Budowa i funkcje komórki. Struktury żywej komórki. Podstawowe funkcje komórki

U zarania rozwoju życia na Ziemi wszystkie formy komórkowe były reprezentowane przez bakterie. Wchłaniały przez powierzchnię ciała substancje organiczne rozpuszczone w pierwotnym oceanie.

Z biegiem czasu niektóre bakterie przystosowały się do wytwarzania substancji organicznych z nieorganicznych. Wykorzystali do tego energię światła słonecznego. Powstał pierwszy system ekologiczny, w którym organizmy te były producentami. W efekcie w atmosferze ziemskiej pojawił się tlen uwalniany przez te organizmy. Za jego pomocą można uzyskać znacznie więcej energii z tego samego pożywienia, a dodatkową energię wykorzystać na skomplikowanie budowy ciała: podzielenie ciała na części.

Jednym z ważnych osiągnięć życia jest oddzielenie jądra i cytoplazmy. Jądro zawiera informację dziedziczną. Specjalna membrana wokół rdzenia umożliwiła ochronę przed przypadkowym uszkodzeniem. W razie potrzeby cytoplazma otrzymuje polecenia z jądra, które kierują życiem i rozwojem komórki.

Organizmy, w których jądro jest oddzielone od cytoplazmy, utworzyły superkrólestwo jądrowe (należą do nich rośliny, grzyby i zwierzęta).

W ten sposób komórka - podstawa organizacji roślin i zwierząt - powstała i rozwinęła się w toku ewolucji biologicznej.

Nawet gołym okiem, a jeszcze lepiej pod lupą, widać, że miąższ dojrzałego arbuza składa się z bardzo drobnych ziarenek, czyli ziarenek. Są to komórki – najmniejsze „cegiełki”, z których składają się ciała wszystkich żywych organizmów, w tym roślin.

Życie rośliny odbywa się dzięki połączonemu działaniu jej komórek, tworząc jedną całość. Przy wielokomórkowości części roślin następuje fizjologiczne zróżnicowanie ich funkcji, specjalizacja różnych komórek w zależności od ich umiejscowienia w ciele rośliny.

Komórka roślinna różni się od komórki zwierzęcej tym, że ma gęstą błonę, która ze wszystkich stron pokrywa wewnętrzną zawartość. Komórka nie jest płaska (jak się to zwykle przedstawia), najprawdopodobniej wygląda jak bardzo mała bańka wypełniona śluzową zawartością.

Budowa i funkcje komórki roślinnej

Rozważmy komórkę jako strukturalną i funkcjonalną jednostkę organizmu. Zewnętrzna strona komórki pokryta jest gęstą ścianą komórkową, w której znajdują się cieńsze fragmenty zwane porami. Pod nią znajduje się bardzo cienki film – błona pokrywająca zawartość komórki – cytoplazma. W cytoplazmie znajdują się wnęki - wakuole wypełnione sokiem komórkowym. W centrum komórki lub w pobliżu ściany komórkowej znajduje się gęste ciało - jądro z jąderkiem. Jądro jest oddzielone od cytoplazmy otoczką jądrową. Małe ciała zwane plastydami są rozmieszczone w całej cytoplazmie.

Struktura komórki roślinnej

Budowa i funkcje organelli komórek roślinnych

Organoid	Rysunek	Opis	Funkcjonować	Osobliwości
Ściana komórkowa lub błona plazmatyczna		Bezbarwny, przezroczysty i bardzo trwały	Przechodzi substancje do i z komórki.	Błona komórkowa jest półprzepuszczalna
Cytoplazma		Gęsta lepka substancja	Znajdują się w nim wszystkie pozostałe części komórki	Jest w ciągłym ruchu
Jądro (ważna część komórki)		Okrągłe lub owalne	Zapewnia przeniesienie właściwości dziedzicznych do komórek potomnych podczas podziału	Centralna część komórki
		Kształt kulisty lub nieregularny	Bierze udział w syntezie białek
		Zbiornik oddzielony od cytoplazmy błoną. Zawiera sok komórkowy	Zapasowe składniki odżywcze i produkty przemiany materii, których komórka nie potrzebuje, gromadzą się.	W miarę wzrostu komórki małe wakuole łączą się w jedną dużą (centralną) wakuolę
Plastydy		Chloroplasty	Wykorzystują energię świetlną słońca i tworzą substancję organiczną z nieorganicznej	Kształt krążków oddzielony od cytoplazmy podwójną błoną
		Chromoplasty	Powstaje w wyniku akumulacji karotenoidów	Żółty, pomarańczowy lub brązowy
		Leukoplasty	Bezbarwne plastydy
Koperta nuklearna		Składa się z dwóch membran (zewnętrznej i wewnętrznej) z porami	Oddziela jądro od cytoplazmy	Umożliwia wymianę między jądrem a cytoplazmą

Żywa część komórki to związany z błoną, uporządkowany, ustrukturyzowany system biopolimerów i wewnętrznych struktur błonowych biorących udział w zestawie procesów metabolicznych i energetycznych, które utrzymują i odtwarzają cały system jako całość.

Ważną cechą jest to, że ogniwo nie ma otwartych membran z wolnymi końcami. Błony komórkowe zawsze ograniczają wnęki lub obszary, zamykając je ze wszystkich stron.

Nowoczesny uogólniony schemat komórki roślinnej

Plazmalemma(zewnętrzna błona komórkowa) to ultramikroskopowy film o grubości 7,5 nm, składający się z białek, fosfolipidów i wody. Jest to bardzo elastyczna folia, która dobrze zwilża się wodą i szybko przywraca integralność po uszkodzeniu. Posiada strukturę uniwersalną, czyli typową dla wszystkich błon biologicznych. W komórkach roślinnych na zewnątrz błony komórkowej znajduje się silna ściana komórkowa, która tworzy zewnętrzne wsparcie i utrzymuje kształt komórki. Składa się z błonnika (celulozy), nierozpuszczalnego w wodzie polisacharydu.

Plazmodesmy komórki roślinne, to submikroskopijne kanaliki, które przenikają przez błony i są wyłożone błoną plazmatyczną, która w ten sposób przechodzi z jednej komórki do drugiej bez przerwy. Za ich pomocą następuje międzykomórkowy obieg roztworów zawierających organiczne składniki odżywcze. Przekazują także biopotencjały i inne informacje.

Porami zwane otworami w błonie wtórnej, gdzie komórki są oddzielone jedynie błoną pierwotną i blaszką środkową. Obszary membrany pierwotnej i środkowej płytki oddzielające sąsiednie pory sąsiadujących komórek nazywane są membraną porów lub błoną zamykającą pory. Warstwa zamykająca pory jest przebita przez kanaliki plazmodesmalne, ale w porach zwykle nie tworzy się otwór przelotowy. Pory ułatwiają transport wody i substancji rozpuszczonych z komórki do komórki. Pory tworzą się w ścianach sąsiadujących komórek, zwykle jedna naprzeciw drugiej.

Błona komórkowa ma dobrze określoną, stosunkowo grubą otoczkę o charakterze polisacharydowym. Otoczka komórki roślinnej jest produktem aktywności cytoplazmy. Aparat Golgiego i siateczka śródplazmatyczna biorą czynny udział w jego tworzeniu.

Struktura błony komórkowej

Podstawą cytoplazmy jest jej macierz, czyli hialoplazma, złożony, bezbarwny, optycznie przezroczysty układ koloidalny, zdolny do odwracalnego przejścia z zolu w żel. Najważniejszą rolą hialoplazmy jest zjednoczenie wszystkich struktur komórkowych w jeden system i zapewnienie interakcji między nimi w procesach metabolizmu komórkowego.

Hialoplazma(lub macierz cytoplazmatyczna) stanowi wewnętrzne środowisko komórki. Składa się z wody i różnych biopolimerów (białek, kwasów nukleinowych, polisacharydów, lipidów), z których główną część stanowią białka o różnej specyfice chemicznej i funkcjonalnej. Hialoplazma zawiera również aminokwasy, monosacharydy, nukleotydy i inne substancje o niskiej masie cząsteczkowej.

Biopolimery tworzą z wodą ośrodek koloidalny, który w zależności od warunków może być gęsty (w postaci żelu) lub bardziej płynny (w postaci zolu), zarówno w całej cytoplazmie, jak i w jej poszczególnych przekrojach. W hialoplazmie zlokalizowane są różne organelle i inkluzje, które oddziałują ze sobą oraz ze środowiskiem hialoplazmy. Co więcej, ich lokalizacja jest najczęściej specyficzna dla określonych typów komórek. Przez błonę bilipidową hialoplazma oddziałuje ze środowiskiem zewnątrzkomórkowym. W związku z tym hialoplazma jest środowiskiem dynamicznym i odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu poszczególnych organelli i ogólnie w życiu komórek.

Formacje cytoplazmatyczne - organelle

Organelle (organelle) są elementami strukturalnymi cytoplazmy. Mają określony kształt i rozmiar i są obowiązkowymi strukturami cytoplazmatycznymi komórki. Jeśli ich nie ma lub są uszkodzone, komórka zwykle traci zdolność do dalszego istnienia. Wiele organelli jest zdolnych do podziału i samoreprodukcji. Ich rozmiary są tak małe, że można je zobaczyć jedynie pod mikroskopem elektronowym.

Rdzeń

Jądro jest najbardziej widoczną i zwykle największą organellą komórki. Po raz pierwszy został szczegółowo zbadany przez Roberta Browna w 1831 roku. Jądro zapewnia najważniejsze funkcje metaboliczne i genetyczne komórki. Ma dość zmienny kształt: może być kulisty, owalny, klapowany lub w kształcie soczewki.

Jądro odgrywa znaczącą rolę w życiu komórki. Komórka, z której usunięto jądro, nie wydziela już błony, przestaje rosnąć i syntetyzować substancje. Nasilają się w nim produkty rozkładu i zniszczenia, w wyniku czego szybko umiera. Nie dochodzi do tworzenia nowego jądra z cytoplazmy. Nowe jądra powstają jedynie poprzez podzielenie lub zmiażdżenie starego.

Wewnętrzną zawartością jądra jest kariolimfa (sok jądrowy), który wypełnia przestrzeń pomiędzy strukturami jądra. Zawiera jedno lub więcej jąderek, a także znaczną liczbę cząsteczek DNA połączonych z określonymi białkami - histonami.

Struktura rdzenia

Jądro

Jąderko, podobnie jak cytoplazma, zawiera głównie RNA i specyficzne białka. Jego najważniejszą funkcją jest tworzenie rybosomów, które przeprowadzają syntezę białek w komórce.

Aparat Golgiego

Aparat Golgiego to organella powszechnie występująca we wszystkich typach komórek eukariotycznych. Jest to wielopoziomowy układ płaskich worków błonowych, które pogrubiają się na obwodzie i tworzą wyrostki pęcherzykowe. Najczęściej jest zlokalizowany w pobliżu jądra.

Aparat Golgiego

Aparat Golgiego koniecznie zawiera układ małych pęcherzyków (pęcherzyków), które są oddzielone od pogrubionych cystern (krążków) i znajdują się wzdłuż obwodu tej struktury. Pęcherzyki te pełnią rolę wewnątrzkomórkowego systemu transportu dla określonych granulek sektorowych i mogą służyć jako źródło lizosomów komórkowych.

Funkcje aparatu Golgiego polegają również na gromadzeniu, oddzielaniu i uwalnianiu na zewnątrz komórki za pomocą pęcherzyków produktów syntezy wewnątrzkomórkowej, produktów rozkładu i substancji toksycznych. Produkty syntetycznej aktywności komórki, a także różne substancje dostające się do komórki z otoczenia kanałami siateczki śródplazmatycznej, są transportowane do aparatu Golgiego, gromadzą się w tej organelli, a następnie w postaci kropelek lub ziaren przedostają się do cytoplazmy i są albo wykorzystywane przez samą komórkę, albo wydalane na zewnątrz. W komórkach roślinnych aparat Golgiego zawiera enzymy do syntezy polisacharydów i samego materiału polisacharydowego, który służy do budowy ściany komórkowej. Uważa się, że bierze udział w tworzeniu wakuoli. Aparat Golgiego został nazwany na cześć włoskiego naukowca Camillo Golgiego, który jako pierwszy odkrył go w 1897 roku.

Lizosomy

Lizosomy to małe pęcherzyki otoczone błoną, których główną funkcją jest trawienie wewnątrzkomórkowe. Zastosowanie aparatu lizosomalnego następuje podczas kiełkowania nasion rośliny (hydroliza rezerwowych składników odżywczych).

Struktura lizosomu

Mikrotubule

Mikrotubule to błoniaste, supramolekularne struktury składające się z kuleczek białkowych ułożonych w spiralne lub proste rzędy. Mikrotubule pełnią głównie funkcję mechaniczną (motoryczną), zapewniając ruchliwość i kurczliwość organelli komórkowych. Znajdujące się w cytoplazmie nadają komórce określony kształt i zapewniają stabilność przestrzennego układu organelli. Mikrotubule ułatwiają przemieszczanie się organelli do miejsc określonych potrzebami fizjologicznymi komórki. Znaczna liczba tych struktur zlokalizowana jest w plazmalemie, w pobliżu błony komórkowej, gdzie biorą udział w tworzeniu i orientacji mikrofibryli celulozowych ścian komórkowych roślin.

Struktura mikrotubul

Wakuola

Wakuola jest najważniejszym składnikiem komórek roślinnych. Jest to rodzaj wnęki (zbiornika) w masie cytoplazmy, wypełnionej wodnym roztworem soli mineralnych, aminokwasów, kwasów organicznych, pigmentów, węglowodanów i oddzielonej od cytoplazmy błoną wakuolową – tonoplastem.

Cytoplazma wypełnia całą jamę wewnętrzną tylko w najmłodszych komórkach roślinnych. W miarę wzrostu komórki układ przestrzenny początkowo ciągłej masy cytoplazmy ulega znaczącym zmianom: pojawiają się małe wakuole wypełnione sokiem komórkowym, a cała masa staje się gąbczasta. Wraz z dalszym wzrostem komórek poszczególne wakuole łączą się, wypychając warstwy cytoplazmy na obwód, w wyniku czego utworzona komórka zawiera zwykle jedną dużą wakuolę, a cytoplazma ze wszystkimi organellami znajduje się w pobliżu błony.

Rozpuszczalne w wodzie związki organiczne i mineralne wakuoli decydują o odpowiednich właściwościach osmotycznych żywych komórek. Roztwór ten o określonym stężeniu jest rodzajem pompy osmotycznej umożliwiającej kontrolowaną penetrację wnętrza komórki i uwolnienie z niej wody, jonów oraz cząsteczek metabolitów.

W połączeniu z warstwą cytoplazmy i jej błonami, charakteryzującymi się właściwościami półprzepuszczalnymi, wakuola tworzy efektywny układ osmotyczny. Osmotycznie wyznaczane są takie wskaźniki żywych komórek roślinnych, jak potencjał osmotyczny, siła ssania i ciśnienie turgorowe.

Struktura wakuoli

Plastydy

Plastydy to największe (po jądrze) organelle cytoplazmatyczne, właściwe tylko komórkom organizmów roślinnych. Występują nie tylko w grzybach. Plastydy odgrywają ważną rolę w metabolizmie. Są oddzielone od cytoplazmy podwójną powłoką membranową, a niektóre typy mają dobrze rozwinięty i uporządkowany system błon wewnętrznych. Wszystkie plastydy mają to samo pochodzenie.

Chloroplasty- najczęstsze i najważniejsze funkcjonalnie plastydy organizmów fotoautotroficznych, które przeprowadzają procesy fotosyntezy, ostatecznie prowadzące do powstania substancji organicznych i uwolnienia wolnego tlenu. Chloroplasty roślin wyższych mają złożoną strukturę wewnętrzną.

Struktura chloroplastów

Rozmiary chloroplastów w różnych roślinach nie są takie same, ale ich średnia średnica wynosi 4-6 mikronów. Chloroplasty są w stanie poruszać się pod wpływem ruchu cytoplazmy. Ponadto pod wpływem oświetlenia obserwuje się aktywny ruch chloroplastów typu ameboidalnego w kierunku źródła światła.

Chlorofil jest główną substancją chloroplastów. Dzięki chlorofilowi ​​rośliny zielone potrafią wykorzystywać energię świetlną.

Leukoplasty(bezbarwne plastydy) są wyraźnie określonymi ciałami cytoplazmatycznymi. Ich rozmiary są nieco mniejsze niż rozmiary chloroplastów. Ich kształt jest również bardziej jednolity, zbliżony do kulistego.

Struktura leukoplastu

Występuje w komórkach naskórka, bulwach i kłączach. Po oświetleniu bardzo szybko zamieniają się w chloroplasty z odpowiednią zmianą struktury wewnętrznej. Leukoplasty zawierają enzymy, za pomocą których syntetyzowana jest skrobia z nadmiaru glukozy powstającej podczas fotosyntezy, której większość odkłada się w tkankach lub narządach spichrzowych (bulwy, kłącza, nasiona) w postaci ziaren skrobi. U niektórych roślin tłuszcze odkładają się w leukoplastach. Funkcja rezerwowa leukoplastów czasami objawia się tworzeniem białek rezerwowych w postaci kryształów lub wtrąceń amorficznych.

Chromoplasty w większości przypadków są to pochodne chloroplastów, sporadycznie – leukoplastów.

Struktura chromoplastyczna

Dojrzewaniu owoców róży, papryki i pomidorów towarzyszy przemiana chloro- lub leukoplastów komórek miazgi w plastyki karatynoidowe. Te ostatnie zawierają głównie żółte pigmenty plastydowe – karotenoidy, które po dojrzeniu ulegają w nich intensywnej syntezie, tworząc kolorowe kropelki lipidów, stałe kuleczki lub kryształy. W tym przypadku chlorofil ulega zniszczeniu.

Mitochondria

Mitochondria to organelle charakterystyczne dla większości komórek roślinnych. Mają zmienny kształt patyków, ziaren i nitek. Odkryty w 1894 r. przez R. Altmana za pomocą mikroskopu świetlnego, a strukturę wewnętrzną badano później za pomocą mikroskopu elektronowego.

Struktura mitochondriów

Mitochondria mają strukturę podwójnej błony. Błona zewnętrzna jest gładka, wewnętrzna tworzy wyrostki o różnych kształtach - rurki w komórkach roślinnych. Przestrzeń wewnątrz mitochondrium wypełniona jest substancją półpłynną (matrycą), w skład której wchodzą enzymy, białka, lipidy, sole wapnia i magnezu, witaminy, a także RNA, DNA i rybosomy. Kompleks enzymatyczny mitochondriów przyspiesza złożony i wzajemnie powiązany mechanizm reakcji biochemicznych, w wyniku których powstaje ATP. W tych organellach komórki otrzymują energię - energia wiązań chemicznych składników odżywczych zamieniana jest w wysokoenergetycznych wiązaniach ATP w procesie oddychania komórkowego. To w mitochondriach zachodzi enzymatyczny rozkład węglowodanów, kwasów tłuszczowych i aminokwasów wraz z uwolnieniem energii, a następnie jej konwersją na energię ATP. Zgromadzona energia jest wydawana na procesy wzrostu, nowe syntezy itp. Mitochondria rozmnażają się przez podział i żyją przez około 10 dni, po czym ulegają zniszczeniu.

Siateczka endoplazmatyczna

Siateczka śródplazmatyczna to sieć kanałów, rurek, pęcherzyków i cystern znajdujących się wewnątrz cytoplazmy. Odkryty w 1945 roku przez angielskiego naukowca K. Portera, jest to układ membran o ultramikroskopowej strukturze.

Budowa siateczki śródplazmatycznej

Cała sieć jest połączona w jedną całość z zewnętrzną błoną komórkową otoczki jądrowej. Istnieją gładkie i szorstkie ER, w których znajdują się rybosomy. Na błonach gładkiej ER znajdują się układy enzymatyczne biorące udział w metabolizmie tłuszczów i węglowodanów. Ten typ błony przeważa w komórkach nasiennych bogatych w substancje magazynujące (białka, węglowodany, oleje); rybosomy przyłączają się do ziarnistej błony EPS, a podczas syntezy cząsteczki białka łańcuch polipeptydowy z rybosomami zanurza się w kanale EPS. Funkcje retikulum endoplazmatycznego są bardzo zróżnicowane: transport substancji zarówno wewnątrz komórki, jak i pomiędzy sąsiadującymi komórkami; podział komórki na odrębne części, w których jednocześnie zachodzą różne procesy fizjologiczne i reakcje chemiczne.

Rybosomy

Rybosomy to niebłonowe organelle komórkowe. Każdy rybosom składa się z dwóch cząstek, które nie są identycznej wielkości i można je podzielić na dwa fragmenty, które po połączeniu w cały rybosom nadal zachowują zdolność do syntezy białka.

Struktura rybosomu

Rybosomy syntetyzowane są w jądrze, następnie je opuszczają, przemieszczając się do cytoplazmy, gdzie przyczepiają się do zewnętrznej powierzchni błon retikulum endoplazmatycznego lub są umiejscowione swobodnie. W zależności od rodzaju syntetyzowanego białka rybosomy mogą funkcjonować samodzielnie lub łączyć się w kompleksy – polirybosomy.

Struktura komórkowa

Ciało ludzkie, jak każdy inny żywy organizm, składa się z komórek. Odgrywają jedną z głównych ról w naszym organizmie. Za pomocą komórek następuje wzrost, rozwój i reprodukcja.

Przypomnijmy sobie teraz definicję tego, co w biologii powszechnie nazywa się komórką.

Komórka jest elementarną jednostką biorącą udział w budowie i funkcjonowaniu wszystkich żywych organizmów z wyjątkiem wirusów. Ma swój własny metabolizm i jest zdolny nie tylko do samodzielnego istnienia, ale także do rozwoju i samoreprodukcji. Krótko mówiąc, możemy stwierdzić, że komórka jest najważniejszym i niezbędnym materiałem budulcowym każdego organizmu.

Oczywiście jest mało prawdopodobne, że zobaczysz klatkę gołym okiem. Ale przy pomocy nowoczesnych technologii człowiek ma doskonałą okazję nie tylko do zbadania samej komórki pod mikroskopem świetlnym lub elektronowym, ale także do zbadania jej struktury, wyizolowania i hodowania poszczególnych tkanek, a nawet dekodowania genetycznej informacji komórkowej.

Teraz za pomocą tego rysunku przyjrzyjmy się wizualnie strukturze komórki:

Struktura komórkowa

Ale co ciekawe, okazuje się, że nie wszystkie komórki mają tę samą strukturę. Istnieją pewne różnice między komórkami żywego organizmu a komórkami roślin. Przecież komórki roślinne zawierają plastydy, błonę i wakuole z sokiem komórkowym. Na obrazku możesz przyjrzeć się strukturze komórkowej zwierząt i roślin i zobaczyć różnicę między nimi:

Bardziej szczegółowe informacje na temat budowy komórek roślinnych i zwierzęcych dowiesz się, oglądając wideo

Jak widać, choć komórki są mikroskopijnych rozmiarów, ich budowa jest dość złożona. Dlatego przejdziemy teraz do bardziej szczegółowego badania struktury komórki.

Błona plazmatyczna komórki

Aby nadać kształt i oddzielić komórkę od jej rodzaju, wokół komórki ludzkiej znajduje się membrana.

Ponieważ membrana ma właściwość częściowego przepuszczania substancji przez siebie, dzięki temu niezbędne substancje dostają się do komórki i usuwane są z niej produkty przemiany materii.

Konwencjonalnie możemy powiedzieć, że błona komórkowa jest ultramikroskopowym filmem, który składa się z dwóch jednocząsteczkowych warstw białka i dwumolekularnej warstwy lipidów, która znajduje się pomiędzy tymi warstwami.

Z tego możemy wywnioskować, że błona komórkowa odgrywa ważną rolę w jej strukturze, ponieważ pełni szereg specyficznych funkcji. Pełni funkcję ochronną, barierową i łączącą pomiędzy innymi komórkami oraz umożliwiającą komunikację z otoczeniem.

Przyjrzyjmy się teraz bardziej szczegółowo rysunkowi dotyczącemu struktury membrany:

Cytoplazma

Kolejnym składnikiem środowiska wewnętrznego komórki jest cytoplazma. Jest substancją półpłynną, w której poruszają się i rozpuszczają inne substancje. Cytoplazma składa się z białek i wody.

Wewnątrz komórki następuje ciągły ruch cytoplazmy, który nazywa się cyklozą. Cykloza może być okrągła lub siateczkowa.

Ponadto cytoplazma łączy różne części komórki. Organelle komórki znajdują się w tym środowisku.

Organelle to trwałe struktury komórkowe posiadające określone funkcje.

Do takich organelli zaliczają się struktury takie jak macierz cytoplazmatyczna, siateczka śródplazmatyczna, rybosomy, mitochondria itp.

Teraz spróbujemy przyjrzeć się bliżej tym organelli i dowiedzieć się, jakie funkcje pełnią.

Cytoplazma

Macierz cytoplazmatyczna

Jedną z głównych części komórki jest macierz cytoplazmatyczna. Dzięki niemu w komórce zachodzą procesy biosyntezy, a w jej składnikach znajdują się enzymy wytwarzające energię.

Macierz cytoplazmatyczna

Siateczka endoplazmatyczna

Wewnątrz strefa cytoplazmy składa się z małych kanałów i różnych wnęk. Kanały te łączą się ze sobą tworząc retikulum endoplazmatyczne. Sieć taka ma niejednorodną strukturę i może być ziarnista lub gładka.


Siateczka endoplazmatyczna

Jądro komórkowe

Najważniejszą częścią, która jest obecna w prawie wszystkich komórkach, jest jądro komórkowe. Takie komórki posiadające jądro nazywane są eukariontami. Każde jądro komórkowe zawiera DNA. Jest substancją dziedziczności i są w niej zaszyfrowane wszystkie właściwości komórki.

Jądro komórkowe

Chromosomy

Jeśli spojrzysz na strukturę chromosomu pod mikroskopem, zobaczysz, że składa się on z dwóch chromatyd. Z reguły po podziale jądrowym chromosom staje się monochromatydowy. Ale na początku następnego podziału na chromosomie pojawia się kolejna chromatyda.

Chromosomy

Centrum komórek

Badając centrum komórkowe, można zauważyć, że składa się ono z centrioli matki i córki. Każda taka centriola jest obiektem cylindrycznym, ściany tworzy dziewięć trójek rurek, a w środku znajduje się jednorodna substancja.

Za pomocą takiego centrum komórkowego następuje podział komórek zwierząt i roślin niższych.

Centrum komórek

Rybosomy

Rybosomy są uniwersalnymi organellami występującymi zarówno w komórkach zwierzęcych, jak i roślinnych. Ich główną funkcją jest synteza białek w centrum funkcjonalnym.

Rybosomy

Mitochondria

Mitochondria to także mikroskopijne organelle, jednak w przeciwieństwie do rybosomów mają budowę dwubłonową, w której błona zewnętrzna jest gładka, a wewnętrzna posiada wyrostki o różnych kształtach, zwane cristae. Mitochondria pełnią rolę ośrodka oddechowego i energetycznego

Mitochondria

Aparat Golgiego

Ale za pomocą aparatu Golgiego substancje są gromadzone i transportowane. Również dzięki temu aparatowi następuje tworzenie lizosomów oraz synteza lipidów i węglowodanów.

Strukturalnie aparat Golgiego przypomina pojedyncze ciała o kształcie sierpa lub pręta.

Aparat Golgiego

Plastydy

Ale plastydy dla komórki roślinnej pełnią rolę stacji energetycznej. Mają tendencję do przechodzenia z jednego gatunku w drugi. Plastydy dzielą się na odmiany, takie jak chloroplasty, chromoplasty i leukoplasty.

Plastydy

Lizosomy

Wakuola trawienna zdolna do rozpuszczania enzymów nazywana jest lizosomem. Są to mikroskopijne organelle jednobłonowe o zaokrąglonym kształcie. Ich liczba zależy bezpośrednio od tego, jak żywotna jest komórka i jaki jest jej stan fizyczny.

W przypadku zniszczenia błony lizosomalnej komórka jest w stanie sama się strawić.

Lizosomy

Sposoby odżywiania komórki

Przyjrzyjmy się teraz sposobom odżywiania komórek:

Sposób zasilania komórki

Należy tutaj zauważyć, że białka i polisacharydy mają tendencję do wnikania do komórki na drodze fagocytozy, natomiast krople płynu - na drodze pinocytozy.

Sposób odżywiania komórek zwierzęcych, do których dostają się składniki odżywcze, nazywa się fagocytozą. A taki uniwersalny sposób odżywiania dowolnych komórek, w którym składniki odżywcze dostają się do komórki już w postaci rozpuszczonej, nazywa się pinocytozą.

Nauka zajmująca się badaniem budowy i funkcji komórek nazywa się cytologia.

Komórka- elementarna jednostka strukturalna i funkcjonalna istot żywych.

Komórki, pomimo swoich niewielkich rozmiarów, są bardzo złożone. Nazywa się wewnętrzną półpłynną zawartość komórki cytoplazma.

Cytoplazma to wewnętrzne środowisko komórki, w którym zachodzą różne procesy i zlokalizowane są składniki komórki - organelle (organelle).

Jądro komórkowe

Jądro komórkowe jest najważniejszą częścią komórki.
Jądro jest oddzielone od cytoplazmy otoczką składającą się z dwóch błon. Błona jądrowa ma liczne pory, dzięki czemu różne substancje mogą przedostać się do jądra z cytoplazmy i odwrotnie.
Nazywa się wewnętrzną zawartość jądra karioplazma Lub sok nuklearny. Znajduje się w soku nuklearnym chromatyna I jąderko.
Chromatyna jest nicią DNA. Jeśli komórka zaczyna się dzielić, nici chromatyny są ciasno zwinięte w spiralę wokół specjalnych białek, niczym nici na szpuli. Takie gęste formacje są wyraźnie widoczne pod mikroskopem i nazywane są chromosomy.

Rdzeń zawiera informację genetyczną i kontroluje życie komórki.

Jądro jest gęstym okrągłym ciałem wewnątrz rdzenia. Zazwyczaj w jądrze komórkowym znajduje się od jednego do siedmiu jąderek. Są wyraźnie widoczne pomiędzy podziałami komórkowymi, a podczas podziału ulegają zniszczeniu.

Funkcją jąderek jest synteza RNA i białek, z których powstają specjalne organelle - rybosomy.
Rybosomy biorą udział w biosyntezie białek. W cytoplazmie najczęściej znajdują się rybosomy szorstka siateczka śródplazmatyczna. Rzadziej są swobodnie zawieszone w cytoplazmie komórki.

Siateczka śródplazmatyczna (ER) uczestniczy w syntezie białek komórkowych i transporcie substancji wewnątrz komórki.

Znaczna część substancji syntetyzowanych przez komórkę (białka, tłuszcze, węglowodany) nie jest zużywana natychmiast, ale poprzez kanały EPS trafia do przechowywania w specjalnych wnękach ułożonych w osobliwe stosy, „cysterny” i oddzielonych od cytoplazmy błoną . Te wgłębienia nazywają się Aparat Golgiego (kompleks). Najczęściej cysterny aparatu Golgiego znajdują się blisko jądra komórkowego.
Aparat Golgiego bierze udział w przemianach białek komórkowych i syntetyzuje lizosomy- organelle trawienne komórki.
Lizosomy Są to enzymy trawienne, „upakowane” w pęcherzyki błonowe, pączkujące i rozprowadzane w cytoplazmie.
W kompleksie Golgiego gromadzą się także substancje, które komórka syntetyzuje na potrzeby całego organizmu i które są usuwane z komórki na zewnątrz.

Mitochondria- organelle energetyczne komórek. Przekształcają składniki odżywcze w energię (ATP) i uczestniczą w oddychaniu komórkowym.

Mitochondria pokryte są dwiema błonami: zewnętrzna jest gładka, a wewnętrzna ma liczne fałdy i wypustki - cristae.

Membrana plazmowa

Aby komórka stanowiła pojedynczy system, konieczne jest, aby wszystkie jej części (cytoplazma, jądro, organelle) były ze sobą połączone. W tym celu w procesie ewolucji rozwinęła się błona plazmatyczna, który otaczając każdą komórkę oddziela ją od środowiska zewnętrznego. Błona zewnętrzna chroni wewnętrzną zawartość komórki - cytoplazmę i jądro - przed uszkodzeniem, utrzymuje stały kształt komórki, zapewnia komunikację między komórkami, selektywnie przepuszcza niezbędne substancje do wnętrza komórki i usuwa z niej produkty przemiany materii.

Struktura błony jest taka sama we wszystkich komórkach. Podstawą błony jest podwójna warstwa cząsteczek lipidów, w której znajdują się liczne cząsteczki białka. Niektóre białka znajdują się na powierzchni warstwy lipidowej, inne przenikają na wskroś obie warstwy lipidów.

Specjalne białka tworzą najdrobniejsze kanały, przez które jony potasu, sodu, wapnia i niektóre inne jony o małej średnicy mogą przedostawać się do lub z komórki. Jednak większe cząstki (cząsteczki składników odżywczych – białka, węglowodany, lipidy) nie mogą przejść przez kanały błonowe i przedostać się do wnętrza komórki fagocytoza Lub pinocytoza:

• W miejscu, w którym cząstka pożywienia dotyka zewnętrznej błony komórki, powstaje wgłębienie, a cząstka wchodzi do komórki otoczona błoną. Proces ten nazywa się fagocytoza (komórki roślinne są pokryte gęstą warstwą błonnika (błony komórkowej) na wierzchu zewnętrznej błony komórkowej i nie mogą wychwytywać substancji na drodze fagocytozy).
• Pinocytoza różni się od fagocytozy tylko tym, że w tym przypadku inwazja błony zewnętrznej wychwytuje nie cząstki stałe, ale kropelki cieczy z rozpuszczonymi w niej substancjami. Jest to jeden z głównych mechanizmów przenikania substancji do wnętrza komórki.

Zapraszamy do zapoznania się z materiałami i.

: błona celulozowa, błona, cytoplazma z organellami, jądro, wakuole z sokiem komórkowym.

Główną cechą komórki roślinnej jest obecność plastydów.

Funkcje błony komórkowej- określa kształt komórki, chroni przed czynnikami środowiskowymi.

Membrana plazmowa- cienki film, składający się z oddziałujących na siebie cząsteczek lipidów i białek, oddziela zawartość wewnętrzną od środowiska zewnętrznego, zapewnia transport wody, minerałów i substancji organicznych do komórki poprzez osmozę i transport aktywny, a także usuwa produkty przemiany materii.

Cytoplazma- wewnętrzne półpłynne środowisko komórki, w którym znajduje się jądro i organelle, zapewnia połączenia między nimi i uczestniczy w podstawowych procesach życiowych.

Siateczka endoplazmatyczna- sieć rozgałęzionych kanałów w cytoplazmie. Bierze udział w syntezie białek, lipidów i węglowodanów oraz w transporcie substancji. Rybosomy to ciała zlokalizowane w ER lub cytoplazmie, składające się z RNA i białka i biorące udział w syntezie białek. EPS i rybosomy stanowią pojedynczy aparat do syntezy i transportu białek.

Mitochondria- organelle oddzielone od cytoplazmy dwiema błonami. Utleniają się w nich substancje organiczne i syntetyzują cząsteczki ATP przy udziale enzymów. Zwiększenie powierzchni błony wewnętrznej, na której znajdują się enzymy, z powodu cristae. ATP jest substancją organiczną bogatą w energię.

Plastydy(chloroplastów, leukoplasty, chromoplasty), ich zawartość w komórce jest główną cechą organizmu roślinnego. Chloroplasty to plastydy zawierające zielony pigment chlorofil, który pochłania energię świetlną i wykorzystuje ją do syntezy substancji organicznych z dwutlenku węgla i wody. Chloroplasty oddzielone są od cytoplazmy dwiema błonami, licznymi naroślami - grana na błonie wewnętrznej, w której znajdują się cząsteczki chlorofilu i enzymy.

Kompleks Golgiego- układ wnęk oddzielony od cytoplazmy błoną. Akumulacja w nich białek, tłuszczów i węglowodanów. Przeprowadzanie syntezy tłuszczów i węglowodanów na błonach.

Lizosomy- ciała oddzielone od cytoplazmy pojedynczą błoną. Zawarte w nich enzymy przyspieszają rozkład cząsteczek złożonych na proste: białek na aminokwasy, węglowodanów złożonych na proste, lipidów na glicerol i kwasy tłuszczowe, a także niszczą martwe części komórki i całe komórki.

Wakuole- wnęki w cytoplazmie wypełnione sokiem komórkowym, miejsce gromadzenia rezerwowych składników odżywczych i substancji szkodliwych; regulują zawartość wody w komórce.

Rdzeń- główna część komórki, pokryta na zewnątrz dwumembranową, perforowaną otoczką jądrową. Substancje dostają się do rdzenia i są z niego usuwane przez pory. Chromosomy są nośnikami dziedzicznej informacji o cechach organizmu, głównych strukturach jądra, z których każda składa się z jednej cząsteczki DNA połączonej z białkami. Jądro jest miejscem syntezy DNA, mRNA i rRNA.

Obecność błony zewnętrznej, cytoplazmy z organellami i jądra z chromosomami.

Błona zewnętrzna lub plazmatyczna- oddziela zawartość komórki od otoczenia (inne komórki, substancja międzykomórkowa), składa się z cząsteczek lipidów i białek, zapewnia komunikację między komórkami, transport substancji do komórki (pinocytoza, fagocytoza) i na zewnątrz komórki.

Cytoplazma- wewnętrzne półpłynne środowisko komórki, które zapewnia komunikację między jądrem a znajdującymi się w nim organellami. Główne procesy życiowe zachodzą w cytoplazmie.

Organelle komórkowe:

1) retikulum endoplazmatyczne (ER)- układ kanalików rozgałęzionych, bierze udział w syntezie białek, lipidów i węglowodanów, w transporcie substancji w komórce;

2) rybosomy- ciała zawierające rRNA znajdują się na ER i cytoplazmie i uczestniczą w syntezie białek. EPS i rybosomy to pojedynczy aparat do syntezy i transportu białek;

3) mitochondria- „elektrownie” komórki, oddzielone od cytoplazmy dwiema błonami. Wewnętrzna tworzy cristae (fałdy), zwiększając jej powierzchnię. Enzymy na cristae przyspieszają utlenianie substancji organicznych i syntezę bogatych w energię cząsteczek ATP;

4) Kompleks Golgiego- grupa wnęk ograniczonych błoną cytoplazmy, wypełnionych białkami, tłuszczami i węglowodanami, które są albo wykorzystywane w procesach życiowych, albo usuwane z komórki. Błony kompleksu przeprowadzają syntezę tłuszczów i węglowodanów;

5) lizosomy- ciała wypełnione enzymami przyspieszają rozkład białek na aminokwasy, lipidów na glicerol i kwasy tłuszczowe, polisacharydów na monosacharydy. W lizosomach martwe części komórki, całe komórki, ulegają zniszczeniu.

Inkluzje komórkowe- nagromadzenie rezerwowych składników odżywczych: białek, tłuszczów i węglowodanów.

Rdzeń- najważniejsza część komórki. Jest pokryty podwójną błoną z porami, przez które niektóre substancje wnikają do jądra, a inne do cytoplazmy. Chromosomy są głównymi strukturami jądra, nośnikami dziedzicznej informacji o cechach organizmu. Przenoszona jest podczas podziału komórki macierzystej na komórki potomne, a wraz z komórkami rozrodczymi na organizmy potomne. Jądro jest miejscem syntezy DNA, mRNA i rRNA.

Ćwiczenia:

Wyjaśnij, dlaczego organelle nazywane są wyspecjalizowanymi strukturami komórkowymi?

Odpowiedź: organelle nazywane są wyspecjalizowanymi strukturami komórkowymi, ponieważ pełnią ściśle określone funkcje, informacja dziedziczna jest przechowywana w jądrze, ATP jest syntetyzowany w mitochondriach, fotosynteza zachodzi w chloroplastach itp.

Jeśli masz pytania dotyczące cytologii, możesz się skontaktować

STRUKTURA I FUNKCJE KOMÓRKI

Komórka to elementarna jednostka struktury i czynności życiowej wszystkich organizmów (z wyjątkiem wirusów, które często określa się mianem niekomórkowych form życia), posiadająca własny metabolizm, zdolna do samodzielnego istnienia, samoreprodukcji i rozwoju. Wszystkie żywe organizmy albo składają się z wielu komórek (wielokomórkowe zwierzęta, rośliny i grzyby), albo są organizmami jednokomórkowymi (wiele pierwotniaków i bakterii). Dział biologii badający strukturę i funkcjonowanie komórek nazywa się cytologią. Ostatnio popularne stało się również mówienie o biologii komórki, czyli komórka biologiczna.

Zazwyczaj rozmiary komórek roślinnych i zwierzęcych mieszczą się w zakresie od 5 do 20 mikronów średnicy. Typowa komórka bakteryjna jest znacznie mniejsza – ok. 2 mikrony, a najmniejsza znana to 0,2 mikrona.

Niektóre wolno żyjące komórki, takie jak pierwotniaki, takie jak otwornice, mogą osiągnąć kilka centymetrów; zawsze mają wiele rdzeni. Komórki cienkich włókien roślinnych osiągają długość jednego metra, a procesy komórek nerwowych u dużych zwierząt sięgają kilku metrów. Przy takiej długości objętość tych komórek jest niewielka, ale powierzchnia jest bardzo duża.

Największe komórki to niezapłodnione jaja ptasie wypełnione żółtkiem. Największe jajo (a zatem i największa komórka) należało do wymarłego ogromnego ptaka - Aepyornisa. Prawdopodobnie jego żółtko ważyło ok. 3,5 kg. Największe jajo wśród żyjących gatunków należy do strusia, którego żółtko waży ok. 0,5 kg

Kiedyś komórkę uważano za mniej lub bardziej jednorodną kroplę materii organicznej, którą nazywano protoplazmą lub substancją żywą. Termin ten stracił aktualność po odkryciu, że komórka składa się z wielu wyraźnie odrębnych struktur zwanych organellami komórkowymi („małymi organami”).

Pierwszą osobą, która zobaczyła komórki, był angielski naukowiec Robert Hooke (znany nam dzięki prawu Hooke'a). W 1665 roku, próbując zrozumieć, dlaczego drzewo korkowe tak dobrze unosi się na wodzie, Hooke zaczął badać cienkie skrawki korka za pomocą ulepszonego immikroskopu. Odkrył, że korek jest podzielony na wiele maleńkich komórek, co przypominało mu plastry miodu w ulach pszczół miodnych i nazwał te komórki komórkami.

W 1675 roku włoski lekarz M. Malpighi, a w 1682 r. – angielski botanik N. Grow potwierdził strukturę komórkową roślin. Zaczęli mówić o komórce jako o „fiolce wypełnionej pożywnym sokiem”. W 1674 mistrz holenderski Anthony'ego van Leeuwenhoeka(Anton van Leeuwenhoek, 1632-1723) za pomocą mikroskopu po raz pierwszy zobaczył w kropli wody „zwierzęta” – poruszające się organizmy żywe (orzęski, ameby, bakterie). Leeuwenhoek był także pierwszym, który zaobserwował komórki zwierzęce – erytrocyty i plemniki. Tak więc już na początku XVIII wieku naukowcy wiedzieli, że pod dużym powiększeniem rośliny mają strukturę komórkową i zobaczyli pewne organizmy, które później otrzymały nazwę jednokomórkową. W latach 1802-1808 francuski badacz Charles-François Mirbel odkrył, że wszystkie rośliny składają się z tkanek utworzonych przez komórki.J. B.Lamarcka w 1809 r

rozszerzył koncepcję struktury komórkowej Mirbela na organizmy zwierzęce. W 1825 roku czeski uczony I. Purkine odkrył jądro komórki jajowej ptaków i w 1839 roku wprowadził termin „protoplazma”. W 1831 roku angielski botanik R. Brown jako pierwszy opisał jądro komórki roślinnej, a w 1833 roku ustalił, że jądro jest obowiązkową organellą komórki roślinnej. Od tego czasu uważa się, że najważniejszą rzeczą w organizacji komórek nie jest membrana, ale zawartość.

Metody badań komórek

Komórki zaobserwowano po raz pierwszy dopiero po stworzeniu mikroskopów świetlnych i od tego czasu aż do chwili obecnej mikroskopia pozostaje jedną z najważniejszych metod badania komórek. Mikroskopia świetlna (optyczna), pomimo stosunkowo małej rozdzielczości, umożliwiła obserwację żywych komórek. W XX wieku wynaleziono mikroskopię elektronową, która umożliwiła badanie ultrastruktury komórek.

Pierwszym narzędziem do badania formy i struktury komórek był mikroskop świetlny. Jego zdolność rozdzielcza jest ograniczona wymiarami porównywalnymi z długością fali światła (0,4–0,7 μm dla światła widzialnego). Jednak wiele elementów struktury komórkowej ma znacznie mniejsze rozmiary.

Inną trudnością jest to, że większość składników komórkowych jest przezroczysta i ma współczynnik załamania światła prawie taki sam jak woda. Aby poprawić widoczność, często stosuje się barwniki, które mają różne powinowactwo do różnych składników komórkowych. Barwienie służy również do badania chemii komórki. Na przykład niektóre barwniki wiążą się preferencyjnie z kwasami nukleinowymi i w ten sposób ujawniają ich lokalizację w komórce. Niewielka część barwników

- nazywane są intravitalami - można je stosować do barwienia żywych komórek, jednak zazwyczaj komórki należy najpierw utrwalić (za pomocą substancji koagulujących białka) i dopiero wtedy można je wybarwiać.

Przed wykonaniem badania komórki lub kawałki tkanki zwykle zatapia się w parafinie lub plastiku, a następnie tnie na bardzo cienkie skrawki za pomocą mikrotomu. Metoda ta jest szeroko stosowana w laboratoriach klinicznych do identyfikacji komórek nowotworowych. Oprócz konwencjonalnej mikroskopii świetlnej opracowano inne optyczne metody badania komórek: mikroskopię fluorescencyjną, mikroskopię z kontrastem fazowym, spektroskopię i analizę dyfrakcji promieni rentgenowskich.

Mikroskopia optyczna

W mikroskopie optycznym powiększenie obiektu uzyskuje się za pomocą szeregu soczewek, przez które przechodzi światło. Maksymalne powiększenie, jakie można uzyskać za pomocą mikroskopu optycznego, wynosi około 1000. Kolejną ważną cechą jest

rozdzielczość wynosi tylko około 200 nm; w końcu takie pozwolenie uzyskano

XIX wiek. Zatem najmniejszymi strukturami, jakie można zaobserwować pod mikroskopem optycznym, są mitochondria i bakterie, których rozmiar liniowy wynosi około 500 nm. Jednakże obiekty mniejsze niż 200 nm są widoczne w mikroskopie świetlnym tylko wtedy, gdy same emitują światło. Ta funkcja jest używana w mikroskopia fluorescencyjna, gdy struktury komórkowe lub poszczególne białka wiążą się ze specjalnymi białkami fluorescencyjnymi lub przeciwciałami ze znacznikami fluorescencyjnymi. Na jakość obrazu uzyskiwanego za pomocą mikroskopu optycznego wpływa także kontrast – można go podnieść stosując różne metody barwienia komórek. Do badania żywych komórek wykorzystuje się kontrast fazowy, różnicowy kontrast interferencyjny i mikroskopię ciemnego pola. Mikroskopy konfokalne mogą poprawić jakość obrazów fluorescencyjnych.

Mikroskopia elektronowa

W latach 30. XX wieku zaprojektowano mikroskop elektronowy, w którym zamiast światła przez obiekt przepuszcza się wiązkę elektronów. Teoretyczna granica rozdzielczości dla współczesnych mikroskopów elektronowych wynosi około 0,002 nm, ale ze względów praktycznych dla obiektów biologicznych osiągana jest rozdzielczość tylko około 2 nm. Za pomocą mikroskopu elektronowego można badać ultrastrukturę komórek. Istnieją dwa główne typy mikroskopii elektronowej:

skanowanie i transmisja.

Skaningowa (rastrowa) mikroskopia elektronowa (SEM) służy do badania powierzchni obiektu. Próbki są często pokryte cienką warstwą złota. SEM

pozwala uzyskać trójwymiarowe obrazy. Transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) - stosowana do badania wnętrza

struktura komórkowa. Wiązka elektronów przechodzi przez obiekt, który został wstępnie potraktowany metalami ciężkimi, które gromadzą się w określonych strukturach, zwiększając ich gęstość elektronową. Elektrony są rozproszone w obszarach komórki o większej gęstości elektronowej, co powoduje, że obszary te wydają się ciemniejsze na obrazach.

Frakcjonowanie komórek. Aby ustalić funkcje poszczególnych składników komórki, ważne jest wyizolowanie ich w czystej postaci, najczęściej odbywa się to metodą różnicową. wirowanie. Opracowano metody otrzymywania czystych frakcji dowolnych organelli komórkowych. Produkcja frakcji rozpoczyna się od zniszczenia błony komórkowej i utworzenia homogenatu komórkowego. Homogenat wiruje się sekwencyjnie z różnymi prędkościami, w pierwszym etapie można uzyskać cztery frakcje: (1) jądra i duże fragmenty komórek, (2) mitochondria, plastydy, lizosomy i peroksysomy, (3) mikrosomy – pęcherzyki Golgiego i siateczkę śródplazmatyczną , (4) rybosomy, białka i mniejsze cząsteczki pozostaną w supernatancie. Dalsze wirowanie różnicowe każdej z wymieszanych frakcji umożliwia otrzymanie czystych preparatów organelli, do których można zastosować różnorodne metody biochemiczne i mikroskopowe.

Struktura komórkowa

Wszystkie komórkowe formy życia na Ziemi można podzielić na dwa superkrólestwa w oparciu o strukturę ich komórek składowych:

prokarioty (przedjądrowe) - prostsza struktura;

eukarionty (jądrowe) są bardziej złożone. Komórki tworzące ludzkie ciało są eukariotyczne.

Pomimo różnorodności form organizacja komórek wszystkich żywych organizmów podlega wspólnym zasadom strukturalnym.

Komórka prokariotyczna

Prokarioty (łac. pro - przed, przed grą κάρῠον - rdzeń, orzech) to organizmy, które w przeciwieństwie do eukariontów nie mają utworzonego jądra komórkowego i innych organelli błony wewnętrznej (z wyjątkiem płaskich zbiorników u gatunków fotosyntetycznych, np. ucyjanobakterie). Jedyna duża okrągła (u niektórych gatunków liniowa) dwuniciowa cząsteczka DNA, która zawiera większość materiału genetycznego komórki (tzw. nukleoid), nie tworzy kompleksu z białkami histonowymi (tzw. chromatyną ). Do prokariotów zaliczają się bakterie, w tym sinice (niebiesko-zielone algi) i archeony. Główna zawartość komórki, wypełniająca całą jej objętość, jest lepka, ziarnista

cytoplazma.

Komórka eukariotyczna

Eukarionty (eukarioty) (greckie ευ - dobre, całkowicie i κάρῠον - rdzeń, orzech)

Organizmy, które w przeciwieństwie do prokariotów mają utworzone jądro komórkowe, oddzielone od cytoplazmy otoczką jądrową. Materiał genetyczny zawarty jest w kilku liniowych dwuniciowych cząsteczkach DNA (w zależności od rodzaju organizmu ich liczba w jądrze może wahać się od dwóch do kilkuset), przyczepionych od wewnątrz do błony jądra komórkowego i tworzących kompleks z w zdecydowanej większości białka histonowe, zwane chromatyną.

Struktura komórki eukariotycznej. Schematyczne przedstawienie komórki zwierzęcej.

Niektóre komórki, głównie roślinne i bakteryjne, mają zewnętrzną część Ściana komórkowa. U roślin wyższych składa się z celulozy. Ściana komórkowa spełnia niezwykle ważną rolę: stanowi zewnętrzną ramę, otoczkę ochronną i zapewnia turgor komórkom roślinnym: przez ścianę komórkową przechodzą woda, sole i cząsteczki wielu substancji organicznych.Komórki zwierzęce z reguły to robią nie mają ścian komórkowych.

Znajduje się pod ścianą komórkową roślin błona plazmatyczna lub plazmalema. Grubość błony plazmatycznej wynosi około 10 nm, badanie jej struktury i funkcji możliwe jest jedynie przy użyciu mikroskopu elektronowego.

Wewnątrz komórki wypełniona jest cytoplazma, w której zlokalizowane są różne organelle i wtręty komórkowe, a także materiał genetyczny w postaci cząsteczki DNA. Każda organella komórki pełni swoją specjalną funkcję i razem wszystkie determinują żywotną aktywność komórki jako całości.

Błona plazmatyczna pełni przede wszystkim funkcję ograniczającą w stosunku do tego, co zewnętrzne

środowisko komórki. Jest to podwójna warstwa cząsteczek (warstwa dwucząsteczkowa lub dwuwarstwowa). Są to głównie cząsteczki fosfolipidów i innych substancji z nimi powiązanych. Cząsteczki lipidów mają dwoistą naturę, objawiającą się tym, jak zachowują się w stosunku do wody. Głowy cząsteczek są hydrofilowe, tj. mają powinowactwo do wody, a ich ogony węglowodorowe są hydrofobowe. Dlatego lipidy po zmieszaniu z wodą tworzą na swojej powierzchni film podobny do filmu olejowego; Co więcej, wszystkie ich cząsteczki są zorientowane w ten sam sposób: głowy cząsteczek znajdują się w wodzie, a ogony węglowodorowe znajdują się nad jej powierzchnią.

W Błona komórkowa składa się z dwóch takich warstw, w każdej z nich głowy cząsteczek są zwrócone na zewnątrz, a ogony skierowane do wnętrza błony, jedną w stronę drugiej, dzięki czemu nie mają kontaktu z wodą.

Oprócz głównych składników lipidowych zawiera duże cząsteczki białka, które potrafią „unosić się” w dwuwarstwie lipidowej i są ułożone tak, że jedna strona jest zwrócona do wnętrza komórki, a druga ma kontakt ze środowiskiem zewnętrznym. Niektóre białka znajdują się tylko na zewnętrznej lub tylko wewnętrznej powierzchni błony lub są tylko częściowo zanurzone w dwuwarstwie lipidowej.

Główną funkcją błony komórkowej jest regulacja transportu substancji do i z komórki.

Istnieje kilka mechanizmów transportu substancji przez błonę:

Dyfuzja to przenikanie substancji przez membranę zgodnie z gradientem stężeń (z obszaru, w którym ich stężenie jest wyższe, do obszaru, w którym ich stężenie jest niższe). Transport rozproszony substancji odbywa się przy udziale białek błonowych, które zawierają pory molekularne (woda, jony) lub przy udziale fazy lipidowej (dla substancji rozpuszczalnych w tłuszczach).

Ułatwiona dyfuzja- specjalne białka nośnikowe błony selektywnie wiążą się z jednym lub drugim jonem lub cząsteczką i transportują je przez błonę.

Transport aktywny. Mechanizm ten wymaga energii i służy do transportu substancji wbrew gradientowi stężeń. Wykonuje się to specjalnie

białka nośnikowe tworzące tzw. pompy jonowe. Najbardziej zbadaną jest pompa Na+ /K+ w komórkach zwierzęcych, która aktywnie wypompowuje jony Na+, absorbując jony K+.

W W połączeniu z aktywnym transportem jonów różne cukry, nukleotydy i aminokwasy przenikają do komórki przez błonę cytoplazmatyczną.

Ta selektywna przepuszczalność jest fizjologicznie bardzo ważna i jej brak

– pierwszy dowód śmierci komórki. Łatwo to zilustrować na przykładzie buraków. Jeśli żywy korzeń buraka zanurzy się w zimnej wodzie, zachowuje swój pigment; jeśli buraki zostaną ugotowane, komórki obumierają, stają się łatwo przepuszczalne i tracą pigment, co powoduje, że woda staje się czerwona.

Komórka może „połykać” duże cząsteczki, takie jak białka. Pod wpływem niektórych białek, jeśli są one obecne w płynie otaczającym komórkę, następuje inwazja w błonie komórkowej, która następnie zamyka się, tworząc pęcherzyk – małą wakuolę zawierającą cząsteczki wody i białka; Następnie błona wokół wakuoli pęka, a zawartość dostaje się do komórki. Proces ten nazywany jest pinocytozą (dosłownie „piciem komórki”) lub endocytozą.

Większe cząstki, np. cząstki jedzenia, można w podobny sposób wchłonąć podczas tzw. fagocytoza. Zazwyczaj wakuola powstająca podczas fagocytozy jest większa, a żywność jest trawiona przez enzymy lizosomalne wewnątrz wakuoli, zanim otaczająca błona pęknie. Ten sposób odżywiania jest typowy dla pierwotniaków, takich jak ameby, które zjadają bakterie.

Egzocytoza (exo-out), dzięki niej komórka usuwa produkty wewnątrzkomórkowe lub niestrawione pozostałości zamknięte w wakuolach lub pęcherzykach. Pęcherzyk zbliża się do błony cytoplazmatycznej, łączy się z nią, a jego zawartość jest uwalniana do środowiska. W ten sposób wydzielane są enzymy trawienne, hormony, hemiceluloza itp.

Struktura cytoplazmy.

Płynny składnik cytoplazmy nazywany jest także cytozolem. Pod mikroskopem świetlnym wydawało się, że komórka była wypełniona czymś w rodzaju ciekłej plazmy lub zolu, w którym „unosiło się” jądro i inne organelle. W rzeczywistości nie jest to prawdą. Wewnętrzna przestrzeń komórki eukariotycznej jest ściśle uporządkowana. Ruch organelli koordynowany jest za pomocą wyspecjalizowanych systemów transportowych, tzw. mikrotubul, które pełnią rolę „drog” wewnątrzkomórkowych oraz specjalnych białek, dynein i kinezyn, które pełnią rolę „motorów”. Poszczególne cząsteczki białka również nie dyfundują swobodnie po całej przestrzeni wewnątrzkomórkowej, ale są kierowane do niezbędnych przedziałów za pomocą specjalnych sygnałów na ich powierzchni, rozpoznawanych przez systemy transportowe komórki.

Siateczka endoplazmatyczna

W komórce eukariotycznej występuje system przechodzących między sobą przedziałów błonowych (rurki i zbiorniki),

który jest nazywany retikulum endoplazmatycznego(Lub retikulum endoplazmatycznego, EPR lub EPS). Ta część ER, do której błony przyczepione są rybosomy, nazywana jest ziarnistą (lub szorstką) endoplazmą

retikulum, na jego błonach zachodzi synteza białek. Przedziały, które nie mają na ścianach rybosomów, zaliczane są do gładkich ER, które biorą udział w syntezie lipidów. Wewnętrzne przestrzenie gładkiego i ziarnistego ER nie są izolowane, ale przechodzą między sobą i komunikują się z błoną prześwitowo-jądrową. Kanaliki otwierają się również na powierzchni komórki, a siateczka śródplazmatyczna pełni w ten sposób rolę aparatu, za pomocą którego środowisko zewnętrzne może bezpośrednio oddziaływać z całą zawartością komórki.

Drobne ciałka zwane rybosomami pokrywają powierzchnię szorstkiej siateczki śródplazmatycznej, szczególnie w pobliżu jądra. Średnica rybosomów wynosi około 15 nm. Każdy rybosom składa się z dwóch cząstek o różnej wielkości, małej i dużej, których główną funkcją jest synteza białek; informacyjny RNA i aminokwasy związane z transferowym RNA są przyłączone do ich powierzchni. Zsyntetyzowane białka najpierw gromadzą się w kanałach i wnękach siateczki śródplazmatycznej, a następnie są transportowane do organelli i miejsc komórkowych, gdzie są konsumowane.

Aparat Golgiego

Aparat Golgiego (kompleks Golgiego)

Jest to stos płaskich worków membranowych, nieco rozszerzonych bliżej krawędzi. W zbiornikach aparatu Golgiego dojrzewają niektóre białka syntetyzowane na błonach ziarnistego ER i przeznaczone do wydzielania lub tworzenia lizosomów. Aparat Golgiego jest asymetryczny - najmniej dojrzałe białka zawierają cysterny położone bliżej jądra komórkowego (cis-Golgi), do których w sposób ciągły przylegają pęcherzyki błonowe - pęcherzyki wyrastające z siateczki śródplazmatycznej. Najwyraźniej za pomocą tych samych pęcherzyków następuje dalszy ruch dojrzewających białek z jednego zbiornika do drugiego. Ostatecznie z przeciwnego końca organelli

(trans-Golgi) pęcherzyki zawierające w pełni dojrzałe białka bud.

Lizosomy

Lizosomy (greckie „lyseo” – rozpuścić, „soma” – ciało) to małe, okrągłe ciała. Te błonowe organelle komórkowe mają owalny kształt i średnicę 0,5 mikrona. Pączkują z aparatu Golgiego i prawdopodobnie z siateczki śródplazmatycznej. Lizosomy zawierają różnorodne enzymy rozkładające duże cząsteczki: białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe. Enzymy te, ze względu na swoje destrukcyjne działanie, są niejako „zamknięte” w lizosomach i uwalniane tylko w razie potrzeby. Ale jeśli lizosom

zostanie uszkodzona przez jakikolwiek wpływ zewnętrzny, cała komórka lub jej część ulega zniszczeniu.

Podczas trawienia wewnątrzkomórkowego enzymy są uwalniane z lizosomów do wakuoli trawiennych.

Kiedy komórki są głodne, lizosomy trawią niektóre organelle, nie zabijając komórki. To częściowe trawienie zapewnia komórce niezbędne minimum składników odżywczych przez pewien czas.

Posiadając zdolność aktywnego trawienia składników odżywczych, lizosomy biorą udział w usuwaniu części komórek, całych komórek i narządów, które umierają podczas aktywności życiowej. Na przykład zanik ogona kijanki żaby następuje pod wpływem enzymów lizosomalnych.W tym przypadku jest to normalne i korzystne dla organizmu, ale czasami takie niszczenie komórek jest patologiczne. Na przykład wdychany pył azbestu może przedostać się do komórek płuc, w wyniku czego lizosomy pękają, następuje zniszczenie komórek i rozwija się choroba płuc.

Centrum informacyjnym komórki, miejscem przechowywania i odtwarzania informacji dziedzicznej, która określa wszystkie cechy danej komórki i organizmu jako całości, jest jądro. Usunięcie jądra z komórki z reguły prowadzi do jej szybkiej śmierci. Kształt i wielkość jądra komórkowego jest bardzo zmienna i zależy od rodzaju organizmu, a także od rodzaju, wieku i stanu funkcjonalnego komórki. Plan ogólny

Struktura jądra jest taka sama we wszystkich komórkach eukariotycznych. Jądro komórkowe składa się z błony jądrowej, macierzy jądrowej (nukleoplazmy), chromatyny i jąderka (jednego lub więcej). Zawartość jądra oddzielona jest od cytoplazmy podwójną błoną lub tzw otoczka nuklearna. Zewnętrzna błona w niektórych miejscach przechodzi do kanałów retikulum endoplazmatycznego; przyczepione są do niej rybosomy.Jądro komórkowe zawiera cząsteczki DNA, na których zapisana jest informacja genetyczna organizmu. . Określa to wiodącą rolę jądra komórkowego w dziedziczności. W jądrze zachodzi replikacja - podwojenie cząsteczek DNA, a także transkrypcja - synteza cząsteczek RNA na matrycy DNA. Składanie rybosomów zachodzi również w jądrze, w specjalnych formacjach zwanych jąderkami. W otoczce jądrowej znajduje się wiele porów, których średnica wynosi około 90 nm. Ze względu na obecność porów zapewniających selektywną przepuszczalność otoczka jądrowa kontroluje wymianę substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą.

struktury włókniste zlokalizowane w cytoplazmie komórki: mikrotubule, aktyna i włókna pośrednie. Mikrotubule biorą udział w transporcie organelli, są częścią wici, a wrzeciono mitotyczne zbudowane jest z mikrotubul. Włókna aktynowe są niezbędne do utrzymania

kształt komórki, reakcje pseudopodialne. Wydaje się, że rolą włókien pośrednich jest również utrzymanie struktury komórkowej. Białka cytoszkieletu stanowią kilkadziesiąt procent masy białek komórkowych.

Centriole

Centriole to cylindryczne struktury białkowe zlokalizowane w pobliżu jądra komórek zwierzęcych (rośliny nie mają centrioli, z wyjątkiem glonów niższych). Centriola jest cylindrem, którego powierzchnię boczną tworzy dziewięć zestawów mikrotubul. Liczba mikrotubul w zestawie puszki

różnią się dla różnych organizmów od 1 do 3.

Wokół centrioli znajduje się tzw. centrum organizacji cytoszkieletu, czyli obszar, w którym zgrupowane są ujemne końce mikrotubul komórkowych.

Przed podziałem komórka zawiera dwie centriole położone względem siebie pod kątem prostym. Podczas mitozy przemieszczają się na różne końce komórki, tworząc bieguny wrzeciona. Po cytokinezie każda komórka potomna otrzymuje jedną centriolę, która podwaja się przy następnym podziale. Powielanie centrioli nie następuje przez podział, ale poprzez syntezę nowej struktury prostopadłej do istniejącej.

Mitochondria

Mitochondria - specjalne organelle komórkowe, których główną funkcją jest synteza ATP - uniwersalny nośnik energii. Utlenianie substancji organicznych zachodzi w mitochondriach, połączone z syntezą

trifosforan adenozyny (ATP). Rozkładowi ATP do difosforanu adenozyny (ADP) towarzyszy uwolnienie energii, która jest zużywana na różne procesy życiowe, na przykład syntezę białek i kwasów nukleinowych, transport substancji do i z komórki, transmisję impulsów nerwowych lub skurczów mięśni.

Mitochondria są zatem stacjami energetycznymi, które przetwarzają „paliwo” – tłuszcze i węglowodany – w formę energii, która może zostać wykorzystana przez komórkę, a tym samym organizm jako całość.