Všeobecná štruktúra bunky

Všeobecná štruktúra bunky 

Úvod
Už v druhom ročníku ma zaujala téma štruktúra bunky. Je fascinujúce vedieť ako fungujú najmenšie stavebné jednotky nášho tela aj tiel iných organizmov. Ako sa postupom času moje záujmy zúžili na prírodovedné predmety rozhodla som sa ísť na medicínu. Preto som sa rozhodla spracovať maturitnú tému práve z biológie. Dúfam, že vám bunku svojou prácou  priblížim  a bude sa vám zdať taká zaujímavá ako mne.

1.  PROKARYOTICKÁ BUNKA
Prokaryotická bunka (obr. č. 1) je značne menšia a jednoduchšia ako bunka eukaryotická. Tvoria ju iba štyri štruktúry, a to cytoplazma plazmatická membrána prokaryotický chromozóm a ribozómy.

1.1. Vnútro bunky
Pri prokaryotickej bunke nie je vnútro delené na kompartmenty, čo znamená, že vnútro nie je delené podľa špecifickosti a funkcie.

1.1.1.  Ribozómy
Ribozóm je bunková štruktúra syntetizujúca proteíny. Vyskytujú sa len v cytoplazme  a ich sedimentačný koeficient je 70S[1].

1.1.2.  Prokaryotické jadro
Toto jadro nazývané aj prokaryotický chromozóm alebo nukleotid sa skladá z jednej dvojreťazcovej molekuly DNA. DNA u prokaryotov je väčšinou kružnicová a nevyhnutná pre existenciu každej bunky. Jediný chromozóm prokaryotickej bunky je tvorený holou DNA. Proteíny sa na ňu viažu iba na jednotlivých miestach. Obsahuje skoro 3000 génov a je mnohokrát dlhšia ako celá bunka. Deoxyribonukleová kyselina je zložito zvinutá do pomerne pravidelného pletenca vyššieho rádu a jedna jej slučka je napojená na plazmatickú membránu. Replikuje sa z jedného bodu tzv. počiatku replikácie so špecifickou sekvenciou DNA, postupuje obojstranne a končí v bode protiľahlom počiatku replikácie.

1.1.3.  Mezozómy
Sú to vychlípeniny membrány smerom do vnútra bunky. Objavujú sa iba pri bakteriálnych bunkách. Foto- alebo chemoautotrofné baktérie obsahujú často biologicky významné membránové vačky obsahujúce komplexy aktívne v energetickom metabolizme.

1.2. Povrch bunky
Bunková stena pokrýva povrch každej prokaryotickej bunky. Bunková stena sa skladá z peptidoglykánu a pseudopeptidoglykánu. Pod bunkovou stenou sa nachádza plazmatická membrána, v ktorej sa nachádzajú okrem iného aj komplexy dýchacieho reťazca, čiže nahrádza mitochondrie, ktoré prokaryotom chýbajú. Táto membrána je semipermeabilná a sprostredkuje výmenu živín a metabolitov medzi bunkou a prostredím.

2.  EUKARYOTICKÁ BUNKA
Väčšia a zložitejšia ako bunka prokaryotická. Obsahuje množstvo rôznych organel a prebieha v nej veľa životne dôležitých procesov.
2.1. Vnútro bunky
Vnútro eukaryotickej bunky (obr. č. 2) je rozdelené na kompartmenty. Vypĺňa ho cytoplazma a obsahuje organely, ktoré môžeme rozdeliť do dvoch skupín. Membránové štruktúry a fibrilárne štruktúry, pričom membránové štruktúry delíme na organely sekrečnej dráhy a semiautonómne organely.

2.1.1.  Membránové organely sekrečnej dráhy
¥  ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM (ER) – má centrálne postavenie medzi organelami sekrečnej dráhy (obr. č. 3) Syntetizuje membránové lipidy pre všetky ostatné membránové štruktúry vrátane plazmatickej membrány. Cisterny ER bývajú uložené koncentricky okolo jadra v endoplazme.

Rozoznávame dve formy ER.
◌ DRSNÉ ER – na svojom povrchu nesie ribozómy. Je vyvinuté hlavne v bunkách produkujúcich proteínové sekréty napr. bunky pankreasu.
◌ HLADKÉ ER – prebiehajú v ňom biochemické deje napr. syntéza steroidných hormónov z cholesterolu. Je značne vyvinuté v bunkách semenníkov. V hladkom ER prebieha premena – hydroxylácia neproteínových látok telu cudzích.
¥  JADRO – riadiace centrum bunky(obr. č. 4)
◌ JADROVÝ OBAL – je to guľovitá cisterna, ktorá býva kanálikom spojená s drsným ER. Povrchová membrána nesie ribozómy a vnútorná je hladká spojená za pomoci intermediárnych filamentov. Obidve membrány obsahujú jadrové póry – otvory obklopené vencom ôsmych proteínových granúl. Jadrový pór je najzložitejšia prenášačova sústava v bunke.
◌ EUKARYOTICKÝ CHROMOZÓM – má veľký obsah DNA – skoro 30 tisíc génov.  Obsahuje taktiež veľký počet lineárnych chromozómov. Chromozómová DNA je naviazaná na komplexy bázických proteínov označovaných ako históny. Týmto spôsobom vznikajú nukleozómy. Teda nukleozómom označujeme necelé 2 otáčky DNA na históne a má 7nm. Potom sa DNA zvíja do vyšších útvarov – solenoidov, z ktorých je každý tvorený šiestimi nukleozómami – cca 30nm. Solenoidy tvoria slučky naviazané na vláknitých proteínoch nehistónovej povahy. Toto komplikované usporiadanie DNA umožňuje uskladnenie aj pomerne dlhého reťazca – u človeka 1m. replikácia začína v jednom chromozóme na viacerých počiatkoch a na oboch koncoch sa nachádzajú teloméry, ktorých replikácia je odlišná.
¥  GOLGIHO KOMPLEX – funkčne aj priestorovo nadväzuje na ER. Na rozdiel od neho však nenesie žiadne ribozómy. (obr. č. 6) Je tvorený jedným alebo viacerými diktyozómami -  skupiny plochých rovnako veľkých nápadne paralelne uložených cisterien. V živočíšnych bunkách býva v blízkosti ER a v rastlinných bunkách býva viacero diktyozómov rozložených po celej dĺžke bunky.
¥  PLAZMATICKÁ MEMBRÁNA – obsahuje prenášačové sústavy a integrálne proteíny alebo proteínové komplexy. (obr. č. 7) Je zodpovedná za výmenu látok medzi bunkou a prostredím. Pre živočíšnu bunku je typické sprostredkovanie priameho spojenia s medzibunkovou hmotou. Umožňujú to tzv. kadheríny – príbuzné proteínov, ktoré sú charakteristické pre každý druh bunky. Vonkajšie kadherínové molekuly môžu za prítomnosti Ca²⁺ len identické kadheríny, týmto je podmienené zoskupenie identických buniek do tkanív. Integríny viažu molekuly medzibunkovej hmoty. Oba typy sa vyskytujú často v skupinách a sú viazané do cytoskeletu. Medzi bunkami sa vyskytujú aj vodivé spoje – trubičky spájajúce cytoplazmu dvoch susedných buniek.  Trubicové útvary – konexóny sú tvorené šiestimi molekulami transmembránových proteínov tzv. konexínov usporiadaných do kruhu. Spojením dvoch konexónov vzniká vodivý spoj pre častice do molekulovej hmotnosti M=1000. Takto sú prepojené všetky živočíšne bunky okrem neurónov a priečne pruhovaných vláken kostrového svalstva. Pri srdci umožňujú tomuto svalu reagovať ako jeden celok. V rastlinných bunkách sa tieto spoje nazývajú plazmodezmy.

¥  MEMBRÁNOVÉ VAČKY – majú rôzny pôvod a funkciu. Relatívne stabilné sú lyzozómy, ktoré obsahujú hydrolytické enzýmy. V rastlinných bunkách trvalých pletív vznikajú spájaním lyzozómov vakuoly – najväčšie membránové organely, ktoré niekedy vypĺňajú takmer celý obsah bunky. Ich vlastná membrána sa nazýva tonoplast a obsahuje radu prenášačových systémov. Membránové vačky sú aj peroxizómy, kde prebiehajú oxidačné procesy. Lyzozómy nie sú sekrečné organely, ale ich biogenéza ich radí do tejto skupiny. Medzi prechodné membránové útvary radíme sekrečné vačky, ktoré po splynutí s plazmatickou membránou exocytózou vylejú svoj obsah do prostredia. Ďalej sú to endocytózne vačky, čiže endozómy, ktoré vznikajú odškrtením od plazmatickej membrány a ich ďalší osud je rôzny.

2.1.2.  Semiautonómne organely
Patria sem chloroplasty a mitochondrie. Majú vlastnú kružnicovú DNA, vlastné ribozómy s vlastnou proteosyntézou[2]. Semiautonómne organely sa v bunke nemôžu druhotne vytvoriť, môžu rozmnožovať iba delením, a v tom spočíva ich semiautonómnosť.
¥  MITOCHONDRIE – ich veľkosť dosahuje cca 1μm a v bunke sa ich môže nachádzať aj niekoľko stoviek. (obr. č. 8) Majú hladkú vonkajšiu membránu, ktorá je vďaka zvláštnym pórom mimoriadne priepustná pre polárne látky. Vnútorná membrána je zriasená množstvom mitochondriálnych kríst[3]. Obsahuje transmembránové komplexy dýchacieho reťazca, syntázy ATP a membránové prenášače. Vnútro vypĺňa mitochondriálny matrix obsahujúci enzýmy aeróbnych metabolických dráh.
¥  CHLOROPLASTY – Sú väčšie než mitochondrie – asi 10μm. (obr. č. 9) Vonkajšia membrána je priepustnosťou podobná vonkajšej membráne mitochondrií. Prilieha k nej vnútorná membrána charakteristická špecifickou priepustnosťou podmienenou prítomnými prenášačovými sústavami. Vo vnútri chloroplastu na nachádza stroma obsahujúca enzýmy katalyzujúce syntézu sacharidov. V strome sa nachádzajú tylakoidy – ploché membránové vačky. Obsahujú fotosyntetické pigmenty a sytnáza ATP a sú usporiadané do lumenu. Hlavnou zložkou oboch membrán sú glykolipidy a galaktóza.

2.1.3.  Fibrilárne štruktúry
Všetky fibrilárne štruktúry tvoria cytoskelet. Má pohybovú a opornú funkciu. Fibrilárne útvary sú tvorené veľkým množstvom menších proteínových molekúl. Dĺžka týchto vláken je často zrovnateľná s dĺžkou bunky. Môžu byť uložené rovnobežne alebo tvoriť sieť a sú navzájom spojené molekulami ďalších proteínov špecifických pre daný typ vláken. Rozoznávame tri typy fibrilárnych štruktúr, a to mikrotubuly mikrofilamenty a intermediárne filamenty.

¥  MIKROTUBULY – sú tvorené dimérami tubulínu, ktoré sa skladajú do trubicových útvarov o priemere asi 25nm. Sú to dynamické útvary s plus a mínus koncom. Na plus konci rastú a na mínus konci sa odbúravajú. Na priečnom reze tejto „trubičky“ je zreteľných trinásť tubulínový podjednotiek. Sú pomerne tuhé. V živočíšnych bunkách sa vyskytujú v blízkosti jadra, pričom mínus konce smerujú k periférií bunky. Obsahujú tiež mikrotubulárne motory – komplexy s ATPázovou aktivitou = kinezín(pohybuje sa smerom k mínus koncu) a dyenín (smeruje k plus koncu). V rastlinnej bunke je táto sústava voľnejšie organizovaná a máva viac centier. Mikrotubuly tvoria aj eukaryotické bičíky[4].

¥  MIKROFILAMENTY – sú tenšie než mikrotubuly – cca 7nm. Tvoria ich dva reťazce aktínu, ktoré sa okolo seba špirálovito otáčajú. Spravidla je prítomný aj tropomyozín, ktorého molekuly sa pozdĺžne obtáčajú okolo oboch reťazcov aktínu. Vyskytujú sa vo zväzkoch a priečne sú prepojované sprievodnými proteínmi. Často sa viažu aj na kadheríny a integríny. Tvoria hustú sieť pod povrchom bunky. Na plazmatickú membránu sa viažu svojím plus koncom a nové molekuly aktínu sa prikladajú na voľný koniec. Ich molekulárne motory sú rôzne druhy myozínov.

¥  INTERMEDIÁRNE FILAMENTY – po biochemickej stránke sú oveľa heterogénnejšie ako mikrofilamenty a mikrotubuly. Základný plán ich stavby je podobný, ale proteíny ktoré ich tvoria sú odlišné v rôznych bunkách. Často aj v jednej bunke sa vyskytujú funkčne a štruktúrne odlišné typy.
◌  LAMÍNY – najpôvodnejšie a najuniverzálnejšie z intermediárnych filamentov. Tvoria ich tri podobne proteíny – lamín A, B a C. ich vlákna priliehajú k nukleovému obalu a sú kotvené v membrány kovaltne viazanými hydrofóbnymi reťazcami. Udržujú integritu jadrového obalu, ale na počiatku metafázy sú enzymaticky fosforylované, lamíny A a C disociujú do jadrového obalu a to podmieňuje jeho rozpad.
◌ CYTOKREATÍNY – veľmi rôznorodá skupina proteínov nachádzajúca sa hlavne v epitelových bunkách. Ich vlákna sa viažu na skupiny molekúl kadherínov alebo integrínov a tým prepájajú membránové spoje s bunkou ako s celkom.
◌ NEUROFILAMENTY – nachádzajú sa vo výbežkoch nervových buniek, kde ležia paralelne s mikrotubulami. Zatiaľ čo mikrotubuly zabezpečujú výmenu medzi bunkou a okolím, neurofilamenty ovplyvňujú rast nervových výbežkov.
Intermediárne filamenty rôzneho typu sa vyskytujú vo všetkých typoch buniek. Napr. v svale desmín, v bunkách mezenchymálneho pôvodu vimentín apod.

ZÁVER
Pri tejto práci som si zosumarizovala svoje vedomosti o všeobecnej štruktúre bunky. Dúfam, že mi tento projekt pomôže pri zvládnutí maturitného učiva. Taktiež chcem svojich mladších spolužiakov oboznámiť s týmito informáciami a objasniť im detaily, na ktoré nie je pri bežných hodinách biológie čas. Verím, že ich moja práca zaujme a možno ich inšpiruje v ďalšom štúdiu prírodovedných predmetov