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.