Buňka - Eukaryotní buňka

 

Výukové materiály ke kapitole Buňka

1. Kompletní výukový materiál - prezentace Buňka:

bunka

ve formě powerpointu: zde

ve formě pdf souboru: zde

2. Dílčí výukové materiály:
(flashové animace ve formátu swf):

buněčná membrána

adenosintrifosfát

 

Celkem

Kapitoly:

1. Jaké jsou typické znaky eukaryotní buňky?

2. Co jsou organely?

3. Z jakých složek se skládá eukaryotní živočišná buňka?

4. Jakým způsobem získávají buňky energii a k čemu ji využívají?

 

1. Jaké jsou typické znaky eukaryotní buňky?

Eukaryotní buňky jsou mnohem větší než prokaryotní a mají také dokonaleji vyvinuté a komplikovanější vnitřní uspořádání. Jsou to typické buňky, které se nacházejí v lidském těle. Na rozdíl od prokaryotních buněk mají pravé jádro, jež je ohraničeno jadernou membránou (viz dále).

obr
Obr. 1: Eukaryotní živočišná buňka.

2. Co jsou organely?

Organely jsou nitrobuněčné struktury, jejichž pomocí mohou eukaryotní buňky provádět řadu specifických funkcí. Organely také zajišťují koordinaci chemických procesů v buňce. Jsou obvykle uložené v cytoplasmě (viz dále), která vyplňuje vnitřní prostor buňky kolem jádra.

3. Z jakých složek se skládá eukaryotní živočišná buňka?

Mezi základní složky eukaryotní živočišné buňky patří plasmatická membrána, cytoplasma, cytoskelet a organely jako jsou centrální jádro, jadérko, mitochondrie, ribosomy, endoplasmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzosomy, peroxisomy a centrioly.

Centrální jádro (nucleus, karyon) je největší a nejvýznamnější organelou buňky lidského těla. Obsahuje velmi dlouhé polymery molekul DNA, které kódují genetické určení organismu (viz Nukleové kyseliny a proteosyntéza). Tyto obrovské molekuly lze pozorovat jako chromosomy. Každá buňka lidského těla (kromě pohlavních) obsahuje ve svém jádře 46 chromosomů (tj. 23 párů), pohlavní buňky obsahují pouze 23 nepárovaných chromosomů. Jádro má dvě funkce, genetickou a metabolickou. Genetickou funkcí rozumíme např. tvorbu vlastních složek nebo replikaci, kdy dochází k přenosu genetických informací z mateřské buňky na dceřinou (viz Nukleové kyseliny a proteosyntéza). Metabolickou funkcí rozumíme např. syntézu RNA (ribonukleová kyselina), některých enzymů, ATP (adenosintrifosfát – viz dále) aj. Vnitřek jádra je vyplněn sítí bílkovinných vláken – tzv. jadernou plasmou (karyoplasma, někdy též jaderná šťáva).

Jadérko (nucleolus) se nachází uvnitř jádra v karyoplasmě. Jeho funkce souvisí s metabolickými funkcemi jádra, podílí se také na syntéze některých bílkovin. V jadérku vznikají ribosomy, což jsou kulovité útvary potřebné pro syntézu bílkovin (viz níže).

Jádro je ohraničeno jadernou membránou (karyolemou), což je dvojvrstevná blána oddělující jaderný obsah od cytoplasmy. Součástí této membrány jsou submikroskopické otvůrky – tzv. jaderné póry, které zajišťují prostupnost jaderné membrány. Těmito póry jsou mezi karyoplasmou a cytoplasmou aktivně přenášeny nízkomolekulární i makromolekulární látky.

Mitochondrie jsou specifické organely, jejichž membrána je tvořena ze dvou vrstev. Vnější je hladká, vnitřní tvoří záhyby do vnitřního prostoru mitochondrie. Jedná se o generátory chemické energie pro buňku. V mitochondriích dochází k oxidaci molekul potravy (např. sacharidů a mastných kyselin), během níž dochází k uvolňování chemické energie vázané v makroergických sloučeninách, např. v ATP (viz dále). Protože mitochondrie při své činnosti spotřebovává kyslík a uvolňuje oxid uhličitý, je celý proces nazýván buněčné dýchání (viz Dýchací řetězec). Organismy, které mohou tímto způsobem kyslík využít, se nazývají aerobní. Organismy, které dokáží žít bez přítomnosti vzdušného kyslíku, se nazývají anaerobní a postrádají mitochondrie. Volný kyslík je pro většinu anaerobních organismů toxický.

Vnitřek mitochondrie se nazývá matrix.

Mitochondrie se chovají uvnitř buněk jako samostatné malé buňky. Na rozdíl od ostatních organel se také mohou reprodukovat, neboť obsahují svou vlastní DNA (viz Nukleové kyseliny a proteosyntéza).

obr
Obr. 2: Mitochondrie.

Další důležitou organelou jsou ribosomy. Jedná se o malé, nepatrné kulovité útvary uvnitř buňky. Buď jsou vázané na endoplasmatickém retikulu nebo se vyskytují volně v cytoplasmě. Ribosomy jsou tvořeny z velké a malé podjednotky, které se skládají z RNA a bílkovin. Hlavní funkcí ribosomů je tvorba bílkovin, které vznikají z aminokyselinových řetězců (viz Nukleové kyseliny a proteosyntéza).

Endoplasmatické retikulum (ER) je systém měchýřků a kanálků. Pomocí elektronového mikroskopu byly odhaleny dvě odlišné formy endoplasmatického retikula – drsné a hladké. Drsné endoplasmatické retikulum má drsný povrch, k němuž zvnějšku přiléhají ribosomy. Na povrchu drsného endoplasmatického retikula jsou syntetizované bílkoviny. Hladké endoplasmatické retikulum se skládá především z jemných dutých trubiček a nemá ribosomy. Hlavní činností hladkého endoplasmatického retikula je syntéza lipidů a sacharidů.

obr
Obr. 3: Hrubé endoplasmatické retikulum.

Golgiho aparát (GA, Golgiho komplex) je tvořen membránami, které vytvářejí soustavu diskovitých měchýřků. Okraje měchýřků přecházejí v nepravidelnou síť váčků a trubiček. V Golgiho aparátu dochází k úpravě produktů z endoplasmatického retikula, které jsou přenášeny pomocí měchýřků. Upravené produkty jsou uvolňovány do cytoplasmy.

obr
Obr. 4: Golgiho aparát.

Golgiho aparát zajišťuje vylučování odpadních látek – tzv. exocytosu. Opak exocytosy je tzv. endocytosa, během níž dochází k transportu živin z vnějšku do cytoplasmy (viz Transport látek přes membrány).

Odškrcováním váčků z Golgiho aparátu vznikají samostatné organely – lyzosomy a peroxisomy.

Lyzosomy jsou malé nepravidelné organely obsahující hydrolytické enzymy. Lyzosomy jsou odpovědné za odbourávání látek (trávicí procesy) uvnitř buňky.

Peroxisomy jsou malé membránou ohraničené váčky, které zajišťují detoxikaci čili odbourávání alkoholu a ostatních toxických látek ohrožujících buněčnou existenci (např. peroxid vodíku).

Cytoskelet

Cytoskelet je soustava vláknitých bílkovinných útvarů, která má opěrnou a pohybovou funkci. Cytoskelet je přítomný pouze v eukaryotní buňce. Existují tři typy cytoskeletárních útvarů: mikrotubuly, mikrofilamenta a intermediální filamenta.

Mikrotubuly a mikrofilamenta (aktinová filamenta)

Mikrotubuly a mikrofilamenta mají některé společné vlastnosti. Celkově se jedná o dynamické útvary, které na jednom tzv. plus konci narůstají a na opačném tzv. minus konci se rozpadají. Obě struktury zajišťují pohyb organel pomocí tzv. molekulárních motorů. Jedná se o bílkoviny vázající se na mikrotubuly (kynesiny a dyneiny) nebo na aktinová vlákna mikrofilament (myosiny). S využitím energie z ATP se tyto molekulární motory mohou pohybovat určitým směrem podél vlákna a přenášet tak drobné částečky, např. membránové váčky.

Mikrotubuly jsou dlouhé duté trubice, které jsou tvořené proteinem tubulinem, který se skládá ze dvou podjednotek α a β. V živočišných buňkách mikrotubuly vycházejí z organizačního centra z tzv. centrosomu, jenž se nalézá poblíž jádra. V centrosomu mají mikrotubuly své minus konce, plus konce směřují k periferii buňky. Hlavní funkcí mikrotubulů je určování pozice membránových buněčných organel a řízení transportu uvnitř buňky.

Mikrofilamenta (někdy též aktinová filamenta) jsou šroubovité polymery proteinu aktinu. Mikrofilamenta jsou důležitá pro buněčný pohyb uskutečňovaný prostřednictvím buněčného povrchu např. při fagocytose (viz Transport látek přes membrány).

Intermediální filamenta

Intermediální filamenta (někdy též střední filamenta) jsou tvořena vláknitými molekulami bílkovin. Jejich hlavní funkcí je zajištění pevnosti buněk. Jsou nejpevnějšími a nejodolnějšími ze všech tří typů cytoskeletárních struktur. Mezi intermediální filamenta patří např. keratinová filamenta (ve vlasech) nebo neurofilamenta (v nervových buňkách).

obr
Obr. 5: Cytoskelet (Vytvořeno podle Alberts).

Centrioly

Jedná se o krátké válcovité útvary tvořené devíti trojicemi mikrotubulů. V živočišných buňkách se nacházejí v blízkosti jádra v oblasti centrosomu. Každá centriola je tvořena dvěma na sebe kolmými válečky. Centrioly jsou nezbytné v procesu buněčného dělení.

obr
Obr. 6: Centrioly.

Cytoplasma je tekutá látka nacházející se okolo jádra, která vyplňuje zbytek buňky. Cytoplasma je místem mnoha životně důležitých buněčných aktivit (viz Metabolismus - lokalizace biochemických pochodů v buňce). Čirá cytoplasma mezi organelami se nazývá cytosol.

obr
Obr. 7: Cytosol (Vytvořeno podle Alberts).

Všechny buňky lidského těla jsou ohraničeny plasmatickými membránami. Základ plasmatické membrány tvoří dvojitá vrstva složená z fosfolipidů. Fosfolipidy jsou svými hydrofobními částmi molekul (zbytky mastných kyselin) přivráceny k sobě a hydrofilními částmi (zbytky kyseliny fosforečné) směřují od sebe. Mezi fosfolipidy jsou vmezeřeny bílkoviny (viz animace: Biologická membrána). Biomembrány eukaryotních buněk obvykle obsahují steroid cholesterol (viz Přírodní látky - lipidy).

obr
Obr. 8: Stavba buněčné membrány.

4. Jakým způsobem získávají buňky energii a k čemu ji využívají?

Každý živý organismus potřebuje neustále energii. Eukaryotní buňky získávají energii štěpením živin v buněčných mitochondriích. Energii buňka potřebuje pro řadu procesů, jako je syntéza bílkovin, odstraňování odpadních látek, rozmnožování, pohyb buněčných komponent i pro ostatní buněčné aktivity.

Energie uvolněná při štěpení živin není okamžitě využívána k dalším biochemickým procesům. Ukládá se do struktury tzv. makroergických sloučenin. V případě potřeby se tyto makroergické sloučeniny rozpadají za současného uvolnění energie. Nejvýznamnější takovouto sloučeninou je chemická látka adenosintrifosfát (ATP), která ve své struktuře obsahuje tři fosfátové skupiny . Vznik vazby mezi těmito fosfátovými skupinami je energeticky velmi náročný proces, proto se molekula ATP velice snadno rozpadá za vzniku molekuly adenosindifosfátu (ADP), která obsahuje pouze dvě fosfátové skupiny (viz animace adenosintrifosfát). Při tomto procesu se uvolňuje specifické kvantum energie, jenž buňka potřebuje pro svou činnost. Proto nemůže dojít k uvolnění přebytečné energie, a tím i ke spalování či zahřívání buňky (viz též Metabolismus).