3. Buňka - základní prvek organizace živých soustav

 

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.

 

Obecné znaky buňky

Buňka má:          · vlastní genetický a proteosyntetický aparát

                          · vlastní energetický metabolismus

                          · je ohraničena membránou (reguluje pohyb látek dovnitř a ven)

Tyto znaky odlišují buňky od nebuněčných forem živých soustav - virů. Výše uvedené znaky má buňka prokaryotická i eukaryotická. Kromě buněk se na stavbě organismů podílejí  mezibuněčné hmoty (nacházejí se vně buňky hlavně v živočišných pojivech - kost, chrupavka) a soubuní, což jsou mnohojaderné útvary  vzniklé buď opakovaným dělením jádra bez dělení buňky nebo také splýváním buněk.

 

Struktura buňky

Pod pojmem struktura rozumíme velikost, tvar a vnitřní uspořádání buňky. Rozlišujeme strukturu:

·     mikroskopickou - to, co vidíme světelným mikroskopem

·     submikroskopickou - to, so pozorujeme elektronovým mikroskopem (také ultrastruktura)

 

Typy buněk

·     prokaryotická buňka - viz dříve

·     eukaryotická buňka - a) rostlinná, b) živočišná, c) buňka hub

Prokaryotická buňka je jednodušší než eukaryotická. Obsahuje minimální množství biomembrán. Nikdy nevytváří mnohobuněčný organismus, nanejvýše kolonie.

 

BUNĚČNÉ  ŽIVÉ  SOUSTAVY

 

Prokaryota ( Procacryotae )

 

Charakteristika: Jednobuněčné organismy jejichž jádro (nukeoid) není oblaněné, je tvořené dvouvláknovou kružnicovou DANN, krerá plní fci. chromozómu. Jsou haploidní, množí se příčným dělením, většina má buněčnou stěnu obsahující peptidoglykan ( eukaryota ho nemají). Vnitřní prostor není rozdělen na menši oddíly – kompartmenty. Syntéza bílkovin (proteosyntéza) probíhá na ribozomech. Prokaryotická buňka neobsahuje chloroplasty a mitochondrie. Výživa je autotrofní i heterotrofní.

 

Struktura prokaryotské buňky:

 

1) Buněčná stěna tuhý obal buňky,uděluje tvar, mechanicky chrání. Je složena z peptidoglykanu (dusíkatý polysacharid typický pro baktérie).

 

2) Cytoplazmatická membrána - odděluje vnitří prostředí od vnějšího, je polopropustná = semipermeabilní, podílí se na replikaci chromozómu

 

3) Cytoplazma - viskózní, koncentrovaný roztok obsahující převážně bílkoviny.

 

4) Jádro = nukleoid - jedna dvouvláknová kruhová molekula DNA (asi 1000x delší než buňka, bez jaderné membrány.

 

5) Ribozómy - drobná tělíska v cytoplazmě ze dvou podjednotek, skládají se z RNA a bílkovin

 

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 b-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).

 

 

BUŇKA HUB

 

Buněčná stěna: obsahuje chitin, velmi vzácně celulózu.

Jádro: bývá jedno, dvě i větší počet.

Plastidy: chybí, proto jsou houby bezbarvé. U vyšších hub, hlavně v plodnicích , jsou různá barviva, ale nikdy chlorofyl.

Zásobní látky: hlavně glykogen a olej, nikdy škrob.

Ostatní organely jako v živočišné buňce.