Charakterystyka komórek eukariotycznych, rodzaje, części, metabolizm
The komórki eukariotyczne są składnikami strukturalnymi szerokiej linii organizmów charakteryzujących się posiadaniem komórek z rdzeniem ograniczonym przez membranę i posiadających zestaw organelli.
Wśród najbardziej znanych organelli eukariontów mamy mitochondria, odpowiedzialne za oddychanie komórkowe i inne szlaki związane z wytwarzaniem energii i chloroplasty, występujące w roślinach i odpowiedzialne za proces fotosyntezy.
Ponadto istnieją inne struktury ograniczone przez membrany, takie jak aparat Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, wakuole, lizosomy, peroksysomy, między innymi, które są unikalne dla eukariontów..
Organizmy, które są częścią eukariontów, są dość niejednorodne, zarówno pod względem wielkości, jak i morfologii. Grupa składa się z jednokomórkowych pierwotniaków i mikroskopijnych drożdży do roślin i dużych zwierząt zamieszkujących głębiny morskie.
Eukarionty różnią się od prokariontów głównie obecnością jądra i innych organelli wewnętrznych, a także wysoką organizacją materiału genetycznego. Można powiedzieć, że eukarioty są znacznie bardziej złożone w różnych aspektach, zarówno strukturalnych, jak i funkcjonalnych.
Indeks
- 1 Ogólna charakterystyka
- 2 części (organelle)
- 2.1 Rdzeń
- 2.2 Mitochondria
- 2.3 Chloroplasty
- 2.4 Retikulum endoplazmatyczne
- 2.5 Aparat Golgiego
- 3 organizmy eukariotyczne
- 3.1 Jednokomórkowy
- 3.2 Rośliny
- 3.3 Grzyby
- 3.4 Zwierzęta
- 4 Rodzaje komórek eukariotycznych
- 4.1 Neurony
- 4.2 Komórki mięśniowe
- 4.3 Komórki chrząstki
- 4.4 Komórki krwi
- 5 Metabolizm
- 6 Różnice w stosunku do prokariotów
- 6.1 Rozmiar
- 6.2 Obecność organelli
- 6.3 Rdzeń
- 6.4 DNA
- 6.5 Procesy podziału komórki
- 6.6 Cytoszkielet
- 7 referencji
Ogólna charakterystyka
Najważniejsze cechy definiujące komórkę eukariotyczną to: obecność zdefiniowanego jądra z materiałem genetycznym (DNA) wewnątrz, organelli subkomórkowych, które wykonują określone zadania i cytoszkieletu.
Tak więc niektóre linie mają szczególne cechy. Na przykład rośliny mają chloroplasty, dużą wakuolę i grubą ścianę celulozową. W grzybach charakterystyczna jest ściana chityny. Wreszcie komórki zwierzęce mają centriole.
Podobnie istnieją jednokomórkowe organizmy eukariotyczne w protistach i grzybach.
Imprezy (organelle)
Jedną z charakterystycznych cech eukariontów jest obecność organelli lub przedziałów subkomórkowych otoczonych błoną. Wśród najbardziej rzucających się w oczy mamy:
Rdzeń
Jądro jest najbardziej widoczną strukturą w komórkach eukariotycznych. Jest on ograniczony przez podwójnie porowatą błonę lipidową, która umożliwia wymianę substancji między cytoplazmą a wnętrzem jądra.
Jest to organelle odpowiedzialne za koordynację wszystkich procesów komórkowych, ponieważ zawiera wszystkie niezbędne instrukcje w DNA, które umożliwiają przeprowadzenie ogromnej różnorodności procesów.
Jądro nie jest idealnie sferyczną i statyczną organellą z rozproszonym w niej DNA. Jest to struktura o wyjątkowej złożoności z różnymi składnikami, takimi jak otoczka jądrowa, chromatyna i jąderko.
W jądrze znajdują się także inne ciała, takie jak ciała Cajala i ciała PML (z angielskiego: białaczka promielocytowa).
Mitochondria
Mitochondria są organellami otoczonymi systemem podwójnej błony i występują zarówno w roślinach, jak i zwierzętach. Liczba mitochondriów na komórkę zmienia się w zależności od potrzeb tego samego: w komórkach o wysokich wymaganiach energetycznych liczba ta jest stosunkowo większa.
Metaboliczne szlaki zachodzące w mitochondriach to: cykl kwasu cytrynowego, transport elektroniczny i fosforylacja oksydacyjna, beta utlenianie kwasów tłuszczowych i rozkład aminokwasów.
Chloroplasty
Chloroplasty są organellami typowymi dla roślin i alg, które mają złożony układ błonowy. Najważniejszy jest chlorofil, zielony pigment, który uczestniczy bezpośrednio w fotosyntezie.
Oprócz reakcji związanych z fotosyntezą, chloroplasty mogą generować ATP, syntetyzować aminokwasy, kwasy tłuszczowe, między innymi. Ostatnie badania wykazały, że przedział ten jest związany z produkcją substancji przeciwko patogenom.
Podobnie jak mitochondria, chloroplasty mają swój własny materiał genetyczny, w formie okrągłej. Z ewolucyjnego punktu widzenia fakt ten jest dowodem na teorię możliwego procesu endosymbiotycznego, który dał początek mitochondriom i chloroplastom.
Retikulum endoplazmatyczne
Siatka jest układem membran, który jest kontynuowany z jądrem i który rozciąga się w komórce w postaci labiryntu.
Jest on podzielony na gładką siateczkę endoplazmatyczną i szorstką siateczkę endoplazmatyczną, w zależności od obecności w niej rybosomów. Szorstka siateczka jest głównie odpowiedzialna za syntezę białek - dzięki zakotwiczonym rybosomom. Tymczasem gładka jest związana ze szlakami metabolicznymi lipidów
Aparat Golgiego
Składa się z serii spłaszczonych dysków zwanych „cysternami golgijskimi”. Jest to związane z wydzielaniem i modyfikacją białek. Bierze również udział w syntezie innych biomolekuł, takich jak lipidy i węglowodany.
Organizmy eukariotyczne
W roku 1980 badacz Carl Woese i współpracownicy zdołali ustalić relacje między żywymi istotami przy użyciu technik molekularnych. Dzięki serii pionierskich eksperymentów udało im się ustanowić trzy domeny (zwane również „super królestwami”), pozostawiając tradycyjną wizję pięciu królestw.
Zgodnie z wynikami Woese możemy zaklasyfikować żywe formy ziemi do trzech widocznych grup: Archaea, Eubacteria i Eukarya.
W domenie Eukarya są organizmy, które znamy jako eukarioty. Linia ta jest szeroko zróżnicowana i obejmuje szereg organizmów, zarówno jednokomórkowych, jak i wielokomórkowych..
Jednokomórkowy
Jednokomórkowe eukarionty są niezwykle złożonymi organizmami, ponieważ muszą posiadać wszystkie typowe funkcje eukarionta w pojedynczej komórce. Pierwotniaki są historycznie klasyfikowane jako nosorożce, orzęski, wiciowce i sporozoany.
Na przykład mamy euglenę: gatunki fotosyntetyczne zdolne do przechodzenia przez wici.
Istnieją także eukarioty orzęsione, takie jak słynna paramecia należąca do rodzaju Paramecium. Mają one typowy kształt i ruch buta dzięki obecności wielu rzęsek.
W tej grupie występują również patogenne gatunki ludzi i innych zwierząt, takie jak płeć Trypanosoma. Ta grupa pasożytów charakteryzuje się wydłużonym ciałem i typową wici. Są przyczyną choroby Chagasa (Trypanosoma cruzi) i śpiączka (Trypanosoma brucei).
Płeć Plasmodium jest czynnikiem sprawczym malarii lub malarii u ludzi. Ta choroba może być śmiertelna.
Istnieją również grzyby jednokomórkowe, ale najbardziej wybitne cechy tej grupy zostaną opisane w dalszych sekcjach.
Rośliny
Cała wielka złożoność roślin, które obserwujemy codziennie, należy do linii eukariotycznej, od traw i traw po kompleksy i duże drzewa.
Komórki tych osobników charakteryzują się tym, że mają ścianę komórkową złożoną z celulozy, która nadaje sztywności strukturze. Ponadto mają chloroplasty, które zawierają wszystkie elementy biochemiczne niezbędne do procesu fotosyntezy.
Rośliny stanowią grupę wysoce zróżnicowanych organizmów, o złożonych cyklach życiowych, których nie można objąć 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 może rozmnażać się w sposób seksualny lub bezpłciowy. Charakteryzują się głównie wytwarzaniem zarodników: małych ukrytych struktur, które mogą się rozwijać, gdy warunki środowiskowe są odpowiednie.
Można by pomyśleć, że są podobne do roślin, ponieważ oba charakteryzują się prowadzeniem siedzącego trybu życia, to znaczy nie poruszają się. Grzyby nie mają jednak chloroplastów i nie posiadają maszynerii enzymatycznej niezbędnej do przeprowadzenia fotosyntezy.
Ich dieta jest heterotroficzna, jak większość zwierząt, więc powinni szukać źródła energii.
Zwierzęta
Zwierzęta stanowią grupę prawie miliona gatunków skatalogowanych i prawidłowo sklasyfikowanych, chociaż zoologowie szacują, że rzeczywista wartość może zbliżyć się do 7 lub 8 milionów. Są grupą tak różnorodną jak te wymienione powyżej.
Charakteryzują się tym, że są heterotroficzne (szukają własnego jedzenia) i mają niezwykłą mobilność, która pozwala im się poruszać. Do tego zadania mają szereg różnych mechanizmów poruszania się, które pozwalają im poruszać się po lądzie, wodzie i powietrzu..
Pod względem morfologii znaleźliśmy niezwykle heterogeniczne grupy. Chociaż moglibyśmy dokonać podziału na bezkręgowce i kręgowce, gdzie cechą, która je wyróżnia, jest obecność kręgosłupa i struny grzbietowej.
W bezkręgowcach mamy porifera, cnidary, annelidy, nicienie, płazińce, stawonogi, mięczaki i szkarłupnie. Podczas gdy kręgowce obejmują bardziej znane grupy, takie jak ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki.
Typy komórek eukariotycznych
Istnieje ogromna różnorodność komórek eukariotycznych. Chociaż można by pomyśleć, że najbardziej złożone są zwierzęta i rośliny, jest to nieprawidłowe. Największą złożoność obserwuje się w organizmach protistycznych, które muszą mieć wszystkie elementy wymagane do życia zamkniętego w pojedynczej komórce.
Ścieżka ewolucyjna, która doprowadziła do pojawienia się organizmów wielokomórkowych, spowodowała konieczność rozłożenia zadań w obrębie jednostki, co jest znane jako różnicowanie komórek. Tak więc każda komórka jest odpowiedzialna za szereg ograniczonych działań i ma morfologię, która umożliwia jej wykonywanie.
Po procesie fuzji lub zapłodnienia gamety, otrzymana zygota przechodzi szereg kolejnych podziałów komórkowych, które doprowadzą do powstania ponad 250 typów komórek.
U zwierząt szlaki różnicowania, po których następuje zarodek, są kierowane przez sygnały otrzymywane ze środowiska i zależą w dużej mierze od położenia środowiska w rozwijającym się organizmie. Wśród najważniejszych typów komórek mamy:
Neurony
Neurony lub wyspecjalizowane komórki w przewodzeniu impulsów nerwowych, które są częścią układu nerwowego.
Komórki mięśniowe
Komórki mięśni szkieletowych, które mają właściwości skurczowe i są ustawione w sieci włókien. Umożliwiają one typowe ruchy zwierząt, takich jak bieganie lub chodzenie.
Komórki chrząstki
Komórki chrząstki specjalizują się w wsparciu. Z tego powodu są otoczone matrycą prezentującą kolagen.
Komórki krwi
Komórkowymi składnikami krwi są czerwone i białe krwinki i płytki krwi. Pierwsze są w kształcie dysku, nie mają jądra, gdy są dojrzałe i mają funkcję transportu hemoglobiny. Białe krwinki uczestniczą w odpowiedzi immunologicznej i płytkach krwi w procesie krzepnięcia krwi.
Metabolizm
Eukarionty przedstawiają szereg szlaków metabolicznych, takich jak glikoliza, szlaki fosforanów pentozy, między innymi beta utlenianie kwasów tłuszczowych, zorganizowane w określonych przedziałach komórkowych. Na przykład ATP jest generowany w mitochondriach.
Komórki roślinne mają charakterystyczny metabolizm, ponieważ mają maszynerię enzymatyczną niezbędną do pobierania światła słonecznego i generowania związków organicznych. Proces ten jest fotosyntezą i przekształca je w organizmy autotroficzne, które mogą syntetyzować składniki energetyczne wymagane przez ich metabolizm.
Rośliny mają specyficzny szlak zwany cyklem glioksylanowym, który występuje w glioksysomie i jest odpowiedzialny za konwersję lipidów w węglowodany.
Zwierzęta i grzyby charakteryzują się heterotrofią. Te linie nie są w stanie wyprodukować własnego pożywienia, więc muszą je aktywnie poszukiwać i degradować.
Różnice w stosunku do prokariotów
Kluczową różnicą między eukariotycznym a prokariotycznym jest obecność jądra ograniczonego błoną i zdefiniowanego w pierwszej grupie organizmów.
Możemy dojść do tego wniosku, badając etymologię obu terminów: prokariote pochodzi z korzeni pro co oznacza „przed” i karyon co jest rdzeniem; mając na uwadze, że eukariotyczny odnosi się do obecności „prawdziwego jądra” (ue co oznacza „prawda” i karyon co oznacza rdzeń)
Jednak eukarionty jednokomórkowe (czyli cały organizm jest pojedynczą komórką) uważamy za znane Paramecium lub drożdże. Podobnie znajdujemy wielokomórkowe organizmy eukariotyczne (złożone z więcej niż jednej komórki), takie jak zwierzęta, w tym ludzie.
Zgodnie z zapisami kopalnymi można stwierdzić, że eukarionty wyewoluowały z prokariotów. Dlatego logiczne jest założenie, że obie grupy mają podobne cechy, takie jak między innymi obecność błony komórkowej, wspólne szlaki metaboliczne. Najbardziej widoczne różnice między obiema grupami zostaną opisane poniżej:
Rozmiar
Zazwyczaj organizmy eukariotyczne są większe niż organizmy prokariotyczne, ponieważ są znacznie bardziej złożone i mają więcej elementów komórkowych.
Średnio średnica prokariota wynosi od 1 do 3 μm, podczas gdy komórka eukariotyczna może być rzędu 10 do 100 μm. Chociaż istnieją wyjątkowe wyjątki od tej reguły.
Obecność organelli
W organizmach prokariotycznych nie ma struktur ograniczonych przez błonę komórkową. Są niezwykle proste i pozbawione tych wewnętrznych ciał.
Zwykle jedyne błony, które posiadają prokarioty, są odpowiedzialne za rozgraniczenie organizmu od środowiska zewnętrznego (zauważ, że ta błona jest również obecna w eukariotach).
Rdzeń
Jak wspomniano powyżej, obecność jądra jest kluczowym elementem różnicującym obie grupy. U prokariotów materiał genetyczny nie jest ograniczony żadnym rodzajem błony biologicznej.
Natomiast eukarioty są komórkami o złożonej strukturze wewnętrznej i, zależnie od typu komórki, przedstawiają specyficzne organelle, które zostały szczegółowo opisane w poprzedniej sekcji. Komórki te zwykle zawierają pojedyncze jądro z dwiema kopiami każdego genu - jak w większości komórek ludzkich.
U eukariontów DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) jest wysoce zorganizowany na różnych poziomach. Ta długa cząsteczka jest związana z białkami zwanymi histonami i jest zagęszczona do takiego poziomu, że jest w stanie wejść do małego jądra, które można zaobserwować w pewnym punkcie podziału komórki jako chromosomy..
Prokarionty nie mają tych wyrafinowanych poziomów organizacji. Ogólnie materiał genetyczny jest prezentowany jako pojedyncza okrągła cząsteczka, która może przylegać do biomembrany otaczającej komórkę.
Jednak cząsteczka DNA nie jest rozmieszczona losowo. Chociaż nie jest owinięty w błonę, materiał genetyczny znajduje się w regionie zwanym nukleoidem.
Mitochondria i chloroplasty
W konkretnym przypadku mitochondriów są to organelle komórkowe, w których znajdują się białka niezbędne do procesów oddychania komórkowego. Prokarionty - które muszą zawierać te enzymy dla reakcji utleniających - są zakotwiczone w błonie plazmatycznej.
Podobnie w takim przypadku, gdy organizm prokariotyczny jest fotosyntetyczny, proces przeprowadza się w chromatoforach.
Rybosomy
Rybosomy są strukturami odpowiedzialnymi za translację informacyjnego RNA w białka kodowane przez cząsteczkę. Są dość obfite, na przykład pospolita bakteria, taka jak Escherichia coli, może posiadać do 15 000 rybosomów.
Możesz rozróżnić dwie jednostki, które tworzą rybosom: główny i mały. Linia prokariotyczna charakteryzuje się prezentowaniem rybosomów 70S, złożonych z dużej podjednostki 50S i małej podjednostki 30S. I odwrotnie, u eukariontów składają się z dużej podjednostki 60S i małej podjednostki 40S.
U prokariotów rybosomy są rozproszone w cytoplazmie. U eukariontów są one zakotwiczone w błonach, jak w szorstkiej retikulum endoplazmatycznym.
Cytoplazma
Cytoplazma w organizmach 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 błoną biologiczną o charakterze lipidowym. Ściana komórkowa jest jednak strukturą, która otacza komórkę i która jest obecna tylko w linii prokariotycznej, w roślinach i grzybach.
Ta ściana jest sztywna, a najbardziej intuicyjną funkcją ogólną jest ochrona komórki przed stresem środowiskowym i możliwymi zmianami osmotycznymi. Jednak na poziomie kompozycji ta ściana jest zupełnie inna w tych trzech grupach.
Ściana bakterii składa się ze związku zwanego peptydoglukanem, tworząc dwa bloki strukturalne połączone wiązaniami typu β-1,4: N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylomuraminowego.
W roślinach i grzybach - obu eukariotach - skład muru również się zmienia. W pierwszej grupie znajduje się celuloza, polimer utworzony przez powtarzające się jednostki cukru glukozy, podczas gdy grzyby mają ściany chityny i innych pierwiastków, takich jak glikoproteiny i glukany. Zauważ, że nie wszystkie grzyby mają ścianę komórkową.
DNA
Materiał genetyczny między eukariotami a prokariotami różni się nie tylko sposobem zagęszczania, ale także strukturą i ilością.
Prokarionty charakteryzują się małymi ilościami DNA, wahającymi się 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 niszczą geny) są obecne w eukariotach, a nie u prokariotów.
Poziomy transfer genów jest istotnym procesem u prokariotów, podczas gdy u eukariontów jest praktycznie nieobecny.
Procesy podziału komórki
W obu grupach objętość komórek staje się większa, aż osiągnie odpowiedni rozmiar. Eukarionty dokonują podziału przez złożony proces mitozy, w wyniku którego powstają dwie komórki potomne o podobnej wielkości.
Funkcją mitozy jest zapewnienie odpowiedniej liczby chromosomów po każdym podziale komórki.
Wyjątkiem od tego procesu jest podział komórek drożdży, zwłaszcza rodzaju Saccharomyces, gdzie podział prowadzi do wytworzenia komórki potomnej o mniejszym rozmiarze, ponieważ powstaje ona za pomocą „wypukłości”.
Komórki prokariotyczne nie prowadzą do podziału komórki z powodu mitozy - nieodłącznej konsekwencji braku jądra. W tych organizmach następuje podział przez podział binarny. W ten sposób komórka rośnie i dzieli się na dwie równe części.
Istnieją pewne elementy, które uczestniczą w podziale komórek u eukariotów, takich jak centromery. W przypadku prokariotów nie ma analogów do tych i tylko kilka gatunków bakterii posiada mikrotubule. Rozmnażanie typu seksualnego jest powszechne u eukariontów i rzadkie u prokariotów.
Cytoszkielet
Eukarionty mają bardzo złożoną organizację na poziomie cytoszkieletu. System ten składa się z trzech typów włókien sklasyfikowanych według ich średnicy w mikrofilamentach, włóknach pośrednich i mikrotubulach. Ponadto w tym systemie występują białka o właściwościach motorycznych.
Eukarionty przedstawiają szereg przedłużeń, które pozwalają komórce poruszać się w jej otoczeniu. Są to wici, których kształt przypomina bicz, a ruch jest inny u eukariontów i prokariotów. Rzęski są krótsze i zazwyczaj występują w dużych ilościach.
Referencje
- Birge, E. A. (2013). Genetyka bakterii i bakteriofagów. Springer Science & Business Media.
- Campbell, M. K., i Farrell, S. O. (2011). Biochemia.
- Cooper, G. M. i Hausman, R. E. (2000). Komórka: podejście molekularne. Sinauer Associates.
- Curtis, H. i Barnes, N. S. (1994). Zaproszenie do biologii. Macmillan.
- Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W. C., i Garrison, C. (2001). Zintegrowane zasady zoologii. McGraw-Hill.
- Karp, G. (2009). Komórka i biologia molekularna: koncepcje i eksperymenty. John Wiley & Sons.
- Pontón, J. (2008). Ściana komórkowa grzybów i mechanizm działania anidulafunginy. Rev Iberoam Micol, 25, 78-82.
- Vellai, T. i Vida, G. (1999). Pochodzenie eukariontów: różnica między komórkami prokariotycznymi i eukariotycznymi. Materiały Royal Society B: Biological Sciences, 266(1428), 1571-1577.
- Voet, D. i Voet, J. G. (2006). Biochemia. Ed. Panamericana Medical.
- Tygodnie, B. (2012). Mikroorganizmy i społeczeństwo Alcamo. Wydawcy Jones & Bartlett.