Komórka jest podstawową jednostką żywego organizmu. W organizmach wielokomórkowych (organizmy posiadające więcej niż jedną komórkę) zbiór komórek, które współpracują ze sobą w celu wykonywania podobnych funkcji, nazywany jest tkanką. Na kolejnym, wyższym poziomie organizacji, różne tkanki, które pełnią skoordynowane funkcje, tworzą narządy. Wreszcie, narządy, które pracują razem, aby wykonać ogólne procesy tworzą systemy ciała.
Rodzaje komórek
Organizmy wielokomórkowe zawierają szeroki wachlarz wysoce wyspecjalizowanych komórek. Rośliny zawierają komórki korzenia, komórki liścia i komórki macierzyste. Ludzie mają komórki skóry, komórki nerwowe i komórki płciowe. Każdy rodzaj komórek jest zbudowany tak, by pełnić wysoce wyspecjalizowaną funkcję. Często badanie struktury komórki ujawnia wiele na temat jej funkcji w organizmie. Na przykład, niektóre komórki w jelicie cienkim wykształciły mikrowłókna (włoski), które ułatwiają wchłanianie pokarmu. Komórki nerwowe, czyli neurony, to kolejny rodzaj wyspecjalizowanych komórek, których forma odzwierciedla funkcję. Komórki nerwowe składają się z ciała komórkowego i długich wypustek, zwanych aksonami, które przewodzą impulsy nerwowe. Dendryty są krótsze przystawki, które otrzymują impulsy nerwowe.
Komórki zmysłowe są komórkami, które wykrywają informacje ze środowiska zewnętrznego i przekazują te informacje do mózgu. Komórki zmysłowe często mają niezwykłe kształty i struktury, które przyczyniają się do ich funkcji. Komórki pręcikowe w siatkówce oka, na przykład, wyglądają jak żadna inna komórka w ludzkim ciele. W kształcie pręcika, komórki te posiadają obszar światłoczuły, który zawiera liczne dyski. Wewnątrz każdego dysku osadzony jest specjalny światłoczuły pigment, który wychwytuje światło. Kiedy pigment otrzymuje światło ze środowiska zewnętrznego, komórki nerwowe w oku są pobudzane do wysłania impulsu nerwowego do mózgu. W ten sposób ludzie są w stanie wykryć światło.
Komórki mogą jednak istnieć również jako organizmy jednokomórkowe. Organizmy zwane protistami, na przykład, są organizmami jednokomórkowymi. Przykłady protistów obejmują mikroskopijny organizm o nazwie Paramecium i jednokomórkową algę o nazwie Chlamydomonas .
Prokariota i eukariota. Dwa rodzaje komórek są rozpoznawane w żywych istot: prokariota i eukariota. Słowo prokariota oznacza dosłownie „przed jądrem”. Jak sama nazwa wskazuje, prokariota to komórki, które nie mają wyraźnego jądra. Większość organizmów prokariotycznych to jednokomórkowce, takie jak bakterie i algi.
Termin eukariota oznacza „prawdziwe jądro”. Eukariota mają odrębne jądro i odrębne organelle. Organelle to małe struktury, które wykonują specyficzny zestaw funkcji w komórce eukariotycznej. Organelle te są utrzymywane razem przez błony. Oprócz braku jądra, prokariota nie posiada również tych odrębnych organelli.
Struktura i funkcja komórek
Podstawowa struktura wszystkich komórek, czy prokariota i eukariota, jest taka sama. Wszystkie komórki mają zewnętrzną powłokę zwaną błoną plazmatyczną. Błona plazmatyczna trzyma komórkę razem i pozwala na przechodzenie substancji do i z komórki. Z kilkoma drobnymi wyjątkami, błony plazmatyczne są takie same u prokariotów i eukariotów.
Wnętrze obu rodzajów komórek nazywane jest cytoplazmą. W cytoplazmie eukariotów osadzone są organelle komórkowe. Jak wspomniano powyżej, cytoplazma prokariotów nie zawiera organelli. Wreszcie, oba typy komórek zawierają małe struktury zwane rybosomami. Rybosomy są miejscami w komórkach, gdzie produkowane są białka. (Białka są dużymi cząsteczkami, które są niezbędne do budowy i funkcjonowania wszystkich żywych komórek). Rybosomy nie są ograniczone błonami i dlatego nie są uważane za organelle.
Słowa, które warto znać
Ściana komórkowa: Twarda powłoka zewnętrzna, która pokrywa błonę plazmatyczną bakterii i komórek roślinnych.
rzęski: krótkie występy, które pokrywają powierzchnię niektórych komórek i zapewniają ruch.
Cytoplazma: Półpłynna substancja komórki zawierająca organelle i zamknięta przez błonę komórkową.
Cytoszkielet: Sieć filamentów, które zapewniają strukturę i ruch komórki.
DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy): Materiał genetyczny w jądrze komórkowym, który zawiera informacje dla rozwoju organizmu.
Retikulum endoplazmatyczne: Sieć błon, która rozciąga się w całej komórce i jest zaangażowana w syntezę białek i metabolizm lipidów.
Enzym: Każdy z licznych białek złożonych, które są produkowane przez żywe komórki i iskrzyć specyficzne reakcje biochemiczne.
Eukariota: Komórka, która zawiera wyraźne jądro i organelle.
Flagellum: Struktura przypominająca bicz, która zapewnia ruch w niektórych komórkach.
Ciało Golgiego: Organelle, które sortuje, modyfikuje i pakuje cząsteczki.
Membrana: Cienka, elastyczna warstwa tkanki roślinnej lub zwierzęcej, która pokrywa, linie, oddziela lub trzyma razem, lub łączy części organizmu.
Mitochondrium: Dom mocy w komórce, który zawiera enzymy niezbędne do przekształcania żywności w energię.
Otoczka jądrowa: Podwójna błona, która otacza jądro.
Por jądrowy: Małe otwory, które stud kopertę jądrową.
Nukleolus: Ciemniejszy region w obrębie nukleolu, gdzie produkowane są podjednostki rybosomalne.
Jądro: Centrum sterowania komórki, która zawiera DNA.
Organelle: Związany z błoną komórkową „organ”, który wykonuje określony zestaw funkcji w komórce eukariotycznej.
Pili: Krótkie wypustki, które pomagają bakteriom w przyczepianiu się do tkanek.
Błona plazmatyczna: Błona komórki.
Plastydy: Pęcherzykowata organella występująca w komórkach roślinnych.
Prokariota: Komórka bez prawdziwego jądra.
Białko: Duże cząsteczki, które są niezbędne do struktury i funkcjonowania wszystkich żywych komórek.
Protist: Jednokomórkowy organizm eukariotyczny.
Rybosom: Białko składające się z dwóch podjednostek, które funkcjonuje w syntezie białek.
Wakuola: Organelle wypełniające przestrzeń w komórkach roślinnych.
Pęcherzyk: Związana z błoną sfera, która zawiera różne substancje w komórkach.
Struktura prokariotów. Przykładem typowej prokariota jest komórka bakteryjna. Komórki bakteryjne mogą mieć kształt pręcików, kul lub korkociągów. Jak wszystkie komórki, komórki prokariotów są ograniczone błoną plazmatyczną. Wokół tej błony plazmatycznej znajduje się ściana komórkowa. Dodatkowo, u niektórych bakterii, ściana komórkowa jest pokryta galaretowatym materiałem zwanym kapsułą. Wiele bakterii wywołujących choroby posiada kapsułki. Kapsułka stanowi dodatkową warstwę ochronną dla bakterii. Bakterie chorobotwórcze z kapsułkami mają tendencję do wywoływania znacznie poważniejszych chorób niż te bez kapsułek.
W cytoplazmie prokariotów znajduje się nukleoid, region, w którym przechowywany jest materiał genetyczny komórki. (Geny określają cechy przekazywane z pokolenia na pokolenie). Nukleoid nie jest prawdziwym jądrem, ponieważ nie jest otoczony błoną. W cytoplazmie znajdują się również liczne rybosomy.
Do ściany komórkowej niektórych bakterii przyczepione są flagelle, struktury przypominające bicze, które umożliwiają bakteriom poruszanie się. Niektóre bakterie mają również pili, krótkie, palczaste wypustki, które pomagają bakteriom przyczepiać się do tkanek. Bakterie nie mogą wywoływać chorób, jeśli nie mogą przyczepić się do tkanek. Bakterie, które powodują zapalenie płuc, na przykład, przyczepiają się do tkanek płuc. Bakteryjne pili znacznie ułatwiają to przyczepianie się do tkanek. Dlatego bakterie z pili, podobnie jak te z kapsułkami, są często bardziej śmiercionośne niż te bez nich.
Struktura eukariotów. Organelle znalezione w eukariota obejmują system membranowy, składający się z błony plazmatycznej, retikulum endoplazmatycznego, ciała Golgiego i pęcherzyków; jądro; cytoszkielet; i mitochondria. Ponadto komórki roślinne posiadają specjalne organelle, których nie ma w komórkach zwierzęcych. Te organelle to chloroplasty, ściana komórkowa i wakuole. (Zobacz rysunek komórki roślinnej na stronie 435.)
Błona plazmatyczna. Błona plazmatyczna komórki jest często opisywana jako selektywnie przepuszczalna. Termin ten oznacza, że niektóre substancje są w stanie przejść przez błonę, ale inne nie. Na przykład, produkty powstałe w wyniku rozkładu pokarmu mogą przedostać się do wnętrza komórki, a produkty odpadowe powstałe w komórce mogą wydostać się na zewnątrz. Od lat 60. naukowcy dowiedzieli się bardzo wiele o sposobie działania błony plazmatycznej. Okazuje się, że niektóre materiały są w stanie przejść
)
przez maleńkie otwory w błonie z własnej woli. Inne są ułatwione do przejścia przez membranę przez cząsteczki znajdujące się na powierzchni i w samej membranie. Badanie struktury i funkcji błony plazmatycznej jest jednym z najbardziej fascynujących w całej biologii komórki.
Retikulum endoplazmatyczne. Retikulum endoplazmatyczne (ER) składa się ze spłaszczonych arkuszy, woreczków i rurek membranowych, które pokrywają całą powierzchnię cytoplazmy komórki eukariotycznej. ER wygląda jak bardzo skomplikowany system metra lub autostrady. Ta analogia nie jest zła, ponieważ główną funkcją ER jest transport materiałów w całej komórce.
Dwa rodzaje ER mogą być zidentyfikowane w komórce. Jeden typ nazywany jest szorstkim ER, a drugi gładkim ER. Różnica między nimi polega na tym, że szorstki ER zawiera rybosomy na swojej zewnętrznej powierzchni, co nadaje mu szorstki lub ziarnisty wygląd. Szorstki ER jest zaangażowany w proces syntezy (produkcji) i transportu białek. Białka produkowane przez rybosomy przyłączone do ER szorstkiego są modyfikowane, „pakowane”, a następnie wysyłane do różnych części komórki w celu wykorzystania. Niektóre z nich są wysyłane do błony plazmatycznej, gdzie są przenoszone z komórki i do innych części ciała organizmu do wykorzystania.
Gładka ER ma wiele różnych funkcji, w tym produkcję lipidów (materiałów podobnych do tłuszczu), transport białek i przekazywanie wiadomości nerwowych.
Ciało Golgiego. Ciało Golgiego jest nazwane na cześć jego odkrywcy, dziewiętnastowiecznego włoskiego naukowca Camillo Golgiego (1843-1926). Jest to jedna z najbardziej nietypowo ukształtowanych organelli. Przypominaj±c nieco stos nale¶ników, ciałko Golgiego składa się ze stosu błoniastych, spłaszczonych woreczków. Wokół ciała Golgiego znajdują się liczne małe pęcherzyki (cząsteczki) otoczone błoną. Funkcją ciała Golgiego i jego pęcherzyków jest sortowanie, modyfikowanie i pakowanie dużych cząsteczek, które są wydzielane przez komórkę lub używane w komórce do różnych funkcji.
Ciało Golgiego można porównać do wysyłki i odbioru działu w dużej firmie. Każde ciało Golgiego w komórce ma twarz cis, która jest podobna do podziału odbioru w dziale. Tutaj, ciało Golgiego otrzymuje cząsteczki produkowane w retikulum endoplazmatycznym. Powierzchnię trans ciała Golgiego można porównać do działu wysyłkowego. Jest to miejsce, z którego zmodyfikowane i zapakowane cząsteczki są transportowane do miejsc przeznaczenia.
Pęcherzyki. Pęcherzyki to małe, kuliste cząsteczki, które zawierają różnego rodzaju molekuły. Niektóre pęcherzyki, jak wspomniano powyżej, są używane do transportu cząsteczek z retikulum endoplazmatycznego do ciała Golgiego i z ciała Golgiego do różnych miejsc przeznaczenia. Specjalne rodzaje pęcherzyków pełnią również inne funkcje. Lizosomy to pęcherzyki, które zawierają enzymy biorące udział w trawieniu komórek. Niektóre protisty, na przykład, pochłaniają inne komórki w poszukiwaniu pożywienia. W procesie zwanym fagocytozą (wymawianym jako FA-go-sy-to-sis), protisty otaczają cząsteczkę pokarmu i zamykają ją w pęcherzyku. Cząsteczka zawierająca pokarm jest transportowana w cytoplazmie protista aż do momentu zetknięcia się z lizosomem. Pęcherzyk pokarmowy i lizosom łączą się, a enzymy znajdujące się w lizosomie są uwalniane do pęcherzyka pokarmowego. Enzymy rozkładają żywność na mniejsze części do wykorzystania przez protista.
Jądro. Jądro jest centrum sterowania komórką. Pod mikroskopem, jądro wygląda jak ciemny kleks, z ciemniejszego regionu, zwany nucleolus, w środku niego. Nukleol jest miejscem, w którym wytwarzane są części rybosomów. Jądro otoczone jest podwójną błoną zwaną otoczką jądrową. Otoczka jądrowa jest pokryta drobnymi otworami zwanymi porami jądrowymi.
Jądro kieruje wszystkimi czynnościami komórkowymi poprzez kontrolowanie syntezy białek. Białka to krytyczne związki chemiczne, które kontrolują prawie wszystko, co robią komórki. Ponadto stanowią one materiał, z którego zbudowane są komórki i same części komórek.
Instrukcje dotyczące tworzenia białek są przechowywane wewnątrz jądra w spiralnej cząsteczce zwanej kwasem deoksyrybonukleinowym, czyli DNA. Cząsteczki DNA różnią się od siebie na podstawie pewnych jednostek chemicznych, zwanych zasadami azotowymi, które zawierają. Sposób, w jaki zasady azotowe są ułożone w danej cząsteczce DNA, niesie ze sobą specyficzną „wiadomość” genetyczną. Jeden układ zasad azotowych może nieść instrukcję „Zrób białko A,” inny układ zasad może nieść wiadomość „Zrób białko B,” jeszcze trzeci układ może kodować wiadomość „Zrób białko C,” i tak dalej.
Pierwszy krok w syntezie białka rozpoczyna się w jądrze. W jądrze DNA jest tłumaczone na cząsteczkę zwaną kwasem rybonukleinowym posłańca (mRNA). MRNA następnie opuszcza jądro przez pory jądrowe. W cytoplazmie mRNA przyłącza się do rybosomów i rozpoczyna syntezę białek. Białka wykonane na rybosomach mogą być wykorzystane w obrębie tej samej komórki lub wysłane z komórki przez błonę plazmatyczną do wykorzystania przez inne komórki.
Cytoszkielet. Cytoszkielet jest szkieletowym szkieletem komórki. Jednak zamiast kości, szkielet komórki składa się z trzech rodzajów filamentów białkowych, które tworzą sieci. Sieci te nadają komórce kształt i umożliwiają jej ruch. Trzy rodzaje włókien cytoszkieletowych to mikrotubule, filamenty aktynowe i filamenty pośrednie.
Mikrotubule są bardzo cienkie, długie rurki, które tworzą sieć „ścieżek”, nad którymi różne organelle poruszają się w komórce. Mikrotubule tworzą również małe, sparowane struktury zwane centriole w komórkach zwierzęcych. Struktury te nie są uważane za organelle, ponieważ nie są ograniczone błonami. Centriole są zaangażowane w proces podziału komórek (reprodukcja).
Niektóre komórki eukariotyczne poruszają się za pomocą mikrotubul przymocowanych do zewnętrznej części błony plazmatycznej. Te mikrotubule nazywane są flagellami lub rzęskami. Komórki z rzęskami pełnią również ważne funkcje w organizmie człowieka. Drogi oddechowe ludzi i innych zwierząt są wyścielone takimi komórkami, które wymiatają zanieczyszczenia i bakterie w górę, z płuc i do gardła. Tam resztki są albo wykasływane z gardła, albo połykane do przewodu pokarmowego, gdzie enzymy trawienne niszczą szkodliwe bakterie.
Filamenty aktyny są szczególnie widoczne w komórkach mięśniowych, gdzie zapewniają skurcz tkanki mięśniowej. Włókna pośrednie są stosunkowo silne i często służą do zakotwiczenia organelli na miejscu w cytoplazmie.
.)
Mitochondria. Mitochondria są elektrowniami komórek. Każde mitochondrium w kształcie kiełbaski jest pokryte błoną zewnętrzną. Wewnętrzna błona mitochondrium jest złożona w przegródki zwane cristae (co oznacza „pudełko”). Matryca, czyli wewnętrzna przestrzeń utworzona przez cristae, zawiera enzymy niezbędne do wielu reakcji chemicznych, które ostatecznie przekształcają cząsteczki pożywienia w energię.
Organelle roślinne. Komórki roślinne mają kilka organelli, które nie występują w komórkach zwierzęcych. Należą do nich plastydy, wakuole i ściana komórkowa.
Plastydy są organellami typu pęcherzykowego, które pełnią różne funkcje w roślinach. Na przykład, amyloplasty przechowywać skrobię i chromoplasty przechowywać cząsteczki pigmentu, które dają niektóre rośliny ich żywe pomarańczowe i żółte kolory. Chloroplasty są plastydami, które przeprowadzają fotosyntezę, proces, w którym woda i dwutlenek węgla są przekształcane w cukry.
Wakuole są duże pęcherzyki związane przez pojedynczą błonę. W wielu komórkach roślinnych, zajmują one około 90 procent przestrzeni komórkowej. Pełnią w komórce wiele funkcji, w tym magazynowanie związków organicznych, produktów odpadowych, barwników i związków trujących, a także funkcje trawienne.
Wszystkie komórki roślinne mają ścianę komórkową, która otacza błonę plazmatyczną. Ściana komórkowa roślin składa się z twardej substancji węglowodanowej zwanej celulozą ułożonej w medium lub sieci innych węglowodanów. (Węglowodan to związek składający się z węgla, wodoru i tlenu, występujący w roślinach i wykorzystywany jako pokarm przez ludzi i inne zwierzęta). Ściana komórkowa stanowi dodatkową warstwę ochronną pomiędzy zawartością komórki a środowiskiem zewnętrznym. Chrupkość jabłka, na przykład, przypisuje się obecności tych ścian komórkowych.