Buňka – Genetika k maturitě

Epidemiologie

 

   Otázka: Buňka

   Předmět: Genetika

   Přidal(a): vnl.xf

 

 

Genetika – Buňka – obsah

 

Související téma:

Rozmnožování buněk: https://biologie-chemie.cz/rozmnozovani-bunek-genetika-k-maturite-vnl/

  • Amitóza, Mitóza, Cytokineze, Život buňky, Meióza – dělení redukční, zrací

 

Biologie

  • Studium živých soustav, tj.jedno a mnohobuněčných organismů, virů, virusoidů a viroidů
  • Obecná biologie zkoumá obecné zákonitosti živých org. a v nich probíhajících životních procesů
  • Obecnými vědami jsou :
    • ° obecná botanika ( rostlinná říše )
    • ° obecná zoologie ( živočišná říše )
  • Dále se dělí na :
    • Mikrobiologie – studium org. ( virologie,bakteriologie, mykologie)
    • Botanika
    • Zoologie
    • Antropologie – studium člověka
    • Paleontologie – vymřelé organismy
  • Obecná charakteristika živých soustav
    • Živou soustavu lze definovat jako otevřený systém, jehož hmotným základem je komplex specifických nukleových kyselin a bílkovin ( proteinů ), který podle programu, daného těmito látkami, realizuje ustavičnou přeměnu látek a energií ( jíž zajišťuje svou stabilitu ), a který je podle téhož programu schopen autoreprodukce
    • Nejmenší a nejjednodušší soustavou, jevící všechny biochemické, morfologické a funkční znaky života, je obecně buňka.
      • ° existují různé kategorie živých soustav
      • ° základní kategorie – jedinec, tj.jednotlivé organizmy
      • ° jedinci ( org. ) jsou živé soustavy, které vykonávají všechny základní biologické fce. a jsou proto schopny samostatného života
      • ° jsou to jednak jednobuněčné organizmy (mikroorg.) a jednak org .mnohobuněčné
      • ° vyšší formy živých soustav, než je mnohobuněčný org. –
    • individua vyššího řádu – tj.obligatorní společenstva tvořená
    • různě diferencovanými jedinci téhož druhu, která mohou žít pouze jako taková
    • Všechny živé soustavy lze rozdělit na základě jejich strukturální a organizační složitosti do dvou skupin :
      • ° buněčné živé soustavy neboli organizmy (jedno a mnoho b. )
      • ° nebuněčné živé soustavy ( viry, viroidy a virusoidy )
    • Buněčné živé org jsou org., které se vyznačují všemi základními životními funkcemi a jsou schopny realizace všech toků genetické informace ( replikace, transkripce s translace )

 

 Buňka

  • je nejjednodušší, nejmenší známý útvar schopný všech životních projevů
  • Má všechny podstatné složky potřebné k samostatnému životu
    • – metabolický aparát, tj.soubor několika set tisíc enzymů
    • – od okolí je oddělena plazmatickou membránou
    • – podstatná složka je DNA a na ní napojená enzymový aparát
  • zajišťující přenos genetické informace pro syntézu proteinů
  • Buňky jsou primárně odpovědny za veškerou aktivitu org.
  • Většina životních dějů probíhá v buňkách
  • Lidský org. obsahuje asi 30 biliónů

 

 Cytologie

  • Nauka o buňce
  • Zrod cytologie byl podmíněn objevem mikroskopu
  • Holanďané J. a Z. Jansenovi (1590 ) vybrousili první čočky a sestrojili mikroskop
  • Gallileo Gallilei ( 1564 – 1642 )
  • Robert Hook ( 1635 – 1703 ) – poprvé popsal buňku
  • J.E.Purkyně ( 1787 – 1868 ) – poprvé poukázal na to, všechny rostlinné i živočišné tkáně se skládají z buněk, poprvé použil mikroton
  • Vlastní zrod cytologie spadá do první poloviny 19.stol.
    • M.Schleiden a T.Schwann
    • Robert Koch ( 1843 – 1910 ) – založil bakteriologii
    • Ilja Mečnikov ( 1845 – 1916 ) – začal studovat imunologii
    • Paul Ehrlich ( 1845 – 1915 ) – vědecký základ chemoterapie
    • Virchow ( 1821 – 1902 ) – Omnis cellula ex cellulae

 

Buňka

  • Podle povahy vnitřní struktury:
    • ° Prokaryotický typ buněk – prokaryota
    • ° Eukaryotický typ buněk – eukaryota
  • Prokaryotní buňky ( PB ) tvoří nejmenší a nejjednodušší rostlinné organizmy : baktérie a sinice
    • průměr těchto buněk se pohybuje nejčastěji kolem 1 um
    • baktérie jsou vždy jednobuněčné, sinice jednak jednobuněčné, jednak vláknité
    • v PB neexistují jiné organely než ribozómy a mezozómy
    • fce všech membránových organel přejímá sama plazmatická membrána
  • Prokaryotní gonofory
    • – nejtypičtějším znakem PB je její chromozóm:
    • – tvoří jej jediná molekula dvou-řetězové DNA, prstencovitě uzavřená, mnohonásobně svinutá, převinutá, uzavřená volně
    • v základní cytoplazmě
    • – má kapacitu pro uložení asi 2300 průměrně rozsáhlých genů
    • Kromě ní jsou v cytoplazmě přítomny podobné, avšak menší cirkulární molekuly DNA-tzv.plazmidy-nesou přídatné genetické informace
  • Prokaryotní typ buněk
  • Prokaryotní ribozómy
    • – molekulová hmotnost 2,8×10 na 6 ( eukaryotní 5×10 na 6 )
    • – ribozómy v mitochondriích a chloroplastech eukaryotních buněk mají všechny parametry ribozómů prokaryotních
  • Prokaryotní buněčná stěna
    • – charakteristická a zcela odlišná od eukaryotních buněk
    • neobsahuje celulózu ani chitin a její stavba je zpravidla složitá
    • – rigiditu zajišťuje mukopeptidová (peptidoglykanová) vrstva, k níž se pevně připojují různě utvářené složky lipoproteinová a lipopolysacharidová
    • – proteinové bičíky sloužící k pohybu, vláknité výrůstky plazmatické membrány – pili ( konjugace s jinými bakt. a fimbrie ( přichycení k povrchu buněk eukaryotních )
    • – zevně bývá vrstva vazkého hlenu – pouzdro

 

 Eukaryotní typ buněk

  • – buňky mají dokonalé jádro, obsahují charakteristický počet přesně formovaných vláknitých chromozomů a jadérko
  • – jádro je obklopeno jadernou membránou
  • – živá hmota mimo jádro se označuje cytoplazma
  • základní x cytoplazmatické organely

 

 Cytoplazma základní

  • Viskózní polykoloidní roztok, bezbarvý, obvyklé průsvitný až průhledný
  • Obsahuje stabilní formované ultrastrukturální elementy :
  • Mikrofilamenta a mikrotubuly – ty tvoří výztuž a jejich soustava se v buňce nazývá cytoskelet
    • Mikrofilamenta – jemná kontraktilní vlákénka, tvořená polymery globulárních bílkovin aktinu ( i u některých bakterií ) a tyčinkovité bílkoviny myosinu
    •  Mikrotubuly – trubičky o vnějším průměru okolo 23 nm
      • – jsou to polymery globulární bílkoviny tubulinu
      • – mikrotubuly vytvářejí vlastní pevný skelet buňky
      • – mohou se výrazně zkracovat

 

 Eukaryotní jádro

  • Nejcharakterističtější složkou EB je jádro- nucleus (exist. i buňky bezjaderné – erytrocyty – nejsou schopny růstu, vývoje ani dělení a po omezené době zanikají )
  • Tvar bývá velmi rozmanitý – kulovitý, oválný, protáhlý, tyčkovitý, rohlíčkovitý, rozvětvený
  • Velikost jádra závisí na stáří a fci buňky, staré buňky mají menší jádra než mladé, žlázy mají velká jádra
  • Hlavní části jádra :
    • 1. Jaderná membrána
    • 2. Jaderná šťáva
    • 3. Chromatin ( zrnitý a vláknitý )
    • 4. Nukleoskelet
    • 5. Jadérko (i více ) – samostatná organela

 

 Jaderná membrána – karyolema

  • – je tvořena lipoproteinovými vrstvami
  • – je silnější než CM
  • – jednotkové membrány jsou 2 a mezi nimi se nachází perinukleární prostor ( 20 – 100 nm )
  • – karyolema – selektivně propustná s mechanismem usnadněné difúze a aktivního transportu
  • – v membráně se nacházejí otvory ( 20 – 50 nm ), tvořené specifické proteiny – poriny
  • – jsou nutné zejména pro průchod makromolekul RNK ( t-,m-,r- )

 

 Eukaryotní jádro

  • – charakteristickou látkou eukaryotního jádra je chromatin, což je DNA v komplexu s určitými bílkovinami, zejména histony a globuliny
  • – nukleoproteiny jádra všech EB jsou organizovány ve specifickou ultrastrukturu chromozomů
  • – histony – jsou bílkoviny bazického typu, evolučně patří k nejkonzervativnějším bílkovinám, tzn.že se jejich struktura v průběhu revoluce měnila velmi málo
  • – hlavní ultra-strukturální složkou chromozómů je nukleozóm, složitě uspořádaný komplex histonů s řetězcem DNA
  • – vyšší strukturou v prostorovém uspořádání je kondenzace řetízků nukleosomů do tzv. 30 nm chromatinových vláken
  • – ty vytvářejí smyčky o 20 000-80 000 párech bází- typický lidský chromozóm je pak tvořen asi 2600 smyčkami
  • – chromozómy se dále zkracují a kondenzují

 

 Mikroskopická struktura chromozomů v metafázi

  • – oba dceřiné chr. (dceřiné chromatidy ) jsou spojeny zvláštní strukturou centromerou, která odděluje ramena ch.
  • – umístění centromery není vždy stejné:
    • telocentrický
    • akrocentrický
    • submetacentrické
    • metacentrické

 

 Funkce jádra

  • – genetická-(replikace DNA ) – uchování gen. informace v DNK
  • – při dělení buňky dojde k rozdvojení DNK a její resystetizaci ve fázi klidové ( aktivace některých úseků DNK – biochem. procesy )
  • – metabolická – řídí některé metabolické procesy buňky (syntéza RNK, glycidů, ATP, enzymů )
  • – buňky s vysokou úrovní metabolismu mají špatně barvitelná světlá jádra

 

 Plazmatická membrána

  • – tvoří povrch cytoplazmy ve všech buňkách
  • – vnitřní povrch-vázána řada bílkovinných makromolekul, zejména enzymů
    • permeáz – aktivní transport látek do buněk
    • oxidoreduktáz – dýchací enzymy
    • polymaráz ( monomery v makromolekuly )
  • Funkce plazmatické membrány:
    • – reguluje průchod látek do buňky a z ní
    • – je přitom osmotickou bariérou buňky ( je semipermeabilní)
    • – významné centrum enzymatických reakcí

 

 Mitochondrie

  • – organely velmi variabilního tvaru – ve všech EB
  • – průměrná velikost je 0,5um x 5um
  • – počet v jedné buňce je cca 10 – 10
  • Jejich ultrastrukturu tvoří vždy dvě biomembrány :
  • – vnější tvoří koru mitochondrie a vnitřní vyhýbá dovnitř ve velmi četné záhyby, přepažující vnitřní prostor mitochondrie tzv. cristae, event. tubuli mitochondriae
  • cristy zvětšují povrch mitochondrie
    • – jsou na ně vázány veškeré enzymové systémy pro aerobní a anaerobní uvolňování energie
    • – enzymy : oxido-redukční, enzymy anaerobní glykolýzy, enzymy Krebsova cyklu
  • Funkce mitochondrií
  • Dána obsahem enzymů:
    • – uvolňování energie oxidativním i anaerobním štěpením organických látek
    • – uvolněná energie je makroenergetické vazby kyseliny adenosintrifosforečné ( ATP ) – jež se v mitichondriích syntetizují z ADP, resp.AMP a anorganického fosfátu
    • – syntéza řadu buněčných sloučenin
    • – mitochondrie jsou klíčovým metabolickým uzlem buňky

 

Plastidy

  • – pouze v buňkách zelených rostlin
  • – nejdůležitější jsou chloroplasty se zeleným chromoproteinem chlorofylem
  • – jsou velmi rozmanitého tvaru
  • – chlorofyl je katalyzátorem fotosyntézy

 

 Endoplazmatické retikulum

  • – submikroskopická soustava oploštělých velmi protáhlých měchýřků nebo větších cisteren, které tvoří jediná, komplikovaně zprohýbaná biomembrána
  • – kontinuita ER s plazmatickou membránou na jedné straně a s Golgiho komplexem a jadernou membránou na straně druhé
  • – hladké ER ( agranulární ER ) nebo pokryté ribozomy ( granul.)
  • – funkcí je usnadnění transportu látek uvnitř buňky

 

 Golgiho retikulární aparát

  • – stavebně velmi podobné endoplazmatickému ret., ale menší, jeho lamely nejsou protáhlé a je lokalizován poblíž jádra
  • – pouze v buňkách živočišných
  • – tvoří jej jedna biomembrána
  • – dobře vyvinutý v buňkách ekkrinních – je sekreční organelou

 

 Centrozóm

  • – drobné, protáhlé tělísko ve všech živočišných buňkách
  • – leží v bezprostřední blízkosti jádra
  • – vlastní tělísko centrozómu je centriol – krátký váleček, jehož plášť tvoří 9 mikrotubulů paralelních s osou
  • – kolem centriolu je úzká sféra krátkých, radiálně uspořádaných mikrofilament – astrosféra
  • – astrosféra je základem pro vznik achromatického dělícího vřeténka v profázi mitózy

 

 Lysosóm

  • – prokázány ve většině buněk, hojné např. v bílých krvinkách
  • – tvar kulovité částečky
  • – povrch kryt lipoproteinovou membránou, uvnitř zrnitá nebo kompaktní hmota- hydrolytické enzymy ( nukleázy, amylázy a proteázy ve formě proenzymů), které hydrolyzují ( rozkládají ) látky přicházející do buněk pinocytózou nebo fagocytózou
  • – tráví vše kromě tuků
  • – nové lysosómy se tvoří v Golgiho komplexu ( a ER, jestliže Golgiho komplex není )
  • – umírání buňky – vylijí se všechny lysosómy, zkapalnění obsahu – infarkt myokardu – vylití lysosómů v důsledku ischemie

 

 Ribozómy

  • – EB velikost 15 – 20 nmv
  • – tvořené především RNA a proteiny
  • – nacházejí se na povrchu ER jednotlivě nebo v cytoplazmě v tzv polyzómech
  • – složení : 2 různě velké podjednotky oddělené rýhou a poutané atomy Mg

 

 Buněčná inkluze

  • – tělíska nebo kapénky rezervních nebo odpadních látek
  • – samy o sobě se nemohou podílet na životních pochodech, neboť jsou chemicky inaktivní

 

 Prokaryotický typ buněk

  • – struktura je rozlišena na prokaryotické jádro, cytoplazmu a plazmatickou membránu
  • – jádro
    • ° není ohraničeno membránou
    • ° nedělí se mitoticky
    • ° označuje se jako nukleotid
    • ° sestává se z jedné molekuly dvouřetězové DNA – chromozom prokaryotické buňky – kružnicová
  • – buněčná stěna – peptidoglykan nebo pseudopeptidoglykan
  • – vnitřek buňky není rozdělen na prostorově vymezená odd. neboli kompartmenty
  • – neobsahují mitochondrie ani plastidy
  • – ribozómy jen v cytoplazmě

 

 Eukaryotický typ buněk

  • – struktura je rozlišena na prokaryotické jádro, cytoplazmu a plazmartickou membránu
  • – jádro-tvořeno chromatinem, což je komplex dsDNA, histonů a proteinů nehistonové povahy
  • – jádro je ohraničeno membránou ( jaderná membrána )
  • – dělení jádra je mitotické¨
  • – vnitřek eukaryotických buněk je rozdělen na kompartmenty –
  • – lyzozomy, Golgiho komplex, endoplazmaické retikulum,…
  • – obsahují mitochondrie
Charakteristika Prokaryota Eukaryota
Organela nepřítomny přítomny
Jádro ne ano
Jadérko ne ano
Genetická informace jediný ch. mnohočetné ch.
DNA obnažená spojená s proteiny
Množení buněk dělení mitóza a meióza
Energet. metab. anaerobní a aerobní aerobní
Resp. enzymy v plazmatické membráně v mitochondriích
Buněčná stěna přítomna chybí
Cytoskelet ne ano
Endocytóza a exocytóza ne ano

 

 Nukleové kyseliny ( DNA, RNA )

  • Tvoří malé procento hmotnosti buňky, avšak svým významem v kódování genetické informace a v její expresi představují zcela nezbytný typ biopolymeru všech živých soustav
  • Monomerem nukleových kyselin jsou nukleotidy – ty se kovalentně spojují v polynukleotidový řetězec
  • Nukleotidy jsou tvořeny:
    • ° dusíkatá zásada ( báze )
    • ° pentóza
    • ° kys. fosforečná
  • Pentózy ( cukr o 5 atomech uhlíku ) nukleotidů jsou dvě :
  • D – ribóza – v ribonukleotidech ( kys.ribonukleová – RNA )
  • D – deoxyribóza – v deoxyribonukleotidech ( kys.deoxyribonukleová – DNA )
  • Dusíkaté báze jsou buď :
  • puriny – adenin ( A ) a guanin ( G )
  • pyramidiny – cytozin ( C ) thymin ( T ) a uracil ( U ) – RNA
  • Kyselina fosforečná – H3PO4
  • Struktura polynukleotidového řetězce
  • – jednotlivé nukleotidy jsou v polynukleotidovém řetězci vázány esterickou vazbou mezi fosfátovou skupinou jednoho nukleotidu a pátým uhlíkem pentózy druhého nukleotidu
  • – v ose polynukleotidového řetězce se tedy střídá kyselina fosforečná a pentóza, báze od této osy ustupují
  • – 5 konec a 3 konec

 

 Primární struktura RNA

  • – molekuly RNA jsou tvořeny jedním polyneukleotidovým řetězcem ribonukleotidů s bázemi C, G, A, U – jednovláknová molekula
  • – velikost od 10 000 do 100 000
  • – podle funkce v buňce :
    • tRNA ( transférová )
    • rRNA ( ribozomální RNA )
    • mRNA ( mediátorová RNA )

 

 Primární struktura DNA

  • – molekuly DNA jsou tvořeny dvěma polyneukleotidovými řetězci, navzájem komplementárními – dvouvláknová či dvouřetězová či dvoupentlicová molekula
  • – jsou navzájem spojeny vodíkovými můstky

 

 Párování bází

  • – sekvence nukleotidů v obou řetězcích je na sobě závislá
    • ° je-li v jednom řetězci cytozin (C), pak ve druhém leží naproti němu vždy guanin (G) – pár C – G
    • ° je-li v jednom řetězci adenin (A), pak ve druhém leží naproti němu vždy thymin (T) – pár A – T
  • Zastoupení adeninu a thyminu v molekule DNA musí být stejná ( A =T ) a stejně tak zastoupení cytozinu a guaninu ( C = G )
  • Různě se střídají čtyři dvojice ( páry ) bází :
    • – A – T
    • – T – A
    • – G – C
    • – C – G
  • Teoretický počet různých sekvencí je tedy 4 na N
  • DNA obsahují řadově tisíce až statisíce nukleotidů, je absolutní počet různých sekvencí obrovský – DNA o molekulové hm. 600 000, tj. asi o 2000 nukleotidech je počet možných kombinací 4 na 1000, což je více, než počet atomů celé sluneční soustavy
  • Oba řetězce molekuly jsou kolem sebe ovinuty v pravotočivých spirálách šroubovice, vytvářejí alfa-helix
  • Množství DNA v buňce je během celého jejího života stálé ( zdvojuje se jen S-fázi interkineze každého buněčného cyklu ) a druhově specifické

 

Související literatura:

  • Šmarda Jan : Základy biologie a anatomie pro studující psychologii, Masarykova univerzita, Brno
  • Rozsypal Stanislav : Nový přehled biologie, Scintia
  • Biologie pro gymnázia – nové vydání
  • http://www.sci.muni.cz/ptacek/CYTOLOGIE6.htm
  • Informace poskytla Magda K.

 

Zdroje najdete uvedeny zde:





Další podobné materiály na webu: