Biológia bunky

Biológia bunky
V roku 1831 bola formulovaná bunková teória (Schlieden a Schwann), ktorá hovorí:
Bunka je základná stavebná jednotka všatkých živých organizmov - je nositeľkou všetkých životných funkcií. Môže vzniknúť iba delením z už existujúcej materskej bunky.
 
Chemické zloženie bunky
I) voda - 60-90%, univerzálne rozpúšťadlo, tvorí prostredie pre biochemické procesy prebiehajúce v bunke
Množstvo vody v bunke závisí od niekoľkých faktorov:
a) od typu bunky (iný obsah má bunka dužiny melóna a iný bunka orechovej škrupiny)
b) od prostredia, v ktorom organizmus žije (bunky medúzy obsahujú až 99% vody)
c) od ontogenetického veku organizmu - staré bunky majú oveľa menší obsah vody
II) organické a anorganické látky - 40-60%, po odstránení vody tvoria sušinu
a) anorganické - sú významnou súčasťou bunky, ovplyvňujú fyzikálne a chemické vlastnosti buniek Ich hlavnou funkciou je udržiavať stálosť vnútorného prostredia - homeostázu. Napr. ióny Cl-, CO32-, HCO3-, Ca2+, Na+, K+, Mg2+, Fe2+ a iné.
b) organické - najväčšie zastúpenie majú sacharidy, tuky, bielkoviny a nukleové kyseliny.
 
Sacharidy (cukry)
Prírodné organické zlúčeniny, ktoré rozdeľujeme na 3 skupiny:
1. monosacharidy - základný je glukóza - primárny a jediný zdroj energie pre bunky
2. disacharidy - sacharóza, maltóza a laktóza
3. polysacharidy - škrob - zásobný polysacharid rastlín, glykogén - zásobný polysacharid živočíchov, chitín - stavebná funkcia (hmyz, huby), celulóza - stavebná funkcia (hlavná zložka bunkových stien)
Funkcie:
a) zdroj energie
b) zásobárňa energie
c) stavebná funkcia
 
Lipidy (tuky)
Estery vyšších karboxylových kyselín s trojsýtnym alkoholom glycerolom.
Funkcie:
a) stavebná funkcia - fosfolipidy sú dôležitou súčasťou biomembrán
b) sekundárny zdroj energie - pri spálení 1g tuku sa uvoľní 38kJ energie
c) dôležité rozpúšťadlo niektorých látok - napr. vitamínov
d) prenos nervového vzruchu
e) regulácia - sú zložkou niektorých hormónov a vitamínov
f) zásobná látka
 
Nukleove kyseliny
Predstavujú makromolekulové látky, ktoré vznikajú spájaním menších molekúl nukleotidov. Každý nukleotid je zložený z dusíkatej bázy, päťuhlíkového cukru (pentózy) a kyseliny fosforečnej. Pentózy nukleotidov môže byť ribóza, vtedy hovoríme o RNA, alebo deoxyribóza, vtedy hovoríme o DNA.
Nukleové kyseliny zodpovedajú za organizáciu a rozmnožovanie bunky. Zaznamenávajú genetickú informáciu a prostredníctvom pohlavného rozmnožovania zabezpečujú prenos znakov a vlastnosti na potomkov. 

Proteíny (bielkoviny)
Makromolekulové látky, ktoré sú zložené z aminokyselín navzájom pospájaných peptidovou väzbou do dlhých reťazcov. Typ a funkcie bielkovín závisia od typu aminokyselín, ktoré ju tvoria, od poradia (sekvencie) aminokyselín v polypeptidovom reťazci.
 
Podľa funkcie rozoznávame bielkoviny:
a) enzýmy - majú dôležitú úlohu v procese bunkového metabolizmu, katalizujú rozpad a tvorbu chemických väzieb
b) štruktúrne proteíny - tubulín tvoriaci v bunkách dlhé a pevné vlákna, aktín - podporuje cytoplazmatickú membránu, keratín - základná zložka vlasov a nechtov
c) transportné proteíny - hemoglobín - transportuje dýchacie plyny O2 a CO2
d) pohybové proteíny - zabezpečujú pohyb, napr. aktín a myozín - kontraktilné bielkoviny prítomné v svalových vláknach
e) zásobné proteíny - uskladňujú malé molekuly alebo ióny, napr. feritín - uskladňuje v bunkách pečene železo
f) signálne proteíny - prenášajú informačné signály z bunky do bunky, napr. hormóny a rastové faktory
g) receptorové proteíny - zachytávajú v bunkách chemické a fyzikálne signály, ktoré potom odovzávajú na spracovanie. Napr. rhodopsín, ktorý v očnej sietnici zachytáva svetlo alebo acetylcholínový receptor v membráne svalových buniek, ktorý prijíma signály zo zakončenia neurónu.
Bielkoviny sú látky špecifické voči biologickým druhom. Aj v rámci jedného druhu sa jedince navzájom líšia svojím bielkovinovým zložením. Proti prítomnosti cudzorodej bielkoviny (antigénu) sa organizmy bránia tvorbou protilátok.
 
Všeobecná štruktúra bunky
Typy buniek:
1. Prokaryotická - vývojovo staršia, má jednoduchšiu stavbu, baktérie, sinice a archeóny
2. Eukaryotická bunka - vývojovo mladšia, má zložitejšiu stavbu, bunka jednobunkových aj mnohobunkových živočíchov a rastlín
 
Všeobecná štruktúra eukaryotickej bunky:
Charakteristická vlastnosť eukaryotických buniek je prítomnosť membránového systému - vnútorný priestor je rozčlenený membránami na funkčné celky. Prítomnosť membrán je podmienkou metabolickej aktivity bunky.
Bunkové organely rozdeľujeme do 5 skupín:
1) bunkové povrchy
2) cytoplazma
3) membránové organely
4) nemembránové organely - fibrilárne (vláknité) organely
5) neživé súčasti bunky - bunkové inklúzie

1) Bunkové povrchy:
a) Cytoplazmatická membrána (plazmaléma) oddeľuje bunku od vonkajšieho prostredia, má štruktúru biologickej membrány, je semipermeabilná (voľne je priepustná len pre vodu)
b) Bunková stena - nachádza sa nad cytoplazmatickou membránou buniek rastlín, húb a baktérií.Slúži ako mechanická podpora (jej hlavnou zložkou je celulóza, podieľa sa na udržiavaní pevného tvaru buniek) a ochrana bunky, je voľne priepustná pre všetky látky
 
2) Cytoplazma (cytosól) tvorí prostredie pre život a metabolickú aktivitu bunky, neustále prebieha výmena látok a energie medzi bunkou a vonkajším prostredím. Je to koloidný roztok anorganických a organických látok.
3) Membránové organely:
a) Bunkové jadro (nucleus, karyon) je riadiace a reprodukčné centrum bunky, je nositeľom genetickej informácie bunky, majú ho všetky eukaryotické bunky s výnimkou niektorých vysokošpecializovaných buniek (napr. červené krvinky).
Štruktúra jadra:
1. jadrový obal - je tvorený dvomi membránami, z ktorých vonkajšia nadväzuje na ostatné membránové organely. V obale sú otvory - jadrové póry, prostredníctvom ktorých jadro komunikuje s cytoplazmou (pravdepodobne nie sú voľne priepustné).
2. jadrová hmota - tvorí ju:
a) chromatín - pozostáva z DNA a bielkovín
b) jadierko (nucleolus) - nie je to stála štruktúra, počas bunkového delenia sa stráca - miesto syntézy prekurzorov rRNA
b) Endoplazmatické retikulum - systém vnútrobunkových kanálikov ohraničených membránami. Existujú dve formy:
1. drsné (granulované) ER - obsahuje naviazané ribozómy, tvorba bielkovín.
2. hladké ER - je bez ribozómov, jeho funkciou je syntéza lipidov, vitamínu D a tvorba niektorých bunkových organel a štruktúr, taktiež slúži na vnútrobunkový a medzibunkový transport látok.
c) Golgiho aparát - súbor všetkých diktyozómov v bunke (diktyozóm - súbor mechúrikov a cisterien lokalizovaných v blízkosti jadra a endoplazmatického retikula).
Funkcie:
1. syntetická - postsyntetická úprava produktov syntetizovaných v ER.
2. sekrečná - úprava látok do takej podoby, aby mohli byť vylúčené z bunky. V živočíšnych bunkách sa podieľa na tvorbe lyzozómov a hydrolytických enzýmov.
d) Mitochondrie - organely aeróbneho metabolizmu, sú energetickým centrom bunky, pretože na ich vnútornej membráne sú lokalizované enzýmy dýchania.
Stavba:
a) matrix - vypĺňa vnútro mitochondrie, sú v nej lokalizované rôzne enzýmy, ribozómy a mitochomdriálna DNA, ktorá je podobná prokaryotickej DNA
b) vnútorná membrána - je zriasnená, vytvára záhyby (mitochondriálne kristy), integrálne proteíny vnútornej membrány predstavujú systém prenášačov vodíka a elektrónov, čím vzniká energia
c) vonkajšia membrána - je hladká
e) Plastidy - typické štruktúry rastlinných buniek, obsahujú farbivá.
Podľa obsahu prevládajúcich farbív ich delíme na tri skupiny:
1. leukoplasty - sú bezfarebné, hromadia sa v nich zásobné látky
2. chromoplasty - sú buď žlté (obsahujú xantofyly) alebo červené (obsahujú karotenoidy)
3. chloroplasty - sú zelené - obsahujú fotosyntetický pigment (chlorofyl)
Štruktúra chloroplastu:
a) obal - zložený z dvoch membrán
b) matrix (stróma) - ohraničená vnútornou membránou, obsahuje vlastnú DNA
c) systém tylakoidov - ploché vačky vzniknuté odškrcovaním od vnútornej chloroplastovej membrány
Mitochondrie a plastidy sú označované ako semiautonómne organely, ktoré majú vlastnú DNA (syntetizujú vlastné proteíny), sú ohraničené dvojitou membránou, prebieha v nich energetický metabolizmus a predpokladá sa ich symbiotický pôvod pri evolúcii bunky.
f) Vakuoly - typická štruktúra rastlinných buniek, výnimočne aj v živočíšnych bunkách (napr. prvoky majú potravové alebo pulzujúce vakuoly). Sú vyplnené bunkovou šťavou, membrána odďeľujúca vakuolu od cytoplazmy sa nazýva tonoplast.
Funkcie:
a) podmieňujú vnútrobunkový tlak - turgor
b) sú zásobárňou látok
c) podieľajú sa na lytických (rozkladných procesoch)
g) Lyzozómy - sú typické štruktúry živočíšnych bunkiek, obsahujú veľké množstvo hydrolytických enzýmov - zabezpečujú vnútrobunkové trávenie.
4) Nemembránové – fibrilárne organely:
Základ tvorí vláknitá štruktúra, ktorá obsahuje:
I) Mikrotubuly - dodávajú bunke pevnosť
II) Mikrofilamenty - sú schopné kontrakcie
a) Cytoskelet - dynamická kostra bunky.
Funkcie:
I) mechanická - udržiava tvar bunky
II) podporná - zabezpečuje priestorové rozloženie organel
b) Chromozóm - je súčasťou jadra bunky, nukleoproteínová častica zložená z DNA a bielkovín - histónov, predstavuje miesto uloženia genetickej informácie.
c) Mitotický aparát - dôležitá štruktúra bunkového delenia, zabezpečuje presné rozdelenie chromozómov do dcérskych buniek počas bunkového delenia. Tvorí ho deliace vretienko a centriola.
d) Ribozómy - zrnité nukleoproteínové častice, ktoré sú bohaté na RNA,  viažú sa na mRNA a prostredníctvom informácie v nej zapísanej sa na nich
Ak je na m RNA pripojených niekoľko ribozómov, vzniká polyzóm m RNA
 
5) Neživé súčasti bunky (bunkové inklúzie)
Štruktúry, v ktorých sa hromadia rôzne látky (odpadové aj rezervné) v kryštalickej forme, nemajú metabolickú aktivitu.
 
Všeobecná štruktúra prokaryotickej bunky
Základná vlastnosť prokaryotickej bunky je, že nemá membránový systém, nemá teda membránové organely.
Štruktúra eukaryotickej bunky:
1) Cytoplazmatická membrána - je jedinou membránou v prokaryotickej bunke, keďže prokaryotická bunka nemá mitochondrie, sú v nej lokalizované enzýmy dýchania a fotosyntetické pigmenty (asimilačné farbivo bakteriochlorofyl), má teda metabolickú aktivitu. Ďalšou funkciou je príjem a výdaj látok - je selektívne priepustná.
2) Bunková stena - má rovnaké funkcie ako v eukaryotickej bunke.
3) Cytoplazma - má rovnaké funkcie ako v eukaryotickej bunke.
4) Jadro - od eukaryotického jadra sa odlišuje dvomi vlastnosťami:
1. tvorí ho len jedna kruhová molekula DNA - nemá chromozómy
2. od cytoplazmy nie je oddelené jadrovou membránou - je voľne uložené v cytoplazme - preto sa nazýva aj difúzne jadro
5) Ribozómy (prokaryotické ribozómy) - sú iné ako eukaryotické, ale funkciu plnia rovnakú.
6) Bunkové inklúzie - plnia rovnaké funkcie ako v eukaryotickej bunke (hromadia zásobné, ale aj odpadové látky)
Výnimku v stavbe prokaryotickej bunky predstavujú fotosyntetizujúce baktérie a sinice, pri ktorých sa odškrtením a vychlípením povrchovej membrány vytvoril systém tylakoidov - ide však o voľné tylakoidy, nie o pravý plastid.