Komórkowa budowa organizmów
Czy wiesz, że organizm człowieka składa się z bilionów komórek, a każda stanowi bardzo skomplikowany układ intensywnie współpracujących elementów? Z kolei w świecie bakterii, protistów, grzybów, roślin i zwierząt spotyka się pojedyncze komórki‑organizmy, które prowadzą procesy życiowe właściwe istotom wielokomórkowym.
organizm człowieka jest zbudowany z komórek;
komórka wykazuje cechy istot żywych.
dzielić komórki i organizmy na jądrowe i bezjądrowe;
rozpoznawać struktury zawarte w komórkach bakterii, roślin i zwierząt;
przedstawiać znaczenie struktur komórkowych: błony komórkowej, cytoplazmy, jądra komórkowego, chloroplastów, mitochondrium, wakuoli, ściany komórkowej;
wykazywać związek między budową komórki a jej funkcją;
wyjaśniać, w jaki sposób komórka pobiera i wydala gazy oddechowe.
1. Komórki tworzą organizm
KomórkiKomórki to podstawowe elementy budujące każdy organizm. Ich wielkość i kształt są bardzo zróżnicowane, ponieważ zależą od pełnionych funkcji. Najmniejsze są komórki bakterii, które mają przeciętnie jedną tysięczną milimetra, czyli jeden mikrometr (1 µm) długości. Największe komórki występują u roślin – włókno konopi może osiągać długość 50 cm. Wszystkie komórki składają się z mniejszych elementów. Jednym z nich jest jądro komórkowe – ze względu na jego obecność lub brak komórki dzielą się na bezjądrowe (bakterie) i jądrowe (protisty, rośliny, zwierzęta, grzyby).
Na pewno wiesz, że dotykanie pokrzywy bywa nieprzyjemne, a nawet bolesne. Liście i łodygi tej rośliny pokryte są włoskami, które zniechęcają zwierzęta do ich zgryzania. Zaobserwuj przez mikroskop, jak komórka budująca włosek pokrzywy jest przystosowana do pełnienia funkcji ochronnej. Znajdź w Internecie informacje dotyczące substancji zawartej we włoskach parzących.
Największymi ludzkimi komórkami są niektóre komórki nerwowe, mogące osiągać wraz z rozgałęzieniami długość 1 m. Największą komórką w świecie zwierząt jest żółtko niezapłodnionego jaja strusia, mające średnicę 15 cm.
Opis kształtu i ułożenia komórek skórki liścia cebuli.
skórka liścia spichrzowego cebuli,
szkiełka mikroskopowe: podstawowe i nakrywkowe,
mikroskop,
zakraplacz,
woda,
nóż,
igła preparacyjna,
plastelina (modelina).
Podziel cebulę na łuski. Z wewnętrznej strony łuski zdejmij igłą fragment skórki, która wygląda jak półprzezroczysta folia. Umieść skórkę w kropli wody na szkiełku podstawowym.
Przygotowany preparat przykryj szkiełkiem nakrywkowym tak, żeby nie było pod nim pęcherzyków powietrza.
Obserwuj skórkę pod małym powiększeniem. Zwróć uwagę na kształt i sposób ułożenia komórek.
Wykonaj schematyczny rysunek kilku sąsiadujących ze sobą komórek.
Wykonaj z plasteliny modele komórek. Pamiętaj, że są one bryłami. Zrób z kilku plastelinowych komórek model skórki.
Ułożenie komórek skórki ma związek z funkcją, jaką one pełnią. Przestrzenny kształt komórek można zaobserwować przez mikroskop, nastawiając ostrość na przemian na górną i dolną ścianę komórkową.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Przygotowanie skrawka tkanki okrywającej łuski cebuli. Cebula podzielona na ćwiartki. Widać pokrojoną cebulę, nóż, igłę preparacyjną. Wąski fragment jednej łuski cebuli wklęsłą stroną do góry, nacięcie nożem łuski w poprzek. Palce trzymające pęsetę z fragmentem oderwanej skorki nad łuską cebuli. Szkiełko podstawowe z kroplą wody, pęseta ze skrawkiem skórki; skórka zanurzana w wodzie. Szkiełko podstawowe z kroplą wody i umieszczoną w niej skórką; szkiełko nakrywkowe oparte krawędzią o szkiełko podstawowe, woda podsiąka pod przyłożoną krawędź. Obraz mikroskopowy komórek skórki, powiększenie 50x. Obraz mikroskopowy komórek skórki, powiększenie 100x. Obraz mikroskopowy komórek skórki, powiększenie 400x.
2. Organizacja przestrzenna komórki
Komórki roślin, zwierząt, grzybów i bakterii różnią się wielkością, kształtem, wewnętrzną strukturą, ale wykazują wspólny plan budowy. Składniki komórek można podzielić na żywe, do których należą błona komórkowa i cytoplazma wraz z zawieszonymi w niej strukturami, oraz martwe, którymi są ściana komórkowaściana komórkowa i wakuolawakuola (wodniczka).
Błona komórkowaBłona komórkowa oddziela komórkę od środowiska. Często nazywa się ją „strażnikiem komórki”, odpowiada bowiem za ochronę jej wnętrza i kontakt z otoczeniem. U roślin, grzybów i bakterii na zewnątrz od błony występuje sztywna, gruba, martwa ściana komórkowa. Można ją porównać z pudełkiem nadającym kształt komórce.
Błona komórkowa otacza cytoplazmęcytoplazmę - galaretowata substancja złożona z wody oraz rozpuszczonych w niej związków organicznych i nieorganicznych. Cytoplazma stanowi środowisko, w którym zachodzą niezbędne do życia reakcje chemiczne – jest półpłynna, w niej zaś są zawieszone struktury komórkowe. Cytoplazma umożliwia ich przemieszczanie się i wymianę substancji między nimi.
Sprawdzenie, czy komórki wykazują cechy życia.
moczarka kanadyjska,
sprzęt do mikroskopowania.
Godzinę do dwóch godzin przed planowaną obserwacją oberwij z czubka pędu liść moczarki kanadyjskiej i przełóż go do wody o temperaturze 25‑30°C.
Umieść liść w kropli wody na szkiełku podstawowym. Przykryj go szkiełkiem nakrywkowym tak, aby nie było pęcherzyków powietrza.
Zaobserwuj ruchy cytoplazmy i zawieszonych w niej składników.
Porównaj struktury komórki obserwowane pod mikroskopem z przedstawionymi na ilustracji 2. Nazwij je.
Narysuj obraz wybranej komórki widzianej pod mikroskopem. Opisz swój rysunek i zaznacz strzałkami kierunek ruchu cytoplazmy.
Cytoplazma przemieszcza się w komórce, niosąc ze sobą chloroplasty. Ruch jest jednym z atrybutów życia.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Obraz mikroskopowy komórek moczarki kanadyjskiej, powiększenie 200x, obraz nieostry, regulacja ostrości i nastawienie ostrości obrazu. Widoczne ściana komórkowa, chloroplasty. Obraz mikroskopowy komórek moczarki kanadyjskiej, powiększenie 400x, obraz nieostry, regulacja ostrości i nastawienie ostrości obrazu. Widoczne ściana komórkowa, chloroplasty, chloroplasty w ruchu.
3. Żywe struktury komórkowe
Błona komórkowa jest tak cienka, że nie widać jej w mikroskopie świetlnym. W jej skład wchodzą białka i tłuszcze (lipidy). Błona jest półprzepuszczalna: pozwala przenikać wodzie i innym drobnocząsteczkowym substancjom, które mieszczą się w jej porach (otworkach), a większe drobiny zatrzymuje. Ich pobieranie może się odbywać zgodnie z potrzebami komórki, ale wymaga to zużycia energii. Błona odbiera i przewodzi bodźce (informacje) z otoczenia. Jest elastyczna, dlatego umożliwia komórkom zmianę kształtu.
Zbadanie funkcji błony komórkowej na podstawie obserwacji jej modelu.
słoik,
woda destylowana,
glukoza,
lejek,
folia celulozowa.
Do słoika wlej wodę destylowaną.
Zasłoń folią celulozową wylot lejka i wlej roztwór glukozy.
Włóż lejek z roztworem do słoika z wodą destylowaną.
Obserwuj poziom roztworu w lejku. Sprawdź smak cieczy w słoiku i w lejku.
Folia – stanowiąca model błony komórkowej – jest półprzepuszczalna. Woda przenika przez nią (ze słoika do lejka), natomiast glukoza jest zatrzymywana.
Jądro komórkoweJądro komórkowe można dostrzec w mikroskopie świetlnym. Jest ono najczęściej kulistą strukturą otoczoną przez cytoplazmę. Jądro przechowuje materiał genetyczny, zawierający informacje na temat budowy i funkcjonowania komórki. Dzięki temu kieruje wszystkimi jej czynnościami życiowymi, także podziałem na komórki potomne. Jądro jest otoczone podwójną błoną jądrową z licznymi otworkami umożliwiającymi kontakt cytoplazmy jądrowej z cytoplazmą komórkową. Przenikają przez nie z jądra do cytoplazmy cząsteczki kwasów nukleinowych, które są „instrukcjami działania” wszystkich elementów komórki. Tą samą drogą z cytoplazmy do jądra komórkowego przedostają się potrzebne tam substancje.
MitochondriaMitochondria są niewidoczne w mikroskopie świetlnym. Otacza je podwójna błona białkowo‑lipidowa: zewnętrzna jest gładka, wewnętrzna – pofałdowana i tworzy liczne, blaszkowate wypustki zwane grzebieniami. Na powierzchni błony wewnętrznej zachodzi proces oddychania komórkowego. Polega on na uwalnianiu energii zgromadzonej w związkach organicznych. Im więcej jest grzebieni w mitochondrium, tym intensywniej zachodzi proces oddychania.
Największe skupiska mitochondriów występują w komórkach mięśni szkieletowych oraz komórkach nerwowych i wydzielniczych. Mniej mitochondriów jest na przykład w komórkach skóry. Wyjaśnij, dlaczego w niektórych tkankach jest znacznie więcej mitochondriów niż w innych.
Ciałka zieleni, czyli chloroplastychloroplasty, są dobrze widoczne w komórkach roślinnych oglądanych pod mikroskopem. Zawierają zielony barwnik – chlorofil, który ma zdolność pochłaniania energii świetlnej. W chloroplastach zachodzi proces fotosyntezy. Polega on na wytwarzaniu związków organicznych (cukrów) z nieorganicznych (wody i dwutlenku węgla).
W cytoplazmie znajduje się nieregularny system błon plazmatycznych. Są to błony siateczki śródplazmatycznej, które dzielą wnętrze komórki na mniejsze przestrzenie i umożliwiają jednoczesne zachodzenie różnych procesów oraz transport substancji między poszczególnymi elementami komórki. Na powierzchni niektórych błon siateczki znajdują się grudkowate ciałka – rybosomy. Uczestniczą one w syntezie białek.
Inna błoniasta struktura zawieszona w cytoplazmie to aparat Golgiegoaparat Golgiego. Jest on zbudowany z kilku rodzajów pęcherzyków: dużych, spłaszczonych, ułożonych równolegle do siebie oraz odrywających się od nich pęcherzyków drobnych, kulistych. Aparat Golgiego bierze udział w syntezie i modyfikacji niektórych związków organicznych, gromadzi również białka i inne substancje.
Wyjaśnij, dlaczego komórki skórki liścia cebuli nie zawierają ciałek zieleni, a komórki liści moczarki są nimi wypełnione.
Jaką funkcję pełnią chloroplasty? Które z wymienionych komórek mają dostęp do światła?
4. Nieożywione elementy komórki
Komórki roślinne oraz komórki grzybów i bakterii okryte są nie tylko błoną komórkową. Mają dodatkowo sztywną, martwą ścianę komórkową. Podstawowym budulcem ściany jest nierozpuszczalny w wodzie cukier – celuloza (lub chityna u większości grzybów). W młodych komórkach ściana jest cienka i elastyczna (żeby nie ograniczać wzrostu komórek), z wiekiem staje się jednak grubsza. Ściana komórkowa wzmacnia ochronę przed wnikaniem drobnoustrojów, zabezpiecza komórkę przed uszkodzeniem, nadaje jej kształt.
Wakuole występują głównie w komórkach roślin i grzybów, które zapewniają komórkom jędrność. Są to otoczone pojedynczą, żywą błoną pęcherzyki wypełnionesokiem komórkowymsokiem komórkowym. Dodatkowo zawierają substancje zbędne oraz wydzieliny gromadzone okresowo i wykorzystywane w miarę zapotrzebowania. U zwierząt wakuole występują wyjątkowo, tylko w komórkach tkanki tłuszczowej i służą do gromadzenia jego zapasów.
W młodych komórkach roślinnych wakuoli jest wiele. W miarę dojrzewania komórki wakuole łączą się, tworząc jedną centralną wakuolę.
Wyjaśnij, dlaczego rośliny – w przeciwieństwie do zwierząt – nie są zdolne do przemieszczania się.
Jaki jest związek między obecnością ściany komórkowej a zdolnością komórki roślinnej do ruchu?
Kofeina zawarta w liściach herbaty oraz barwniki nadające kolor liściom czerwonej kapusty, korzeniom buraka czerwonego, owocom śliwek to związki wchodzące w skład soku komórkowego wypełniającego wakuole.
Komórki odkrył Robert Hooke, gdy w XVII wieku przez jeden z pierwszych mikroskopów obserwował skrawki korka (kory dębu korkowego). Nie wiedział jednak wówczas, że widzi jedynie ściany komórkowe martwych komórek.
5. Komórka bakterii
Komórka bakterii pozbawiona jest jądra komórkowego. Jego funkcję pełni cząsteczka kwasu nukleinowego zawieszona w cytoplazmie. Bakterie, podobnie jak wszystkie komórki, mają błonę komórkową i cytoplazmę, która jest jednak gęstsza niż u innych organizmów i pozbawiona zdolności ruchu. Inaczej niż ściana komórek roślinnych ściana komórkowa bakterii składa się z cukrów, białek i tłuszczów, na jej powierzchni może dodatkowo występować warstwa śluzu chroniąca komórkę przed wyschnięciem. U bakterii nie występują struktury otoczone błoną, jak mitochondria, chloroplasty, siateczka śródplazmatyczna, aparat Golgiego. Niektóre bakterie mają kurczliwe wici lub rzęski, dzięki którym mogą się poruszać.
Komórki grzybów mają zarówno cechy komórek roślinnych, jak i komórek zwierzęcych. Ich ściana komórkowa jest zbudowana z chityny – cukru podobnego do tego, który tworzy pancerzyki owadów. Grzyby się nie poruszają, mogą mieć zieloną barwę, choć nie zawierają chloroplastów.
6. W jaki sposób komórka pobiera i wydala substancje?
Cząsteczki są w ciągłym ruchu. Można to zaobserwować, dodając do wody kroplę soku malinowego. Kropla soku „rozmywa się” w wodzie. Zabarwione cząsteczki soku mieszają się samorzutnie z cząsteczkami wody. Przemieszczają się z miejsca, gdzie jest ich więcej, do miejsc, gdzie jest ich mniej. Jednocześnie cząsteczki wody wnikają między cząsteczki soku. W końcu wszystkie drobiny są ze sobą wymieszane. Zjawisko samorzutnego mieszania się cząsteczek nosi nazwę dyfuzjidyfuzji. Zachodzi ona tym szybciej, im wyższa jest temperatura. Tlen i dwutlenek węgla wnikają do komórek w wyniku dyfuzji. Dwutlenek węgla jest wytwarzany w komórce prowadzącej oddychanie, dlatego jego stężenie jest w niej większe niż na zewnątrz. Jednocześnie komórka zużywa tlen, dlatego jest go w niej mniej niż na zewnątrz. Z tego powodu tlen samorzutnie wnika do komórki, a dwutlenek węgla ją opuszcza.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D14lniI3r
Wyjaśnij, dlaczego w upalny dzień zapach kwiatów i ziół na łące jest łatwo wyczuwalny, z kolei gdy jest zimno – prawie go nie czuć.
Jakie czynniki przyspieszają samorzutne mieszanie się cząsteczek gazów?
Szczególną formą dyfuzji jest osmozaosmoza. Polega ona na przenikaniu cząsteczek wody (lub innych rozpuszczalników) przez błonę półprzepuszczalną. Taka błona przepuszcza jedynie substancje o drobnych cząsteczkach, a zatrzymuje wieksze drobiny. Przykładem błony półprzepuszczalnej jest błona komórkowa. Woda przemieszcza się przez nią samorzutnie.
Jeżeli mamy dwa roztwory cukru: 1% i 10%, to pierwszy z nich zawiera dużo cząsteczek wody i mało cząsteczek cukru. Drugi natomiast w tej samej objętości zawiera 10 razy więcej cząsteczek cukru, ale mniej cząsteczek wody niż roztwór jednoprocentowy. Jeśli oba roztwory zostaną przedzielone błoną półprzepuszczalną, to po pewnym czasie więcej wody napłynie do roztworu dziesięcioprocentowego. Obserwator może mieć wrażenie, że przepływ wody przez błonę półprzepuszczalną odbywa się w jednym kierunku – z roztworu jednoprocentowego do roztworu dziesięcioprocentowego. W rzeczywistości woda będzie przenikać w obie strony, ale jej napływ do roztworu o wyższym stężeniu będzie większy. Osmotyczny napływ wody będzie trwał aż do wyrównania się stężeń po obu stronach błony półprzepuszczalnej.
Film dostępny na portalu epodreczniki.pl
Film przedstawia zjawisko osmozy na przykładzie rozpuszczonego w wodzie cukru (czerwone kulki). Osmoza polega na przepływie wody przez błonę półprzepuszczalną z roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym stężeniu.
Wszystkie komórki pobierają wodę na zasadzie osmozy. Te, które mają ścianę komórkową wchłaniają wodę i pęcznieją, ale nie ulegają rozerwaniu, ponieważ nie pozwala na to celulozowa osłona.
Komórki mogą także pobierać substancje o cząsteczkach większych niż cząsteczka wody i takie, których w otoczeniu komórki jest mniej niż w jej wnętrzu. Procesy te wymagają zużycia energii.
Wyjaśnij, dlaczego na posolonych plasterkach ogórków pojawiają się krople cieczy, same plasterki zaś tracą jędrność.
Badanie zjawiska osmozy.
owocowe żelki,
linijka,
3 zlewki,
woda,
sól kuchenna,
łyżeczka.
Przygotuj dziesięć owocowych żelków tej samej długości i szerokości.
Oceń ich stopień twardości i konsystencję.
Do pierwszej zlewki wlej 100 cmIndeks górny 33 wody.
Do drugiej zlewki wlej 100 cmIndeks górny 33 wody, dodaj łyżeczkę soli kuchennej i mieszaj, aż sól się rozpuści.
W każdej ze zlewek umieść po pięć żelków.
Po dwóch godzinach wyjmij i osusz żelki.
Zmierz żelki i oblicz ich średnie wymiary dla każdej próby.
Otrzymane wyniki zapisz w tabeli.
Na skutek osmozy jedne żelki napęczniały, a inne się skurczyły.
Podsumowanie
Komórki – ze względu na obecność lub brak jądra komórkowego – dzielimy na bezjądrowe i jądrowe.
Każda komórka jest otoczona błoną komórkową.
W komórce zwierzęcej występują takie struktury komórkowe, jak: błona komórkowa, cytoplazma, jądro komórkowe, mitochondrium, siateczka śródplazmatyczna, aparat Golgiego.
Komórka roślinna – w odróżnieniu od zwierzęcej – ma chloroplasty, ścianę komórkową i wakuole.
Komórka bakterii nie ma jądra komórkowego ani żadnych struktur błoniastych.
Błona komórkowa jest półprzepuszczalna – pozwala na osmotyczne przenikanie wody, ale zatrzymuje duże cząsteczki.
1. Z fiolki po lekarstwach, folii spożywczej, koralików i innych drobnych przedmiotów wykonaj model komórki roślinnej.
2. Wymień po dwa podobieństwa i dwie różnice w budowie komórek: roślinnej i zwierzęcej, roślinnej i bakteryjnej.
*3. Wyjaśnij, w jaki sposób woda wnika do nasion wysianych do gleby.
Słowniczek
błoniasta struktura występująca w cytoplazmie komórki jądrowej, złożona ze stosu spłaszczonych woreczków, zwanych cysternami, i z odrywających się od nich pęcherzyków transportujących; uczestniczy w przemianie substancji, głównie białek i tłuszczów
półprzepuszczalna błona zbudowana z białek i tłuszczów; oddziela komórkę od środowiska zewnętrznego
żywe struktury roślinnych komórek jądrowych, zawierające chlorofil; zachodzi w nich proces fotosyntezy
galaretowata substancja wypełniająca wnętrze komórki; są w niej zawieszone struktury komórkowe
proces samorzutnego przemieszczania się cząsteczek, który umożliwia między innymi przenikanie gazów i cieczy przez błony komórkowe zgodnie z różnicą stężeń (od stężenia wyższego do niższego)
żywa struktura komórek jądrowych, zawiera materiał genetyczny i steruje pracą komórki
najmniejsza podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu
żywa struktura komórek jądrowych, odpowiada za przekształcanie energii i magazynowanie jej w cząsteczkach związku wysokoenergetycznego ATP
ruch cząsteczek wody przez błonę półprzepuszczalną ze środowiska o większym jej stężeniu do środowiska o mniejszym stężeniu wody
martwa struktura komórki roślinnej; gromadzi wodę oraz wydaliny i wydzieliny
płyn wypełniający wakuolę; składa się głównie z wody, rozpuszczonych w niej soli mineralnych oraz niewielkich ilości związków organicznych
martwa struktura otaczająca komórki roślin, grzybów i organizmów bezjądrowych; zapewnia mechaniczną ochronę komórki
Zadania
Wskaż hipotezę, jaką mogli sprawdzić uczniowie, obserwując z użyciem mikroskopu świetlnego komórki nabłonka skóry, mięśnia sercowego i mózgu.
- Komórki odgrywają ważną rolę w funkcjonowaniu organizmu człowieka.
- W komórkach zachodzi proces oddychania komórkowego.
- Mięsień sercowy jest zbudowany z większej liczby komórek niż mózg.
- Komórki człowieka wykazują różnorodność kształtów.
Spośród wymienionych struktur komórki wybierz tę, która występuje w komórkach liścia moczarki kanadyjskiej, komórkach jelita kota oraz komórkach bakterii.
- jądro komórkowe
- mitochondrium
- błona komórkowa
- ściana komórkowa
Oceń słuszność poniższych stwierdzeń i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| Wszystkie żywe komórki mają jądro komórkowe. | □ | □ |
| Woda wnika do komórki roślinnej przez ścianę komórkową i błonę komórkową. | □ | □ |
Komórkę można porównać do fabryki. Która ze struktur komórki stanowi centrum sterowania?
- błona komórkowa
- jądro komórkowe
- cytoplazma
- chloroplast
Zaznacz zapisy, które ilustrują związek pomiędzy budową wymienionych struktur a pełnioną przez nie funkcją.
- Pory w błonie jądrowej umożliwiają wymianę substancji między jądrem komórkowym a cytoplazmą.
- Sztywna ściana komórkowa chroni komórkę przed zgnieceniem.
- Chlorofil zawarty w komórkach nadaje roślinom zielone zabarwienie.
- Komórki mają różne kształty i pełnią różne funkcje.
Krwinka czerwona umieszczona w kropli wody pęcznieje, a następnie ulega rozerwaniu. Przyczyną tego zjawiska jest
| Prawda | Fałsz | |
| przenikanie do krwinki soli mineralnych zawartych w wodzie. | □ | □ |
| „ucieczka” z krwinki struktur komórkowych. | □ | □ |
| przenikanie soli i cukrów z krwinki do wody. | □ | □ |
| osmotyczny napływ wody do krwinki. | □ | □ |