Budowa i funkcje komórki

Wszystkie organizmy zbudowane są

z komórek.

Dla niektórych jedna komórka stanowi

cały organizm (jednokomórkowce),

inne zaś zbudowane są z wielu

komórek (wielokomórkowce).

KOMÓRKA - definicja

To podstawowa jednostka budulcowa

i funkcjonalna każdego organizmu;

Jest najmniejszą jednostką zdolną do

samodzielnego przeprowadzania

wszystkich procesów życiowych.

Idea, iż komórki są podstawowymi

jednostkami, z których zbudowane są

wszystkie istoty żywe, stanowi część

teorii komórkowej

Dwaj uczeni niemieccy, botanik

Matthias Schleiden (1838 r.) i zoolog

Theodor Schwann (1839 r.) wykazali,

że zarówno rośliny jak i zwierzęta są

skupiskami komórek.

Teoria komórkowa została

rozszerzona w 1855r. przez

Rudolfa Virchowa, który

stwierdził, że nowe komórki

mogą powstawać wyłącznie

przez podział komórek już

istniejących.

Na podstawie struktury i stopnia złożoności

komórek organizmy można zaliczyć do

dwóch grup różniących się planem budowy

komórki:

Komórki

prokariotyczne

(charakterystyczne dla bakterii i sinic)

cechuje stosunkowo prosta budowa.

Eukarionty

to organizmy, których komórki

zawierają organelle otoczone błoną

(charakterystyczne dla pierwotniaków,

glonów, grzybów, roślin i zwierząt).

Błona komórkowa

Wszystkie błony plazmatyczne

zbudowane są według tych samych

zasad: tworzy je dwuwarstwa

lipidowa, poprzetykana cząsteczkami

białek.

W skład s.m. bł. kom. wchodzą

jeszcze niewielkie ilości cukrów, które

na powierzchni komórki zwierzęcej

tworzą warstwę

glikokaliksu

Bł. kom. zbudowana jest głównie z

cząsteczek fosfolipidów i glikolipidow

zwróconych hydrofilowymi główkami na

zewnątrz, a hydrofobowymi ogonkami do

środka błony.

Cząsteczki białek mogą na wylot przebijać

dwuwarstwę lipidową –

białka integralne

, lub wnikać w nią na

pewna głębokość –

białka

peryferyjne

(powierzchniowe).

Pełnią one m.in. funkcję kanałów jonowych

i przenośników.

Kanały jonowe

to otwory, którymi jony

i inne małe cząsteczki przenikają

z jednej strony błony na drugą.

Przenośniki

to struktury , które

wyłapują cząsteczki określonych

związków chemicznych po jednej

stronie błony, tworzą z nimi

krótkotrwale kompleksy i przenoszą

na druga stronę błony.

Błony pełnia w komórce funkcję

barierową, działają selektywnie.

Transport substancji

- w komórce może odbywać się przez błonę

lub wraz z jej fragmentem.

Przez bł. przechodzą zw. o małych

cząsteczkach ( jony nieorganiczne, cukry

proste, aminokwasy, woda). Wyróżnia się

dwa typy:

dyfuzję

transport aktywny

Zw. wielkocząsteczkowe np. białka

transportowane są wraz z fragmentem

błony, na drodze

egzocytozy

lub

endocytozy

Dyfuzja

Transport wywołany różnicą stężeń;

samoistny, nie wymagający dostarczenia

energii.

Cząsteczki subst. rozpuszczonej przenikają

do roztworu o mniejszym stężeniu

(hipotonicznego).

Osmoza

– woda przenika do roztworu o

większym stężeniu (hipertonicznego), aż

do wyrównania steżeń po obu stronach

błony.

Transport aktywny

Odbywa się wbrew różnicy stężeń

i wymaga dostarczenia energii na jej

pokonanie.

W tej sytuacji białkowe przenośniki

wyłapują cząsteczki subst. z roztworu

hipotonicznego i wbrew różnicy

stężeń przenoszą je przez błonę do

roztworu hipertonicznego.

Egzocytoza i Endocytoza

W procesie

egzocytozy

komórka pozbywa

się produktów odpadowych lub też

wytworzonych przez siebie specyficznych

wydzielin w wyniku zlania się pęcherzyka z

błona komórkowa.

W procesie

endocytozy

komórka

pochłania materiał do swego wnętrza.

Istnieje kilka rodz. endocytozy: fagocytoza,

pinocytoza i endocytoza receptorowa.

Cytozol

Jest roztworem wodnym wypełniającym komórkę;

Duża zawartość białek i fosfolipidów nadaje jej

charakter roztworu koloidalnego;

W skład s.m. cytoplazmy wchodzą także cukry i

niewielkie ilości zw. mineralnych (fosforany, sole

wapnia, magnezu, sodu

i potasu);

Zawartość wody: 60 – 90%. Na stan uwodnienia

wpływają zw. nieorganiczne ( jony wapnia i

magnezu, jony sodu i potasu).

Tworzy środowisko wewnętrzne komórki, w niej

zachodzą liczne [procesy biochemiczne oraz

zawieszone sa wszystkie organella.

Rybosomy

To drobne ziarnistości zbudowane za RNA i

białka;

Występują w cytoplazmie i mitochondriach;

mogą występować w stanie wolnym lub

w połączeniu z błonami komórkowymi

Zbudowane są z dwóch podjednostek (małej

i dużej), które mogą się czasowo rozłączać.

Biorą udział w biosyntezie białek (translacja);

Retikulum endoplazmatyczne

(ER)

To system cystern i kanałów, oddzielonych od

cytoplazmy podstawowej pojedynczą błona;

Cysterny maja postać spłaszczonych worków o

nieregularnych kształtach, kanały przypominają

cienkie, powyginane rury;

Struktury te łączą się w wielu miejscach,

uwspólniając swoją zawartość, którą stanowi

roztwór wodny o charakterze koloidalnym;

Wyróżnia się dwa rodzaje ER: ziarnista i gładką.

ER ziarniastą – tworza pokryte rybosomami

cysterny ( miejsce syntezy bialek);

natomiast ER gładką – tworzą pozbawione

rybosomów kanały ( miejsce metabolizmu

fosfolipidów, sterydów i kw. tłuszczowych).

ER pełni zasadnicza rolę w syntezie i

składaniu białek; Wiele białek

eksportowanych z komórki lub

przeznaczonych dla innych organelli

powstaje na rybosomach związanych z

błoną ER.

Od zakończeń ER odrywają się niewielkie

pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną; są

one transportowane w różne rejony komórki

i łączą się z innymi organellami przekazując

im swoja zawartość;

Lizosomy

Są małymi wypełnionymi enzymami

trawiennymi woreczkami;

Enzymy w nich zawarte rozkładają

cząsteczki złożonych subst. (lipidów, białek,

węglowodanów i kw. nukleinowych);

W przypadku braków energetycznych mogą

rozkładać organelle, umożliwiając

wykorzystanie ich składników jako źródła

energii;

Degradują wchłonięte przez komórkę,

cząsteczki obcych substancji;

Prowadzą do „samozniszczenia” komórki

po jej obumarciu.

Aparat Golgiego

Po raz pierwszy opisany został przez

włoskiego badacza Camillo Golgiego;

Zbudowany jest z jednobłoniastych,

spłaszczonych po środku i rozdętych na

brzegach cystern (na skutek wypełnienia

produktami komórkowymi);

Cysterny te układają się w stosy –

diktiosomy (5-7 cystern), od których

odrywają się liczne pęcherzyki;

Układ Gogiego działa jak aparat do

przetwarzania, sortowania i modyfikowania

białek.

Peroksysomy

To mikrociała otoczone błoną

i zawierające różnorodne enzymy,

które katalizują szereg reakcji

metabolicznych, np. podczas rozpadu

lipidów produkowany jest H

(toksyczny dla komórki), który

rozkładany jest w peroksysomach do

produktów nieszkodliwych.

Mitochondria

To organella związane z procesami utleniania

biologicznego (oddychanie komórkowe); ich liczba

zależy od aktywności metabolicznej komórki;

Otoczone podwójną błoną – zewnętrzną nie

pofałdowaną i wewnętrzną, która tworzy liczne

wpuklenia zwane

grzebieniami mitochondrialnymi

;

Wnętrze wypełnia roztwór koloidalny zwany

matriks

(macierz) – w nim znajdują się liczne rybosomy i

DNA (zawierający informację o białkach

mitochondrialnych);

Posiadają własną informację genetyczną i rybosomy

(organelle półautonomiczne);

DNA mitochondrialny jest „nagi” i koliście zwinięty;

Cytoszkielet

Kształt komórek jak i ich zdolność do

poruszania się, są determinowane

przez złożoną sieć włókien białkowych;

Dwa główne typy tych włókien to:

mikrofilamenty

(włókna aktynowe)

mikrotubule

; zbudowane są one

z kuleczkowatych podjednostek

utworzonych przez białka globularne;

Jądro komórkowe

Jest najłatwiej wyróżnianą organellą komórkową.

Otoczone dwoma błonami, które składają się na

tzw.

otoczkę jądrową

. Błony te zlewają się w

niektórych miejscach, tworząc

pory jonowe

Zewnętrzna błona otoczki jądrowej połączona jest

z ER, a na jej powierzchni od strony cytoplazmy

występują rybosomy.

Wnętrze jądra wypełnia roztwór koloidalny zwany

kariolimfą

, w niej znajduje się

chromatyna

i jedno

lub kilka

jąderek

;

Chromatyna

u organizmów eukariotycznych stanowi

formę organizacji materiału genetycznego;

Składa się z fibrylli, których liczba równa

jest liczbie cząsteczek DNA w jądzrze

komórkowym i stała dla gatunku;

Fibrylla chromatynowa zbudowana jest z

jednej, bardzo długiej cząsteczki DNA,

połączonej z histonami (białka proste, o

odczynie zasadowym).

Jądro komórkowe

Z reguły jest kuliste lub owalne;

Zawiera prawie cały materiał

genetyczny komórki;

Pełni funkcję centrum

informacyjnego, uczestnicząc w

procesach dziedziczenia

i ekspresji informacji genetycznej.

We wszystkich komórkach

bakteryjnych występuje

błona

komórkowa

, która ma jednak inny

skład niż błona lipidowa występująca

w komórkach eukariotycznych.

Nie ma w niej bowiem cholesterolu

ani tak znacznego zróżnicowania pod

względem fosfolipidów.

Błona tworzy liczne wpuklenia do

wnętrza komórki zwane

mezosomami;

Na terenie

mezosomów zachodzą procesy

analogiczne do tych zachodzacych w

mitochondriach komórek

eukariotycznych – procesy

oddychania komórkowego.

Bakterie wydzielają do środowiska różne substancje

śluzowe, tworzące wokół komórki tzw.

otoczkę.

Otoczki są najczęściej zbudowane z polimerów

cukrów, aminocukrów lub kwasów uronowych. W

życiu bakterii śluzy otoczkowe odgrywają znaczącą

rolę. Przede wszystkim ułatwiają bakteriom

przetrwanie okresu suszy, a ponad to chronią je

przed licznymi innymi szkodliwymi czynnikami

zewnętrznymi. Chronią one komórki przed

bakteriofagami, antybiotykami i np. metalami

ciężkimi.

Skład chemiczny otoczek bakteryjnych jest

bardzo różnorodny i nie tylko poszczególne gatunki

bakterii, ale nawet odmiany tego samego gatunku

tworzą śluz o odmiennej budowie. Z tego względu

otoczki mają znaczenie jako pomoc w identyfikacji i

klasyfikacji bakterii.

Ściana komórkowa

Jest sztywną, choć elastyczna strukturą, u

bakterii gramujemnych dość cienka

(2-10 mn), u gramdodatnich - znacznie

grubsza (15-50 nm), tworząca jakby

woreczek zamykający cytoplast;

Podstawowym jej składnikiem jest mureina

(peptydoglikan).

Chroni ona komórkę bakteryjną przed

uszkodzeniami mechanicznymi i niskim

ciśnieniem osmotycznym.

W cytoplazmie komórki bakteryjnej

znajdują się liczne rybosomy oraz jedna,lub

dwie, długie i koliście zwinięte cząsteczki

nagiego DNA. Obszar zajmowany przez te

cząsteczki DNA nosi nazwę

nukleoidu

;

Natomiast cząsteczka DNA zawarta w

nukleoidzie nosi nazwę

genoforu

;

Oprócz genoforu w cytoplazmie znajduje się

wiele mniejszych pętelek DNA zwanych

plazmidami

;

Genofor i plazmidy zawierają informację

genetyczną komórki bakteryjnej:

W komórkach bakterii

fotosyntetyzujących występują

tylakoidy

z wbudowanymi w błony

barwnikami fotosyntetycznymi, ale w

przeciwieństwie do komórek

roślinnych tylakoidy umieszczone są

bezpośrednio w cytoplazmie;

Rzęski

narząd ruchu bakterii;

są to długie, w środku puste, spiralnymi filamentami (nici);

Ich długość jest kilka razy większa niż długość komórki, a

średnica w granicach 12-20 nm..

wychodzą z cytoplazmy komórki, rzęska przymocowana jest

za pomocą ciałka podstawnego (w postaci haczyka,

pierścienia albo płytki); różni się ono budową u bakterii

Gram-ujemnych (2 pary pierścieni), i Gram-dodatnich (1

para pierścieni). Pierścienie te pełnia rolę tulejki, przez którą

przechodzą nici rzęski (filamenty).

Rzęski zbudowane są z białka tzw. flageliny (białko

rzęskowe), która jest immunogenem (antygenem H).

Bakterie za pomocą rzęsek poruszają się dzięki ich ruchowi

obrotowemu przypominającemu ruch śruby okrętowej.

Występuje u bakterii zjawisko chemotaksji tzn. poruszanie

się w kierunku substancji odżywczych lub uciekanie od

substancji szkodliwych.

Fimbrie

- (pile

)

nitkowate dodatki jedynie widoczne w mikroskopie

elektronowym. Są proste i krótsze od rzęsek. Występują u

bakterii Gram-ujemnych i u Gram-dodatnich np.

Streptococcus spp

Corynetobacterium spp

Zbudowane są z białka składającego się z podjednostek

zwanych pillinami. Jako białko są swoistym immunogenem.

Typy fimbri : zwykłe i płciowe.

Zwykłe

- występują u bakterii Gram-ujemnych z rodziny

Enterobacteriaceae

, rodzaju

Pseudomonas

Haemophilus

oraz u

Neisseria

gonorrhoae

. Są wyznacznikiem

chorobotwórczości bakterii. Ich wytwarzanie uwarunkowane

jest najczęściej przez geny w chromosomie, rzadko przez

plazmidowe.

Płciowe

- ich wytwarzanie zależne od genów w plazmidach

(F, R, col). Fimbrie te maja kanał, przez który może

przechodzić transpozonowy chromosomalny, plazmidowy

lub bakteriofagowy DNA.

Przetrwalniki

Niektóre bakterie mają zdolność do wytwarzania

form przetrwalnych. Może się to dziać. gdy bakterie

znajdują się w niedogodnych warunkach środowiska

jakimi są: odwodnienie czy brak składników

odżywczych. Następuje wówczas silne zagęszczenie

cytoplazmy i zahamowanie przemiany materii.

Osłony otaczające przetrwalniki są bardzo odporne

na działanie czynników fizycznych (np. temperatury).

W dogodnych warunkach przetrwalniki kiełkują i w

efekcie pojawia się forma wegetatywna. Położenie

przetrwalników w komórce bakteryjnej rozmaitych

bakterii może być różne i dlatego cechę tę

wykorzystuje się przy identyfikacji gatunków.

Przetrwalniki mogą być umiejscowione centralnie lub

przybiegunowo. W przypadku laseczek tlenowych

(

Bacillus

) wielkość komórki pozostaje niezmieniona,

natomiast laseczki beztlenowe (

Clostridium

) mają

komórki rozdęte w środku wówczas, gdy przetrwalnik

ma położenie centralne lub rozdęte na biegunach.

Kształty i rozmiary komórek

bakteryjnych

ziarenkowce, ziarniaki (coccus)

- komórka bakteryjna

ma kształt kulisty. Na uwagę zasługuje fakt, że mamy tutaj

na myśli dojrzałe, wegetatywne formy bakterii. W

niektórych stadiach życiowych, np. pod postacią spor,

bakterie mogą przybierać inny kształt, niż formy

wegetatywne.

pałeczki (bacterium)

- wydłużone,

laseczki (bacillus)

- pałeczki z przetrwalnikami

promieniowce

- nitkowato rozgałęzione,

maczugowce

- przypominające maczugi,

wrzecionowce

- o kształcie wrzeciona

śrubowce (spirillum)

- mają kształt falisty i są podobne

do węży

krętki

- mają komórkę skręconą o niezwykle

charakterystycznej i niespotykanej wśród innych bakterii

budowie

przecinkowce (vibrio)

- mają kształt przecinków, zbliżony

do kształtu bumerangu

nici lub nitkowce

- stanowiące bardzo silnie wydłużone

komórki

W przypadku ziarniaków

możemy wyróżnić:

dwoinki (diplococcus)

- występują parami,

czworaczki, tetrady

- występują czwórkami,

pakietowce (sarcina)

- regularne

prostopadłościany,

paciorkowce (streptococcus)

- stanowiące

łańcuch komórek i powstające na skutek podziałów

kolejnych komórek w tej samej płaszczyźnie

gronkowce (staphylococcus)

- będące, jak

sama nazwa wskazuje, zgrupowaniami komórek o

kształcie grona; powstają one na skutek podziałów

komórek w wielu różnych płaszczyznach

Podział ze względu na wynik barwienia

metodą Grama:

Bakterie Gram-ujemne, G-

Bakterie barwiące

się na czerwono w barwieniu metodą Grama. W

budowie komórki bakterii G-, w przeciwieństwie do

Gram-dodatnich, wyróżnia się zewnętrzną błonę

komórkową. Ściana komórkowa bakterii G- jest

cieńsza, zawiera mniej warstw peptydoglikanu

(mureina zbudowana jest z nietypowych

aminokwasów i połączonych w łańcuchy

pochodnych cukrów. Chemicznie jest to biopolimer

kwasu mureinowego i N-acetyloglukozaminy.).

Bakterie Gram-dodatnie, G+

Bakterie barwiące

się na niebiesko w barwieniu metodą Grama. W

budowie komórki bakterii G+, w przeciwieństwie

do Gram-ujemnych, nie wyróżnia się zewnętrznej

błony komórkowej.

Document Outline