Komórka

Wiadomości ogólne

Komórka jest najmniejszą jednostką strukturalną żywego organizmu. Najbardziej prymitywne formy życia, takie jak bakterie, glony, czy pierwotniaki, mogą być tworzone przez pojedyncze komórki. Organizmy wyższe zbudowane są z tysięcy, albo nawet miliardów komórek. Szacuje się np. że ciało dorosłego człowieka złożone jest z ok. 50 trylionów komórek.

Komórki organizmów niższych, np. komórki bakteryjne, zdolne są do samodzielnego życia w otaczającym je środowisku. Komórki organizmów wyższych tworzą szereg wyspecjalizowanych grup, zwanych tkankami, przystosowanych do pełnienia określonej funkcji. Specjalizacja poszczególnych tkanek pozwala na lepsze wypełnianie powierzonych im zadań, z drugiej jednak strony uzależnia tworzące je komórki od obecności lub wręcz pomocy innych tkanek. Przykładem takich wzajemnych relacji jest praca wykonywana przez komórki mięśni szkieletowych (poprzecznie prążkowanych). Skurcz mięśni umożliwia ruch całego ciała, wymaga jednak obecności komórek nerwowych, unerwiających je ruchowo, komórek tkanek podporowych (kości lub chrząstki) oraz komórek krwi dostarczających tlenu i glukozy.

Podobnie, jak zadania, wykonywane przez różne komórki organizmów wyższych, bardzo zróżnicowane są również ich kształt i wielkość. Kształt komórki uzależniony jest od wewnętrznego rusztowania komórki, nazywanego cytoszkieletem. W dużej mierze zależy również od sąsiedztwa innych komórek i substancji międzykomórkowej. Komórki mogą przyjmować kształt kulisty (np. leukocyty - krwinki białe), wrzecionowaty (miocyty mięśniówki gładkiej), gwiaździsty z licznymi wypustkami (neurony, komórki glejowe), sześcienny albo prostopadłościenny - najczęściej o podstawie sześciokąta (komórki większości nabłonków, zwłaszcza jednowarstwowych), czy wreszcie - wielościenny (hepatocyty w wątrobie) (Ryc. 1).

e

a

b

d

c

Ryc. 1. Różne kształty komórek: a. kulisty; b. wrzecionowaty; c. gwiaździsty; d. sześcienny, e. wielościenny

Również wielkość komórek może być bardzo zróżnicowana. Dla przykładu - u człowieka waha się od kilku mikrometrów (μm; 10-6 m), jak w przypadku erytrocytów, aż do ponad jednego metra w przypadku neuronów ruchowych kory mózgowej (Tabela 1).

Tabela 1. Niektóre przykłady wielkości wybranych komórek człowieka

Przyjmując pewne uproszczenie możemy powiedzieć, że pod względem chemicznym komórka jest złożonym roztworem kwasów nukleinowych, białek, węglowodanów i ich pochodnych, otoczonym warstwą fosfolipidów. Tak ograniczona przestrzeń jest podzielona na mniejsze obszary czynnościowe, zwane organellami.

Błona komórkowa

Błona komórkowa utworzona jest przez błonę elementarną. Zbudowana jest ona z podwójnej warstwy fosfolipidów, cholesterolu i glikolipidów, w której zanurzone są cząsteczki białek. Do najważniejszych fosfolipidów błonowych (stanowią ok. 50% masy błony komórkowej) zaliczamy fosfatydylocholinę, fosfatydyloserynę i sfingomielinę. Fosfolipidy błonowe są amfipatyczne, tzn. jeden koniec cząsteczki ma charakter hydrofilowy i kieruje się w stronę środowiska wodnego, drugi zaś jest hydrofobowy. Dzięki takiej strukturze fosfolipidy w środowisku wodnym samoistnie formują pęcherzyki, których zewnętrzną oraz wewnętrzną powierzchnię ściany pęcherzyka stanowią hydrofilowe „główki”, zaś hydrofobowe „ogonki” tworzą między nimi warstwę środkową (Ryc. 2).

A

Hydrofilowa główka

Hydrofobowy ogonek

B

warstwa hydrofilowa

warstwa hydrofobowa

warstwa hydrofilowa

Ryc. 2. Schemat budowy błony fosfolipidowej. A. Schemat fosfolipidu; B. Błona elementarna.

Zjawisko to pozwala również na spontaniczne zamykanie się przerw i uszkodzeń błony komórkowej. Pewną ciekawostką jest fakt, że fosfolipidy rozmieszczone są w błonie komórkowej asymetrycznie, tzn. niektóre z nich (np. fosfatydylocholina) występują znacznie częściej w warstwie zewnętrznej błony komórkowej, podczas gdy inne (np. fosfatydyloinozytol), niemal wyłącznie w warstwie wewnętrznej – cytoplazmatycznej. Taka asymetria ma duże znaczenie fizjologiczne, ponieważ fosfolipidy warstwy zewnętrznej mogą być przetwarzane w substancje działające na inne komórki (prostaglandyny, leukotrieny), a fosfolipidy warstwy wewnętrznej są prekursorami tzw. informatorów wewnątrzkomórkowych w komórce je produkującej (np. diacyloglicerol, trójfosforan inozytolu) (patrz – Ryc. 3).

O ile fosfolipidy odpowiadają za płynność i elastyczność błony komórkowej, o tyle cholesterol nadaje jej sztywność i stabilność. Glikolipidy występują na powierzchni zewnętrznej błony komórkowej, gdzie prawdopodobnie odpowiadają za komunikację między komórką i jej otoczeniem. Do ważniejszych glikolipidów błony komórkowej zaliczane są gangliozydy i galaktocerebrozyd, główny składnik osłonek mielinowych wytwarzanych wokół włókien nerwowych. Reszty cukrowe obecne na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej tworzą warstwę określaną jako glikokaliks. Warstwa ta odpowiada za niektóre właściwości antygenowe komórek, m.in. występowanie różnych reszt cukrowych tworzących glikokaliks na krwinkach czerwonych (erytrocytach) determinuje obecność różnych grup krwi, określanych jako układ grupowy krwi AB0.

Dzięki swoim właściwościom fizyko-chemicznym błona komórkowa oddziela wewnętrzne środowisko komórki od jej otoczenia, ale również aktywnie uczestniczy w utrzymaniu tej odrębności. Błona jest strukturą dynamiczną, oznacza to, że jej składowe ulegają ciągłym przemieszczeniom, m.in. cyrkulacji pomiędzy błoną zewnętrzną oraz systemem błon wewnętrznych, jak również dyfuzji bocznej (tj. w płaszczyźnie błony), umożliwiającej np. ruch komórek. W fosfolipidowej warstwie błony komórkowej umieszczone są białka błonowe. W zależności od ich lokalizacji wyróżnia się tzw. białka powierzchniowe, tj. zewnątrzbłonowe, wewnątrzbłonowe, czyli cytoplazmatyczne oraz białka transbłonowe. Białka błonowe pełnią szereg ważnych funkcji, m.in. mocują cytoszkielet komórki do błony komórkowej. Jako cząsteczki adhezyjne uczestniczą one w przyleganiu komórek do podłoża oraz do innych komórek. Białka receptorowe uczestniczą w przekazywaniu sygnałów do wnętrza komórki. Ponieważ błona komórkowa stanowi barierę dla swobodnej dyfuzji m.in. jonów K+ i Na+, czy wielkocząsteczkowych związków organicznych, przenoszenie tych substancji poprzez błonę umożliwiają białka kanałowe i specjalne białka transportujące (Ryc. 3).

Ryc. 3. Schemat budowy błony komórkowej.

Transport makrocząsteczek do wnętrza, lub z wnętrza komórki możliwy jest również dzięki zjawiskom, odpowiednio, endo- i egzocytozy. Endocytoza polega na stopniowym wpuklaniu się błony komórkowej, aż do uformowania się pęcherzyka, zwanego endosomem (Ryc. 4).

Ryc. 4. Schemat powstawania endosomów.

...