AMBITNY GIMNAZJALISTA – CYTOLOGIA

AMBITNY GIMNAZJALISTA – CYTOLOGIA
Katarzyna Stalinska
„Ambitny Gimnazjalista” to cykl fiszek dla uczniów, które pozwalają usystematyzować
treści, wykraczające ponad podstawę programową nauczania biologii w gimnazjum.
Poruszone zagadnienia mogą stanowić zarówno doskonały materiał do powtórki treści
przerabianych na kole biologicznym albo punkt początkowy do własnych poszukiwań”
Spis treści:











Siateczka śródplazmatyczna szorstka i gładka
Aparat Golgiego
Lizosom
Ściana komórkowa
Plazmoliza
Rybosom
Plastydy
Mitochondrium
Cytoszkielet
Teoria endosymbiozy
Jądro komórkowe
SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA (retikulum endoplazmatyczne)
Siateczka śródplazmatyczna jest zbudowana z systemu spłaszczonych pęcherzyków i
rozgałęzionych rurek. Struktury te łączą się ze sobą i z otoczką jądrową. Dzięki temu
siateczka śródplazmatyczna tworzy przedziały, w których zachodzą jednocześnie reakcje
syntezy i analizy.
WŁAŚCIWOŚCI
Siateczka szorstka
- zbudowana wyłącznie z pęcherzyków
- mogą się z nią nietrwale łączyć
rybosomy – wtedy kiedy zachodzi
synteza białek
- w komórkach szybko rosnących
(w których potrzeba wielu białek w
szybkim tempie)
- występuje licznie w trzustce, w
komórkach nabłonka gruczołowego
Siateczka gładka
- zbudowana wyłącznie z rurek
- brak przyłączonych rybosomów
- występuje licznie w komórkach
wątroby
- obecna w komórkach produkujących
na eksport związki niebiałkowe
(tkanki tłuszczowej, komórkach
śluzowych żołądka i jelita cienkiego,
komórkach gruczołowych jąder oraz
skóry (szczególnie u ryb i płazów)
ROLA
Siateczka szorstka
- przemiany metaboliczne białek
syntezowanych na rybosomach tej
siateczki
(dołączanie krótkich łańcuchów
cukrowych do polipeptydów, powstają
glikoproteiny)
(zachodzi tworzenie odpowiedniej
konformacji białek, skręcenie
łańcuchów polipeptydowych oraz
usuwanie odcinków odpowiadających
za precyzyjne odnalezienie miejsc
docelowych)
Siateczka gładka
- detoksykacja trucizn (alkohol,
pestycydy, leki)
- chemiczna modyfikacja związków
tak by były łatwiej rozpuszczalne w
wodzie i mogły zostać usunięte wraz
z moczem
- bierze udział w metabolizmie
fosfolipidów, kwasów tłuszczowych i
steroidów
Rola ogólna: modyfikacja białek i transport do aparatu Golgiego
APARAT GOLGIEGO (diktiosom)
Aparat Golgiego występuje wyłącznie w komórkach eukariotycznych. Zbudowany jest z
systemu cystern i pęcherzyków ułożonych jeden na drugi w postaci stosu, nie ma
bezpośredniego kontaktu z retikulum endoplazma tycznym – jest losowo rozmieszczony w
cytoplazmie.
Funkcja: odpowiada za modyfikowanie, sortowanie i kierowanie do miejsc przeznaczenia
białek, lipidów i cukrów
Modyfikacja i transport białek:
 białka modyfikowane w aparacie Golgiego pochodzą wyłącznie z siateczki
śródplazmatycznej szorstkiej
 do białek dołączane są reszty cukrowe i inne związki
 sortuje i transportuje je w pęcherzykach transportujących do odpowiednich miejsc
 główne miejsce docelowe dla modyfikowanych w aparacie Golgiego białek to błona
komórkowa i lizosomy
W aparacie Golgiego powstają też wielocukry niezbędne do budowy ściany komórkowej.
Białka powstające na wolnych rybosomach kierowane są do mitochondriów,
chloroplastów, jądra komórkowego lub też pozostają w cytoplazmie.
LIZOSOM
Lizosomy występują wyłącznie w komórkach eukariotycznych. U roślin ich funkcję pełnią
sferosomy. Są to malutkie (< 0,1 mm), kuliste pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną
białkową. Zawierają specyficzne enzymy hydrolityczne, które rozkładają białka, kwasy
nukleinowe, sacharydy i lipidy.
Rola: uczestniczą w trawieniu wchłanianych substancji pokarmowych, ale również
rozkładają zużyte białka i organelle komórkowe
Funkcjonowanie:
 wewnątrz pęcherzyków panuje kwaśne pH=5, ponieważ enzymy lizosomów działają
jedynie przy takim odczynie
 lizosomy nie trawią własnej komórki ponieważ enzymy są mocno związane z
wewnętrzną warstwą błony lizosomu, a także dlatego, że enzymy są dezaktywowane
po przedostaniu się do cytoplazmy, ponieważ jej odczyn pH wynosi 7,2
 lizosomy utrzymują to pH, dzięki temu, że w jego błonie znajduje się białko ATP-aza
pompujące do wnętrza pęcherzyka kationy wodoru
WAKUOLA
Wakuola otoczona jest pojedynczą błoną białkowo-lipidową zwaną tonoplastem, który jest
żywą częścią wakuoli. Wewnątrz znajduje się martwy sok wakuolarny.
Rośliny i grzyby:
 jedna lub dwie, zajmujące około 90 % powierzchni komórki
Protisty:
 wodniczki pokarmowe odpowiadające za trawienie pokarmu
 wodniczki tętniące odpowiadające za osmoregulację
Funkcje:




gromadzą metabolity wtórne
gromadzą enzymy …
gromadzą substancje zasadowe
gromadzą nieorganiczne związki chemiczne
Metabolity wtórne:
 glikozydy (barwniki)
 alkaloidy (trucizny różnego typu)
 garbniki
GLIKOZYDY
flawony
żółte barwniki
nadające barwy
owocom i kwiatom
antocyjany
zmieniają barwę w
zależności od pH
(zasady – niebieski)
(kwasy – czerwony)
barwią owoce i płatki
kwiatów
ALKALOIDY
TEINA (liście)
KOFEINA (nasiona)
NIKOTYNA (liście)
KOKAINA (liście)
HININA
MORFINA
(owoce i nasiona)
STRYCHNINA
SKOPALAMINA
(korzenie)
GARBNIKI
tworzą żółte lub
brunatne naloty na
liściach lub owocach,
mają działanie
toksyczne lub
garbujące
(wiąże się z
kolagenem przez co
usuwa to białko np.
ze skóry)
Substancje zapasowe:






sacharoza (trzcina cukrowa, buraki)
glukoza, fruktoza (owoce)
glikogen (grzyby)
białka w postaci ziaren aleuronowych (nasiona)
wolne aminokwasy
kwasy organiczne
Wakuola nieustannie wymienia się z cytozolem jonami nieorganicznymi, co umożliwia
utrzymanie odpowiedniego potencjału błony komórkowej i powstanie odpowiedniego
gradientu stężeń wokół tonoplastu.
UWAGA: jeżeli roztwór A ma większe stężenie od roztworu B to gradient jest skierowany z
roztworu A do roztworu B (zgodnie z gradientem zachodzi transport bierny).
Przykład:
 ATP-aza bierze udział w transporcie jonów wodoru do wnętrza wakuoli
 w efekcie wnętrze wakuoli naładowane jest dodatnio, co …
 przyciąga jony ujemne i wodę
Ponadto wakuola odpowiada za utrzymanie turgoru komórki – magazynuje wodę, która
stanowi aż 90 % jej objętości.
ŚCIANA KOMÓRKOWA
Ściana komórkowa jest całkowicie martwym elementem komórki. Występuje w komórkach
roślin, bakterii, grzybów i samożywnych protista.
Funkcje: chroni protoplast (błona + organelle) przed uszkodzeniami mechanicznymi i
wnikaniem drobnoustrojów, nadaje kształt komórce
Ściana komórkowa zbudowana jest z polisacharydów:
 BAKTERIE – mureina (cukry + peptydy)
 GRZYBY – chityna (aminocukier)
 PROTISTA – celuloza (między warstwami celulozy odkładać się może krzemionka np.
u okrzemków
 ROŚLINY – celuloza (krzemionka może się również odkładać w ścianach niektórych
skrzypów, turzyc i traw); występują także: pektyny, hemiceluloza oraz woda
U roślin ściana komórkowa zbudowana jest z ułożonych równolegle włókien celulozy
(fibrylle celulozowe). Stanowią one maszt ściany komórkowej. Między włóknami znajdują
się pektyny, woda i hemiceluloza. Im młodsza (bardziej pierwotna) ściana komórkowa tym
jest bardziej uwodniona.
Powstawanie ściany komórkowej:
 powstaje w końcowej fazie podziałów mitotycznego i mejotycznego
 po środku dzielącej się komórki gromadzą się włókna białkowe (pozostałości
mikrotubul wrzeciona kariokinetycznego)
 włókna te układają się równolegle do siebie i tworzą fragmoplast
 w skład fragmoplastu wchodzą też pęcherzyki z aparatu Golgiego zawierające
polisacharydy
 łącząc się ze sobą tworzą trzywarstwową przegrodę pierwotną
U roślin pomiędzy warstwami ściany komórkowej występuje blaszka środkowa zbudowana
z pektyn. Brak jej u bakterii i grzybów, dlatego jest to wskaźnik komórek roślinnych.
Rodzaje ścian komórkowych:
 ŚCIANA PIERWOTNA – miękka, elastyczna, silnie uwodniona, rozszerza się i rozciąga
wraz ze wzrostem komórki
 ŚCIANA WTÓRNA – tworzy się po ukończeniu wzrostu komórki, jest zmodyfikowaną
ścianą pierwotną
MECHANIZMY MODYFIKACJI ŚCIANY PIERWOTNEJ
Adkrustacja
Inkrustacja
odkładanie substancji na powierzchni
odkładanie substancji między włóknami
ściany komórkowej:
celulozowymi:
 suberyna – powoduje
korkowacenie
 koloza – odkładana jest w tkance
przyrannej komórek sitowych łyka
 sole mineralne np. węglan wapnia,
krzemionki - MINERALIZACJA
 lignina - ZDREWNIENIE
Silny rozrost wtórnych ścian komórkowych prowadzi do śmierci komórki. Ściana spełnia
głównie funkcję wzmacniającą (np. korek, drewno, sklerenchyma – twardzica).
Protoplasty komórek mogą łączyć się ze sobą, dzięki specjalnemu systemowi jamek w
ścianie komórkowej. Fragmenty protoplastu, które przenikają przez jamki ściany
komórkowej nazywamy plazmodermami. Protoplasty łączą się ze sobą w celu
transportowania jonów i innych cząsteczek, niestety również wirusów.
PROCES PLAZMOLIZY
Proces plazmolizy polega na odstawaniu błony komórkowej wraz z protoplastem od ściany
komórkowej wskutek osmotycznego odpływu wody z komórki.
Roztwór izotoniczny – roztwór, który w kontakcie z innym roztworem przez błonę
półprzepuszczalną zachowuje z nim równowagę osmotyczną
Przepływ wody
A
B
roztwór hipertoniczny roztwór hipotomiczny
(wyższe stężenie)
(niższe stężenie)
RODZAJE PLAZMOLIZY
plazmoliza kątowa
plazmoliza wklęsła
plazmoliza wypukła
Pomiędzy ścianą komórkową a protoplastem znajduje się roztwór np. NaCl albo sacharozy,
ponieważ błona komórkowa jest selektywna i nie przepuszcza wszystkich substancji. Jeżeli
stężenie tego roztworu jest większe niż w komórce to woda przepłynie z komórki do tego
roztworu powodując odstawanie protoplastu i błony komórkowej od ściany.
Procesem odwrotnym do plazmolizy jest deplazmoliza. Zachodzi ona jeżeli umieścimy
komórkę w roztworze hipotonicznym. Nie oznacza to, że plazmoliza zawsze jest procesem
odwracalnym. Można ją odwrócić jedynie, gdy nie dojdzie do obumarcia części żywej.
Doświadczenie: projekt oceny stężenia substancji w soku komórkowym
RYBOSOMY
Rybosomy to jedyne nieobłonione struktury komórkowe. Występują w postaci wolnej w
cytoplazmie, bądź też są połączone z siateczką śródplazmatyczną szorstką. U eukariontów
występują również w mitochondriach i chloroplastach. U prokariontów swobodnie pływają
w cytozolu lub też związane są z wewnętrzną warstwą błony komórkowej.
Są bardzo liczne w komórkach – jest ich ponad kilkadziesiąt tysięcy. Mimo niewielkich
rozmiarów stanowią 25 % masy komórki.
Chemicznie składają się z białek i rRNA (rybosomalnego RNA).
Rybosomy składają się z dwóch podjednostek połączonych jedynie podczas translacji:
 u prokariontów występują rybosomy 70 S o podjednostkach
50 S (34 białka i 2 cząsteczki rRNA) i 30 S (21 białek i jedna cząsteczka rRNA)
 u eukariontów występują rybosomy 80 S o podjednostkach
60 S (49 białek i 3 cząsteczki rRNA) i 40 S (33 białka i jedna cząsteczka rRNA)
Rybosomy mitochondrialne i chloroplastowe również składają się z 2 podjednostek –
łącznie 70 S.
Do każdego rybosomu mogą się przyłączyć 1 cząsteczka mRNA i 3 cząsteczki tRNA:
 tRNA – transportujący RNA
 mRNA - matrycowy RNA
PLASTYDY
Plastydy występują jedynie w komórkach roślin i samożywnych protista.
PLASTYDY
CHROMATOFORY (barwne)
nieaktywne w procesie
aktywne w procesie
fotosyntezy
fotosyntezy
 chromoplasty
(nadają barwę owocom,
kwiatom i korzeniom,
zawierają karoten i
ksantofil)
 chloroplasty
(zawierają różnego
rodzaju chlorofil)
LEUKOPLASTY (bezbarwne)
uczestniczą w gromadzeniu
substancji zapasowych
(magazynują skrobię przekształconą z glukozy)
Chloroplasty są osłonięte podwójną błoną białkowo-lipidową. Mają za zadanie
zamienienie energii słonecznej w energię wiązań chemicznych. Barwnik – chlorofil
znajduje się w błonie tylakoidu. Tylakoidy są tworzone przez błonę wewnętrzną
(wpuklenia błony do środka). Te układają się w stosy zwane granami, które są
połączone ze sobą przez lumelle. Zewnętrzna błona chloroplastu jest z kolei gładka i
łatwo przepuszczalna. Przestrzeń pomiędzy tylakoidami wypełnia stroma – koloid
złożony z białek enzymatycznych, rybosomów oraz materiału DNA.
Faza jasna fotosyntezy zachodzi w błonie tylakoidów, natomiast faza ciemna w
stromie.
MITOCHONDRIUM
Mitochondria są osłonięte podwójną błoną białkowo-lipidową. Występują we
wszystkich komórkach organizmów tlenowych prócz erytrocytów. Zewnętrzna błona
jest gładka i w pełni przepuszczalna dla jonów. Błona wewnętrzna jest zdecydowanie
bardziej pofałdowana, a jej wpuklenia do wewnątrz mitochondriom nazywamy
grzebieniami mitochondrialnymi. W niej też znajduje się o wiele więcej białek, które
biorą udział w łańcuchu oddechowym oddychania komórkowego. Im większe w
komórce jest zapotrzebowanie na energię tym błona wewnętrzna jest bardziej
pofałdowana, bo wtedy proces może zachodzić na większej powierzchni. Wewnątrz
mitochondriom znajduje się matrix będące koloidem zawierającym bardzo wiele
białek enzymatycznych, z których znaczna część kodowana jest przez
mitochondrialne DNA.
Mitochondria mają za zadanie przekształcenie energii uzyskanej z przekształcania
cząsteczek pokarmowych na energię wiązań chemicznych w ATP. Jest to proces
stopniowy, powolny i wieloetapowy. Na grzebieniu mitochondrialnym dochodzi do
transportu wodoru i elektronów, a ostatnim ich akceptorem jest tlen. Cała reakcja
jest bardzo egzoenergetyczna.
Liczba mitochondriów w komórkach:
 wątroba (1000-2000)
 plemniki (kilkadziesiąt – u podstawy witki co umożliwia ruch)
 tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana (najwięcej)

CYTOSZKIELET
Cytozol – substancja wypełniająca środowisko wewnętrzne komórki, jest roztworem
koloidalnym (półpłynnym), w którym znajduje się wiele związków nieorganicznych,
białek, lipidów, cukrów, kwasów tłuszczowych, aminokwasów i soli mineralnych
(Ca, Mg, Na)
Funkcja: cytozol jest doskonałym środowiskiem dla zachodzenia wielu reakcji
chemicznych
Cytoszkielet – posiadana przez komórki roślinne i zwierzęce sieć białkowych włókien,
które tworzą strukturę przestrzenną w cytoplazmie
Funkcja: nadaje elastyczność komórce, umożliwiając ruch
Istnieją trzy rodzaje włókien białkowych:
MIKROFILAMENTY
(filamenty aktynowe)
tworzą pęczki, skupiska i
sieci, rzadko występują
pojedynczo
umożliwiają zmiany
kształtu komórki, a dzięki
temu także ruchy
pełzakowate
FILAMENTY POŚREDNIE
najbardziej wytrzymałe i
sztywne z filamentów, ich
średnica i grubość są
większe niż u
mikrofilamentów, ale
mniejsze niż u mikrotubul
bardzo dużo w komórkach
nabłonkowych i
mięśniowych – chronią
podczas rozciągania,
chronią również wypustki
komórek nerwowych,
tworzą również blaszkę
jądrową – warstwę
ochronną wokół jądra
komórkowego
MIKROTUBULE
(filamenty tubulinowe)
są zbudowane z
podjednostek ά i β, mogą
zmieniać swoją długość
umożliwiają transport
substancji w komórce,
budują rzęski i wici,
powstają w organellach
zwanych centrosomami
(w pobliżu jądra
komórkowego w podziale
mitotycznym i
mejotycznym)
Ruchy cytoplazmy:
 CYRKULACYJNY (komórki mające wiele wakuoli)
 PULSACYJNY (ruch raz w jedną, raz w drugą stronę)
 ROTACYJNY (cytoplazma krąży wokół jednej dużej wakuoli)
TEORIA ENDOSYMBIOZY
Komórka eukariotyczna pochodzi od komórek prokariotycznych. Natomiast mitochondria i
chloroplasty to odpowiednio przekształcone bakterie tlenowe i samożywne sinice.
Dowody na pochodzenie chloroplastów i mitochondriów:
 Obecność własnego DNA różniącego się od DNA eukarionty, a podobnego do DNA
prokarionta
 Obecność rybosomów
 Samodzielna produkcja niektórych białek
 Tworzenie się mitochondriów i chloroplastów przez podział już istniejących organelli
(podział organelli półautonomicznych i jądra komórkowego nie zachodzi w tym
samym czasie)
JĄDRO KOMÓRKOWE
Jądro komórkowe występuje pojedynczo we wszystkich komórkach eukariotycznych, jest
największym organellum, położonym centralnie.
WYJĄTKI:
Erytrocyty – brak jądra
Tkanka mięśniowa poprzecznie prążkowana –
wiele jąder
Komórczaki np. pleśniak – wiele jąder
Budowa : jądro komórkowe otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową zwaną
otoczką jądrową. Umożliwia ona transport cytoplazmy do wnętrza jądra – znajdują się w
niej liczne pory. Otoczka pochodzi od retikulum endoplazmatycznego szorstkiego,
natomiast błona wewnętrzna jest gładka.
Kariolimfa zwana jest inaczej sokiem jądrowym – jest koloidem, w którym znajdują się
białka enzymatyczne odpowiadające za syntezę DNA i RNA, a także materiał genetyczny,
który tworzy strukturę chromatyny, czyli DNA powiązanego z białkami histonowymi.
Chromatyna jest połączona z błoną wewnętrzną tzw. blaszką środkową zbudowaną z
filamentów pośrednich. Dzięki temu jądro nabywa ściśle określony kształt, a sama blaszka
uczestniczy we fragmentacji i odbudowie w czasie podziałów.
Jąderko to zagęszczona i skondensowana chromatyna, odpowiedzialna za syntezę rRNA.
Rola jądra:
 przechowywanie, powielanie i przekazywanie materiału genetycznego do komórek
potomnych
 przekazywanie materiału genetycznego z pokolenia na pokolenie dzięki udziałowi w
tworzeniu gamet
 sterowanie podstawowymi procesami w komórce poprzez regularne odczytywanie
informacji genetycznej i przepisywaniu jej podczas biosyntezy białek