Grubość membrany wynosi. Błona komórkowa

pola tekstowe

strzałka_w górę

Komórki są oddzielone od środowiska wewnętrznego organizmu błoną komórkową lub komórkową.

Membrana zapewnia:

1) Selektywne przenikanie do i z komórki cząsteczek i jonów niezbędnych do pełnienia określonych funkcji komórkowych;
2) Selektywny transport jonów przez błonę, utrzymując przezbłonową różnicę potencjałów elektrycznych;
3) Specyfika kontaktów międzykomórkowych.

Dzięki obecności w błonie licznych receptorów odbierających sygnały chemiczne – hormonów, mediatorów i innych substancji biologicznie czynnych, jest w stanie zmieniać aktywność metaboliczną komórki. Błony zapewniają swoistość objawów immunologicznych ze względu na obecność na nich antygenów - struktur powodujących powstawanie przeciwciał, które mogą specyficznie wiązać się z tymi antygenami.
Jądro i organelle komórki są również oddzielone od cytoplazmy błonami, które uniemożliwiają swobodny przepływ wody i rozpuszczonych w niej substancji z cytoplazmy do nich i odwrotnie. Stwarza to warunki do rozdzielenia procesów biochemicznych zachodzących w różnych przedziałach wewnątrz komórki.

Struktura błony komórkowej

pola tekstowe

strzałka_w górę

Błona komórkowa jest strukturą elastyczną o grubości od 7 do 11 nm (ryc. 1.1). Składa się głównie z lipidów i białek. Od 40 do 90% wszystkich lipidów stanowią fosfolipidy - fosfatydylocholina, fosfatydyloetanoloamina, fosfatydyloseryna, sfingomielina i fosfatydyloinozytol. Ważnym składnikiem błony są glikolipidy, reprezentowane przez cerebrozydy, sulfatydy, gangliozydy i cholesterol.

Ryż. 1.1 Organizacja membrany.

Podstawowa budowa błony komórkowej jest podwójną warstwą cząsteczek fosfolipidów. W wyniku oddziaływań hydrofobowych łańcuchy węglowodanowe cząsteczek lipidów są utrzymywane blisko siebie w stanie wydłużonym. Grupy cząsteczek fosfolipidów obu warstw oddziałują z cząsteczkami białka zanurzonymi w błonie lipidowej. Dzięki temu, że większość składników lipidowych dwuwarstwy znajduje się w stanie ciekłym, błona jest ruchliwa i wykonuje ruchy falowe. Jego sekcje, a także białka zanurzone w dwuwarstwie lipidowej, są mieszane z jednej części do drugiej. Mobilność (płynność) błon komórkowych ułatwia procesy transportu substancji przez błonę.

Białka błon komórkowych reprezentowane są głównie przez glikoproteiny. Tam są:

białka integralne, przenikając przez całą grubość membrany i
białka obwodowe, przyczepiony wyłącznie do powierzchni membrany, głównie do jej wewnętrznej części.

Białka obwodowe prawie wszystkie działają jako enzymy (acetylocholinoesteraza, fosfatazy kwasowe i jedwabne itp.). Ale niektóre enzymy są również reprezentowane przez białka integralne - ATPazę.

Białka integralne zapewniają selektywną wymianę jonów poprzez kanały błonowe pomiędzy płynem zewnątrzkomórkowym i wewnątrzkomórkowym, a także działają jako białka transportujące duże cząsteczki.

Receptory błonowe i antygeny mogą być reprezentowane zarówno przez białka integralne, jak i obwodowe.

Białka przylegające do błony od strony cytoplazmatycznej dzieli się na: cytoszkielet komórkowy . Mogą przyłączać się do białek błonowych.

Więc, pasmo białkowe 3 (numer prążka podczas elektroforezy białek) błon erytrocytów łączy się w zespół z innymi cząsteczkami cytoszkieletu - spektryną poprzez białko ankyrynę o niskiej masie cząsteczkowej (ryc. 1.2).

Ryż. 1.2 Schemat rozmieszczenia białek w cytoszkielecie przybłonowym erytrocytów.
1 - spektryna; 2 - ankiryna; 3 - białko pasma 3; 4 - pasmo białka 4,1; 5 - białko pasmowe 4,9; 6 - oligomer aktyny; 7 - białko 6; 8 - gpikoforyna A; 9 - membrana.

Spektryna jest głównym białkiem cytoszkieletu tworzącym dwuwymiarową sieć, do której przyłączona jest aktyna.

Aktyna tworzy mikrofilamenty, które są aparatem kurczliwym cytoszkieletu.

Cytoszkielet pozwala komórce wykazywać właściwości elastyczno-elastyczne i zapewnia dodatkową wytrzymałość membrany.

Większość białek integralnych to glikoproteiny. Ich część węglowodanowa wystaje z błony komórkowej na zewnątrz. Wiele glikoprotein ma duży ładunek ujemny ze względu na znaczną zawartość kwasu sialowego (na przykład cząsteczkę glikoforyny). Zapewnia to powierzchniom większości ogniw ładunek ujemny, pomagając odpychać inne ujemnie naładowane obiekty. Węglowodanowe występy glikoprotein są nośnikami antygenów grupowych krwi, innych determinant antygenowych komórki i działają jako receptory wiążące hormony. Glikoproteiny tworzą cząsteczki adhezyjne, które powodują, że komórki łączą się ze sobą, tj. bliskie kontakty międzykomórkowe.

Cechy metabolizmu w błonie

pola tekstowe

strzałka_w górę

Składniki błon podlegają wielu przemianom metabolicznym pod wpływem enzymów znajdujących się na ich błonie lub w jej obrębie. Należą do nich enzymy oksydacyjne, które odgrywają ważną rolę w modyfikacji hydrofobowych elementów błon – cholesterolu itp. W błonach, gdy aktywowane są enzymy – fosfolipazy – z kwasu arachidonowego powstają związki biologicznie czynne – prostaglandyny i ich pochodne. W wyniku aktywacji metabolizmu fosfolipidów w błonie powstają tromboksany i leukotrieny, które mają silny wpływ na adhezję płytek krwi, proces zapalny itp.

W membranie zachodzą w sposób ciągły procesy odnowy jej składników . Zatem czas życia białek błonowych waha się od 2 do 5 dni. Istnieją jednak w komórce mechanizmy zapewniające dostarczanie nowo syntetyzowanych cząsteczek białka do receptorów błonowych, co ułatwia wbudowanie białka w błonę. „Rozpoznanie” tego receptora przez nowo zsyntetyzowane białko ułatwia utworzenie peptydu sygnałowego, który pomaga znaleźć receptor na błonie.

Lipidy błonowe charakteryzują się także znacznym tempem wymiany, co wymaga dużych ilości kwasów tłuszczowych do syntezy tych składników błony.
Na specyfikę składu lipidowego błon komórkowych wpływają zmiany w środowisku człowieka i charakter jego diety.

Na przykład wzrost zawartości w diecie kwasów tłuszczowych z wiązaniami nienasyconymi zwiększa stan ciekły lipidów w błonach komórkowych różnych tkanek, prowadząc do korzystnej zmiany stosunku fosfolipidów do sfingomielin i lipidów do białek dla funkcji błony komórkowej.

Przeciwnie, nadmiar cholesterolu w błonach zwiększa mikrolepkość ich dwuwarstwy cząsteczek fosfolipidów, zmniejszając szybkość dyfuzji niektórych substancji przez błony komórkowe.

Pokarm wzbogacony witaminami A, E, C, P poprawia metabolizm lipidów w błonach erytrocytów i zmniejsza mikrolepkość błon. Zwiększa to odkształcalność czerwonych krwinek i ułatwia ich funkcję transportową (rozdział 6).

Niedobór kwasów tłuszczowych i cholesterolu w żywności zaburza skład lipidów i funkcje błon komórkowych.

Na przykład niedobór tłuszczu zaburza funkcje błony neutrofili, co hamuje ich zdolność do poruszania się i fagocytozę (aktywne wychwytywanie i wchłanianie mikroskopijnych obcych żywych obiektów i cząstek stałych przez organizmy jednokomórkowe lub niektóre komórki).

W regulacji składu lipidowego błon i ich przepuszczalności, regulacji proliferacji komórek Ważną rolę odgrywają reaktywne formy tlenu powstające w komórce w związku z normalnie zachodzącymi reakcjami metabolicznymi (utlenianie mikrosomalne itp.).

Wytworzone reaktywne formy tlenu- rodnik ponadtlenkowy (O 2), nadtlenek wodoru (H 2 O 2) itp. są substancjami niezwykle reaktywnymi. Ich głównym substratem w reakcjach utleniania wolnorodnikowego są nienasycone kwasy tłuszczowe wchodzące w skład fosfolipidów błon komórkowych (tzw. reakcje peroksydacji lipidów). Nasilenie tych reakcji może spowodować uszkodzenie błony komórkowej, jej bariery, funkcji receptorowych i metabolicznych, modyfikację cząsteczek kwasów nukleinowych i białek, co prowadzi do mutacji i inaktywacji enzymów.

W warunkach fizjologicznych nasilenie peroksydacji lipidów regulowane jest przez układ antyoksydacyjny komórek, reprezentowany przez enzymy inaktywujące reaktywne formy tlenu – dysmutazę ponadtlenkową, katalazę, peroksydazę oraz substancje o działaniu przeciwutleniającym – tokoferol (witamina E), ubichinon itp. A wyraźny efekt ochronny na błony komórkowe (efekt cytoprotekcyjny) z różnymi szkodliwymi skutkami dla organizmu, prostaglandyny E i J2 mają „gasiące” aktywację utleniania wolnych rodników. Prostaglandyny chronią błonę śluzową żołądka i hepatocyty przed uszkodzeniami chemicznymi, neurony, komórki neuroglejowe, kardiomiocyty – przed uszkodzeniami niedotlenienia, mięśnie szkieletowe – podczas wzmożonego wysiłku fizycznego. Prostaglandyny, wiążąc się ze specyficznymi receptorami na błonach komórkowych, stabilizują dwuwarstwę tej ostatniej i ograniczają utratę fosfolipidów przez błony.

Funkcje receptorów błonowych

pola tekstowe

strzałka_w górę

Sygnał chemiczny lub mechaniczny jest najpierw odbierany przez receptory błony komórkowej. Konsekwencją tego jest chemiczna modyfikacja białek błonowych, prowadząca do aktywacji „wtórnych przekaźników”, które zapewniają szybką propagację sygnału w komórce do jej genomu, enzymów, elementów kurczliwych itp.

Transbłonową transmisję sygnału w komórce można schematycznie przedstawić w następujący sposób:

1) Receptor wzbudzony odebranym sygnałem aktywuje białka γ błony komórkowej. Dzieje się tak, gdy wiążą trifosforan guanozyny (GTP).

2) Z kolei oddziaływanie kompleksu GTP-γ-białko aktywuje enzym – prekursor przekaźników wtórnych, zlokalizowany po wewnętrznej stronie błony.

Prekursorem jednego drugiego przekaźnika, cAMP, utworzonego z ATP, jest enzym cyklaza adenylanowa;
Prekursorem innych przekaźników wtórnych – trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu, powstałych z błonowego fosfatydyloinozytolu-4,5-difosforanu, jest enzym fosfolipaza C. Ponadto trifosforan inozytolu mobilizuje w komórce innego wtórnego przekaźnika – jony wapnia, które biorą udział w prawie wszystkie procesy regulacyjne w komórce. Przykładowo powstający trifosforan inozytolu powoduje uwolnienie wapnia z siateczki śródplazmatycznej i wzrost jego stężenia w cytoplazmie, włączając w ten sposób różne formy odpowiedzi komórkowej. Za pomocą trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu funkcja mięśni gładkich i komórek B trzustki jest regulowana przez acetylocholinę, przedni płat przysadki mózgowej przez czynnik uwalniający tyreogropinę, odpowiedź limfocytów na antygen itp.
W niektórych komórkach rolę drugiego przekaźnika pełni cGMP powstający z GTP przy pomocy enzymu cyklazy guanylowej. Służy na przykład jako drugi przekaźnik hormonu natriuretycznego w mięśniach gładkich ścian naczyń krwionośnych. cAMP służy jako wtórny przekaźnik dla wielu hormonów – adrenaliny, erytropoetyny itp. (Rozdział 3).

Struktura komórkowa

Teoria komórki.

Plan

Komórka jest elementarną jednostką strukturalną żywego organizmu.

1.Teoria komórki.

2. Struktura komórki.

3. Ewolucja komórek.

W 1665 r R. Hooke jako pierwszy odkrył komórki roślinne. W 1674 r A. Leeuwenhoek odkrył komórkę zwierzęcą. W 1839 r T. Schwann i M. Schleiden sformułowali teorię komórkową. Głównym założeniem teorii komórki było to, że komórka jest strukturalną i funkcjonalną podstawą żywych systemów. Jednak błędnie wierzyli, że komórki powstają z materii bez struktury. W 1859 r R. Virchow udowodnił, że nowe komórki powstają jedynie poprzez podział poprzednich.

Podstawowe zasady teorii komórki :

1) Komórka jest strukturalną i funkcjonalną jednostką wszystkich żywych istot. Wszystkie żywe organizmy zbudowane są z komórek.

2) Wszystkie komórki są zasadniczo podobne pod względem składu chemicznego i procesów metabolicznych.

3) Nowe komórki powstają poprzez podział istniejących.

4) Wszystkie komórki przechowują i wdrażają informacje dziedziczne w ten sam sposób.

5) Aktywność życiowa organizmu wielokomórkowego jako całości zależy od interakcji jego komórek składowych.

Ze względu na budowę wyróżniamy 2 typy komórek:

Prokarioty

Eukarionty

Do prokariotów zaliczają się bakterie i sinice. Prokarioty różnią się od eukariotów tym, że nie mają organelli błonowych występujących w komórce eukariotycznej (mitochondria, retikulum endoplazmatyczne, lizosomy, kompleks Golgiego, chloroplasty).

Najważniejszą różnicą jest to, że nie mają jądra otoczonego błoną. Prokariotyczny DNA jest reprezentowany przez jedną złożoną okrągłą cząsteczkę. Prokariotom brakuje również centrioli w centrum komórkowym, więc nigdy nie dzielą się na drodze mitozy. Charakteryzują się amitozą - bezpośrednim szybkim podziałem.

Komórki eukariotyczne to komórki organizmów jednokomórkowych i wielokomórkowych. Składają się z trzech głównych elementów:

Błona komórkowa otaczająca komórkę i oddzielająca ją od środowiska zewnętrznego;

Cytoplazma zawierająca wodę, sole mineralne, związki organiczne, organelle i inkluzje;

Jądro, które zawiera materiał genetyczny komórki.

1 – głowa polarna cząsteczki fosfolipidów

2 – ogon kwasu tłuszczowego cząsteczki fosfolipidów

3 – białko integralne

4 – białko obwodowe

5 – białko półintegralne

6 – glikoproteina

7 - glikolipid

Zewnętrzna błona komórkowa jest nieodłączna dla wszystkich komórek (zwierzęcych i roślinnych), ma grubość około 7,5 (do 10) nm i składa się z cząsteczek lipidów i białek.

Obecnie rozpowszechniony jest model płynnej mozaiki budowy błon komórkowych. Zgodnie z tym modelem cząsteczki lipidów ułożone są w dwie warstwy, których zakończenia hydrofobowe (hydrofobowe – rozpuszczalne w tłuszczach) są skierowane do siebie, a końce rozpuszczalne w wodzie (hydrofilowe) skierowane są do obwodu. Cząsteczki białek są osadzone w warstwie lipidowej. Niektóre z nich znajdują się na zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni części lipidowej, inne są częściowo zanurzone lub przenikają przez błonę.

Funkcje membran :

Ochronne, graniczne, barierowe;

Transport;

Receptor - przeprowadzany przez białka - receptory, które mają selektywną zdolność do pewnych substancji (hormonów, antygenów itp.), Wchodzą z nimi w interakcje chemiczne, przewodzą sygnały do komórki;

Uczestniczyć w tworzeniu kontaktów międzykomórkowych;

Zapewnij ruch niektórym komórkom (ruch ameby).

Komórki zwierzęce mają cienką warstwę glikokaliksu na wierzchu zewnętrznej błony komórkowej. Jest to kompleks węglowodanów z lipidami i węglowodanów z białkami. Glikokaliks bierze udział w interakcjach międzykomórkowych. Błony cytoplazmatyczne większości organelli komórkowych mają dokładnie tę samą strukturę.

W komórkach roślinnych, poza błoną cytoplazmatyczną. istnieje ściana komórkowa zbudowana z celulozy.

Transport substancji przez błonę cytoplazmatyczną .

Istnieją dwa główne mechanizmy przedostawania się substancji do komórki i jej opuszczania:

1.Transport pasywny.

2. Transport aktywny.

Pasywny transport substancji odbywa się bez zużycia energii. Przykładem takiego transportu jest dyfuzja i osmoza, w których przemieszczanie się cząsteczek lub jonów następuje z obszaru o większym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu, np. cząsteczek wody.

Transport aktywny – w tego rodzaju transporcie cząsteczki lub jony przenikają przez membranę wbrew gradientowi stężeń, co wymaga energii. Przykładem transportu aktywnego jest pompa sodowo-potasowa, która aktywnie wypompowuje sód z komórki i absorbuje jony potasu ze środowiska zewnętrznego, transportując je do wnętrza komórki. Pompa to specjalne białko błonowe, które napędza ATP.

Transport aktywny zapewnia utrzymanie stałej objętości komórek i potencjału błonowego.

Transport substancji może odbywać się na drodze endocytozy i egzocytozy.

Endocytoza to przenikanie substancji do komórki, egzocytoza pochodzi z komórki.

Podczas endocytozy błona komórkowa tworzy wgłębienia lub wypukłości, które następnie otaczają substancję, a po uwolnieniu zamieniają się w pęcherzyki.

Wyróżnia się dwa rodzaje endocytozy:

1) fagocytoza - wchłanianie cząstek stałych (komórek fagocytowych),

2) pinocytoza - wchłanianie płynnego materiału. Pinocytoza jest charakterystyczna dla pierwotniaków ameboidalnych.

W wyniku egzocytozy różne substancje są usuwane z komórek: niestrawione resztki pokarmu są usuwane z wakuoli trawiennych, a ich płynna wydzielina jest usuwana z komórek wydzielniczych.

Cytoplazma –(cytoplazma + jądro tworzą protoplazmę). Cytoplazma składa się z wodnistej substancji gruntowej (matrycy cytoplazmatycznej, hialoplazmy, cytozolu) oraz różnych zawartych w niej organelli i wtrętów.

Włączenia– produkty odpadowe komórek. Istnieją 3 grupy inkluzji - znaczenie troficzne, wydzielnicze (komórki gruczołowe) i specjalne (pigmentowe).

Organelle – Są to trwałe struktury cytoplazmy, które pełnią określone funkcje w komórce.

Wyróżnia się organelle o znaczeniu ogólnym i specjalne. Specjalne znajdują się w większości komórek, ale są obecne w znacznych ilościach tylko w komórkach, które pełnią określoną funkcję. Należą do nich mikrokosmki komórek nabłonka jelit, rzęski nabłonka tchawicy i oskrzeli, wici, miofibryle (zapewniające skurcz mięśni itp.).

Organelle o ogólnym znaczeniu obejmują ER, kompleks Golgiego, mitochondria, rybosomy, lizosomy, centriole centrum komórkowego, peroksysomy, mikrotubule, mikrofilamenty. W komórkach roślinnych znajdują się plastydy i wakuole. Organelle o znaczeniu ogólnym można podzielić na organelle posiadające strukturę membranową i niebłonową.

Organelle o strukturze membranowej są albo dwumembranowe, albo jednomembranowe. Mitochondria i plastydy są klasyfikowane jako komórki dwubłonowe. Komórki jednobłonowe obejmują retikulum endoplazmatyczne, kompleks Golgiego, lizosomy, peroksysomy i wakuole.

Organelle nie posiadające błon: rybosomy, centrum komórkowe, mikrotubule, mikrofilamenty.

Mitochondria – są to organelle o kształcie okrągłym lub owalnym. Składają się z dwóch membran: wewnętrznej i zewnętrznej. Błona wewnętrzna ma wypustki zwane cristae, które dzielą mitochondria na przedziały. Przedziały wypełnione są substancją – matrycą. Macierz zawiera DNA, mRNA, tRNA, rybosomy, sole wapnia i magnezu. Zachodzi tu autonomiczna biosynteza białek. Główną funkcją mitochondriów jest synteza energii i jej akumulacja w cząsteczkach ATP. Nowe mitochondria powstają w komórce w wyniku podziału starych.

Plastydy – organelle występujące głównie w komórkach roślinnych. Występują w trzech rodzajach: chloroplasty, które zawierają zielony pigment; chromoplasty (pigmenty czerwony, żółty, pomarańczowy); leukoplasty (bezbarwne).

Chloroplasty, dzięki zielonemu pigmentowi chlorofilowi, potrafią syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych, wykorzystując energię słoneczną.

Chromoplasty nadają jasny kolor kwiatom i owocom.

Leukoplasty są w stanie gromadzić rezerwowe składniki odżywcze: skrobię, lipidy, białka itp.

Siateczka endoplazmatyczna ( EPS ) to złożony system wakuoli i kanałów ograniczonych błonami. Wyróżnia się gładki (ziarnisty) i szorstki (granulowany) EPS. Gładka nie ma rybosomów na swojej błonie. Zawiera syntezę lipidów, lipoprotein, akumulację i usuwanie toksycznych substancji z komórki. Granulowany ER ma na swoich błonach rybosomy, w których syntetyzowane są białka. Następnie białka wchodzą do kompleksu Golgiego i stamtąd są usuwane.

Kompleks Golgiego (aparat Golgiego) Jest to stos spłaszczonych worków membranowych – cystern i związanego z nimi układu pęcherzyków. Stos cistern nazywa się dictyosomem.

Funkcje kompleksu Golgiego : modyfikacja białek, synteza polisacharydów, transport substancji, tworzenie błony komórkowej, tworzenie lizosomów.

Lizosomy – Są to otoczone błoną pęcherzyki zawierające enzymy. Dokonują wewnątrzkomórkowego rozkładu substancji i dzielą się na pierwotne i wtórne. Lizosomy pierwotne zawierają enzymy w postaci nieaktywnej. Po wejściu różnych substancji do organelli aktywują się enzymy i rozpoczyna się proces trawienia - są to lizosomy wtórne.

Peroksysomy mają wygląd bąbelków ograniczonych jedną membraną. Zawierają enzymy rozkładające nadtlenek wodoru, który jest toksyczny dla komórek.

Wakuole – Są to organelle komórek roślinnych zawierające sok komórkowy. Sok komórkowy może zawierać zapasowe składniki odżywcze, pigmenty i produkty odpadowe. Wakuole biorą udział w tworzeniu ciśnienia turgorowego oraz w regulacji gospodarki wodno-solnej.

Rybosomy – organelle składające się z dużych i małych podjednostek. Mogą być zlokalizowane na ER lub swobodnie w komórce, tworząc polisomy. Składają się z rRNA i białka i powstają w jąderku. Biosynteza białek zachodzi w rybosomach.

Centrum komórek – występuje w komórkach zwierząt, grzybów i roślin niższych, a nie występuje w roślinach wyższych. Składa się z dwóch centrioli i promienistej kuli. Centriola ma wygląd wydrążonego cylindra, którego ściana składa się z 9 trójek mikrotubul. Kiedy komórki dzielą się, tworzą mitotyczne nici wrzeciona, które zapewniają oddzielenie chromatyd w anafazie mitozy i homologicznych chromosomów podczas mejozy.

Mikrotubule – formacje rurowe o różnych długościach. Są częścią centrioli, wrzecion mitotycznych, wici, rzęsek, pełnią funkcję podporową i promują ruch struktur wewnątrzkomórkowych.

Mikrofilamenty – nitkowate cienkie formacje zlokalizowane w całej cytoplazmie, ale jest ich szczególnie dużo pod błoną komórkową. Razem z mikrotubulami tworzą cytoszkielet komórkowy, determinują przepływ cytoplazmy, wewnątrzkomórkowe ruchy pęcherzyków, chloroplastów i innych organelli.

Zdecydowana większość organizmów żyjących na Ziemi składa się z komórek, które są w dużej mierze podobne pod względem składu chemicznego, struktury i funkcji życiowych. Metabolizm i konwersja energii zachodzą w każdej komórce. Podział komórek leży u podstaw procesów wzrostu i rozmnażania organizmów. Zatem komórka jest jednostką struktury, rozwoju i rozmnażania organizmów.

Komórka może istnieć tylko jako integralny system, niepodzielny na części. Integralność komórek zapewniają błony biologiczne. Komórka jest elementem układu wyższej rangi – organizmu. Części komórkowe i organelle składające się ze złożonych cząsteczek stanowią integralne układy niższego rzędu.

Komórka jest systemem otwartym, połączonym z otoczeniem poprzez wymianę substancji i energii. Jest to układ funkcjonalny, w którym każda cząsteczka pełni określone funkcje. Komórka ma stabilność, zdolność do samoregulacji i samoreprodukcji.

Komórka jest systemem samorządnym. Kontrolny układ genetyczny komórki reprezentowany jest przez złożone makrocząsteczki - kwasy nukleinowe (DNA i RNA).

W latach 1838-1839 Niemieccy biolodzy M. Schleiden i T. Schwann podsumowali wiedzę o komórce i sformułowali główne stanowisko teorii komórki, której istotą jest to, że wszystkie organizmy, zarówno roślinne, jak i zwierzęce, składają się z komórek.

W 1859 r. R. Virchow opisał proces podziału komórki i sformułował jedno z najważniejszych założeń teorii komórki: „Każda komórka pochodzi z innej komórki”. Nowe komórki powstają w wyniku podziału komórki macierzystej, a nie z substancji pozakomórkowej, jak wcześniej sądzono.

Odkrycie jaj ssaków przez rosyjskiego naukowca K. Baera w 1826 r. doprowadziło do wniosku, że komórka leży u podstaw rozwoju organizmów wielokomórkowych.

Współczesna teoria komórki zawiera następujące postanowienia:

1) komórka – jednostka budowy i rozwoju wszystkich organizmów;

2) komórki organizmów z różnych królestw żywej przyrody mają podobną budowę, skład chemiczny, metabolizm i podstawowe przejawy aktywności życiowej;

3) nowe komórki powstają w wyniku podziału komórki macierzystej;

4) w organizmie wielokomórkowym komórki tworzą tkanki;

5) narządy zbudowane są z tkanek.

Wraz z wprowadzeniem do biologii nowoczesnych metod badań biologicznych, fizycznych i chemicznych, możliwe stało się badanie struktury i funkcjonowania różnych składników komórki. Jedną z metod badania komórek jest mikroskopia. Nowoczesny mikroskop świetlny powiększa obiekty 3000 razy i pozwala zobaczyć największe organelle komórkowe, obserwować ruch cytoplazmy i podział komórek.

Wynaleziony w latach 40. XX wiek Mikroskop elektronowy daje powiększenie dziesiątki i setki tysięcy razy. Mikroskop elektronowy wykorzystuje strumień elektronów zamiast światła i pola elektromagnetyczne zamiast soczewek. Dlatego mikroskop elektronowy wytwarza wyraźne obrazy przy znacznie większych powiększeniach. Za pomocą takiego mikroskopu możliwe było badanie struktury organelli komórkowych.

Metodą bada się strukturę i skład organelli komórkowych wirowanie. Posiekane tkanki ze zniszczonymi błonami komórkowymi umieszcza się w probówkach i obraca w wirówce z dużą prędkością. Metoda opiera się na fakcie, że różne organoidy komórkowe mają różną masę i gęstość. Organelle o większej gęstości osadzane są w probówce przy niskich prędkościach wirowania, a mniej gęste – przy dużych prędkościach. Warstwy te są badane oddzielnie.

Popularne metoda hodowli komórek i tkanek polega na tym, że z jednej lub kilku komórek na specjalnej pożywce można uzyskać grupę tego samego rodzaju komórek zwierzęcych lub roślinnych, a nawet wyhodować całą roślinę. Stosując tę metodę, można uzyskać odpowiedź na pytanie, w jaki sposób z jednej komórki powstają różne tkanki i narządy organizmu.

Podstawowe zasady teorii komórki po raz pierwszy sformułowali M. Schleiden i T. Schwann. Komórka jest jednostką struktury, aktywności życiowej, reprodukcji i rozwoju wszystkich żywych organizmów. Do badania komórek stosuje się metody mikroskopii, wirowania, hodowli komórek i tkanek itp.

Komórki grzybów, roślin i zwierząt mają ze sobą wiele wspólnego nie tylko pod względem składu chemicznego, ale także struktury. Badając komórkę pod mikroskopem, widoczne są w niej różne struktury - organoidy. Każda organella pełni określone funkcje. Komórka składa się z trzech głównych części: błony komórkowej, jądra i cytoplazmy (ryc. 1).

Membrana plazmowa oddziela komórkę i jej zawartość od środowiska. Na ryc. 2 widać: membranę tworzą dwie warstwy lipidów, a cząsteczki białka przenikają przez grubość membrany.

Główna funkcja błony komórkowej transport. Zapewnia dopływ składników odżywczych do komórki i usuwanie z niej produktów przemiany materii.

Ważną właściwością membrany jest selektywna przepuszczalność lub półprzepuszczalność pozwala komórce na interakcję z otoczeniem: tylko niektóre substancje wchodzą do niej i są z niej usuwane. Małe cząsteczki wody i niektórych innych substancji przenikają do komórki na drodze dyfuzji, częściowo przez pory w membranie.

Cukry, kwasy organiczne i sole rozpuszczają się w cytoplazmie, soku komórkowym wakuoli komórki roślinnej. Co więcej, ich stężenie w komórce jest znacznie wyższe niż w środowisku. Im większe stężenie tych substancji w komórce, tym więcej wody ona wchłania. Wiadomo, że komórka stale zużywa wodę, przez co wzrasta stężenie soku komórkowego i woda ponownie dostaje się do komórki.

Wejście większych cząsteczek (glukozy, aminokwasów) do komórki zapewniają białka transportujące przez błonę, które łącząc się z cząsteczkami transportowanych substancji transportują je przez błonę. W procesie tym biorą udział enzymy rozkładające ATP.

Rycina 1. Uogólniony schemat budowy komórki eukariotycznej.
(aby powiększyć obraz, kliknij na zdjęcie)

Rycina 2. Struktura błony plazmatycznej.
1 - białka przebijające, 2 - białka zanurzone, 3 - białka zewnętrzne

Rycina 3. Schemat pinocytozy i fagocytozy.

Nawet większe cząsteczki białek i polisacharydów dostają się do komórki na drodze fagocytozy (z gr. fagos- pożeranie i kito- naczynie, komórka) i krople płynu - przez pinocytozę (z greckiego. pinot- Piję i kito) (Rysunek 3).

Komórki zwierzęce w odróżnieniu od komórek roślinnych otoczone są miękkim i elastycznym „płaszczem” utworzonym głównie przez cząsteczki polisacharydów, które łącząc się z niektórymi białkami błonowymi i lipidami otaczają komórkę od zewnątrz. Skład polisacharydów jest specyficzny dla różnych tkanek, dzięki czemu komórki „rozpoznają się” i łączą ze sobą.

Komórki roślinne nie mają takiego „płaszcza”. Nad nimi znajduje się pokryta porami błona plazmatyczna. Błona komórkowa, składający się głównie z celulozy. Przez pory nici cytoplazmy rozciągają się od komórki do komórki, łącząc komórki ze sobą. W ten sposób osiąga się komunikację między komórkami i osiąga się integralność organizmu.

Błona komórkowa u roślin pełni rolę silnego szkieletu i chroni komórkę przed uszkodzeniami.

Większość bakterii i wszystkie grzyby mają błonę komórkową, różni się jedynie jej składem chemicznym. U grzybów składa się z substancji podobnej do chityny.

Komórki grzybów, roślin i zwierząt mają podobną strukturę. Komórka składa się z trzech głównych części: jądra, cytoplazmy i błony komórkowej. Błona plazmatyczna składa się z lipidów i białek. Zapewnia wejście substancji do komórki i ich uwolnienie z komórki. W komórkach roślin, grzybów i większości bakterii nad błoną plazmatyczną znajduje się błona komórkowa. Pełni funkcję ochronną i pełni rolę szkieletu. U roślin ściana komórkowa składa się z celulozy, a u grzybów z substancji podobnej do chityny. Komórki zwierzęce pokryte są polisacharydami, które zapewniają kontakt między komórkami tej samej tkanki.

Czy wiesz, że główną częścią komórki jest cytoplazma. Składa się z wody, aminokwasów, białek, węglowodanów, ATP i jonów substancji nieorganicznych. Cytoplazma zawiera jądro i organelle komórki. W nim substancje przemieszczają się z jednej części komórki do drugiej. Cytoplazma zapewnia interakcję wszystkich organelli. Zachodzą tu reakcje chemiczne.

Cała cytoplazma jest przesiąknięta tworzącymi się cienkimi mikrotubulami białkowymi cytoszkielet komórkowy dzięki czemu zachowuje stały kształt. Cytoszkielet komórkowy jest elastyczny, ponieważ mikrotubule mogą zmieniać swoje położenie, przemieszczać się z jednego końca i skracać z drugiego. Do komórki dostają się różne substancje. Co się z nimi dzieje w klatce?

W lizosomach - małych okrągłych pęcherzykach błonowych (patrz ryc. 1) cząsteczki złożonych substancji organicznych rozkładają się na prostsze cząsteczki za pomocą enzymów hydrolitycznych. Na przykład białka rozkładają się na aminokwasy, polisacharydy na monosacharydy, tłuszcze na glicyrynę i kwasy tłuszczowe. Ze względu na tę funkcję lizosomy często nazywane są „stacjami trawiennymi” komórki.

Jeśli błona lizosomów zostanie zniszczona, zawarte w nich enzymy mogą strawić samą komórkę. Dlatego lizosomy są czasami nazywane „bronią zabijającą komórki”.

Enzymatyczne utlenianie małych cząsteczek aminokwasów, monosacharydów, kwasów tłuszczowych i alkoholi powstających w lizosomach do dwutlenku węgla i wody rozpoczyna się w cytoplazmie, a kończy w innych organellach - mitochondria. Mitochondria to organelle w kształcie pręcików, nitkowate lub kuliste, oddzielone od cytoplazmy dwiema błonami (ryc. 4). Zewnętrzna membrana jest gładka, a wewnętrzna tworzy fałdy - święta, które zwiększają jego powierzchnię. Błona wewnętrzna zawiera enzymy biorące udział w utlenianiu substancji organicznych do dwutlenku węgla i wody. Uwalnia to energię, która jest magazynowana przez komórkę w cząsteczkach ATP. Dlatego mitochondria nazywane są „elektrowniami” komórki.

W komórce substancje organiczne są nie tylko utleniane, ale także syntetyzowane. Synteza lipidów i węglowodanów odbywa się na retikulum endoplazmatycznym – EPS (ryc. 5), a białek – na rybosomach. Co to jest EPS? Jest to system kanalików i cystern, których ściany utworzone są przez membranę. Przenikają całą cytoplazmę. Substancje przemieszczają się kanałami ER do różnych części komórki.

Jest gładki i szorstki EPS. Na powierzchni gładkiej ER przy udziale enzymów syntetyzowane są węglowodany i lipidy. Chropowatość ER wynikają z znajdujących się na nim małych okrągłych ciał - rybosomy(patrz ryc. 1), które biorą udział w syntezie białek.

Synteza substancji organicznych zachodzi również w plastydy, które występują wyłącznie w komórkach roślinnych.

Ryż. 4. Schemat budowy mitochondriów.
1.- membrana zewnętrzna; 2.- membrana wewnętrzna; 3.- fałdy błony wewnętrznej - cristae.

Ryż. 5. Schemat struktury szorstkiego EPS.

Ryż. 6. Schemat budowy chloroplastu.
1.- membrana zewnętrzna; 2.- membrana wewnętrzna; 3.- wewnętrzna zawartość chloroplastu; 4.- fałdy błony wewnętrznej zebrane w „stosy” i tworzące grana.

W bezbarwnych plastydach - leukoplasty(z greckiego leukos- biały i plasty- wytworzony) gromadzi się skrobia. Bulwy ziemniaka są bardzo bogate w leukoplasty. Owoce i kwiaty nadają kolor żółty, pomarańczowy i czerwony. chromoplasty(z greckiego chrom- kolor i plasty). Syntetyzują pigmenty biorące udział w fotosyntezie - karotenoidy. W życiu roślinnym jest to szczególnie ważne chloroplasty(z greckiego chlorki- zielonkawy i plasty) - zielone plastydy. Na rycinie 6 widać, że chloroplasty są pokryte dwiema membranami: zewnętrzną i wewnętrzną. Wewnętrzna membrana tworzy fałdy; pomiędzy fałdami znajdują się bąbelki ułożone w stosy - ziarna. Granas zawiera cząsteczki chlorofilu, które biorą udział w fotosyntezie. Każdy chloroplast ma około 50 ziaren ułożonych w szachownicę. Takie ustawienie zapewnia maksymalne doświetlenie każdej twarzy.

W cytoplazmie białka, lipidy i węglowodany mogą gromadzić się w postaci ziaren, kryształów i kropelek. Te włączenie- rezerwują składniki odżywcze, które są zużywane przez komórkę w miarę potrzeb.

W komórkach roślinnych część rezerwowych składników odżywczych oraz produkty rozkładu gromadzą się w soku komórkowym wakuoli (patrz ryc. 1). Mogą stanowić do 90% objętości komórki roślinnej. Komórki zwierzęce mają tymczasowe wakuole, które zajmują nie więcej niż 5% ich objętości.

Ryż. 7. Schemat budowy kompleksu Golgiego.

Na rycinie 7 widać system wnęk otoczonych membraną. Ten Kompleks Golgiego, który pełni w komórce różne funkcje: uczestniczy w gromadzeniu i transporcie substancji, ich usuwaniu z komórki, tworzeniu lizosomów i błony komórkowej. Na przykład cząsteczki celulozy dostają się do wnęki kompleksu Golgiego, które za pomocą pęcherzyków przemieszczają się na powierzchnię komórki i wchodzą w skład błony komórkowej.

Większość komórek rozmnaża się przez podział. Uczestnictwo w tym procesie centrum komórkowe. Składa się z dwóch centrioli otoczonych gęstą cytoplazmą (patrz ryc. 1). Na początku podziału centriole przesuwają się w stronę biegunów komórki. Wychodzą z nich nici białkowe, które łączą się z chromosomami i zapewniają ich równomierny rozkład pomiędzy dwiema komórkami potomnymi.

Wszystkie organelle komórkowe są ze sobą ściśle powiązane. Na przykład cząsteczki białek są syntetyzowane w rybosomach, są transportowane kanałami ER do różnych części komórki, a białka ulegają zniszczeniu w lizosomach. Nowo zsyntetyzowane cząsteczki służą do budowy struktur komórkowych lub gromadzą się w cytoplazmie i wakuolach jako rezerwowe składniki odżywcze.

Komórka jest wypełniona cytoplazmą. Cytoplazma zawiera jądro i różne organelle: lizosomy, mitochondria, plastydy, wakuole, ER, centrum komórkowe, kompleks Golgiego. Różnią się budową i funkcjami. Wszystkie organelle cytoplazmy oddziałują ze sobą, zapewniając normalne funkcjonowanie komórki.

Tabela 1. STRUKTURA KOMÓRKOWA

ORGANELE	BUDOWA I WŁAŚCIWOŚCI	FUNKCJE
Powłoka	Składa się z celulozy. Otacza komórki roślinne. Ma pory	Daje komórce siłę, utrzymuje określony kształt i chroni. Jest szkieletem roślin
Zewnętrzna błona komórkowa	Struktura komórkowa z podwójną błoną. Składa się z warstwy bilipidowej i mozaiki przeplatanej białkami, z węglowodanami znajdującymi się na zewnątrz. Półprzepuszczalny	Ogranicza żywą zawartość komórek wszystkich organizmów. Zapewnia selektywną przepuszczalność, chroni, reguluje równowagę wodno-solną, wymianę ze środowiskiem zewnętrznym.
Siateczka śródplazmatyczna (ER)	Struktura pojedynczej membrany. System kanalików, rurek, cystern. Przenika całą cytoplazmę komórki. Gładki ER i ziarnisty ER z rybosomami	Dzieli komórkę na oddzielne przedziały, w których zachodzą procesy chemiczne. Zapewnia komunikację i transport substancji w komórce. Synteza białek zachodzi na ziarnistej ER. Na gładkiej - syntezie lipidów
Aparat Golgiego	Struktura pojedynczej membrany. System pęcherzyków, zbiorników, w których znajdują się produkty syntezy i rozkładu	Zapewnia pakowanie i usuwanie substancji z komórki, tworzy pierwotne lizosomy
Lizosomy	Jednobłonowe sferyczne struktury komórkowe. Zawiera enzymy hydrolityczne	Zapewniają rozkład substancji wielkocząsteczkowych i trawienie wewnątrzkomórkowe
Rybosomy	Struktury grzybkowe niebłonowe. Składa się z małych i dużych podjednostek	Zawarte w jądrze, cytoplazmie i ziarnistym ER. Uczestniczy w biosyntezie białek.
Mitochondria	Organelle z podwójną błoną o podłużnym kształcie. Zewnętrzna błona jest gładka, wewnętrzna tworzy cristae. Wypełniony matrixem. Istnieją mitochondrialne DNA, RNA i rybosomy. Struktura półautonomiczna	Są stacjami energetycznymi komórek. Zapewniają proces oddechowy - utlenianie tlenowe substancji organicznych. Trwa synteza ATP
Plastydy Chloroplasty	Charakterystyka komórek roślinnych. Podwójne błonowe, półautonomiczne organelle o podłużnym kształcie. Wewnątrz wypełnione są zrębem, w którym znajdują się granae. Granas powstają ze struktur błonowych - tylakoidów. Istnieją DNA, RNA, rybosomy	Następuje fotosynteza. Reakcje fazy jasnej zachodzą na błonach tylakoidów, a reakcje fazy ciemnej zachodzą w zrębie. Synteza węglowodanów
Chromoplasty	Organelle kuliste z podwójną błoną. Zawiera pigmenty: czerwony, pomarańczowy, żółty. Powstał z chloroplastów	Nadaj kolor kwiatom i owocom. Tworzą się jesienią z chloroplastów i nadają liściom żółtą barwę.
Leukoplasty	Dwumembranowe, bezbarwne, kuliste plastydy. Pod wpływem światła potrafią przekształcić się w chloroplasty	Przechowuj składniki odżywcze w postaci ziaren skrobi
Centrum komórek	Struktury niemembranowe. Składa się z dwóch centrioli i centrosfery	Tworzy wrzeciono podziałów komórkowych i bierze udział w podziale komórek. Komórki podwajają się po podziale
Wakuola	Charakterystyka komórki roślinnej. Wnęka błony wypełniona sokiem komórkowym	Reguluje ciśnienie osmotyczne komórki. Gromadzi składniki odżywcze i produkty przemiany materii w komórce
Rdzeń	Główny składnik komórki. Otoczony dwuwarstwową porowatą błoną jądrową. Wypełnione karioplazmą. Zawiera DNA w postaci chromosomów (chromatyny)	Reguluje wszystkie procesy zachodzące w komórce. Zapewnia przekazywanie informacji dziedzicznych. Liczba chromosomów jest stała dla każdego gatunku. Zapewnia replikację DNA i syntezę RNA
Jądro	Ciemna formacja w jądrze, nieoddzielona od karioplazmy	Miejsce tworzenia rybosomów
Organelle ruchu. Rzęsy. Wici	Wyrostki cytoplazmy otoczone błoną	Zapewniają ruch komórek, usuwanie cząstek kurzu (nabłonek rzęskowy)

Najważniejszą rolę w aktywności życiowej i podziale komórek grzybów, roślin i zwierząt pełni jądro i znajdujące się w nim chromosomy. Większość komórek tych organizmów ma jedno jądro, ale zdarzają się również komórki wielojądrowe, takie jak komórki mięśniowe. Jądro znajduje się w cytoplazmie i ma okrągły lub owalny kształt. Pokryty jest skorupą składającą się z dwóch membran. W otoczce jądrowej znajdują się pory, przez które następuje wymiana substancji pomiędzy jądrem a cytoplazmą. Jądro jest wypełnione sokiem jądrowym, w którym znajdują się jąderka i chromosomy.

Jąderka- są to „warsztaty produkcji” rybosomów, które powstają z rybosomalnego RNA wytwarzanego w jądrze i białek syntetyzowanych w cytoplazmie.

Związana jest główna funkcja jądra - przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych chromosomy. Każdy typ organizmu ma swój własny zestaw chromosomów: określoną liczbę, kształt i rozmiar.

Nazywa się wszystkie komórki ciała, z wyjątkiem komórek płciowych somatyczny(z greckiego soma- ciało). Komórki organizmu tego samego gatunku zawierają ten sam zestaw chromosomów. Na przykład u człowieka każda komórka ciała zawiera 46 chromosomów, u muszki owocowej Drosophila - 8 chromosomów.

Komórki somatyczne z reguły mają podwójny zestaw chromosomów. Nazywa się to diploidalny i jest oznaczony przez 2 N. Tak więc osoba ma 23 pary chromosomów, czyli 2 N= 46. Komórki płciowe zawierają o połowę mniej chromosomów. Czy jest singlem, czy haploidalny, zestaw. Osoba ma 1 N = 23.

Wszystkie chromosomy w komórkach somatycznych, w przeciwieństwie do chromosomów w komórkach rozrodczych, są sparowane. Chromosomy tworzące jedną parę są identyczne. Nazywa się to sparowanymi chromosomami homologiczny. Nazywa się chromosomy należące do różnych par i różniące się kształtem i rozmiarem niehomologiczne(ryc. 8).

U niektórych gatunków liczba chromosomów może być taka sama. Na przykład koniczyna czerwona i groszek mają 2 N= 14. Jednakże ich chromosomy różnią się kształtem, rozmiarem i składem nukleotydowym cząsteczek DNA.

Ryż. 8. Zestaw chromosomów w komórkach Drosophila.

Ryż. 9. Struktura chromosomu.

Aby zrozumieć rolę chromosomów w przekazywaniu informacji dziedzicznej, należy zapoznać się z ich budową i składem chemicznym.

Chromosomy niedzielącej się komórki wyglądają jak długie cienkie nitki. Przed podziałem komórkowym każdy chromosom składa się z dwóch identycznych nici - chromatyda, które są połączone między taliami talii - (ryc. 9).

Chromosomy składają się z DNA i białek. Ponieważ skład nukleotydów DNA jest różny u różnych gatunków, skład chromosomów jest unikalny dla każdego gatunku.

Każda komórka, z wyjątkiem komórek bakteryjnych, ma jądro, w którym znajdują się jąderka i chromosomy. Każdy gatunek charakteryzuje się pewnym zestawem chromosomów: liczbą, kształtem i rozmiarem. W komórkach somatycznych większości organizmów zestaw chromosomów jest diploidalny, w komórkach płciowych – haploidalny. Sparowane chromosomy nazywane są homologicznymi. Chromosomy składają się z DNA i białek. Cząsteczki DNA zapewniają przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznej z komórki do komórki i z organizmu na organizm.

Po przepracowaniu tych tematów powinieneś być w stanie:

Wyjaśnij, w jakich przypadkach należy zastosować mikroskop świetlny (konstrukcję) lub transmisyjny mikroskop elektronowy.
Opisz budowę błony komórkowej i wyjaśnij związek pomiędzy strukturą błony a jej zdolnością do wymiany substancji pomiędzy komórką a jej otoczeniem.
Zdefiniuj procesy: dyfuzję, dyfuzję ułatwioną, transport aktywny, endocytozę, egzocytozę i osmozę. Wskaż różnice pomiędzy tymi procesami.
Nazwij funkcje struktur i wskaż, w których komórkach (roślinnych, zwierzęcych lub prokariotycznych) się znajdują: jądro, błona jądrowa, nukleoplazma, chromosomy, błona komórkowa, rybosom, mitochondrium, ściana komórkowa, chloroplast, wakuola, lizosom, gładka siateczka śródplazmatyczna (agranularny) i szorstki (granulowany), centrum komórkowe, aparat Golgiego, rzęska, wici, mesosoma, pilusy lub fimbrie.
Wymień co najmniej trzy znaki, po których można odróżnić komórkę roślinną od komórki zwierzęcej.
Wymień najważniejsze różnice między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Biologia ogólna”. Moskwa, „Oświecenie”, 2000

Temat 1. „Błona plazmatyczna”. §1, §8 s. 5;20
Temat 2. „Klatka”. §8-10 s. 20-30
Temat 3. „Komórka prokariotyczna. Wirusy”. §11 s. 31-34

Podstawową jednostką strukturalną żywego organizmu jest komórka będąca zróżnicowanym odcinkiem cytoplazmy otoczonym błoną komórkową. Ze względu na to, że komórka pełni wiele ważnych funkcji, takich jak rozmnażanie, odżywianie, ruch, błona musi być plastyczna i gęsta.

Historia odkrycia i badań błony komórkowej

W 1925 roku Grendel i Gorder przeprowadzili udany eksperyment mający na celu identyfikację „cieni” czerwonych krwinek, czyli pustych błon. Pomimo kilku poważnych błędów naukowcy odkryli dwuwarstwę lipidową. Ich pracę kontynuowali Danielli, Dawson w 1935 i Robertson w 1960. W wyniku wielu lat pracy i nagromadzenia argumentów, w 1972 roku Singer i Nicholson stworzyli model płynnej mozaiki struktury membrany. Dalsze eksperymenty i badania potwierdziły prace naukowców.

Oznaczający

Co to jest błona komórkowa? Słowo to zaczęto używać ponad sto lat temu, w tłumaczeniu z łaciny oznacza „film”, „skórę”. W ten sposób wyznacza się granicę komórki, która stanowi naturalną barierę pomiędzy zawartością wewnętrzną a środowiskiem zewnętrznym. Struktura błony komórkowej oznacza półprzepuszczalność, dzięki czemu wilgoć, składniki odżywcze i produkty rozkładu mogą swobodnie przez nią przechodzić. Powłokę tę można nazwać głównym elementem strukturalnym organizacji komórkowej.

Rozważmy główne funkcje błony komórkowej

1. Oddziela wewnętrzną zawartość komórki od składników środowiska zewnętrznego.

2. Pomaga w utrzymaniu stałego składu chemicznego komórki.

3. Reguluje prawidłowy metabolizm.

4. Zapewnia komunikację pomiędzy komórkami.

5. Rozpoznaje sygnały.

6. Funkcja ochrony.

„Powłoka plazmowa”

Zewnętrzna błona komórkowa, zwana także błoną plazmatyczną, to ultramikroskopowy film, którego grubość waha się od pięciu do siedmiu nanomilimetrów. Składa się głównie ze związków białkowych, fosfolidów i wody. Folia jest elastyczna, łatwo wchłania wodę, a po uszkodzeniu szybko przywraca swoją integralność.

Ma uniwersalną strukturę. Błona ta zajmuje pozycję graniczną, bierze udział w procesie selektywnej przepuszczalności, usuwaniu produktów rozpadu i je syntetyzuje. Związek z „sąsiadami” i niezawodna ochrona zawartości wewnętrznej przed uszkodzeniem sprawia, że jest to ważny element w takich kwestiach, jak budowa ogniwa. Błona komórkowa organizmów zwierzęcych jest czasami pokryta cienką warstwą - glikokaliksem, który zawiera białka i polisacharydy. Komórki roślinne na zewnątrz błony są chronione przez ścianę komórkową, która służy jako podpora i utrzymuje kształt. Głównym składnikiem jego składu jest błonnik (celuloza) – polisacharyd nierozpuszczalny w wodzie.

Zatem zewnętrzna błona komórkowa pełni funkcję naprawy, ochrony i interakcji z innymi komórkami.

Struktura błony komórkowej

Grubość tej ruchomej skorupy waha się od sześciu do dziesięciu nanomilimetrów. Błona komórkowa komórki ma specjalny skład, którego podstawą jest dwuwarstwa lipidowa. Ogony hydrofobowe, obojętne na wodę, znajdują się po wewnętrznej stronie, natomiast główki hydrofilowe, oddziałujące z wodą, skierowane są na zewnątrz. Każdy lipid jest fosfolipidem, który powstał w wyniku oddziaływania substancji takich jak glicerol i sfingozyna. Szkielet lipidowy jest ściśle otoczony białkami, które ułożone są w nieciągłą warstwę. Część z nich zanurzona jest w warstwie lipidowej, reszta przez nią przechodzi. W efekcie powstają obszary przepuszczalne dla wody. Funkcje pełnione przez te białka są różne. Część z nich to enzymy, reszta to białka transportowe, które przenoszą różne substancje ze środowiska zewnętrznego do cytoplazmy i z powrotem.

Błona komórkowa jest przenikana i ściśle połączona przez białka integralne, a połączenie z białkami obwodowymi jest słabsze. Białka te pełnią ważną funkcję, jaką jest utrzymanie struktury błony, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia, transport substancji oraz katalizowanie reakcji zachodzących na błonach.

Mieszanina

Podstawą błony komórkowej jest warstwa dwucząsteczkowa. Dzięki swojej ciągłości komórka posiada właściwości barierowe i mechaniczne. Na różnych etapach życia ta dwuwarstwa może zostać zakłócona. W efekcie powstają defekty strukturalne porów hydrofilowych. W takim przypadku mogą zmienić się absolutnie wszystkie funkcje takiego składnika, jak błona komórkowa. Rdzeń może cierpieć z powodu wpływów zewnętrznych.

Nieruchomości

Błona komórkowa komórki ma ciekawe cechy. Ze względu na swoją płynność membrana ta nie jest sztywną strukturą, a większość tworzących ją białek i lipidów porusza się swobodnie po płaszczyźnie membrany.

Ogólnie rzecz biorąc, błona komórkowa jest asymetryczna, dlatego skład warstw białkowych i lipidowych jest różny. Błony plazmatyczne w komórkach zwierzęcych posiadają od zewnętrznej strony warstwę glikoproteinową, która pełni funkcje receptorowe i sygnalizacyjne, a także odgrywa dużą rolę w procesie łączenia komórek w tkankę. Błona komórkowa jest polarna, co oznacza, że ładunek na zewnątrz jest dodatni, a ładunek wewnątrz jest ujemny. Oprócz wszystkich powyższych, błona komórkowa ma selektywny wgląd.

Oznacza to, że oprócz wody do komórki wpuszczana jest tylko pewna grupa cząsteczek i jonów rozpuszczonych substancji. Stężenie substancji takiej jak sód w większości komórek jest znacznie niższe niż w środowisku zewnętrznym. Jony potasu mają inny stosunek: ich ilość w komórce jest znacznie większa niż w środowisku. Pod tym względem jony sodu mają tendencję do przenikania przez błonę komórkową, a jony potasu mają tendencję do uwalniania na zewnątrz. W tych okolicznościach membrana aktywuje specjalny system, który pełni rolę „pompującą”, wyrównując stężenie substancji: jony sodu pompowane są na powierzchnię komórki, a jony potasu do środka. Ta cecha jest jedną z najważniejszych funkcji błony komórkowej.

Ta tendencja jonów sodu i potasu do przemieszczania się do wewnątrz z powierzchni odgrywa dużą rolę w transporcie cukru i aminokwasów do komórki. W procesie aktywnego usuwania jonów sodu z komórki błona stwarza warunki dla nowego pobrania glukozy i aminokwasów do jej wnętrza. Wręcz przeciwnie, w procesie przenoszenia jonów potasu do wnętrza komórki, uzupełniana jest liczba „transporterów” produktów rozpadu z wnętrza komórki do środowiska zewnętrznego.

W jaki sposób odżywianie komórek odbywa się przez błonę komórkową?

Wiele komórek pobiera substancje w procesach takich jak fagocytoza i pinocytoza. W pierwszym wariancie elastyczna membrana zewnętrzna tworzy niewielkie wgłębienie, w którym trafia wychwycona cząstka. Średnica wgłębienia staje się następnie większa, aż zamknięta cząstka przedostanie się do cytoplazmy komórki. Poprzez fagocytozę odżywiają się niektóre pierwotniaki, takie jak ameby, a także komórki krwi - leukocyty i fagocyty. Podobnie komórki wchłaniają płyn zawierający niezbędne składniki odżywcze. Zjawisko to nazywa się pinocytozą.

Błona zewnętrzna jest ściśle połączona z siateczką śródplazmatyczną komórki.

Wiele rodzajów głównych składników tkanki ma wypukłości, fałdy i mikrokosmki na powierzchni błony. Komórki roślinne na zewnątrz tej skorupy pokryte są inną, grubą i dobrze widoczną pod mikroskopem. Włókno, z którego są wykonane, stanowi podporę dla tkanek roślinnych, takich jak drewno. Komórki zwierzęce mają również szereg struktur zewnętrznych, które znajdują się na błonie komórkowej. Mają wyłącznie charakter ochronny, czego przykładem jest chityna zawarta w komórkach powłokowych owadów.

Oprócz błony komórkowej istnieje błona wewnątrzkomórkowa. Jego funkcją jest podzielenie komórki na kilka wyspecjalizowanych zamkniętych przedziałów - przedziałów lub organelli, w których należy zachować określone środowisko.

Nie sposób zatem przecenić roli takiego składnika podstawowej jednostki żywego organizmu, jak błona komórkowa. Struktura i funkcje sugerują znaczne powiększenie całkowitej powierzchni komórki i poprawę procesów metabolicznych. Ta struktura molekularna składa się z białek i lipidów. Odgradzając komórkę od środowiska zewnętrznego, membrana zapewnia jej integralność. Z jego pomocą połączenia międzykomórkowe utrzymują się na dość silnym poziomie, tworząc tkanki. W związku z tym możemy stwierdzić, że błona komórkowa odgrywa jedną z najważniejszych ról w komórce. Struktura i funkcje przez nią pełnione różnią się radykalnie w różnych komórkach, w zależności od ich przeznaczenia. Dzięki tym cechom osiąga się różnorodne czynności fizjologiczne błon komórkowych i ich rolę w istnieniu komórek i tkanek.