3
Buněčná teorie říká že: Všechny životní děje, v jakémkoliv organizmu, probíhají jen v buňkách nebo jsou realizovány vzájemnými vztahy mezi buňkami. Základy buněčné teorie byly formulovány ve 40. letech minulého století
Cytologie – nauka o buňce, její struktuře a funkci.
Popis buňky:
Buňka je nejmenší morfologickou a funkční jednotkou organizmů (jednobuněčných a mnohobuněčných). Buňka je schopná vykonávat všechny základní životní funkce (má všechny projevy živé hmoty).
Základní projevy živé hmoty:
Mezi projevy života patří charakteristické znaky společné pro všechny organismy.
Tyto znaky ale nejsou univerzální. Mnoho organismů není schopných samostatného pohybu a nereagují přímo na své prostředí. Mikroorganismy jako bakterie nemusí provádět dýchání, ale používají alternativní metabolické cesty. Některé organismy nerostou, mají po celý život více méně konstantní velikost.
Velikost buněk:
Většina buněk má mikroskopické rozměry, průměrná velikost kolísá mezi 1,02 - 1,0 nm (nanometr: 10-9). Nejmenší buňky jsou bakterie, největší vaječné buňky (ptáci, želvy). U mnohobuněčných organizmů závisí velikost buněk částečně na velikosti těla a na jejich uložení v organizmu.
Tvar buněk:
Tvar buněk u jednobuněčného nebo mnohobuněčného organizmu je určen druhem buňky, její funkcí a umístěním.
Primárně je tvar buněk kulatý nebo oválný, velice často je i kubický, hranolovitý, tyčinkovitý, hvězdicovitý atd.
Druhy buněk (dělení podle složitosti stavby):
Buňky prokaryotní:
Jsou stavebně jednodušší, evolučně prvotní. Mají primitivnější jádro, většinou je tvořeno jediným kruhovým chromozomem, který je volně uložen v cytoplazmě, jádro nemívá jadernou membránu. Buňka je vždy menší, chybí ji vnitřní membránové systémy (mitochondrie, endoplazmatické retikulum atd.)
Tyto buňky se neumí dělit mitoticky, dělí se přímo amitoticky ( přímé dělení), převládá autotrofní způsob výživy. Mezi tyto buňky patří bakterie a sinice
Buňky eukaryotní:
Mezi tyto buňky patří všechny ostatní buňky. Jsou složité, mají jádro obalené membránou uvnitř s chromozomy, obsahují složité organely. Dělení těchto buněk je mitotické (nepřímé dělení), způsob výživy je heterotrofní.
Rozdělení eukaryotních buněk podle říše
Základní princip stavby buněk rostlin a živočichů je stejný, přesto můžeme pozorovat některé rozdíly.
Rostlinné buňky jsou větší, jejich buněčná stěna je silná a obsahuje celulózu.
V cytoplazmě se nacházejí plastidy a velké vakuoly, naopak nemají některé organely např. Golgiho aparát.
Živočišné buňky obsahují více organických látek, méně vody, mají jiný metabolizmus.
Stavba:
Pomocí elektronového mikroskopu bylo zjištěno, že buňky mají na povrchu a uvnitř buněk velmi tenké membrány tloušťky asi 7,5 nm.
Biomembrány mají speciální stavbu a díky tomu i speciální funkce. Každá biomembrána je tvořena vrstvou molekul tuků a bílkovin, které vytváří kombinovanou látku-lipoproteiny, výjimečně se vyskytují i cukry - glykolipidy, glykoproteiny.
Vrstvy lipidů tvoří většinou souvislou dvojitou vrstvu která v sobě uzavírá vrstvu bílkovin. Každá z přítomných látek má v biomembráně svojí specifickou funkci (lipidy umožňují transport látek polární a nepolární povahy, bílkoviny mají především ochrannou funkci)
Všechny buněčné struktury (organely) jsou tvořeny membránami - biomembránami. Tyto membrány jsou základní morfologickou a funkční strukturou živých organizmů. Biomembrány na povrchu buňky nazýváme cytoplazmatickou membránou, biomembrány uvnitř buněk tvoří buněčné organely.
Cytoplazmatická membrána:
Cytoplazmatická membrána má klasickou stavbu biomembrán, je tvořena dvěma vrstvami tuků, které uvnitř uzavírají vrstvu bílkovin. Na povrchu této membrány jsou navázány zvláštní látky bílkovinné povahy- receptory, které umožňují rozpoznávání specifických enzymů buňkou na základě principu „zámek-klíč“ (tyto enzymy jsou důležité pro metabolizmus buňky) a umožňují vzájemné poznávání se a propojování buněk (stavba orgánů).
Plazmatická membrána obsahuje na svém povrchu průduchy pro prostup některých látek, některé buňky mají plazmatickou membránu navíc zřasenou do klků které zvětšují povrch buněk (buňky střevní sliznice), nebo mají na svém povrchu řasinky (buňky sliznice dýchacích cest, buňky sliznice vejcovodů, sluchově rovnovážného ústrojí).
Funkce:
Ohraničuje buňku proti okolí, určuje tvar buňky.
Umožňuje kontakt s jinými buňkami, umožňuje vzájemné rozpoznávání buněk, vazbu enzymů (důležité pro vzájemnou spolupráci buněk ve složitém organizmu, tvorbu tkání, orgánů atd.).
Umožňuje transport látek z buňky a do buňky - membránový přenos.
Umožňuje pohyb (buňky) nebo pohyb látek po buňce.
Stavba:
Buněčné jádro je největší, velmi významnou organelou. Jádro je zpravidla kulovité, umístěné ve středu buňky. Je obaleno jadernou membránou s póry pro transport látek, uvnitř jádra je tekutá hmota-karyoplazma. V karyoplazmě jsou volně rozmístěny drobné útvary tvořené DNA- chromozomy- zápis dědičných informací a kulovité jadérko (nucleolus), které je tvořeno RNA – pomocná NK pro přenos dědičných informací v buňce.
Funkce:
Základní funkcí jádra je funkce řídící. Řídí přepis dědičných informací v buňce a jejich přenos na ribozómy, podílí se na přesném rozdělení genetického materiálu do nových buněk při buněčném dělení - mitóze.
Stavba:
Soustava vzájemně propojených kanálků a cisteren, napojených současně na plazmatickou a jadernou membránu. Systém je podobný kanalizační síti, membrány mají trojvrstevnou stavbu.
Funkce:
Endoplazmatické retikulum slouží k rozvodu látek po buňce, v jeho kanálcích probíhá syntéza organických látek (lipidů, cukrů, tuků) z molekul které tvoří ostatní organely.
Drsné endoplazmatické retikulum – s ribozómy - probíhá syntéza bílkovin.
Hladké endoplazmatické retikulum – bez ribozómů - probíhá syntéza glykolipidů.
Stavba:
Ohraničená soustava cisteren a dutinek s měchýřky na jejich povrchu umístěná volně v cytoplazmě. Buňka může obsahovat několik těchto komplexů.
Funkce:
Zde probíhá úprava látek vyloučených z ER (bílkovin, lipidů, steroidů, sacharidů), probíhá tu přeměna organických látek a jejich transport pomocí měchýřků na místo určení. Současně se pomocí těchto měchýřků vylučují z buňky některé látky např. sekrety (exocytóza).
Stavba:
Drobné kulovité útvary. Tvořené vláknem RNA stočeným do klubíčka, jsou navázány na endoplazmatickém retikulu (drsné).
Funkce:
Ribozómy tvoří buněčné bílkoviny podle informace získané z DNA (chromozomů). Na syntézu těchto bílkovin používají ribozomy jednoduché organické látky z cytoplazmy AMK, monosacharidy, glycerol a mastné kyseliny.
Stavba:
Drobné kulovité organely uložené volně v cytoplazmě.
Funkce:
Lysozomy obsahují hydrolytické enzymy, které štěpí jakoukoliv organickou látku (hlavně látky přijaté endocytózou). Rozkládají také cizorodé organické látky - bakterie chrání tím buňku před napadením (enzymy z lysozomů mohou v případě porušení stěny lysozomu- otrava jedy, záření, smrt buňky, rozložit vlastní – buněčné organické látky a způsobit tak poškození buňky, její zánik.
Stavba:
Mitochondrie je oválná organela uložená volně v cytoplazmě, je tvořena dvěmi vrstvami biomembrán. Vnější vrstva tvoří obal organely, vnitřní je uspořádána do řas - mitochondriálních krist (zvětšení povrchu mitochondrie). Mitochondrie obsahují vlastní DNA (buňka ji používá částečně na syntézu vlastních bílkovin).
Funkce:
V mitochondriích probíhá tvorba energie pomocí oxidačních reakcí - buněčné dýchání. Při oxidačních reakcích se spotřebovává kyslík a organické látky (glukóza, tuky), vytváří se energie která se ukládá do ATP – viz. dále.
Stavba:
Cytoplazma je koloidní roztok. Hlavním rozpouštědlem je voda, která obsahuje většinu organických látek a anorganických biogenních prvků.
Funkce:
Cytoplazma tvoří prostředí pro organely, umožňuje průběh buněčných reakcí, transportuje látky po buňce, umožňuje dělení buněk.
Stavba:
Centriol je malá, párová, válcovitá organela, je umístěna v blízkosti jádra. Každý z válečků je tvořen 9 mikrotubuly.
Funkce:
Centriol je organela řídící průběh nepřímého buněčného dělení (viz. mitóza).
Stavba:
Jedná se o vláknité struktury umístěné v cytoplazmě, jsou tvořeny bílkovinami.
Funkce:
Tyto typy vláken tvoří mechanickou kostru buňky a některých dalších buněčných struktur, zpevňují, vyztužují buňku.
Video 3: Buňka
Základem udržení života (živé hmoty) je dělení buněk. Dělení buněk umožňuje vznik nových jedinců, růst a obnovu organizmu (buněk). Podle druhu dělení a jeho výsledku se dělení buněk uskutečňuje 3 způsoby:
Přímé dělení je u vyšších organizmů poměrně vzácný typ dělení buněk. Vyskytuje se u jednodušších buněk organizmů. Výsledkem tohoto dělení jsou buňky stejné jako ty, z kterých vznikly. U vyšších organizmů je pozorováno toto dělení méně často, např. u rychle rostoucích tkání (nádory, regenerace).
Průběh dělení:
Celá buňka se piškotovitě protáhne ( i s jádrem), uprostřed se zaškrtí a obě části se od sebe oddělí. Jiný způsob je ten, že se buňka uvnitř oddělí přihrádkou. Tímto dělením se množí jednobuněčné organizmy např. améby, jádra nálevníků.
Podobným typem přímého dělení je pučení, které je typické pro kvasinky, bakterie, prvoky a láčkovce. Z jedné buňky mateřské vzniknou 2 buňky dceřinné. Jedná se o jednoduchý způsob dělení, při tomto typu dělení nelze pozorovat chromozómy, nemizí ani jaderná membrána.
Druhy přímého dělení:
Piškotovité dělení
Přehrádečné dělení:
Pučení:
Mitóza je složitý morfologický a biochemický proces dělení buněk probíhající u vyšších buněk. Výsledkem tohoto dělení jsou buňky, které jsou úplně stejné jako buňky, z kterých vznikly. Po dobu mitózy probíhají v cytoplazmě fyzikální a chemické změny (mění se vazkost, obsah DNA, RNA a některých prvků) .Při vyšších teplotách probíhá dělení rychleji a naopak- záření, nebo některé chemické látky (mitotické jedy) mohou mitózu brzdit.
Při mitóze předchází samotnému rozdělení buňky složitý proces rozdělení buněčného jádra při kterém zůstává v dceřiných jádrech zachován počet chromozomů. Mitóza sama může sloužit jak k budování mnohobuněčného organismu, tak k tzv. nepohlavnímu rozmnožování (u jednobuněčných a primitivnějších mnohobuněčných organismů). Produktem takovéhoto rozmnožování jsou geneticky identické buňky či organismy - klony. Výhodou je praktičnost a efektivnost takovéhoto množení, nevýhodou je uniformita potomstva.
Průběh mitózy:
Mitóza probíhá ve 4 + 1 fázi, tento proces nazýváme životní cyklus buňky (buněčný cyklus).
Rozpustí se jaderná membrána, smísí se cytoplazma s karyoplazmou, jadérko zanikne. Zřetelně se objeví chromozómy, jako vláknité útvary.
Centriol se rozdělí na 2 části, každý váleček putuje k opačnému pólu buňky.
Vytvoří se vlákna budoucího dělícího vřeténka.
Chromozómy se podélně rozštěpí, zůstávají ale stále nerozděleny, pevně u sebe.
Chromozómy se seřadí do rovníkové roviny buňky.
Chromozómy se připevní na vlákna dělícího tělíska (centromerami), postupně se tak vytvoří útvar - dělící vřeténko.
Každý chromozóm se podélně rozdvojí na dva dceřinné chromozómy. Vlákna dělícího vřeténka se smršťují a přitahují dceřinné chromozómy k pólům buňky, k centriolům.
Celá buňka se začíná protahovat a v jejím středu se vytvoří brázda.
Vytvoří se 2 dceřinná jádra, která obsahují stejný počet chromozómů, jako původní buňka.
Kolem jader vznikne nová jaderná membrána.
V jádře se objeví jadérko.
Ostatní buněčné organely vznikají během mitózy buď rozdělením z původní organely, nebo vznikají nové ze základní cytoplazmy.
Dokončí se přiškrcení buňky a její oddělení na 2 samostatné buňky.
Video 1: Buněčný cyklus/Mitóza
Intefáze je klidové stádium buňky, kdy se buňka připravuje na nové dělení. Zdvojuje se množství molekul DNA, RNA a bílkovin, chromozómy se rozštěpí, ale zůstávají pohromadě.
Buněčný cyklus je cyklus, kterým prochází eukaryotická buňka od svého vzniku po další dělení. Tedy od dělení po dělení buňky. Doba trvání cyklu se nazývá generační doba. Buněčný cyklus se skládá z několika fází přípravných (souborně nazývaných jako interfáze - období od konce jedné mitózy po začátek druhé) a vlastního buněčného dělení (nejčastěji mitózy).
Buněčný cyklus lze rozdělit na 4 základní fáze podle "přípravných" procesů v buňce, které mají vztah k rozdělení buňky. Časy zde uvedené jsou pouze orientační a liší se druh od druhu a buňka od buňky:
Každá "přípravná" fáze je zakončena kontrolním uzlem, který má za úkol ověřit, je-li buňka připravena na přechod do další fáze. Nejvýznamnějším ze všech je kontrolní uzel v G1 fázi, který může za určitých okolností uvést buňku do tzv. G0 fáze, ve které se buňka nepřipravuje na dělení. V G0 fázi mohou buňky vydržet i desítky let (nervová či svalová buňka obratlovců).
Meióza je zvláštní formou mitotického dělení buněk. Probíhá v pohlavních buňkách (spermie, vajíčka). Jeho výsledkem jsou buňky, které mají promíchaný genetický materiál a obsahují poloviční počet chromozómů (zralé pohlavní buňky připravené na oplození-gamety).
Toto dělení se vyskytuje v průběhu vývoje pohlavních buněk (spermií a vajíček), je to složitý proces, probíhající několik dní i měsíců.
Po procesu oplození splynutím 2 pohlavních buněk - gamet, vajíčka se spermií (1 x n, haploidní počet) se vytvoří první buňka nového organizmu - zygóta, která obsahuje „normální“ počet chromozómů (2 x n, diploidní počet).
Průběh meiózy:
Meióza se skládá ze dvou po sobě jdoucích dělení buňky, počet chromozómů se ale zdvojnásobí jen jednou.
Párové, homologií chromozómy (od matky a otce) se k sobě přiloží, spojí se a vzájemně překříží - vymění si genetický materiál (crossing over).
Po crossing overu se chromozómy podélně rozštěpí a oddělí (stejně jako v anafázi mitózy) Z jedné buňky vznikají 2 buňky s diploidním počtem chromozómů (podobné jako u mitózy). Tyto chromozómy mají ale, na rozdíl od mitózy, promíchaný genetický materiál od otce a matky.
Ze dvou výše vzniklých buněk vzniknou 4 buňky (z každé buňky 2) prostým přechodem chromozómů do nových buněk.
V této fázi se už tedy nezdvojují chromozómy, nové 4 buňky mají každá jen poloviční počet chromozómů, haploidní (1 x n), jsou tak připravené na proces oplození.
Video 2: Meióza
