Buňka

Buňka jako základ živých buněčných organismů
· buňka je nejjednodušší, nejmenší známý útvar schopný všech životních projevů
· má všechny složky, potřebné k samostatnému životu
-  metabolický aparát (soubor enzymů, přeměňujících živiny na energii a stavebné hmotu)
-  ohraničenost (od okolí ji odděluje plazmatická membrána, uchovávající vnitřní prostředí buňky a komunikující s okolím)
-  přítomnost DNA a aparátu syntézy bílkovin, které jsou podstatné pro růst buňky a její dělení
· jednobuněčné organismy rostou a rozmnožují se, u mnohobuněčných je růst diferenciovaných buněk zastaven, pouze se obnovují jejich složky
 
Chemické složení buňky
· makrobiogenní prvky: mají v buňce vysoký obsah, patří sem H, O, C, N, P a S a volné kationty obsažené v protoplazmě (K+, Na+, Cl-, Mg2+), ionty Ca2+ jsou obvykle vázány na organické sloučeniny nebo v nerozpustných solích, Fe pak v komplexech organických sloučenin
· oligobiogenní prvky: patří sem mnohé těžké kovy – Zn (proteiny s enzymatickou aktivitou), Mn (přenos elektronů při fotosyntéze), Co (součást vitaminu B12), Mo, Se (v bakteriích) a B (nezbytný pro růst rostlin)
· mikrobiogenní prvky: v buňce je jich obsaženo velmi malé množství
· voda: tvoří většinu hmoty buňky a je na ní závislý život, protože většina chemických dějů v buňce probíhajících je závislá na vodném prostředí
· anorganické ionty: nejvíce buňka hromadí kationty K+, v nižší koncentraci pak Na+, Mg2+ a Cl-, ve velmi  nízké koncentraci volné ionty Ca2+, na stabilizaci pH se pak podílí fosfáty (HPO42- a H2PO4-) a bikarbonáty (hydrogenuhličitany)
· osmotický tlak: uplatňuje se u polopropustných biomembrán, kdy přes membránu prochází rozpouštědlo (voda) a anorganické a občas nízkomolekulární organické látky zůstávají uvnitř buňky a tvoří osmotický tlak (ten vzniká vyrovnáváním koncentrací uvnitř a vně buňky, voda je nasávána do koncentrovanějšího prostředí)
· nerozpustné anorganické látky: nejčastěji v opěrných strukturách (schránky, skelety apod.), patří sem např. Ca3PO4, CaCO3 nebo hydratovaný SiO2
· z organických látek se v buňkách vyskytují sacharidy v různých podobách, aminokyseliny a jejich deriváty, alkaloidy (dusíkaté sloučeniny vzniklé z aminokyselin, pro živočichy toxické, vyskytují se v rostlinách, např. nikotinamidm který je součástí koenzymů NAD a NADP), dále peptidy, resp. proteiny, nukleotidy (složky nukleových kyselin), izoprenoidy (v rostlinách) a  lipidy (fosfolipidy v membránách, tuky)
· sacharidy mají funkci stavební, zásobní, zdroj energie
· bílkoviny mají nejrůznější funkce, hlavně to jsou katalyzátory (enzymy) a hormony (řízení organismu), transportéry látek (průnik přes membránu) a stavební význam
· aminokyseliny jsou esenciální pro tvorbu bílkovin
· lipidy jsou stavební a zásobní látkou, zdroj energie a tepelná a mechanická izolace
· nukleové kyseliny jsou lineární polymery, jsou nositelem genetické informace
 
Struktura buňky
· buňky podle struktury dělíme na prokaryotické a eukaryotické
· prokaryotní typ buňky najdeme u bakterií a archae, eukaryotický u ostatních organismů (jedno i mnohobuněčných)
 
Prokaryotní buňka
· netvoří tkáně, vyskytují se pouze samostatně, někdy však jeví sklony ke sdružování, která je však jen nápodobou mnohobuněčnosti (kolonie)
· její rozměry jsou o řád menší, než rozměry eukaryotních buněk (1-10 μm)
· buňka je rozlišena na jádro, cytoplazmatickou membránu a cytoplazmu, přičemž jádro není membránově odděleno od cytoplazmy a nedělí se mitoticky, označuje se též jako nukleoid
· jádro se skládá z jedné dvouřetězcové molekuly DNA (dsDNA), která je kružnicovitá a tvoří jediný prokaryotní chromozóm
· při replikaci se kopíruje z jednoho místa na obě strany až do té doby, než se centra replikace nakonec spojí
· buněčná stěna je tvořena peptidoglykanem (mureinem) nebo pseudopeptidoglykanem (pseudomureinem), drží buňku, v níž je tlak, pohromadě a zároveň umožňuje průchod látek (propustnost reguluje cytoplazmatická membrána, semipermeabilní)
· dále může bát buňka chráněna také tzv. kapsulou (pouzdro, často slizové)
· v cytoplazmě se nacházejí ribozomy, granulovité útvary tvořené strukturami RNA (velká podjednotka obsahuje 2 rRNA, malá 1 rRNA)
· v cytoplazmě se nachází odpadní i zásobní látky (glykogen), u fototrofních bakterií bakteriochlorofyl
· dále se tu může vyskytovat plazmid (útvar tvořený DNA nesoucí doplňující genetické informace), který může přecházet do jiných bakterií (přenos imunity vůči antibiotikům)
· u bakterií mRNA, tRNA i rRNA neobsahují introny a proteosyntéza začíná formylmethioninem (iniciační triplet AUG, jako u eukaryot, nicméně kóduje jinou kyselinu)
· u archae tRNA a rRNA introny mají, proto může transkripce a translace probíhat zároveň, proteosyntéza tu začíná methioninem, jako u eukaryot
· mohou být vyztuženy mikrotubulárními strukturami cytoskeletu
· někdy se v buňce vyskytuje také mezozom (vchlípenina membrány)
· k pohybu slouží jednoduchý prokaryotní bičík nebo příchytná vlákna
· dělí se prostým buněčným dělením
 
Eukaryotní buňka
· buňka říše eukarya, tvoří mnohobuněčné i jednobuněčné útvary (prvoci)
· je uzpůsobena k diferenciaci a tak tvorbě specializovaných mnohobuněčných tkání
· velikost obvykle odpovídá 10-100 μm
· je obecně rozdělena na cytoplazmatickou membránu, jádro a cytoplazmu, v níž se nachází organely a ribozomy
· dělí se mitoticky a meioticky
· cytoplazmatická membrána
-  je tvořena dvouvrstvou fosfolipidů (lipofilní částí otočeny k sobě, hydrofilní vně)
-  skrz ni prochází transmembránové proteiny (transport živin), ne vždy prochází skrz
-  sacharidové molekuly zajišťují informace, komunikaci s okolím, identifikaci buněk
-  membrána je semipermeabilní (propouští jen některé látky – regulace)
-  membrány tvoří také různé odškrcené váčky zvané cisterny, které si udržují odlišné složení od svého okolí (jako cisterna se dá označit i membránový útvar ER)
-  membrány jednotlivých buněk mohou být propojeny – proteiny kadheriny spojují buňky toho samého typu, integriny se vnějšími konci váží na molekuly mezibuněčné hmoty, vodivé spoje jsou tvořny jakýmisi trubičkami (konexony) tvořenými proteiny konexiny (tak je propojeno např. srdce – reaguje jako jeden celek)
-  podobnou funkci mají u rostlinných buněk plasmodesmy
· buněčná stěna
-  je dobře propustná, chrání před tlakem a jinými vlivy - mechanicky
-  u rostlin z celulózy, u hub z chitinu
-  u živočichů buněčná stěna neexistuje, nahrazuje ji mezibuněčná hmota
-  mezibuněčná hmota je tvořena proteiny, hlavně kolagenem a proteoglykany
· cytoplazma
-  vnitřní hmota buňky, cytosol + organely
· jádro
-  na povrchu je dvojitá vrstva karyoplazmatické membrány, přerušovaná póry, které propouští určité látky
-  chromozomy jsou viditelné pouze těsně před mitózou, jinak se nachází v karyoplazmě v nesformované podobě neaktivní DNA, chromatinu (euchromatin – nebarvitelný, heterochromatin – barvitelný, hustší)
-  chromatin je obecně shluk dsDNA, histonů a proteinů nehistonové povahy
-  v jádře se nachází nukleolus, který produkuje ribozomy, ty jsou pak pouze vně jaderné membrány, nikoli uvnitř
· chromozomy
-  jsou tvořeny DNA a proteiny, shlukují se do zřetelných struktur pouze před mitózou nebo meiózou
-  jádro eukaryotické buňky obsahuje větší počet chromozomů (23 u haploidních organismů, 46 u diploidních)
-  DNA chromozomu je lineární, má tedy dva konce
-  vlákno DNA je navázáno na zásadité proteiny (tzv. histony), vzniklé komplexy DNA omotané kolem histonů jsou nukleozomy
-  na každém nukleozomu jsou asi 2 závity, jeho průměr je 7 nm
-  histony jsou pak svinuty do vyšší šroubovice – solenoidu (cívky)
-  solenoidy pak tvoří smyčky kolem nehistonových proteinů
-  zformovaný chromozom se skládá ze dvou telomer a jedné centromery, na niž se při dělení upíná dělící vřeténko
· ribozomy
-  proteinové struktury s RNA, která napomáhá řízení translace
-  vznikají v jadérku a pak se nachází v cytoplazmě nebo přisedlé na hrubém endoplazmatickém retikulu
-  translace eukaryotních buněk začíná aminokyselinou methioninem
· membránové organely
-  jsou tvořeny membránou, nejčastěji tvořenou podobným způsobem, jako cytoplazmatická membrána
-  organely sekreční dráhy jsou tvořeny membránou vlastní buňky (endoplazmatické retikulum, golgiho komplex)
-  semiautonomní organely vznikly symbiózou (chloroplast, resp. plastid, mitochondrie)
· endoplazmatické retikulum (sekreční dráha)
-  je přisedlé na jádře, jedná se o jakýsi systém kanálků
-  zvenčí jsou na něm nalepeny ribozomy a endoplazmatické retikulum je řídí tak, aby vyráběly určité proteiny
-  v hrubém endoplazmatickém retikulu jsou syntetizovány proteiny, v hladkém někdy tuky
-  nemají ho všechny buňky
-  jeho funkce je syntetizovat proteiny nebo třídit proteiny vzniklé v cytoplazmě a ve formě vesikulů je přeposílat ke golgiho komplexu
· golgiho aparát (sekreční dráha)
-  funkčně i prostorově často navazuje na ER, je tvořen jedním nebo dvěma diktyozomy (skupiny několika plochých cisteren)
-  nikdy nenesou ribozomy
-  proteiny z ER se tu dokončují, přidávají se jim funkční skupiny apod.
-  vesikuly přichází do Golgiho aparátu a odchází buď směrem k membráně buňky a nebo se vrací zpět ke středu buňky v podobě lysosomů
· membránové váčky - vesikuly (sekreční dráha)
-  lysosomy obsahují hydrolytické enzymy, jsou součástí buněčného trávení
-  splýváním lysosomů v rostlinných buňkách vznikají vakuoly (jsou obaleny tzv. tonoplastem)
-  vakuoly  mnohdy zabírají většinu prostoru buňky (např. pulzující vakuola apod.)
-  v peroxizomu probíhají některé oxidační děje (vznik peroxidu vodíku z kyslíku)
-  sekreční váčky jsou přechodné útvary, určené k tomu, aby tzv. exocytózou (splynutí s cytoplazmatickou membránou) vylily svůj obsah mimo buňku
-  endoxytické váčky neboli endozomy naopak vznikají odškrcením cytoplazmatické membrány, jejich další funkce je různá
· mitochondrie
-  v buňce jich může být až několik set
-  semiautonomní membránová struktura, obsahující spoustu záhybů (krist)
-  kristy jsou kryty granulemi, obsahujícími oxidativně fosforylační enzymy, pomocí nichž mitochondrie z kyslíku a živin utváří oxidativní fosforylací energii
-  energii vytváří v podobě ATP tzv. oxidativní fosforylací (složitý děj tvorby ATP za spotřeby kyslíku)
-  každá mitochondrie má svou vlastní DNA, která je sice krátká, ale může jich být více, stejně tak jako vlastní ribozomy, syntetizující proteiny potřebné pro mitochondrii
-  původně byla mitochondrie samostatná buňka, endosymbiózou se stala součástí eukaryotní buňky
-  uvnitř se nachází hmota matrix, obsahující enzymy aerobních metabolických drah
· chloroplast
-  jedná se o fotosyntetizující plastid
-  je tvořen váčky, thylakoidy, které obsahují fotosynteticky aktivní barviva (chlorofyl různých typů, karotenoidy apod.)
-  má dvojitou membránou, vznikl totiž dvojitou endosymbiózou
-  vyskytuje se hlavně u rostlin, některých prvoků a chromist
-  má svou vlastní cyklickou DNA
-  vnitřní hmota se nazývá stroma, obsahující enzymy podporující syntézu cukrů
· cytoskelet
-  síť mikrotubulů a mikrofilament, která jednak tvoří kostru a oporu buňky a jednak může napomáhat svým přeskupováním pohybu buňky
-  slouží také k transportu vesikul a vakuol – „koleje“ po nichž se přesouvají tyto struktury a často také informace
-  mikrotubuly a mikrofilamenty jsou tvořeny molekulami aktinu a tubulinu – jsou to dynamické útvary, které na plus konci narůstají a minus konci ubývají
-  kulovité molekuly těchto proteinů jsou vázány nekovalentně a vážou též ATP a GTP, které při uvolnění vazby vypouští do prostoru v podobě ADP a GDP a pak je opět při vzniku vazby navazuje
-  intermediární mikrofilamenty: jsou tvořeny protáhlými dimery proteinů, které se k sobě přikládají svými konci a tak tvoří dlouhá vlákna, jeden mikrofilament je tvořen 16 paralelními vlákny
· pohybové organely
-  řasinky: slouží k pohánění hlenu okolo buňky, mohou ji i posouvat
-  bičíky: eukaryotický bičík je složitější než prokaryotický, je tvořen složitým systémem mikrotubulů
-  brvy: shluky menších bičíků
 
 
Průnik látek biomembránami
· nespecifický
-  látky, či ionty, prochází přímo lipidovou dvouvrstvou
-  pronikají tak nepolární látky (kyslík, oxid uhličitý) nebo málo polární látky (ethanol, mastné kyseliny, některé hormony) nebo polární látky s malou molekulou (voda, močovina)
· specifický
-  pře proteinový přenašeč (transmembránový protein)
-  pasivní: po koncentračním (elektrochemickém) spádu (sodík dovnitř, draslík ven)
-  primární aktivní transport: přenášená látka jde proti směru koncentračního spádu, zprostředkováno změnou tvaru proteinu, spotřebovává se ATP (např. sodnodraselná pumpa využívá ATP na přenos 3 Na+ z buňky a 2 K+ dovnitř buňky)
-  sekundární aktivní transport: využívá koncentračního spádu iontů (např. sodný kationt se dostane dovnitř, uvolní se energie a ta se použije na vstup glukózy do buňky – jakoby se sveze spolu se sodíkem)
· informace se do buňky přenáší systémem receptorů – na receptor se naváže ligand (často hormon), receptor převede signál dovnitř buňky pomocí 2. posla nebo samotný ligand vstupuje do buňky a přenáší informaci do centra
 
Buněčný cyklus
· období jedné generace buňky, od konce jednoho dělení po konec dělení druhého
· G1 fáze: postmitotická
-  reparace, syntéza bílkovin (období růstu, tvorby organel apod.)
-  součástí je G0 fáze, klidová, v niž zůstávají nervové buňky (nerostou a nedělí se)
-  obsahuje také kontrolní bod, který v případě nedostatečné vyvinutosti buňky zastaví její vstup do S fáze
-  v této fázi je v buňce 46 jednochromatidových chromozomů (člověk)
· S fáze: syntetická
-  dochází k replikaci DNA, k přípravě na dělení
-  dojde ke zdvojení chromatid chromozomů – u člověka tedy 46 dvojchromatidových chromozomů
· G2 fáze
-  příprava na mitózu, syntéza proteinů a dalších struktur, potřebných při mitóze
· M fáze: mitotická
-  buněčné dělení
· G1, S a G2 fáze se nazývají souhrnně interfáze – nedochází tu k dělení buňky, jen k přípravě

Rozmnožování buněk
· dělením vznikají dceřinné buňky shodné s buňkou mateřskou
· při dělení se tlumí činnost buňky
· prokaryotní buňka
-  replikace DNA
-  buněčné pučení – rozdělení buňky na dvě dceřiné
· eukaryotní buňka
-  nejprve karyokineze (dělení jádra), pak cytokineze (dělení buňky)
-  buňky se dělí mitózou nebo meiózou
-  mitóza: dělení nepřímé – pomocí mitotického aparátu (centriola, dělící vřeténko)
•  profáze: kondenzace chromozomů, zánik jaderné membrány
•  metafáze: chromozomy se řadí v ekvatoriální rovině, tvorba dělícího vřeténka, na něž se upínají chromozomy, následuje podélné rozštěpení centromer a vznik dceřiných chromozomů (jednochromatidových)
•  anafáze: přibližování k centriolám (vlákna vřeténka se zkracují)
•  telofáze: zánik dělícího vřeténka, vznik jaderné membrány a jádra ze shluku chromozomů, uprostřed buňky se utvoří cytoplazmatická přepážka a buňky se oddělí
•  vzniklé buňky mají obě dvě sady jednochromatidových chromozomů
-  meióza: redukční dělení, skládá se ze dvou dělení
•  první dělení (meióza I)
-  profáze I.: kondenzace chromozomů, zánik jaderné membrány, zároveň se homologní chromozomy (stejné) řadí k sobě a každý z nich se zdvojuje

(kondenzace v dvojchromatidové chromozomy)
-  metafáze I.: dvojchromatidové chromozomy se řadí v ekvatoriální rovině, tvoří se dělící vřeténko a to odtahuje jeden homologní dvojchromatidový chromozom na jeden pól buňky, druhý na druhý pól
-  anafáze I.: dvojchromatidové chromozomy se přesouvají k pólům buňky
-  telofáze I.: zaniká dělící vřeténko, vzniká jaderná membrána a cytoplazmatická přepážka a buňky se oddělují
-  na konci toho dělení je v každé buňce 23 dvojchromatidových chromozomů, nikoli 46 jednochromatidových jako u mitózy (u člověka, obecně tedy jedna sada dvojchromatidových chromozomů)
•  druhé dělení (meióza II)
-  profáze II.: kondenzace chromozomů, zánik jaderné membrány
-  metafáze II.: dvojchromatidové chromozomy se řadí v ekvatoriální rovině, tvoří se dělící vřeténko a podélně rozštěpuje centromeru, jednotlivé jednochromatidové chromozomy jsou tedy taženy směrem k centriolám
-  anafáze II.: jednochromatidové chromozomy se přesouvají k pólům buňky
-  telofáze II.: zaniká dělící vřeténko, vzniká jaderná membrána a cytoplazmatická přepážka a buňky se oddělují
-  na konci druhého dělení obsahuje každá dceřiná buňka pouze jednu sadu jednochromatidových chromozomů