If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Komórki prokariotyczne

Uniwersalne cechy komórek. Właściwości komórek prokariotycznych. Stosunek powierzchni komórki do jej objętości. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".

Wprowadzenie

Zatrzymaj się na chwilę i spójrz w lustro. Ile organizmów widzisz? Twoją pierwszą myślą będzie zapewne: jeden! Jednakże, jeśli przyjrzysz się bliżej, na przykład powierzchni swojej skóry lub wnętrzu swojego przewodu pokarmowego, zauważysz, że w rzeczywistości żyjesz w towarzystwie wielu innych organizmów. Właśnie tak! Jesteś domem dla około 100 trylionów komórek bakteryjnych!
Oznacza to, że Twoje ciało jest właściwie ekosystemem. Ale także, że Ty—w pewnej definicji słowa Ty—w rzeczywistości składasz się z obu głównych typów komórek: prokariotycznych i eukariotycznych.
Wszystkie komórki należą do jednej z tych dwóch obszernych kategorii. Tylko jednokomórkowe organizmy z domen Bacteria i Archea klasyfikuje się jako prokariota—pro oznacza przed, zaś karyon oznacza jądro. Zwierzeta, rośliny, grzyby i protista są organizmami eukariotycznymi—eu oznacza prawdziwie—oraz są zbudowane z komórek eukariotycznych. Często jednak—jak w przypadku nas ludzi—istnieją wraz z organizmami prokariotycznymi.

Składniki komórek prokariotycznych

Istnieje kilka kluczowych składników, których komórka potrzebuje, aby być komórką, niezależnie od tego czy jest komórką prokariotyczną czy eukariotyczną. Wszystkie komórki zawierają cztery kluczowe elementy:
  1. Błona komórkowa jest zewnętrzną otoczką, która oddziela wnętrze komórki od otaczającego ją środowiska.
  2. Cytoplazma składa się z galaretowatego cytozolu wewnątrz komórki, a także struktur komórkowych w nim zawieszonych. W organizmach eukariotycznych, cytoplazma konkretnie oznacza obszar na zewnątrz jądra komórki, ale wewnątrz błony komórkowej.
  3. DNA jest materiałem genetycznym komórki.
  4. Rybosomy są "molekularnymi maszynami", które syntetyzują białka.
Pomimo tych podobieństw, prokariota i eukariota różnią się pod wieloma ważnymi względami. Prokariota to prosty, jednokomórkowy organizm pozbawiony jądra i organelli otoczonych błoną. Na temat jądra komórkowego i organelli porozmawiamy w następnym artykule dotyczącym komórek eukariotycznych, ale na razie należy pamiętać, że komórki prokariotyczne nie są podzielone wewnątrz przez ściany błony, ale posiadają jedną otwartą przestrzeń.
Większość prokariotycznego DNA znajduje się w centralnym regionie komórki zwanym nukleoidem i zazwyczaj składa się z pojedynczej dużej pętli zwanej chromosomem kolistym. Nukleoid i niektóre inne często spotykane cechy prokariota są pokazane na poniższym schemacie przekroju bakterii o kształcie pałeczki.
_Obraz: zmodyfikowany z"Prokaryotic cells: Figure 1" by OpenStax College, Biology, CC BY 3.0_
Bakterie posiadają bardzo zróżnicowane kształty, z tego względu nie wszystkie ich rodzaje będą wykazywały cechy pokazane na rysunku.
Jednak większość bakterii otoczona jest sztywną ścianą komórkową zbudowaną z peptydoglikanu, polimeru składającego się z połączonych ze sobą węglowodanów i małych białek. Ściana komórkowa zapewnia dodatkową warstwę ochrony, pomaga utrzymać kształt komórki i zapobiega jej odwodnieniu. Wiele bakterii ma również zewnętrzną warstwę zbudowaną z węglowodanów, zwaną otoczką. Otoczka bakteryjna jest lepka i ułatwia komórce bakteryjnej przylgnięcie do powierzchni w jej otoczeniu.
Niektóre bakterie mają również wyspecjalizowane struktury znajdujące się na powierzchni komórki, które mogą pomagać im w poruszaniu się, przyleganiu do powierzchni, a nawet wymianie materiału genetycznego z innymi bakteriami. Na przykład wici są strukturami przypominającymi bicze, które działają jak silniki obrotowe, aby pomóc bakteriom w poruszaniu się.
Fimbrie są licznymi, podobnymi do włosów strukturami, które są wykorzystywane do przyłączania się do komórek gospodarza i innych powierzchni. Bakterie mogą również posiadać struktury przypominające pręty znane jako pilusy, które występują w różnych odmianach. Na przykład, niektóre typy pilusów pozwalają bakterii przenosić cząsteczki DNA na inne bakterie, podczas gdy inne pilusy biorą udział w lokomocji bakteryjnej - pomagając w przemieszczaniu się bakterii.
Organizmy z domeny Archea mogą zawierać na swojej powierzchni większość opisanych powyżej struktur ale wersje określonych struktur różnią się zazwyczaj od tych występujących u organizmów z domeny Bacteria. Na przykład, chociaż Archea posiadają tak jak Bacteria ścianę komórkową, to nie jest ona wykonana z peptydoglikanu—mimo, że zawiera węglowodany i białka.

Rozmiar komórki

Średnica typowych komórek prokariotycznych mieści się w zakresie od 0,1 do 5,0 mikrometrów (μm) - wartość ta jest znacznie mniejsza niż w przypadku komórek eukariotycznych, które zwykle mają średnicę w zakresie od 10 do 100 μm.
Poniższy rysunek przedstawia rozmiary komórek prokariotycznych, bakteryjnych i eukariotycznych, roślinnych i zwierzęcych, jak również innych cząsteczek i organizmów na skali logarytmicznej. Każda jednostka na skali logarytmicznej oznacza 10-krotny wzrost w stosunku do poprzedniej, więc różnice o których mówimy są naprawdę duże!
_Obraz: "Prokaryotic cells: FIgure 2" by OpenStax College, Biology, CC BY 3.0_
Poza kilkoma fascynującymi wyjątkami—sprawdź jednokomórkowe wodorosty Caulerpa—zarówno komórki prokariotyczne jak i eukariotyczne muszą posiadać stosunkowo niewielkie rozmiary. Dlaczego tak się dzieje? Odpowiedź jest prosta - w miarę wzrostu komórki, coraz trudniejsza jest efektywna wymiana składników odżywczych i odpadów z otoczeniem. Aby zrozumieć, jak to działa, przyjrzyjmy się stosunkowi powierzchni komórki do jej objętości.
Załóżmy, aby nieco uprościć sytuację, że obiektem naszych badań jest komórka w kształcie sześcianu. W rzeczywistości, niektóre komórki roślinne mają faktycznie kształt sześcianu. Jeśli długość jednego z boków sześcianu wynosi l, to powierzchnia sześcianu będzie wynosiła 6l2, a objętość tego sześcianu l3. Oznacza to, że w miarę wzrostu wartości l, powierzchnia będzie szybko wzrastać, ponieważ zmienia się jako l do kwadratu. Objętość zaś będzie wzrastała jeszcze szybciej - jako l do sześcianu.
Tak więc, w miarę wzrostu komórki, stosunek jej powierzchni do objętości spada. Na przykład (obraz poniżej), komórka w kształcie sześcianu po lewej stronie ma objętość 1 mm3 i powierzchnię 6 mm2 ze stosunkiem powierzchni do objętości równym sześć do jednego, zaś komórka w kształcie sześcianu po prawej stronie ma objętość 8 mm3 i powierzchnię 24 mm2 ze stosunkiem powierzchni do objętości równym trzy do jednego.
_Obraz: zmodyfikowany z "Prokaryotic cells: FIgure 3" by OpenStax College, Biology, CC BY 3.0_
Stosunek powierzchni komórki do jej objętości jest ważny, ponieważ błona komórkowa jest łącznikiem komórki z jej otoczeniem. Jeżeli komórka wymaga przyjęcia składników odżywczych, jedyną drogą jest transfer przez błonę, tak samo (lecz w przeciwnym kierunku) dzieje się w przypadku usuwania nagromadzonych przez komórkę odpadów.
Każdy fragment błony może wymieniać tylko określoną ilość danej substancji w danym okresie czasu – na przykład ze względu na ograniczoną liczbę kanałów. Jeśli komórka za mocno urośnie, jej błona nie będzie miała wystarczającej zdolności do wymiany (powierzchnia, funkcja kwadratowa) i w celu zwiększenia poziomu wymiany niezbędne będzie zwiększenie aktywności metabolicznej (objętość, funkcja sześcienna).
Problem stosunku powierzchni do objętości jest tylko jednym z wielu problemów uwarunkowanych dużym rozmiarem komórki. W miarę wzrostu komórek, zwiększa się także czas transportu substancji w ich wnętrzu. Z powyższych względów występuje pewien górny limit wielkości komórek, przy czym komórki eukariotyczne posiadają wyższy limit niż komórki prokariotyczne, ze względu na swoje cechy strukturalne i metaboliczne—ale zjawisko to omówimy w następnym rozdziale.
Niektóre komórki wykorzystują pewne sztuczki geometryczne aby obejść problem stosunku powierzchni do objętości. Na przykład, niektóre komórki są długie i cienkie lub mają wiele struktur na powierzchni, dzięki czemu zwiększają stosunek swojej powierzchni do objętości2.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.