Wprowadzenie do komórek i ich rodzaje

Komórka to podstawowa jednostka funkcjonalna organizmu, która samodzielnie wykonuje wszystkie czynności życiowe. Organizmy możemy podzielić na jednokomórkowe (zbudowane z jednej komórki), formy kolonijne (zespół połączonych komórek) oraz wielokomórkowe (składające się z wielu komórek).

Organizmy wielokomórkowe dzielimy na plechowe (o ciele niezróżnicowanym) oraz tkankowe (z ciałem wyraźnie podzielonym na tkanki). Rośliny pierwotnie wodne występują jako organizmy jednokomórkowe lub plechowe i ich pozycja systematyczna często jest sporna.

Większość komórek ma niewielkie rozmiary. Jest to istotne, ponieważ w dużych komórkach stosunek powierzchni do objętości jest zbyt mały, co ogranicza transport substancji do i w obrębie komórki.

💡 Mały rozmiar komórek to nie przypadek! Dzięki temu substancje mogą być efektywnie transportowane, a komórka sprawnie funkcjonuje.

Komórki prokariotyczne i eukariotyczne

Komórki dzielimy na dwa główne typy ze względu na obecność jądra komórkowego. Komórki prokariotyczne (archeowce i bakterie) nie mają jądra komórkowego. Ich materiał genetyczny to koliście zamknięta cząsteczka DNA zanurzona bezpośrednio w cytozolu.

Komórki eukariotyczne (roślinne, zwierzęce, grzybowe) posiadają jądro komórkowe, gdzie materiał genetyczny w postaci liniowej cząsteczki DNA jest oddzielony od reszty komórki otoczką jądrową. Dzięki temu DNA jest lepiej chronione.

Komórki zwierzęce to komórki eukariotyczne oddzielone od otoczenia jedynie błoną komórkową, bez ściany komórkowej. Zawierają lizosomy, a ich głównym materiałem zapasowym jest glikogen.

💡 Czy wiesz, że słowo "prokariota" pochodzi od greckiego "pro" (przed) i "karyon" (jądro)? To dlatego, że ewolucyjnie te komórki pojawiły się przed wykształceniem jądra komórkowego!

Budowa komórki zwierzęcej - część 1

Komórka zwierzęca zawiera wiele wyspecjalizowanych struktur. Mitochondrium to organellum, w którym zachodzi oddychanie tlenowe, uwalniające energię niezbędną dla komórki. Cytozol to wodny i koloidalny roztwór różnych substancji, w którym znajdują się włókna cytoszkieletu.

Jądro komórkowe zawiera DNA - materiał genetyczny odpowiadający za cechy organizmu i ich dziedziczność. W komórce znajdziemy też dwa rodzaje siateczki śródplazmatycznej: gładką (miejsce syntezy lipidów, magazynowania jonów i neutralizacji toksyn) oraz szorstką (na jej powierzchni znajdują się rybosomy, jest miejscem syntezy białek błonowych i wydzielniczych).

Rybosomy to struktury zbudowane z rRNA i białek, które przeprowadzają syntezę białek niezbędnych do funkcjonowania komórki.

💡 Mitochondria mają własne DNA i potrafią się dzielić niezależnie od podziałów komórki. Dlatego są nazywane "elektrowniami komórkowymi" o półautonomicznym charakterze!

Budowa komórki zwierzęcej - część 2

W komórce zwierzęcej występują również inne ważne struktury. Wodniczka to niewyspecjalizowany pęcherzyk, pojawiający się okresowo i magazynujący różne substancje. Aparat Golgiego odpowiada za modyfikowanie, sortowanie i transportowanie białek.

Błona komórkowa oddziela wnętrze komórki od środowiska zewnętrznego, kontrolując, co może dostać się do komórki. Centrosom uczestniczy w podziałach komórkowych, a peroksysom jest miejscem utleniania różnych związków i neutralizacji reaktywnych form tlenu.

W komórce zwierzęcej znajduje się też lizosom - organellum, w którym zachodzi trawienie wewnątrzkomórkowe. Lizosomy zawierają enzymy trawiące, które rozkładają niepotrzebne lub uszkodzone elementy komórki.

💡 Gdyby lizosomy pękły i uwolniły swoje enzymy do cytoplazmy, mogłyby strawić całą komórkę! Dlatego nazywa się je czasem "woreczkami samobójczymi" komórki.

Komórka roślinna

Komórki roślinne różnią się od zwierzęcych kilkoma ważnymi cechami. Posiadają ścianę komórkową zbudowaną z celulozy, która nadaje im kształt i chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz wnikaniem drobnoustrojów chorobotwórczych.

W ich wnętrzu znajduje się centralnie położona wakuola, która odpowiada za stan uwodnienia komórek i magazynuje różne substancje. Charakterystyczną cechą komórek roślinnych są chloroplasty - organella, w których zachodzi fotosynteza, proces przekształcania prostych związków nieorganicznych w związki organiczne.

Komórki roślinne mają także struktury wspólne z komórkami zwierzęcymi: siateczkę śródplazmatyczną (szorstką i gładką), cytozol, błonę komórkową, rybosomy, mitochondria, peroksysomy, aparat Golgiego i jądro komórkowe.

💡 Ściany komórkowe roślin mogą zawierać do 70% celulozy - to właśnie ten związek daje drewnu jego wytrzymałość! Dzięki niemu rośliny mogą osiągać nawet 100 metrów wysokości.

Komórka grzybowa

Komórki grzybowe mają cechy zarówno komórek roślinnych, jak i zwierzęcych. Posiadają ścianę komórkową, ale w przeciwieństwie do roślin, jest ona zbudowana z chityny (tego samego materiału, z którego zbudowane są pancerze owadów). Ich materiałem zapasowym jest glikogen, podobnie jak u zwierząt.

W budowie komórki grzybowej znajdziemy elementy występujące również w innych komórkach eukariotycznych: rybosomy, cytozol, jądro komórkowe, siateczkę śródplazmatyczną (szorstką i gładką), aparat Golgiego, peroksysom, błonę komórkową, wakuolę i mitochondrium.

Komórki grzybów tworzą często długie, nitkowate struktury zwane strzępkami, które łączą się w rozgałęzioną sieć - grzybnię. Taka struktura umożliwia im efektywne pobieranie składników odżywczych z podłoża.

💡 Największym organizmem na Ziemi jest prawdopodobnie grzyb - opieńka ciemna w Oregonie, której grzybnia rozciąga się na powierzchni ponad 10 km²!

Komórka prokariotyczna

Komórki prokariotyczne (bakterie i archeowce) charakteryzują się brakiem jądra komórkowego. Od środowiska zewnętrznego oddziela je błona komórkowa, która często tworzy wypuklenia zwiększające jej powierzchnię i umożliwiające wydajne zachodzenie procesów życiowych, np. fotosyntezy. Większość bakterii posiada również ścianę komórkową.

Budowa typowej bakterii heterotroficznej (odżywiającej się gotowymi związkami organicznymi) obejmuje: rzęskę (białkowy twór umożliwiający ruch), otoczkę śluzową (chroniącą przed niekorzystnymi czynnikami), ścianę komórkową (zbudowaną głównie z mureiny), błonę komórkową oraz materiał genetyczny.

Materiał genetyczny bakterii stanowi chromosom bakteryjny - koliście zamknięta cząsteczka DNA zawierająca geny niezbędne do funkcjonowania bakterii. Dodatkowo bakterie mogą posiadać plazmidy - małe koliste cząsteczki DNA z genami odpowiedzialnymi za cechy dodatkowe, np. oporność na antybiotyki.

💡 Bakterie potrafią przekazywać sobie plazmidy (a z nimi odporność na antybiotyki) nawet między różnymi gatunkami! To dlatego tak ważne jest prawidłowe stosowanie antybiotyków.

Komórka bakterii autotroficznej

Oprócz elementów wspólnych dla wszystkich bakterii (takich jak rybosomy, błona komórkowa, ściana komórkowa, chromosom bakteryjny), bakterie autotroficzne (samożywne) posiadają specjalne struktury umożliwiające im samodzielne wytwarzanie materii organicznej.

Niektóre bakterie, zarówno autotroficzne jak i heterotroficzne, mają błonę zewnętrzną występującą na powierzchni ściany komórkowej. Jest to dodatkowa warstwa ochronna, która zwiększa odporność bakterii na czynniki zewnętrzne.

Cechą charakterystyczną bakterii autotroficznych są tylakoidy (chromatofory) - struktury zawierające barwniki fotosyntetyczne, które mogą być połączone lub niepołączone z błoną komórkową. Dzięki nim bakterie te mogą przeprowadzać fotosyntezę i samodzielnie wytwarzać związki organiczne z nieorganicznych.

💡 Sinice (cyjanobakterie) to bakterie autotroficzne, które około 2,5 miliarda lat temu zrewolucjonizowały życie na Ziemi, wytwarzając tlen w procesie fotosyntezy i zmieniając skład atmosfery!

Porównanie komórek prokariotycznych i eukariotycznych

Wszystkie komórki, niezależnie od typu, posiadają pewne cechy wspólne. Są oddzielone od otoczenia błoną komórkową (czasem też ścianą komórkową), ich wnętrze wypełnia cytozol, materiał genetyczny ma postać DNA, a obecność rybosomów umożliwia biosyntezę białek.

Istnieją jednak istotne różnice między komórkami prokariotycznymi a eukariotycznymi:

Komórki prokariotyczne mają ściany komórkowe zbudowane z peptydoglikanu (mureiny). Ich DNA występuje w postaci kolistych cząsteczek znajdujących się bezpośrednio w cytozolu. Nie posiadają systemu błon śródplazmatycznych dzielących komórkę na przedziały.

Komórki eukariotyczne mają ściany komórkowe zbudowane z polisacharydów (celuloza u roślin, chityna u grzybów). Ich DNA ma postać liniowych cząsteczek oddzielonych od cytozolu otoczką jądrową. Posiadają liczne błony śródplazmatyczne dzielące komórkę na przedziały o różnej budowie i funkcjach.

💡 Komórki eukariotyczne są zazwyczaj 10-100 razy większe niż prokariotyczne, ale mimo to komórki prokariotyczne dominują na Ziemi pod względem liczebności i biomasy!

Komórki wyspecjalizowane

W organizmach wielokomórkowych występują komórki wyspecjalizowane, przystosowane do pełnienia określonych funkcji:

Neurony (komórki nerwowe) przewodzą impulsy w układzie nerwowym. Mają wydłużony kształt i liczne wypustki o długości nawet 1 metra. Łącząc się wypustkami, tworzą gęstą sieć, przez którą przekazują informacje.

Krwinki czerwone transportują tlen w organizmie. U ssaków nie mają jądra komórkowego i większości organelli, co zwiększa ich pojemność dla hemoglobiny - białka wiążącego tlen.

W roślinach występują człony rurek sitowych, które przewodzą asymilaty (produkty fotosyntezy). Mają wydłużony kształt i pozbawione są większości organelli. Człony naczyń natomiast transportują wodę z solami mineralnymi. Składają się głównie z podłużnych, silnie zdrewniałych ścian komórkowych.

💡 W ludzkim mózgu jest około 86 miliardów neuronów, a każdy z nich może tworzyć do 10 000 połączeń synaptycznych z innymi komórkami nerwowymi!