Otázka: Buňka a buněčná teorie
Předmět: Biologie
Přidal(a): kamka
- Buněčná teorie a historie výzkumu buňky
- Srovnání organizmů nebuněčných, prokaryotických a eukaryotických
- Ultramikrostruktura eukaryotické buňky
- Srovnání buňky rostlinné, živočišné a houbové
Buněčná teorie a historie výzkumu buňky
– Buněčná teorie vznikla v 19. století.
– První, kdo vyslovil její základy, byl J. E. Purkyně roku 1837. Jeho teorie ale nebyla dokonalá, proto není považován za autora buněčné teorie. Purkyně si myslel, že buňky vznikají de novo (z neživé hmoty).
– 1838-9 Shleiden a Schwann potvrdili, že buňky jsou základní jednotkou všech rostlin a živočichů.
– 1855 R. Virchow doplnil tuto teorii o významný bod: Omnis cellula e cellula (buňky vznikají jen z buněk)
Buněčná teorie se dá zjednodušeně shrnout do těchto bodů:
- všechny živé soustavyjsou tvořeny buňkami (1 nebo více buněk) nebo jsou na buňkách závislé (viry),
- chemické složeníbuněk je obdobné – poukazuje na původ života z „jedné buňky“, i stejné energetické pochody (biochemické procesy, buněčný metabolismus)
- nové buňky vznikají jen buněčným dělením z jiných (už existujících) buněk,
- činnost organismu je výsledkem činností buněk a jejich interakcí.
– Buňky nesou genetický materiál a při buněčném dělení jej předávají dceřiným buňkám.
– Buňka je tedy základní funkční a morfologickou (strukturní) jednotkou živých organismů.
– Buňka je nejmenší útvar schopný samostatné existence a rozmnožování
– Nelze ji dále dělit (zde je terminologický rozpor s dělením ve smyslu reprodukce).
Cytologie – věda zabývající se buňkami
Historický přehled:
– Robert Hooke 1665 – zavedl termín cellulae = buňka (pomocí vlastnoručně vyrobeného mikroskopu studoval korek a našel v něm malé prázdné dutinky, které pojmenoval cellulae-podle včelích pláství)
– Antoni van Leeuwenhoek – pozorování mikroorganismů (popsal a nakreslil i erytrocyty)
– Jan Evangelista Purkyně 1825 – 1. popis jádra živočišné buňky
– Robert Brown 1831 – popis jádra rostlinné buňky
– Muller 1838 – základy klinické cytologie, rozpoznal a popsal nádorové bujení
– Matthias Jakob Schleiden 1838 – popsal buňky rostlin (botanik)
– Theodore Schwann 1839 – popsal buňky živočichů (zoolog)
Schleiden a Schwann přednesli základní teze buněčné teorie
– Virchow 1858 – omnis cellula e cellula (buňky vznikají jen z už existujících buněk)
Do dnešní podoby se buněčná teorie formovala asi 150 let.
Prokaryontní buňky jsou evolučně primární a relativně jednoduché, z nich se teprve vyvinuly buňky eukaryontní, a to asi před 1,7 miliardami let.
Srovnání organizmů nebuněčných, prokaryotických a eukaryotických
Nebuněční (viry)
– jejich „prabuňka“ obsahuje jen stavební bílkovinnou složku a látku s dědičnou informací (DNA nebo RNA uloženou v obalu – kapsidě)
– nerostou, nedělí se, nejsou schopné vyrábět (bez cizí pomoci) energii nebo bílkoviny (nemají proteosyntetický aparát)
-rozmnožování jen v hostitelských buňkách
Prokaryota (Bakterie, Archea=Archebakterie, Sinice)
– jednoduché jednobuněčné organismy, jednoduchá stavba
– jednoduchost jim umožňuje rychlé množení (jeden cyklus může trvat jen 20 minut)
– nemají jádro (jaderná hmota-nukleoid uložena volně v cytoplazmě, bez jaderného obalu)
– pouze haploidní (1 pár CH)
– obsahuje plazmidy (do kruhu uzavřené molekuly DNA)
– menší a jednodušší než eukaryota
– patří mezi nejstarší organismy – 3,5-4 mld. let (eukaryota se vyvinula z prokaryot)
– reprodukce je pouze nepohlavní
Eukaryota (Plantae-rostliny, Animalia-živočichové, Fungi-houby, Prvoci)
– složité a vysoce organizované systémy (mnohobuněčné organismy)
– složitost zpomaluje jejich reprodukční schopnost (jeden cyklus asi 6 hodin)
– dokonale vyvinutá buňka, má jádro a větší množství organel oddělených do oddílů
– pohlavní i nepohlavní rozmnožování (zvyšuje se schopnost tvorby nových kombinací genů)
– obsahují membránové organely jako mitochondrie, Golgiho aparát, endoplazmatické retikulum, vakuoly / lyzosomy (nesprávně lysozomy), plastidy
Eukaryotická a prokaryotická buňka se liší mj.:
– uspořádáním (prokaryotická je jednodušší)
– velikostí (prokaryotická je menší)
– strukturou jádra a jaderných chromozomů
– obsahem membránových organel
| Eukaryota | Prokaryota | |
| jádro | mají | nemají (pouze nukleoid) |
| chromosomy | 1 i více lineárních | pouze 1 kruhový |
| geny | obsahují introny a exony | bez intronů |
| počet genů | více jak 10 tisíc | 6 až 8 tisíc |
| ploidie | diploidní i haploidní | haploidní |
| jadérko | mají | nemají |
| nejaderná DNA | mtDNA, popřípadě plastidová | plazmidy |
| jaderné proteiny | histony | nemají |
| velikost | 10-100 µm | 1-10 µm |
| syntéza RNA | uvnitř jádra | v cytoplazmě |
| ribozomy | 60S + 40S | 50S + 30S |
| organely a membránové struktury | strukturalizovány a silně organizovány vnitřními membránami a cytoskeletem | velmi málo vnitřních struktur |
| typ bičíku | bičík a řasinky z tubulinu (jsou-li) | bičík z flagelinu |
| mitochondrie | mají | nemají |
| chloroplasty | u řas a rostlin | žádné |
| buněčné dělení | mitóza (někdy pučení) a meióza | prosté dělení |
| buněčná stěna | nemá (jen rostlinná buňka) | má |
| plazmatická membrána | má | má |
| endoplazmatické retikulum | má | nemá |
| Golgiho aparát | má | nemá |
| vakuoly | má | nemá |
| cytoskelet | má | nemá |
Ultramikrostruktura eukaryotické buňky
– cytoplazmatická membrána
– ohraničuje celý živý obsah buňky (cytoplazmu, buňku)
– zajišťuje interakci buňky s okolím
– izoluje vnitřní prostředí buňky od vnějšího
– semipermeabilní (polopropustná), (volně propouští jen některé ionty a molekuly vody)
– složena z dvojvrstvy fosfolipidů (řetězce MK (mastných kyselin) = hydrofobní konce směřují k sobě a fosfátové části = hydrofilní konce od sebe. Do dvojvrstvy fosfolipidů jsou i zčásti nebo úplně zanořené molekuly bílkovin)
– řídí transport látek
– cytoplazma
– vnitřní prostředí buňky (viskózní, koncentrovaný roztok vyplňující vnitřek buňky)
– skládá se z vody, enzymů, živin, odpadních látek a plynů
– probíhají zde některé metabolické procesy
– často obsahuje buněčné inkluze = kapénky nebo krystalky zásobních nebo odpadních látek
– jádro (nukleus/karyon)
– většinou největší organela buňky
– odděleno od cytoplazmy dvojitou jadernou membránou – (=karyoplast?, karyotéka?), (mezi jednotlivými membránami je tzv. perinukleární prostor. Není celistvá, ale má jaderné póry, které slouží k transportu velkých bílkovinných molekul a celých ribozomů)
– vnitřek jádra vyplňuje polotekutá hmota – karyoplazma (karyoplazma=cytoplazma + DNA), uvnitř jsou chromozomy (vláknité útvary) obsahující DNA (gen. info v podobě DNA)
– obsahuje 1 i více jadérek (nucleolus) – v nich uloženy geny pro syntézu rRNA-ta se tam syntetizuje, proto jsou významná při rozmnožování jádra; tvořeno RNA a proteiny (bílkoviny)
(Velkou část jeho hmoty tvoří chromatin – hmota z nukleozómů (=DNA+histony) (histony=bílkoviny, 5 typů: H1, H2A, H2B, H3, H4). Světlý chromatin – euchromatin – dekondenzovaný= místo aktivní transkripce; tmavý, kondenzovaný chromatin – heterochromatin)
Součástí jadérek jsou i části DNA z chromozomů tzv. organizátory nukleolu, což jsou sekvence bází, které kódují ribozomální RNA. Dozrávající ribozomy v jadérku tvoří malá granula, která označujeme jako pars granulosa – granulózní část)
– cytoskelet (cytoskeletární systém)
– vyztužuje buňku (kostra buňky), umožňuje pohyb struktur v buňce
– tvořen soustavou bílkovinné povahy: – mikrofilament = vlákénka
– mikrotubulů = trubičky
– ty mikrofilamenty a mikrotubuly v buňce tvoří svazky schopné zkracování a natahování se → pohyb cytoplazmy v buňce
– součástí je i dělicí vřeténko (při mitóze), (jaderný mikrotubulární aparát), (podílí se na dělení buňky)
Semiautonomní organely (mitochondrie a plastidy) (plastidy jsou u rostlinných buněk)
= buněčné organely s vlastní gen. info ve formě DNA prokaryotního uspořádání (DNA v kruhovém uspořádání a v plazmidech)
= prokaryoty, co ztratily schopnost samostatné existence a staly se součástí eukaryotické buňky
– pouze u eukaryot
– mitochondrie
– organela s vlastní DNA a proteosyntetickým aparátem
– tyčinkovité až vláknité útvary, je jich až x set
– vnitřní prostor=matrix
– tvoří záhyby=kristy (přímo tam se uskutečňuje buněčné dýchání)
– mají 2 biomembrány
– uskutečňuje se tu buněčné dýchání (na vnitřní membráně), energický metabolismus buňky (energie uvolněná při dýchání zabezpečuje životní děje v buňce)
– původ v bakteriích
Ostatní organely
– endoplazmatické retikulum
– membránový systém plochých kanálků a váčků obalených membránou
– membrány ER přímo navazují na obal jádra (je jeho součástí)
– transport látek, syntéza lipidů, bílkovin, polysacharidů
– drsné ER obsahuje ribozomy, probíhá zde syntéza bílkovin
– hladké ER – bez ribozomů, probíhá zde syntéza glykolipidů (glykogen, lipidy), (cukrů-sacharidů a tuků-lipidů)
– ve svalových buňkách (sarkoplazmatické retikulum) se účastní stahu svalu (uvolněním Ca2+)
– produkty ER jsou v transportních váčcích dopravovány do Golgiho aparátu
– Golgiho aparát (komplex)
– soustava měchýřků propojených kanálky
– probíhají zde biochemické reakce (enzymaticky) – upravují a dokončují látky vzniklé v ER (posttranslační úprava proteinů)
(produkty ER jsou do GA dopraveny v transportních váčcích, pak zde zahušťovány a odstraňovány metabolity z těla buňky)
– v živočišných buňkách jsou tu upravovány bílkoviny, lipidy a steroidy
– v rostlinných buňkách bílkoviny a složité sacharidy, jako je např. celulóza
– souvislý a nesouvislý (u rostl. b., tvořen z jednotlivých G. tělísek=diktyozomů)
– ribozomy
– bílkovinná tělíska obsahující rRNA
– účastí se syntézy bílkovin podle gen. info (hlavní fce)
– volné/vázané na ER
– složeny z: – velká ribozomální podjednotka
– malá ribozomální podjednotka
Živočišné buňky mají navíc:
– lysozomy
– měchýřky tvořené biomembránou
– v ní uzavřeny trávicí enzymy-napomáhají vnitrobuněčnému trávení
– vznikají tak, že váčky s upravenými látkami opouštějí GA
Rostlinné buňky mají navíc:
– vakuoly (i u hub a některých živočichů)
– měchýřky ohraničené 1 jednoduchou membránou=tonoplast
– uvnitř je buněčná šťáva (roztok obsahující enzymy, odpadní a další látky)
– mladé rostl. b. mají více malých vakuol, starší mají už jen jednu velkou, zatlačující jádro a cytoplazmu ke kraji buňky
– buněčná stěna
– tuhý obal buňky
– dává buňce pevný tvar
– tvořena hlavně celuózou (buničinou), (houby ji mají z chitinu)
– propustná (permeabilní)
=výsledek metabolické aktivity buňky, zvláště GA
– jsou v ní otvory, kterými prochází z jedné buňky do druhé tenká vlákna protoplazmy = plazmodesmy – umožňují vzájemnou komunikaci buněk
Karyoplazma – plazma buněčného jádra
Protoplazma – veškerý obsah buňky (cytoplazma+karyoplazma)
– plastidy (semiautonomní organely)
– oválné organely umožňující fotosyntézu (chloroplasty), obal ze 2 membrán
– zásobárna živin – zásobní látky (leukoplasty)
– dávají buňce zbarvení (chromoplasty)
– předchůdcem jsou zelené sinice (výjimečně zelené řasy)
Typy plastidů:
– Protoplastidy – nezralý plastid, lze ho nalézt v buňkách dělivých pletiv nebo v příliš mladých buňkách. Během diferenciace a zrání buňky se přemění na některý z plastidů
– Chloroplasty mají dvojitou biomembránu (stroma, martix=bílkovinná plazma, vnitřní prostor dvojité membrány) uzavírající bílkovinnou plazmu. V ní jsou tylakoidy=síť váčků (uzavřených biomembrán)
Grana jsou tvořena stupňovitě na sebe uloženými tylakoidy a obsahují zelené asimilační barvivo chlorofyl A
– Rodaplasty – červený plastid obsahující fykoerytrin (červený) a fykokyan (modrý); u ruduch
– Feoplasty – hnědý fotosynteticky aktivní plastid obsahující chlorofyl a fukoxantin; u hnědých řas
– Chromoplasty obsahují červená nebo žlutá asimilační barviva (karotenoidy nebo xanthofyly) nerozpustná ve vodě; v buňkách do žluta, červena, oranžova zbarvených plodů, květech, listech
– Leukoplasty jsou bezbarvé plastidy, v nichž se hromadí zásobní látky, jako jsou např. škrob, bílkoviny a lipidy
– nejčastěji v neosvětlených částech rostliny (kořeny, oddenky)
Srovnání buňky rostlinné, živočišné a houbové
| Plantae | Animalia | Fungi | |
| povrch | buněčná stěna z celuózy apod. | plazmatická membrána | b.s. z chitinu |
| plastidy | mají | nemají | nemají |
| vakuoly | mají | fci vakuol mají lysozomy | mají |
| zásobní látky | škrob | glykogen | glykogen+olej |
Rostlinná
– buněčná stěna z celuózy, apod.
– mají vakuoly jako metabolicky aktivní membránovou strukturu
– chloroplasty
– nemají lysozomy
– zásobní látka: škrob
Živočišná
– nemají b.s., ale plazmatickou membránu
– nemají metabolicky aktivní vakuoly (jen tukové nebo turgorové ve struně hřbetní)
– diploidní
– zásobní látka: glykogen
– mají lysozomy (probíhá v nich degradace různých látek)
Houbová (nově řazena k živočichům)
– buněčná stěna z chitinu
– mají vakuoly
– haploidní (ale i diploidní některé)
– zásobní látka: glykogen+olej(??)
