Komórka - Strefa.pl
advertisement
Jak zbudowane są komórki organizmów? Komórkowa teoria budowy organizmów • Na początku XIX wieku Theodor Schwann i Matthias Schleiden sformułowali teorię komórkowej budowy organizmów: 1. Wszystkie organizmy zbudowane są z komórek. 2. Komórka jest podstawową jednostką strukturalną i funkcjonalna każdego organizmu. • Teoria ta dała podstawy do rozwoju współczesnej biologii. Komórka to podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna każdego organizmu, zdolna do spełniania różnych funkcji życiowych, tj. oddychania, odżywiania, rozmnażania , wzrostu. Kształt komórki może być bardzo różny. Pierwotnie kształt ten zbliżony jest do kuli, ale komórki wyspecjalizowane, wchodzące w skład tkanek mają bardzo różnorodne kształty, co wiąże się z pełniona przez nie funkcja. Wielkość komórek waha się najczęściej w granicach od kilku do kilkudziesięciu μm. Najmniejsze komórki to komórki bakterii (0,2 μm), największe to u roślin włókna indyjskiej rośliny rami (do 50 μm), a u zwierząt komórka strusiego jaja o średnicy 30 cm. Komórki nerwowe u dużych zwierząt mogą osiągać długość do 1m. Komórki zasadniczo dzieli się na: - prokariotyczne (bezjądrzaste) - eukariotyczne (jądrzaste). KOMÓRKA prokariotyczna Nieposiadająca jądra komórkowego. Zamiast jądra występuje nukleoid –obszar zawierający nić DNA, nieoddzielony od cytoplazmy żadną błoną. Komórka ta ma prosta budowę, spotykana jest u bakterii i sinic. eukariotyczna Posiadająca jądro komórkowe oraz liczne organella komórkowe. Ten typ komórki stanowi podstawę budowy wszystkich organizmów wielokomórkowych i większości jednokomórkowych (wyjątek bakterie i sinice). • Prokariotyczna - bakteryjna • Eukariotyczna - roślinna - grzyba - zwierzęca Ściana komórkowa • Nadaje kształt komórce • Chroni wnętrze komórki przed niekorzystnym wpływem czynników środowiska • Umożliwia kontakt z sąsiednimi komórkami, dzięki obecności w niej jamek • Jest martwym elementem komórki Plasmodesma– połączenie międzykomórkowe występujące w komórce roślinnej (oraz w komórkach grzybów, sinic i bakterii), pasma cytoplazmy i siateczki śródplazmatycznej (retikulum endoplazma tyczne) przechodzące przez szczeliny (jamki) w ścianie komórkowej. Plasmodesmy łączą ze sobą protoplasty komórek, które sąsiadują ze sobą. Dzięki nim komórki w łatwy sposób mogą wymieniać pomiędzy sobą różne substancje. Błona komórkowa (plazmalemma) Budowę błony komórkowej wyjaśnia model płynnej mozaiki. Podstawę (zrąb) tworzy podwójna warstwa fosfolipidów (1), których „głowy” (2) zwrócone są na zewnątrz w stronę środowiska wodnego, natomiast łańcuchy kwasów tłuszczowych (3) skierowane są do wewnątrz. W zrębie i na powierzchni rozmieszczone są mozaikowo różnego rodzaju białka (4), np. wzmacniające, transportowe, receptorowe. Błona komórkowa • Jest wybiórcza – selektywna. Oznacza to, że woda i substancje drobnocząsteczkowe rozpuszczalne w tłuszczach przenikają przez błonę swobodnie, natomiast nawet niewielkie cząsteczki rozpuszczalne w wodzie przenikają słabo, a substancje wielkocząsteczkowe, takie jak białka, czy kwasy nukleinowe – wcale. • Jest elastyczna oraz ma półpłynną konsystencję, dzięki czemu możliwa jest zmiana kształtu komórek. • Jest wrażliwa na bodźce – ma zdolność odbierania sygnałów ze środowiska zewnętrznego. Funkcje: • oddziela komórkę od środowiska pozakomórkowego • otacza wszystkie składniki komórki • pełni funkcję ochronną • odpowiada za wrażliwość Rodzaje transportu substancji przez błonę • Dyfuzja prosta - jest to proces bierny (nie wymagający nakładu energii z zewnątrz) w wyniku którego cząsteczki roztworu przemieszczają się zgodnie z gradientem stężeń (z obszaru o większym stężeniu (A) do obszaru o mniejszym stężeniu (B) ). Takie właściwości mają cząstki O2, CO2. Ruch cząsteczek ustaje po wyrównaniu się ich stężenia w roztworze. A B Rodzaje transportu substancji przez błonę Dyfuzja ułatwiona (wspomagana) - polega na transporcie cząsteczek zgodnie z gradientem stężeń, za pomocą specjalnych przenośników (1). Proces ten umożliwia przechodzenie przez błonę cząstek, które ze względu na wielkość nie mogą przechodzić przez błonę na drodze dyfuzji prostej (wiele jonów i substancji odżywczych). Dyfuzja wspomagana nie wymaga nakładu energii! Za pomocą dyfuzji wspomaganej odbywa się transport glukozy przez błonę krwinek czerwonych i mięśni szkieletowych. 1 Rodzaje transportu substancji przez błonę Transport aktywny transport substancji wbrew gradientowi stężeń z wykorzystaniem energii (1) pochodzącej bezpośrednio z rozkładu ATP. 1 Cytoplazma • • • • Wypełnia wnętrze komórki Jest substancją galaretowatą, elastyczną, lepką, ciągliwą Głównym jej składnikiem jest woda, a także białka, tłuszcze, węglowodany i związki mineralne Jest środowiskiem wszystkich procesów życiowych Ruch rotacyjny cytozolu wokół wakuoli Ruch pulsacyjny cytozolu wokół wakuoli Ruch cyrkulacyjny cytozolu wokół wakuoli Organelle komórkowe A teraz o budowie komórki eukariotycznej i funkcjach poszczególnych jej elementów • Każda komórka zawiera liczne struktury, zwane organellami • Organella te są odpowiedzialne za konkretne zadania. • Nie wszystkie one jednak występują w każdej komórce. Komórki wszystkich organizmów, oprócz wielu cech wspólnych, różnią się przede wszystkim występowaniem opisanych dalej struktur komórkowych Jądro komórkowe Składa się z otoczki jądrowej (1), kariolimfy (4), chromatyny (6) oraz jąderka (3). Otoczka jądrowa składa się z dwóch błon plazmatycznych. Jest „poprzebijana” otworami – porami jądrowymi (2), dzięki którym możliwa jest wymiana substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą. Zewnętrzna błona jądrowa przechodzi w błony siateczki śródplazmatycznej szorstkiej (5). Wnętrze jądra wypełnia kariolimfa – sok jądrowy. Tworzy ona płynne środowisko, w którym zanurzona jest chromatyna (6) Jądro komórkowe U zwierząt jest to największa organella. Wnętrze jądra zawiera lepki płyn zwany nukleoplazmą, podobny w składzie do cytoplazmy, znajdującej się na zewnątrz jądra. • Najczęściej ma kształt kulisty i otoczone jest podwójną błoną białkowo-lipidową • Liczne otwory (pory) w błonie jądrowej umożliwiają kontakt z cytoplazmą • Kieruje czynnościami życiowymi komórki • Nadzoruje i uczestniczy w podziale komórki • Jest nośnikiem informacji genetycznej, zawartej w kwasach nukleinowych • Jest żywym elementem komórki Mitochondria • Stanowią centra energetyczne komórki • W nich odbywa się proces oddychania komórkowego • Komórki, w których zachodzą intensywne procesy życiowe, mają dużą liczbę mitochondriów • Są żywym elementem komórki Wakuola (wodniczka) • Stanowi magazyn soku komórkowego, którego głównym składnikiem jest woda i rozpuszczone w niej białka, cukry, barwniki, substancje zapachowe i trujące, np. nikotyna, chinina, kofeina • W młodych komórkach roślinnych występuje kilka drobnych wakuoli, w starszych jedna duża, położona centralnie. • W komórkach zwierzęcych, niezależnie od ich wieku, jest wiele małych wodniczek • Są martwym elementem komórki Plastydy • To organelle typowe dla komórek roślinnych. • Wyróżniamy trzy rodzaje plastydów: 1. chloroplasty –zawierają głównie chlorofil, aktywnie uczestniczą w procesie fotosyntezy chromoplasty – zawierają żółty lub pomarańczowo-czerwony barwnik, nadają barwę kwiatom, owocom, korzeniom (np. marchwi), są nieaktywne fotosyntetycznie 3. leukoplasty – są bezbarwne, uczestniczą w produkcji i magazynowaniu materiałów zapasowych Plastydy mogą przechodzić jedne w drugie, np. chloroplasty w chromoplasty (żółknięcie liści, dojrzewanie jabłek) Są żywymi elementami komórki 2. Siateczka śródplazmatyczna - ER Stanowi złożony, trójwymiarowy system spłaszczonych błon, kanalików i niewielkich pęcherzyków. Występuje w dwóch zasadniczych postaciach: • ER szorstkie – na błonach siateczki znajdują się rybosomy (1); jest miejscem syntezy białek • ER gładkie – nie posiada rybosomów na błonach; jest miejscem syntezy lipidów ER gładkie (agranularne) Na powierzchni zewnętrznych błon nie występują rybosomy. Jej główną funkcją jest synteza lipidów. SER jest szczególnie rozwinięta w komórkach specjalizujących się w syntezie niebiałkowych składników organicznych. Przykładami mogą być: komórki śluzowe żołądka i jelita cienkiego. BŁONY ER ER szorstkie (granularne) Na zewnętrznych powierzchniach błon ER zlokalizowane są rybosomy. Jej główną funkcją jest synteza białek przeznaczonych na „eksport”, stąd też licznie występuje m.in. w: - komórkach nabłonka gruczołowego trzustki (wydzielają enzymy trawienne) - neuronach bez- i kręgowców (o dużej ilości białek przenośnikowych) - komórkach kościotwórczych (wydzielają enzymy pomagające przy rekonstrukcji i przebudowie kości). ER gładkie (agranularne) Na powierzchni zewnętrznych błon nie występują rybosomy. Jej główną funkcją jest synteza lipidów. SER jest szczególnie rozwinięta w komórkach specjalizujących się w syntezie niebiałkowych składników organicznych. Przykładami mogą być: komórki śluzowe żołądka i jelita cienkiego. Rybosomy Są to specjalne organella służące do produkcji białek. Ultrastruktur tych nie oddziela od cytoplazmy żadna błona biologiczna. Z chemicznego punktu widzenia w rybosomach występują dwa zasadnicze składniki: rybosomalny RNA (rRNA) i białka. Każdy kompletny rybosom składa się zawsze z dwóch podjednostek większej i mniejszej. Organella te występują wolno w cytoplazmie oraz jako struktury związane z błonami ER. Aparat Golgiego Jest to system błon złożony z płaskich cystern, rurek i pęcherzyków, blisko związany z siateczką śródplazmatyczną, stanowiący jakby jej przedłużenie pod względem pochodzenia i funkcji. Strukturą podstawową aparatu Golgiego jest diktiosom – stos płaskich woreczków (cystern - 1). Na brzegach cystern tworzą się liczne rozdęcia, które odłączają się następnie w postaci kulistych pęcherzyków – 2 . 1 2 DIKTIOSOM Aparat Golgiego nie występuje u Procayrota. Najlepiej rozwinięty jest natomiast w komórkach wydzielniczych. • Rozpuszczalne białka wchodzą do sieci cis Golgiego poprzez pęcherzyki transportujące (1) pochodzące z ER. Białka wędrują poprzez cysterny (2), poprzez pęcherzyki transportujące, które odrywają się od jednej cysterny i łączą poprzez fuzję z następną. Białka opuszczają sieć trans Golgiego w pęcherzykach transportujących, kierowanych albo do powierzchni komórki, albo do innych przedziałów. RER SER 1 2 CIS 1 1 TRANS BŁONA KOMÓRKOWA • Aparat Golgiego - modyfikacja wytworzonych wcześniej białek Lizosomy Są to niewielkie, kuliste pęcherzyki. Zawierają liczne enzymy zdolne rozłożyć wchłonięte substancje oraz produkty odpadowe. • • • • Rodzaje lizosomów: trawienne – rozkład substancji, magazynujące – magazynowanie substancji, „grabarze” – rozkład obumarłych składników cytoplazmy Sferosomy Są drobnymi (od 0,5 do 1 μm), kulistymi organellami charakterystycznymi dla komórek roślinnych. Wiele danych wskazuje, że są one odpowiednikami lizosomów komórek zwierzęcych. Zawierają lipidy oraz liczne enzymy hydrolityczne. Ich główną funkcją jest: • trawienie wewnątrzkomórkowe, • synteza tłuszczów, • gromadzenie tłuszczów zapasowych. Porównanie budowy komórki bakteryjnej, roślinnej, zwierzęcej i grzybów k. bakteryjna k. roślinna k. zwierzęca k. grzybów Błona komórkowa + + + + cyoplazma + + + + Jądro komórkowe - + + + rybosomy + + + + Siateczka śródplazmatyczna - + + + Ściana komórkowa + + - + wodniczka - + + + mitochondria - + + + chloroplasty - + - - Zadania 1. Jaką komórkę przedstawia schemat zamieszczony obok? Wymień dwie cechy, jej budowy, które zadecydowały o Twoim wyborze. 2. Wymień dwie struktury komórkowe obecne u wszystkich organizmów. 3. Czerwone krwinki nie mają jądra. Jakich czynności w związku z tym nie mogą wykonywać? 4. Podaj jedną różnicę w budowie ściany komórkowej roślin i grzybów. 5. Którą z omawianych struktur można nazwać „fabryką energii” ? Naładowałaś(łeś) już swoją komórkę?
