Buňka – základní prvek organizace živých soustav
Buňka je základní strukturní a funkční jednotkou živých soustav.
Všechny organismy se skládají z jedné nebo více buněk nebo jsou na buňkách závislé (viry).
Buňky vznikají z jiných buněk buněčným dělením.
Buňky nesou genetický materiál a při buněčném dělení jej předávají dceřiným buňkám.
Chemické složení všech buněk je v zásadě stejné.
Uvnitř buněk se odehrávají v zásadě stejné energetické pochody (biochemické procesy, buněčný metabolismus).
Obecné znaky buňky
Definice buňky
Buňka ( cellula, cyton) je základní stavební a funkční jednotka všech živých organismů. Je to nejmenší útvar schopný samostatné existence a reprodukce (viz buněčná teorie – Th. Schwann 1839).
Studiem buňky se zabývá cytologie (buněčná biologie). Studuje biologii buňky komplexně – tj. z hlediska biofyziky, biochemie, molekulární biologie, fyziologie, genetiky a morfologie.
Prokaryota – zůstává na jednobuněčné úrovni, ale mohou tvořit kolonie. Stáří cca 3.5miliardy let. Velikost prokaryotické buňky se obvykle pohybuje mezi desetinami a desítkami mikrometrů.
Znaky společné s eukaryotickou buňkou
Podrobnější informace naleznete v článku poslední univerzální společný předek.
Prokaryota, jako každé živé organismy, obsahují nukleovou kyselinu, nositelku genetické informace. Je to vždy DNA.
Syntéza proteinů probíhá na ribozomech, které jsou u prokaryot pouze volně uloženy v cytoplazmě. Prokaryotické ribozómy (70S) jsou menší než ribozomy eukaryot (80S).
Buňka je od okolního prostředí oddělena semipermeabilní cytoplazmatickou membránou.
Znaky vlastní pouze prokaryotické buňce
Je přítomen tzv. nukleoid, nejedná se o skutečné jádro, cirkulární DNA (tzv. chromozom) není ohraničen jadernou membránou, ale je umístěn v cytoplazmě. Řetězec DNA je asi 1000x delší než délka celé buňky (cca 1,4 mm), je proto složitě zatočen a na několika místech připevněn k cytoplazmatické membráně. Chromozóm neobsahuje histony.
Je chráněna buněčnou stěnou, která obsahuje peptidoglykany.
Buňka může obsahovat plazmidy, úseky DNA, které se mohou v případě potřeby včlenit do chromozomu. Nejsou pro buňku nepostradatelné, občas ale mohou nést enormně důležitou genetickou informaci (např. gen pro odolnost vůči antibiotiku)
Cytoplazma není rozčleněna na kompartmenty, chybí organely vlastní eukaryotickým buňkám.
U fotosyntetizujících prokaryot jsou přítomny thylakoidy, pigmentem je u sinic chlorofyl, fykocyanin nebo fykoerytrin, u bakterií bakteriochlorofyl.
Většinou se množí příčným dělením, nemají mitotický aparát (dělící vřeténko)
Prokaryota mohou nést bakteriální bičík(y), které jsou zcela jinak utvářený než bičíky eukaryot.
Prokaryota též obsahuje
Mezozomy= oxid. metabolismus
Eukaryota- Je vývojově mladší. Velikost desítky nm. Čím je větší tím spíše převažuje pohl. Rozmnožování. Vznikla splynutím více buněk a došlo ke specializaci (diferenciace) buněk (mitochondrie, plastidy)
Struktura eukaryotické buňky
Pozn.: obdobnou strukturu jako živočišná buňka má i buňka hub (Fungi).
Popis jednotlivých organel
1) Biomembrány ( plazmatické membrány)
Je to nejnápadnější struktura v buňce. Jedná se o plošné útvary, jejichž základem je lipoproteinová dvojvrstva z molekul fosfolipidů a bílkovin. Funkce: odděluje buňku od okolí, umožňuje transport látek a vznikají z ní organely (vakuola).
Biomembrána má charakter fluidní mozaiky. Fluidní znamená, že se složky neustále pohybují a mozaika proto, že bílkoviny jsou rozmístěny nepravidelně. Glykokalyx ( buněčný plášť, povlak) je tenká vrstva glykoproteinů na vnější straně membrány. Funkce je ochrana a příjem informací z okolí (receptory). Některé organely jsou ohraničeny dvojitou biomembránou – dvojmembránové organely ( chloroplasty, mitochondrie a jádro).
2) Cytoplazma
Je to tekutá složka buňky skládající se z koloidních roztoků . Má slabě kyselou až neutrální povahu, chemické složení je mírně proměnlivé, udržuje se stav dynamické rovnováhy Dříve považována za bezstrukturní, pak objeveny elementy cytoskeletu a síť mikrotrabekulů, která spojuje všechny struktury a tvoří kostru buňky vnitrobuněčný transport. Mezi trabekuly je tekutá fáze. Funkce: je prostředím pro organely, probíhají v ní biochemické pochody.
3) Jádro ( nucleus, karyon)
Nedílná součást téměř všech buněk ( není v některých typech vysoce specializovaných buněk – např. červené krvinky savců). Tvar má kulovitý, oválný, méně často podkovovitý, seg-mentovaný. Od cytoplazmy je odděleno dvojitou biomembránou : jaderná membrána = karyo-
lema. Je opatřena otvůrky – jadernými póry, které slouží k výměně makromolekulárních látek -RNA, bílkovin – mezi karyoplazmou a cytoplazmou. Uvnitř jádra je polotekutá jaderná hmota – karyoplazma. Nejcharakterističtější složkou jaderné hmoty je chromatin, složený z DNA a zása-
ditých bílkovin (histonů). Molekuly DNA jsou uspořádány do vláknitých útvarů – chromozomů. Funkce jádra:
genetická – přenos genetické informace z mateřské buňky na dceřinnou tzv. replikací
metabolická – probíhají zde některé syntézy ( DNA, RNA, některých bílkovin, ATP aj.
Poznámka:
Počet chromozomů v buňce je pro určitý druh veličina konstantní, např.: člověk = 46 chromozomů (23 párů) v tělních buňkách a 23 chromozomů v pohlavních buňkách. Tělní buňky (somatické) obsahují 2 sady chromozomů – jsou tedy diploidní (2n). Jedna sada je od otce, jedna od matky. Pohlavní buňky (gamety) obsahují pouze 1 sadu chromozomů – jsou haploidní (n).
4) Jadérko (nukleolus)
Je uloženo uvnitř jádra, bývá jedno nebo dvě. Je tvořeno RNA a bílkovinami a není ohra-
ničeno membránou. Funkce: produkce rRNA a následná tvorba podjednotek ribozomů z rRNA a bílkovin importovaných z cytoplazmy.
5) Endoplazmatické retikulum (ER)
Jedná se o systém kanálků a váčků navzájem propojených. Navazují na jadernou membránu. Rozlišujeme:
– drsné (granulární) ER – na povrchu váčků jsou vázány ribozomy, syntéza bílkovin
– hladké ER – bez ribozomů, syntéza lipidů a polysacharidů
Funkce ER: syntetické centrum buňky, přeprava látek v buňce, skladovací prostor produktů, regulační zařízení (řídí uvolňování látek ze svých váčků).
6) Golgiho aparát (GA), Golgiho komplex (GK)
Soustava oploštělých měchýřků, které jsou uloženy vedle sebe. Podobá se ER, ale nikdy nenese ribozomy. U rostlin se označuje jako diktyozóm.
Funkce GA: úprava produktů vyrobených v ER, jejich uvolňování do cytoplazmy nebo ven z buňky – exocytóza. Odškrcováním váčků z GA vznikají lyzozómy.
7) Lyzozómy
Kulovité váčky s jednotkovou biomembránou. Obsahují trávící enzymy na štěpení bílkovin, lipidů, sacharidů. Vznikají odškrcováním od GA a ER primární lyzozómy, pohybují se cyto-
plazmou a splývají s potravními váčky sekundární lyzozómy (fagolyzozómy). Nestravitelné zbytky v membránových váčcích terciární lyzozómy. Tato tělíska jsou odstraňována exocytó-
zou. Vrostlinné buňce nejsou (nahrazeny vakuolou).
Funkce: vnitrobuněčné trávení
8) Mitochondrie
Většinou oválné až vláknité útvary ve všech typech eukaryotických buněk. Velikost a počet jsou proměnlivé. Na povrchu jsou dvě biomembrány. Vnější je hladká, vnitřní vytváří vychlípeniny dovnitř mitochondrie – tzv. kristy.Uvnitř je základní hmota – matrix s vlastní DNA, RNA, ribozomy a enzymy. Řadíme je mezi semiautonomní organely.
Funkce: oxidace živin. Získaná energie se ukládá do makroergických vazeb v molekulách ATP.Nazýváme je “elektrárny buňky”.
9) Plastidy Semiautonomní organely charakteristické pro buňky rostlin,mají dvojitou membránu.
Rozdělení plastidů:
Bezbarvé ( leukoplasty) –úchova zásobních látek
dělí se: chloroplasty (zelené) a,b,c,d
fotosynteticky aktivní rodoplasty (červené)
Barevné feoplasty (hnědé)
Fotosynteticky neaktivní chromoplasty (žluté až červené)
a) Leukoplasty
jsou bezbarvé a nacházejí se v neosvětlených částech rostlin (kořeny, oddenky, hlízy…), na světle zelenají. Funkce: hromadění zásobních látek
Typy leukoplastů: amyloplasty – škrob
proteoplasty – bílkoviny
oleoplasty – olej
b) Chromoplasty
obsahují žlutá až červená barviva – karoteny a xantofyly. Výskyt: květy, plody i kořeny (mrkev).
c) Chloroplasty
fotosynteticky aktivní plastidy s dvojitou biomembránou – semiautonomní organely. Uvnitř je složitý systém tylakoidů a grán, v nichž se nachází chlorofyl (zeleň listová) a -karoten. Plastidy řas označujeme jako chromatofory, nevytvářejí grána. Počet a tvar chloroplastů je různý, nové vznikají dělením stávajících chloroplastů.
Funkce: fotosyntéza
9) Vakuola
membránové váčky většinou kulovitého tvaru, od cytoplazmy odděleny jednoduchou membránou – tzv. tonoplast. Soubor vakuol v buňce se nazývá vakuom.
Funkce: ŽB – nejčastěji k ukládání roztoků zásobních nebo odpadních látek. U sladkovodních prvoků plní funkci osmoregulační – odčerpávání vody pomocí tzv. stažitelné = pulsující vakuoly. Má také funkci potravní = trávící vakuoly. RB – v buněčné šťávě uloženy zásobní látky (cukry, bílkoviny), meziprodukty metabolismu (krystaly šťavelanu vápenatého), látky toxické a odpadní (alkaloidy, třísloviny, glykozidy, barviva), enzymy, zásobárna vody.
10) Cytoskelet
Hustá síť bílkovinných vláken a trubiček, která prostupuje cytoplazmu buňky. Rozlišujeme dva základní typy: mikrotubuly a mikrofilamenta.
Mikrotubuly – duté trubičky o průměru 25 nm, tvořené bílkovinou tubulinem a schopné rychlé přestavby pohyb, změna tvaru. Fce: opěrná a pohybová, tvoří dělící vřeténko při mitóze.
Mikrofilamenta – dvojité řetízky o průměru 4-6 nm, tvořené bílkovinou aktinem, popříp. myozinem. Fce: pohyb ( améba – měňavka).
11) Centriol = centriola
Stálá struktura živočišné buňky, chybí v buňkách vyšších rostlin. Jedná se o dvojici kolmo na sobě ležících válečků poblíž jádra. Každý váleček je složen z devíti trojic mikrotubulů uspořá-
daných v kruhu a na nich visí 2 věnce satelitů. Kolem centriolu je zvláštní zrnitá cytoplazma – centrosféra, z níž paprskovitě vybíhají dlouhá vlákna mikrotubulů – astrosféra. Centriol s centrosférou a astrosférou tvoří tzv. centrozom. Před dělením jádra se centrozom zdvojí a vzniká diplozom. Pak jednotlivé centrozomy přejdou na opačné póly buňky a indukují tvorbu dělícího vřeténka.
12) Řasinky a bičíky
Řasinky (cilie) – vláknité výběžky buňky určené k pohybu, ohraničené jadnoduchou bio-
membránou. Pod ní je 9 párů periferních mikrotubulů a uvnitř centrální pár s bílkovinným obalem.
Bičík (flagellum) – struktura podobná řasinkám. Obvykle bývá jen jeden a je delší než řasinky.
Poznámka: Řasinky a bičíky jsou zakotveny hlouběji v cytoplazmě v tzv. bazálním tělísku = kinetozóm. Má stejnou stavbu jako centriol.
13) Buněčná stěna
Struktura charakteristická pro rostlinnou buňku. Je to neživá součást buňky těsně přiléhající k cytoplazmatické membráně.
Funkce: mechanická opora tvar buňky, je propustná (permeabilní) pro vodu, ionty a malé molekuly.
Chemické složení: polysacharid celulóza v podobě vláknitých mikrofibril propojených amorfní hmotou z hemicelulóz, pektinů a ligninu (dřevovina).
Stavba:
1. střední lamela – nachází se mezi stěnami dvou sousedních buněk a je z pektinů.
2. primární stěna – přiléhá ke střední lamele. Je z celulóz, hemicelulóz a pektinů. Roste do plochy vkládáním nových mikrofibril intususcepce (buňky se prodlužují).
3. sekundární stěna – vzniká na vnitřní straně primární stěny, vyvíjí se přikládáním nových vrstev celulózy apozice ( vzniká až po ukončení růstu buňky). Buňky pak často odumírají. Proto na určitých místech v buněčné stěně jsou tzv. tečky, jimiž procházejí cytoplazmatické provazce – tzv. plasmodesmy, které spojují protoplasty buněk v tzv symplast. Buněčné stěny a interceluláry (mezibuněčné prostory ) – tvoří tzv. apoplast.
Ukládání látek do buněčné stěny:
Inkrustace – ukládání anorganických látek
Impregnace – ukládání organických látek. Rozlišujeme:
a) lignifikace – dřevnatění
b) suberinizace – korkovatění
c) kutinizace – vylučování kutinu na vnější straně buněk. Vzniká vrstva nepropustné kutikuly.
Schéma stavby buněčné stěny:
14) Buněčné inkluze ( paraplazma )
Jedná se o rezervní nebo odpadní látky, které se hromadí ve vakuolách nebo jsou volně v cytoplazmě.
a) Zásobní látky – zrna glykogenu, kapénky tuků, krystalky bílkovin, roztoky cukrů, škrobová zrna.
b) Odpadní látky – krystalky minerálních solí, různé pigmenty (např. melanin v živočišných buňkách).
Poznámka: Ve specializovaných buňkách se může paraplazma hromadit natolik, že zatlačuje původní buněčný obsah (např. v tukových buňkách).
