Cytoplazma składa się z organelli (lub „organelli”) pełniących różne funkcje. Do najważniejszych organelli należą rybosomy, wakuole i mitochondria. Każda organella pełni określoną funkcję w komórce i w cytoplazmie. Cytoplazma zawiera część genomu organizmu. Chociaż większość znajduje się w jądrze, niektóre organelle, w tym mitochondria czy chloroplasty, posiadają pewną ilość DNA.
RybosomyEdit
Rybosomy są cytoplazmatycznymi granulkami występującymi we wszystkich komórkach i mierzą około 20 nm. Niosą one również rybosomalne RNA.
Synteza białek odbywa się na rybosomach w cytoplazmie. Posłańczy RNA (mRNA) i transferowy RNA (tRNA) są syntetyzowane w jądrze, a następnie przekazywane do cytoplazmy jako oddzielne cząsteczki. Rybosomalny RNA (rRNA) dostaje się do cytoplazmy w postaci podjednostki rybosomalnej. Ponieważ istnieją dwa rodzaje podjednostek, dwie podjednostki są łączone w cytoplazmie z cząsteczkami mRNA, tworząc kompletne aktywne rybosomy.
Aktywne rybosomy mogą być zawieszone w cytoplazmie lub związane z szorstkim retikulum endoplazmatycznym. Rybosomy zawieszone w cytoplazmie mają podstawową funkcję syntezy następujących białek:
- Białka, które wejdą w skład cytozolu.
- Białka, które będą budować elementy strukturalne.
- Białka, które tworzą ruchome elementy w cytoplazmie.
Rybosom składa się z dwóch części, podjednostki większej i mniejszej; opuszczają one jądro komórkowe oddzielnie. Eksperymentalnie można stwierdzić, że są one utrzymywane razem przez ładunki, ponieważ w miarę obniżania stężenia Mg+2 podjednostki mają tendencję do rozdzielania się.
LizosomyEdit
Lizosomy są kulistymi pęcherzykami o średnicy od 0,1 do 1 μm. Zawierają one około 50 enzymów, zwykle hydrolitycznych, w roztworze kwaśnym; enzymy potrzebują tego kwaśnego roztworu do optymalnego funkcjonowania. Lizosomy utrzymują te enzymy oddzielone od reszty komórki, zapobiegając ich reakcji chemicznej z elementami komórkowymi i organellami.
Lizosomy wykorzystują swoje enzymy do recyklingu różnych organelli komórki, pochłaniając je, trawiąc je i uwalniając ich składniki do cytozolu. Proces ten nazywany jest autofagią, a komórka trawi niepotrzebne jej struktury. Materiał jest pochłaniany przez pęcherzyki z retikulum endoplazmatycznego i aparatu Golgiego, tworząc autofagosom. Po związaniu się z pierwotnym lizosomem tworzy autofagolizosom i postępuje tak samo jak powyżej.
W endocytozie materiały są zbierane spoza komórki i pochłaniane w procesie endocytozy przez błonę plazmatyczną, tworząc fagosom. Lizosom łączy się z fagosomem tworząc fagolizosom i wylewa swoją zawartość do fagosomu, degradując substancje znajdujące się w fagosomie. Po hydrolizie, użyteczne cząsteczki przechodzą do komórki, aby wejść na szlaki metaboliczne, a to, co nie jest potrzebne komórce, jest wyrzucane na zewnątrz komórki przez egzocytozę.
Lizosomy również wyrzucają swoje enzymy na zewnątrz komórki (egzocytoza), aby dalej rozkładać inne materiały. Ze względu na ich funkcje, ich obecność jest wysoka w białych krwinkach, ponieważ mają one funkcję degradacji ciał inwazyjnych.
WakuoleEdit
Wakuola jest woreczkiem płynu otoczonym błoną. W komórce roślinnej wakuola jest pojedynczą, większą wakuolą, natomiast w komórce zwierzęcej znajduje się kilka mniejszych wakuoli. Otaczająca je błona nazywana jest tonoplastem. Wakuola komórki roślinnej ma roztwór soli mineralnych, cukrów, aminokwasów i czasami pigmentów, takich jak antocyjanina.
Wakuola roślinna ma kilka funkcji:
- Cukry i aminokwasy mogą działać jako tymczasowy magazyn żywności.
- Antocyjaniny mają pigmentację, która nadaje kolor płatkom.
- Na ogół posiadają one enzymy i mogą przejąć funkcję lizosomów.
Funkcją wakuoli w komórce zwierzęcej jest działanie jako miejsce, w którym przechowywane są białka; białka te są przechowywane do późniejszego wykorzystania, a raczej do wywozu z komórki w procesie egzocytozy. W procesie tym wakuole łączą się z błoną, a ich zawartość zostaje wyprowadzona poza komórkę. Wakuola może być również wykorzystywana w procesie endocytozy; proces ten obejmuje transport materiałów spoza komórki, które nie są w stanie przejść przez błonę, do komórki.
Retikulum endoplazmatyczneEdit
Siateczka endoplazmatyczna jest złożonym systemem i zbiorem połączonych ze sobą błon, tworzących szkielet cytoplazmatyczny. Tworzą one rozległy system kanałów i utrzymują rybosomy razem. Ich kształt może być różny, ponieważ ich charakter zależy od ułożenia komórek, które mogą być ściśnięte lub luźno zorganizowane.
(1) Jądro (2) Por jądrowy (3) Retikulum endoplazmatyczne szorstkie (RER) (4) Retikulum endoplazmatyczne gładkie (REL) (5) Rybosom w RER (6) Transportowane białka (7) Pęcherzyk (transport) (8) Aparat Golgiego (9) Cis strona aparatu Golgiego (10) Trans strona aparatu Golgiego (11) Cysterny aparatu Golgiego.
Zestaw zamkniętych jamek o bardzo zmiennym kształcie: spłaszczonych blaszek, kulistych pęcherzyków lub wijących się rurek. Komunikują się one ze sobą i tworzą ciągłą sieć oddzieloną od hialoplazmy błoną retikulum endoplazmatycznego. W związku z tym płynna zawartość cytoplazmy dzieli się na dwie części: przestrzeń luminalną lub cysternalną zawartą w retikulum endoplazmatycznym oraz przestrzeń cytozolową obejmującą zewnętrzną część retikulum endoplazmatycznego.
Główne funkcje obejmują:
- Krążenie substancji, które nie są uwalniane do cytoplazmy.
- Służy jako obszar dla reakcji chemicznych.
- Synteza i transport białek wytwarzanych przez rybosomy przyłączone do ich błon (tylko RER).
- Glikozylacja białek (tylko RER).
- Produkcja lipidów i steroidów (tylko REL).
- Zapewniają szkielet strukturalny do utrzymania kształtu komórki.
Szorstkie retikulum endoplazmatyczneEdit
Gdy błona jest otoczona rybosomami, nazywa się ją szorstkim retikulum endoplazmatycznym (RER). Główną funkcją RER jest synteza białek i właśnie z tego powodu jest on bardziej rozpowszechniony w komórkach rosnących lub wydzielających enzymy. Podobnie, uszkodzenie komórki może spowodować wzrost syntezy białek, a RER jest utworzony, przewidując, że białka są potrzebne do naprawy damage.
Białka są przekształcane i przenieść do regionu RER, aparat Golgiego. W ciałach tych syntetyzowane są również makromolekuły inne niż białka.
Retikulum endoplazmatyczne gładkieEdit
W przypadku braku rybosomów nazywane jest retikulum endoplazmatycznym gładkim (SER). Jego główną funkcją jest produkcja lipidów komórkowych, czyli fosfolipidów i cholesterolu, które następnie wchodzą w skład błon komórkowych. Reszta lipidów komórkowych (kwasy tłuszczowe i trójglicerydy) jest syntetyzowana w cytozolu, dlatego też jest on bardziej obfity w komórkach, które mają związane z tym wydzieliny, jak np. gruczoł łojowy. Jest on jednak rzadki w większości komórek.
Aparat GolgiegoEdit
Aparat Golgiego, nazwany tak od nazwiska odkrywcy, Camillo Golgiego, jest podobny w budowie do retikulum endoplazmatycznego, ale jest bardziej zwarty. Składa się z discoid-shaped worków membranowych i znajduje się w pobliżu jądra komórkowego.
Dictyosome jest nazwa nadana do każdego stosu worków. Mają one średnicę około 1 µm i skupiają około 6 cystern, choć u niższych eukariontów ich liczba może sięgać nawet 30. W komórkach eukariotycznych aparat Golgiego jest mniej lub bardziej rozwinięty, w zależności od pełnionej funkcji. W każdym przypadku liczba dictyosomów waha się od kilku do wielu.
Aparat Golgiego składa się z jednej lub więcej serii lekko zakrzywionych, spłaszczonych cystern ograniczonych błonami i jest to znane jako stos Golgiego lub dictyosom. Końce każdego cisternae są rozszerzone i otoczone przez pęcherzyki, które albo fuzji z tego zachowania, lub oddzielić od niego przez gemination.
Aparat Golgiego jest strukturalnie i biochemicznie spolaryzowane. Ma dwa różne oblicza: cis, czyli powstawanie, i trans, czyli dojrzewanie. Strona cis znajduje się w pobliżu błon ER. Jego błony są cienkie, a ich skład jest podobny do składu błon retikulum. Wokół niego znajdują się pęcherzyki Golgiego, zwane również pęcherzykami przejściowymi, które wywodzą się z ER. Strona trans jest zwykle blisko błony plazmatycznej. Jej błony są grubsze i przypominają błonę plazmatyczną. Większe pęcherzyki, pęcherzyki wydzielnicze, znajdują się na tej ścianie.
Ich funkcje są zróżnicowane:
- Modyfikacja substancji syntetyzowanych w RER: substancje z RER są przekształcane w aparacie Golgiego. Przekształcenia te mogą polegać na agregacji reszt węglowodanowych w celu uzyskania ostatecznej struktury lub na proteolizie w celu uzyskania ich aktywnej konformacji. Na przykład w RER komórek brzeżnych trzustki syntetyzowana jest proinsulina, która w wyniku przemian, jakim podlega w aparacie Golgiego, przybierze ostateczną postać lub konformację insuliny. Enzymy znajdujące się wewnątrz dictyosomów są zdolne do modyfikowania makrocząsteczek poprzez glikozylację (dodawanie węglowodanów) i fosforylację (dodawanie fosforanów). W tym celu aparat Golgiego transportuje z cytoplazmy do organelli pewne substancje, takie jak nukleotydy i cukry. Białka są również znakowane sekwencjami sygnałowymi, które określają ich ostateczne przeznaczenie, np. mannoza-6-fosforan jest dodawany do białek przeznaczonych do lizosomów.
- Do produkcji glikoprotein wymaganych w wydzielaniu przez dodanie węglowodanu do białka.
- Do produkcji enzymów wydzielniczych, takich jak enzymy trawienne w trzustce: substancje przechodzą przez wszystkie woreczki aparatu Golgiego, a gdy dotrą do transbłonowego czoła dictyosomu, w postaci pęcherzyków wydzielniczych, są transportowane do miejsca przeznaczenia na zewnątrz komórki, przekraczając błonę cytoplazmatyczną w procesie egzocytozy. Przykładem tego są proteoglikany, które tworzą macierz zewnątrzkomórkową zwierząt. Aparat Golgiego jest organellą, w której zachodzi główna synteza węglowodanów. Zostanie to załatwione przez enzymy w Golgim poprzez resztę ksylozową. Innym sposobem znakowania białka może być sulfacja sulfotransferazy, która pozyskuje cząsteczkę siarki od donora zwanego PAPS. Proces ten zachodzi zarówno w GAG-ach proteoglikanów, jak i w rdzeniach białkowych. Ten poziom siarczanowania jest bardzo ważny dla funkcji znakowania proteoglikanów i nadawania ujemnego ładunku netto proteoglikanowi.
- Segregowanie węglowodanów, takich jak te używane do odbudowy ściany komórkowej.
- Transportowanie i przechowywanie lipidów.
- Utworzenie pierwotnych lizosomów.
MitochondriaEdit
Mitochondria są organellami występującymi we wszystkich komórkach eukariotycznych, chociaż w komórkach wysoko wyspecjalizowanych mogą być nieobecne. Liczba mitochondriów różni się w zależności od typu komórki, a ich wielkość wynosi na ogół od 5 μm długości do 0,2 μm szerokości.
Są one otoczone podwójną błoną. Najbardziej zewnętrzna błona kontroluje przepływ substancji do i z komórki oraz oddziela organelle od hialoplazmy. Błona zewnętrzna zawiera wyspecjalizowane białka transportowe, które umożliwiają cząsteczkom przechodzenie z cytozolu do przestrzeni międzybłonowej.
Błony mitochondrialne zbudowane są z fosfolipidów i białek. Oba materiały są związane ze sobą, tworząc siateczkę lipidowo-białkową. Mitochondria pełnią różne funkcje:
- Oksydacja pirogronianu do CO2m połączona z redukcją nośników elektronowych nad+ i fad (do nadh i fadh2)
- Przeniesienie elektronów z nadh i fadh2 do o2, połączone z generacją protonowej siły motorycznej
- Uzyskanie energii zmagazynowanej w elektrochemicznym gradiencie protonów do syntezy ATP przez kompleks f1 f0.
Błona wewnętrzna jest składana w kierunku centrum, dając początek rozszerzeniom zwanym cristae, z których niektóre rozciągają się na całą długość organelli. Ich główną funkcją jest przede wszystkim obszar, w którym zachodzą procesy oddechowe. Powierzchnia tych cristae mają granulek wzdłuż ich długości.
Przestrzeń między dwoma membranami jest przestrzeń międzybłonowa. Pozostała część mitochondrium to matryca. Jest to półsztywny materiał zawierający białka, lipidy i niewiele DNA.
MatrixEdit
Matryca składa się z kompozycji półpłynnego materiału. Ma konsystencję żelu dzięki obecności dużej ilości białek rozpuszczalnych w wodzie, w 50% składa się z wody i zawiera:
- Podwójnie koliste cząsteczki DNA (mitochondrialne DNA), które zawierają informacje do syntezy szeregu białek mitochondrialnych.
- Mitochondrialne cząsteczki RNA tworzące mitorribosomy, które różnią się od reszty rybosomów komórkowych.
- Rybosomy (mitorribosomy), które znajdują się zarówno w stanie wolnym, jak i przytwierdzone do wewnętrznej błony mitochondrialnej. Są one podobne do rybosomów bakteryjnych.
- Jony, wapń i fosforan, ADP, ATP, koenzym-A i duża liczba enzymów.
Błona wewnętrznaEdit
Ta błona mitochondrialna ma większą powierzchnię dzięki grzbietom mitochondrialnym. Jest ona bogatsza w białka niż inne błony komórkowe. Jego lipidy nie zawierają cholesterolu, a jest bogaty w rzadki fosfolipid, kardiolipinę.
Jego białka są zróżnicowane, ale wyróżnia się:
- Białka, które tworzą łańcuch transportujący elektrony do tlenu cząsteczkowego (łańcuch oddechowy)
- Kompleks enzymatyczny, syntazę ATP, która katalizuje syntezę ATP i składa się z trzech części: Kula o średnicy około 9 nm. Jest katalityczną częścią kompleksu i jest nazywany czynnikiem F.
- Białka transportowe, które pozwalają jonom i cząsteczkom przechodzić przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, która jest dość nieprzepuszczalna dla przechodzenia jonów.
Błona zewnętrznaEdit
Błona zewnętrzna mitochondriów przypomina inne błony komórkowe, zwłaszcza błonę retikulum endoplazmatycznego. Jego składniki obejmują:
- Białka, które tworzą duże „kanały wodne lub poryny”, dzięki czemu jest wysoce przepuszczalna, w przeciwieństwie do wewnętrznej błony mitochondrialnej.
- Enzymy, takie jak te, które aktywują kwasy tłuszczowe do utleniania w macierzy.
Przestrzeń międzybłonowaEdit
Jej skład jest podobny do składu hialoplazmy. Funkcje obejmują:
- Oksydacje oddechowe.
- Synteza białek mitochondrialnych. Funkcja ta jest realizowana w taki sam sposób jak synteza białek w hialoplazmie.
PeroksysomyEdit
Peroksysomy (lub mikrosomy) są kulistymi, związanymi z błoną ciałami o średnicy od 0,5 do 1,5 μm. Powstają w wyniku pączkowania z gładkiego retikulum endoplazmatycznego. Poza tym, że są one ziarniste, nie mają żadnej wewnętrznej struktury. Posiadają szereg ważnych metabolicznie enzymów, w szczególności enzym katalazę, która katabolizuje rozkład nadtlenku wodoru. Z tego powodu są one nazywane peroksysomami. Degradacja nadtlenku wodoru jest przedstawiona w postaci równania.
H 2 O 2 + R ′ H 2 ⟶ R ′ + 2 H 2 O {displaystyle H_{2}O_{2}+R’H_{2}{2}longrightarrow R’+2H_{2}O}
.