Komórka

Cytozol

wodny, koloidalny roztwór, wypełnia komórki, środowisko licznych reakcji biochemicznych, pośredniczy w transporcie substancji między organellami oraz między organellami a środowiskiem zewnętrznym

Jądro komórkowe

zawiera DNA (materiał genetyczny), powiela i przekazuje materiał genetyczny komórkom potomnym, kontroluje przebieg procesów życiowych komórki, otoczone dwiema błonami

Mitochondria

zachodzi w nich oddychanie tlenowe, uwalniają energię, gromadzą energię w postaci ATP, otoczone dwiema błonami

Chloroplasty

zachodzi w nich fotosynteza, otoczone dwiema błonami

Siateczka śródplazmatyczna szorstka (RER)

pokryta rybosomami, które syntetyzują białka o określonej strukturze pierwszorzędowej, w jej cysternach białka przyjmują strukturę trzeciorzędową, pęcherzyki transportują białka do aparatu Golgiego, otoczona jedną błoną

Siateczka śródplazmatyczna gładka (SER)

miejsce syntezy lipidów i kwasów tłuszczowych, magazynowania jonów oraz detoksykacji substancji toksycznych, otoczona jedną błoną

Aparat Golgiego

odpowiada za modyfikowanie, sortowanie i transport białek, najwięcej aparatów Golgiego znajduje się w komórkach wydzielniczych, otoczony jedną błoną

Lizosomy

zachodzi w nich trawienie wewnątrzkomórkowe m.in. zużytych lub uszkodzonych organelli komórki, otoczone jedną błoną

Peroksysomy

miejsce zachodzenia reakcji utleniania różnych związków oraz neutralizacji reaktywnych form tlenu, neutralizują m.in. leki oraz związki szkodliwe, rozkładają kwasy tłuszczowe do jednostek dwuwęglowych, wytwarzają mielinę, otoczone jedną błoną

Wakuole

odpowiadają za stopień uwodnienia komórek (jędrność, turgor), magazynują jony i substancje zapasowe (cukry, białka), gromadzą glikozydy (barwa kwiatów i owoców) oraz alkaloidy i garbniki (funkcje obronne; działanie trujące, odstraszające), otoczone jedną błoną

Rybosomy

przeprowadzają syntezę białek, nieotoczone błoną, dzielimy je na:

• typu eukariotycznego (80S) - występują w cytozolu jako rybosomy wolne lub na powierzchni błon RER jako rybosomy związane,

• typu prokariotycznego (70S) - występują w cytozolu komórek prokariotycznych

Centrosomy

uczestniczą w podziałach komórek, nieotoczone błoną

Chromosom bakteryjny

koliście zamknięta cząsteczka DNA zlokalizowana w obszarze cytozolu zwanym nukleoidem

Plazmidy

małe, koliste cząsteczki DNA

Tylakoidy (chromatofory)

struktury zawierające barwniki fotosyntetyczne, umożliwiające zachodzenie fotosyntezy, występują tylko u autotroficznych bakterii fotosyntetyzujących

Cechy wspólne komórek prokariotycznych i eukariotycznych:

• oddzielone od otoczenia błoną komórkową, często też ścianą komórkową,

• ich wnętrze wypełnia cytozol,

• DNA jako materiał genetyczny,

• zawierają rybosomy

Cechy charakterystyczne dla komórek prokariotycznych:

• ściany komórkowe zbudowane z mureiny,

• DNA ma postać kolistych cząsteczek

• brak systemu błon śródplazmatycznych

Cechy charakterystyczne dla komórek eukariotycznych:

• ściany zbudowane z celulozy lub chityny,

• DNA w postaci liniowych cząsteczek oddzielonych od cytozolu otoczką jądrową,

• występowanie licznych błon śródplazmatycznych

Materiał zapasowy komórek roślinych to:

skrobia

Materiał zapasowy komórek zwierzęcych to:

glikogen

Materiał zapasowy komórek grzybowych to:

glikogen

Znaczenie występowania przedziałów komórkowych

W organellach komórkowych otoczonych błonami panują odmienne warunki i odbywają się inne procesy. Przedziały komórki zapewniają rozdział przestrzenny procesów metabolicznych, dzięki czemu komórka funkcjonuje bez zakłóceń.

Błony komórkowe

oddzielają wnętrze komórek od środowiska zewnętrznego

Błony śródplazmatyczne

tworzą w komórkach odrębne przedziały o różnych właściwościach

Funkcje błon biologicznych:

• naturalne bariery ochronne zabezpieczające komórki i organelle przed zmianami składu chemicznego, uszkodzeniami mechanicznymi lub wnikaniem drobnoustrojów chorobotwórczych,

• odbierają sygnały z otoczenia i przekazują je do wnętrza komórek lub organelli,

• pośredniczą w wymianie substancji między środowiskami, które rozdzielają

Budowa błon biologicznych

• dwuwarstwa lipidowa (fosfolipidy, glikolipidy),

• białka błonowe (lipoproteiny, glikoproteiny),

• cholesterol - usztywnia dwuwarstwę,

• glikokaliks (płaszcz cukrowcowy) - chroni komórkę przed uszkodzeniami chemicznymi i mechanicznymi, odgrywa ważną rolę w rozpoznawaniu się komórek

Właściwości błony komórkowej

• płynność błony (bardziej płynna = bardziej przepuszczalna):

  • krótsze łańcuchy = większa płynność błony,

  • więcej wiązań nienasyconych = większa płynność błony,

  • obecność steroidów zmniejsza płynność błony

• asymetria błony - inny skład chemiczny warstw lipidowych dwuwarstwy,

• półprzepuszczalność błony - tylko niektóre substancje mogą przez nie swobodnie przenikać

Podział białek błonowych ze względu na sposób związania z dwuwarstwą lipidową:

• białka integralne - mają części hydrofobowe i hydrofilowe:

  • transbłonowe,

  • nieprzebijające błony,

• białka powierzchniowe - właściwości hydrofilowe: nie wnikają do dwuwarstwy

Podział białek błonowych ze względu na pełnione funkcje

transportujące, kotwiczące, receptorowe, enzymatyczne

Białka transportujące

umożliwiają wymianę substancji między komórką a jej otoczeniem

Białka kotwiczące

zwiększają odporność mechaniczną błony

Białka receptorowe

odbiera sygnały ze środowiska zewnętrznego lub od innych komórek

Białka enzymatyczne

przyspieszają przebieg reakcji zachodzących w komórce

Osmoza

odmiana dyfuzji prostej polegająca na przenikaniu wody przez błonę biologiczną z roztworu o mniejszym stężeniu substancji rozpuszczonych do roztworu o ich większym stężeniu

Roztwór hipertoniczny

roztwór o wyższym stężeniu substancji osmotycznie czynnych (większym ciśnieniu osmotycznym) niż oddzielony od niego błoną półprzepuszczalną roztwór odniesienia

Roztwór hipotoniczny

roztwór o niższym stężeniu substancji osmotycznie czynnych niż roztwór odniesienia

Roztwór izotoniczny

roztwór o takim samym stężeniu substancji osmotycznie czynnych jak roztwór odniesienia

Transport bierny

zgodny z gradientem stężeń, nie wymaga nakładu energii, może zachodzić bezpośrednio przez dwuwarstwę lipidową lub z udziałem białek błonowych (dyfuzja prosta, dyfuzja ułatwiona)

Dyfuzja prosta

• transport bezpośrednio przez dwuwarstwę lipidową,

• transport małych cząsteczek niepolarnych, np. tlenu

Dyfuzja ułatwiona

• transport z udziałem białek błonowych,

• transport jonów nieorganicznych oraz niewielkich polarnych cząsteczek związków chemicznych, np. aminokwasy, glukoza

Transport czynny (aktywny)

odbywa się wbrew gradientowi stężeń, wymaga nakładu energii, zachodzi z udziałem białek błonowych

Plazmoliza

zjawisko odstawania protoplastu od ściany komórkowej obserwowane po umieszczeniu komórki w roztworze hipertonicznym

Deplazmoliza

powrót splazmolizowanej komórki do stanu sprzed plazmolizy po umieszczeniu jej w wodzie lub roztworze hipotonicznym

Roztwór izotoniczny (przebieg osmozy)

Ilość wody wpływającej do komórki jest taka sama jak ilość wody wypływającej

Roztwór hipertoniczny (przebieg osmozy)

KOMÓRKA ZWIERZĘCA: oddaje osmotycznie wodę do otoczenia, wskutek czego się kurczy i rozpada

KOMÓRKA ROŚLINNA: oddaje osmotycznie wodę do otoczenia, co powoduje odwodnienie cytozolu i zmniejszenie wakuoli, skutkiem jest plazmoliza

Roztwór hipotoniczny (przebieg osmozy)

KOMÓRKA ZWIERZĘCA: pobiera osmotycznie wodę z otoczenia, pęcznieje i pęka

KOMÓRKA ROŚLINNA: pobiera osmotycznie wodę z otoczenia aż do osiągnięcia stanu maksymalnej jędrności, przestaje pobierać wodę ponieważ nie pozwala jej na to sztywna ściana komórkowa

Transport pęcherzykowy

Polega na przenoszeniu ładunków za pomocą pęcherzyków utworzonych z fragmentów błon biologicznych

• endocytoza: fagocytoza, pinocytoza

• egzocytoza

Endocytoza

• transport substancji do wnętrza komórki,

  • sposób odżywiania się niektórych organizmów

Egzocytoza

• transport substancji na zewnątrz komórki,

  • w ten sposób transportowane są lipidy i białka, hormony, śluzy i enzymy trawienne

Fagocytoza

proces pobierania przez komórkę drobnych, nierozpuszczalnych cząstek

Pinocytoza

proces pobierania przez komórkę małych kropli płynów

Budowa jądra komórkowego

• jąderko,

• chromatyna,

• otoczka jądrowa,

• pory jądrowe,

• kariolimfa

Jąderko

część chromatyny, zawiera geny kodujące rRNA, zachodzi tam synteza rRNA i jego łączenie się z białkami — powstają podjednostki rybosomów

Chromatyna

forma upakowania DNA u organizmów eukariotycznych, w której liniowe cząsteczki DNA są nawinięte na białka histonowe, tworzy chromosomy w czasie podziału komórki

Otoczka jądrowa

dwie błony oddzielające wnętrze jądra komórkowego od cytozolu

Pory jądrowe

białkowe kompleksy w otoczce jądrowej, odpowiadają za transport substancji między wnętrzem jądra a cytozolem

Kariolimfa

płyn wypełniający jądro, który zawiera białka enzymatyczne i RNA

Rodzaje chromatyny

• eurochromatyna,

• heterochromatyna

Eurochromatyna

• zawiera aktywne geny,

• zbudowana z luźno upakowanych włókien,

• jej struktura ulega rozluźnieniu podczas odczytywania informacji zawartej w genach

Heterochromatyna

• zawiera nieaktywne geny i większość pozagenowego DNA,

• zbudowana ze ściśle upakowanych włókien

Transport przez pory jądrowe

• większa aktywność metaboliczna komórki = więcej porów,

• jądro → cytozol: mRNA, tRNA, podjednostki rybosomów,

• cytozol → jądro: białka histonowe, enzymy, wolne nukleotydy

Cytoszkielet

skomplikowana, dynamiczna sieć włókien utworzona przez białka włókienkowe

Elementy cytoszkieletu:

• filamenty aktynowe (mikrofilamenty),

• filamenty pośrednie,

• mikrotubule

Filamenty aktynowe

• aktyna,

• występują głównie pod błoną komórkową,

• umożliwiają kontrolowanie kształtu komórki,

• nadają błonie wytrzymałość mechaniczną,

• umożliwiają ruch pełzakowaty komórek,

• uczestniczą w skurczu włókien mięśniowych,

• pozwalają na ruch w obrębie komórki

Filamenty pośrednie

• różne białka, np keratyna,

• tworzą gęstą sieć od jądra komórkowego do błony komórkowej,

• pełnią funkcje wzmacniające, zwiększają wytrzymałość mechaniczną komórki, np. na pękanie podczas rozciągania,

• wzmacniają wewnętrzną powierzchnię otoczki jądrowej oraz stabilizują włókna chromatyny

Mikrotubule

• tubulina,

• dynamiczne struktury,

• utrzymują organelle komórkowe w odpowiednim położeniu,

• tworzą szlaki transportu wewnątrzkomórkowego,

• tworzą wrzeciono podziałowe podczas podziału komórek,

• budują rusztowanie rzęsek i wici w komórkach eukariotycznych

Centriole

organelle zbudowane z mikrotubul ułożonych w formie cylindra, dwie centriole tworzą centrosom

Wici i rzęski

to cytoplazmatyczne wypustki okryte błoną komórkową

Organelle półautonomiczne

organelle, które są częściowo niezależne od jądra komórkowego. Mają własne DNA i rybosomy, dzięki czemu same syntetyzują część białek niezbędnych do ich funkcjonowania. Należą do nich mitochondria i plastydy

Teoria endosymbiozy

dotyczy powstania komórek eukariotycznych, zakłada, że komórki te powstały w wyniku wchłonięcia komórek prokariotycznych (bakterii tlenowych) przez cudzożywną komórkę. Bakterie te nie zostały strawione: stały się symbiontami, a następnie przekształciły się w mitochondria i plastydy

Cechy mitochondriów i plastydów potwierdzające teorię endosymbiozy

• występowanie kolistego DNA, który nie jest związany z białkami histonowymi,

• obecność rybosomów o budowie podobnej do rybosomów prokariotycznych,

• obecność dwóch błon otaczających te organelle i przypominających budową błony komórek prokariotycznych,

• powstawanie nowych mitochondriów i plastydów przez podział już istniejących

Budowa mitochondrium

• zewnętrzna błona,

• wewnętrzna błona,

• matriks,

• przestrzeń międzybłonowa,

• DNA,

• rybosomy

Zewnętrzna błona mitochondrium

jest gładka i przepuszczalna dla wielu związków oraz jonów

Wewnętrzna błona mitochondrium

jest pofałdowana i tworzy grzebienie mitochondrialne, w jej skład wchodzą białka, które odpowiadają za transport substancji

Matriks mitochondrium

zawiera liczne enzymy, rybosomy i DNA

Przestrzeń międzybłonowa

wypełnia ją płyn o składzie jonowym zbliżonym do składu cytozolu

Podział plastydów

• plastydy barwne: chloroplasty, etioplasty, chromoplasty,

• plastydy bezbarwne (leukoplasty): amyloplasty, elajoplasty

Przekształcenia plastydów

proplastydy → chromoplasty, etioplasty, leukoplasty,

proplastydy + uv → chloroplasty
etioplasty + uv → chloroplasty
leukoplasty + uv → chloroplasty
chromoplasty ←→ chloroplasty

Budowa chloroplastu

• zewnętrzna błona,

• wewnętrzna błona,

• stroma chloroplastu,

• ziarna skrobi,

• DNA,

• rybosomy,

• tylakoidy stromy,

• tylakoidy gran

Zewnętrzna błona chloroplastu

jest gładka i przepuszczalna dla wielu substancji chemicznych

Wewnętrzna błona chloroplastu

jest przepuszczalna tylko dla niektórych substancji, wnika do stromy tworząc tylakoidy

Stroma chloroplastu

zawiera enzymy, rybosomy, DNA oraz ziarna skrobi

Tylakoidy

w ich błonach znajdują się barwniki fotosyntetyczne, przenośniki elektronów oraz enzymy. Tylakoidy dzielimy na: tylakoidy stromy i tylakoidy gran

Proplastydy

• słabo rozwinięty system błon wewnętrznych,

• zawierają żółty barwnik - protochlorofilid,

• powstają z nich inne typy plastydów,

• występują w tkankach merystematycznych

Chloroplasty

• silnie rozwinięty system błon wewnętrznych,

• zawierają zielony barwnik - chlorofil - i barwniki pomocnicze - ksantofile, karoteny,

• przeprowadzają fotosyntezę,

• występują w komórkach miękiszu asymilacyjnego

Etioplasty

• słabo rozwinięty system błon wewnętrznych,

• zawierają żółty barwnik - protochlorofilid,

• przekształcają się w chloroplasty,

• występują w komórkach miękiszu liści i łodyg

Chromoplasty

• słabo rozwinięty system błon wewnętrznych,

• zawierają barwniki karotenoidowe - karoteny, ksantofile,

• nadają barwę kwiatom i owocom,

• występują w komórkach miękiszu kwiatów i owoców

Leukoplasty

• słabo rozwinięty system błon wewnętrznych,

• nie zawierają barwników,

• amyloplasty magazynują skrobię, elajoplasty magazynują substancje zapasowe w postaci tłuszczów

• występują w komórkach miękiszu wypełniającego

Rybosomy mitochondrialne i chloroplastowe

• budową przypominają chromosomy prokariotyczne,

• mniejsze od rybosomów wolnych i związanych,

• ROŚLINY: rybosomy chloroplastowe – 70S, rybosomy mitochondrialne – 78S,

• SSAKI: rybosomy mitochondrialne – 55S

Funkcje ściany komórkowej

• nadaje komórce kształt,

• chroni komórkę przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz przed pęknięciem w środowisko hipotonicznym,

• zabezpiecza komórkę przed wnikaniem drobnoustrojów chorobotwórczych,

• bierze udział w transporcie wody

Budowa ściany komórkowej

• cząsteczki celulozy tworzą fibrylę elementarną,

• kilka fibryli elementarnych → mikrofibryla (podstawowa jednostka strukturalna),

• mikrofibryle łączą się ze sobą → makrofibryle (włókna celulozowe),

• makrofibryle układają się w przestrzenną sieć, której wolne miejsca są wypełnione przez pektyny, hemicelulozy, wodę

Ściana komórkowa pierwotna

• okrywa młode, rosnące komórki roślin,

• mała zawartość celulozy, duża zawartość wody, hemiceluloz, pektyn i białek,

• cienkie, nieregularnie rozmieszczone włókna celulozowe

Ściana komórkowa wtórna

• okrywa wyrośnięte i wyspecjalizowane komórki roślin,

• duża zawartość celulozy, mniejsza zawartość wody i białek,

• budowa warstwowa

Wtórne zmiany ściany komórkowej roślin

inkrustacja (wysycanie) i adkrustacja (powlekanie)

Inkrustacja

wnikanie substancji do przestrzeni między włóknami celulozowymi, substancje odkładane:

• lignina (drzewnik) - nadaje ścianom sztywność, umożliwia pionowy transport wody w roślinie,

• krzemionka (SiO₂) - wzmacnia roślinę i zwiększa jej odporność na ataki patogenów i roślinożerców

Adkrustacja

odkładanie się substancji na powierzchni ściany komórkowej, substancje odkładane:

• kutyna - zabezpiecza przed nadmiernym parowaniem wody,

• suberyna - nadaje ścianom sztywność, zapobiega przenikaniu wody,

• śluzy - chłoną wodę,

• gumy - wydzielane przez drzewa w miejscach zranień

Połączenia międzykomórkowe u roślin

• blaszka środkowa - spaja sąsiadujące ze sobą komórki, znajduje się między ścianami pierwotnymi, zbudowana z pektyn,

• plazmodesmy - cytoplazmatyczne połączenia międzykomórkowe otoczone błoną komórkową, łączą siateczki śródplazmatyczne, transportują niektóre związki

Połączenia międzykomórkowe u zwierząt

• zamykające,

• desmosomy,

• szczelinowe (neksus)

Połączenia zamykające

• uszczelniają warstwę nabłonka - izolują wewnętrzne środowisko narządu od jego otoczenia,

• występują tylko w tkance nabłonkowej,

• znajdują się w szczytowych częściach komórek

Desmosomy

• łączą sąsiednie komórki tkanek w sposób mechaniczny,

• połączone są z nimi filamenty pośrednie cytoszkieletu - powstaje wytrzymała sieć,

• półdesmosomy łączą filamenty pośrednie z błoną podstawną, co zapewnia integralność komórki