Všeobecná štruktúra bunky

Všeobecná štruktúra bunky
 
Úvod
Ako tému jednej z mojich prác v treťom ročníku som si musela zvoliť jeden tematický celok z predmetu biológia, keďže je mojim maturitným predmetom a chystám sa študovať medicínu. Na výber som mala dvadsať maturitných zadaní z ktorých som si vybrala jedno a to Všeobecnú štruktúru bunky. Všeobecná štruktúra bunky ako taká, aj stavba bunky je základom pre takmer všetko, čo tvorí biológiu. Bunky tvoria telá jednobunkových mikroorganizmov, tvoria pletivá v rastlinách, tkanivá v organizmoch, orgány jednotlivých tiel živočíchov, či človeka. Dá sa povedať, že bunka je základom všetkého. Dôvodom môjho výberu je moje zameranie do budúcnosti ako som spomenula ale aj preopakovanie staršieho učiva z prvého a druhého ročníka. Dúfam, že moja práca bude pre čitateľa jednoduchá a ľahko pochopiteľná. Tiež si myslím, že mi pomôže v štúdiu v mojom maturitnom ročníku a zjednoduší mi učenie do budúceho roka. Cieľom mojej práce je oboznámiť čitateľa so základnými pojmami, ako sú prokaryotická a eukaryotická bunka, bunková membrána, Golgiho aparát a iné. Moju prácu som delila do niekoľkých základných prehľadných kapitol a podkapitol. Podľa témy, ktorú obsahujú dostali zároveň aj názov, aby bola táto práca prehľadná.
  Kvôli obmedzenému rozsahu, ktorý sme dostali ako jedno z kritérií som musela obmedziť rozsah práce. Vplyvom tohto som musela svoju prácu zredukovať, pretože by som podrobne do tohto rozsahu neopísala celú všeobecnú štruktúru bunky. A tak som z piatich častí, ktoré obsahuje všeobecná štruktúra bunky vybrala jednu a to stavbu prokaryotickej a eukaryotickej bunky. Túto tému som rozpracovala podrobne aj z materiálov pre vysoké školy. Ako zdroje informácií, ktoré som potrebovala na vytvorenie tejto práce mi väčšinou slúžil internet, použila som však aj knihy a to najmä encyklopédiú The Human Body, učebnice biológie, či rôzne iné knihy.

1. Čo je to bunka?
Definíciu bunky prvý krát vyslovil český fyziológ Jan Evangelista Purkyně  v roku 1837 na zjazde nemeckých lekárov a prírodovedcov v Prahe. Táto definícia znela: Bunka je najmenšia stavebná a funkčná jednotka všetkých živých organizmov (okrem vírusov, víroidov a vírusoidov, ak sú aj tieto považované za živé organizmy), ktorá má všetky základné vlastnosti života. Tvorí hranicu medzi živým a neživým svetom, preto sa považuje za základný prvok organizácie živých systémov. Bunka má vlastný metabolizmus a schopnosť prenosu genetickej informácie prostredníctvom rozmnožovania. Preto sa považuje za najmenší systém schopný samostatného života.

Slovo bunka vzniklo prekladom z latinského cellula. Bunka môže byť samostatným organizmom alebo len časťou celku neschopnou samostatného života, ako napríklad nervová bunka. V prípade, že bunka je samostatným organizmom, hovoríme o jednobunkovom organizme, v prípade, že je neschopná samostatného života hovoríme o mnohobunkovom organizme. Bunky rôznych skupín živých organizmov sú rôzne z hľadiska veľkosti a stavby ale niektoré znaky pre všetky bunky sú predsa len spoločné ako napríklad:

-  Vnútorný živý obsah každej bunky (protoplast) je ohraničený dvojitou fosfolipidovou membránou, ináč nazývanou aj cytoplazmatickou membránou.
ü  Vo vnútri bunky sa nachádza genetický materiál vo forme DNA na rozdiel od vírusov, ktoré v niektorých prípadoch majú len RNA.
-  Všetky bunky majú ribozómy, malé organely slúžiace na syntézu proteínov (bielkovín).
Vedná disciplína, ktorá sa zaoberá štúdiom javov na úrovni bunky sa nazýva cytológia. Jej vznik sa spája s formulovaním bunkovej teórie v r. 1838. Autormi bunkovej teórie sú: botanik M. J. Schleiden a zoológ T. Schwann. 
Známe sú 2 postuláty bunkovej teórie:
· Základom každého organizmu (rastlín alebo živočíchov) je bunka, ktorá je nositeľom všetkých životných funkcií.
· Každá bunka vzniká delením už existujúcej materskej bunky.
 
1.1 Všeobecné vlastnosti bunky
Všeobecné vlastnosti bunky sú najdôležitejšie vlastnosti bunky, charakteristické pre väčšinu buniek. Patria k nim:
1.  Chemické zloženie
2.  Stavba – štruktúra
3.  Metabolizmus a syntéza látok
4.  Rozmnožovanie
5.  Dedičnosť
 
Znamená to, že všetky bunky majú v zásade rovnaké chemické zloženie, rovnakú stavbu, sú schopné metabolizmu a syntézy látok, ako aj rozmnožovania a prenosu genetickej informácie na dcérske jedince. Všeobecné vlastnosti bunky potvrdzujú univerzálnosť bunkovej teórie, ktorá sa považuje za jednu zo základných biologických koncepcií.
Počas evolúcie sa bunky jednotlivo prispôsobovali prostrediu okolo seba. Podľa stupňa evolučného prispôsobenia sa bunky postupne vyvíjali. Tie na úplne najnižšom stupni evolučného vývoja nazývame prokaryotické a tie evolučne najvyspelejšie sú eukaryotické.
 
2. Prokaryotická bunka
Prokaryotická bunka je typ bunky charakteristický pre baktérie, archeóny a sinice. Prokaryotická bunka tvorí vždy iba jednobunkové organizmy a je fylogeneticky staršia od eukaryotickej. Má tiež oveľa jednoduchšiu stavbu než eukaryotický typ bunky. Bunky tohto typu majú značné množstvo charakteristických vlastností. Ich veľkosť sa pohybuje od 1–2 µm. Tvarovo je tiež veľmi rôznorodá, najčastejšie však tvorí guľovitý alebo tyčinkovitý tvar. Obrázok prokaryotickej bunky nájdeme v obrázkovej prílohe pod číslom jeden.
V základnej cytoplazme prokaryotickej bunky sa nachádzajú inklúzie a zásobné látky ako napríklad glykogén či kvapôčky sírnych baktérií. Keďže prokaryotická bunka nie je rozdelená na komparmenty, cytoplazma je hlavným prostredím pre všetky metabolické deje. Prokaryotické typy buniek nemajú membránové štruktúry okrem plazmatickej membrány. Tá má rovnakú štruktúru a funkciu ako u eukaryotických buniek ale u prokaryotických buniek má aj metabolickú funkciu, pretože obsahuje enzýmy dýchacieho reťazca, enzýmy na syntézu lipidov alebo aparát na fotosyntézu. Jadro prokaryotickej bunky nie je ohraničené membránou. Je tvorené jednou  makromolekulou DNA,  ktorá je prichytená k vnútornej strane cytoplazmatickej membrány. Jadro prokaryotickej bunky sa tiež nazýva nepravé jadro, difúzne jadro, prokaryon alebo nukleotid. Z genetického hľadiska je to chromozóm. Je tu samozrejme uložená genetická informácia.

V cytoplazme prokaryotickej bunke sú aj ribozómy. Stavbu ribozómov tvorí RNA a bielkoviny, ktoré sú spolu spojené iónovými a vodíkovými väzbami. Ribozómy sú veľmi malé častice bunky, preto sú pozorovateľné len elektrónovým mikroskopom. Prebieha v nich syntéza bielkovín – proteosyntéza. Všetky ribozómy možno rozdeliť na dve základné časti- na malú a veľkú podjednotku (subjednotku). (Obr. č. 2, str. 15)
Prokaryotická bunka syníc obsahuje membrány na ktorých sú lokalizované fotosyntetické pigmenty. Sinice obsahujú aj mechúrikovitostočené biomembrány- tylakoidy. Bunkovú stenu vytvára na povrchu slizové puzdro.
Prokaryotická bunka je haploidná a má vždy jeden chromozóm. Nad cytoplazmatickou membránou je bunková strana. Bakteriálnu bunkovú stenu tvorí mureín. Po chemickej stránke je to peptidoglykán a rozpoznáva ho nešpecifická imunita. Bunková stena je priepustná, pórovitá, dáva bunke tvar a chráni ju pred vysokým osmotickým tlakom, ktorý vytvára vnútorné prostredie bunky. Niektoré prokaryoty majú nad bunkovou stenou vytvorené hlienové puzdrá (kapsuly) pozostávajúce z hydratovanej vrstvy polysacharidov, lipidov a bielkovín. Zvyšujú odolnosť bunky.

3. Eukaryotická bunka
Všetky bunky, ktoré sú eukaryotického typu bez ohľadu na pôvod, veľkosť, funkciu či tvar majú základný princíp stavby:
- bunkové povrchy –bunková stena a cytoplazmatická membrána
- cytoplazma
- bunkové organely- membránové (obsahujú biologickú membránu)
 -vláknité (fibrilárne)
- neživé súčasti bunky (inklúzie)

Pre bunky eukaryotického typu je charakteristické rozčlenenie vnútorného priestoru na štruktúrne a funkčné celky. Prítomnosťou membrán v bunke, bunky zväčšujú svoj aktívny povrch a tým umožňujú  priebeh rozličných procesov. Membrány v bunke sa nazývajú biomembrány.
 
3.1. Bunkové povrchy
Bunkové povrchy tvorí cytoplazmatická membrána a bunková stena, ktorá živočíšnym organizmom chýba. Úlohou bunkových povrchov je mechanická ochrana bunky a výmena látok medzi bunkou a prostredím, čo činí fyziologickú funkciu. Cytoplazmatická membrána (plazmaléma, ektoplast) je povrchová membrána. Selektívne, čiže výberovo reguluje množstvo príjmaných a vylúčených látok v bunke. Tvorí fyziologickú bariéru medzi vnútorným prostredím bunky a okolím. Je živou súčasťou bunky a obsahu niekoľko typov enzýmov a vyznačuje sa vysokou biochemickou aktivitou. Z fyzikálneho hľadiska je to polopriepustný (semipermeabilný) útvar. Niektoré látky sa do bunky aktívne príjmajú z okolia a niektoré sú aktívne vylučované z toho vyplýva, že cytoplazmatická membrána je výberovo polopriepustná (selektívne semipermeabilná). Podľa výskumov cytoplazmatická membrána tvorí určitú jednotnú stavbu, ktorá sa u iných typov buniek len nepatrne líši. Skladá sa v podstate z dvoch vrstiev látok bielkovinovej povahy, ktoré medzi sebou uzatvárajú bimolekulárnu vrstvu fosfolipidov. Bielkovinové vrstvy môžu príjmať molekuly vody, sú teda hydrofilné a u vrstvy fosfolipidov k hydratácií nedochádza je hydrofóbna. Obsahuje tiež receptory na zachytávanie signálov.

Bunková stena vzniká na vonkajšej strane cytoplazmatickej membrány a jej základnou funkciou je mechanická ochrana bunky. Často ovplyvňuje tvar bunky, pôsobí tiež proti osmotickému tlaku vo vnútri buniek, ktorý má priemerne hodnotu 5atm. niekedy až 20atm. U bakteriálnych organizmov, kde je bunková stena zvlášť dobre vyvinutá ochraňuje bunkový obsah pred vplyvmi nízkeho pH alebo pred pôsobením niektorých typov nežiadúcich látok. Špecializovaná bakteriálne bunky majú v niektorých prípadoch vyvinuté špeciálne ochranné púzdra alebo slizové obaly, ktoré zdôrazňujú funkciu bunkovej steny. Bunky rastlinných pletív majú v bunkovej stene póry, ktoré umožňujú rýchlu výmenu látok medzi susednými bunkami. Bunková stena nie je typickou organelou pre živočíšne bunky, vyskytuje sa len pri nižších typoch bunkových živočíšnych typov. Bunková stena je neživá súčasť bunky. Nemá svoje enzýmy a tým pádom ani žiadnu biochemickú aktivitu. Jej vznik a rast je podmienený enzymatickým aparátom živého bunkového protoplastu.
Bunkovú stenu u rastlín tvorí najčastejšie celulóza, hemicelulóza alebo pektín. U húb je to chitín alebo celulóza a u niektorých typov hmyzu chitín taktiež.  
Bunková stena v niektorých prípadov môže obsahovať organické zlúčeniny ako glykoproteíny, lignín, kutín či vosk.
 
3.2.Cytoplazma
Cytoplazma (cytosol) tvorí prostredie pre život a metabolickú aktivitu bunkových organel. Je to vlastne priestor medzi cytoplazmatickou membránou a ostatnými bunkovými organelami. Je tvorená bielkovinou v ktorej je vysoká a zložitá organizovanosť. Z fyzikálneho hľadiska je to rovnorodá jemne zrnitá hmota o rôznej viskozite. So stupňom viskozity je spojená rýchlosť a spôsob pohybu cytoplazmy, čo môže byť cirkulácia alebo rotácia. Biochemicky je miestom početných dôležitých dejov (napr.: anaeróbnej glykolýzy). Najväčšie percenta cytoplazmy však tvorí voda, ktorej obsah behom ontogenézy kolíše a je rozdielny u rôznych druhov organizmov. Z chemického hľadiska je to koloidná sústava organických a anorganických látok.
 
3.3. Fibrilárne štruktúry
Fibrilárne štruktúry majú v bunke pohybovú a mechanickú funkciu. Ich základom sú fibrilárne (vláknité) štruktúry. Kontrakciu fibrilárnych štruktúr, teda schopnosť naťahovať a skracovať sa zabezpečujú mikrofilamenty a mikrotubuly, ktoré im dodávajú dostatočnú pevnosť. Cytoskelet predstavuje dynamickú kostru bunky, ktorá má mechanickú a podpornú funkciu. Uplatňuje sa pri realizácií všetkých druhov pohybov v bunke. Tvoria ho jemné vlákna mikrofilamenty, trubicovité útvary mikrotubuly a prechodné vlákna intermediárne filamenty. Mikrofilamenty schopnosťou konktrakcie zabezpečujú pohyb cytoplazmy vo vnútri bunky ako aj pohyb bunky voči vonkajšiemu prostrediu. Miktorubuly sú dlhé rúrky, ktoré sa nachádzajú pri povrchu bunky (napr.:deliace vretienko). Intermediárne filamenty majú spevňovaciu funkciu, sú odolné voči ťahu a tlaku. Chromozómy sú tak isto stálou štruktúrou jadra tvoria ich nukloproteínové vlákna, ktorých základom je nukleová kyselina DNA obalená bielkovinou. V chromozómoch je uložená taktiež prevažná časť genetickej informácie. Sú pozorovateľné pri delení bunky. Nájdeme ich tiež v obrázkovej prílohe pod číslom 6. Mitotický aparát bunky je dôležitá štruktúra pri delení bunky. Zabezpečuje presné rozdelenie chromozómov do dcérskych buniek. Základom mitotického aparátu je centriol a deliace vretienko zložené z mikrotubúl. U jednobunkových organizmov sú napríklad kinofibrily ako orgány pohybu vo forme bičíkov alebo riasiniek, neurofibrily, kontraktibilné vláknité myofibrily charakteristické pre svalové bunky, alebo tonofibrily, ktoré podmieňujú v bunkách pevnosť spojivých pletív.
 
3.4. Bunkové jadro
Bunkové jadro (nucleus, karyon) je riadiace, koordinačné a reprodukčné centrum buniek najčastejšie guľovitého tvaru(Obr.7 str.17). Je to základná bunková organela všetkých organizmov. Je v ňom chemicky zapísaná genetická informácia nevyhnutná pre život a funkciu bunky. Jadro je vo všetkých eukaryotických bunkách okrem niektorých vysokošpecializovaných buniek ako napríklad červené krvinky. Jadro tvorí jadrová membrána, jadrová hmota- chromatín a jadierko. Jadrová membrána (karyoléma) oddeľuje jadro od cytoplazmy a je dvojitá. Jadrová membrána obsahuje jadrové póry, ktoré zabezpečujú rýchly styk jadrovej hmoty s cytoplazmou. U baktérií a siníc nie je ešte vyvinutá a preto hovoríme v tomto prípade len o jadrovom ekvivalente. Jadrová hmota je zložená z bielkoviny (karyolymfy), ktorá obsahuje zásadité a pre jadro charakteristické históny. Tie vytvárajú biologicky vhodné prostredie pre tvorbu napríklad chromozómov. Chromatín je hlavná zložka chromozómov, ktoré sú základnou štruktúrou bunkového delenia ostatná látka, ktorá nie je zafarbená sa nazýva achromatín. Jadierko (nucleous) nie je stále štruktúra jadra, počas jadrového delenia sa stráca. Tvorí sa v ňom ribonukleová kyselina, ktorá sa v cytoplazme spája s bielkovinami a tvorí ribozómy. Jadierok môže byť v jadre aj niekoľko, opäť to závisí od typu bunky. V jadierku dochádza k vzniku cytoplazmatických ribozómov. Podstatou jadierka je bielkovinové bičíkovo stočené jadro (nukleonema), ribonukleová kyselina a zásadité bielkoviny. V obrázkovej prílohe môžeme vidieť pod číslom sedem živočíšnu bunku s fialovým jadrom uprostred a aj jadierkom.
 
3.5. Membránové štruktúry
Membránové štruktúry sú tvorené sústavou membrán a ich funkciou je predovšetkým zväčšovať vnútorné povrchy bunky a bunkových organel.
Najväčším membránovým systémom je endoplazmatické retikulum (ergastoplazma), ktoré sa napája na Golgiho aparát a na jadro. Je charakteristické pre rastlinné a živočíšne bunky, u bakteriálnych typov chýba. V elektrónovom mikroskope sa javí ako systém vnútrobunkových kanálikov ohraničených membránami. Rozlišujeme dve základné formy: zrnitá (drsná-granulárna) na ktorej membránach sa nachádzajú ribozómy a hladká (agranulárna) forma, ktorá plynule prechádza v bunke z drsnej formy. Zrnitá forma sa podieľa na syntéze bielkovín a hladká na syntéze lipidov, vitamínu D alebo tvorbe niektorých bunkových organel. V priečne pruhovaných svaloch je tiež sarkoplazmatické retikulum, ktoré plní okrem svojej bežnej funkcie aj funkciu spojené s dráždením svalov (aktívne uskladňuje a rýchlo transportuje Ca2+). V obrázkovej prílohe je jeho obrázok spod elektrónového mikroskopu.

Ďalšou organelou je Golgiho aparát. Tvoria ho všetky diktyozómy (sieť teliesok) prítomné v bunke. Diktyozómy tvorí súbor cisterien – kanálikov, ktoré sú na protiľahlých koncoch rozšírené a oddeľujú sa od nich vezikuly. Je často lokalizovaný v blízkosti jadra a endoplazmatického retikula. Úloha v bunke je syntetická (produkcia enzýmov) a sekrečná (úprava látok na vylúčenie). Z jeho štruktúry vyplýva, že vznikol diferenciáciou endoplazmatického retikula a má spojenie s cytoplazmatickou membránou a bunkovým jadrom.  Slúži na transport, prechovanie látok, postsyntetická úprava bielkovín, syntéze polysacharidov a imunoglobulínov. V Golgiho aparáte vzniká materiál pre tvorbu bunkovej steny.

Plastidy sú bunkové organely, ktorými sa rastlinná bunka líši od živočíšnej. Najvýznamnejším typom plastidov sú chloroplasty Ich stavbu tvoria vlastná DNA, sú obklopené dvojitou membránou pričom vnútorná vytvára početné lamelárne systémy označované ako thylakoidy. Lyzozómy sú charakteristické veľkým obsahom hydrolytických enzýmov, ktoré sa zučastňujú na vnútrobunkovom trávaní a rozklade rôznych častí bunky. Lyzozómy sú typické pre živočíšnu bunku ale podľa najnovších štúdií sa už našli aj u niektorých typov rastlinných buniek, pre bunky bakteriálneho typu niesú charakteristické. Sú obkolesené len jednovrstvovou membránou a obsahujú enzýmy, ktoré štiepia bielkoviny a nukleové kyseliny. Týmto sa podieľajú na vnútrobunkovom trávení. Obsahujú enzýmy, ktoré odstraňujú nepotrebný materiál pre bunku.

Vakuoly sú typická štruktúra rastlinných buniek. Sú vyplnené bunkovou šťavou, podmieňujú vnútorný tlak a sú zásobárňou rozličných látok. Podieľajú sa tiež na lytických (rozkladných) procesoch v bunke. Majú jedinú membránu (tonoplast). Vakuoly v sebe uzatvárajú látky zásobného charakteru, dôležité pre život bunky. Sú to napríklad: organické kyseliny, farbivá, cukry, alkaloidy. V zrelých veľmi aktívnych bunkách je jedna a môže zaplniť až 90% bunkového objemu. V živočíšnych bunkách, napr.: tukové bunky majú takmer celý obsah vyplnený tukovou vakuolou. Má vplyv na osmotický tlak bunky. V živočíšnych a bakteriálnych bunkách sa nachádzajú len výnimočne.

Ribozómy nemajú membránovú štruktúru. Sú to zrnité nukloproteínové častice, ktoré sú voľne v cytoplazme alebo viazané na membránach endoplazmatického retikula. Sú viditeľné len elektrónovým mikroskopom. Tvoria ich RNA a bielkoviny, majú dôležitú úlohu pri syntéze bielkovín. Ich počet je najvyšší v mladých bunkách. Ich veľkosť je približne 20x30nm a v bunke je ich veľké množstvo asi približne 10 000. Nájdeme ich voľne v cytoplazme alebo v drsnom endoplazmatickom retikule. Vyskytujú sa po jedno alebo v skupinách. Mitochondrie (chondriozómy) patria medzi základné bunkové organely a sú energetickým a metabolicko-respiračným centrom bunky. Najčastejšie majú vajcovitý tvar a u bakteriálnych buniek ich nahrádzajú mezozómy. Veľkosť a množstvo mitochondrií závisí od energetických nárokov bunky. Vyskytujú sa najmä v bunkách, kde je vysoký nárok spotreby energie ako napríklad vo svalových bunkách. Od cytoplazmy sú oddelené dvojitou membránou. Z jej vnútornej strany smerom do vnútra vybiehajú mitochondriálne kristy, v ktorých je umiestnený dýchací reťazec. Vnútro bunky vypĺňa matrix v ktorej sa nachádza mitochondriálna DNA, ktorá umožňuje mitochondriám tvoriť vlastné bielkoviny. Mitochondrie sú biochemicky najaktívnejšie miesta v bunkách a prebieha v nich rad najdôležitejších dejov. Sú to napríklad všetky procesy spojené s účasťou kyslíku (Krebsov cyklus, tvorba ATP). Pretože obsahujú vlastné DNA sú radené medzi semiautómne organely, ktoré vznikajú, rozmnožujú sa v bunke len delením a sú tak len čiastočne závislé na riadiacej funkciu bunkového jadra. V nasledujúcej tabuľke môžeme vidieť prehľad všetkých organel v bunke a ich výskyt u jednotlivých typov buniek.
 
Záver
Výsledkom mojej práce o všeobecnej štruktúre bunky je oboznámenie čitateľov, čo sú predpokladám najmä žiaci nižších ročníkov o tejto téme. Dúfam, že práca je jednoducho a stručne napísaná. Snažila som sa vysvetľovať jednotlivé pojmy takým spôsobom aby ich aj jednoduchý čitateľ jasne pochopil. stručne a jasne. Aj napriek tomu, že som sa snažila držať osnovy našej učebnice jednotlivé typy buniek a ich organely sú opísané podrobne a nad rámec osnov stredných škôl. Túto prácu by som možno chcela v nasledujúcich rokoch zlepšiť a po pracovať na nej na hodinách biológie, alebo rozšíriť svoje vedomosti o tejto téme a tým vedieť ľuďom zaujímajúcim sa o túto téma povedať viac. Určite by bolo zaujímavé sa o ňu napríklad zaujímať aj na vysokej škole. Skúmanie štruktúry rôznych typov buniek by bola pre mňa určite zaujímavá téma. Význam tejto práce je pre mňa veľmi dôležitý. Počas nášho štúdia na strednej školy sme vypracovali už niekoľko takýchto prác. S vypracovaním práce som však nemala nejaké špecifické problémy. Poznatky, ktoré som nadobudla vypracovaním tejto témy sú určite podstatné pre moju budúcnosť a ja som rada, že som mohla viac rozšíriť svoje obzory a dostať novú príležitosť učiť sa nové veci.