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

Další podobné materiály na webu: