Komórka

• Porównanie komórek eukariotycznych z prokariotycznymi

  Cechy wspólne:

  • Są otoczone błoną komórkową i czasami też i ścianą
  • Ich wnętrze wypełnia cytozol
  • Ich materiał genetyczny to DNA
  • Zawierają rybosomy

  Prokarionty:

  • Ich ściany komórkowe zbudowane są zazwyczaj z mureiny
  • Ich DNA ma postać kulistych cząsteczek znajdujących się w cytozolu
  • Nie ma u nich błon śródplazmatycznych

  Eukarionty:

  • Ściany komórkowe zbudowane z celulozy i chityny u grzybów
  • DNA ma postać liniowych cząsteczek otoczone otoczką jądrową od cytozolu
  • Występują w nich błony śródplazmatyczne dzielące komórkę na kompartmenty
• Błony komórkowe funkcje

  Funkcje błon to:

  • Ochrona wnętrza komórki przed środowiskiem zewnętrznym
  • Uczestniczenie w transporcie substancji między środowiskiem zewnętrznym a komórką
  • Odbierają sygnały z otoczenia i przekazują je do wnętrza komórki

  Błony są zbudowane z białek, fosfolipidów i glikolipidów czyli dwuwarstwy lipidowej
• Cechy błon komórkowych

  Płynność - a tym samym przepuszczalność zależy od:

  a ) długości łańcuchów węglowodorów - im większe tym mniejsza płynność

  b ) liczba wiązań nienasyconych - im więcej tym większa płynność błony

  c ) obecność steroli - u zwierząt cholesterolu, im więcej tym płynność mniejsza

  Asymetria - jest to spowodowane różną zawartością związków na różnych błonach np. glikokaliks u komórek zwierzęcych

  Półprzepuszczalność - przepuszczalna dla np. gazów oddechowych a nieprzepuszczalna dla np. jonów i dużych cząsteczek takich jak białka
• Rodzaje białek błonowych

  Ich rodzaje to:

  • integralne - wnikające do błony dzięki ich części hydrofobowej. Dzielimy je na:
  • a ) transbłonowe - przebijają dwuwarstwę i wystają z obu jej stron
  • b ) nieprzebijające - wystają z jednej monowarstwy
  • powierzchniowe - nie mają części hydrofobowej więc nie dotykają błony ale są połączone z białkiem integralnym
• Funkcje białek integralnych

  Ich funkcje to:

  • transportujące - umożliwiają wymianę substancji między komórką a otoczeniem np. pompa sodowo - potasowa
  • kotwiczące - zwiększają odporność mechaniczną błony
  • receptorowe - odbierają sygnały i przekazują je do komórki np. receptory hormonów peptydowych
  • enzymatyczne - katalizują zachodzenie reakcji w komórce
• Transport przez błonę komórkową

  Transport bierny - zgodnie z gradientem stężeń, nie wymaga energii, zachodzi bezpośrednio przez dwuwarstwę lub z pomocą białek błonowych w jego skład wchodzi dyfuzja w tym osmoza.

  Transport aktywny - zachodzi wbrew gradientowi stężeń, wymaga nakładu energii i zachodzi z udziałem białek błonowych np. pompa sodowo - potasowa
• Dyfuzja

  Dzielimy ją na:

  • dyfuzję prostą w tym osmoza - bezpośrednio przez dwuwarstwę lipidową gdzie transportowane są małe polarne cząsteczki bez ładunku np. CO2 czy O2
  • dyfuzję ułatwioną - transport z udziałem białek błonowych. W ten sposób transportuje się niewielkie cząsteczki polarne takie jak aminokwasy oraz jony
• Transport sprzężony w białkach błonowych

  Czasem aby pompy i białka nośnikowe mogły transportować substancje to muszą one przenosić jednocześnie inną substancję z drugiej strony. Transport sprzężony dzielimy na;

  • Symport - transport obu cząsteczek w tym samym kierunku
  • Antyport - transport cząsteczek w przeciwnych kierunkach

  
• Stężenia roztworów w osmozie

  Roztwory ze względu na ich stężenie w osmozie możemy podzielić na:

  • izotoniczny - gdy roztwór ma takie samo stężenie jak punkt odniesienia
  • hipertoniczny - gdy roztwór ma wyższe stężenie od roztworu po drugiej stronie błony. W przypadku umieszczenia komórki roślinnej w tym roztworze zachodzi plazmoliza czyli zjawisko odrywania się protoplastu od ściany komórkowej
  • hipotoniczny - gdy roztwór ma niższe stężenie od roztworu po drugiej stronie błony. Po ponownym umieszczeniu komórki w roztworze hipotonicznym zachodzi deplazmoliza czyli odwrócona plazmoliza
• Transport pęcherzykowy

  Polega na przenoszeniu substancji za pomocą pęcherzyków utworzonych z fragmentów błon biologicznych. Ze względu na kierunek transportu dzielimy go na:

  • endocytozę - transport do komórki z użyciem pęcherzyków stworzonych z błony komórkowej. Dzielimy ją na:

  a ) fagocytozę - większe nierozpuszczalne w wodzie cząsteczki np. bakterie

  b ) pinocytozę - mniejsze rozpuszczone w wodzie substancje

  • egzocytozę - transport substancji z wnętrza komórki z pomocą pęcherzyków. Transportuje się tak np. lipidy, białka i hormony
• Jądro komórkowe

  Charakterystyczny dla eukariotycznych, może być jedno lub wiele jąder w jednej komórce, a czasem całkowicie się ono redukuje.

  Funkcje jądra komórkowego:

  • Kontrolowanie przebiegu procesów
  • Powielanie i przekazywanie DNA do komórek potomnych
• Budowa jądra komórkowego

  Jąderko - część chromatyny, zawiera geny kodujące rRNA. Zachodzi tu synteza rRNA i łączenie z białkami z czego powstają podjednostki rybosomów

  Chromatyna - zbudowana z DNA nawiniętego na histony, tworzy chromosomy w podziale komórki.
• Jądro komórkowe budowa 2

  Otoczka jądrowa - dwie błony które oddzielają wnętrze jądra od cytozolu

  Pory jądrowe - białkowe kompleksy w otoczce, odpowiadają za transport substancji między cytozolem a wnętrzem jądra

  Kariolimfa - płyn wypełniający jądro zawierający białka enzymatyczne i RNA, zanurzona w nim jest Chromatyna
• Rodzaje chromatyny

  Euchromatyna - zawiera tylko aktywne geny, luźno upakowane włókna, jej struktura ulega dodatkowemu rozluznieniu podczas odczytywania informacji genetycznej

  Heterochromatyna - nieaktywne geny i pozagenowe DNA, ściśle upakowane włókna
• Transport przez pory jądrowe

  Liczba porów zależy od aktywności metabolicznej komórki, im większa tym więcej porów

  Z jądra do cytozolu transportowane głównie mRNA, tRNA i podjednostki rybosomów, a z cytozolu do jądra głównie białka histonowe i wolne nukleotydy
• Upakowanie DNA w jądrze komórkowym 


  Ma on 6 etapów:

  1. Fragment dwuniciowej helisy DNA podczas replikacji
  2. Chromatyna w postaci sznura nukleosomów z czego każdy nukleosom jest nawiniętym na 8 cząsteczek histonów, fragmentem DNA i są połączone DNA łącznikowym
  3. Tworzenie się włókna chromatyny, gdy nukleosomy są ułożone jeden na drugim. Tak dzieje się w okresie miedzypodziałowym
  4. Na początku podziału komórki włókna układają się w pętle
  5. Pętle zwijają się w spirale o szerokości 10 razy większej niż włókna
  6. Chromosom metafazowy zbudowany z dwóch chromatyd utworzonych z identycznych cząsteczek DNA
• Budowa chromosomu

  Chromosom metafazowy zbudowany jest z dwóch chromatyd, ramion chromosomu i centrosomu.

  Centrosom to miejsce przyczepu włókien wrzeciona kariokinetycznego, umożliwia przemieszczenie się chromosomu w trakcie podziału komórki
• Co to rybosomy

  Niebłonowe struktury zbudowane z rRNA i białek. Ich funkcja to synteza białek, z czego te trafiające poza komórkę, białka błonowe, enzymy, lizosomy i wakuole są przeprowadzane na siateczce śródplazmatycznej a reszta na wolnych rybosomach.

  Rybosomy budują dwie podjednostki - mała i duża różniące się szybkością opadania cząsteczek podczas wirowania czyli współczynnikiem sedymentacji.

  Po powstaniu rRNA łączy się ono z białkami w jąderku tworząc podjednostki rybosomów i te przetransportowane przez pory jądrowe do cytozolu w procesie translacji łączą się tworząc rybosomy
• Podział rybosomów

  Rybosomy dzielimy na:

  • typu eukariotycznego - ich współczynnik sedymentacji to 80S i są zbudowane z podjednostek o sedymentacji 60S i 40S. Występują w cytozolu jako rybosomy wolne lub na siateczce śródplazmatycznej szorstkiej jako rybosomy związane.
  • typu prokariotycznego - ich współczynnik sedymentacji to 70S i są zbudowane z podjednostek o sedymentacji 30S i 50S. Występują w cytozolu komórek prokariotycznych
• Teoria endosymbiozy

  Wyjaśnia ona pochodzenie plastydów i mitochondriów, mówi ona że pochodzą one od jednokomórkowych organizmów prokariotycznych które zostały wchłonięte przez eukarionta i zamiast zostać strawione weszły z nim w symbiozę aż po pewnym czasie stały się organellami.

  Argumenty przemawiające za tą teorią to:

  • podwójna błona - z czego jedna to błona tej bakterii a druga pęcherzyka powstałego z błony eukarionta
  • półautonomiczność - występowanie własnego DNA i rybosomów
  • rybosomy typowe dla bakterii 70S
  • podobne do bakterii wymiary i podobne zjawiska obserwowane do dziś
• Kompartmentacja komórki

  Organella komórkowe tworzą w komórce system zamkniętych ale współpracujących tzw. kompartamentów. W każdym kompartamencie zachodzą inne reakcję i panują odmienne warunki. Funkcja tych podziałów to zapewnienie odpowiednich warunków do przeprowadzania określonych procesów metabolicznych bez równoczesnego zakłócania innych procesów. Umożliwiają to błony wewnątrzkomórkowe które dzięki transportom, i ich budowie umożliwiają podział na kompartamenty
• Plastydy

  Charakterystyczne dla roślin i protistów, mogą powstawać z proplastydów lub z podziałów dojrzałych plastydów. Plastydy dzielimy na:

  • barwne - chloroplasty, etioplasty i chromoplasty
  • bezbarwne - czyli leukoplasty do których należą amyloplasty i elajoplasty

  Plastydy mogą pod wpływem czynników np. dostępu do światła się przekształcać

  
• Mitochondria

  Budowa - dwie błony, zewnętrzna gładka i przepuszczalna, wewnętrzna bardzo pofałdowana co tworzy grzebień mitochondrialny, koliste cząsteczki DNA i rybosomy. Płyn wypełniający mitochondrium to matriks mitochondrium zawierające rybosomy, DNA i enzymy. Funkcja mitochondriów to uwalnianie energii przez utlenianie związków organicznych z pokarmu zawartej w postaci ATP

  Pofałdowanie wewnętrznej błony mitochondrium pozwala na zwiększenie powierzchni na której mogą znajdować się enzymy co pozwala na zwiększenie wydajności zachodzenia oddychania tlenowego.

  
• Budowa chloroplastów

  Tylakoidy gran - błoniaste woreczki ułożone w stos czyli granum

  Tylakoidy stromy - postać kanalików łączących ze sobą poszczególne grana

  Zewnętrzna błona - jest gładka i przepuszczalna

  Wewnętrzna błona - jest przepuszczalna dla niektórych substancji, wnika do stromy gdzie tworzy tylakoidy gram i tylakoidy stromy. W błonach tylakoidów są barwniki fotosyntetyczne, enzymy i przenośniki elektronów

  Stroma chloroplastu - zawiera DNA, rybosomy i ziarna skrobi
• Charakterystyka plastydów 1

  Proplastydy - słabo rozwinięte błony wewnętrzne, zawierają protochlorofild przekształcający się pod wpływem światła w chlorofil. Ich funkcja to przekształcanie w inne plastydy, występują w tkankach merystematycznych

  Chloroplasty - silnie rozwinięte błony wewnętrzne w postaci tylakoidów, zawierają zielony barwnik chlorofil oraz barwniki pomocnicze czyli karoteny i ksantofile. Ich funkcja to przeprowadzanie fotosyntezy, występują w komórkach miękiszu asymilacyjnego w liściach i niezdrewniałych łodygach roślin lądowych
• Charakterystyka plastydów 2

  Etioplasty - słabo rozwinięte błony wewnętrzne, zawierają protochlorofild. Ich funkcja to przekształcanie w chloroplasty pod wpływem światła, występują w komórkach miękiszu asymilacyjnego i łodygach roślin które wzrastały bez dostępu do światła.

  Chromoplasty - słabo rozwinięte błony wewnętrzne, zawierają barwniki karotenoidowe czyli karoteny i ksantofile. Ich funkcja to nadawanie barwy kwiatom i owocom co przyciąga zwierzęta zapylające, występują w komórkach miękiszu kwiatów i owoców
• Charakterystyka plastydów 3

  Leukoplasty | amyloplasty i elajoplasty - słabo rozwinięte błony wewnętrzne, brak barwników. Funkcja to:

  Amyloplastów - magazynowanie skrobi czyli zapasowego polisacharydu

  Elajoplastów - magazynowanie substancji zapasowych w postaci tłuszczów, występują w komórkach miękiszu wypełniającego np. bulwy, kłącza, korzenie spichrzowe
• Siateczka śródplazmatyczna ( I błona wewnątrzkomórkowa )

  Jest to błona często połączona z otoczką jądrową, o kształcie spłaszczonych i rozgałęzionych na kanaliki kul, tworzących labirynt.

  Siateczkę dzielimy na:

  • szorstką - są na niej rybosomy tworzące białka pierwszorzędowe które przyjmują strukturę trzeciorzędową w tej strukturze oraz ulegają obróbce posttranslacyjnej i pęcherzyki powstające z tej struktury transportują białka do aparatów Golgiego
  • gładką - nie ma rybosomów, ich funkcja to synteza lipidów i kwasów tłuszczowych oraz neutralizacja substancji toksycznych np. w wątrobie
• Lizosomy

  Pęcherzyki występujące w komórkach zwierzęcych, wypełnione enzymami trawiennymi - hydrolitycznymi. Są otoczone pojedynczą błoną pokrytą odpornymi chemicznie cukrami chroniące przed enzymami lizosomalnymi. Lizosomy są aktywne w środowisku kwasowym pH 5, dlatego w błonie lizosomów są pompy protonowe transportujące te protony do wnętrza lizosomu.

  Funkcja lizosomów to trawienie wewnątrzkomórkowe uszkodzonych organelli komórki, i składników dostarczonych podczas endocytozy
• Peryksosomy

  Zawierają enzymy - oksydazy które służą do utleniania różnych związków. Peryksosomy są otoczone pojedyńczą błoną i występują w licznej ilości w komórkach wątroby.

  Funkcje:

  • proces rozkładu kwasów tłuszczowych do jednostek dwuwęglowych
  • wytwarzają mielinę z której tworzy się otoczki komórek nerwowych
  • neutralizują np. leki lub związki szkodliwe np. alkohol etylowy

  Produktem utleniania związków jest nadtlenek wodoru H2O2, który jest szkodliwy dla komórek poprzez uszkadzanie białek, nukleotydów i lipidów błonowych więc wytwarzają katalazę która rozkłada H2O2 do wody i tlenu
• Wakuola

  Pęcherzyk u roślin i grzybów otoczony pojedyńczą błoną - tonoplastem i wypełniony płynem. Zajmują większość objętości komórki.

  Funkcje:

  • utrzymuje turgor komórki
  • magazynują: wodę, glukozę, tłuszcze, odpady np. kryształy szczawianów, glikozydy nadające barwę owocom i kwiatom i alkaloidy oraz garbniki pełniące funkcje obronne

  U protistów nazywa się je wodniczki i wyróżnia się dwa rodzaje:

  • pokarmowe - u niektórych protistów, powstają na skutek endocytozy
  • tętniące - u protistów słodkowodnych żyjących w środowisku hipotonicznym, uczestniczą w usuwaniu nadmiaru wody z komórki
• Ściana komórkowa

  Funkcje:

  • nadaje kształt
  • chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi i pęknięciem w środowisku hipotonicznym
  • zabezpiecza przed wnikaniem drobnoustrojów
  • bierze udział w transporcie wody

  Podział ściany ze względu na etap życia rośliny:

  • pierwotna - u młodych komórek, mała zawartość nierównomiernie rozłożonej celulozy i duża zawartość wody, hemiceluloz, pektyn i białek
  • wtórna - u wyrośniętych roślin, duża zawartość celulozy i mniejsza białek i wody, regularnie ułożone włókna celulozy, budowa warstwowa
• Ściana komórkowa budowa

  Występuje u grzybów i roślin oraz prokariontów. Zależnie od grupy zbudowana z innego związku - u bakterii z mureiny, u grzybów z chityny i u roślin z celulozy.

  Budowa fragmentu ściany komórkowej:

  1. równolegle ułożona celuloza łącząca się wiązaniami wodorowymi buduje fibryle elementarne
  2. z kilku fibryli powstaje mikrofibryla
  3. mikrofibryle łączą się budując makrofibryle
  4. makrofibryle układają się w przestrzenną sieć, a wolne miejsca pomiędzy nimi wypełniają hemicelulozy, pektyny i woda
• Dodatkowe składniki ściany komórkowej

  Inkrustacje ( wysycanie ) - polega na wnikaniu substancji pomiędzy włóknami celulozowymi np.:

  • lignina - nadaje ścianom sztywność i umożliwia pionowy transport wody w roślinie
  • krzemionka - wzmacnia roślinę i zwiększa jej odporność na ataki roślinożerców i patogenów

  Adkrustacja ( powlekanie ) - polega na odkładaniu substancji na powierzchni ściany np.:

  • kutyna - w kutykuli i zabezpiecza przed nadmiernym parowaniem wody
  • suberyna - korkownica która nadaje sztywność i zapobiega przenikaniu wody
  • śluzy - chłoną wodę
  • gumy - wytwarzana w miejscach zranień
• Połączenia międzykomórkowe u roślin

  Umożliwiają kontakt sąsiadującym komórkom.

  • blaszka środkowa - mocno spaja sąsiadujące komórki, zbudowana z pektyn
  • plazmodesmy - połączenia w postaci otworów w ścianach między komórkami otoczone błoną komórkową. Łączą one siateczki śródplazmatyczne i w zależności od potrzeb mogą się zamykać lub otwierać
• Połączenia międzykomórkowe u zwierząt

  Połączenia zamykające - uszczelniają komórki dzięki czemu izolują przestrzenie międzykomórkowe od otoczenia, występują w tkance nabłonkowej, znajdują się w najbardziej zewnętrznej warstwie czyli w nabłonku

  Desmosomy - połączone są z nimi filamenty keratynowe przez co powstaje wytrzymała sieć, półdesmosomy łączą filamenty pośrednie z błoną podstawną co zapewnia ich integralność

  Połączenia szczelinowe - za pomocą kanałów koneksonów czyli kompleksów białkowych łączące cytozol komórek, występują w tkance nerwowej i sercowej bo przyśpieszają przesył impulsów
• Cytozol

  Roztwór koloidalny w którym przeważają białka głownie białka włókienkowe tworzące cytoszkielet.

  Funkcje:

  • środowisko licznych reakcji
  • transport substancji między organellami oraz między wnętrzem a zewnętrzem komórki
• Funkcje cytoszkieletu

  Cytoszkielet składa się z trzech rozmiarów włókien:

  • mikrofilamenty aktynowe - budują je dwa łańcuchy aktyny, ich funkcja to skurcz mięśni, ruch pełzakowaty komórek, endocytoza, tworzą pierścień kurczliwy w podziale komórki, rusztowanie dla mikrokosmków,
  • filamenty pośrednie - włókna zbudowane głównie z keratyny, są pod otoczką jądrową, tworzą one sieć nadające strukturę i rozciągliwość
  • mikrotubule - rurki puste wewnątrz zbudowane z dimerów tubuliny polarnie, wystają one z centrosomu, tworzą wrzeciono podziałowe, transport substancji i organelli, budują rzęski
• Centriole


  Centriole - złożone z mikrotubul cylindry które pod kątem prostym organizują mikrotubule tworzące włókno podziału od którego te mikrotubule odchodzą. Dwa centriole tworzą centrosom