4.2: Rozmiar komórki

Rozmiary komórek są bardzo zróżnicowane pomiędzy organizmami i wewnątrz organizmów. Komórki bakteryjne mają wielkość od 1 do 10 mikrometrów (μm) i są znacznie mniejsze niż większość komórek eukariotycznych. Najmniejsze bakterie mają średnicę 0,1 μm, czyli około tysiąc razy mniej niż komórki eukariotyczne, które zazwyczaj mieszczą się w zakresie 10–100 μm.

Powierzchnia

Komórki mogą pobierać składniki odżywcze i wodę poprzez dyfuzję przez samą błonę komórkową lub przez określone kanały w błonie. Powierzchnia błony otaczającej komórki ogranicza szybkość wymiany tych materiałów. Mniejsze komórki mają zwykle wyższy stosunek powierzchni do objętości niż większe komórki. Kiedy kula zwiększa swój rozmiar, objętość rośnie proporcjonalnie do sześcianu jej promienia, podczas gdy jej pole powierzchni rośnie proporcjonalnie do kwadratu jej promienia. Mniejsze komórki mają stosunkowo większą powierzchnię w porównaniu do ich objętości niż większe komórki o tym samym kształcie. Większa powierzchnia oznacza więcej błony komórkowej, przez którą materiały mogą przedostawać się do i z komórki. Substancje muszą również podróżować wewnątrz komórek. W rezultacie szybkość dyfuzji może ograniczać procesy w dużych komórkach.

Adaptacje

Prokarioty są często małe i dzielą się, zanim napotkają ograniczenia wynikające z wielkości komórki. Większe komórki eukariotyczne mają organelle ułatwiające transport wewnątrzkomórkowy i zmiany strukturalne, które pomagają przezwyciężyć ograniczenia. Niektóre komórki, które muszą wymieniać duże ilości substancji ze środowiskiem, tworzą długie, cienkie wypukłości, które maksymalizują stosunek powierzchni do objętości. Przykładem takiej struktury są włośniki komórek roślinnych, które ułatwiają pobieranie wody i składników odżywczych.

Komórki mają różne kształty i rozmiary.

Komórki prokariotyczne, takie jak bakterie, mają średnicę kilku mikrometrów, podczas gdy komórki eukariotyczne różnią się wielkością ze względu na specjalizacje strukturalne. Plemniki mają tylko około czterech mikrometrów, ale komórki neuronalne mogą mieć długie przedłużenia cytoplazmatyczne o długości kilku metrów.

Takie różnice podkreślają istotną zależność między objętością a powierzchnią. Wyobraź sobie komórkę jako sześcian. Gdy długość boku rośnie, jego powierzchnia zwiększa się sześciokrotnie razy jego długość do kwadratu, ale objętość zwiększa się szybciej wraz z długością sześcienną. Tak więc, gdy rozmiar komórki rośnie, stosunek powierzchni do objętości zmniejsza się.

Duży stosunek powierzchni do objętości ułatwia szybki transport materiałów do i z komórki.

Na przykład komórki bakteryjne mają wysoki stosunek powierzchni do objętości, co pozwala składnikom odżywczym, gazom i odpadom dyfundować przez komórkę.

U większych zwierząt komórki tworzą wyspecjalizowane narządy, takie jak jelita, które są pofałdowane, aby zmaksymalizować powierzchnię wchłaniania pokarmu.