Otázka: Eukaryotická buňka
Předmět: Biologie
Přidal(a): nevrlka
EUKARYOTICKÁ BUŇKA
– velikost: 10 – 100 µm
– obecná stavba: buněčná stěna + protoplast = metabolicky aktivní živý obsah buňky, od buněčné stěny je oddělen cytoplazmatickou membránou
ORGANELY EUKARYOTICKÉ BUŇKY
Plazmatická membrána
– stavba stejná jako u prokaryotické buňky = dvojitá vrstva fosfolipidů a v ní jsou membránové proteiny
– funkce:
• reguluje transport látek mezi buňkou a prostředím – je semipermeabilní
• odděluje buňku od okolního prostředí
• u rostlinné buňky ovlivňuje tvorbu buněčné stěny
Jádro (nucleus)
– má na svém povrchu jaderný obal, který je tvořen dvojitou membránou, ve které jsou póry (výměna makromolekulárních látek mezi jádrem a cytoplazmou)
– vnitřek jádra vyplňuje jaderná hmota = karyoplazma – její hlavní složkou je chromatin tvořený DNA a bílkovinami (histony) – vytváří se z něj chromozomy
– funkce:
• přenos genetické informace z mateřské buňky na dceřinou
• metabolická funkce = probíhají v něm některé biochemické procesy (syntéza RNA)
Jadérko (nucleous)
– bývá uloženo zhruba uprostřed jádra, obvykle jich bývá 1 – 3
– není ohraničeno žádnou membránou
– je tvořeno DNA a bílkovinami
– funkce:
• vznik cytoplazmatických ribozomů a produkce tzv. rRNA (ribozomální RNA)
Endoplazmatické retikulum (ER)
– = systém váčků a kanálků, který prostupuje celým vnitřkem buňky, bývá připojeno k jádru
– rozlišujeme:
a) drsné ER – je to ER, na jehož povrchu jsou vázány ribozomy – má vztah k syntéze bílkovin (ribozomy)
b) hladké ER – je bez ribozomů a podílí se na syntéze tuků a polysacharidů
– význam ER:
• je hlavním místem syntézy biomembrán
• zajišťuje transport látek mezi jednotlivými částmi buňky – pomocí váčků
• u rostlinných buněk se podílí na stavbě buněčné stěny
Golgiho aparát (GA)
– = systém cisteren a váčků, podobá se ER, ale nikdy na svém povrchu nemá ribozomy
– ve většině rostlinných buněk je GA rozptýlen v cytoplazmě a má podobu zrn, tyčinek a prstenců; takový GA v rostlinách nazýváme diktyozóm
– dochází v něm k úpravě produktů vzniklých na ribozomech ER (hlavně bílkovin) => tyto upravené produkty jsou ve váčcích dopraveny na jiné místo v buňce, případně mimo buňku
– další funkcí GA je transport upravených látek
– zajišťuje také vylučování odpadních látek z buňky – exocytózou
– z váčků odškrcených z GA mohou vznikat samostatné organely – lysozómy nebo cytozómy
– u rostlinných buněk se váčky odškrcované z GA podílejí na stavbě buněčné stěny
Lysozómy
– typická organela živočišné buňky, v rostlinné nejsou
– slouží k vnitrobuněčnému trávení – obsahují enzymy hydrolázy, které hydrolyzují bílkoviny a nukleové kyseliny
– vznikají jako váčky odškrcené z ER nebo GA
– při odumření buňky nebo jejím poškození se její membrána rozpadá => lýze buňky
Vakuoly
– v živočišných buňkách jsou malé nebo nejsou vůbec žádné, pro rostlinné buňky jsou typické velké vakuoly
– membrána, která odděluje vakuolu od cytoplazmy = tonoplast
– v rostlinných buňkách jsou vakuoly vyplněny šťávou, která obsahuje odpadní a zásobní látky (cukry, bílkoviny, alkaloidy, apod.)
– vakuola je pro buňku především zásobárnou vody a reguluje vnitrobuněčný tlak = osmoregulace
Semiautonomní organely (mitochondrie, plastidy)
– znaky semiautonomie:
1. mají vlastní DNA a proteosyntetický aparát (ribozomy)
2. mají obal ze dvou membrán
3. probíhají v nich energetické metabolismy
4. uvažujeme o jejich symbiotickém původu při vzniku eukaryotické buňky
– i když mají vlastní DNA a proteosyntetický aparát, jsou některé jejich bílkoviny kódovány v jádře a syntetizovány v cytoplazmě buňky
Mitochondrie
– jsou viditelné světelným mikroskopem (0,1 – 10 µm)
– jsou obaleny dvojitou membránou:
• vnější = obal mitochondrie
• vnitřní – vytváří systém přepážek, tzv. kristy, které rozdělují vnitřní prostor mitochondrie
– vnitřek vyplňuje matrix
– energetická centra buňky => obsahují celou řadu enzymů – vnitřní membrána obsahuje:
a) složky dýchacího řetězce
b) enzymy tvorby ATP (adenosintrinukleotidfosfát)
– v matrixu jsou lokalizovány enzymy:
a) Krebsova cyklu
b) katabolismu (rozkladu) mastných kyselin,
a dále obsahují DNA a ribozomy
– funkce spočívá v oxidaci a fosforylaci základních živin (tuků, cukrů), čímž se získává energie, která je ukládána do energeticky bohatých fosfátových vazeb ATP
Plastidy
– jsou pouze v rostlinných buňkách
– jsou ohraničeny dvojitou membránou:
• vnější – hladká, tvoří obal plastidů
• vnitřní – vytváří membránové struktury, tzv. tylakoidy, které se vrství v tzv. grana – oblast mimo grana nazýváme tzv. stroma
– v membráně tylakoidů jsou vázány asimilační pigmenty (barviva)
– podle barviv, která obsahují, dělíme plastidy na:
1. chloroplasty
– jako pigment obsahují chlorofyl (taky karotenoidní barviva)
– jejich velikost je 4 – 6 µm a mají většinou oválný nebo čočkovitý tvar
– jedna buňka listu obsahuje 40 – 50 chloroplastů
– uskutečňuje se v nich fotosyntéza
– v tylakoidech se uskutečňuje světelná fáze fotosyntézy, stroma je místem temnostní fáze
2. chromoplasty
– neobsahují chlorofyl, ale karoteny a xanthofyly => způsobují žluté, oranžové, případně červené zbarvení květů, plodů, listů
– mohou vznikat přeměnou chloroplastů, např. při zrání plodů
3. leukoplasty
– neobsahují žádné pigmenty
– nacházejí se hlavně v podzemních orgánech; v některých dochází ke hromadění a syntéze škrobu – pak je nazýváme amyloplasty (bramborová hlíza)
– některé slouží k syntéze bílkovin a tuků
– na světle se mohou přeměňovat na chloroplasty
Ribozomy
– = kulovité útvary velikosti 15 – 20 nm
– jsou tvořeny ribozomální RNA (rRNA) a bílkovinami
– sestávají z 2 podjednotek (menší a větší), dochází na nich k tvorbě (syntéze) bílkovin
– nacházejí se navázané na ER nebo volně v cytoplazmě
– jejich sedimentační koeficient je 80S
Cytoskelet
– = síť trubicovitých a vláknitých útvarů, které jsou tvořeny bílkovinnými polymery => prostupují celý obsah buňky
– funkce:
• vnitřní opora
• zajišťuje buněčný pohyb = pohyb cytoplazmy
– patří zde:
1. mikrofilamenty
– = mikrovlákna
– jejich průměr je 5 – 6 nm
– jsou tvořeny bílkovinami aktinem a myozinem
– upínají se na povrchovou vrstvu cytoplazmy
– funkce: odpovídají za změnu tvaru buňky a jsou přítomny v dělicím vřeténku
2. mikrotubuly
– = mikrotubičky
– jsou tvořeny bílkovinou tubulinem
– jejich průměr je 25 nm
– tvoří základ bičíků a řasinek
– jsou přítomny v dělicím vřeténku
– účastní se stavby centrioly = stálá struktura eukaryotické buňky, nacházející se v blízkosti jádra, ale není v buňkách vyšších rostlin
– je organizačním centrem, které ve svém okolí vyvolává tvorbu druhé centrioly před mitózou, obě potom zprostředkovávají uspořádání dělicího vřeténka
Buněčná stěna
– charakteristický znak rostlinné buňky, v živočišné není
– je její neživou součástí
– těsně přiléhá k plazmatické membráně
– chemicky je složena z:
a) celulózních mikrofibril – průměr 25 nm
b) amorfních hmot – bílkovina, hemicelulóza, pektin
– u vyšších rostlin se do buněčné stěny mohou ukládat:
1. anorganické látky = inkrustace (Si, CaCO3)
2. organické látky = impregnace (lignin = lignifikace – dřevnatění, suberinizace, kutinizace – korkovatění)
– skládá se z 2 složek:
1. střední lamela
• vzniká z buněčné přepážky při dělení buněk
• je tvořena pektiny produkovanými z GA a představuje spojovací vrstvu mezi sousedními buňkami
2. primární stěna
• ukládá se na střední lamelu směrem k protoplastu
• umožňuje další růst buňky
• ukládáním dalších látek primární stěna tloustne
– tato stavba buněčné stěny je charakteristická pro rostoucí buňky
– v buňkách, které již nerostou, se tvoří ještě tzv. sekundární stěna – bývá tlustší než primární a vzniká ukládáním materiálu na primární stěnu
– sekundární stěna může být inkrustována nebo impregnována
– při existenci buněčné stěny nejsou protoplasty jednotlivých buněk v pletivech zcela izolovány
– jsou spojeny plazmatickými spojkami (plazmodezmy) => prostupují buněčnou stěnu a prostřednictvím nich se uskutečňuje výměna látek a komunikace mezi jednotlivými buňkami
– význam:
• mechanicky ochraňuje buňku
• omezuje velikost protoplastu
• brání prasknutí buňky při nadměrném osmotickém nasávání vody
– je zcela propustná = permeabilní
Buněčné inkluze
– = paraplazma – jsou to zásobní nebo odpadní látky uložené volně v cytoplazmě nebo ve vakuolách
– glykogen – živočišný škrob – zásobní látka živočišných buněk
– tukové kapénky – ukládají se v tukových buňkách, které jsou k tomu uzpůsobeny
– krystalické inkluze – např. krystalky šťavelanu vápenatého
– pigmenty – melaniny, karotenoidy, porfyriny, silice – miříkovité, hluchavkovité
– škrobová zrna
Organely pohybu
– bičíky a řasinky
ROZMNOŽOVÁNÍ EUKARYOTICKÝCH BUNĚK
– uskutečňuje se dělením buňky, které může probíhat následovně:
1. zaškrcením – typické pro živočišnou buňku
2. přehrádečným dělením – typické pro rostlinnou buňku
3. pučením – typické pro kvasinky
4. volným novoutvářením – typické pro houby
– dělení buňky zahrnuje:
1. dělení jádra = karyokineze
2. dělení buňky = cytokineze
DĚLENÍ JÁDRA
– vnitřek jádra je vyplněn karyoplazmou, v ní se nacházejí chromozomy, které obsahují DNA, která nese genetickou informaci
– chromozom je složen z centromery, telomery, 2 ramen a 2 chromatid
– chromozomy jsou viditelné pouze při mitóze (profáze)
– každý živočišný a rostlinný druh má charakteristický počet a tvar chromozomů (člověk – 46)
– dělení jádra provázené zviditelněním chromozomů a jejich rozdělením nazýváme mitóza = nepřímé dělení jádra
– dceřiné buňky vzniklé mitotickým dělením mají naprosto stejný počet chromozomů jako buňka mateřská
– mitóza probíhá ve 4 fázích:
1. profáze
1. rozpadá se jaderná membrána
2. mizí jadérko
3. chromozomy se stávají viditelnými – kondenzací chromatinu
4. dělí se centriola na 2 části a každá z nich jde na opačný pól buňky (nejsou v buňkách vyšších rostlin)
2. metafáze
1. chromozomy se seřazují v ekvatoriální (středové) rovině
2. mezi centriolami se vytváří dělicí vřeténko
3. vlákna dělicího vřeténka se připojují k chromozomům v místě centromery
3. anafáze
1. dochází k podélnému rozdělení chromozomů v místě centromery na 2 samostatné chromatidy
2. kontrakcí (stah) vláken dělicího vřeténka se oddělené chromatidy pohybují k opačným pólům buňky
4. telofáze
1. zaniká dělicí vřeténko
2. chromozomy se stávají méně viditelnými
3. kolem despiralizovaných chromozomů umístěných na obou pólech buňky se vytváří nová jaderná membrána
– na rozdělení buněčného jádra bezprostředně navazuje cytokineze
BUNĚČNÝ CYKLUS
– = generační čas buňky
– každá buňka má svůj generační čas, který zahrnuje střídání růstového období = interfáze a období dělení = mitóza
– buněčný cyklus má 4 fáze:
1. G1 – fáze (postmitotická, presyntetická)
– probíhá v ní syntéza RNA, bílkovin a enzymů potřebných pro syntézu DNA
– je zde hlavní kontrolní uzel buněčného cyklu
2. S – fáze (syntetická)
– probíhá zde syntéza jaderné DNA a její replikace (zdvojení) a syntéza histonů
3. G2 – fáze (postsyntetická, premitotická)
– probíhá v ní syntéza RNA, bílkovin a enzymů potřebných pro mitózu
4. M – fáze (mitóza)
– zahrnuje profázi, metafázi, anafázi a telofázi
– některé buňky mohou vycházet z koloběhu dělení – růst – dělení – růst => tato doba, kdy je buňka mimo koloběh dělení, se označuje jako G0 – fáze
– diferencované nedělicí se buňky setrvávají po celý život v G1 – fázi, kterou potom označujeme jako G0 – fáze
– jednotlivé buňky mají různé generační časy, které jsou pro ně charakteristické
MEIÓZA
– = redukční dělení jádra
– dochází při ní k redukci diploidního počtu chromozomů na haploidní (poloviční) počet (haploidní – n, diploidní – 2n; za n můžeme dosadit jakékoliv celé číslo)
– uplatňuje se v procesu vývoje pohlavních buněk
– probíhá ve 2 po sobě následujících děleních:
Meióza I
– první redukční dělení = dělení heterotypické
1. profáze I
– chromozomy se zviditelňují, dochází ke vzájemnému podélnému přikládání a spojování homologických (sobě odpovídajících) chromozomů
– páry vzájemně spojených chromozomů nazýváme bivalenty (v tomto stadiu je tedy v jádře tolik bivalentů, kolik je párů homologických chromozomů v původním diploidním počtu chromozomů) => v tomto stadiu může mezi homologickými chromozomy dojít k tzv. crossing overu = vzájemná výměna částí chromatid = podstata genetických rekombinací
2. metafáze I
– bivalenty se řadí v ekvatoriální rovině buňky a přichycují se na vlákna dělicího vřeténka
3. anafáze I
– nedochází k podélnému rozdělení chromozomů na chromatidy, ale k pólům buňky jdou jednotlivé dvouchromatidové chromozomy z bivalentů
– z každého páru homologických chromozomů jde k jednomu buněčnému pólu jeden chromozom a k druhému pólu druhý – tím nastává faktická redukce výchozího diploidního počtu na haploidní
4. telofáze I
– vzniknou dceřiná jádra s polovičním počtem chromozomů, než měla buňka mateřská
Meióza II
– druhé redukční dělení = dělení homotypické
– je v zásadě shodná s průběhem klasické mitózy
1. profáze II
– z části cytoskeletální soustavy se vytváří dělicí vřeténko
– chromozomy jsou v haploidním počtu – každý je tvořen dvěma chromatidami navzájem spojených centromerou
2. metafáze II
– chromozomy se seřazují v ekvatoriální rovině buňky
3. anafáze II
– chromozomy se v místě centromery podélně rozdělí a dochází k oddělení jednotlivých chromatid => zkracováním vláken dělicího vřeténka jsou tyto jednochromatidové chromozomy přitahovány k opačným pólům buňky
4. telofáze II
– obě dceřiné buňky se rozdělí a vzniknou celkem 4 buňky, které mají haploidní sadu jednochromatidových chromozomů
– rozchod chromozomů z bivalentů do dceřiných jader v průběhu meiózy I je naprosto náhodný => gamety (pohlavní buňky) obsahují různé sestavy výchozích chromozomů a při oplození vznikají nejrůznější chromozomové kombinace => dochází ke značnému genetickému rozrůznění potomků
BUNĚČNÝ METABOLISMUS
– = chemický proces => zdrojem energie v buňce je energie chemicky vázaná => uvolní se z nich při štěpení chemických vazeb
Anabolismus – z jednodušších látek se tvoří látky složitější – spotřeba energie
Katabolismus – ze složitějších látek se tvoří látky jednodušší – uvolňování energie
Transformace světelné energie = fotosyntéza
Elektrické změny = nervové vzruchy, membránové potenciály
Pohyb tekutin = osmóza
– život buňky je spojen s neustálou přeměnou energie na takové formy, které může buňka využívat
– podle zdroje energie dělíme organismy na:
1. heterotrofní – zdrojem energie je organická látka
2. autotrofní – zdrojem energie je anorganická látky a světlo
– v organismech je energie uvolňována z organických molekul katabolickými reakcemi => konečnými produkty jsou molekuly o nízkém obsahu energie – H2O, CO2, NH3
– energetický metabolismus buňky podléhá zákonům termodynamiky => energie nemůže být v metabolismu ztracena ani zničena, může být pouze přeměněna z jedné formy na jinou (chemická energie => tepelná)
– buňka je samostatný systém, který je ale ohraničený od okolního prostředí, ale neúplně => energie látky a informace jsou mezi buňkou a prostředím vyměňovány
– v buňce jsou často metabolické reakce sestaveny do řetězců nebo cyklů, v nich je produkt předcházející reakce substrátem pro reakce následující = metabolická dráha (kaskáda)
– významnou úlohu při energetických přeměnách v buňce má přenos energie prostřednictvím ATP = prostřednictvím energeticky bohaté fosfátové vazby (makroergní)
ATP
– tvorba ATP z ADP a anorganického fosfátu se označuje jako fosforylace
ADP + P (fosfát) + energie → ATP → ADP → energie
– fosforylace může probíhat několika způsoby:
a) oxidativní fosforylace
• probíhá v mitochondriích
• proces spojený s transportem elektronů a oxidací kyslíku
b) fotosyntetická fosforylace
• probíhá v chloroplastech
• tvorba organických látek z CO2 a H2O při přeměně světelné energie na energii fosfátové vazby
c) substrátová fosforylace
• je základním zdrojem energie pro anaerobně žijící organismy a probíhá tak, že se energie odebírá přímo substrátu
HLAVNÍ METABOLICKÉ DRÁHY (PROCESY) PROBÍHAJÍCÍ V BUŇCE (ORGANISMECH)
Fotosyntéza – tvorba organických látek z CO2 a H2O za podpory světelné energie (v
chloroplastech)
Proteosyntéza = tvorba bílkovin z aminokyselin, probíhá na ribozomech, v cytoplazmě, na ribozomech ER, na ribozomech chloroplastů a mitochondrií
Biosyntéza polysacharidů – vznikají z monosacharidů GA
Biosyntéza triacylglycerolů (tuků) – probíhá hlavně v buňkách hromadících tuk (tukové buňky), probíhá v cytoplazmě
Glyoxylátový cyklus = přeměna acetylu CoA (koenzym A) na cukry
– u rostlin a bakterií umožňuje přeměňovat tuky na cukry => intenzivně probíhá v klíčících semenech
– vyšší živočichové ho nepotřebují
– probíhá na glyoxyzómech – váčky obsahující enzymy glyoxylátového cyklu
Replikace, transkripce a translace nukleových kyselin = tvorba polynukleotidového řetězce podle vzorové molekuly
– replikace: DNA → DNA
– transkripce: DNA →
→ mRNA (mediátorová)
→ tRNA (transferová)
→ rRNA (ribozomální)
– probíhají v jádře
Glykolýza = katabolismus sacharidů na pyruvát (kyselina hroznová)
– u mikroorganismů je nahrazen kvašením
– slouží k uvolňování energie ze sacharidů
– probíhá v cytoplazmě
Krebsův (citrátový) cyklus – v tomto cyklu se stýká metabolismus tuků, cukrů a bílkovin
– probíhají v něm dehydrogenace a dekarboxylace – jimi vzniká NAD+ = substrát pro oxidativní fosforylaci (nikotinamidadenindinukleotid)
– probíhá v matrixu mitochondrií
Dýchací řetězec (oxidace v dýchacím řetězci) = proces využívající energii elektronů pro tvorbu ATP s kyslíkem jako oxidačním činidlem
– probíhá na vnitřní membráně mitochondriálních krist
Pentózový cyklus – dochází při něm k odbourávání a tvorbě cukrů o různém počtu uhlíků
– probíhá v mitochondriích
β – oxidace = odbourávání mastných kyselin postupným odštěpováním acetylů a jejich vazbou na CoA
– probíhá v mitochondriích
– ATP = pohotovostní zdroj energie, který rychle difunguje uvnitř buňky => nemůže ale procházet biomembránami => buňky si nemohou navzájem poskytovat energii ve formě ATP, ale pouze ve formě živin
– energie, která není okamžitě potřebná, se převádí na speciální polysacharidy (živočichové – glykogen, rostliny – škrob) a tuky
VZTAH BUŇKY K OKOLNÍMU PROSTŘEDÍ
– buňka je od prostředí oddělena polopropustnou cytoplazmatickou membránou
– funkce:
• stálost vnitřního prostředí
• zajišťuje transport a kontrolu látek, které vstupují a vystupují do a z buňky
Pasivní transport
– difuze:
a) prostá – probíhá ve směru koncentračního spádu – z místa s vyšší koncentrací do míst s nižší koncentrací
b) zprostředkovaná – transportovaná látka se specificky váže na přenašeč, který je zabudován v cytoplazmatické membráně a jeho prostřednictvím je přenesena
– oba tyto procesy nespotřebovávají energii
Aktivní transport
– při něm je potřeba energie – spotřeba energie
– může probíhat i proti koncentračnímu spádu
Cytóza = přenos látek přes membránu pomocí váčků
– mohou se tak přenášet makromolekulární kapénky, nebo i celé buňky
– rozlišujeme:
a) exocytóza = cytóza ven z buňky – pronikání váčků z buňky
b) endocytóza = cytóza dovnitř buňky
c) fagocytóza = cytóza tuhých čístic
d) pinocytóza = cytóza tekutin
OSMOTICKÉ JEVY V BUŇCE
– osmóza = jednostranné pronikání rozpouštědla (vody) přes polopropustnou plazmatickou membránu z prostředí o nižší koncentraci do prostředí s vyšší, aby to zředila a koncentrace se vyrovnaly
Osmotický tlak = tlak rozpouštěla, kterým působí na polopropustnou membránu při jeho průniku do koncentrovaného roztoku
Izotonické prostředí = prostředí, které má stejnou koncentraci rozpuštěných látek, jako má vnitřek buňky
– nedochází k ničemu, buňka nenasává vodu ani voda neopouští buňku
– např.: fyziologický roztok
Hypertonické prostředí = prostředí o vyšší koncentraci rozpuštěných látek, než je koncentrace uvnitř buňky
– roztok sacharózy
– buňka ztrácí vodu (voda uniká, aby to vně buňky zředila)
– rostlinná buňka – zmenší se buněčný obsah (protoplast) a oddělí se od buněčné stěny = plazmolýza
– živočišná buňka – celá se smrští = plazmorhýza
Hypotonické prostředí = prostředí s nižší koncentrací rozpuštěných látek, než je koncentrace v buňce => buňka nasává vodu
– destilovaná voda
– rostlinná buňka – díky buněčné stěně rostlinná buňka nepraskne
– turgor = tlak protoplastu na buněčnou stěnu zevnitř
– živočišná buňka – praskne = plazmoptýza
Další podobné materiály na webu:
