Komórka

Z Wikipedii

Artykuł ten został zgłoszony jako kandydat do medalu. Weź udział w dyskusji na ten temat.

Komórka (łac. cellula) - najmniejsza budulcowa i funkcjonalna jednostka organizmów żywych. Jest zdolna do przeprowadzania wszystkich podstawowych procesów życiowych (takich jak przemiana materii, wzrost i rozmnażanie).

Komórkę stanowi przestrzeń ograniczona błoną komórkową. U większości prokariontów, roślin, grzybów i niektórych protistów dodatkowo, od strony zewnętrznej, występuje nie wykazująca metabolizmu ani własnych mechanizmów wzrostowych^[1] struktura – ściana komórkowa. Wewnątrz tej przestrzeni znajduje się tzw. protoplazma oraz szereg wewnętrznych organelli pełniących rozmaite funkcje życiowe komórki. Występowanie w komórce jądra jest podstawą podziału organizmów na jądrowe (eukarionty, łac. Eucaryota) i bezjądrowe (prokarionty, akarionty, łac. Procaryota), choć faktycznie różnice w budowie komórki tych grup dotyczą nie tylko obecności jądra komórkowego.

Komórka może stanowić samodzielny organizm jednokomórkowy lub może być elementem składowym organizmu wielokomórkowego. Budowy komórkowej nie mają wirusy, i w związku z tym nie wykazują oznak życia poza komórkami żywicieli (i zgodnie z obecnymi poglądami systematycznymi nie są klasyfikowane, jako organizmy żywe).

Komórki różnych organizmów wykazują znaczne różnice, zarówno morfologiczne jak i biochemiczne. Osobnym problemem jest też istnienie komórek wtórnie uproszczonych – takich jak np. czerwone ciałka krwi ssaków, które nie posiadają jądra komórkowego, choć są niewątpliwie komórkami eukariotycznymi.

Pojęcia komórki po raz pierwszy użył Robert Hooke w 1665 roku.

Spis treści 1 Skład chemiczny komórek 2 Powstanie komórek 2.1 Powstanie komórek eukariotycznych 3 Budowa komórki 3.1 Budowa komórki prokariotycznej 3.1.1 Ściana komórkowa 3.1.2 Otoczka 3.1.3 Rzęski 3.1.4 Błona komórkowa 3.1.5 Cytoplazma i genofor 3.1.6 Rybosomy 3.1.7 Chromatofor 3.1.8 Pozostałe elementy komórkowe u prokariontów 3.2 Budowa komórki eukariotycznej 3.2.1 Ściana komórkowa 3.2.2 Błona komórkowa i mechanizmy poruszania się komórek 3.2.3 Siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego 3.2.4 Mitochondria 3.2.5 Plastydy 3.2.6 Jądro komórkowe 3.2.7 Centriole 3.2.8 Wodniczki 3.3 Połączenia między komórkami 4 Procesy wewnątrzkomórkowe 4.1 Utrzymywanie stałego składu środowiska wewnętrznego, pobieranie i wydalanie substancji 4.2 Wzrost i metabolizm 4.3 Podziały komórkowe 4.4 Śmierć komórki 5 Badanie komórek 5.1 Historia 5.2 Cele i metody 5.2.1 Mikroskopia 5.2.2 Rozdzielanie organelli komórkowych 5.2.3 Pozostałe metody 6 Przypisy 7 Bibliografia 7.1 Pozycje drukowane 7.2 Internet

[edytuj] Skład chemiczny komórek

Skład chemiczny komórek pod względem ilościowym jest różny u różnych grup organizmów. Różnice te widoczne są nawet na poziomie gatunków, czy niższych taksonów.

Największą masę stanowi w komórkach woda, nawet do 90%. To ona stanowi środowisko reakcji biochemicznych, a także czasami jest ich substratem.

W dalszej kolejności należy wskazać na białka (40-60% suchej masy), które w komórce pełnią różne funkcje, od budulcowej, poprzez regulacyjne, katalityczną (większość enzymów to białka), transportową i wiele innych. Elementem budulcowym białek są aminokwasy. Znane są dwie izomeryczne formy aminokwasów (poza glicyną^[2]), które różnie skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego: D i L, ale tylko L-aminokwasy wchodzą w skład białek. Do aminokwasów czasem dołączane są związki innych grup, co nadaje im specyficzne właściwości. Sytuacja taka ma miejsce np. w hemoglobinie, gdzie do białek (podjednostek Hb) dołączane są niebiałkowe cząsteczki barwnika – hemu.

Aminokwasy budują także związki mniejsze niż białka – peptydy i polipeptydy. Pełnią one różne funkcje, są hormonami, naturalnymi antybiotykami niektórych mikroorganizmów, itd. Pełniąc podobne funkcje aminokwasy mogą występować też w formie pojedynczych cząsteczek. Peptydy i polipeptydy, jak i wolne aminokwasy mogą zawierać/być D-izomerami^[3].

Kwasy nukleinowe, DNA i RNA, odgrywają najważniejszą rolę w przekazywaniu informacji genetycznej oraz biosyntezie białek. Wyjątkami są niektóre RNA, które nie biorą udziału w przekazywaniu informacji genetycznej, pełnią za to funkcję budulcową, wchodząc w skład rybosomów – rRNA, czy też transportującą – tRNA, albo enzymatyczną – snRNA.

Węglowodany pełnią głównie funkcję energetyczną i zapasową, ale jako motywy, służą do modyfikacji innych klas związków (glikozylacja), co jest podstawą procesów regulacyjnych, transportowych, komunikacji i przekazywania sygnału.

Lipidy stanowią podstawę strukturalną błon biologicznych, ale ta szeroka klasa związków uczestniczy także w prawie każdym procesie komórkowym, jak regulacja, transport, komunikacja, przekazywanie sygnału, metabolizm (tłuszcze, klasa lipidów, są materiałem zapasowym i źródłem energii) i wiele innych.

Ten artykuł wymaga dopracowania zgodnie z zaleceniami edycyjnymi. Należy w nim poprawić: barwniki, alkaloidy, witaminy. Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdziesz na stronie dyskusji tego artykułu. Po naprawieniu wszystkich błędów można usunąć tę wiadomość.

Do najważniejszych pierwiastków budujących związki chemiczne wchodzące w skład komórek należą: tlen (wchodzi w skład m.in. cząsteczek wody; stanowi 65% masy człowieka), węgiel (jest rusztowaniem w związkach organicznych, stanowi 18% masy człowieka), wodór (10% masy człowieka), azot (3% masy człowieka) oraz inne pierwiastki (Ca, P, K, S, Na, Mg, Cl, Fe, J, Mn, Cu, Zn, Co, F, Mo, Se itd.), których masa u człowieka nie przekracza 2% masy całkowitej.

[edytuj] Powstanie komórek

Pierwsze komórki powstały ponad 4 mld lat temu, najprawdopodobniej w wyniku połączenia się ze sobą związków organicznych. Zanim jednak do tego doszło, musiały powstać podobne agregaty, które nie wykazywały w ogóle albo wykazywały tylko niektóre cechy istot żywych. Te pierwsze określa się jako proteinoidy, zaś drugie jako protobionty. Sądzi się, że pierwsze twory z możliwością do samopowielania, tzw. prakomórki, pojawiły się ok. 4 mld. lat temu w okresie archaiku.

Alternatywna, stanowczo mniej popularna, koncepcja powstania życia na Ziemi – teoria panspermii – zakłada, że na Ziemi nie doszło do powstania komórek z materii nieożywionej, a zostały one przyniesione z pyłem kosmicznym z innej planety w postaci przetrwalników prokariontów.

Jak widać, sposób powstania komórek nie jest jednoznacznie ustalony. Pewnym jest natomiast, że pierwsze komórki byłby komórkami bezjądrowców (Procaryota). Wiek najstarszych skamieniałości takich komórek datuje się na 3,1-3,4 mld. lat.

Nie znana jest także dokładna droga ewolucji procesów wewnątrzkomórkowych. Nie wiadomo, czy pierwsze było dziedziczenie, czy metabolizm, niemniej pewnym jest że to właśnie te procesy były krokami milowymi między martwą materią, a życiem.

[edytuj] Powstanie komórek eukariotycznych

Komórki eukariotyczne pojawiły się na Ziemi później niż prokariotyczne. Najstarsze odkryte wykopaliny komórek jądrowych datowane są na 1,7 mld. lat. Niemniej, nie jest jednoznacznie udowodnione, w jaki sposób one powstały.

Najpopularniejszą koncepcją jest teoria endosymbiozy, w myśl której komórka eukariotyczna powstała z komórki prokariotycznej, która pochłonęła i nie strawiła innych Procaryota. Grupa tych organizmów początkowo weszła w ścisłą zależność mutualistyczną, później przekształcając się w organella takie jak plastydy i mitochondria.

Aby mogło do tego dojść konieczne było, aby "komórka pochłaniająca" nie posiadała ściany komórkowej, która uniemożliwia fagocytozę (wchłonięcie dużych tworów, takich jak całe komórki). Pozbycie się "pierwotnej" ściany tłumaczy także, dlaczego komórki zawierające jądro osiągają większe rozmiary. Bardzo możliwym jest, że sieć wewnętrznych błon (siateczka śródplazmatyczna) powstała na skutek ruchu wewnątrz komórki pochłoniętego pokarmu. Kluczowym procesem powstania prostych, jednokomórkowych Eucaryota była endosymbioza bakterii hetero-, jak i autotroficznych, które później przekształciły się, zgodnie z tą teorią, w mitochondria i plastydy (np. chloroplasty). Na poparcie tej teorii przytacza się fakt, że struktury te posiadają własny DNA.

Teoria ta, choć najpopularniejsza, nie jest jednak doskonała. Nie tłumaczy ona wielu kwestii, m. in. nie mówi w jaki sposób doszło do powstania jądra komórkowego.

[edytuj] Budowa komórki

[edytuj] Budowa komórki prokariotycznej

Rozmiary komórek prokariotycznych są kilkukrotnie mniejsze od rozmiarów komórek eukariotycznych. Wynoszą one zwykle od 0,5 μm do 10 μm. Stosunek powierzchni "typowej" komórki akariotycznej do komórki tkankowej ma się mniej więcej jak 1:1500.

Kształt komórek prokariontów nie jest bardzo zróżnicowany – zwykle jest on kulisty lub nitkowato wydłużony, rzadziej poskręcany (jak u krętków), czy rozgałęziony (jak u maczugowców, prątków itd.). Część z prokariontów tworzy w wyniku niezupełnego rozdziału komórek po amitozie zgrupowania kilku komórek, jak np. dwoinki, gronkowce, paciorkowce itd.

[edytuj] Ściana komórkowa

Kształt komórki determinuje ściana komórkowa, która dodatkowo chroni komórkę przed pęknięciem w wyniku zwiększonego napływu wody do jej wnętrza. U bakterii właściwych (czyli także sinic) zbudowana jest z biopolimeru peptydowo-wielocukrowego – mureiny, zaś u archeanów (archeabakterii) głównym jej składnikiem jest pseudomureina lub białka ułożone w tzw. warstwę S. Część archeanów i wszystkie mikoplazmy (grupa bakterii) nie posiadają ściany komórkowej w ogóle.

U bakterii grubość ściany komórkowej warunkuje, jaki będzie rezultat barwienia metodą Grama i de facto jest podstawą klasyfikacji bakterii na Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Te pierwsze (G+) mają ścianę o grubości 15-50 nm, zaś drugie (G-) kilkukrotnie cieńszą, 2-10 nm. Różnica ta pociąga za sobą także odmienności w fizjologii i wrażliwości na leki między obiema grupami bakterii.

[edytuj] Otoczka

Większość bakterii żyjących w glebie, wodzie lub pasożytujących wytwarza śluzowate otoczki, pod względem chemicznym zbudowane z wielocukrów lub z białek (często glikozylowanych). Otoczka taka pełni funkcję ochronną przed wyschnięciem oraz, u pasożytów, uniemożliwia związanie białek powierzchniowych bakterii przez receptory komórek żernych i zarazem fagocytozę zarazka^[4].

[edytuj] Rzęski

Występujące u mikroorganizmów rzęski – różniące się budową od rzęsek występujących u Eucaryota – umożliwiają ruch, zaś fimbrie pozwalają przylegać do komórek zwierzęcych (np. w celu zainfekowania ich) lub uczestniczyć w jednym z procesów parapłciowej wymiany informacji genetycznej między różnymi osobnikami tego samego gatunku, tzw. koniugacji. Rzęski składają się ze spiralnie skręconych włókien flageliny, zaś fimbrie z cienkich delikatnych białkowych rurek sterczących z cytoplazmy.

[edytuj] Błona komórkowa

Błona komórkowa zbudowana jest z dwóch warstw fosfolipidów oraz zakotwiczonych w nich białek – jest to typowy dla wszystkich organizmów model budowy błony plazmatycznej. W stosunku do jądrowych odmienny jest natomiast skład chemiczny błony: u akariontów dominują nasycone kwasy tłuszczowe (rzadkie u Eucaryota) oraz nie występuje cholesterol (pomijając aparat fotosyntezy sinic). U Archea błona komórkowa zbudowana jest zupełnie inaczej, mianowicie obecne są w niej etery kwasów tłuszczowych przy jednoczesnym braku fosfolipidów, często też występuje tylko jedna pojedyncza warstwa dimerów tychże eterów ^[5].

U bakterii gramdodatnich błona cytoplazmatyczna występuje jedynie po wewnętrznej stronie, zaś u gramujemnych po obu stronach ściany komórkowej.

Błona komórkowa w przeciwieństwie do struktur opisanych powyżej jest niezbędna do przeżycia mikroorganizmu. Odpowiada za pobieranie wody, soli mineralnych i pokarmu, wydzielanie substancji na zewnątrz (np. enzymów trawiennych), odbieranie bodźców ze środowiska zewnętrznego oraz procesy metaboliczne komórki (wytwarzanie energii odbywa się zwłaszcza w rejonach wpuklonych do wnętrza – tzw. mezosomach). Możliwe jest to dzięki zespołom białek transporterów cząstek pokarmu, przenośników elektronów, białek systemu sekrecji, itd.

[edytuj] Cytoplazma i genofor

Przestrzeń ograniczoną błoną wypełnia cytoplazma (cytozol). Jest to układ koloidalny białek zawieszonych w roztworze wodnym, także białek katalizujących reakcje biochemiczne komórki (enzymów).

Materiał genetyczny stanowi kolisty^[6], dwuniciowy DNA, zwany genoforem, nukleoidem lub chromosomem bakteryjnym. DNA komórki nie jest, w przeciwieństwie do Eucaryota, osłonięty błoną i pływa dość swobodnie w cytoplazmie (rzadkością jest, że genofor związany jest z błoną komórkową). Genofor zajmuje stosunkowo małą powierzchnię do swojej długości w wyniku silnego poskręcania stabilizowanego przez białka histonopodobne lub, u Archea, przez histony. Częstym jest, że oprócz nukleoidu w komórce mikroorganizmów występują znacznie mniejsze, również koliste, cząsteczki DNA zwane plazmidami, które warunkują dodatkowe cechy, jak na przykład oporność na antybiotyki. DNA zawarty w plazmidach nie jest jednak DNA genomowym.

[edytuj] Rybosomy

Gęsto rozsiane w komórce rybosomy zbudowane są, podobnie jak u jądrowych, z RNA^[7]. Morfologicznie także składają się z większej i mniejszej podjednostki, które łączą się ze sobą po przyłączeniu mRNA do kompleksu inicjującego^[8]. Stanowią miejsce syntezy białek).

Podjednostka mniejsza ma stałą sedymentacji 30S, zaś duża 50S. Współczynnik sedymentacji całego rybosomu wynosi 70S (dla porównania, u Eucaryota wynosi 80S).

[edytuj] Chromatofor

Aparat fotosyntezy – chromatofor – występuje u sinic (cyjanobakterii) i niektórych Proteobacteria. U proteobakterii chromatofor ma formę kulistych lub jajowatych tworów zawierających chlorofil b, zwany bakteriochlorofilem, oraz różne pigmenty karetonoidowe. U cyjanobakterii chromatofory, zwane tutaj także tylakoidami, mają kształt dysków i zawierają chlorofil a oraz fikoerytrynę i fikocyjaninę (fikobiliny). U tych grup różny jest oprócz budowy aparatów fotosyntezy także jej przebieg.

[edytuj] Pozostałe elementy komórkowe u prokariontów

U niektórych bakterii (kolejno: laseczek, promieniowców i bakterii śluzowych) występują czasem w komórkach endospory, konidia lub mikrocysty pełniące funkcję form przetrwalnych.

[edytuj] Budowa komórki eukariotycznej

---

Uwaga: w opisie pominięto najczęściej królestwo Protista, ze względu na polifiletyczny charakter tego taksonu. Najczęściej uwagi dotyczące roślin dotyczą także "protistów roślinnych" , zwierząt – "prostistów zwierzęcych", grzybów – "protistów grzybopodobnych".

Komórki eukariotyczne są większe od prokariotycznych – średnio ich długość mieści się w granicach 10-100 μm. Część komórek Eucaryota jest jednak jeszcze większa, jak np. jaja, czy niektóre neurony.

Kształt komórki u roślin i grzybów determinuje ściana komórkowa, zaś u zwierząt – organizmów, które nie posiadają ściany komórkowej – głównie środowisko zewnętrzne (zwłaszcza ciśnienie osmotyczne).

[edytuj] Ściana komórkowa

Ściana komórkowa grzybów zbudowana jest najczęściej z chityny (rzadziej z celulozy i innych związków), zaś roślin z włókien celulozowych tworzących mikrofibryle zatopione w macierzy. Macierz ta składa się głównie z wody, hemiceluloz, pektyn i białek.

U roślin, wraz z wiekiem, zmieniają się skład i właściwości ściany komórkowej. Tzw. ścianę pierwotną, pojawiającą się w komórce roślinnej zaraz po jej powstaniu, cechuje duża wytrzymałość na rozciąganie oraz stosunkowo duża zawartość wody. Często pierwotna ściana roślin jest cienka, choć nie jest to regułą. Ściana wtórna powstaje w komórce, w momencie kiedy zakończony został jej wzrost. Umiejscowiona jest między protoplastem (żywą częścią komórki, czyli błoną i organellami), a ścianą pierwotną. Cechuje ją mniejsza zawartość wody, a większa celulozy i hemiceluloz oraz odporność na ściskanie i inne bodźce mechaniczne. Często jest gruba, choć to także nie jest regułą. Wtórna ściana komórkowa roślin może ulegać różnym modyfikacjom, jak np. inkrustacja.

[edytuj] Błona komórkowa i mechanizmy poruszania się komórek

Błona komórkowa (plazmolema) otacza całą komórkę. U eukariontów posiadających ścianę komórkową zawsze występuje po stronie wewnętrznej tej ściany. Plazmolema zbudowana jest podobnie, jak u bakterii właściwych: składa się z dwóch warstw fosfolipidów oraz zanurzonych w nich białek. W komórkach jądrowców, w przeciwieństwie do akariontów, widoczne są: dominacja nienasyconych kwasów tłuszczowych oraz znaczący (5-25%) udział cholesterolu w budowie lipidów błonowych^[9].

Białka zanurzone w plazmolemmie pełnią funkcje receptorów, białek kanałowych, czy enzymatycznych, które odpowiadają za pobieranie wody, soli mineralnych i substancji odżywczych, wydzielanie substancji na zewnątrz (np. produktów przemiany materii), obieranie bodźców ze środowiska zewnętrznego, itd. Ponadto struktury białek wraz z skoordynowanymi innymi cząsteczkami, tak zwany glikokaliks, komórkom bardziej złożonym organizmów nadaje tożsamość antygenową, co warunkuje m. in. występowanie różnych grup krwi^[10].

W niektórych komórkach zwierzęcych, jak miocyty i neurony zmiany potencjału elektrycznego błony pozwalają na przewodzenie impulsów nerwowych w odpowiedzi na bodźce, co jest podstawą działania układów nerwowego i mięśniowego..

U części protistów (np. Amoeba spp.), jak i niektórych komórek zwierzęcych (jak np. amebocyty gąbek, czy ssacze neutrofile i monocyty) przelewanie cytoplazmy powodujące uwypuklanie błony umożliwia przemieszczanie się tych komórek. Nazywane jest to ruchem pełzakowatym (ameboidalnym). Ruch ten jest możliwy dzięki występowaniu w komórkach cytoszkieletu.

Występowanie wici i rzęsek na powierzchni komórek także umożliwia ruch w środowisku wodnym. Wici występują zwykle pojedynczo i są znacznie dłuższe od rzęsek występujących bardzo licznie wokół całej komórki. Obie struktury zbudowane są podobnie, z mikrotubul. W "trzonku" mikrotubule tworzą dublety, dziewięć ułożonych okrężnie i jeden w centrum. Tworzy to tzw. strukturę 9+2. U podstawy rzęsek i wici znajduje się kinetosom (homologiczny do centrioli) zbudowany z 9 ułożonych okrężnie trypletów mikrotubul (struktura 9x3).

Zasada działania wici polega na uderzaniu w wodę i wywoływaniu fali, która powoduje przemieszczenie komórki. Rzęski natomiast pracują w podobny sposób jak wiosła.

Rzęski u bardziej złożonych zwierząt mogą pełnić także inne funkcje, np. u ssaków oczyszczają powietrze w jamie nosowej zatrzymując pyły na swojej powierzchni.

[edytuj] Siateczka śródplazmatyczna i aparat Golgiego

Wewnątrz błony komórkowej znajdują się organella oraz cytozol (cytoplazma). Cytoplazma, podobnie jak u Procaryota, jest białkowym koloidem. Charakter koloidalny pozwala na utrzymywanie w cytoplazmie organelli ponad spodnią powierzchnią błony komórkowej, tak jakby organella były swobodnie zawieszone w komórce.

Retikulum endoplazmatyczne (siateczka śródplazmatyczna, ER) i błony organelli wyznaczają wewnątrz komórki oddzielone od siebie przestrzenie (kompartmenty), dzięki czemu możliwe jest wytworzenie i utrzymywanie różnych warunków w różnych przestrzeniach tej samej komórki, a co za tym idzie – przeprowadzania w jednym czasie wielu procesów wymagających odmiennych warunków reakcji.

Pod względem budowy, błony te są podobne do plazmolemmy. Najważniejsze różnice dotyczą tego, że są one cieńsze, zawierają więcej białek, a znacznie mniej cholesterolu oraz nie zawierają glikokaliksu.

Samo retikulum endoplazmatyczne jest zróżnicowane – wyróżnia się dwie jego formy: jedną zawierającą ziarnistości (siateczka śródplazmatyczna szorstka) i drugą ich pozbawioną (siateczka śródplazmatyczna gładka). ER gładkie występuje w postaci kanalików, zaś szorstkie w postaci cystern. Stosunek ilościowy między ER szorstkim, a gładkim jest zmienny i zależy od stanu czynnościowego komórki.

ER gładkie jest miejscem biosyntezy lipidów, przemian sterydów, gromadzenia jonów wapniowych Ca^2+[11] oraz detoksykacji trucizn, leków, itd.^[12] Od błon siateczki śródplazmatycznej gładkiej mogą oddzielać się pęcherzyki, które przekształcają się w wakuole i mikrociała. Retikulum zapewnia transport substancji pokarmowych w cytoplazmie oraz wytwarza lizosomy, które biorą udział w rozkładzie produktów pokarmowych przenikających do komórek. U roślin utrzymuje ponadto kontakt pomiędzy sąsiednimi komórkami.

Na zewnętrznej powierzchni siateczki śródplazmatycznej szorstkiej występują rybosomy (widoczne w mikroskopie jako ziarnistości). Są one, podobnie jak u bezjądrowych, zbudowane z dwóch podjednostek, mają taki sam skład chemiczny (rRNA i białka zasadowe) oraz pełnią taką samą funkcję (są miejscem biosyntezy białek), niemniej różnią się od nich wielkością. U Eucaryota współczynnik sedymentacji całego rybosomu (znajdującego się na ER) wynosi 80S, jego małej podjednostki 40S, dużej – 60S.

Rybosomy w komórkach jądrowców występuję także w mitochondriach i plastydach (takich jak chloroplasty), mają one jednak współczynnik sedymentacji typowy dla Procaryota. Świadczyć to może o słuszności teorii endosymbiozy. Rybosomy wolne (znajdujące się w cytozolu) to rybosomy 80S. W pewnym uproszczeniu można przyjąć, że rybosomy z siateczki śródplazmatycznej produkują polipeptydy wydzielane na zewnątrz lub wbudowywane w błonę komórkową, zaś rybosomy wolne syntezują białka nieopuszczające komórki.

Rozpoczęcie biosyntezy białek wymaga, podobnie jak u Procaryota, przyłączenia dużej jednostki rybosomu do małej, tworzącej wraz z mRNA i tRNA^Met kompleks inicjujący, z tą różnicą że inicjatorowy tRNA^Met zawiera niezmodyfikowaną metioninę.

Inną, poza retikulum endoplazmatycznym, błoniastą strukturą komórki jest zlokalizowany najczęściej w pobliżu jądra aparat (układ) Golgiego. Jest on zbudowany z grup spłaszczonych cystern wraz z odpączkowującymi od nich pęcherzykami (co stanowi tzw. diktiosomy) i odpowiada głównie za modyfikację białek i procesy ich segregacji, transportu do innych organelli lub wydzielania na zewnątrz. Powierzchnię odpowiedzialną za syntezę nazywa się mianem cis, zaś tę odpowiadającą za dojrzewanie i sortowanie – trans.

[edytuj] Mitochondria

Mitochondria, organella odpowiedzialne za oddychanie komórkowe, zbudowane są z dwóch błon, zewnętrznej i wewnętrznej. Błona wewnętrzna jest silnie pofałdowana (wyróżnia się wpuklone części błony, tzw. grzebienie mitochondrialne), dzięki czemu zwiększona jest powierzchnia reakcji biochemicznych (zwłaszcza procesu utleniania końcowego, zwanego także nieformalnie łańcuchem oddechowym). Przestrzeń międzybłonową, często bardzo wąską, wypełnia cytoplazma, zwana tutaj macierzą mitochondrialną (matrix mitochondrialnym), w której także zachodzą reakcje oddychania komórkowego: reakcja pomostowa oraz cykl Krebsa (kwasów trikarboksylowych).

W macierzy mitochondrialnej znajdują się rybosomy (70S) oraz mtDNA, czyli DNA niezależny od jądrowego. Pozwala to na przyrost liczby mitochondriów w wyniku namnażania zbliżonego do podziałów u wolno żyjących Procaryota.

Mitochondria mają kształt kulisty lub wydłużony. W komórkach występują licznie, często jest ich kilkaset tysięcy sztuk. U kręgowców, liczność mitochondriów jak i grzebieni mitochondrialnych regulowana jest hormonalnie poprzez hormony tarczycy: tyroksynę i trijodotyroninę.

[edytuj] Plastydy

W komórkach roślinnych znajdują się także niewystępujące u zwierząt plastydy. Jedne z nich, zwane chloroplastami, są miejscem w którym zachodzi reakcja fotosyntezy polegająca na wytworzeniu cukrów ze związków nieorganicznych, z wykorzystaniem energii świetlnej.

Chloroplasty (ciałka zieleni) są otoczone dwiema błonami o różnej przepuszczalności, które otaczają stromę wypełniającą wnętrze chloroplastu. Błona zewnętrzna dobrze przepuszcza jony. Wewnętrzna błona jest natomiast słabo przepuszczalna i tworzy liczne woreczki (zwane tylakoidami), które, ułożone jeden na drugim budują struktury zwane granami. W granach znajduje się chlorofil, aktywny barwnik, biorący udział w zależnej od światła fazie fotosyntezy^[13].

Wnętrze chloroplastu wypełnia stroma. W jej skład wchodzą m.in. niewielkie ilości DNA, enzymy biorące udział w fotosyntezie oraz rybosomy (70S), które biorą udział w produkcji białek. Stroma tylakoidów jest miejscem, gdzie zachodzą reakcje produkcji glukozy (cykl M. Calvina, nazywany czasem fazą światłoniezależną^[14]).

Rozmiary chloroplastów są dość zróżnicowane, najczęściej jest tak że rośliny bardziej zaawansowana ewolucyjnie posiadają mniejsze chloroplasty. U roślin pasożytujących chloroplasy mogą nie występować w ogóle.

Podobnie jak mitochondria, chloroplasy mają zdolność samoreplikacji. Fakt ten jest uznawany za argument popierający teorię, że chloroplasty powstały w wyniku endosymbiozy sinic.

[edytuj] Jądro komórkowe

Uwaga: w opisie jądra komórkowego przedstawiono jądro w interfazie. Aby dowiedzieć się, jakie zmiany zachodzą w jądrze w czasie podziałów komórkowych przeczytaj hasła mitoza i mejoza.

Jądro komórkowe gromadzi większość DNA komórki. Występuje zazwyczaj pojedynczo, choć znane są komórki pozbawione jądra, jak i komórki zawierające ich po kilka^[15], jak np. komórki bielma, mięśnia sercowego, czy komórki niektórych jednokomórkowców (np. Giardia lamblia).

Jądro otoczone jest przez podwójną błonę (otoczkę) jądrową. Wewnątrz niej znajduje się chromatyna, jąderko oraz macierz zwana kariolimfą lub nukleoplazmą.

Otoczka jądrowa zbudowana jest z dwóch błon. Błony te łączą się ze sobą, tworząc przerwy w otoczce zwane porami jądrowymi, których występowanie umożliwia m. in. transport syntezowanego w jądrze mRNA (matrycy w biosyntezie białek) do cytoplazmy, gdzie na rybosomach biosynteza ta ma miejsce. Transport ten regulują białka zlokalizowane na obrzeżach prześwitu poru, tworzące tak zwany kompleks porowy.

Błona zewnętrzna ponadto połączona jest z ER szorstkim i także na jej powierzchni zaobserwować można rybosomy.

Wewnątrz jądra komórkowego, w kariolimfie, znajduje się chromatyna i to ona stanowi główny magazyn informacji genetycznej. Zbudowana jest ona z nici DNA nawiniętych na oktamer histonowy^[16] przy współudziale zespołu białek niehistonowych, co umożliwia efektywne "upakowanie" DNA w jądrze. W czasie podziałów komórkowych chromatyna ulega kondensacji w chromosomy.

Wyróżnia się chromatynę luźną – euchromatynę, która ulega transkrypcji (czyli jest genetycznie aktywna) oraz skondensowaną heterochromatynę, genetycznie nieaktywną. Skupiska heterochromatyny obserwuje się przy otoczce jądrowej, w regionach nie ulegających transkrypcji oraz wokół jąderka.

Jąderko jest kulistą, często pojedynczą, strukturą wewnątrz jądra komórkowego nie otoczoną żadną błoną. Pod względem chemicznym zbudowane jest głównie z białek i, w mniejszym stopniu, z RNA i DNA. Odpowiada za wytwarzania rRNA oraz składanie rybosomów.

Jąderko po podziale powstaje poprzez kondensację części chromosomu (lub kilku chromosomów) zwanych obszarami jąderkotwórczymi (NOR-ami, z ang. nucleolar organizers). U człowieka są to krótsze ramiona chromosomów par 13, 14, 15, 21 i 22.

[edytuj] Centriole

W cytoplazmie komórki zwierzęcej, w pobliżu jądra komórkowego zlokalizowane są dwie centriole^[17] – większa centriola matczyna i mniejsza centriola potomna – biorące udział w powstawaniu wrzeciona kariokinetycznego i tym samym w rozdziale materiału genetycznego w telofazie mitozy i mejozy. Centriole powstają w wyniku samoreplikacji w tym samym czasie, kiedy namnażane jest DNA (tzn. w fazie S).

[edytuj] Wodniczki

W komórkach, zwłaszcza roślinnych, występują wakuole^[18] pełniące funkcję magazynu wielu substancji, zarówno organicznych (aminokwasy, białka, cukry, alkaloidy^[19], itd.), jak i nieorganicznych (głównie wody). Utrzymują turgor komórki oraz mogą pełnić wiele innych funkcji, zależnie od ich składu. Biorą na przykład udział w regulacji pH cytoplazmy poprzez aktywny transport jonów H⁺ poprzez błonę wodniczki (tonoplast), a tym samym "włączają" i "wyłączają" szlaki metaboliczne, w których biorą udział enzymy wymagające określonego pH.

U drobnych organizmów zwierzętopodobnych (pierwotniaków) często występują wakuole wyspecjalizowane do regulacji osmotycznej (wodniczka tętniąca) oraz trawienia wchłoniętego pokarmu (wodniczka pokarmowa).

Wakuole powstają najczęściej z pęcherzyków aparatu Golgiego.

[edytuj] Połączenia między komórkami

Tworzenie połączeń między komórkami może mieć charakter stały lub chwilowy. Ten pierwszy występuje najczęściej u organizmów tkankowych, drugi zaś u prokariontów i protistów^[20].

U Eucaryota połączenia komórek umożliwiają utrzymanie zwartości tkanki oraz komunikację międzykomórkową.

Komórki roślinne łączą się ze sobą głównie za pomocą plazmodesm, czyli kanału przechodzącego przez jamki ściany komórkowej, po środku którego przebiega zmodyfikowane pasmo siateczki śródplazmatycznej (desmotubula), przez które mogą przenikać między komórkami substancje o stosunkowo niedużej masie cząsteczkowej^[21].

U zwierząt zaś, sposoby takich połączeń są różne. Największe znaczenie mają połączenia zamykające i zwierające. Te drugie występują powszechnie w tkankach narażonych na urazy mechaniczne, takich jak mięsień sercowy, czy nabłonek pochwy; te pierwsze w pozostałych.

Desmosomy zbudowane są z wystających do przestrzeni międzykomórkowej włókien białkowych oraz płytek adhezyjnych^[22] zlokalizowanych we wnętrzu komórki, w pobliżu jej błony. W płytkach adhezyjnych zagnieżdżone są natomiast filamenty pośrednie, które stabilizują całość. Samo złączenie się desmosomu jednej komórki z desmosomem drugiej jest oparte na zasadzie zamka błyskawicznego (tzn. wielu białkowych "zatrzasków"). Oprócz tego można wyróżnić tzw. hemidesmosomy znajdujące się na powierzchni komórek nabłonka i łącząc je z blaszką podstawną.

Połączenie typu nexus umożliwiają wymianę metaboliczną między komórkami. Wymiana ta dotyczy substancji rozpuszczalnych w wodzie o niewielkiej masie cząsteczkowej, a także jonów nieorganicznych i zachodzi przy współudziale białka koneksyny. Połączenia tego typu występują m.in. w tkance nerwowej, czy nabłonkowej. Prawdopodobny mechanizm umożliwiający regulacje transportu związków przez tego typu połączenia jest związany ze zmianami konformacyjnymi białek strukturalnych tego kompleksu, które w zależności od przyjętej konformacji mogą otwierać bądź zwierać kanały transportowe. Pojedynczy kanał transportowy składa się z sześciu cząsteczek koneksyny tworzących kanał transbłonowy i określany jest mianem koneksonu.

Transport międzykomórkowy odbywa się także na zasadzie przenikania cząstek z jednej komórki do przestrzeni międzykomórkowej, skąd są one pobierane przez komórki sąsiednie. Podobnie jak u roślin, substancje te mogą regulować procesy zachodzące w pewnym obszarze – dzieje się tak w przypadku hormonów miejscowych (takich jak gastryna).

[edytuj] Procesy wewnątrzkomórkowe

[edytuj] Utrzymywanie stałego składu środowiska wewnętrznego, pobieranie i wydalanie substancji

Ta sekcja jest zalążkiem. Jeśli możesz, rozbuduj ją.

Image:Endocytosis types.svg Image:Osmotic pressure on blood cells diagram.svg Image:Turgor pressure on plant cells diagram.svg

[edytuj] Wzrost i metabolizm

W każdej komórce odbywają się złożone procesy, podczas których komórka pobiera pewne substancje ze swego otoczenia (odżywianie) i z kolei wydala niektóre produkty chemicznej przemiany materii. Każda komórka ma określoną funkcję w gospodarce ustroju jako całości (np. w przypadku komórki ludzkiej, komórki wątroby magazynują białka i cukry jako materiały zapasowe, i wydzielają żółć niezbędną do trawienia oraz wytwarzają enzymy).

Pomiędzy kolejnymi podziałami komórkowymi, procesy metaboliczne, które toczą się w komórce stymulują jej wzrost. Metabolizm komórki to zespół procesów, którym podlegają składniki odżywcze. Procesy metaboliczne należą do: katabolizmu, w którym złożone organiczne związki chemiczne ulegają rozłożeniu, w celu wytwarzania energii lub anabolizmu, w którym zużywana jest energia przy tworzeniu złożonych związków organicznych i wypełniania innych funkcji komórkowych. Złożone węglowodany są zużywane przez organizm, rozkładane do prostszego składnika jakim jest glukoza. Wewnątrz komórek, glukoza jest spożytkowywana na drodze dwóch różnych szlaków metabolicznych, do wytwarzania związku wysokoenergetycznego^[23] – adenozynotrifosforanu (ATP).

NOTATKI:

• a światło?
• bakterie redukujące siarczany (VI), węglany, azotany (V – ?)
• fermentacje

Pierwszy z tych szlaków metabolicznych – glikoliza, nie wymaga tlenu i jest określana jako metabolizm beztlenowy. U prokariotów, glikoliza jest jedyną metodą uzyskiwania energii. Drugi szlak nazywany cyklem Krebsa lub cyklem kwasu cytrynowego ma miejsce w mitochondriach i umożliwia produkcję wystarczającej ilości wysokoenergetycznego ATP do wypełniania wszystkich funkcji komórki.

Wzrastanie komórki następuje wówczas, gdy przemiany prowadzące do pomnażania ilości masy protoplazmy przeważają nad przemianami, prowadzącymi do wydalania, Stan równowagi w komórce, przerywa zwykle zjawisko jej podziału.

[edytuj] Podziały komórkowe

Rozmnażanie się komórki odbywa się przez jej podział, który może przebiegać dwoma sposobami:

• bezpośrednim
• pośrednim

Podział bezpośredni (amitoza, mejoza) polega na przewężeniu i rozdzieleniu się protoplazmy komórki, a jednocześnie i jądra, w wyniku czego powstają dwie komórki potomne, osiągające wkrótce swą normalną wielkość. W ustroju ludzkim ten podział występuje rzadko, zarezerwowany jest w szczególności na inne typy komórek.

Podział pośredni (mitoza) jest procesem bardzo złożonym. Występująca w kształcie ziarenek chromatyna jądra przybiera postać "kłębka nici", a następnie dzieli się na pewną określoną liczbę odcinków zwanych chromosomami. Liczba ta jest stała dla danego gatunku zwierzęcego (np. jądro komórki ludzkiej zawiera 48 chromosomów). Jednocześnie ciałko środkowe – centrosom rozpada się na dwie części przesuwające się przeciwstawnie do obu biegunów komórki. Pomiędzy obu powstałymi tak centrosomami wytwarza się na osi komórki wrzeciono podziałowe składające się z włókien protoplazmatycznych, a dookoła niego ustawiają się w postaci gwiazdy w płaszczyźnie równika chromosomy. W następnym etapie każdy chromosom dzieli się podłużnie na dwa potomne chromosomy, z których jeden przez kurczące się włókienka wrzeciona zostaje przyciągnięty do jednego bieguna komórki, a drugi do przeciwległego mu. Tu chromosomy łączą się w kłębki chromatydowe i powstają w ten sposób dwa jądra potomne. Jednocześnie komórka przewęża się w płaszczyźnie równikowej i dzieli się na dwie komórki potomne, z których każda otrzymuje taką samą liczbę chromosomów, jaką miała komórka macierzysta.

STARA WERSJA:

Wewnątrz komórki zachodzi wiele procesów chemicznych. Są one katalizowane przez katalizatory białkowe – enzymy. Enzymy są cząsteczkami bardzo dużymi, są to białka zawierające zwykle ponad sto ściśle określonych aminokwasów, z dołączonymi często częściami niebiałkowymi (koenzymami). Enzymy muszą być zsyntezowane bardzo precyzyjnie, gdyż niewielki nawet błąd może całkowicie zniszczyć aktywność katalityczną enzymu.

W tym celu każda komórka zawiera złożony system syntezy białek. Struktura łańcuchów polipeptydowych białek jest zapisana w postaci kodu DNA. Kod DNA jest przepisywany przez enzymy na mRNA. Proces ten nazywa się transkrypcją. Następnie mRNA jest używany do syntezy łańcuchów polipeptydowych w rybosomach w procesie translacji. Zarówno mRNA jak i łańcuchy polipeptydowe mogą ulec w czasie trwania procesu dodatkowej obróbce. Polipeptydy łączą się ze sobą oraz z koenzymami tworząc gotowe enzymy.

Przedstawiony tu podstawowy proces prowadzi też w innych kierunkach. Niektóre z zsyntezowanych białek nie wykazują aktywności enzymatycznej, lecz zostają użyte do budowy różnych struktur komórki. Część przepisanego RNA nie jest użyta do syntezy białek lecz pełni swoje funkcje bezpośrednio, jako rRNA oraz tRNA.

Kwas nukleinowy w komórce musi być chroniony. W praktyce ciągle zachodzą w nim mutacje, które ciągle uszkadzają zapis. Komórka posiada więc skomplikowane mechanizmy wykrywania i naprawy uszkodzeń, które ograniczają częstość zmian nawet o kilka rzędów wielkości.

Ze względu na mnogość reakcji chemicznych które komórka jest w stanie prowadzić, oraz szeroki zakres warunków w których może ona żyć, komórki wykształciły mechanizmy kontrolujące syntezę enzymów. Działają one zwykle na poziomie transkrypcji.

Każda komórka prowadzi reakcje chemiczne wymagające nakładu energii, dlatego potrzebuje ona substancji zawierających duże ilości energii chemicznej, w postaci tzw. wiązań wysokoenergetycznych. Te substancje to głównie estry kwasu fosforowego, z czego najpowszechniejszym jest ATP.

Komórki wykorzystują wiele źródeł energii, takich jak: energia chemiczna związków organicznych, energia światła czy też energia zawarta w związkach nieorganicznych.

Ta sekcja jest zalążkiem. Jeśli możesz, rozbuduj ją.

[edytuj] Śmierć komórki

Śmierć komórek jest konsekwencją zarazem rozwoju organizmu wielokomórkowego, jak i działania na nie niekorzystnych czynników. Jest zjawiskiem naturalnym i nie oznacza choroby, jeśli nie dotyczy większej liczy komórek.

Śmierć może nastąpić gwałtownie np. w wyniku działania wysokich temperatur, homogenizacji, działania niektórych substancji w odpowiednich stężaniach, etc. Część z tych metod używana jest przy procesie sterylizacji, czyli zabijania bakterii i ich form przetrwalnikowych. Komórka może zostać także uśmiercona w wyniku zadziałania wewnętrznego programu autolizy – mówi się wtedy o programowej śmierci komórki (ang. programmed cell death, PCD).

Programowana śmierć komórki może zostać zainicjowana czynnikami wewnętrznymi (najczęściej genetycznymi, choć także hormonalnymi^[24]) lub zewnętrznymi (takimi jak promieniowanie jonizujące, temperatura, głodzenie, itd.).

Śmierć indukowana wewnątrzpochodnie nosi nazwę apoptozy, zaś zewnątrzpochodnie – martwicy (nekrozy, łac. necrosis ).

Praktycznie, procesy te najczęściej ciężko rozróżnić, niemniej w przypadku apoptozy u zwierząt powstają pęcherzyki (ciałka) apoptyczne w przeciwieństwie do martwicy. Pęcherzyki te jednak rzadko udaje się wykryć w badaniu mikroskopowym, ponieważ są pochłaniane przez sąsiednie komórki lub mieszają się z płynem tkankowym. Nekroza, ale nie apoptoza, jest związana z mobilizacją sąsiednich komórek i mechanizmów ogólnoustrojowych do usunięcia jej następstw, co nazywane jest reakcją zapalną (zapaleniem).

Mechanizm PCD służy eliminacji niechcianych komórek – to jest komórek niespełniających już swojej funkcji, komórek zakażonych, nowotworowych, itd. oraz – czasem – komórek narządów nieużywanych, tak jak w przypadku grasicy kręgowców po okresie dojrzewania, czy macicy tychże po porodzie^[25]. Uśmiercanie występuje także jako następstwo stanów zaburzonego funkcjonowania całego ustroju, a nie tylko pojedynczych komórek, czy fragmentów tkanek (np. w długotrwałej suszy u roślin, głodzenia u zwierząt, nowotworów, unieruchomienia, starości). U roślin PCD jest ponadto procesem powstawania niektórych tkanek takich jak drewno, czy twardzica (to jest tkanek martwych).

Po zainicjowaniu PCD, uwalniane są do cytoplazmy enzymy z klasy hydrolaz – takie jak kaspazy – rozkładające organelle komórkowe. Z tego względu zatrzymanie zainicjowanego procesu apoptozy lub nekrozy jest niemożliwe^[26]. Procesy śmierci komórek przebiegają podobnie, ale nie identycznie u roślin i u zwierząt.

U roślin PCD może przebiegać bardzo powolnie – dzieje się tak np. gdy drzewa liściaste zrzucają jesienią liście: indukcja procesu śmierci komórek następuje dużo wcześniej niż spadną one z drzewa, po to aby odzyskać część magazynowanych w nich substancji.

Z komórek, które zatraciły możliwość uruchamiania mechanizmu apoptozy powstają nowotwory.

[edytuj] Badanie komórek

Uwaga: ta część artykułu jest lakonicznym opisem najważniejszych metod, a nie opisem przebiegu badania naukowego lub klinicznego.

[edytuj] Historia

• 1632–1723: Antonie van Leeuwenhoek zbudował z wyszlifowanych przez siebie soczewek mikroskop optyczny przy pomocy którego prowadził obserwacje budowy pierwotniaków, takich jak wirczyki (Vorticella) z deszczówki, i bakterii z jego ust.
• 1665: Robert Hooke odkrył komórkową budowę korka, a następnie innych tkanek roślinnych przy pomocy prymitywnego mikroskopu.
• 1839: Theodor Schwann i Matthias Jacob Schleiden podali prawidłowość, że rośliny i zwierzęta zbudowane są z komórek, co oznacza że komórki są powszechnymi jednostkami budulcowymi i funkcjonalnymi wśród istot żywych.
• Ludwik Pasteur obalił teorię abiogenezy, która mówi że organizmy mogą powstawać spontanicznie (aczkolwiek Francesco Redi w 1668 roku przeprowadził eksperyment, który nasuwał ten sam wniosek).
• Rudolf Virchow wysunął tezę, że każda komórka powstaje z innej żywej komórki (omnis cellula ex cellula).
• 1931: Ernst Ruska zbudował pierwszy elektronowy mikroskop transmisyjny (TEM). W 1935, zbudował EM o rozdzielczości dwukrotnie większej od zwykłych mikroskopów, ujawniając organelle niewidoczne w mikroskopie świetlnym.
• 1953: Watson i Crick po raz pierwszy ogłosili strukturę DNA jako podwójnej helisy.
• 1981: Lynn Margulis opublikowała Symbiosis in Cell Evolution szczegółowo objaśniając teorię endosymbiozy.

[edytuj] Cele i metody

Badaniem komórek, zarazem jej struktury jak i procesów wewnętrznych, zajmuje się cytologia, nazywana często – z racji na jej liczne powiązania z innymi naukami biologicznymi, medycznymi i biochemicznymi – biologią komórki.

Badania komórek pozwalają nie tylko na ich dokładniejsze poznanie, ale także znalazły zastosowanie w szeroko rozumianej diagnostyce medycznej i weterynaryjnej. Kliniczne dyscypliny zainteresowane badaniami "wnętrza" komórek to np. biochemia, czy cytogenetyka.

Do podstawowych technik cytologicznych należy mikroskopia i analiza biochemiczna poszczególnych frakcji komórkowych.

Często w celu uzyskania odpowiednich informacji stosuje się złożone metody. Na przykład, aby przeprowadzić diagnostykę w kierunku zespołu Downa należy namnożyć (najczęściej) limfocyty w warunkach laboratoryjnych, które następnie zmusza się do podziałów mitotycznych fitohemaglutyniną w obecności substancji uniemożliwiających powstanie wrzeciona kariokinetycznego^[27] (czyli zatrzymujących podział w metafazie), aby ostatecznie preparat wybarwić i przeprowadzić jego obserwację mikroskopową. Aby uzyskać czytelny schemat budowy i liczności chromosomów, preparatowi takiemu robi się zdjęcie kamerą mikroskopową, które dalej obrabia się (wycina i grupuje chromosomy) w programie graficznym.

Najczęstszym materiałem do badań cytologicznych są limfocyty krwi obwodowej, z racji na łatwość ich pobierania. Przy pomocy wymazówki w łatwy i bezpieczny sposób można pobierać złuszczone komórki nabłonka np. jamy ustnej.

Możliwe jest także pozyskanie komórek z powierzchni narządów, np. wątroby, w czasie operacji poprzez przyłożenie do ich powierzchni szkiełka podstawowego (w wyniku takiego zabiegu pewna część komórek przyklei się do szkiełka).
Podobnie pobiera się komórki do przesiewowych badań cytologicznych w kierunku raka szyjki macicy: np. pocierając szpatułką nabłonek tarczy szyjki macicy powodując jego złuszczenie, a następnie przenosząc tak pobrany materiał na szkiełko przedmiotowe, które trafi do laboratorium.

Także biopsja aspiracyjna cienkoigłowa, aspirująca pojedyncze komórki z narządu przy użyciu standardowej igły iniekcyjnej, pozwala pozyskać materiał do badania cytologicznego.

[edytuj] Mikroskopia

Wykorzystując mikroskopy możliwe jest obserwowanie komórek w znacznym powiększeniu. W naukach biomedycznych stosuje się najczęściej mikroskopy świetlne oraz elektronowe: transmisyjne (TEM) i skaningowe (SEM). W pierwszych obraz uzyskuje się dzięki wiązce światła przechodzącej przez preparat, zaś w drugim dzięki wiązce elektronów przechodzącej – TEM, lub odbijanej od preparatu – SEM.

W mikroskopii optycznej najczęściej stosuje się wybarwianie preparatów, aby ułatwić ich rozróżnienie z otoczeniem lub by uwidocznić właściwości struktur komórkowych. Prostym przykładem metody barwienia może być negatywowe barwienie bakterii sianowych tuszem, w wyniku czego uzyskuje się obraz jasnych komórek na ciemnym tle. W badaniach bakteriologicznych popularniejsze są metody barwienia pozytywowego, najczęściej metodą Grama. Inne zestawiono w tabeli.

Wyniki barwienia metodą Grama
Bacillus cereus	Pseudomonas aeruginosa
Gram-dodatnie	Gram-ujemne

Najważniejsze metody barwienia w diagnostyce laboratoryjnej zakażeń i zarażeń człowieka (poza techniką Grama)
Nazwa metody	Wykrywany patogen[28]
Alberta	maczugowiec błonicy
Giemsy	zarodźce, nitkowce Filaria spp.
Neissera	maczugowiec błonicy
Trujillo	bakterie sporujące
Ziehla-Neelsena	prątki

W przypadku komórek i tkanek organizmów eukariotycznych także najczęściej stosuje się barwienie, głównie jednoczesne barwienie niebieską hematoksyliną barwiącą kwasowe struktury komórek (jądro, rybosomy, itd.) i czerwoną eozyną wybarwiającą struktury bazofilowe, jak cytoplazma, czy włókna kolagenowe. W celu uwidocznienia położenie lub ilościowego oznaczania różnych związków chemicznych^[29] stosuje się reakcje lub procesy zestawione w tabeli:

Najważniejsze metody uwidaczniania wybranych grup związków chemicznych stosowane w badaniach komórek
Rodzaj związków	Proces lub reakcja uwidaczniania
enzymy	różne reakcje zależne od enzymu
kwasy nukleionowe	DNA – reakcja Feulgena, RNA – reakcja Bracheta
lignina (tylko u roślin!)	reakcja z floroglucyną
tłuszcze	dyfuzja barwników słabo lub nierozpuszczalnych w wodzie, takich jak czerń sudanowa, Sudan IV
wielocukry	reakcja PAS

W medycznej diagnostyce laboratoryjnej rzadko, poza badaniami krwi, bada się odizolowane od siebie komórki. Oceny "zwartych" tkanek dokonuje najczęściej histopatolog, wykorzystując przy tym metody ich preparowania zwane techniką histologiczną.

Mikroskopia elektronowa pozwalające na znacznie większe powiększenia, niż mikroskopia optyczna. Dodatkowo w przypadku TEM możliwe jest oglądanie struktur wewnętrznych komórek ze względu na przenikanie przez nie elektronów. EM daje jednak jedynie obrazy czarno-białe (elektronogramy), więc preparatów nie wybarwia się. W celu poprawy widoczności preparatu często się go jednak kontrastuje pokrywając np. tetratlenkiem osmu lub cytrynianem ołowiu.

Rzadziej stosuje się mikroskopię fluorescencyjną, gdzie – najczęściej – dołącza się^[30] do elementów obserwowanej próbki fluorofory, czyli substancje, które fluoryzują po wzbudzeniu światłem o określonej długości. Podobnie działa cytometria przepływowa pozwalająca na niemalże automatycznie analizowanie zawiesiny komórek w odniesieniu do modelu wprowadzonego do komputera. Cytometria przepływowa jest wygodną metodą analiz krwi.

[edytuj] Rozdzielanie organelli komórkowych

Uzyskanie frakcji organelli z zawiesiny komórek możliwe jest przy użyciu wirowania frakcjonującego. Procedura ta wymaga, aby komórki w zawiesinie zostały pozbawione błony i ściany komórkowej, jeśli ją posiadają. Dokonuje się tego najczęściej w homogenizatorach, tj. urządzeniach które wymuszają rozbełtanie komórek w rozpuszczalniku. W celu rozbicia błony i ściany komórkowej można zastosować także ultradźwięki, czy wysokie ciśnienie.

Aby uniknąć zniszczenia struktur komórkowych, powyższą procedurę prowadzi się w temperaturze kilku stopni powyżej 0°C, pH 7,4 i w obecności inhibitorów enzymów rozkładających białka^[31]. Następnie przeprowadza się wirowanie, w wyniku którego dzięki sile odśrodkowej wytwarzanej w wirówce można wyróżnić poszczególne frakcje. Najczęściej stosuje się najpierw wirowanie z różną prędkością, a później wewnątrz frakcji wirowanie w gradiencie stężenia (sacharozy, chlorku cezu lub niektórych innych soli). Pierwsze z nich wykorzystuje różnicę w masie organelli, a drugie gęstości.

Frakcje w wirowaniu różnicowym i parametry ich uzyskania (wg Hames i in., 2000)
Osad	Przyspieszenie ×10³g	Czas [min]
frakcja najcięższa
jądra komórkowe	0,6	3
plastydy, lizosomy	6	8
plazmolemma, aparat Golgiego, ER	40	30
podjednostki rybosomów	100	90
frakcja najlżejsza

Wirowanie frakcjonujące z różną prędkością (różnicowym) (patrz tabela) pozwala oddzielać poszczególne frakcje w postaci osadu. Wirowanie to wykonuje się każdorazowo zlewając supernatant (roztwór znad osadu) i wirując powtórnie, aż do uzyskania oczekiwanej frakcji. Cytozol otrzymać wirując aż do uzyskania najlżejszej frakcji w postaci osadu – w wyniku tego zabiegu supernatant będzie stanowiła tylko cytoplazma.

Organelle można rozdzielać także, jak napisano powyżej, prowadząc wirowanie w gradiencie stężeń. Gradient ten w czasie wirowania ze stałą szybkością ustala się w taki sposób, że stężenie soli (lub cukru) przy wpuście probówki jest najmniejsze, a przy dnie największe. W wyniku wirowania struktury komórkowe opadają do momentu, gdy gęstość soli (lub cukru) zrówna się z ich gęstością.

[edytuj] Pozostałe metody

Pozostałe techniki, które znajdują zastosowanie przy badaniu komórek to:

• metody genetyczne i cytogenetyczne,
• metody immunocytochemiczne,
• metody autoradiograficzne,
• inne.

Przypisy

[edytuj] Bibliografia

[edytuj] Pozycje drukowane

• Jolanta Godlewska-Jędrzejczyk, Stanisław Moskalewski [red.], 2006, Podstawy histologii i wybranych technik laboratoryjnych, ss. 178-197, ISBN 83-89517-96-5.
• D. Hames, N. M. Hooper, J. D. Houghton, 2000, Biochemia, ss. 16-19, ISBN 83-01-12951-4.
• Zygmunt Hejnowicz, 2002, Anatomia i histogeneza roślin naczyniowych. Organy wegetatywne, ss. 6-37, ISBN 83-01-13825-4.
• Stefan Kruś, 2003, Patologia. Podręcznik dla licencjackich studiów medycznych, ss.62-64, 76-80, ISBN 83-200-2618-0
• Władysław Kunicki-Goldfinger, 1982, Życie bakterii, ss. 90-121, 577-583, ISBN 83-01-02730-4.
• Robert K. Murray, Daryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell, 2004, Biochemia Harpera, ISBN 83-200-2898-1
• Abigail S. Salyers, Dixie D. Whitt, 2003, Mikrobiologia. Różnorodność, chorobotwórczość i środowisko, ss. 55-65, ISBN 83-01-14057-7.
• Wojciech Sawicki, 2000, Histologia, ss. 17-85, ISBN 83-200-2466-8
• Eldra P. Solomon, Linda R. Berg, Diana W. Martin, Claude A. Villee, 2000, Biologia, ss. 74-88, ISBN 83-7073-090-6.

[edytuj] Internet

• Katedra Histologii CM UJ: Materiały dydaktyczne dla kierunku Fizyka Medyczna.
• Krystyna Bielnik, Dariusz Młoczkowski, Tadeusz Modrzewski, Dorota Snopkowska, Krzysztof W. Zieliński: Przewodnik do ćwiczeń z patomorfologii dla kierunku wojskowo-lekarskiego Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, fragmenty cz. 1, Zakład Patomorfologii i Cytopatologii Klinicznej UM w Łodzi.