil – żółty);
2. Chloroplasty
zawierają chlorofil; zlokalizowane są głównie w liściach, biorą udział w procesie fotosyntezy;
3. Leukoplasty
Nie zawierają żadnych barwników; gromadzą substancje zapasowe powstałe w wyniku procesu fotosyntezy (np. amyloplasty – gromadzą skrobię)

Plastydy – są to organelle otoczone podwójną błoną lipidowo białkową.
Plastydy są organellami charakterystycznymi dla komórek roślinnych. Powstają z małych bezbarwnych proplastydów występujących w komórkach tkanki Twórczej. Mają kształt kulisty lub soczewkowy, otoczone są Podwójną błoną białkowo- lipidową, która wewnątrz tworzą lamelle i grana. Wnętrze wypełnia stroma zawierająca: rybosomy, kwasy nukleinowe,
Białka, związki nieorganiczne.

Chloroplasty
Są to organella należące do grupy plastydów, powstają z niewielkich struktur zwanych proplastydami. Tak jak mitochondria zawierają własne DNA, a co za tym idzie także same namnarzają się niezależnie od podziału jądra komórkowego.
Chloroplasty to tzw. zielone plastydy; zachodzi w nich proces fotosyntezy. Swoje zabarwienie i zdolność wykorzystywania światła do syntezy związków organicznych zawdzięczają obecności chlorofilu.
Chloroplasty zbudowane są według podobnego planu, jak mitochondria. Otoczone są dobrze przepuszczalną błoną zewnętrzną, pod którą znajduje się słabo przepuszczalna błona wewnętrzna. Otacza ona wewnętrzną przestrzeń chloroplastu, zwaną stromą (podobną do matriks mitochondrialnej). Wewnętrzna błona chloroplastu nie jest pofałdowana!
Wewnątrz organelli znajdują się obłonione tylakoidy. Podczas przemian energetycznych w chloroplastach, błony tylakoidów pełnią rolę podobna do tej, jaką odgrywa błona grzebieni w mitochondriach. Między obiema stronami tej błony powstaje różnica w stęzeniu prrtonów.
Chloroplasty mają zdolnośc do samoodtwarzania się.

Fotosynteza – to proces, w którym związki nieorganiczne, (CO2 i H2O) przy udziale wspomnianej już energii świetlnej i barwników fotosyntetycznych, syntetyzowane są związki organiczne – cukry proste, które zamieniane są na skrobię fotosyntetyczną. Fotosynteza przebiega w II fazach:
I faza jasna
- zachodzi w granach i tylakoidach, gdzie znajdują się barwniki fotosyntetyczne
- w tej fazie pochłaniane są kwanty energii świetlnej, które powodują rozbicie cząsteczki H2O (tzw. fotoliza H2O) i przenosząc uzyskaną energię i wodór do przenośników energetycznych – ATP i NADP, tworząc tzw. siłę asymilacyjną (energia świetlna zamieniona na energię chemiczną)
II faza – cykl Kalwina
- ciemna faza fotosyntezy
- zachodzi w stromie chloroplastów i przebiega w trzech etapach
•karboksylacja
•regeneracja
•redukcja

-> przypuszcza się, że mitochondria i chloroplasty mają pochodzenie bakteryjne. Półtora miliarda lat temu zostały one wchłonięte do wnętrza przodka obecnej komórki eukariotycznej i nie uległy strawieniu. Najpierw wchłonięte zostały bakterie, które dały początek mitochondriom – świadczy o tym powszechne ich występowanie w komórkach eukariontów. Natomiast wchłonięcie bakterii fotosyntetyzujących (sinic), z których powstały chloroplasty musiało nastąpić później.
Jednym z dowodów na bakteryjne pochodzenie tych organelli jest obecność ich własnego DNA i pozostałych elementów aparatu potrzebnego do produkcji białek. Ponadto zarówno mitochondria, jak i chloroplasty samodzielnie wytwarzają niektóre ze swych białek; jest to jednak niewielki procent tych, które potrzebne są do zbudowania nowej organelli. Pozostałe białka powstają w cytoplazmie i są transportowane do wnętrza organelli przez otaczające je błony.
Nowe mitochondria i chloroplasty tworzą się przez podział istniejących już organelli. W większości komórek podział mitochondriów i chloroplastów nie odbywa się w tym samym czasie, co podział jądra komórkowego.

Cytoplazma i jej elementy

Cytoplazma to przedział komórkowy nie należący do żadnej organelli. Znajdują się w niej – w postaci roztworów – liczne białka i metabolity komórkowe. Dwa pojęcie ściśle związane z cytoplazmą to cytoszkielet i siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne)

1. Cytoszkielet
Jest to sieć struktur białkowych tworząca się w cytoplazmie komórek eukariotycznych. Dzięki jego obecności organelle i kompleksy białkowe znajdujące się w cytoplazmie znajdują się na stałe w określonych rejonach komórki.

Cytoszkielet tworzą: filamenty aktynowe, filamenty pośrednie i mikrotubule; przy czym każda z tych struktur pełni inne funkcje. Ich cechą wspólną jest to, iż powstają poprzez polimeryzacje wielu cząsteczek białek, układających się w struktury o znacznej długości.

Filamenty aktynowe (mikrofilamenty) zbudowane są ze splecionych łańcuchów aktyny. Znajdują się głównie tuż pod błoną komórkową; odpowiadają za zmianę kształtu i ruch komórki.
Aktyna stanowi około 5% białek komórkowych, jednak w komórkach mięśniowych kręgowców zawartość aktyny dochodzi nawet do 20%.

Filamenty pośrednie – ich nazwa wynika ze średnicy, która jest większa niż filamentów aktynowych i jednocześnie mniejsza niż mikrotubul. Układają się one pod błoną komórkową, ale także przebiegają przez cytoplazmę. Ich rolą jest zapewnienie wytrzymałości mechanicznej komórki. Gęsta sieć filamentów pośrednich występuje np. w komórkach naskórka, które są bezpośrednio narażone na urazy mechaniczne.

Mikrotubule – zbudowane są z jednego rodzaju białka – tubuliny, jednak w różnych miejscach dołączone są do nich inne białka. W odróżnieniu od stabilnych filamentów pośrednich mikrotubule są strukturami dynamicznymi – te długie, puste w środku rurki nieustannie wydłużają się i skracają.

W większości komórek polimeryzacja tubuliny w mikrotubule rozpoczyna się od niewielkiego tworu, zlokalizowanego najczęściej w pobliżu jądra, zwanego centrosomem. Kolejne cząsteczki tubuliny dołączają się do wolnego końca mikrotubul, powodując ich wydłużenie, podczas gdy inne mikrotubule skracają się od strony centrosomu.

Sieć mikrotubul ogranicza swobodne przemieszczanie się organelli w komórce. Mikrotubule stanowią też szlakitransportowe w komórce; porusza się po nich wiele białek. Dwa rodzaje białek – dyneiny i kinezyny poruszają się po mikrotubulach w przeciwnych kierunkach. Białka te często zabierają ze sobą inne cząsteczki, dostarczając je do miejsca przeznaczenia.
Mikrotubule budują też rzęski i wici, umożliwiające niektórym komórkom eukariotycznym poruszanie się lub przesuwanie dużych cząstek. Rzęski i wici poruszają się przez wyginanie. (Różnica między rzęską i wicią: wici jest najwyżej kilka i są długie, natomiast rzęsek jest wiele i są krótkie).
Wici komórek prokariotycznych różnią się budową od wici komórek eukariotycznych.
Wici bakteryjne poruszają się w inny sposób – wirują z ogromną szybkością wokół własnej osi (ponad 100 obrotów na sekundę).

W centrosomie większości komórek zwierząt i protistów znajdują się struktury zbudowane z mikrotubul, nazywane centriolami. Są one centrum powstawania mikrotubul tworzących wrzeciono podziałowe podczas podziału jądra komórkowego.
Taką samą budowę, jak i centriole, mają ciałka podstawowe rzęsek i wici.

2. Siateczka śródplazmatyczna

Tworzy ona w komórce eukariotycznej labirynt błon przecinających cytoplazmę. W komórkach zwierzęcych jej błony stanowią ponad 50% wszystkich błon komórki.
Kanały retikulum przebiegają we wszystkich kierunkach, a system jego błon połączony jest z zewnętrzną błoną otoczki jądrowej.
Istnieją dwa rodzaje siateczki śródplazmatycznej:
- siateczka śródplazmatyczna szorstka – przyłączone są do niej rybosomy
- siateczka śródplazmatyczna gładka – na której nie ma rybosomów; i której obszary biorą udział w metabolizmie lipidów i w procesie detoksykacji (komórki wątroby)
Proces detoksykacji polega na chemicznej modyfikacji obcych związków chemicznych docierających do wątroby – zmienione chemicznie substancje łatwiej rozpuszczają się w wodzie i łatwiej jest usunąć je z organizmu.

W większości komórek eukariotycznych retikulum gromadzi jony wapnia. W komórkach mięśniowych uwolnienie tych jonów z kanalików retikulum jest sygnałem do skurczu mięśnia.
Retikulum jest miejscem intensywnej obróbki cząsteczek białka, zsyntezowanych wcześniej na rybosomach. Obróbka polega przede wszystkim na dołączeniu do głownych łańcuchów polipeptydowych fragmentów zbudowanych z cukrów. W ten sposób powstają glikoproteiny. Nie wszystkie białka zsyntezowane w komórce podlegają obróbce w retikulum. Te, których to dotyczy dostają się do wnętrza jego kanałów podczas powstawania łańcuchów polipeptydowych. Na końcu łańcucha, który ma przedostać się przed błonę retikulum, znajduje się sygnał – krótki fragment zbudowany z kilku aminokwasów, stanowiący informację o przeznaczeniu powstającego białka. Taki sygnał zostaje rozpoznany przez białka receptorowe, znajdujące się na powierzchni błony retikulum i rybosom wraz z tworzącym się łańcuchem polipeptydowym dołącza się do błony. W ten sposób powstaje szorstka siateczka śródplazmatyczna.

Rybosomy

Rybosomy występują w cytoplazmie wszystkich komórek. Są to cząsteczki strukturalne, czynne w biosyntezie białka. Topograficznie związane są z błonami szorstkimi retikulum i błony jądrowej; znajdują się także wewnątrz mitochondriów i chloroplastów; w niektórych komórkach występują w postaci wolnej, w cytoplazmie podstawowej.
Zbudowane są z dwóch podjednostek złożonych z RNA i białek – małej i dużej.
Rybosomy mogą łączyć się w łańcuch za pomocą m-RNA; układ taki nazywa się polisomem i na nim przebiega proces biosyntezy białek z aminokwasów. Proces ten polega na kondensacji aktywowanych aminokwasów i układaniu ich w łańcuchy polipeptydowe zgodnie z informacją genetyczną, jaką otrzymują z DNA za pomocą m-RNA.
W szybko rosnących komórkach znajduje się dużo rybosomów. W komórce bakterii Escherichia Coli jest ich od kilkunastu do dwudziestu tysięcy (ok. ¼ masy komórki).

Aparat Golgiego

Jest to system mocno spłaszczonych cystern, zbudowanych z błon nie mających bezpośredniego kontaktu z siateczką śródplazmatyczną, ani z błoną komórkową.

Jest on szczególnie wyraźny w komórkach o zwiększonej aktywności wydzielniczej, gdzie uważany jest za strefę gromadzenia i magazynowania różnych substancji – głównie lipidów i białek.

Do Aparatu Golgiego przemieszczają się białka zmodyfikowane w siateczce śródplazmatycznej. Transport białek między tymi strukturami odbywa się dzięki obłonionym pęcherzykom, które odrywają się i przemieszczają z siateczki śródplazmatycznej do aparatu Golgiego.

W aparacie Golgiego białka są sortowane i kierowane do ostatecznych miejsc przeznaczenia: z powrotem do retikulum, do lizosomów lub w stronę błony komórkowej.

Droga transportu: rybosomy- retukulum – aparat Golgiego – miejsce docelowe; dotyczy jednak tylko niektórych białek. Białka dostarczane do mitochondriów i chloroplastów, a także te, które pozostają w cytoplazmie i nie przemieszczają się przez żadną błonę komórki, powstają na rybosomach niezwiązanych z retikulum endoplazmatycznym.

Aparat Golgiego nie jest wyłącznie miejscem sortowania cząsteczek białek zmodyfikowanych w retikulum. W komórkach roślinnych powstają w nim wielocukry wykorzystywane przez komórkę do budowy ściany komórkowej.

Lizosomy

Są to niewielkie pęcherzyki, występujące w cytoplazmie. Są one otoczone pojedynczą błoną i wypełnione enzymami hydrolitycznymi rozkładającymi białka, kwasy nukleinowe, lipidy i cukry (większość substancji występujących w komórce).

Ich podstawową funkcją jest trawienie substancji wprowadzanych do komórki, oraz cząsteczek komórki, które stały się dla niej bezużyteczne.
Zamknięcie z lizosomach agresywnie działających enzymów zabezpiecza białka i inne składniki cytoplazmatyczne przed przypadkowym zniszczeniem. Dodatkowym zabezpieczeniem jest kwaśne środowisko wewnątrz lizosomów. Enzymy działające w lizosomach przystosowane są do działania w środowisku kwaśnym; gdy przypadkiem wydostaną się do cytoplazmy, gdzie pH jest o wiele wyższe nie wyrządzą zbyt wiele szkody białkom cytoplazmatycznym.

Cząsteczki przeznaczone do trawienia docierają do lizosomów w obłonionych pęcherzykach. Niektóre produkty trawienia przedostają się do cytoplazmy, gdzie sa wykorzystywane przez komórkę do nowych syntez; pozostałe są usuwane na drodze egzocytozy.

Peroksysomy

Są to organelle występujące tylko w komórkach eukariotycznych, otoczone pojedyncza błoną i wypełnione enzymami biorącymi udział w reakcjach utleniania związków organicznych.

Znajduje się w nich też enzym- katalaza – rozkładający powstający w wielu reakcjach i bardzo reaktywny i bardzo szkodliwy dla komórki nadtlenek wodoru (H2O2) do wody i tlenu.

Wodniczki (wakuole)

Występują w komórkach roślin, grzybów i protistów. W przypadku komórek roślinnych jest to zwykle jedna większa wodniczka (zapełniająca nawet do 90% objętości komórki), natomiast w komórkach zwierzęcych znajduje się zwykle szereg mniejszych wodniczek.
Utworzone są przez błonę zwaną tonoplastem
Wewnątrz znajdują się enzymy trawiące dostarczane tam cząsteczki (rola podobna do lizosomów); oraz inne związki organiczne (rozpuszczone w soku wypełniającym wodniczkę) takie, jak: glikozydy (barwniki) czy alkaloidy (np. kofeina, teina, strychnina, nikotyna, morfina, chinina, kokaina..)
Podstawową funkcją wodniczek jest chłonięcie wody, przez co wywierają one nacisk na ścianę komórkową komórki roślinnej i zapewniają jej w ten sposób jędrność zwaną turgorem.
Biorą one również udział w utrzymywaniu stałego pH cytoplazmy, magazynując nadmiar protonów.

Wnętrze wakuoli wypełnione jest sokiem komórkowym, który składa się z:
•wody
•związków nieorganicznych (sole, jony Ca2+, Na+, Fe2+, Mg2+)
•związków organicznych (cukry, białka, tłuszcze, kwas jabłkowy, cytrynowy)
•barwniki
o antacjany
- w zależności od ph gleby, mogą nadawać kolor czerwony, różowy, niebieski bądź fioletowy
- wybarwiają owoce (śliwki, jabłka, czereśnie, winogrona, porzeczki)
- wybarwiają kwiaty (fiołek, mak, bratek, róża)
- liście (fioletowa kapusta)
- korzenie (marchewka, burak)
o flawony – nadają żółtą barwę
- kwiaty (pierwiosnek, śliwki mirabelki, liście herbaty, lwia paszcza)
o alkaloidy – nadają gorzki i cierpki smak
- kofeina
- teina
- nikotyna
- morfina - mak
- marihuana - konopie
- heroina
• garbniki – pełnią funkcję ochronną (kora drzew)
• glikozydy (substancje zapasowe)
- kumaryna (siano)
- saponina (do mydła, pieni się)
• olejki eteryczne
• balsamy
• żywice
• szczawiany wapnia

Ściana komórkowa

Występuje ona w komórkach roślin, grzybów, większości bakterii i niektórych protistów. W każdej z tych grup organizmów jest ona zbudowana z innych substancji, jednak zawsze pełni tę sama funkcję: chroni komórkę przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Tworzywem ścian komórkowych bakterii jest spotykany tylko u tych organizmów związek chemiczny zwany mureiną, składający się z połączonych ze sobą cukrów i peptydów. Niektóre bakterie mają także dodatkową błonę lipidowo-białkową na zewnątrz ściany komórkowej.
Komórki grzybów otoczone są ścianą komórkową zbudowaną z chityny.

Ściana komórkowa komórek roślinnych składa się z kilku rodzajów wielocukrów, z których najważniejszą rolę odgrywa celuloza. Tworzy ona pęczki zwane mikrofibrylami, pomiędzy którymi układają się inne wielocukry, zapewniające ścianie wytrzymałość na rozciąganie i zgniatanie.

W celu wzmocnienia ściany komórkowej związki chemiczne mogą być:
- odkładane między łańcuchami celulozowymi (inkrustacja)
- nakładane na łańcuchy celulozy (adkrustacja)

Ściana komórkowa

Ściana komórkowa występuje u grzybów, roślin oraz niektórych protistów. Składa się ona z ściany pierwotnej, ściany wtórnej i blaszko środkowej. Ściana pierwotna i ściana wtórna zbudowana jest z mikrofibryli celulozowych i hemi celulozy. Natomiast blaszka środkowa dodatkowo przesycona jest pektynami.

Ściana komórkowa pełni wiele funkcji w komórce. Przede wszystkim zabezpiecza ją przed nadmierną utratą wody. Także osłania i ochrania komórkę przed niekorzystnym wpływem środowiska. Tworzy mocne rusztowanie dla całej rośliny. W cytoplazmie występują jamki, przez które przenikają nitki cytoplazmy tzw. plazmodesmy, zapewniają one kontakt między sąsiednimi komórkami.

W ścianie komórkowej możliwe są także pewne modyfikacje:
• ściany zdrewniałe
- powstają na skutek odkładania się ligniny między mikrofibrylami
• ściany skorkowaciałe
- przesycone są suberyną, czyli korkiem, on chroni roślinę przed nadmiernym parowaniem oraz mrozem
• ściany skutynizowane
- mają na powierzchni skórki kutynę, substancje organiczne zabezpieczające przed nadmierną utratą wody
• ściany zwoskowaciałe
- na zewnątrz ściany komórkowej odkłada się wosk
• ściany zmineralizowane
- przesycone solami wapnia (np. krasnorosty)
- przesycone krzemionką SiO2 (skrzypy, trawy)
• ściany ześluzowaciałe
- pokryte warstwą śluzu (rośliny niższe, siemię lniane)

Połączenia międzykomórkowe

Połączenia międzykomórkowe występują w organizmach wielokomórkowych. Mają za zadanie utrzymanie komórki w kontakcie fizycznym, umiejscowienie jej jednej obok drugiej. Także zapewniają kontakt między cytoplazmą sąsiadujących komórek.
Desmosomy to jedne z połączeń komórkowych. Jest to połączenie za pomocą białkowych wypustek na zewnątrz komórki.
Złącza szczelinowe to niewielkie kanały białkowe, przebiegające z jednej komórki do drugiej. Z uwagi na niewielką średnicę, przez złącza szczelinowe przemieszczają się małe jony, niektóre cukry, nukleotydy lecz nie białka.
Plazmodesmy występują m.in. w komórkach roślinnych. Przechodzą one przez ścianę komórkową, łącząc w ten sposób ich cytoplazmy. Przeważnie przez plazmodesmy przechodzi siateczka śródplazmatyczna i łączy siateczki obu komórek. Plazmodesmy umożliwiają przenikania znacznie większych cząstek niż desmosomy, bądź złącza szczelinowe. Tą drogą przemieszczają się wirusy w roślinie.

Apoptoza

Jest to nic innego niż zapisany genetycznie program samo destrukcji komórki. Na drodze apoptozy niszczone są m.in. komórki nowotworowe. Proces samo destrukcji może zostać wywołany przez np. receptory znajdujące się w błonie komórkowej, inne mogą pochodzić z wnętrza komórki (np. uszkodzenie DNA). Podczas tego procesu komórka kurczy się, zawartość jądra komórkowego zostaje skondensowana. Uaktywnione enzymy niszczą białka oraz inne, tnące DNA jądra komórkowego na małe części. W ostatecznej fazie apoptozy komórki zostają usunięte przez system odpornościowy.

Funkcje komórek

Tkanka jest zespołem komórek jednakowego pochodzenia i budowy, spełniających tę samą funkcję.

Komórki pełnią różnego rodzaju funkcje w tkankach.
• Za pośrednictwem krwi dostarczane są prawie wszystkim komórkom ustroju substancje odżywcze i tlen, a odprowadzane produkty przemiany materii i dwutlenek węgla. Krew rozprowadza także różne hormony i odgrywa ważną rolę w utrzymaniu odporności organizmu
• Chronią organizm przed czynnikami chorobotwórczymi – leukocyty
• Dzięki nim krew może krzepnąć (przyczynia się też do tego fibrynogen wytwarzany w wątrobie) – trombocyty
• Komórki kostne, chrząstek i więzadeł budują szkielet, miejsce przyczepu mięśni
• Komórki mięśniowe poruszają np. treść pokarmową, ale i także np. kończyny
• Ochronną, wyściełając wnętrze narządów np. jelit, żołądka
• Filtrują krew z produktów przemiany materii – nefrony w nerkach
• Produkują hormony np. komórki przysadki mózgowej, trzustki
• Przekazują informacje od receptorów do mózgu – komórki nerwowe
• Odbierają wrażenia wzrokowe, receptory są wrażliwe na światło
• Odbierają wrażenia dźwiękowe, receptory wrażliwe są na drgania
• Odbierają wrażenia położenia, receptory wrażliwe na zmiany pozycji ciała
• Odbierają wrażenia zapachowe, receptory wrażliwe na związki chemiczne znajdujące się w powietrzu
• Odbierają wrażenia smakowe, receptory wrażliwe na związki chemiczne rozpuszczone w ślinie
• Odbierają wrażenia chłodu, bólu dotyku, nacisku, ciepła

Wnioski

W komórce istnieje duża liczba organelli (są wyjątki), które pozwalają komórkom pełnić określone funkcje. Istnieją komórki, które nie mają pewnych organelli, gdyż pełnią funkcje nie wymagające niektórych z nich, np. erytrocyty w początkowej fazie hemocytoblastu posiadają jądro komórkowe, lecz w miarę syntetyzowania hemoglobiny w cytoplazmie, jądro usuwają na zewnątrz komórki.

Wszystkie organy, tkanki zbudowane są z komórek. To dzięki współpracy, i podziale funkcji, komórki łączyły się ze sobą tworząc współczesne tkanki. Bez żadnych obaw możemy powiedzieć, że komórka to podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu, gdyż to na poziomie komórkowym dostrzegamy w obrębie komórki pełnione przez nią te podstawowe funkcje pozwalające jej wykonywać swoje należności. A ponadto jest podstawowym budulcem organizmów żywych.

CHROMATYNA – substancja zbudowana z białek i kwasu DNA. Dzieli się na euchromatyne aktywną genetycznie i cheterochromatyne – nieaktywną. Z chromatyny tworzą się chromosomy. W momencie, gdy komórka przygotowując się do podziału zbija się siateczka i tworzy chromosom.
Chromosomy, najważniejsze składniki jąder komórek roślinnych i zwierzęcych będące siedliskiem czynników dziedzicznych, czyli genów. Chromosomy zbudowane są głównie z silnie barwiącej się chromatyny, w której skład wchodzą długie cząsteczki kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA, kwasy nukleinowe) oraz białka (głównie histonowe) i kwas rybonukleinowy (RNA).

Każda komórka ma stałą ilość chromosomów. U człowieka (23 pary 46 chromosomów). 22 pary chromosomy somatyczne. 1 Para chromosomy płciowe.
Garnitur chromosomowy (genum) – wszystkie chromosomy w organizmie.

Komórki haploidalne – każdy chromosom jest inny n=3.

Komórka diploidalna - ma pary podobnych, ale nie takich samych chromosomów . 2n= 6

Komórka poliploidalna - u roślin kilka chromosomów podobnych 3n=6

Pary chromosomów – chromosomy homologiczne .