Buňka je nejmenší a základní stavební jednotka živých organismů, schopná sebeobnovy, seberegulace a sebereprodukce.
Charakteristické velikosti buněk: bakteriální buňky - od 0,1 do 15 mikronů, buňky jiných organismů - od 1 do 100 mikronů, někdy dosahující 1-10 mm; vejce velkých ptáků - až 10-20 cm, procesy nervových buněk - až 1 m.
Tvar buňky velmi rozmanité: existují kulovité buňky (koky), řetěz (streptokoky), protáhlý (tyčinky nebo bacily), zakřivený (vibrios), zvlněné (spirilla), mnohostranné, s motorickými bičíky atd.
Typy buněk: prokaryotické(nejaderné) a eukaryotické (mají vytvořené jádro).
Eukaryotické buňky se zase dělí na buňky živočichů, rostlin a hub.
Strukturní organizace eukaryotické buňky
Protoplast- to je veškerý živý obsah buňky. Protoplast všech eukaryotických buněk se skládá z cytoplazmy (se všemi organelami) a jádra.
Cytoplazma- jedná se o vnitřní obsah buňky, s výjimkou jádra, sestávající z hyaloplazmy, v ní ponořených organel a (u některých typů buněk) intracelulárních inkluzí (rezervní živiny a/nebo konečné produkty metabolismu).
Hyaloplasma- základní plazma, cytoplazmatická matrice, hlavní látka, která je vnitřním prostředím buňky a je viskózním bezbarvým koloidním roztokem (obsah vody do 85 %) různých látek: bílkovin (10 %), cukrů, organických a anorganických kyselin, aminokyseliny, polysacharidy, RNA, lipidy, minerální soli atd.
■ Hyaloplazma je médium pro intracelulární metabolické reakce a spojovací článek mezi buněčnými organelami; je schopen reverzibilních přechodů ze solu na gel, jeho složení určuje pufrační a osmotické vlastnosti buňky. Cytoplazma obsahuje cytoskelet sestávající z mikrotubulů a kontraktilních proteinových vláken.
■ Cytoskelet určuje tvar buňky a podílí se na intracelulárním pohybu organel a jednotlivých látek. Jádro je největší organela eukaryotické buňky, obsahující chromozomy, ve kterých je uložena veškerá dědičná informace (podrobněji viz níže).
Strukturní složky eukaryotické buňky:
■ plasmalemma (plazmatická membrána),
■ buněčná stěna (pouze v buňkách rostlin a hub),
■ biologické (elementární) membrány,
■ jádro,
■ endoplazmatické retikulum (endoplazmatické retikulum),
■ mitochondrie,
■ Golgiho komplex,
■ chloroplasty (pouze v rostlinných buňkách),
■ lysozomy, s
■ ribozomy,
■ buněčné centrum,
■ vakuoly (pouze v buňkách rostlin a hub),
■ mikrotubuly,
■ řasinky, bičíky.
Schémata struktury živočišných a rostlinných buněk jsou uvedena níže:
Biologické (elementární) membrány- Jedná se o aktivní molekulární komplexy, které oddělují intracelulární organely a buňky. Všechny membrány mají podobnou strukturu.
Struktura a složení membrán: tloušťka 6-10 nm; sestávají převážně z proteinových molekul a fosfolipidů.
■Fosfolipidy tvoří dvojitou (bimolekulární) vrstvu, ve které jejich molekuly směřují ke svým hydrofilním (ve vodě rozpustným) koncům směrem ven a jejich hydrofobním (ve vodě nerozpustným) koncům směrem dovnitř membrány.
■ Molekuly bílkovin nachází se na obou površích lipidové dvojvrstvy ( periferní proteiny), pronikají do obou vrstev lipidových molekul ( integrální proteiny, z nichž většinu tvoří enzymy) nebo pouze jednu jejich vrstvu (semiintegrální proteiny).
Vlastnosti membrány: plasticita, asymetrie(složení vnější a vnitřní vrstvy lipidů i proteinů je odlišné), polarita (vnější vrstva je nabitá kladně, vnitřní záporně), schopnost samouzavření, selektivní propustnost (v tomto případě hydrofobní látky procházejí lipidovou dvojvrstvou a hydrofilní procházejí póry v integrálních proteinech ).
Funkce membrány: bariérová (odděluje obsah organoidu nebo buňky od okolí), strukturální (zajišťuje určitý tvar, velikost a stabilitu organoidu nebo buňky), transportní (zajišťuje transport látek do organoidu nebo buňky a ven z nich), katalytická (zajišťuje blízkomembránové biochemické procesy), regulační (podílí se na regulaci metabolismu a energie mezi organelou či buňkou a vnějším prostředím), podílí se na přeměně energie a udržování transmembránového elektrického potenciálu.
Plazmatická membrána (plazmalema)
Plazmatická membrána, nebo plasmalemma, je biologická membrána nebo komplex biologických membrán těsně vedle sebe, pokrývajících buňku zvenčí.
Struktura, vlastnosti a funkce plazmalemy jsou v zásadě stejné jako u elementárních biologických membrán.
❖ Konstrukční vlastnosti:
■ vnější povrch plazmatické membrány obsahuje glykokalyx – polysacharidovou vrstvu glykolipoidních a glykoproteinových molekul, které slouží jako receptory pro „rozpoznání“ určitých chemikálií; v živočišných buňkách může být pokryta hlenem nebo chitinem a v rostlinných buňkách - celulózovými nebo pektinovými látkami;
■ obvykle plazmalema tvoří výběžky, invaginace, záhyby, mikroklky atd., čímž se zvětšuje povrch buňky.
■ Další funkce: receptoru (podílí se na „rozpoznávání“ látek a na vnímání signálů z okolí a jejich přenosu do buňky), zajištění komunikace mezi buňkami v tkáních mnohobuněčného organismu, účast na stavbě speciálních buněčných struktur (bičíky, řasinky atd.).
Buněčná stěna (obálka)
Buněčná stěna je tuhá struktura umístěná vně plazmalemy a představující vnější obal buňky. Přítomný v prokaryotických buňkách a buňkách hub a rostlin.
❖Složení buněčné stěny: celulóza v rostlinných buňkách a chitin v buňkách hub (strukturní složky), proteiny, pektiny (které se podílejí na tvorbě destiček, které drží pohromadě stěny dvou sousedních buněk), lignin (který drží celulózová vlákna pohromadě do velmi pevného rámu) , suberin (ukládá se na skořápce zevnitř a činí ji prakticky nepropustnou pro vodu a roztoky) atd. Vnější povrch buněčné stěny epidermálních rostlinných buněk obsahuje velké množství uhličitanu vápenatého a oxidu křemičitého (mineralizace) a je pokryt s hydrofobními látkami, vosky a kutikulou (vrstva látky kutinu, prostoupená celulózou a pektiny).
❖ Funkce buněčné stěny: slouží jako vnější rám, udržuje turgor buněk, plní ochranné a transportní funkce.
Buněčné organely
Organely (nebo organely)- Jedná se o trvalé, vysoce specializované intracelulární struktury, které mají specifickou strukturu a plní odpovídající funkce.
❖ Podle účelu
organely se dělí na:
■ organely pro všeobecné použití (mitochondrie, Golgiho komplex, endoplazmatické retikulum, ribozomy, centrioly, lysozomy, plastidy) a
■ organely pro speciální účely (myofibrily, bičíky, řasinky, vakuoly).
❖ Přítomností membrány
organely se dělí na:
■ dvoumembránové (mitochondrie, plastidy, buněčné jádro),
■ jednomembránové (endoplazmatické retikulum, Golgiho komplex, lysozomy, vakuoly) a
■ nemembránové (ribozomy, buněčné centrum).
Vnitřní obsah membránových organel se vždy liší od hyaloplazmy, která je obklopuje.
Mitochondrie- dvoumembránové organely eukaryotických buněk, které provádějí oxidaci organických látek na konečné produkty s uvolněním energie uložené v molekulách ATP.
■ Struktura: tyčinkovité, kulovité a závitovité tvary, tloušťka 0,5-1 µm, délka 2-7 µm; dvoumembránová, vnější membrána je hladká a má vysokou propustnost, vnitřní membrána tvoří záhyby - cristae, na kterých jsou kulovitá tělíska - ATP-somy. V prostoru mezi membránami se hromadí vodíkové ionty 11, které se podílejí na dýchání kyslíku.
■ Vnitřní obsah (matice): ribozomy, kruhová DNA, RNA, aminokyseliny, proteiny, enzymy Krebsova cyklu, enzymy tkáňového dýchání (umístěné na kristách).
■ Funkce: oxidace látek na CO 2 a H 2 O; syntéza ATP a specifických proteinů; vznik nových mitochondrií v důsledku štěpení na dvě části.
Plastidy(dostupné pouze u rostlinných buněk a autotrofních protistů).
■ Druhy plastidů: chloroplasty (zelená), leukoplasty (bezbarvý, kulatého tvaru), chromoplasty (žlutá nebo oranžová); plastidy se mohou měnit z jednoho typu na druhý.
■Struktura chloroplastů: jsou dvoumembránové, kulatého nebo oválného tvaru, délka 4-12 µm, tloušťka 1-4 µm. Vnější membrána je hladká, vnitřní membrána má tylakoidy - záhyby tvořící uzavřené diskovité invaginace, mezi nimiž je stroma (viz. níže). Ve vyšších rostlinách se tylakoidy shromažďují v hromadách (jako sloupec mincí) zrna , které jsou vzájemně propojeny lamely (jedno membrány).
■ Složení chloroplastu: v membránách thylakoidů a grana - zrna chlorofylu a dalších pigmentů; vnitřní obsah (stroma): proteiny, lipidy, ribozomy, cirkulární DNA, RNA, enzymy podílející se na fixaci CO 2, zásobní látky.
■Funkce plastidů: fotosyntéza (chloroplasty obsažené v zelených orgánech rostlin), syntéza specifických bílkovin a akumulace rezervních živin: škrob, bílkoviny, tuky (leukoplasty), propůjčení barvy rostlinným tkáním za účelem přilákání opylujícího hmyzu a distributorů plodů a semen (chromoplasty ).
Endoplazmatické retikulum (EPS), nebo endoplazmatický retikulum, které se nachází ve všech eukaryotických buňkách.
■Struktura: je soustava vzájemně propojených tubulů, trubic, cisteren a dutin různých tvarů a velikostí, jejichž stěny jsou tvořeny elementárními (jedinými) biologickými membránami. Existují dva typy EPS: zrnitý (nebo drsný), obsahující ribozomy na povrchu kanálků a dutin, a agranulární (nebo hladký), neobsahující ribozomy.
■Funkce: rozdělení buněčné cytoplazmy do kompartmentů, které zabraňují smíchání chemických procesů, které se v nich vyskytují; drsný ER akumuluje, izoluje pro zrání a transportuje proteiny syntetizované ribozomy na svém povrchu, syntetizuje buněčné membrány; hladký EPS syntetizuje a transportuje lipidy, komplexní sacharidy a steroidní hormony, odstraňuje toxické látky z buňky.
Golgiho komplex (nebo aparát) - membránová organela eukaryotické buňky, nacházející se v blízkosti buněčného jádra, což je systém cisteren a váčků a podílí se na akumulaci, skladování a transportu látek, stavbě buněčné membrány a tvorbě lysozomů.
■Struktura: komplex je diktyozom - shluk membránově vázaných plochých diskovitých váčků (cisteren), ze kterých vycházejí vezikuly, a systém membránových tubulů spojujících komplex s kanály a dutinami hladkého ER.
■Funkce: tvorba lysozomů, vakuol, plazmalemy a buněčné stěny rostlinné buňky (po jejím rozdělení), sekrece řady složitých organických látek (pektinové látky, celulóza aj. v rostlinách; glykoproteiny, glykolipidy, kolagen, mléčné bílkoviny , žluč, řada hormonů atd. živočichové); akumulace a dehydratace lipidů transportovaných po EPS (z hladkého EPS), modifikace a akumulace proteinů (z granulárních EPS a volných ribozomů cytoplazmy) a sacharidů, odstranění látek z buňky.
Zralé dictyosomové cisterny šněrovací vezikuly (Golgiho vakuoly), naplněný sekretem, který je pak buňkou buď využit nebo odstraněn za její hranice.
❖ Lysozomy- buněčné organely, které zajišťují rozklad složitých molekul organických látek; jsou tvořeny z vezikul oddělených od Golgiho komplexu nebo hladkého ER a jsou přítomny ve všech eukaryotických buňkách.
■ Struktura a složení: lysozomy jsou malé jednomembránové kulaté vezikuly o průměru 0,2-2 um; naplněný hydrolytickými (trávicími) enzymy (~40), schopnými štěpit proteiny (na aminokyseliny), lipidy (na glycerol a vyšší karboxylové kyseliny), polysacharidy (na monosacharidy) a nukleové kyseliny (na nukleotidy).
Sloučením s endocytárními váčky tvoří lysozomy trávicí vakuolu (nebo sekundární lysozom), kde dochází k rozkladu složitých organických látek; vzniklé monomery vstupují do buněčné cytoplazmy přes membránu sekundárního lysozomu a nestrávené (nehydrolyzované) látky zůstávají v sekundárním lysozomu a jsou pak zpravidla vylučovány mimo buňku.
■ Funkce: heterofagie- odbourávání cizorodých látek, které se dostávají do buňky endocytózou, autofagie - destrukce struktur nepotřebných pro buňku; autolýza je sebezničení buňky, ke kterému dochází v důsledku uvolnění obsahu lysozomů během buněčné smrti nebo degenerace.
❖ Vakuoly- velké vezikuly nebo dutiny v cytoplazmě, které se tvoří v buňkách rostlin, hub a mnoha protistové a ohraničený elementární membránou - tonoplastem.
■ Vakuoly protistové se dělí na trávicí a kontraktilní (mají svazky elastických vláken v membránách a slouží k osmotické regulaci vodní bilance buňky).
■Vakuoly rostlinné buňky naplněné buněčnou mízou - vodný roztok různých organických a anorganických látek. Mohou také obsahovat toxické a tříslovinové látky a konečné produkty buněčné aktivity.
■Vakuoly rostlinných buněk se mohou sloučit do centrální vakuoly, která zaujímá až 70-90 % objemu buňky a mohou do ní pronikat vlákna cytoplazmy.
Funkce: akumulace a izolace rezervních látek a látek určených k vylučování; udržování tlaku turgoru; zajištění růstu buněk v důsledku protahování; regulace vodní bilance buněk.
♦Ribozomy- buněčné organely, přítomné ve všech buňkách (v množství několika desítek tisíc), umístěné na membránách granulárního EPS, v mitochondriích, chloroplastech, cytoplazmě a vnější jaderné membráně a provádějící biosyntézu proteinů; V jadérkách se tvoří ribozomální podjednotky.
■ Struktura a složení: ribozomy jsou nejmenší (15-35 nm) nemembránové granule kulatého a houbovitého tvaru; mají dvě aktivní centra (aminoacyl a peptidyl); sestávají ze dvou nestejných podjednotek - velké (ve formě hemisféry se třemi výstupky a kanálem), která obsahuje tři molekuly RNA a protein, a malé (obsahující jednu molekulu RNA a protein); podjednotky jsou spojeny pomocí iontu Mg+.
■ Funkce: syntéza bílkovin z aminokyselin.
❖ Buněčné centrum- organela většiny živočišných buněk, některých hub, řas, mechů a kapradin, umístěná (v interfázi) ve středu buňky blízko jádra a sloužící jako iniciační centrum shromáždění mikrotubuly .
■ Struktura: Buněčné centrum se skládá ze dvou centriol a centrosféry. Každý centriol (obr. 1.12) má vzhled válce o délce 0,3-0,5 µm a průměru 0,15 µm, jehož stěny jsou tvořeny devíti triplety mikrotubulů a střed je vyplněn homogenní hmotou. Centrioly jsou umístěny navzájem kolmo a jsou obklopeny hustou vrstvou cytoplazmy s vyzařujícími mikrotubuly tvořícími vyzařující centrosféru. Během buněčného dělení se centrioly pohybují směrem k pólům.
■ Hlavní funkce: tvorba pólů buněčného dělení a achromatických vláken dělicího vřeténka (nebo mitotického vřeténka), zajišťující rovnoměrnou distribuci genetického materiálu mezi dceřinými buňkami; v interfázi řídí pohyb organel v cytoplazmě.
Cytosklst buňky je systém mikrovlákna A mikrotubuly , pronikající do cytoplazmy buňky, spojený s vnější cytoplazmatickou membránou a jaderným obalem a udržující tvar buňky.
■Mikropříruby- tenká, kontraktilní vlákna o tloušťce 5-10 nm a skládající se z proteinů ( aktin, myosin atd.). Nachází se v cytoplazmě všech buněk a pseudopodů pohyblivých buněk.
Funkce: mikrofilamenta zajišťují motorickou aktivitu hyaloplazmy, přímo se podílejí na změně tvaru buňky při šíření a améboidním pohybu protistových buněk a podílejí se na tvorbě konstrikce při dělení živočišných buněk; jeden z hlavních prvků buněčného cytoskeletu.
■ Mikrotubuly- tenké duté válečky (průměr 25 nm), skládající se z molekul tubulinových proteinů, uspořádaných do spirály nebo přímých řad v cytoplazmě eukaryotických buněk.
Funkce: mikrotubuly tvoří vřetenová vlákna, jsou součástí centriol, řasinek, bičíků a účastní se intracelulárního transportu; jeden z hlavních prvků buněčného cytoskeletu.
Organely pohybu — bičíky a řasinky , jsou přítomny v mnoha buňkách, ale jsou častější u jednobuněčných organismů.
■ Řasy- četné cytoplazmatické krátké (5-20 µm dlouhé) výběžky na povrchu plazmalemy. K dispozici na povrchu různých typů živočišných buněk a některých rostlin.
■ Flagella- jednotlivé cytoplazmatické výběžky na povrchu buněk mnoha protistů, zoospor a spermií; ~10krát delší než řasinky; slouží k pohybu.
■ Struktura: skládají se z nich řasinky a bičíky (obr. 1.14). mikrotubuly, uspořádané podle systému 9 × 2 + 2 (devět dvojitých mikrotubulů - dublety tvoří stěnu, uprostřed jsou dva jednoduché mikrotubuly). Dublety jsou schopny klouzat po sobě, což vede k ohnutí řasinek nebo bičíků. Na bázi bičíků a řasinek jsou bazální tělíska, stavbou shodná s centrioly.
■ Funkce: řasinky a bičíky zajišťují pohyb samotných buněk nebo okolní tekutiny a částic v ní suspendovaných.
Inkluze
Inkluze- nestálé (dočasně existující) složky buněčné cytoplazmy, jejichž obsah se mění v závislosti na funkčním stavu buňky. Existují trofické, sekreční a vylučovací inkluze.
■ Trofické inkluze- jedná se o zásoby živin (tuk, škrobová a bílkovinná zrna, glykogen).
■ Sekreční inkluze- jedná se o odpadní produkty endokrinních a exokrinních žláz (hormony, enzymy).
■ Vylučovací inkluze- Jedná se o produkty látkové výměny v buňce, které musí být z buňky vyloučeny.
Jádro a chromozomy
Jádro- největší organela; je povinnou součástí všech eukaryotických buněk (s výjimkou floemových sítových trubicových buněk vyšších rostlin a zralých erytrocytů savců). Většina buněk má jedno jádro, ale existují i dvoujaderné a vícejaderné buňky. Existují dva stavy jádra: mezifázové a štěpné
Mezifázové jádro skládá se z jaderný obal(oddělující vnitřní obsah jádra od cytoplazmy), nukleární matrix (karyoplazma), chromatin a jadérka. Tvar a velikost jádra závisí na typu organismu, typu, věku a funkčním stavu buňky. Má vysoký obsah DNA (15-30 %) a RNA (12 %).
■ Funkce jádra: ukládání a přenos dědičné informace v podobě nezměněné struktury DNA; regulace (prostřednictvím systému syntézy proteinů) všech životně důležitých procesů buňky.
❖ Jaderný obal(neboli karyolemma) se skládá z vnějších a vnitřních biologických membrán, mezi nimiž je perinukleární prostor. Vnitřní membrána má proteinovou laminu, která dává tvar jádru. Vnější membrána je připojena k ER a nese ribozomy. Skořápka je prostoupena jadernými póry, kterými dochází k výměně látek mezi jádrem a cytoplazmou. Počet pórů není konstantní a závisí na velikosti jádra a jeho funkční aktivitě.
■ Funkce jaderné membrány: odděluje jádro od cytoplazmy buňky, reguluje transport látek z jádra do cytoplazmy (RNA, ribozomální podjednotky) a z cytoplazmy do jádra (bílkoviny, tuky, sacharidy, ATP, voda, ionty).
❖ Chromozóm- nejdůležitější organela jádra obsahující jednu molekulu DNA v komplexu se specifickými histonovými proteiny a některými dalšími látkami, z nichž většina se nachází na povrchu chromozomu.
V závislosti na fázi životního cyklu buňky mohou být chromozomy in dva státy — despiralizované a spirálovité.
» V despiralizovaném stavu jsou chromozomy v periodě mezifáze buněčný cyklus, tvořící vlákna neviditelná v optickém mikroskopu, která tvoří základ chromatin .
■ Spiralizace doprovázená zkrácením a zhutněním (100-500krát) řetězců DNA se vyskytuje v procesu buněčné dělení ; zatímco chromozomy získat kompaktní tvar a stanou se viditelnými pod optickým mikroskopem.
Chromatin- jedna ze složek jaderné hmoty během mezifázového období, jejímž základem je odvinuté chromozomy ve formě sítě dlouhých tenkých řetězců molekul DNA v komplexu s histony a dalšími látkami (RNA, DNA polymeráza, lipidy, minerály atd.); barví se dobře barvivy používanými v histologické praxi.
■ V chromatinu se úseky molekuly DNA ovíjejí kolem histonů a vytvářejí nukleozomy (vypadají jako kuličky).
Chromatid je strukturní prvek chromozomu, což je řetězec molekuly DNA v komplexu s histonovými proteiny a dalšími látkami, opakovaně složený jako superhelix a zabalený do tvaru tyčovitého tělíska.
■ Při helikalizaci a balení jsou jednotlivé úseky DNA uspořádány pravidelným způsobem tak, že se na chromatidách tvoří střídající se příčné pruhy.
❖ Struktura chromozomu (obr. 1.16). Ve spirálovitém stavu je chromozom tyčinkovitá struktura o velikosti asi 0,2-20 µm, sestávající ze dvou chromatid a rozdělená na dvě ramena primární konstrikcí zvanou centromera. Chromozomy mohou mít sekundární zúžení oddělující oblast nazývanou satelit. Některé chromozomy mají úsek ( nukleární organizátor ), která kóduje strukturu ribozomální RNA (rRNA).
Typy chromozomů podle jejich tvaru: rovná ramena , nerovná ramena (centromera je posunuta ze středu chromozomu), tyčovitý (centromera je blízko konce chromozomu).
Po anafázi mitózy a anafázi meiózy II se chromozomy skládají z jedné chromitidy a po replikaci (zdvojení) DNA v syntetickém (S) stadiu interfáze se skládají ze dvou sesterských chromitid navzájem spojených v centromeře. Během buněčného dělení jsou vřetenové mikrotubuly připojeny k centromeře.
❖ Funkce chromozomů:
■ obsahovat genetický materiál
- molekuly DNA;
■ provést Syntéza DNA
(při zdvojení chromozomů v S-periodě buněčného cyklu) a mRNA;
■ regulovat syntézu proteinů;
■ kontrolovat vitální aktivitu buňky.
Homologní chromozomy- chromozomy patřící do stejného páru, identické tvarem, velikostí, umístěním centromer, nesoucí stejné geny a určující vývoj stejných vlastností. Homologní chromozomy se mohou lišit v alelách genů, které obsahují, a během meiózy (crossing) si vyměňují úseky.
Autosomy chromozomy v buňkách dvoudomých organismů, identické u samců a samic stejného druhu (to jsou všechny chromozomy buňky s výjimkou pohlavních chromozomů).
Pohlavní chromozomy(nebo heterochromozomy ) jsou chromozomy nesoucí geny určující pohlaví živého organismu.
Diploidní sada(označeno 2p) - sada chromozomů somatické buňky, ve kterých má každý chromozom jeho párový homologní chromozom . Tělo přijímá jeden z chromozomů diploidní sady od otce, druhý od matky.
■ Diploidní množina osoba sestává ze 46 chromozomů (z toho 22 párů homologních chromozomů a dva pohlavní chromozomy: ženy mají dva chromozomy X, muži každý po jednom chromozomu X a Y).
Haploidní sada(uvedeno 1l) - singl sada chromozomů sexuální buňky ( gamety ), ve kterých jsou chromozomy nemají spárované homologní chromozomy . Haploidní sada vzniká při tvorbě gamet v důsledku meiózy, kdy z každého páru homologních chromozomů se do gamety dostane pouze jeden.
karyotyp- jedná se o soubor konstantních kvantitativních a kvalitativních morfologických charakteristik charakteristických pro chromozomy somatických buněk organismů daného druhu (jejich počet, velikost a tvar), podle kterých lze diploidní soubor chromozomů jednoznačně identifikovat.
Nucleolus- kulaté, vysoce zhutněné, neomezené
tělo membrány o velikosti 1-2 mikrony. Jádro má jedno nebo více jadérek. Jádro se tvoří kolem nukleolárních organizátorů několika chromozomů, které se navzájem přitahují. Během jaderného dělení jsou jadérka zničena a na konci dělení znovu vytvořena.
■ Složení: protein 70-80%, RNA 10-15%, DNA 2-10%.
■ Funkce: syntéza r-RNA a t-RNA; sestavení ribozomálních podjednotek.
karyoplazma (nebo nukleoplazma, karyolymfa, jaderná šťáva ) je bezstrukturní hmota, která vyplňuje prostor mezi strukturami jádra, do kterého je ponořen chromatin, jadérka a různé intranukleární granule. Obsahuje vodu, nukleotidy, aminokyseliny, ATP, RNA a enzymové proteiny.
Funkce: zajišťuje propojení jaderných struktur; podílí se na transportu látek z jádra do cytoplazmy a z cytoplazmy do jádra; reguluje syntézu DNA při replikaci, syntézu mRNA při transkripci.
Srovnávací charakteristiky eukaryotických buněk
Vlastnosti struktury prokaryotických a eukaryotických buněk
Transport látek
Transport látek- jedná se o proces transportu potřebných látek po celém těle, do buněk, uvnitř buňky a uvnitř buňky, jakož i odstraňování odpadních látek z buňky a těla.
Intracelulární transport látek zajišťuje hyaloplazma a (u eukaryotických buněk) endoplazmatické retikulum (ER), Golgiho komplex a mikrotubuly. Transport látek bude popsán později na této stránce.
Způsoby transportu látek přes biologické membrány:
■ pasivní transport (osmóza, difúze, pasivní difúze),
■ aktivní doprava,
■ endocytóza,
■ exocytóza.
Pasivní doprava nevyžaduje výdej energie a dochází podél gradientu koncentrace, hustota nebo elektrochemický potenciál.
Osmóza je průnik vody (nebo jiného rozpouštědla) přes polopropustnou membránu z méně koncentrovaného roztoku do koncentrovanějšího.
Difúze- penetrace látek přes membránu podél gradientu koncentrace (z oblasti s vyšší koncentrací látky do oblasti s koncentrací nižší).
Difúze vody a iontů se provádějí za účasti integrálních membránových proteinů, které mají póry (kanály), dochází k difúzi látek rozpustných v tucích za účasti lipidové fáze membrány.
Usnadněná difúze přes membránu probíhá pomocí speciálních membránových transportních proteinů, viz obrázek.
Aktivní transport vyžaduje výdej energie uvolněné při odbourávání ATP a slouží k transportu látek (iontů, monosacharidů, aminokyselin, nukleotidů) proti spádu jejich koncentrace nebo elektrochemický potenciál. Provádí se speciálními nosnými proteiny permiasemi , mající iontové kanály a formování iontová čerpadla .
Endocytóza- zachycení a obalení makromolekul (proteiny, nukleové kyseliny atd.) a mikroskopických pevných částic potravy ( fagocytóza ) nebo kapičky kapaliny s rozpuštěnými látkami ( pinocytóza ) a jejich uzavřením do membránové vakuoly, která je vtažena „do buňky. Vakuola pak splyne s lysozomem, jehož enzymy rozkládají molekuly zachycené látky na monomery.
Exocytóza- proces obrácený k endocytóze. Prostřednictvím exocytózy buňka odstraňuje intracelulární produkty nebo nestrávené zbytky uzavřené ve vakuolách nebo vezikulách.
Tvary buněk jsou velmi rozmanité. U jednobuněčných organismů je každá buňka samostatným organismem. Jeho tvar a strukturní rysy jsou spojeny s podmínkami prostředí, ve kterém tento jednobuněčný organismus žije, s jeho způsobem života.
Rozdíly v buněčné struktuře
Tělo každého mnohobuněčného živočicha a rostliny je složeno z buněk, které se liší vzhledem, což souvisí s jejich funkcemi. U zvířat lze tedy okamžitě odlišit nervovou buňku od svalové nebo epiteliální buňky (epitel-krycí tkáň). Rostliny mají různé buněčné struktury v listech, stoncích atd.
Velikosti buněk jsou stejně variabilní. Nejmenší z nich (některé) nepřesahují 0,5 mikronu Velikost buněk mnohobuněčných organismů se pohybuje od několika mikrometrů (průměr lidských leukocytů 3-4 mikrony, průměr červených krvinek 8 mikronů) až po obrovské velikosti (procesy jedné lidské nervové buňky jsou dlouhé více než 1 m). U většiny rostlinných a živočišných buněk se jejich průměr pohybuje od 10 do 100 mikronů.
Navzdory rozmanitosti struktury, tvarů a velikostí jsou všechny živé buňky jakéhokoli organismu podobné v mnoha rysech jejich vnitřní struktury. Buňka- komplexní holistický fyziologický systém, ve kterém se uskutečňují všechny základní životní procesy: energie, dráždivost, růst a sebereprodukce.
Hlavní složky buněčné struktury
Hlavními společnými složkami buňky jsou vnější membrána, cytoplazma a jádro. Buňka může normálně žít a fungovat pouze v přítomnosti všech těchto složek, které spolu úzce interagují s okolním prostředím.
Výkres. 2. Stavba buňky: 1 - jádro, 2 - jadérko, 3 - jaderná membrána, 4 - cytoplazma, 5 - Golgiho aparát, 6 - mitochondrie, 7 - lysozomy, 8 - endoplazmatické retikulum, 9 - ribozomy, 10 - buněčná membrána
Struktura vnější membrány. Jedná se o tenkou (asi 7,5 nm2 tlustou) třívrstvou buněčnou membránu, viditelnou pouze v elektronovém mikroskopu. Dvě vnější vrstvy membrány se skládají z bílkovin a střední vrstva je tvořena látkami podobnými tuku. Membrána má velmi malé póry, díky kterým některé látky snadno propustí a jiné zadrží. Membrána se účastní fagocytózy (buňka zachycuje pevné částice) a pinocytózy (buňka zachycuje kapičky kapaliny s látkami v ní rozpuštěnými). Membrána tedy udržuje celistvost buňky a reguluje tok látek z prostředí do buňky a z buňky do jejího prostředí.
Na svém vnitřním povrchu membrána tvoří invaginace a větve, které pronikají hluboko do buňky. Jejich prostřednictvím je vnější membrána spojena s obalem jádra, naproti tomu membrány sousedních buněk tvořící vzájemně sousedící invaginace a záhyby velmi těsně a spolehlivě spojují buňky do mnohobuněčných tkání.
Cytoplazma je komplexní koloidní systém. Jeho struktura: transparentní polotekutý roztok a strukturní útvary. Strukturální útvary cytoplazmy společné všem buňkám jsou: mitochondrie, endoplazmatické retikulum, Golgiho komplex a ribozomy (obrázek 2). Všechny spolu s jádrem představují centra určitých biochemických procesů, které společně tvoří buňku. Tyto procesy jsou extrémně rozmanité a probíhají současně v mikroskopicky malém objemu buňky. To souvisí s obecným rysem vnitřní struktury všech strukturních prvků buňky: přes svou malou velikost mají velký povrch, na kterém jsou umístěny biologické katalyzátory (enzymy) a probíhají různé biochemické reakce.
Mitochondrie(Obrázek 2, 6) - energetická centra buňky. Jedná se o velmi malá tělesa, ale jasně viditelná ve světelném mikroskopu (délka 0,2-7,0 mikronů). Nacházejí se v cytoplazmě a v různých buňkách se významně liší tvarem a počtem. Kapalný obsah mitochondrií je uzavřen ve dvou třívrstvých membránách, z nichž každá má stejnou strukturu jako vnější membrána buňky. Vnitřní membrána mitochondrie tvoří v těle mitochondrie četné invaginace a neúplné septa (obrázek 3). Tyto invaginace se nazývají cristae. Díky nim je při malém objemu dosaženo prudkého zvětšení plochy, na které probíhají biochemické reakce, a mezi nimi především reakce akumulace a uvolňování energie prostřednictvím enzymatické přeměny kyseliny adenosindifosforečné na kyselina adenosintrifosforečná a naopak.
Výkres. 3. Schéma struktury mitochondrií: 1 - vnější obal. 2 - vnitřní skořápka, 3 - vyvýšeniny skořápky směřující dovnitř mitochondrií Endoplazmatické retikulum(Obrázek 2, 8) je vícenásobně rozvětvená invaginace vnější buněčné membrány. Membrány endoplazmatického retikula bývají uspořádány do párů a mezi nimi vznikají tubuly, které se mohou rozšiřovat do větších dutin vyplněných produkty biosyntézy. Kolem jádra přecházejí membrány, které tvoří endoplazmatické retikulum, přímo do vnější membrány jádra. Endoplazmatické retikulum tedy spojuje všechny části buňky dohromady. Ve světelném mikroskopu při zkoumání struktury buňky není vidět endoplazmatické retikulum.
Struktura buňky se dělí na hrubý A hladký endoplazmatického retikula. Hrubé endoplazmatické retikulum je hustě obklopeno ribozomy, kde dochází k syntéze proteinů. Hladké endoplazmatické retikulum postrádá ribozomy a syntetizuje tuky a sacharidy. Tubuly endoplazmatického retikula provádějí intracelulární výměnu látek syntetizovaných v různých částech buňky a také výměnu mezi buňkami. Endoplazmatické retikulum jako hustší strukturní útvar zároveň slouží jako kostra buňky a dodává jejímu tvaru určitou stabilitu.
Ribozomy(Obrázek 2, 9) se nacházejí jak v cytoplazmě buňky, tak v jejím jádře. Jedná se o drobná zrnka o průměru asi 15-20 nm, díky čemuž jsou ve světelném mikroskopu neviditelná. V cytoplazmě je většina ribozomů soustředěna na povrchu tubulů hrubého endoplazmatického retikula. Funkce ribozomů je pro život buňky a organismu jako celku nejdůležitější proces – syntéza bílkovin.
golgiho komplex(Obrázek 2, 5) byl nejprve nalezen pouze v živočišných buňkách. Nedávno však byly podobné struktury objeveny v rostlinných buňkách. Struktura Golgiho komplexu se blíží strukturním útvarům endoplazmatického retikula: jedná se o tubuly různých tvarů, dutiny a váčky tvořené třívrstvými membránami. Golgiho komplex navíc zahrnuje poměrně velké vakuoly. Hromadí se v nich některé produkty syntézy, především enzymy a hormony. V určitých obdobích života buňky mohou být tyto rezervované látky odstraňovány z dané buňky přes endoplazmatické retikulum a podílejí se na metabolických procesech těla jako celku.
Buněčné centrum- útvar, dosud popisovaný pouze v buňkách živočichů a nižších rostlin. Skládá se ze dvou centrioly, struktura každého z nich je válec o velikosti až 1 mikronu. Centrioly hrají důležitou roli v dělení mitotických buněk. Kromě popsaných trvalých strukturních útvarů se v cytoplazmě různých buněk periodicky objevují určité inkluze. Jedná se o kapičky tuku, škrobová zrna, bílkovinné krystaly zvláštního tvaru (aleuronová zrna) atd. Takové inkluze se nacházejí ve velkém množství v buňkách zásobních tkání. V buňkách jiných tkání však takové inkluze mohou existovat jako dočasná zásoba živin.
Jádro(Obrázek 2, 1), stejně jako cytoplazma s vnější membránou, je nezbytnou součástí naprosté většiny buněk. Pouze u některých bakterií se při zkoumání struktury jejich buněk nepodařilo identifikovat strukturně vytvořené jádro, ale v jejich buňkách byly nalezeny všechny chemické látky vlastní jádrům jiných organismů. V některých specializovaných buňkách nejsou jádra, která ztratila schopnost dělení (červené krvinky savců, sítové trubičky rostlinného floému). Na druhé straně existují vícejaderné buňky. Jádro hraje velmi důležitou roli při syntéze enzymových bílkovin, při přenosu dědičné informace z generace na generaci a v procesech individuálního vývoje těla.
Jádro nedělící se buňky má jaderný obal. Skládá se ze dvou třívrstvých membrán. Vnější membrána je spojena přes endoplazmatické retikulum s buněčnou membránou. Prostřednictvím celého tohoto systému probíhá neustálá výměna látek mezi cytoplazmou, jádrem a prostředím obklopujícím buňku. V jaderném obalu jsou navíc póry, kterými je jádro také spojeno s cytoplazmou. Uvnitř je jádro vyplněno jadernou šťávou, která obsahuje shluky chromatinu, jadérko a ribozomy. Chromatin je tvořen proteinem a DNA. Jedná se o hmotný substrát, který se před buněčným dělením formuje do chromozomů, které jsou viditelné ve světelném mikroskopu.
Chromozomy- početně i tvarově stálé útvary shodné pro všechny organismy daného druhu. Výše uvedené funkce jádra jsou primárně spojeny s chromozomy, přesněji řečeno s DNA, která je jejich součástí.
Nucleolus(Obrázek 2.2) je přítomen v jednom nebo více množstvích v jádře nedělící se buňky a je jasně viditelný ve světelném mikroskopu. V okamžiku buněčného dělení zaniká. Nedávno byla objasněna obrovská role jadérka: tvoří se v něm ribozomy, které se pak z jádra dostávají do cytoplazmy a provádějí zde syntézu bílkovin.
Vše výše uvedené platí stejně pro živočišné buňky i pro rostlinné buňky. Vzhledem ke specifičnosti metabolismu, růstu a vývoje rostlin a zvířat existují ve struktuře buněk obou další strukturální rysy, které odlišují rostlinné buňky od živočišných buněk. Více informací o tom je napsáno v sekcích „Botanika“ a „Zoologie“; Zde si všimneme pouze nejobecnějších rozdílů.
Živočišné buňky, kromě uvedených složek, mají ve struktuře buňky speciální formace - lysozomy. Jedná se o ultramikroskopické vezikuly v cytoplazmě naplněné tekutými trávicími enzymy. Lysozomy plní funkci štěpení potravinových látek na jednodušší chemické látky. Existují určité náznaky, že lysozomy se nacházejí také v rostlinných buňkách.
Nejcharakterističtější strukturní prvky rostlinných buněk (kromě těch běžných, které jsou vlastní všem buňkám) - plastidy. Existují ve třech formách: zelené chloroplasty, červeno-oranžovo-žluté
chromoplasty a bezbarvé leukoplasty. Za určitých podmínek se leukoplasty mohou proměnit v chloroplasty (zelenání hlíz brambor) a chloroplasty se zase mohou stát chromoplasty (podzimní žloutnutí listů).
Výkres. 4. Schéma stavby chloroplastu: 1 - obal chloroplastu, 2 - skupiny desek, ve kterých probíhá proces fotosyntézy Chloroplasty(obr. 4) představují „továrnu“ na primární syntézu organických látek z anorganických pomocí sluneční energie. Jsou to malá tělesa dosti rozmanitých tvarů, vždy zelené barvy díky přítomnosti chlorofylu. Struktura chloroplastů v buňce: mají vnitřní strukturu, která zajišťuje maximální rozvoj volných ploch. Tyto povrchy jsou tvořeny četnými tenkými deskami, jejichž shluky jsou umístěny uvnitř chloroplastu.
Na povrchu je chloroplast, stejně jako ostatní strukturní prvky cytoplazmy, pokryt dvojitou membránou. Každý z nich je zase třívrstvý, jako vnější membrána buňky.
Buňka je základní elementární jednotkou všeho živého, proto má všechny vlastnosti živých organismů: vysoce uspořádanou strukturu, přijímá energii zvenčí a využívá ji k výkonu práce a udržování pořádku, látkovou výměnu, aktivní reakci na podráždění, růst, vývoj, rozmnožování, duplikace a přenos biologických informací na potomky, regenerace (obnova poškozených struktur), adaptace na prostředí.
Německý vědec T. Schwann vytvořil v polovině 19. století buněčnou teorii, jejíž hlavní ustanovení naznačovala, že všechny tkáně a orgány se skládají z buněk; buňky rostlin a živočichů jsou si zásadně podobné, všechny vznikají stejným způsobem; činnost organismů je souhrnem životních činností jednotlivých buněk. Velký německý vědec R. Virchow měl velký vliv na další vývoj buněčné teorie a na nauku o buňce vůbec. Nejenže dal dohromady všechna ta četná nesourodá fakta, ale také přesvědčivě ukázal, že buňky jsou trvalou strukturou a vznikají pouze rozmnožováním.
Buněčná teorie ve své moderní interpretaci zahrnuje následující hlavní ustanovení: buňka je univerzální elementární jednotka živých věcí; buňky všech organismů jsou svou strukturou, funkcí a chemickým složením zásadně podobné; buňky se rozmnožují pouze dělením původní buňky; mnohobuněčné organismy jsou složité buněčné soubory, které tvoří integrální systémy.
Díky moderním výzkumným metodám byl odhalen dva hlavní typy buněk: komplexněji organizované, vysoce diferencované eukaryotické buňky (rostliny, živočichové a někteří prvoci, řasy, houby a lišejníky) a méně komplexně organizované prokaryotické buňky (modrozelené řasy, aktinomycety, bakterie, spirochety, mykoplazmata, rickettsie, chlamydie).
Na rozdíl od prokaryotické buňky má eukaryotická buňka jádro ohraničené dvojitou jadernou membránou a velké množství membránových organel.
POZORNOST!
Buňka je základní stavební a funkční jednotkou živých organismů, uskutečňuje růst, vývoj, metabolismus a energii, uchovává, zpracovává a realizuje genetickou informaci. Buňka je z morfologického hlediska komplexní systém biopolymerů, oddělený od vnějšího prostředí plazmatickou membránou (plasmolemma) a skládající se z jádra a cytoplazmy, ve kterých jsou umístěny organely a inkluze (granule).
Jaké typy buněk existují?
Buňky jsou rozmanité svým tvarem, strukturou, chemickým složením a povahou metabolismu.
Všechny buňky jsou homologní, tzn. mají řadu společných strukturálních rysů, na kterých závisí výkon základních funkcí. Buňky se vyznačují jednotou struktury, metabolismu (metabolismu) a chemického složení.
Současně mají různé buňky také specifické struktury. To je způsobeno jejich výkonem speciálních funkcí.
Buněčná struktura
Ultramikroskopická buněčná struktura:
1 - cytolema (plazmatická membrána); 2 - pinocytotické vezikuly; 3 - centrosom, buněčné centrum (cytocentrum); 4 - hyaloplazma; 5 - endoplazmatické retikulum: a - membrána granulárního retikula; b - ribozomy; 6 - spojení perinukleárního prostoru s dutinami endoplazmatického retikula; 7 - jádro; 8 - jaderné póry; 9 - negranulární (hladké) endoplazmatické retikulum; 10 - jadérko; 11 - vnitřní retikulární aparát (Golgiho komplex); 12 - sekreční vakuoly; 13 - mitochondrie; 14 - lipozomy; 15 - tři po sobě jdoucí stadia fagocytózy; 16 - spojení buněčné membrány (cytolema) s membránami endoplazmatického retikula.
Chemické složení buňky
Buňka obsahuje více než 100 chemických prvků, z nichž čtyři tvoří asi 98 % hmoty; jedná se o organogeny: kyslík (65–75 %), uhlík (15–18 %), vodík (8–10 %) a dusík. (1,5–3,0 %). Zbývající prvky se dělí do tří skupin: makroprvky – jejich obsah v těle přesahuje 0,01 %); mikroelementy (0,00001–0,01 %) a ultramikroelementy (méně než 0,00001).
Mezi makroprvky patří síra, fosfor, chlor, draslík, sodík, hořčík, vápník.
Mezi mikroelementy patří železo, zinek, měď, jód, fluor, hliník, měď, mangan, kobalt atd.
Mezi ultramikroprvky patří selen, vanad, křemík, nikl, lithium, stříbro a další. Přes jejich velmi nízký obsah hrají mikroelementy a ultramikroelementy velmi důležitou roli. Ovlivňují především metabolismus. Bez nich je normální fungování každé buňky a organismu jako celku nemožné.
Buňka se skládá z anorganických a organických látek. Mezi anorganickými látkami je zastoupeno největší množství vody. Relativní množství vody v buňce se pohybuje mezi 70 a 80 %. Voda je univerzální rozpouštědlo, probíhají v ní všechny biochemické reakce v buňce. Za účasti vody se provádí termoregulace. Látky, které se rozpouštějí ve vodě (soli, zásady, kyseliny, bílkoviny, sacharidy, alkoholy atd.), se nazývají hydrofilní. Hydrofobní látky (tuky a tukům podobné látky) se ve vodě nerozpouštějí. Ostatní anorganické látky (soli, kyseliny, zásady, kladné a záporné ionty) tvoří 1,0 až 1,5 %.
Z organických látek převažují bílkoviny (10–20 %), tuky nebo lipidy (1–5 %), sacharidy (0,2–2,0 %) a nukleové kyseliny (1–2 %). Obsah nízkomolekulárních látek nepřesahuje 0,5 %.
Molekula proteinu je polymer, který se skládá z velkého počtu opakujících se jednotek monomerů. Aminokyselinové proteinové monomery (je jich 20) jsou navzájem spojeny peptidovými vazbami a tvoří polypeptidový řetězec (primární struktura proteinu). Točí se do spirály a vytváří sekundární strukturu proteinu. Díky specifické prostorové orientaci polypeptidového řetězce vzniká terciární struktura proteinu, která určuje specificitu a biologickou aktivitu molekuly proteinu. Několik terciárních struktur se vzájemně kombinuje a vytváří kvartérní strukturu.
Proteiny plní základní funkce. Enzymy - biologické katalyzátory, které stotisíckrát zvyšují rychlost chemických reakcí v buňce, jsou proteiny. Proteiny, které jsou součástí všech buněčných struktur, plní plastickou (stavební) funkci. Pohyby buněk také provádějí proteiny. Zajišťují transport látek do buňky, ven z buňky a uvnitř buňky. Důležitá je ochranná funkce bílkovin (protilátek). Bílkoviny jsou jedním ze zdrojů energie Sacharidy dělíme na monosacharidy a polysacharidy. Ty jsou vytvořeny z monosacharidů, které jsou stejně jako aminokyseliny monomery. Z monosacharidů v buňce jsou nejdůležitější glukóza, fruktóza (obsahuje šest atomů uhlíku) a pentóza (pět atomů uhlíku). Pentózy jsou součástí nukleových kyselin. Monosacharidy jsou vysoce rozpustné ve vodě. Polysacharidy jsou špatně rozpustné ve vodě (glykogen v živočišných buňkách, škrob a celulóza v rostlinných buňkách) Sacharidy jsou zdrojem energie, komplexní sacharidy kombinované s bílkovinami (glykoproteiny), tuky (glykolipidy) se podílejí na tvorbě buněčných povrchů a buněk interakce.
Lipidy zahrnují tuky a tukům podobné látky. Molekuly tuku jsou vytvořeny z glycerolu a mastných kyselin. Mezi látky podobné tukům patří cholesterol, některé hormony a lecitin. Lipidy, které jsou hlavními složkami buněčných membrán, tak plní konstrukční funkci. Lipidy jsou nejdůležitějším zdrojem energie. Pokud se tedy při úplné oxidaci 1 g bílkovin nebo sacharidů uvolní 17,6 kJ energie, pak při úplné oxidaci 1 g tuku - 38,9 kJ. Lipidy provádějí termoregulaci a chrání orgány (tukové kapsle).
DNA a RNA
Nukleové kyseliny jsou polymerní molekuly tvořené nukleotidovými monomery. Nukleotid se skládá z purinové nebo pyrimidinové báze, cukru (pentózy) a zbytku kyseliny fosforečné. Ve všech buňkách jsou dva typy nukleových kyselin: deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA), které se liší složením zásad a cukrů.
Prostorová struktura nukleových kyselin:
(podle B. Albertse a kol., s modifikací) I - RNA; II - DNA; stuhy - cukr fosfátové páteře; A, C, G, T, U jsou dusíkaté báze, mřížky mezi nimi jsou vodíkové vazby.
molekula DNA
Molekula DNA se skládá ze dvou polynukleotidových řetězců stočených kolem sebe ve formě dvojité šroubovice. Dusíkaté báze obou řetězců jsou navzájem spojeny komplementárními vodíkovými vazbami. Adenin se kombinuje pouze s thyminem a cytosin - s guaninem (A - T, G - C). DNA obsahuje genetickou informaci, která určuje specificitu proteinů syntetizovaných buňkou, tedy sekvenci aminokyselin v polypeptidovém řetězci. DNA přenáší dědičností všechny vlastnosti buňky. DNA se nachází v jádře a mitochondriích.
molekula RNA
Molekula RNA je tvořena jedním polynukleotidovým řetězcem. V buňkách jsou tři typy RNA. Informační neboli messenger RNA tRNA (z anglického messenger - „prostředník“), která přenáší informace o nukleotidové sekvenci DNA do ribozomů (viz níže). Transfer RNA (tRNA), která přenáší aminokyseliny do ribozomů. Ribozomální RNA (rRNA), která se podílí na tvorbě ribozomů. RNA se nachází v jádře, ribozomech, cytoplazmě, mitochondriích a chloroplastech.
Složení nukleových kyselin.
Rozdělí všechny buňky (resp živé organismy) na dva typy: prokaryota A eukaryota. Prokaryota jsou bezjaderné buňky nebo organismy, které zahrnují viry, prokaryotické bakterie a modrozelené řasy, ve kterých se buňka skládá přímo z cytoplazmy, ve které je umístěn jeden chromozom - molekula DNA(někdy RNA).
Eukaryotické buňky mají jádro obsahující nukleoproteiny (histonový protein + komplex DNA), stejně jako další organoidy. Eukaryota zahrnují většinu moderních jednobuněčných a mnohobuněčných živých organismů známých vědě (včetně rostlin).
Struktura eukaryotických granoidů.
|
Název organoidu |
Organoidní struktura |
Funkce organoidu |
|---|---|---|
|
Cytoplazma |
Vnitřní prostředí buňky, ve kterém se nachází jádro a další organely. Má polotekutou, jemnozrnnou strukturu. |
|
|
Ribozomy |
Malé organoidy kulovitého nebo elipsoidního tvaru o průměru 15 až 30 nanometrů. |
Zajišťují proces syntézy proteinových molekul a jejich sestavení z aminokyselin. |
|
Mitochondrie |
Organely, které mají širokou škálu tvarů – od kulovitých až po vláknité. Uvnitř mitochondrií jsou záhyby od 0,2 do 0,7 µm. Vnější plášť mitochondrií má dvoumembránovou strukturu. Vnější membrána je hladká a na vnitřní jsou křížovité výrůstky s dýchacími enzymy. |
|
|
Endoplazmatické retikulum (ER) |
Systém membrán v cytoplazmě, který tvoří kanály a dutiny. Existují dva typy: granulární, který má ribozomy, a hladký. |
|
|
Plastidy(organely charakteristické pouze pro rostlinné buňky) jsou tří typů: |
Dvoumembránové organely |
|
|
Leukoplasty |
Bezbarvé plastidy, které se nacházejí v hlízách, kořenech a cibulích rostlin. |
Jsou dalším rezervoárem pro ukládání živin. |
|
Chloroplasty |
Organely jsou oválného tvaru a zelené barvy. Od cytoplazmy jsou odděleny dvěma třívrstvými membránami. Chloroplasty obsahují chlorofyl. |
Přeměňují organické látky z anorganických pomocí sluneční energie. |
|
Chromoplasty |
Organely žluté až hnědé barvy, ve kterých se hromadí karoten. |
Podporujte vzhled žlutě, oranžově a červeně zbarvených částí rostlin. |
|
Lysozomy |
Organely jsou kulatého tvaru o průměru asi 1 mikron, na povrchu mají membránu a uvnitř komplex enzymů. |
Trávicí funkce. Tráví částice živin a odstraňují odumřelé části buňky. |
|
golgiho komplex |
Může mít různé tvary. Skládá se z dutin ohraničených membránami. Z dutin vybíhají trubicovité útvary s bublinkami na koncích. |
|
|
Buněčné centrum |
Skládá se z centrosféry (hustý úsek cytoplazmy) a centrioly – dvou malých tělísek. |
Plní důležitou funkci pro dělení buněk. |
|
Buněčné inkluze |
Sacharidy, tuky a bílkoviny, které jsou nestálými složkami buňky. |
Náhradní živiny, které se používají pro fungování buněk. |
|
Organoidy pohybu |
Bičíky a řasinky (výrůstky a buňky), myofibrily (vláknité útvary) a pseudopodia (neboli pseudopodi). |
Vykonávají motorickou funkci a také zajišťují proces svalové kontrakce. |
Buněčné jádro je hlavní a nejsložitější organelou buňky, proto ji budeme uvažovat
Buňky živočichů a rostlin, mnohobuněčné i jednobuněčné, jsou v principu podobné strukturou. Rozdíly v detailech buněčné struktury jsou spojeny s jejich funkční specializací.
Hlavními prvky všech buněk jsou jádro a cytoplazma. Jádro má složitou strukturu, která se mění v různých fázích buněčného dělení nebo cyklu. Jádro nedělící se buňky zaujímá přibližně 10–20 % jejího celkového objemu. Skládá se z karyoplazmy (nukleoplazmy), jednoho nebo více jadérek (jadérek) a jaderné membrány. Karyoplazma je jaderná míza nebo karyolymfa, ve které jsou vlákna chromatinu tvořící chromozomy.
Základní vlastnosti buňky:
- metabolismus
- citlivost
- reprodukční schopnost
Buňka žije ve vnitřním prostředí těla – krvi, lymfě a tkáňovém moku. Hlavními procesy v buňce jsou oxidace a glykolýza – štěpení sacharidů bez kyslíku. Buněčná permeabilita je selektivní. Je určena reakcí na vysoké nebo nízké koncentrace soli, fago- a pinocytózou. Sekrece je tvorba a uvolňování buněk slizu podobných látek (mucin a mukoidy), které chrání před poškozením a podílejí se na tvorbě mezibuněčné látky.
Druhy pohybů buněk:
- améboidní (pseudopodi) – leukocyty a makrofágy.
- posuvné – fibroblasty
- bičíkový typ – spermie (cilia a bičíky)
Buněčné dělení:
- nepřímé (mitóza, karyokineze, meióza)
- přímá (amitóza)
Během mitózy je jaderná látka distribuována rovnoměrně mezi dceřiné buňky, protože Jaderný chromatin je koncentrován v chromozomech, které se rozdělí na dvě chromatidy, které se oddělí na dceřiné buňky.
Struktury živé buňky
Chromozomy
Povinnými prvky jádra jsou chromozomy, které mají specifickou chemickou a morfologickou strukturu. Aktivně se podílejí na metabolismu v buňce a přímo souvisí s dědičným přenosem vlastností z jedné generace na druhou. Je však třeba mít na paměti, že ačkoli dědičnost zajišťuje celá buňka jako jediný systém, zvláštní místo v tom zaujímají jaderné struktury, konkrétně chromozomy. Chromozomy, na rozdíl od buněčných organel, jsou jedinečné struktury vyznačující se konstantním kvalitativním a kvantitativním složením. Nemohou se navzájem nahradit. Nerovnováha v chromozomálním komplementu buňky nakonec vede k její smrti.
Cytoplazma
Cytoplazma buňky vykazuje velmi složitou strukturu. Zavedení technik tenkých řezů a elektronové mikroskopie umožnilo vidět jemnou strukturu základní cytoplazmy. Bylo zjištěno, že se skládá z paralelních komplexních struktur ve formě desek a tubulů, na jejichž povrchu jsou drobné granule o průměru 100–120 Å. Tyto útvary se nazývají endoplazmatický komplex. Tento komplex zahrnuje různé diferencované organely: mitochondrie, ribozomy, Golgiho aparát, v buňkách nižších živočichů a rostlin - centrosom, u živočichů - lysozomy, v rostlinách - plastidy. Kromě toho cytoplazma odhaluje řadu inkluzí, které se podílejí na metabolismu buňky: škrob, tukové kapičky, krystaly močoviny atd.
Membrána
Buňka je obklopena plazmatickou membránou (z latinského „membrána“ - kůže, film). Jeho funkce jsou velmi rozmanité, ale hlavní je ochranná: chrání vnitřní obsah buňky před vlivy vnějšího prostředí. Díky různým výrůstkům a záhybům na povrchu membrány jsou buňky mezi sebou pevně spojeny. Membrána je prostoupena speciálními proteiny, kterými se mohou pohybovat určité látky potřebné pro buňku nebo z ní odstraněné. Metabolismus tedy probíhá přes membránu. Navíc, co je velmi důležité, látky procházejí membránou selektivně, díky čemuž je v buňce zachován požadovaný soubor látek.
U rostlin je plazmatická membrána na vnější straně pokryta hustou membránou sestávající z celulózy (vlákna). Plášť plní ochranné a podpůrné funkce. Slouží jako vnější rám buňky, dává jí určitý tvar a velikost, zabraňuje nadměrnému otoku.
Jádro
Nachází se ve středu buňky a je oddělena dvouvrstvou membránou. Má kulovitý nebo protáhlý tvar. Skořápka - karyolemma - má póry nezbytné pro výměnu látek mezi jádrem a cytoplazmou. Obsah jádra je tekutý – karyoplazma, která obsahuje hustá tělíska – jadérka. Vylučují granule – ribozomy. Převážnou část jádra tvoří jaderné proteiny - nukleoproteiny, v jadérkách - ribonukleoproteiny a v karyoplazmě - deoxyribonukleoproteiny. Buňka je pokryta buněčnou membránou, která se skládá z proteinových a lipidových molekul, které mají mozaikovou strukturu. Membrána zajišťuje výměnu látek mezi buňkou a mezibuněčnou tekutinou.
EPS
Jedná se o systém tubulů a dutin, na jejichž stěnách jsou ribozomy, které zajišťují syntézu bílkovin. Ribozomy mohou být volně umístěny v cytoplazmě. Existují dva typy EPS – drsný a hladký: na hrubém EPS (neboli zrnitém) je mnoho ribozomů, které provádějí syntézu proteinů. Ribozomy dodávají membránám jejich drsný vzhled. Hladké ER membrány nenesou na svém povrchu ribozomy, obsahují enzymy pro syntézu a rozklad sacharidů a lipidů. Hladký EPS vypadá jako systém tenkých trubek a nádrží.
Ribozomy
Malá tělesa o průměru 15–20 mm. Syntetizují molekuly bílkovin a sestavují je z aminokyselin.
Mitochondrie
Jedná se o dvoumembránové organely, jejichž vnitřní membrána má výběžky - cristae. Obsah dutin je matricový. Mitochondrie obsahují velké množství lipoproteinů a enzymů. To jsou energetické stanice buňky.
Plastidy (charakteristické pouze pro rostlinné buňky!)
Jejich obsah v buňce je hlavním znakem rostlinného organismu. Existují tři hlavní typy plastidů: leukoplasty, chromoplasty a chloroplasty. Mají různé barvy. Bezbarvé leukoplasty se nacházejí v cytoplazmě buněk nezbarvených částí rostlin: stonky, kořeny, hlízy. Mnoho jich je například v hlízách brambor, ve kterých se hromadí škrobová zrna. Chromoplasty se nacházejí v cytoplazmě květů, plodů, stonků a listů. Chromoplasty poskytují rostlinám žluté, červené a oranžové barvy. Zelené chloroplasty se nacházejí v buňkách listů, stonků a dalších částech rostliny a také v různých řasách. Chloroplasty mají velikost 4-6 mikronů a často mají oválný tvar. U vyšších rostlin obsahuje jedna buňka několik desítek chloroplastů.
Zelené chloroplasty se dokážou přeměnit na chromoplasty – proto listy na podzim žloutnou a zelená rajčata, když dozrají, zčervenají. Leukoplasty se mohou přeměnit na chloroplasty (zelenání hlíz brambor na světle). Chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty jsou tedy schopny vzájemného přechodu.
Hlavní funkcí chloroplastů je fotosyntéza, tzn. V chloroplastech se na světle syntetizují organické látky z anorganických díky přeměně sluneční energie na energii molekul ATP. Chloroplasty vyšších rostlin jsou velké 5-10 mikronů a svým tvarem připomínají bikonvexní čočku. Každý chloroplast je obklopen dvojitou membránou, která je selektivně propustná. Vnější strana je hladká membrána a vnitřek má složenou strukturu. Hlavní strukturní jednotkou chloroplastu je tylakoid, plochý dvoumembránový vak, který hraje vedoucí roli v procesu fotosyntézy. Tylakoidní membrána obsahuje proteiny podobné mitochondriálním proteinům, které se účastní elektronového transportního řetězce. Tylakoidy jsou uspořádány do hromádek připomínajících hromádky mincí (10 až 150) nazývaných grana. Grana má složitou strukturu: chlorofyl se nachází ve středu, obklopený vrstvou bílkovin; pak je tu vrstva lipoidů, opět protein a chlorofyl.
golgiho komplex
Jedná se o systém dutin ohraničených od cytoplazmy membránou a může mít různé tvary. Hromadění bílkovin, tuků a sacharidů v nich. Provádění syntézy tuků a sacharidů na membránách. Tvoří lysozomy.
Hlavním konstrukčním prvkem Golgiho aparátu je membrána, která tvoří balíčky zploštělých cisteren, velkých a malých váčků. Cisterny Golgiho aparátu jsou spojeny s kanály endoplazmatického retikula. Proteiny, polysacharidy a tuky produkované na membránách endoplazmatického retikula se přenášejí do Golgiho aparátu, hromadí se v jeho strukturách a jsou „zabaleny“ ve formě látky, připravené buď k uvolnění, nebo k použití v buňce samotné během jeho život. Lysozomy se tvoří v Golgiho aparátu. Kromě toho se podílí na růstu cytoplazmatické membrány, například při dělení buněk.
Lysozomy
Tělesa oddělená od cytoplazmy jedinou membránou. Enzymy, které obsahují, urychlují rozklad složitých molekul na jednoduché: bílkoviny na aminokyseliny, složité sacharidy na jednoduché, lipidy na glycerol a mastné kyseliny a také ničí odumřelé části buňky i celé buňky. Lysozomy obsahují více než 30 druhů enzymů (bílkovinných látek, které zvyšují rychlost chemických reakcí desetinásobně a statisíckrát) schopných štěpit bílkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy, tuky a další látky. Rozklad látek pomocí enzymů se nazývá lýza, odtud název organely. Lysozomy se tvoří buď ze struktur Golgiho komplexu, nebo z endoplazmatického retikula. Jednou z hlavních funkcí lysozomů je účast na intracelulárním trávení živin. Kromě toho mohou lysozomy zničit struktury samotné buňky při její smrti, během embryonálního vývoje a v řadě dalších případů.
Vakuoly
Jsou to dutiny v cytoplazmě vyplněné buněčnou mízou, místo akumulace rezervních živin a škodlivých látek; regulují obsah vody v buňce.
Buněčné centrum
Skládá se ze dvou malých tělísek – centrioly a centrosféry – kompaktního úseku cytoplazmy. Hraje důležitou roli při dělení buněk
Organely pohybu buněk
- Bičíky a řasinky, což jsou buněčné výrůstky a mají stejnou strukturu u zvířat a rostlin
- Myofibrily jsou tenká vlákna delší než 1 cm o průměru 1 mikron, umístěná ve svazcích podél svalového vlákna
- Pseudopodie (plní funkci pohybu, díky nim dochází ke svalové kontrakci)
Podobnosti mezi rostlinnými a živočišnými buňkami
Mezi vlastnosti rostlinných a živočišných buněk, které jsou podobné, patří následující:
- Podobná struktura systému struktury, tzn. přítomnost jádra a cytoplazmy.
- Metabolický proces látek a energie je v principu podobný.
- Živočišné i rostlinné buňky mají membránovou strukturu.
- Chemické složení buněk je velmi podobné.
- Rostlinné a živočišné buňky procházejí podobným procesem buněčného dělení.
- Rostlinné a živočišné buňky mají stejný princip přenosu kódu dědičnosti.
Významné rozdíly mezi rostlinnými a živočišnými buňkami
Kromě obecných rysů struktury a životně důležité činnosti rostlinných a živočišných buněk existují také zvláštní charakteristické rysy každé z nich.
Můžeme tedy říci, že rostlinné a živočišné buňky jsou si navzájem podobné v obsahu některých důležitých prvků a některých životně důležitých procesů a mají také významné rozdíly ve struktuře a metabolických procesech.
