KOMÓRKA EUKARIOTYCZNA: CHARAKTERYSTYKA, RODZAJE, CZĘŚCI, METABOLIZM - BIOLOGIA - 2026

W komórkach eukariotycznych są elementy konstrukcyjne z szeroką gamę organizmów, charakteryzujących się komórek rdzenia ograniczoną przez membranę i mający zestaw organelli.

Do najważniejszych organelli eukariontów należą mitochondria, odpowiedzialne za oddychanie komórkowe i inne szlaki związane z wytwarzaniem energii oraz chloroplasty, występujące w roślinach i odpowiedzialne za proces fotosyntezy.

Zwierzęca komórka eukariotyczna. Źródło: Nikol valentina romero ruiz, źródło Wikimedia Commons

Ponadto istnieją inne struktury ograniczone błonami, takie jak aparat Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, wakuole, lizosomy, peroksysomy, między innymi, które są unikalne dla eukariontów.

Organizmy wchodzące w skład eukariontów są dość heterogeniczne, zarówno pod względem wielkości, jak i morfologii. Grupa ta obejmuje jednokomórkowe pierwotniaki i mikroskopijne drożdże, a także rośliny i duże zwierzęta zamieszkujące głębiny morskie.

Eukarionty różnią się od prokariontów głównie obecnością jądra i innych organelli wewnętrznych, a także wysoką organizacją materiału genetycznego. Można powiedzieć, że eukarionty są znacznie bardziej złożone w różnych aspektach, zarówno strukturalnych, jak i funkcjonalnych.

Charakterystyka ogólna

Najważniejszymi cechami definiującymi komórkę eukariotyczną są: obecność określonego jądra, w którym znajduje się materiał genetyczny (DNA), organelle subkomórkowe, które wykonują określone zadania, oraz cytoszkielet.

Dlatego niektóre linie mają szczególne cechy. Na przykład rośliny mają chloroplasty, dużą wakuolę i grubą ścianę celulozy. U grzybów charakterystyczna jest ściana chitynowa. Wreszcie komórki zwierzęce mają centriole.

Podobnie istnieją eukariotyczne organizmy jednokomórkowe w obrębie protistów i grzybów.

Części (organelle)

Jedną z charakterystycznych cech eukariontów jest obecność organelli lub przedziałów subkomórkowych otoczonych błoną. Wśród najbardziej rzucających się w oczy mamy:

Rdzeń

Reprezentacja eukariotycznych komórek ludzkich. Możesz zobaczyć rdzeń

Jądro jest najbardziej widoczną strukturą w komórkach eukariotycznych. Jest ograniczona podwójną porowatą membraną lipidową, która umożliwia wymianę substancji między cytoplazmą a wnętrzem jądra.

Jest organellą odpowiedzialną za koordynację wszystkich procesów komórkowych, ponieważ zawiera wszystkie niezbędne instrukcje w DNA, które umożliwiają przeprowadzenie ogromnej różnorodności procesów.

Jądro nie jest idealnie kulistą i statyczną organellą z losowo rozproszonym w nim DNA. Jest to struktura o wyjątkowej złożoności z różnymi składnikami, takimi jak: otoczka jądrowa, chromatyna i jąderko.

W jądrze znajdują się również inne ciała, takie jak ciała Cajal i PML (białaczka promielocytowa).

Mitochondria

Mitochondria

Mitochondria to organelle otoczone systemem podwójnej błony, występujące zarówno u roślin, jak iu zwierząt. Liczba mitochondriów na komórkę zmienia się w zależności od jej potrzeb: w komórkach o dużym zapotrzebowaniu na energię liczba ta jest stosunkowo wyższa.

Szlaki metaboliczne zachodzące w mitochondriach to: cykl kwasu cytrynowego, transport elektronów i fosforylacja oksydacyjna, oksydacja beta kwasów tłuszczowych i rozpad aminokwasów.

Chloroplasty

Chloroplast

Chloroplasty to typowe organelle roślin i alg, przedstawiające złożone układy membranowe. Najważniejszym składnikiem jest chlorofil, zielony barwnik, który bezpośrednio uczestniczy w fotosyntezie.

Oprócz reakcji związanych z fotosyntezą, chloroplasty mogą generować między innymi ATP, syntetyzować aminokwasy, kwasy tłuszczowe. Ostatnie badania wykazały, że ten przedział jest związany z produkcją substancji przeciwko patogenom.

Podobnie jak mitochondria, chloroplasty mają własny materiał genetyczny o okrągłym kształcie. Z ewolucyjnego punktu widzenia fakt ten jest dowodem na poparcie teorii o możliwym procesie endosymbiotycznym, który dał początek mitochondriom i chloroplastom.

Retikulum endoplazmatyczne

Retikulum endoplazmatyczne

Retikulum to system błon, który kontynuuje się wraz z jądrem i rozciąga się na całą komórkę w postaci labiryntu.

Jest podzielony na gładką retikulum endoplazmatyczne i szorstką retikulum endoplazmatyczne, w zależności od obecności w nim rybosomów. Siatka szorstka jest przede wszystkim odpowiedzialna za syntezę białek - dzięki zakotwiczonym rybosomom. Gładka ze swojej strony jest związana ze szlakami metabolicznymi lipidów

Aparat Golgiego

Składa się z szeregu spłaszczonych dysków zwanych „cysternami golgijskimi”. Jest to związane z wydzielaniem i modyfikacją białek. Bierze również udział w syntezie innych biocząsteczek, takich jak lipidy i węglowodany.

Organizmy eukariotyczne

W 1980 roku badacz Carl Woese i współpracownicy byli w stanie ustalić relacje między żywymi istotami za pomocą technik molekularnych. Dzięki serii pionierskich eksperymentów udało im się założyć trzy domeny (zwane także „super-królestwami”), pozostawiając tradycyjny pogląd na pięć światów.

Zgodnie z wynikami Woese, możemy podzielić żyjące formy na Ziemi na trzy wyraźne grupy: Archaea, Eubacteria i Eukarya.

W domenie Eukarya znajdują się organizmy, które znamy jako eukarionty. Linia ta jest bardzo zróżnicowana i obejmuje wiele organizmów jednokomórkowych i wielokomórkowych.

Jednokomórkowy

Jednokomórkowe eukarionty są niezwykle złożonymi organizmami, ponieważ muszą posiadać w jednej komórce wszystkie typowe funkcje eukariota. Pierwotniaki są historycznie klasyfikowane jako ryzopody, orzęski, wiciowce i sporozoany.

Jako najwybitniejsze przykłady mamy euglena: gatunki fotosyntetyzujące zdolne do poruszania się przez wici.

Istnieją również orzęski eukarionty, takie jak słynny pantofelek należący do rodzaju Paramecium. Mają typowy kształt pantofla i poruszają się dzięki obecności wielu rzęsek.

W tej grupie znajdują się również patogenne gatunki ludzi i innych zwierząt, np. Z rodzaju Trypanosoma. Ta grupa pasożytów charakteryzuje się wydłużonym ciałem i typową wici. Są przyczyną choroby Chagasa (Trypanosoma cruzi) i śpiączki (Trypanosoma brucei).

Rodzaj Plasmodium jest przyczyną malarii lub malarii u ludzi. Ta choroba może być śmiertelna.

Istnieją również grzyby jednokomórkowe, ale najwybitniejsze cechy tej grupy zostaną opisane w dalszych rozdziałach.

Rośliny

Cała wielka złożoność roślin, które codziennie obserwujemy, należy do linii eukariotycznej, od traw i traw po złożone i duże drzewa.

Komórki tych osobników charakteryzują się ścianą komórkową zbudowaną z celulozy, która nadaje sztywności strukturze. Ponadto mają chloroplasty, które zawierają wszystkie elementy biochemiczne niezbędne do zajścia procesu fotosyntezy.

Rośliny reprezentują bardzo zróżnicowaną grupę organizmów o złożonych cyklach życiowych, których nie można objąć zaledwie kilkoma cechami.

Grzyby

Termin „grzyb” jest używany do oznaczania różnych organizmów, takich jak pleśnie, drożdże i osobniki zdolne do wytwarzania grzybów.

W zależności od gatunku mogą rozmnażać się płciowo lub bezpłciowo. Charakteryzują się głównie produkcją zarodników: małych utajonych struktur, które mogą się rozwinąć, gdy warunki środowiskowe są odpowiednie.

Można by pomyśleć, że są podobne do roślin, ponieważ obie charakteryzują się siedzącym trybem życia, to znaczy nie poruszają się. Jednak grzyby nie mają chloroplastów i nie mają niezbędnej maszynerii enzymatycznej do przeprowadzenia fotosyntezy.

Ich sposób żywienia jest heterotroficzny, jak większość zwierząt, więc muszą szukać źródła energii.

Zwierząt

Zwierzęta stanowią grupę składającą się z prawie miliona gatunków prawidłowo skatalogowanych i sklasyfikowanych, chociaż zoologowie szacują, że prawdziwa wartość może być bliższa 7 lub 8 milionom. Są tak różnorodną grupą, jak te wymienione powyżej.

Charakteryzują się heterotrofizmem (szukają własnego pożywienia) oraz niezwykłą mobilnością, która pozwala im się poruszać. Do tego zadania mają szereg różnych mechanizmów lokomocyjnych, które pozwalają im poruszać się po lądzie, wodzie i powietrzu.

Jeśli chodzi o ich morfologię, znajdujemy niezwykle niejednorodne grupy. Chociaż można by dokonać podziału na bezkręgowce i kręgowce, gdzie cechą, która je wyróżnia, jest obecność kręgosłupa i struny grzbietowej.

Wśród bezkręgowców mamy porifody, parzystokopytne, pierścienice, nicienie, płazińce, stawonogi, mięczaki i szkarłupnie. Podczas gdy kręgowce obejmują lepiej znane grupy, takie jak ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki.

Typy komórek eukariotycznych

Istnieje duża różnorodność komórek eukariotycznych. Chociaż możesz pomyśleć, że najbardziej złożone występują u zwierząt i roślin, jest to błędne. Największą złożoność obserwuje się w organizmach protista, które muszą mieć wszystkie elementy niezbędne do życia zamknięte w jednej komórce.

Ścieżka ewolucyjna, która doprowadziła do pojawienia się organizmów wielokomórkowych, pociągnęła za sobą potrzebę rozdzielenia zadań w obrębie jednostki, co jest znane jako różnicowanie komórek. Zatem każda komórka jest odpowiedzialna za szereg ograniczonych działań i ma morfologię, która pozwala jej na ich wykonywanie.

Gdy zachodzi proces fuzji lub zapłodnienia gamet, powstała zygota przechodzi serię kolejnych podziałów komórkowych, które doprowadzą do powstania ponad 250 typów komórek.

U zwierząt szlaki różnicowania, którymi podąża zarodek, są kierowane przez sygnały, które otrzymuje z otoczenia i w dużej mierze zależą od jego pozycji w rozwijającym się organizmie. Wśród najbardziej znanych typów komórek mamy:

Neurony

Neurony lub komórki specjalizujące się w przewodzeniu impulsu nerwowego, które są częścią układu nerwowego.

Komórki mięśniowe

Komórki mięśni szkieletowych, które mają właściwości kurczliwe i są ułożone w sieć włókien. Umożliwiają one typowe ruchy zwierząt, takie jak bieganie lub chodzenie.

Komórki chrząstki

Komórki chrząstki specjalizują się we wsparciu. Z tego powodu są otoczone macierzą zawierającą kolagen.

Krwinki

Komórkowe składniki krwi to krwinki czerwone i białe oraz płytki krwi. Te pierwsze mają kształt dysku, nie mają jądra, gdy są dojrzałe i pełnią funkcję transportu hemoglobiny. Białe krwinki uczestniczą w odpowiedzi immunologicznej, a płytki krwi w procesie krzepnięcia krwi.

Metabolizm

Eukarionty wykazują szereg szlaków metabolicznych, takich jak między innymi glikoliza, szlaki pentozofosforanowe, beta-oksydacja kwasów tłuszczowych, zorganizowanych w określonych przedziałach komórkowych. Na przykład ATP jest generowany w mitochondriach.

Komórki roślinne mają charakterystyczny metabolizm, ponieważ posiadają maszynerię enzymatyczną niezbędną do wchłaniania światła słonecznego i wytwarzania związków organicznych. Ten proces jest fotosyntezą i zamienia je w organizmy autotroficzne, które mogą syntetyzować składniki energetyczne wymagane przez ich metabolizm.

Rośliny mają specyficzną ścieżkę zwaną cyklem glioksylanowym, która występuje w glioksysomie i jest odpowiedzialna za przemianę lipidów w węglowodany.

Zwierzęta i grzyby charakteryzują się tym, że są heterotrofami. Te linie nie są w stanie produkować własnego pożywienia, więc muszą aktywnie go szukać i degradować.

Różnice z prokariotami

Zasadniczą różnicą między eukariontem a prokariontem jest obecność jądra otoczonego błoną i zdefiniowanego w pierwszej grupie organizmów.

Możemy dojść do tego wniosku, badając etymologię obu terminów: prokariota pochodzi od korzenia pro, co oznacza „przed” i karionu, który jest jądrem; podczas gdy eukarionty odnoszą się do obecności „prawdziwego jądra” (eu oznacza „prawda”, a karion oznacza jądro)

Jednak znajdujemy jednokomórkowe eukarionty (czyli cały organizm jest pojedynczą komórką), takie jak dobrze znane Pantofelek lub drożdże. W ten sam sposób spotykamy wielokomórkowe organizmy eukariotyczne (składające się z więcej niż jednej komórki), takie jak zwierzęta, w tym ludzie.

Zgodnie z zapisami kopalnymi można wywnioskować, że eukarionty wyewoluowały z prokariontów. Dlatego logiczne jest założenie, że obie grupy mają podobne cechy, takie jak między innymi obecność błony komórkowej, wspólne szlaki metaboliczne. Najbardziej rzucające się w oczy różnice między dwiema grupami zostaną opisane poniżej:

Źródło: przez: Nie podano autora do odczytu maszynowego. Założono Mortadelo2005 (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich). , za pośrednictwem Wikimedia Commons

Rozmiar

Organizmy eukariotyczne są zwykle większe niż prokarioty, ponieważ są znacznie bardziej złożone i zawierają więcej elementów komórkowych.

Średnio średnica prokariota wynosi od 1 do 3 µm, podczas gdy komórka eukariotyczna może mieć od 10 do 100 µm. Chociaż istnieją godne uwagi wyjątki od tej reguły.

Obecność organelli

W organizmach prokariotycznych nie ma struktur ograniczonych błoną komórkową. Są niezwykle proste i brakuje im tych wewnętrznych ciał.

Zwykle jedyne błony, które mają prokarionty, są odpowiedzialne za oddzielenie organizmu od środowiska zewnętrznego (zauważ, że ta błona jest również obecna u eukariontów).

Rdzeń

Jak wspomniano powyżej, obecność jądra jest kluczowym elementem do rozróżnienia obu grup. U prokariotów materiał genetyczny nie jest ograniczony żadnym typem błony biologicznej.

Natomiast eukarionty to komórki o złożonej strukturze wewnętrznej i, w zależności od typu komórki, przedstawiają specyficzne organelle, które zostały szczegółowo opisane w poprzedniej sekcji. Komórki te mają zwykle jedno jądro z dwiema kopiami każdego genu - tak jak w większości komórek u ludzi.

U eukariotów DNA (kwasy dezoksyrybonukleinowe) jest wysoce zorganizowane na różnych poziomach. Ta długa cząsteczka jest związana z białkami zwanymi histonami i jest zbita do takiego poziomu, że jest w stanie wniknąć do małego jądra, które można zaobserwować w pewnym momencie podziału komórki jako chromosomy.

Prokarionty nie mają tak wyrafinowanych poziomów organizacji. Ogólnie materiał genetyczny występuje w postaci pojedynczej kolistej cząsteczki, która może przywierać do biomembrany otaczającej komórkę.

Jednak cząsteczka DNA nie jest rozmieszczona losowo. Chociaż nie jest owinięty błoną, materiał genetyczny znajduje się w regionie zwanym nukleoidem.

Mitochondria i chloroplasty

W specyficznym przypadku mitochondriów są to organelle komórkowe, w których znajdują się białka niezbędne do procesów oddychania komórkowego. Prokarionty - które muszą zawierać te enzymy do reakcji oksydacyjnych - są zakotwiczone w błonie komórkowej.

Podobnie w takim przypadku, gdy organizm prokariotyczny jest fotosyntetyczny, proces ten zachodzi w chromatoforach.

Rybosomy

Rybosomy to struktury odpowiedzialne za translację informacyjnego RNA na białka, które koduje cząsteczka. Występują dość obficie, na przykład pospolita bakteria, taka jak Escherichia coli, może posiadać do 15 000 rybosomów.

Można wyróżnić dwie jednostki składające się na rybosom: większą i mniejszą. Linia prokariotyczna charakteryzuje się przedstawieniem rybosomów 70S, składających się z dużej podjednostki 50S i małej podjednostki 30S. Natomiast u eukariontów składają się z dużej podjednostki 60S i małej 40S.

U prokariotów rybosomy są rozproszone po całej cytoplazmie. Podczas gdy u eukariontów są zakotwiczone w błonach, jak w szorstkiej siateczce endoplazmatycznej.

Cytoplazma

Cytoplazma organizmów prokariotycznych ma głównie ziarnisty wygląd dzięki obecności rybosomów. U prokariotów synteza DNA zachodzi w cytoplazmie.

Obecność ściany komórkowej

Zarówno organizmy prokariotyczne, jak i eukariotyczne są oddzielone od środowiska zewnętrznego podwójną lipidową membraną biologiczną. Jednak ściana komórkowa jest strukturą otaczającą komórkę i występuje tylko w linii prokariotycznej, w roślinach i grzybach.

Ściana ta jest sztywna i najbardziej intuicyjną funkcją ogólną jest ochrona komórki przed stresem środowiskowym i możliwymi zmianami osmotycznymi. Jednak na poziomie kompozycyjnym ta ściana jest zupełnie inna w tych trzech grupach.

Ściana bakterii składa się ze związku zwanego peptydoglikanem, utworzonego z dwóch strukturalnych bloków połączonych wiązaniami typu β-1,4: N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylomuraminowego.

U roślin i grzybów - obu eukariotów - skład ściany również się zmienia. Pierwsza grupa składa się z celulozy, polimeru utworzonego przez powtarzające się jednostki cukrowej glukozy, podczas gdy grzyby mają ściany z chityny i innych elementów, takich jak glikoproteiny i glikany. Zauważ, że nie wszystkie grzyby mają ścianę komórkową.

DNA

Materiał genetyczny eukariontów i prokariontów różni się nie tylko pod względem sposobu zagęszczenia, ale także pod względem struktury i ilości.

Prokariota charakteryzują się niskimi ilościami DNA, od 600 000 par zasad do 8 milionów. Oznacza to, że mogą kodować od 500 do kilku tysięcy białek.

Introny (sekwencje DNA, które nie kodują białek i zakłócają geny) są obecne u eukariontów, a nie u prokariotów.

Horyzontalny transfer genów jest istotnym procesem u prokariotów, podczas gdy u eukariontów praktycznie go nie ma.

Procesy podziału komórek

W obu grupach objętość komórki rośnie, aż osiągnie odpowiednią wielkość. Eukarionty dokonują podziału w wyniku złożonego procesu mitozy, w wyniku którego powstają dwie komórki potomne o podobnej wielkości.

Zadaniem mitozy jest zapewnienie odpowiedniej liczby chromosomów po każdym podziale komórki.

Wyjątkiem od tego procesu jest podział komórkowy drożdży, zwłaszcza z rodzaju Saccharomyces, gdzie podział prowadzi do powstania mniejszej komórki potomnej, ponieważ jest ona utworzona za pomocą „wybrzuszenia”.

Komórki prokariotyczne nie ulegają podziałowi komórek mitozy - nieodłączna konsekwencja braku jądra komórkowego. W tych organizmach podział następuje poprzez podział binarny. W ten sposób komórka rośnie i dzieli się na dwie równe części.

Istnieją pewne elementy, które uczestniczą w podziale komórek u eukariontów, takie jak centromery. W przypadku prokariotów nie ma ich analogów i tylko kilka gatunków bakterii posiada mikrotubule. Rozmnażanie typu płciowego jest powszechne u eukariontów i rzadkie u prokariotów.

Cytoszkielet

Eukarionty mają bardzo złożoną organizację na poziomie cytoszkieletu. System ten składa się z trzech rodzajów włókien sklasyfikowanych według ich średnicy na mikrofilamenty, włókna pośrednie i mikrotubule. Ponadto istnieją białka, których właściwości motoryczne są związane z tym systemem.

Eukarionty mają szereg procesów, które pozwalają komórce poruszać się w jej środowisku. Są to wici, których kształt przypomina bicz, a ruch jest inny u eukariontów i prokariotów. Rzęski są krótsze i generalnie występują w dużych ilościach.

Bibliografia

1. Birge, EA (2013). Genetyka bakterii i bakteriofagów. Springer Science & Business Media.
2. Campbell, MK i Farrell, SO (2011). Biochemia.
3. Cooper, GM i Hausman, RE (2000). Komórka: podejście molekularne. Sinauer Associates.
4. Curtis, H. i Barnes, NS (1994). Zaproszenie na biologię. Macmillan.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC i Garrison, C. (2001). Zintegrowane zasady zoologii. McGraw - Hill.
6. Karp, G. (2009). Biologia komórkowa i molekularna: koncepcje i eksperymenty. John Wiley & Sons.
7. Pontón, J. (2008). Ściana komórkowa grzybów i mechanizm działania anidulafunginy. Rev Iberoam Micol, 25, 78–82.
8. Vellai, T. i Vida, G. (1999). Pochodzenie eukariotów: różnica między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 266 (1428), 1571–1577.
9. Voet, D. i Voet, JG (2006). Biochemia. Panamerican Medical Ed.
10. Weeks, B. (2012). Mikroby i społeczeństwo Alcamo. Wydawcy Jones & Bartlett.