Buňka – Prokaryotická, Eukaryotická

Buňka – Prokaryotická, Eukaryotická

(A) Definice, historie, zkoumání
(B) Prokaryotická buňka
(C) Eukaryotická buňka

A) Definice, historie, zkoumání

Buňka je základní stavební jednotkou pozemské formy života. Probíhají v ní všechny děje, které jsou charakteristické jako základní projevy života (metabolismus, replikace, autoorganizace).

Nauka o buňce se nazývá buněčná biologie = cytologie a zabývá se tvary, strukturou a životními projevy buněk.

Buňku objevil v roce 1668 anglický přírodovědec Hooke v korku.
Mezi zakladatele buněčné biologie počítáme Schleidena, Schwana, Purkyně. Schleiden označil buňku za základní jednotku rostlin, Schwan v ní vidí i základ živočichů.

Další vědci, kteří přispěli k novým poznatkům o buňkách:

– Morgan – chromozómy

– Mečnikov – fagocytóza

– Vejdovský – centrozom

– Watson, Crick, Wilkins – DNA

Podle základního rozdělení rozeznáváme tři základní typy organismů – viry, prokaryota a eukaryota.

B) Prokaryotická buňka

Prokaryotické buňky najdeme u bakterií a sinic. Tyto buňky jsou menší a jednodušší než buňky eukaryotické.
Složení prokaryotické buňky:

– cytosol: vodná fáze uvnitř buňky.

– plasmatická membrána: jediná biomembrána prokaryotických buněk. Zajišťuje stálost vnitřního prostředí buňky.

– tylakoidy: vznikají vchlípením nebo odškrcením plasmatické membr. do nitra buňky. Jsou u fotosyntetizujících bakterií a sinic. Plní fotosyntetickou funkci. Nahrazují funkci pravých plastidů.

– mesozom: u bakterií, jež se živí organickými látkami a neprovádějí fotosyntézu. Vzniká vchlípením plasmatické membrány.

– buněčná stěna: má jí většina bakterií (kromě mykoplasmat). Většinou je z peptidoglykanu – polysacharidu. Je-li dostatečně silná, barví se pomocí Gramova barvení = grampozitivní bakterie.

– pouzdro: nad buněčnou stěnou, různé chemické složení. Nejčastěji bílkovina nebo polysacharid. Např. slizový obal u sinic.

– nukleotid: DNA u prokaryotické buňky je volně v cytosolu. Má povahu dvojšroubovice spojené v kruh = kruhová dvojšroubovice. Genetická sada je haploidní.

– plazmidy: mají některé bakterie. Obsahují doplňkovou genetickou informaci. Plazmid může buňka ztratit i získat – jsou schopné pronikat do jiných buněk = konjugativní plazmidy - = konjugace.

– ribozomy jsou volné nebo přisedlé k vnitřní straně plazmatické membrány. Probíhá v nich syntéza bílkovin. Jejich počet závisí na metabolické aktivitě. Skládají se ze 2 podjednotek.a obsahují RNA a různé bílkoviny.

– inkluze: např. zrníčka glykogenu. Slouží jako zásobárna uhlíku a energie.

– bičíky: umožňují bakteriím pohyb, bývají delší a pohyblivé.

– fymbrie: nepohyblivé, bílkovinná vlákna.

– endospóry: mohou je vytvářet některé buňky, slouží k adaptaci, buňka s endospórou = klostridie.

C) Eukaryotická buňka

– Mezi eukaryota patří příslušníci tří říší – rostlin, živočichů, hub.

– Na rozdíl od živočišné buňky obsahuje rostlinná buňka buněčnou stěna, plastidy a vakuoly, buňka hub buněčnou stěnu, vakuoly a lysosomy.

– Eukaryotické buňky mají svůj vnitřní prostor členěn biomembránami na různé oddíly – kompartmenty. Tímto členěním se hlavně liší od buněk prokaryotických.

Biomembrány: základní; jaderné a biomembrány organel.

– Vše živé uvnitř buňky se nazývá protoplasma (Purkyně), která se dělí:

a) karyoplasma

b) plasma organel + cytoplasma.
Při tom organely mohou být:
a) membránové
b) bez membrány

– Buňky jednobuněčných eukaryot během evoluce pozměnily své organely, napodobují u nich funkci některých orgánů (potravní vakuoly u žahavců).

– Vznik mnohobuněčnosti umožnil diferenciaci buněk v rámci jednoho organismu.

Funkce jednotlivých částí buňky:
(a) BUNĚČNÝ POVRCH

– Chrání buňku od okolí, umožňuje přenos látek do buňky. U mnohobuněčných zajišťuje soudržnost s okolními buňkami. Je tvořen plasmatickou membránou a u některých typů i buněčnou stěnou.

(b) PLASMATICKÁ MEMBRÁNA

– Její základní fcí je přenos látek a informací mezi buňkou a okolím. Pokud b. nemá buněčnou stěnu, zpevňuje membránu vrstva glykokalyx. Jsou v ní receptory pro příjem informací. Bez buněčné stěny se mohou na povrchu buňky vytvářet také různé mikroklky a panožky. Mohou tam být vytvářeny také kanálky, které umožňují průchod jen některým látkám – sodíkové, vápníkové (nervový vzruch).

– Funkce: Působí jako selektivní bariéra = reguluje přenos mezi buňkou a okolím. Různé mechanizmy – pasivní transport:

– koncentrační spád = koncentrace v roztoku nějaké látky se mění z vysoké na nízkou

– difúze = fyz. mechanismus, molekuly z místa kde je jich mnoho do místa kde je jich málo; ox.uhličitý, kyslík....

– osmóza = průchod vody; prostupuje k místům s vyšší koncentrací látek

– izotonické prostředí – vyrovnaná konc., nedochází k přesunům

– hypertonické prostředí – vyšší konc.venku, voda se přesouvá z buňky do vnějšího prostředí.

– hypotonické prostředí - opačně; voda do buňky, zvyšuje se nitrobuněčný tlak - turgor, buňka může i prasknout – plasmolýza (u červ. krvinek = hemolýza), aktivní transport ….viz bio11

(c) BUNĚČNÁ STĚNA

– U rostlinných b. – z celulózy + pektinů; u buněk hub – z chitinu. Buněčná stěna zpevňuje buňku. K tomu napomáhá inkrustace – ukládání anorg. látek a impregnace – ukládání org. látek.
o Inkrustace: ukládání Ca, Si; zvyšuje se tvrdost a odolnost buněčné stěny
o Impregnace: lignin – dřevo; vosk – kutinizace

(d) CYTOSOL

– Vodná fáze, rozpuštěné enzymy. Zajišťuje rozvod látek po buňce. Probíhá zde glykolýza = proces získávání energie. Výtěžek glykolýzy jsou 2 ATP vazby.

– Zjednodušený princip glykolýzy:

– je třeba 2 ATP; dojde k vzniku 2 molekul pyruvátu z glukózy. Získá se 4 ATP, 2 se ale spotřebují. Pyruvát se může dále využít v Krebsově cyklu v mitochondriích v rámci aerobního dýchání. Přeměna pyruvátu na alkohol = alkoholové kvašení (fermentace).

(e) BUNĚČNÉ JÁDRO

– Většinou je v buňce jedno, mohou být ale i dvě (v játrech), nebo víc. Zcela vyjímečně buňka jádro nemá – červená krvinka.

– Povrch jádra tvoří dvojitá membrána, vnější přechází v endoplasm. retikulum. Obsahuje volně průchodné póry.
- Chromatin - část hmoty jádra, která obsahuje DNA, RNA, bílkoviny.

– Uvnitř jádra je i jaderný skelet a jaderné inkluze.

– Jádro řídí činnost buňky a nese dědičnou informaci.

– Jadérko

– bývá uvnitř jádra, může být jedno ale i několik set (slinné žlázy hmyzu). Nemá vlastní

– membránu. Mizí během bun. dělení a po jeho skončení se znovu objevuje.

– Organizátor jadérka – místo na chromozómu, v interfázi tam dochází k syntéze RNA

– Jadérka rozdělujeme:

– velká kompaktní

– prstenčitá

– malá kompaktní

– rozdělují se podle intenzity proteosyntézy v buňce = podle morfologie jadérka.

– Morfologie jadérka slouží jako prognóza u nádorových onemocnění

(f) RIBOZOMY

– Na rozdíl od prokaryot jsou zde ribozomy dvojího (nebo u rostlin trojího) typu:

– cytoplazmatické

– mitochondriové

– chloroplastové – u rost.

– Skládají se ze dvou nestejných podjednotek Jsou oddělené až do okamžiku, kdy je zahájena proteosyntéza.

(g) ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM

– Soustava váčků a kanálků. Silně rozvinuto v sekrečních buňkách, chybí např. v červených krv. Dělí se na:

– drsné – z vnější strany membrán uchyceny ribozómy; probíhá zde syntéza bílkovin = proteosyntéza

– hladké – syntéza lipidů a cukrů. Detoxizace jedovatých látek z potravy. Ve svalovém vláknu uvolňuje ionty Ca – způsobují svalový stah – křeč

– Navazuje na jadernou membránu a zajišťuje syntézní a dopravní funkce (od jádra k povrchu)

(h) GOLGIHO KOMPLEX
= Golgiho aparát. Soustava váčků a kanálků.

– Postsyntetizace bílkovin – z endopl. ret. se odškrtí ribozomy do Golg. kompl., kde se na ně navážou nebílkovinné složky (hormony).

– Také zde probíhá syntéza polysacharidů. Když váčky prasknou – lize buňky

(i) LYSOSOMY

– Vznikají většinou oddělením váčků z Golg. kompl. Kulovité váčky jsou naplněné enzymy.Zajišťují nitrobuněčné trávení.

– Obsah lysosomů i mimo buňku – trávení okolní tkáně. Po smrti buňky – podílí se na jejím rozkladu = autolýza.

– U rostlin nejsou a jejich fci přejímají vakuoly.
Podle funkce je můžeme dělit:

– primární – zatím nic netráví

– sekundární – rozkládají

– terciární – zbytky po trávení

(j) MIKROTĚLÍSKA
= cytozomy; vznikají v membránách endoplazm. retikula a Golg. komplexu odškrcením. Obsahují enzymy:

– peroxizomy – obsahují oxidázy a katalázy (odbourání alkoholu v játrech)

– glyoxyzomy – enzymy na přeměnu tuků a cukrů (semena olejnatých rostlin)

– sferozomy – vznikají tukové kapky

– multivezikuly – v různých sekrečních žlázách

(k) MITOCHONDRIE

– Obvykle podlouhlý tvar, v buňce jich je na několik set. Na místech, kde je třeba energii – blízko hrubého endoplazmatického retikula (syntéza bílkovin).

– Jsou dýchacím a energetickým centrem buňky, probíhá v nich syntéza ATP.

– Předpokládáme, že během evoluce vznikly ze symbiotických bakterií.

– Jsou uzavřeny obalem – ze dvou membrán. Vnitřní prostor – matrix. Vnitřní membrána se různě vychlipuje, tvoří kristy.

– Mají vlastní DNA – tzv mitochondriální genom. Nejsou ve spermiích, jsou ve vajíčku – dědíme je od matky- všichni lidé na Zemi je mají od jediné ženy = ”mitochondrální Eva”.

(l) PLASTIDY

– Vyskytují se pouze v rostl. buňkách. Mají obal ze dvou membrán, vlastní DNA a vlastní ribozomy. Předpokládáme, že vznikly během evoluce ze symbiotických sinic.

– V buňkách dělivých pletiv jsou proplastidy, z nichž vznikají jednotlivé typy plastidů:

– leukoplasty – bezbarvé

– chromoplasty – karoteny a xantofyly; žluté a červené; fotosynteticky neaktivní

– chloroplasty – fotosynt. aktivní; zelené; v buňkách zelených rostlin

– rodoplasty – červené, červený fykoerytrin a modrý fykokyan; u červených řas

– feoplasty – hnědé; fukoxantin; hnědé řasy

– Chloroplasty: dvojitá membrána, vnitřní prostor – matrix. V tylakoidech další, vnitřní oddíl – kompartment.

– Mají vlastní genetickou informaci – plastidový genom. Spolu s mitochondriemi tvoří tzv. semiautonomní organely.

– Tylakoidy – odchlípením a odškrcením vn. membr. Skládají se nad sebe – grana.

(m) CYTOSKELET

– Je prostorová síť bílkovinných vláknitých struktur v cytoplazmě. Je to jediný systém, který je schopen přeměnit energii chemickou v energii kinetickou, a tím umožňovat pohyb buňky i jejích organel. Je také oporou buňky.

Je tvořen:

– mikrofilamenty: jemnými vlákny, které obsahují hlavně bílkovinu aktin. Jsou orientována – leží souběžně s povrchem, upínají se na plasm. membr. Jsou také v dělícím vřeténku. Způsobují změnu tvaru buňky.

– intermediární filamenty: přechodná vlákna, tvořená bílkovinami, složení je různé, fungují jako nitrobuněčná kostra.

– mikrotubuly: trubicová vlákna, nacházející se při povrchu, regulují proudění cytoplasmy. Tvoří dělící vřeténko, jsou součástí centriolu, bičíků a řasinek. Jsou tvořeny bílkovinou tubulinem, vyskytuje se ve zdvojené podobě.
Cytoskelet tvoří speciální struktury – bičíky, řasinky, centrioly.
Zajišťují pohyb:

– pohyb améboidní = pomocí panožek
Do panožek se vlévá cytoplazma, přichycují se pomocí interm. filament k podkladu. Někdy se panožka přichytí tak pevně, až se odtrhne.
Prvoci; bílé krvinky.

– pohyb svalový = pomocí myofibril
Většinu svalového vlákna tvoří myofibrily. Jsou tvořeny aktinem a myozinem. Myofibrily se v přítomnosti ATP stahují tak, že se v každém úseku zvaném sarkomera zasouvají tenká vlákna aktinu do silnějších myozinových. Stah nastává vlivem nervového signálu – uvolnění vápenatých iontů z endoplasm. retikula.

(n) CENTROZOM

– Je okrsek cytoplazmy v těsné blízkosti jádra. Obsahuje centrioly – v živoč. buňkách dva. V buňkách vyšších rostlin centrozom není. Počet centriolů odpovídá počtu sad chromozómů:

– u diploidních dva

– u haploidních jeden

– polyploidních mnoho.

– Když se buňka dělí, centriol se dělí také – je to autoreproduktivní částice. Při dělení jádra se přemisťuje k pólům dělícího vřeténka a stává se součástí dceřinné buňky.

– V centriolu je 9 dvojic mikrotubulů uspořádaných do kruhu.

(o) ŘASINKY A BIČÍKY

– Podílejí se na pohybu buňky a na transportu látek z okolí. Strukturně jsou podobné, bičíky se ale mohou pohybovat samostatně; řasinky jsou kratší a pohybují se společně.

– Struktura:

– dvojice centrálních mikrotubulů

– 9 dvojic obvodových mikrotubulů

– Mikrotubuly vznikají z centriolů.

– Pohyb je zajišťován mikrotubuly – různě se posouvají a sklouzávají. Naklánění řasinky, kmitání bičíku.
(p) INKLUZE

– jsou látky, které se v buňce hromadí. Mohou to být látky:

– zásobní

– odpadní

– strukturní

– Mohou být v cytosolu i organelách.

– Slouží jako metabolické rezervy – u rostlin např. sacharidy ve vakuole, nebo škroby; u živočichů glykogen.

– Mohou to být kapičky i krystalky nebo barviva.

(q) VAKUOLY

– Jsou charakteristické pro rostl. buňky. V živočišných buňkách jsou vzácné a drobné (buňka páteře). U prvoků jsou specializované trávicí a potravní vakuoly.

– Soubor vakuol = vakuom. Membrána oddělující vakuolu od ostatní buňky = tonoplast.

– Obsahují různé látky rozpuštěné ve vodě, enzymy i krystalky. Obsah = buněčná šťáva. U rostlin dokáže nahradit fci lysozomů. Když vakuola vykrystalizuje, stane se z ní inkluze.

Chemické složení eukaryotické buňky

– biohmota – cukry, tuky, bílkoviny, nukleové kyseliny, voda, roztoky prvků

(r) CUKRY

– rostlinné buňky – vytvoří si je fotosyntézou

– živočišné je musí přijímat v potravě.

– Jsou hlavním zdrojem energie při nadbytku – mění se v tuk – i fce zás. látek. Také fce stavební (celulóza).

– Monosacharidy – glukóza, fruktóza – okamžitý zdroj energie

– Disacharidy – sacharóza

– Polysacharidy – škroby

(s) TUKY

– dotvářejí se v hladkém end. retikulu. Dlouhodobá zásoba energie; termoregulace; stavební složka membrán. Hormony, vitamíny, barviva.

(t) BÍLKOVINY

– Stavební jednotky aminokyselin. Přenos genetické informace – v proteosyntéze. Tvoří stavební látku plazmy, vytváří cytoskelet.

– Fibrilární – vláknité

– Globulární

– Tvoří enzymy, vitamíny, v nouzi mohou rozkladem nahradit i cukry a tuky.

(u) NUKLEOVÉ KYSELINY

– Nositelky dědičných informací. DNA, RNA.
(v) PRVKY
Biogenní prvky:

– makrobiogenní – C, O, H, N, P,

– mikrobiogenní (stopové) – Si, Cu, Zn.