Buněčná stavba a chemické složení organismů

 

   Otázka: Buněčná stavba a chemické složení organismů

   Předmět: Biologie

   Přidal(a): Jakub

 

 

Obsah:

• Obecná charakteristika živých soustav
• Stavba prokaryotní a eukaryotní buňky (rostlinná, živočišná, buňka hub)
• Struktura buňky – membránové organely, semiautonomní organely, cytoskelet
• Zastoupení prvků, organických a anorganických látek

 

CHEMICKÉ SLOŽENÍ BUNĚK

• 95 % hmotnosti buňky tvoří 4 prvky
• nejdůležitější makrobiogenní prvky – C, O, H N
• v malém množství: Ca, F, S, K, Cl, Na, Mg, I, Fe, Zn, Cu
• nejmenší částice atomy tvořeny:
• Protony (kladný náboj), neutrony > tvoří jádro atomu
• Elektrony (záporný náboj) > obíhají okolo jádra
• atomy spojeny chemickými vazbami v molekuly

 

• VODA
  • nejrozšířenější molekulou v buňce je voda, 60- 90 % hmotnosti buňky tvoří voda, výborné rozpouštědlo

 

• organické molekuly
  • sloučeniny uhlíku
  • 4 hlavní skupiny organických molekul:
  • sacharidy
  • aminokyseliny
  • nukleotidy
  • mastné kyseliny

 

• Organické sloučeniny
  • nízkomolekulární: monosacharidy, AMK, nukleotidy, mastné kyseliny, koenzymy, vitamíny

 

• sacharidy
  • monosacharidy
  • hexózy : glukóza, fruktóza, galaktóza; při fotosyntéze vzniká glukóza; oxidací glukózy = tzv. dýcháním > vzniká velké množství energie!!!!!
  • pentózy: ribóza a deoxyribóza
  • disacharidy: sacharóza, laktóza
  • polysacharidy: škrob, glykogen a celulóza
  • zásobní polysacharidy: škrob; glykogen
  • stavební polysacharidy: celulóza – rostliny; chitin – u hub
  • vysokomolekulární = biopolymery: bílkoviny; nukleové kyseliny; polysacharidy

 

• bílkoviny
  • pro život zásadní význam
  • 1/5 celkové hmotnosti organismů
  • funkce bílkovin:
  • stavební součástí buněčných struktur
  • realizují metabolismus – enzymy
  • regulují procesy – hormony
  • obranná funkce – imunoglobuliny
  • transportní molekuly – hemoglobin
  • bílkoviny a nukleové kyseliny = informační makromolekuly > v pořadí nukleotidů v nukleových kyselinách je obsažena informace pro pořadí AMK v bílkovinách
  • bílkoviny vznikají kondenzací AMK – spojeny peptidovými vazbami
  • základem bílkoviny je polypeptidový řetězec

 

• aminokyseliny
  • 20 různých AMK
  • 2 AMK spojeny kovalentní vazbou = peptidová vazba > dipeptid > polypeptidy
  • seřazení AMK v bílkovinné molekule je charakteristické, geneticky určené a nazývá se primární struktura bílkovin
  • prostorové uspořádání – sekundární a terciární uspořádání

 

• nukleové kyseliny: DNA, RNA
  • uchování, přenos a exprese genetické informace
  • Monomery NK jsou nukleotidy
  • nukleotid:
    • organická dusíkatá báze
    • pentóza – ribóza, deoxyribóza
    • fosfát

 

• DNA:
  • dva protiběžné polynukleotidové řetězce; šroubovitě stočeny; spojeny vodíkovými můstky
  • puriny: A, G x     pyrimidiny:  C, T
  • komplementarita bází – vždy A, T, C a G; mezi A a T dva vodíkové můstky; mezi C a G tři vodíkové můstky

 

• RNA:
  • jeden polynukleotidový řetězec
  • puriny: A, G x             pyrimidiny:  C, U
  • tři základní druhy zajišťující genovou expresy (přenos a realizace genetické informace)

 

• a) transférová tRNA
  • přenáší AMK k ribozomům během translace, obsahuje asi 80 nukleotidů
• b) ribozomální RNA – rRNA
  • podílí se na stavbě ribozomů; 120 – 3000 nukleotidů
• c) informační mediátorová mRNA
  • tvoří se při transkripci z DNA; stovky až tisíce nukleotidů

 

• lipidy
  • významná stavební složka biomembrán
  • energetický zdroj – zásobárna energie
  • rozpouštění vitaminů A D E K
  • estery vyšších mastných kyselin a glycerolu
  • netvoří makromolekuly
  • jednoduché lipidy – tuky a vosky
  • složené – fosfolipidy a glykolipidy

 

OBECNÁ CHARAKTERISTIKA ŽIVÝCH SOUSTAV

• • OBECNÉ VLASTNOSTI ORGANISMŮ
    • 1) přítomnost makromolekul biopolymerů
      • nukleové kyseliny
      • bílkoviny
      • sacharidy
    • 2) metabolismus
      • přeměna látek a energií; katalytické působení enzymů
    • 3) buňka
  • 4) dráždivost
    • schopnost přijímat podněty a reagovat na ně
  • 5) schopnost autoreprodukce, rozmnožování a schopnost dědičného předávání svých znaků
  • 6) schopnost vývoje, evoluce stálou adaptací na podmínky prostředí

 

• hierarchie živých soustav
  • 1) nebuněčné organismy
    • Viry; vnitrobuněčný parazitismus
  • 2) jednobuněčné organismy
    • všechny prokaryotické organismy; bakterie, sinice, aktinomycety
  • 3) mnohobuněčné organismy
    • většina eukaryotických organismů; živočichové, rostliny, houby
  • 4) individua vyššího řádu
    • obligátní společenstva; vzácné; včely, mravenci, termiti

 

• prokaryotní buňka
  • Tvořena jediným neděleným oddílem (kompartmentem)
  • kompartment je ohraničen plazmatickou membránou; kompartment je vyplněn cytosolem
  • jádro prokaryotní buňky:
    • není ohraničené jadernou membránou
    • obsahuje jedinou dvouřetězcovou kružnicovitou DNA = nukleoid
    • kružnicovitá DNA představuje jediný kružnicový chromozom
  • buňka se rozmnožuje příčným dělením > na dvě dceřiné buňky
  • buňka je krytá buněčnou stěnou:
    • hlavní složka buněčné stěny je peptidoglykan
  • v cytosolu jsou ribozomy – zde syntéza bílkovin
  • jeden nebo více bičíků > duté šroubovitě stočené vlákno

 

• eukaryotní buňka
  • rozdělena na několik kompartmentů (oddílů)
  • má pravé jádro ohraničené jaderným obalem = jaderná membrána

 

• v jádře se vyskytují:
  • chromozomy:
    • pentlicovité útvary viditelné v dělící se buňce
    • dlouhá vlákna DNA + bílkoviny ( histony)
    • chromozom obsahuje jednu lineární DNA, oba konce jsou volné
    • buňky se diferencují > tvoří tkáně nebo pletiva
  • v cytosolu jsou membránové organely:
  • endoplazmatické retikulum
  • Golgiho aparát
  • lyzozomy
  • vakuoly
  • mitochondrie a chloroplastidy
  • v cytosolu jsou nemembránové organely:
    • ribozomy
    • cytoskelet
    • centrozom
  • dceřiné buňky mají v jádrech stejný počet chromozomů jako mateřská buňka
  • toto přesné rozdělené genetické informace je zajištěno jaderným dělením = mitózou
  • pohlavní buňky = gamety mají v jádře poloviční počet chromozomů než buňky somatické ( tělní)
  • redukce počtu chromozomů probíhá při meióze
  • rostlinná buňka:
    • buněčná stěna obsahuje celulózu
    • procházejí zde plazmodesmy > spojují buňky v pletiva
    • vakuoly
    • plastidy
  • živočišná buňka:
    • lyzozomy
    • centrozom
  • buňky hub:
    • buněčná stěna obsahuje chitin
    • vakuoly
    • heterotrofní organismy

• HISTORIE
  • Robert Hooke pozoroval buňky korku 1665
  • Anthony van Leeuwenhoek 1674 pozoroval živé buňky: bakterie a prvoky
  • konec 30. let 19.století: Buněčná teorie:
  • buňka je základní stavební a funkční jednotkou všech živých soustav > Schwann, Schleiden, J.E. Purkyně

 

• ORGANISMY
• Jednobuněčné organismy:
  • tvořeny jednou buňkou > vykonává všechny životní děje
• Mnohobuněčné organismy:
  • buňky se specializují a diferencují > vytvářejí tkáně nebo pletiva
  • mezi prokaryota patří: bakterie, sinice, archea
  • mezi eukaryota patří: prvoci,houby,rostliny a živočichové

 

• POVRCHY BUNĚK
  • molekulární struktura plazmatické membrány i ostatních biomembrán je u všech organismů velmi podobná
  • je polopropustná = semipermeabilní
  • základem biomembrán : lipoproteinová dvojvrstva > základem je vrstva fosfolipidů
  • molekuly fosfolipidů mají na jedné straně nepolární, hydrofóbní část  a na druhé polární, hydrofilní část
  • kromě fosfolipidů jsou zde i bílkoviny
  • Membrány > model fluidní mozaiky > tekutá

 

• eukaryotní buňka
  • má pravé jádro ohraničené jaderným obalem, obsahuje membránové organely

 

PROKARYONTNÍ BUŇKA

• jednoduchý typ buňky
• prokaryota jsou jednobuněčné organismy (bakterie, sinice, mykoplazmata) ; velikost 1-2 µm
• cytoplazma chudá na membránové organely
• jen fotosyntetizující sinice mají biomembrány = tylakoidy
• netvoří diferenciované tkáně ani pletiva
• hojné ribozomy > několik tisíců v buňce
• prokaryotické ribozómy jsou menší než ribozomy eukaryot
• často jsou zde buněčné inkluze
• nemají mitotický aparát (dělící vřeténko)
• nemají ani mitochondrie !!!!!
• zásobním materiálem:kyselina beta-hydroxymáselná, glykogen a volutin
• rozmnožují se nepohlavně , příčním binárním dělením
• 4 VŽDY PŘÍTOMNÉ STRUKTURY:
  • JÁDRO = NUKLEOID
  • RIBOZÓMY
  • CYTOPLAZMATICKÁ MEMBRÁNA
  • BUNĚČNÁ STĚNA
  • + cytoplazma

 

 NUKLEOID

• jaderný ekvivalent; neohraničený obalem; volně uložen v cytosolu
• prokaryotický chromozom je 1000 delší
• poskládán do smyček
• jeden chromozom = jedna DNA >> geny přecházejí v nezměněné formě do dceřiných buněk
• haploidní prokaryotní buňky
• kružnicový = cyklický >> nemá volné konce

 

PLAZMIDY

• malé kružnicovité, dvoušroubovité molekuly DNA = plazmidy
• nesou doplňkovou, postradatelnou informaci
• výborně pronikají membránou a přenáší se z jedné buňky do druhé = nosiče nového genu do buňky (použití v genovém inženýrství)
• občas ale mohou nést enormně důležitou genetickou informaci (např. gen pro odolnost vůči antibiotiku)
• nesou geny umožňující konjugaci bakterií

 

CYTOPLAZMATICKÁ MEMBRÁNA

• Funkce :
• odděluje jediný oddíl buňky
• uvolňuje energii z organických látek !!!!
• izoluje vnitřního prostředí od vnějšího
• je polopropustná = semipermeabilní
• hladká, ale tvoří i výběžky = invaginace membrány – na těchto vchlípeninách probíhá dýchací řetězec
• zelené bakterie zde mají bakteriochlorofyl

 

BUNĚČNÁ STĚNA

• jediná pevná struktura prokaryotní buňky
• je složená z peptidoglykanu
• nad stěnou může být i pouzdro z bílkovin nebo polysacharidů

 

CYTOPLAZMA

• velmi viskozní ; koncentrovaný roztok
• cytoplazma není rozčleněna na kompartmenty
• chybí organely vlastní eukaryotickým buňkám

 

BIČÍK

• liší se ve složení i v práci od eukaryotního bičíku
• dutý útvar
• bílkovina flagelin
• je ukotvený v cytoplazmatické membráně a buněčné stěně – > otáčivý pohyb bičíku
• flagelin putuje „trubičkou“ a přirůstá u konce – bičík tedy neustále přirůstá
• energie pro pohyb bičíku – bez ATP !!!!

 

ZPŮSOB VÝŽIVY

• heterotrofní ( saprofytické, parazitické, patogenní)
• chemoautotrofní (nitrifikační, sirné, železité bakterie)
• fotoautotrofní ( sinice)

 

• MEMBRÁNOVÉ ORGANELY
  • specializované na různé funkce
  • jádro, ER, GK, lyzozomy, peroxizomy, vakuoly, mitochondrie a plastidy
  • vždy uzavřené váčky> od cytosolu
  • ploché váčky = cisterny

 

• jádro nucleus
  • největší nejnápadnější útvar
  • dvojitá membrána
  • jaderná membrána obsahuje jaderné póry; výměna látek
  • z jádra: mRNA, tRNA, podjednotky ribozomů
  • z cytoplazmy: nukleotidy, bílkoviny ( enzymy katalyzující replikaci DNA, transkripci)
  • hlavním obsahem jádra jsou chromozomy:
  • chromozom je tvořen 1 obří lineární molekulou DNA + molekulami bílkovin  histonů  = nukleosomy ( vždy 8 molekul histonů)
  • svinutí DNA do těsné dvoušroubovice = solenoid >> jeden závit je tvořen 6 nukleosómy

 

• chromozom:
  • DNA + histony = nukleozom
  • nukleozomy tvoří materiál nazývaný chromatin
  • buňka se dělí> DNA se spiralizuje > vytváří se chromozomy
  • v nedělící se buňce jsou chromozomy neviditelné ( v mikroskopu) > jemná, navzájem propletená
  • viditelné až v mitóze ( v metafázi)
  • v jaderných chromozomech uložena genetická informace
  • pentlicovitý útvar
  • světelným mikroskopem pozorovatelný
  • na začátku jaderného dělení je chromozom tvořen 2 sesterskými chromatidami
  • 1 chromatida = 1 DNA
  • sesterské chromatidy spojeny v místě v tzv. centroméře
  • v jádře buněk člověka je 46 chromozomů
  • výjimka – jádra pohlavních buněk – 23 chromozomů
  • vajíčko 23 chromozomů; spermie 23 chromozomů
  • Eukaryotní chromozom:
    • dvoušroubovice DNA
    • není cyklická, je lineární > 2 konce
    • replikace může začínat na mnoha místech současně
    • centroméra >zde se vážou vlákna dělícího vřeténka
    • konce DNA tvoří tzv. telomery ( nekódující úseky)
  • buňka stárne > telomery se zkracují

 

• JADÉRKO = nukleolus
  • uvnitř jádra
  • nemembránová organela
  • tvoří se zde ribozomální RNA
  • bílkoviny
  • molekuly rRNA + bílkoviny vycestují jadernými póry ven z jádra > vytvářejí ribozómy

 

• RIBOZÓMY
  • nemembránová organela; volně v cytoplazmě nebo váží se na membrány endoplazmatického retikula
  • 30 nm
  • ribozóm se skládá: ze dvou podjednotek; z rRNA + bílkovin
  • funkce:syntéza bílkovin při procesu označovaném translace
  • každá buňka si vytváří v určitém čase a určité množství své vlastní bílkoviny
  • enzymy, hormony, přenašeče, stavební látky, …
  • játra, slinivka – velké množství ribozomů

 

• ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM
  • rozsáhlá soustava membrán
  • soubor kanálků a váčků = cisterny
  • obklopují jádro
  • výrazná syntetická funkce> membránové lipidy
  • drsné a hladké
  • vnější strana >ribozómy: syntéza bílkovin
  • materiál se nehromadí >přesun dál

 

• drsné ER :
  • navázány ribozómy > tvorba bílkovin
  • bílkoviny se v cisternách ještě upravují
• hladké ER:
  • bez ribozómů > tvorba tuků, cukrů, úprava enzymů a hormonů
  • nové látky > váčky > odškrcení > jdou do GK
  • ER vytváří nové membrány > tvorba membránových organel

 

• GOLGIHO KOMPLEX
  • membránová organela
  • paralelně uspořádané cisterny
  • bez ribozómů
  • útvar z 6 cisteren se nazývá diktyozóm
  • funkce: vytvořené sacharidy, lipidy a bílkoviny z ER přepravovány transportní váčky a zde upravovány
  • primární funkcí je postsyntetická úprava
  • produkt upraven > oddělí se od GA jako malý váček > dopraví se na místo určení
  • látky určené k vyměšování z buňky : enzymy, hormony ( inzulin z buněk slinivky břišní), sekrety > váček splyne s cytoplazmatickou membránou > vylití obsahu do okolí => exocytóza

 

• LYZOZOMY
  • stálá membránová struktura
  • malé měchýřky
  • vytvářejí se odškrcováním od váčků GA
  • organely nitrobuněčného trávení
  • obsahují hydrolytické enzymy > štěpí látky
  • rozkládají cizí částice pohlcené bílými krvinkami nebo poškozené vlastní buňky
  • po smrti buňky se podílejí na jejím rozkladu > buňka stráví samu sebe
  • funkčním ekvivalentem jsou v rostlinné buňce vakuoly

 

• PEROXIZOMY
  • drobná mikrotělíska
  • obsahují enzymy oxidázy a katalázy
  • lyzozomy a peroxizomy > souhrnně je nazýváme vezikulární útvary

 

• VAKUOLY
  • organely v buňkách rostlin a hub
  • od cytoplazmy oddělena membránou = tonoplastem
  • velmi velké – u rostlin až 90 %
  • obsahují tekutinu = buněčná šťáva:
  • cukry, bílkoviny, enzymy a barviva
  • probíhá zde i rozklad nepotřebných látek
  • po zhoustnutí > buněčné inkluze

 

• SEMIAUTONOMNÍ ORGANELY
  • výjimečné
  • mitochondrie a plastidy
  • 2 membrány: vně a vnitřní
  • mají vlastní: DNA, ribozómy, bílkoviny
  • probíhá zde energetický metabolismus
  • rozmnožují se dělením > replikací DNA

 

• MITOCHONDRIE
  • ve všech buňkách > několik set; malé 1 – 10 mikrometrů
  • hlavní funkce: syntéza ATP > centrum buněčného dýchání
  • stavba:
    • vnější membrána – hladká
    • vnitřní membrána je dovnitř zřasena = kristy
    • prostor mezi kristami vyplněn hmotou = matrix

 

matrix obsahuje DNA + ribozomy

• v membráně: složky dýchacího řetězce a soustava syntézy ATP; !! spotřebovávají kyslík a využívají energii (získanou oxidací živin) k syntéze ATP z ADP; tzv. Krebsův cyklus
• chloroplasty
  • pouze v buňkách rostlin a řas
  • obsahují chlorofyl > fotosyntéza
  • větší než mitochondrie – 5 – 10 mikrometrů; v buňce je jich 50 – 200
• stavba: 2 membrány
  • uvnitř třetí  membránový systém = thylakoidy
  • tylakoidy naskládány na sebe – grana
  • polotekutá hmota kolem tylakoidů – stroma
    • ve stromatu: DNA + ribozomy

• Endosymbiotická teorie
  • CH + MI se dostaly do EB druhotně
  • Vyvinuly se z prokaryotních symbiontů:
  • MI z aerobních bakterií
  • CH z fotosyntetizujících bakterií podobným sinicím
  • DNA je kruhovitá
  • Ribozómy jako prokaryotní

 

• PLAZMATICKÁ MEMBRÁNA
  • 7 nm
  • neobsahuje složky dýchacího řetězce
  • bílkoviny se účastní aktivního přenosu iontů a živin přes membránu > ATP
  • elektrický potenciál – 0,1 V
  • fagocytóza- pohlcování částic zvenčí

 

• CYTOSKELET
  • nemembránová organela
  • dynamická a proměnlivá struktura !!
  • soustava vláknitých bílkovinných útvarů
  • uvnitř cytoplazmy, určuje tvar buňky
  • mechanická funkce: opěrná a pohybová
  • u PB asi nejsou
  • zásadní význam: při dělení EB
  • 2 typy: mikrotubuly + mikrofilamenta
  • MIKROTUBULY; MIKROFILAMENTA; INTERMEDIÁRNÍ FILAMENTA; CENTROZÓM

 

• MIKROTUBULY
  • duté trubičky; 25 nm průměr
  • bílkovina tubulin
  • mikrotubuly vytvářejí dělící vřeténko
  • bičík, řasinky

 

• EUKARYOTNÍ BIČÍK
  • základem EB bičíků: podstatně se liší od PB bičíku ( flagelin)
  • 250 nm v průměru
  • 2 mikrotubuly ve středu a 9 dvojic po obvodu
  • pohyb bičíku > spotřeba ATP

 

• MIKROFILAMENTY
  • bílkovina aktin: malé kulovité molekuly 7 nm; pod povrchem buňky; funkce pohybová
  • bílkovina myozin: větší molekula; enzymová aktivita –je schopen štěpit ATP
  • aktin + myozin = ve svalových buňkách
  • podkladem svalové činnosti: vzájemný posun obou druhů filamentů

 

ŽIVOČIŠNÁ BUŇKA:

• Nemá buněčnou stěnu
• Nemá chloroplasty
• Bohatá na mitochondrie
• Golgiho komplex je tvořen jedním diktyozómem blízko ER
• Nemá vakuolu