Cytozol jest przeszyty elementami cytoszkieletu
W poprzednim paragrafie dokładnie zapoznaliśmy się z budową błony cytoplazma-tycznej. Teraz zanurzmy się do środka komórki i rozpatrzmy struktury i procesy zachodzące pod błoną komórkową.
Bezpośrednio pod błoną komórkową mieści się zawartość komórki - cytoplazma. Historycznie złożyło się tak, że słowa cytoplazma używa się, mając na myśli całą zawartość komórki oprócz jądra. W cytoplazmie rozróżnia się płynną część (cytoplazmę podstawową) - cytozol (hialoplazmę) i foremne organelle. W cytozolu zachodzą różne procesy biochemiczne, z którymi zapoznasz się dokładniej w § 15,16. W środku komórki są przeszyte podporowymi filamentami1 - cytoszkieletem. Właśnie cytoszkielet zapewnia podtrzymywanie kształtu komórki, a także większość jej ruchów. Wicie i rzęski, które zapewniają przemieszczanie się pierwotniaków, plemników oraz ruch wydzielin w błony śluzowej, zawierają w środku trzon z osobliwych filamentów - mikrotubul zdolnych do przemieszczania się względem siebie - właśnie to przemieszczanie zapewnia im ruch (ryc. 10.1). Mięśnie kurczą się dzięki temu, że niteczki zbudowane z białka aktyny przemieszczają się względem niteczek zbudowanych z białka miozyny. Powierzchnia komórek nabłonkowych wyścielających jelito cienkie jest wielokrotnie zwiększona dzięki obecności na niej mikrokosmków. Te mikrokosmki są podtrzymywane ze środka niteczkami z białka aktyny.
Ważna właściwość białek cytoszkieletu (aktyny i tubuliny) polega na tym, że one mogą być wbudowane w niteczki (filamenty) cytoszkieletu (ryc. 10.2 ,A) lub znajdować się w postaci rozpuszczonej.
A. Komórka zawłotni ma dwie wici. Dzięki ich zsynchronizowanym ruchom ona porusza się w wodzie. B. Plemnik na powierzchni nabłonka jajowodu. Plemnik posiada jedną długą wić, dzięki której on przemieszcza się do komórki jajowej. Komórki nabłonka jajowodów też posiadają ruchowe struktury - rzęski, po kilka na komórkę. Ich zsynchronizowane uderzenia pomagają komórce jajowej poruszać się w stronę plemnika. C. Rzęski tchawicy człowieka pomagające wyprowadzać śluz i drobne cząsteczki z dróg oddechowych. D. Schemat budowy wici.
1 Filament (od ang. filament - nić) - wewnątrzkomórkowy niteczkowaty twór
Na przykład aktyna - to typowe białko globularne rozpuszczalne w cytopiazmie. Jednak ona może polimeryzować się1, tworząc długie nici aktynowego cytoszkieletu (ryc. 10.2,B). Ten proces jest obracalny i komórka może kontrolować zarówno powstanie, jak i rozpad filamentów.
Wakuom - to całokształt jednobłonowych organelli komórki
Wśród wewnątrzkomórkowych struktur komórki zwierzęcej najbardziej wyróżniają się organelle otoczone własną błoną. Całokształt organelli otoczonych jedną błoną tworzą wakuom komórki. Organelle, które są zawarte w wakuom - to pęcherzyki, rureczki i struktury siatkowate. Centralne w wakuomie jest retikulum endoplazma-tyczne (ER) - ciągła sieć kanalików i cystern zajmująca znaczną część komórki. Ro-różniamy retikulum szorstkie (GER), czyli granularne i retikulum gładkie (SER), czyli agranularne. Pierwsze (GER) bierze udział w syntezie białka i nazywa się tak dlatego, że jego błona pokryta jest rybosomami. Drugie (SER) - nie posiada rybosomów i bierze udział w syntezie lipidów oraz służy miejscem gromadzenia się jonów wapnia. ER daje początek innym składnikom wakuomu, tworząc pęcherzyki, które następnie zlewają się z innym składnikiem wakuomu - aparatem Golgiego (ryc. 10.3).
Aparat Golgiego komórki zwierzęcej ma charakterystyczną budowę: składa się z błoniastych dysków rozdętych na końcach i ułożonych jeden na drugim. W aparacie Golgiego zachodzi dojrzewanie białek błon i białek wydzielniczych syntezowanych w ER oraz ich sortowanie. Podczas sortowania komórka podejmuje decyzję, czy białko pozostanie „pracować” w komórce czy będzie wydzielone na zewnątrz. Białka skierowane na zewnątrz dostają się do transportowych pęcherzyków. Następnie one zlewają się z błoną cytoplazmatyczną komórki, przy tym zawartość pęcherzyka przedostaje się do środowiska zewnętrznego, a błonowe lipidy i białka przechodzą do składu błony cytoplazmatycznej.
1 Pod terminem „polimeryzacja" rozumiemy formowanie makrocząsteczkowych zespotów z wielu subjednostek bez powstania wiązań kowalencyjnych.
Rye. 10.3.
Organelle błoniaste: schemat przemian wzajemnych
1. Osłonka jądrowa. 2. Retiku-lum szorstkie (GER).
3. Ruch pęcherzyków od ER do aparatu Golgiego.
4. Powstanie lizosomów pierwotnych. 5. Wyprowadzanie substancji. 6. Wchłanianie substancji. 7. Wodniczka trawienna (iizosom wtórny).
8. Retikulum gładkie (SER).
Jeszcze jeden typ pęcherzyków produkowanych przez aparat Golgiego - to lizo-somy. Lizosomy - to organelle trawienne zawierające enzymy trawienne. One trawią cząsteczki pokarmu lub całe organelle i komórki.
Mitochondrium - to całokształt mitochondriów komórki
W szczególną grupę warto wyodrębnić organelle cytoplazmatyczne okryte dwiema błonami. U zwierząt takimi organellami są mitochondria. Budowę „klasycznego” mitochondrium podano na rycinie 10.4. Jest ono okryte podwójną błoną cytoplazmatyczną. Zewnętrzna błona mitochondrium jest gładka i otacza mitochondrium jak pończocha, natomiast błona wewnętrzna jest nierówna i zawiera liczne fałdy - grzebienie, które wielorazowo zwiększają jej powierzchnię. U różnych organizmów one mogą mieć postać płytek, rureczek, pęcherzyków. Pod błoną wewnętrzną mięści się macierz mito-chondrialna, inaczej matriks - zawartość ciekła mitochondrium. Mitochondria mają własne DNA, a także aparat syntezy białka. DNA rozmieszczony jest w matriksie i nie okrywa go żadna błona.
Mitochondria są stacjami energetycznymi komórki. Właśnie w nich zachodzą procesy ostatnich etapów oddychania komórkowego zwierząt: utlenianie związków organicznych tlenem do dwutlenku węgla i wody z wydzielaniem energii. Większość etapów oddychania komórkowego zachodzi na wewnętrznej błonie mitochondrium, właśnie dlatego jej powierzchnia jest wielokrotnie zwiększona dzięki obecności wpukleń.
Bardzo często mitochondria znacznie różnią się pod względem kształtu od podanego na rycinie 10.4. Na przykład mitochondria włókien mięśniowych zlewają się ze sobą, tworząc jedyną sieć, która przeszywa całą cytoplazmę - retikulum mitochondrialne (ryc. 10.5. A).
Taka struktura efektywniej dostarcza energii kurczliwym strukturom włókna mięśniowego. W innych komórkach czasem bywa do kilka tysięcy mitochondriów, a u wielu pierwotniaków w komórce jest tylko jedno duże mitochondrium (ryc. 10.5, В, C).
Ryc. 10.5. Przykłady mitochondriów w różnych rodzajach komórek
A. Mitochondria komórki mięśniowej (zabarwione na czerwono). B. Komórka tkanki łącznej człowieka (mitochondria zabarwione na czerwono, jądro -na błękitno). C. Drożdże (mitochondria zabarwione na zielono).
Zastanów się
Wybierz jedną poprawną odpowiedź
1
Mikrokosmki komórek jelita ze środka podtrzymywane są nićmi (1). Nabłonek jelita dzięki obecności mikrokosmków (2). Od zewnątrz mikrokosmki są otoczone (3).
A 1 - miozyny, 2 - jest chroniony przed sokami trawiennymi, 3 - kolagenem В 1 - aktyny, 2 - zwiększa swoją powierzchnię, 3 - glikokaliksem C 1 - tubuliny, 2 - zapewnia ruch komórki jajowej, 3 - błonnikiem D 1 - aktyny, 2 - jest zdolny do regeneracji, 3 - śluzem E 1 - tubuliny, 2 - jest zdolny do ruchu, 3 - błoną lipidową
2
Do polimeryzacji i tworzenia struktur fibrylarnych zdolne są białka globularne A kolagen, keratyna В hemoglobina, mioglobina C tubulina, aktyna D miozyna, kolagen E hemoglobina, keratyna
3
W skład wakuomu komórki wchodzą
A organelle nieobłonione В mitochondria i chloroplasty
C organelle ruchu D lizosomy i struktury Golgiego
E jądro i cytoplazma
4
Wybierz poprawną charakterystykę mitochondriówz podanego wykazu:
1) zawierają własny DNA;
2) są zdolne do podziału wewnątrz komórki;
3) posiadają własny aparat do syntezy białek;
4) zawierają własne retikulum endoplazmatyczne;
5) należą do wakuomu komórki;
6) należą do organelli ruchu.
A 1,2,3 В 2, 3, 4 C 3, 4, 5 D 4, 5, 6 E 1, 5, 6
5
Mitochondria nazywane są energetycznymi stacjami komórki, ponieważ one A są obłonione dwoma błonami В utleniają substancje organiczne C są wypełnione matriksem D mają pofałdowaną wewnętrzną błonę E zawierają własny DNA
Sformułuj odpowiedź w postaci kilku zdań
6
Co to jest cytozol? Spróbuj podać charakterystykę zawartości cytozolu. Wskaż podstawowe funkcje cytozolu.
7
Nici cytoszkieletu często są złożone z polimerowych białek globularnych, a nie z długich cząsteczek fibrylarnych. Jak myślisz, dlaczego?
8
Jest kilka różnych organelli ruchu. Dokonaj charakterystyki porównawczej tych organelli w postaci tabeli. Wskaż rozpowszechnienie i budowę każdej z przytoczonych przez ciebie organelli.
9
Terminem „wakuom” określa się wszystkie organelle jednobłonowe, podkreślając tym samym, że one są wzajemnie powiązane. Podaj opis tego powiązania wzajemnego z punktu widzenia funkcji i struktury.
10
Podaj opis budowy mitochondrium i wskaż jego podstawowe składniki. Ustal strukturalno-funkcjonalne połączenia i wyjaśnij ich znaczenie.
Znajdź odpowiedź i postaraj się zrozumieć istotę problemu
11
Niektóre jednokomórkowe pasożyty nie posiadają mitochondriów, mimo że są prawdziwymi eukariotami. Jak one mogą żyć bez stacji energetycznych?
12
Cytoszkielet jest nie tylko w komórkach eukariotycznych, ale i w komórkach prokariotów. Jakie białka biorą udział w jego kształtowaniu u bakterii?
Dowiedz się samodzielnie i opowiedz innym
13
Cytoszkielet i organelle ruchu są wzajemnie powiązane. Jak zachodzi to powiązanie? Jaką rolę odgrywa w tym powiązaniu centrum komórkowe?
14
Przemieszczenie substancji w błoniastych pęcherzykach w granicach jednej komórki zachodzi za pomocą „kroczących” białek dyneiny i kinezyny. Znajdź o nich informację, wideo i opowiedz w klasie, jak pracują te zdumiewające białka.
Źródło: Biologia podręcznika dla klasy 9 Szałamow