Komórka - od łacińskiego cellula „pokoju mnicha” - to podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna biologiczny wszystkich znanych istot żywych . Jest to najmniejsza jednostka żywa zdolna do samodzielnego rozmnażania. Nauka zajmująca się badaniem komórek nazywa biologii komórki .
Komórka składa się z błony plazmatycznej zawierającej cytoplazmę , która jest utworzona z roztworu wodnego ( Cytosol ), w którym znajdują się liczne biomolekuły, takie jak białka i kwasy nukleinowe , zorganizowane lub nie w ramach organelli . Wiele żywych istot składa się tylko z jednej komórki: są to organizmy jednokomórkowe , takie jak bakterie , archeony i większość protistów . Inne składają się z kilku komórek: są to organizmy wielokomórkowe , takie jak rośliny i zwierzęta . Te ostatnie zawierają bardzo zmienną liczbę komórek z jednego gatunku na drugi; ciało ludzkie ma zatem około sto tysięcy miliardów (10 14 ), ale jest skolonizowana przez liczbę jeden do dziesięciu razy większej liczby bakterii, które są częścią jego flory bakteryjnej i są znacznie mniejsze niż w komórkach ludzkich. Większość komórek roślinnych i zwierzęcych jest widoczna tylko pod mikroskopem o średnicy od 10 do 100 µm .
Istnienie komórek odkrył w 1665 angielski przyrodnik Robert Hooke . Teoria komórkowa została po raz pierwszy sformułowana w 1839 roku przez niemieckiego botanika Matthias Jacob Schleiden i niemieckiego histolog Theodor Schwann : stwierdza, że wszystkie żywe organizmy składają się z jednego lub większej liczby komórek, które komórki są podstawowymi jednostkami wszystkich struktur biologicznych, że pochodzą zawsze z innych wcześniej istniejących komórek i zawierają informację genetyczną niezbędną do ich funkcjonowania, a także do przekazywania dziedziczności kolejnym pokoleniom komórek. Pierwsze komórki pojawiły się na Ziemi co najmniej 3,7 miliarda lat temu i prawdopodobnie już 4 Ga .
Nazwa „komórka” pochodzi od jej odkrywcy Roberta Hooke'a, który nadał im łacińską nazwę cellula w odniesieniu do małych pomieszczeń zajmowanych przez mnichów w klasztorach . Cellula wywodzi się od cella , co po łacinie oznaczało pomieszczenie lub spiżarnię - co pochodzi od jej pochodnej cellarium ("spiżarnia").
Cella wywodzi się ze wspólnego indoeuropejskiego * k̂el („zakrywać”), z którego pośrednio pochodzi również francuski celer („ukrywać się”) czy angielskie piekło („ podziemny świat, piekło”)…
Ogólnie rozważamy dwa podstawowe typy komórek w zależności od tego, czy mają jądro otoczone błoną jądrową :
Prokariota | Eukarionty | |
---|---|---|
Przedstawiciele | Bakterie , archeony | Protisty , grzyby , rośliny , zwierzęta |
Typowy rozmiar | ~ 1 do 5 μm | ~ 10 do 100 μm |
Typ rdzenia | nukleoid ; brak prawdziwego rdzenia | Prawdziwe jądro z błoną jądrową |
DNA | Zwykle okrągły | Cząsteczki liniowe ( chromosomy ) z histonami |
Transkrypcja / translacja genetyczna | Biosynteza białek całkowicie w cytoplazmie |
Przestrzennie oddzielona transkrypcja i tłumaczenie :
|
Rybosomy | Pododdziały duże i małe: | Pododdziały duże i małe: |
Przedziały komórkowe | Niewiele struktur wewnątrzkomórkowych | Liczne struktury: system endomembranowy , cytoszkielet |
Ruchliwość komórek | Wici składające się z wici | Wić i rzęski z tubuliny |
Metabolizm | beztlenowy lub aerobowy w zależności od przypadku | Zwykle aerobik |
Mitochondria | Każdy | Od zera do kilku tysięcy |
Chloroplasty | Każdy | W roślinach alg i chlorofilu |
Organizacja jednokomórkowa lub wielokomórkowa |
Zwykle izolowane komórki ( jednokomórkowe ) | Wyizolowane komórki, kolonie , złożone organizmy z wyspecjalizowanymi komórkami ( wielokomórkowe ) |
Podział komórek | Scissiparity (prosty podział) |
Mitoza (konsekwentne namnażanie się komórki) Mejoza (tworzenie gamet ) |
Materiał genetyczny | Pojedynczy chromosom i plazmidy | Wiele chromosomów |
W Prokaryota są pierwszą formą życia pojawił się na Ziemi, zdefiniowana jako samowystarczalne i wyposażone we wszystkie życiowych procesów biologicznych, w tym mechanizmy sygnalizacji komórkowej . Mniejsze i prostsze niż komórki eukariotyczne, komórki prokariotyczne nie posiadają systemu endomembranowego i organelli składowych, poczynając od jądra komórkowego . Te bakterie i archaea są dwa obszary grupowania żyjących prokarionty. DNA prokariota tworzy jeden chromosom, w bezpośrednim kontakcie z cytoplazmy . Region jądrowy cytoplazmy nazywa się nukleoidem i nie jest wyraźnie oddzielony od reszty komórki. Większość prokariontów to najmniejsze znane żywe istoty o średnicy od 0,5 do 2 µm .
Komórka prokariotyczna zawiera trzy odrębne regiony:
Do roślin , to zwierzęta , że grzyby , tym pierwotniaki i algi są eukariontów . Komórki te są średnio 15 razy większe niż typowy prokariota i mogą być nawet tysiąc razy większe. Główną cechą odróżniającą eukarionty od prokariontów jest ich podział na wyspecjalizowane organelle, w których zachodzą określone procesy metaboliczne . Wśród tych organelli znajduje się jądro , w którym znajduje się DNA komórki. To właśnie obecność tego jądra nadaje nazwę temu typowi komórki, eukariota wykutego z greckich korzeni, co oznacza „z prawdziwym jądrem”. Ponadto :
Wszystkie komórki, zarówno prokariotyczne, jak i eukariotyczne , mają błonę plazmatyczną, która je otacza, reguluje przepływ materiału ( transport przez błonę ) i utrzymuje błonowy potencjał elektrochemiczny . W błonie tej zawarta jest cytoplazma , czyli wodny roztwór bogaty w rozpuszczone sole zajmujący większość objętości komórki. Wszystkie komórki posiadają materiał genetyczny złożony z DNA oraz RNA, który jest zaangażowany głównie w biosyntezę białek i enzymów odpowiedzialnych za metabolizm komórki; gdy erytrocyty (czerwone krwinki z krwi ) są wyjątkiem, ponieważ cytoplazma pozbawiony jest prawie wszystkie organelli zwykle stanowiących komórki eukariotycznej, która pozwala im na zwiększenie ilości hemoglobiny mogą zawierać, a zatem nie posiadają jądra , w którym DNA zostanie znalezione. W komórkach występuje bardzo duża różnorodność biocząsteczek .
Błona plazmatyczna lub błona komórkowa to biologiczna błona, która otacza i wyznacza cytoplazmę komórki. U zwierząt błona materializuje powierzchnię komórki, podczas gdy u roślin i prokariontów jest zwykle pokryta ścianą komórkową . Tak więc u roślin, alg i grzybów komórka jest osadzona w ścianie pektocelulozowej , która zapewnia organizmowi szkielet. Osady związków takich jak suberyna czy lignina modulują właściwości fizykochemiczne ściany, czyniąc ją na przykład sztywniejszą lub bardziej nieprzepuszczalną.
Funkcją membrany jest oddzielenie środowiska wewnątrzkomórkowego od środowiska komórki poprzez ochronę go przed tym ostatnim. Składa się z podwójnej warstwy lipidowej w komórkach eukariotycznych , w bakteriach , a najbardziej archeowce lub w monowarstwie z étherlipides w niektórych archeowce. U eukariontów są to zasadniczo fosfolipidy , które mają właściwość bycia amfifilowymi , to znaczy mają hydrofilową polarną głowę i hydrofobowe alifatyczne ogony . W błonie komórkowej znajduje się bardzo szeroka gama białek , zwanych białkami błonowymi, gdzie pełnią rolę kanałów i pomp zapewniających transport błonowy wchodzący i wychodzący z komórki. Mówimy, że błona plazmatyczna jest półprzepuszczalna, ponieważ jej przepuszczalność jest bardzo zmienna w zależności od rozważanych gatunków chemicznych : niektórzy mogą przez nią swobodnie przechodzić, inni mogą ją przekraczać tylko w ograniczonym zakresie lub w jednym kierunku, inni w końcu nie mogą przez nią przejść w wszystko. Na powierzchni komórki znajdują się również receptory błonowe, które zapewniają transdukcję sygnału w ramach mechanizmów sygnalizacji komórkowej , co pozwala komórce reagować np. na obecność hormonów .
Cytoszkielet interweniuje w celu zdefiniowania i utrzymania kształtu komórki ( tensegrity ), umiejscowienia organelli w cytoplazmie , przeprowadzenia endocytozy elementów zewnątrzkomórkowych, zapewnienia cytokinezy podczas podziału komórki i przemieszczenia niektórych obszarów cytoplazmy podczas podziału komórki . i mobilność (transport wewnątrzkomórkowy). Cytoszkieletu z eukariontów składa się z mikrowłókien , włókien pośrednich i mikrotubul . Z tymi strukturami związana jest duża liczba białek, z których każde kontroluje strukturę komórki poprzez orientowanie, wiązanie i wyrównywanie włókien. Cytoszkielet prokariotów jest mniej znany, ale interweniuje w celu utrzymania kształtu i polaryzacji, jak również zapewnienia cytokinezy tych komórek. Białko tworzące mikrofilamenty to małe, monomeryczne białko zwane aktyną , natomiast białko tworzące mikrotubule to białko dimeryczne zwane tubuliną . Włókna pośrednie są heteropolimerami, których monomery różnią się w zależności od typu komórki i tkanki ; są to w szczególności wimentyna , desmina , laminy A, B i C, keratyny i białka neurofilamentowe (NF-L i NF-M).
Materiał genetyczny komórek może mieć postać DNA lub RNA (komórka bez jądra). Jest to sekwencja nukleotydowa DNA, która przenosi całą informację genetyczną ( genotyp ) komórki. Ten DNA jest transkrybowana na RNA, inny typ kwasu nukleinowego , który wykonuje różne funkcje: przenoszenia informacji genetycznej z DNA na rybosomach w postaci RNA i tłumaczenia RNA w białka pod formami Oba przeniesienia RNA i rybosomalnego RNA , druga działając jako rybozym .
Materiał genetyczny prokariontów to zwykle pojedyncza kolista cząsteczka DNA tworząca chromosom w rozproszonym regionie cytoplazmy zwanym nukleoidem . To z eukariontów rozłożony na kilka liniowych cząsteczek DNA, które stanowią chromosomów zawartych w zróżnicowanej jądrze komórkowym . Komórki eukariotyczne zawierają również DNA w niektórych organellach , takich jak mitochondria i w roślinach , chloroplastów .
Dlatego komórka ludzka zawiera DNA w swoim jądrze i mitochondriach. Mówimy odpowiednio o genomie jądrowym i genomie mitochondrialnym . Ludzki genom jądrowy jest rozmieszczony w 46 liniowych cząsteczkach DNA tworzących tyle samo chromosomów. Są one zorganizowane w pary, w tym przypadku 22 pary chromosomów homologicznych i jedną parę chromosomów płci . Ludzki genom mitochondrialny jest umieszczona na kołowym chromosomu i ma 38 genów 14 geny kodujące te podjednostki stanowiące pięć białek ( dehydrogenazy NADH , cytochromu b , oksydazy cytochromu c , syntazy ATP i humanina ), dwa geny kodujące dla rybosomalnego RNA mitochondrialnego ( 12S rRNA i 16S rRNA ), a 22 geny kodują dwadzieścia mitochondrialnych transferowych RNA .
Egzogenny materiał genetyczny można również wprowadzić do komórki przez transfekcję . Może to być trwałe, jeśli egzogenny DNA jest stabilnie wstawiony do genomu komórki, lub przemijające, jeśli tak nie jest. Niektóre wirusy wprowadzają również swój materiał genetyczny do genomu komórki gospodarza : jest to transdukcja .
Organelle to przedziały komórkowe pełniące wyspecjalizowane funkcje biologiczne, podobne do organów w ludzkim ciele . Eukariotycznych i prokariotycznych komórki posiadają organelli, ale te z prokariontów są prostsze i zazwyczaj nie są zmaterializowane przez membranę.
W komórce występują różne rodzaje organelli. Niektóre są zazwyczaj unikatowe, takie jak aparat Golgiego , podczas gdy inne są obecne w bardzo dużej liczbie – setki, a nawet tysiące – takie jak mitochondria , chloroplasty , peroksysomy i lizosomy . Cytozolu jest płynem galaretowatą, która otacza organelli w cytoplazmie .
Organelle występujące we wszystkich żywych organizmachWiele komórek posiada również struktury całkowicie lub częściowo zlokalizowane poza błoną plazmatyczną . Struktury te nie są zatem chronione przed środowiskiem komórki półprzepuszczalną błoną . Złożenie tych struktur oznacza, że ich składniki są transportowane z komórki w określonych procesach.
Błona komórkowaWiele typów komórek prokariotycznych i eukariotycznych ma ściany komórkowe . Chroni to komórkę przed chemicznymi i mechanicznymi działaniami jej środowiska i dodaje dodatkową warstwę ochronną na błonę plazmatyczną. Różne typy komórek mają tendencję do ścian o różnej naturze wytwarzają chemiczna: pectocellulosic ściany z roślin składa się głównie z celulozy , ścianka grzybów składa się głównie z chityny , a ściany komórki bakterii składa się głównie z peptydoglikanem .
Struktury specyficzne dla prokariotówPomiędzy dwoma kolejnymi podziałami cyklu komórkowego komórki rozwijają się dzięki swojemu metabolizmowi . Metabolizm komórek jest procesem, w którym każda komórka wykorzystuje składniki pokarmowe pochłania, żeby żyć i rozmnażać . Metabolizm dzieli się na dwie główne części: z jednej strony katabolizm , w którym komórki rozkładają złożone cząsteczki na prostsze związki chemiczne w celu wytworzenia energii metabolicznej w postaci np. ATP , oraz mocy redukującej w postaci np. NADH i FADH 2 ; drugie anabolizm wykorzystującą energię i zmniejszając moc wytwarzana przez katabolizm do syntezy tych cząsteczek biologicznych i innych funkcji biologicznych.
Cyklu komórkowego jest zbiorem biologicznych procesów prowadzących do podziału komórki macierzystej na dwie komórki potomne. U prokariontów , które nie mają jądra , replikacja komórki następuje przez rozszczepienie , czyli przez prosty podział. Z kolei u eukariontów cykl komórkowy dzieli się na trzy główne fazy: interfazę , mitozę i cytokinezę . Podczas interfazy komórki powiększają się, gromadząc substancje niezbędne do przygotowania podziału komórki i replikacji DNA . Następnie jądro rozpada się na dwie części podczas mitozy, a na końcu cytoplazma kończy się rozszczepiać po kolei na dwie części, z jądrem w każdej z dwóch części, podczas cytokinezy. Mechanizmy zwane punktami kontrolnymi (in) zapewniają, że podział działa nieprawidłowo.
Podział komórki to proces, w którym pojedyncza komórka, zwana komórką macierzystą, tworzy dwie komórki, zwane komórkami potomnymi. Pozwala to na wzrost organizmów wielokomórkowych i namnażanie organizmów jednokomórkowych . Komórki prokariotyczne dzielą się przez fissiparity (podział prosty), podczas gdy komórki eukariotyczne dzielą się najpierw w fazie jądra – mitozy – a następnie na poziomie całej cytoplazmy – w fazie cytokinezy . Komórka diploidalna może również oddawać komórki haploidalne , zwykle w liczbie czterech, poprzez proces mejozy ; Komórki haploidalne działają jak gamety w organizmach wielokomórkowych, łącząc się z innymi gametami, aby przywrócić komórki diploidalne.
Replikacja DNA , która jest molekularna podstawa dla replikacji genomu komórki, występuje zawsze wtedy, gdy A podziałów komórki przez fazę mitozy i rozszczepienie; odbywa się w fazie S cyklu komórkowego. Podczas mejozy DNA replikuje się tylko raz, podczas gdy komórka dzieli się dwukrotnie: replikacja DNA następuje podczas pierwszego podziału mejozy, ale nie podczas kolejnego podziału. Replikacja, podobnie jak wszystkie inne procesy komórkowe, do powodzenia wymaga wyspecjalizowanych białek i enzymów.
W przypadku organizmów jednokomórkowych ogólnie przyjmuje się, że komórki proliferują spontanicznie, bez potrzeby stymulacji. W przypadku organizmów wielokomórkowych kwestia ta jest przedmiotem debaty. Wielu autorów broni poglądu, że komórki te wymagają stymulacji do proliferacji, inni wręcz przeciwnie, uważają, że stan spoczynku jest wynikiem ograniczeń działających na komórki w stanie spoczynku. Do modelowania zachowania komórek powszechnie stosuje się oba punkty widzenia.
Jedną z głównych biochemicznych czynności komórek jest wytwarzanie nowych białek . Są one niezbędne do regulacji i utrzymania aktywności komórkowej. Synteza białek jest podzielony na kilka etapów: transkrypcję z DNA na RNA , modyfikacje po transkrypcji mRNA, translacji mRNA do białka , potranslacyjne modyfikacje nowo syntetyzowanych białek i w końcu składane białek w ich funkcjonalnej konformacji, zwany stan natywny .
Podczas transkrypcji , gdy polimeraza RNA wytwarzają nić z RNA, uzupełniających się do nici DNA kodującej. Informacja genetyczna jest przenoszona przez sekwencję nukleotydową DNA, odtwarzaną na informacyjnym RNA podczas transkrypcji. Sekwencja ta jest następnie odczytywany przez rybosomy w celu polimeryzacji z aminokwasami w kolejności określonej przez kolejnych grup trzech nukleotydów na RNA, a każdy z tych trójek, zwane kodony , odpowiednich do danego aminokwasu; właśnie tę zgodność między kodonami i aminokwasami nazywamy kodem genetycznym .
Jedno- komórkach może poruszać się w poszukiwaniu pożywienia lub uciec przed drapieżnikami . Wici i rzęski są głównymi czynnikami ruchliwości komórek.
W organizmów wielokomórkowych , komórki można przenieść na przykład podczas leczenia z rany podczas odpowiedzi immunologicznej , a podczas tworzenia przerzutów guza . W ten sposób leukocyty (białe krwinki) przemieszczają się do rany, aby zabić mikroorganizmy, które mogą powodować infekcje . Na ruchliwość komórkową zaangażowane są liczne receptory , mechanizmy sieciowania , składania, wiązania, a nawet adhezji białek, a także białka motoryczne , między innymi białka. Proces przebiega w trzech etapach: wysuwanie się z przedniego wierzchołka komórki, przyleganie przodu komórki i „odklejanie” z pozostałej powierzchni komórki oraz kurczenie się cytoszkieletu w celu pociągnięcia komórki do przodu. Każdy z tych kroków jest napędzany siłami wytwarzanymi przez poszczególne segmenty cytoszkieletu. Podobnie jak w przypadku proliferacji, kwestia, czy ruchliwość komórek w wielokomórkowych jest spontaniczna, jak w jednokomórkowych, czy też powinna być stymulowana, jest przedmiotem debaty.
Organizmu wielokomórkowego, składa się z wielu komórek, w przeciwieństwie do pojedynczych jednokomórkowego organizmu .
W organizmach wielokomórkowych komórki specjalizują się w różne typy komórek (w), z których każda jest przystosowana do specjalnych funkcji fizjologicznych . U ssaków znajdują się na przykład komórki skóry , miocyty (komórki mięśniowe ), neurony (komórki nerwowe ), komórki krwi , fibroblasty ( komórki tkanki łącznej ), a nawet komórki macierzyste . Komórki różnych typów w tym samym organizmie mają swoją własną funkcję fizjologiczną i wygląd, ale mają ten sam genom . Komórki o tym samym genotypie mogą wykazywać różne fenotypy ze względu na zróżnicowaną ekspresję genów : zawarte w nich geny nie są wyrażane w ten sam sposób między sobą, niektóre są wyrażane bardziej w jednym typie komórki niż w innym.
Wszystkie typy komórek danego organizmu wywodzą się z pojedynczej komórki zwanej totipotentną , czyli zdolnej do różnicowania się w dowolny typ komórki podczas rozwoju organizmu. Na różnicowanie komórek mają wpływ różne czynniki środowiskowe (np. interakcja komórka-komórka (in) ) oraz różnice wewnętrzne (np. nierównomierne rozmieszczenie cząsteczek w podziale ).
Wielokomórkowość pojawiła się w organizmach jednokomórkowych wiele razy podczas ewolucji i nie jest obserwowana tylko u eukariontów : niektóre prokarionty, takie jak cyjanobakterie , myksobakterie , promieniowce , Magnetoglobus multicellularis czy nawet archeony z rodzaju Methanosarcina wykazują wielokomórkowe organizacje . Jednak ci, którzy są eukarionty że organizacje wielokomórkowe pojawiły, a od sześciu grupach: zwierząt , az grzybów The brunatnic The czerwonych alg , zielonych glonów i roślin . Wielokomórkowość może powstać z kolonii współzależnych organizmów, a nawet z organizmów w symbiozie .
Najstarsze ślady wielokomórkowości zostały zidentyfikowane w organizmach spokrewnionych z sinicami, które żyły od 3 do 3,5 miliarda lat temu. Inne skamieniałości organizmów wielokomórkowych obejmują Grypania spiralis , której dokładna biologiczna natura pozostaje jednak przedmiotem dyskusji, a także skamieliny z łupków paleoproterozoicznych z grupy skamieniałości Franceville w Gabonie .
Ewolucja organizmów wielokomórkowych od jednokomórkowych przodków została odtworzona w laboratorium poprzez eksperymentalne eksperymenty ewolucyjne wykorzystujące drapieżnictwo jako wektor presji selekcyjnej .
Pochodzenie komórek jest ściśle związane z pochodzeniem życia , z początkami ewolucyjnej historii istot żywych .
Istnieje kilka teorii wyjaśniających pochodzenie małych cząsteczek, które doprowadziły do pojawienia się życia na Ziemi. Mogły zostać przywiezione z kosmosu przez meteoryty ( meteoryt Murchison ), powstałe w kominach hydrotermalnych pod oceanami lub pod wpływem wyładowania atmosferycznego w redukującej atmosferze ( eksperyment Millera-Ureya ). Mamy niewiele danych eksperymentalnych, aby wiedzieć, jakie były pierwsze substancje zdolne do identycznego rozmnażania. Uważa się, że RNA był pierwszym cząsteczka zdolna do replikacji siebie, jak to jest w stanie zarówno przechowywanie informacji genetycznej i katalizuje się reakcje chemiczne ( rybozymy ), który został podniesiony w kontekście hipotezy RNA World ; istnieją jednak inne substancje zdolne do samoreplikacji, które mogłyby poprzedzać RNA w tej funkcji, na przykład glinki, takie jak montmorylonit , które są zdolne do katalizowania polimeryzacji RNA i tworzenia błon lipidowych , a nawet peptydowych kwasów nukleinowych .
Pierwsze komórki pojawiły się co najmniej 3,5 miliarda lat temu. Te wczesne komórki są obecnie uważane za heterotroficzne . Pierwsze błony komórkowe były prawdopodobnie prostsze i bardziej przepuszczalne niż błony dzisiejsze. Te lipidy spontanicznie tworzą lipidowych warstw podwójnych w wodzie , otrzymując micele i liposomy ; mogły poprzedzać RNA, ale pierwsze błony komórkowe mogły być również wytwarzane przez rybozymy lub nawet wymagać białek strukturalnych do utworzenia.
Uważa się, że eukariotycznych komórek wynika z symbiozy społeczności od prokariotów . Z organelli składających się z DNA, takich jak mitochondria i chloroplasty, powstają odpowiednio proteobakterie tlenowe, a sinice stały się endosymbiontami prokariotycznymi gospodarzami .
Mikroskopia optyczna lub fotoniczna (rozdzielczość +/- 0,25 µm w świetle widzialnym) pozwala na obserwację struktury komórek eukariotycznych. Dzieje się tak, ponieważ mikroskopy świetlne mogą powiększyć około 1000 razy wielkość próbki. Ale ten typ mikroskopu nie jest wystarczająco mocny, aby badać organelle komórki.
Mikroskopia elektronowa (rozdzielczość kilku angstremów) ujawnia ich ultrastrukturę i pozwala na dalszą obserwację budowy komórek prokariotycznych oraz eukariontów. W praktyce nowoczesne mikroskopy elektronowe mogą osiągać rozdzielczość 2 nm, czyli rozdzielczość 100 razy większą niż mikroskopy świetlne. Mikroskopy elektronowe umożliwiły odkrycie dużej liczby organelli i szeregu innych struktur subkomórkowych niewidocznych dla mikroskopu świetlnego. Jednak wielkie przełomy techniczne dały nowe życie mikroskopowi świetlnemu: takie jak użycie markerów fluorescencyjnych, mikroskopii konfokalnej i dekonwulsyjnej, które umożliwiają uzyskanie obrazów 3D komórki z dobrą ostrością.
Aby zbadać subkomórkową organizację komórek pod mikroskopem, tkanki mogą, w zależności od wybranej metody, być żywe, co umożliwia obserwację dynamiczną, lub utrwalone i przygotowane w przekrojach histologicznych , co generalnie umożliwia bardziej precyzyjną obserwację, ale zamrożone i punktualne.
Lokalizacja subkomórkowa za pomocą genów reporterowych, takich jak GFP ( zielone białko fluorescencyjne ) i lucyferaza , za pomocą immunocytochemii lub dzięki cząsteczkom radioaktywnym .
Różne zabarwienia , żywe lub nie, pozwalają na obserwację struktur pod mikroskopem optycznym: neutralna czerwień dla wakuoli, fiolet dalii czy kryształ dla jądra...
Izolacja struktur: przez szok osmotyczny lub przy użyciu detergentów, a następnie przez odwirowanie.
Oczyszczanie białek : przez elektroforezę, wirowanie, chromatografię, dializę itp.
Powszechne jest liczenie żywych komórek w szalce hodowlanej i porównywanie jej z całkowitą liczbą komórek, na przykład w celu określenia toksyczności produktu. Jedną z tych metod liczenia przeprowadza się za pomocą testu MTT .
Szacuje się, że liczba komórek specyficznych dla organizmu dorosłego człowieka wynosi od 10 12 do 10 16 . Najnowsze badania szacują tę liczbę na 3,72 × 10 13 . Bakterie obecne w tym samym organizmie, tworzące mikrobiotę (głównie w przewodzie pokarmowym), są według badań dziesięciokrotnie liczniejsze (10 15 ).
Największą komórką w świecie żywym jest żółtko strusiego jaja , którego masa wynosi od 1,2 do 1,9 kg , a długość neuronu kałamarnicy olbrzymiej lub kolosalnej kałamarnicy, której akson może osiągnąć 12 metrów .
Wielkość komórek ścian ( rośliny , bakterie , grzyby , glony i niektóre archeony ) waha się od mniej niż mikrometra (niektóre bakterie) do ponad centymetra (olbrzymie). Badanie z 2019 roku pokazuje, że wielkość ta jest bezpośrednio związana ze sztywnością ściany, definiowaną jako iloczyn jej grubości przez jej moduł nieściśliwości .