Buňka je úroveň organizace živé hmoty, nezávislý biosystém, který má základní vlastnosti všech živých věcí. Může se tedy rozvíjet, množit, pohybovat, přizpůsobovat a měnit. Kromě toho se všechny buňky vyznačují metabolismem, specifickou strukturou, uspořádaností struktur a funkcí.
Věda, která studuje buňky, je cytologie. Jejím předmětem jsou stavební jednotky mnohobuněčných živočichů a rostlin, jednobuněčných organismů - bakterií, prvoků a řas, skládajících se pouze z jedné buňky.
Pokud mluvíme o obecné organizaci strukturních jednotek živých organismů, skládají se z obalu a jádra s jadérkem. Zahrnují také buněčné organely, cytoplazmu. K dnešnímu dni je celá řada výzkumných metod vysoce rozvinutá, ale mikroskopie zaujímá vedoucí postavení, což vám umožňuje studovat strukturu buněk a zkoumat její hlavní strukturální prvky.
Co je to organoid?
Organoidy (nazývají se také organely) jsou stálými základními prvky každé buňky, kterádokončit a provést určité funkce. Toto jsou struktury, které jsou životně důležité pro udržení chodu.
Organoidy zahrnují jádro, lysozomy, endoplazmatické retikulum a Golgiho komplex, vakuoly a vezikuly, mitochondrie, ribozomy a buněčný střed (centrosom). Patří sem i struktury tvořící cytoskelet buňky (mikrotubuly a mikrofilamenta), melanosomy. Samostatně je nutné vyčlenit organely pohybu. Jedná se o řasinky, bičíky, myofibrily a pseudopods.
Všechny tyto struktury jsou vzájemně propojeny a zajišťují koordinovanou činnost buněk. Proto otázka: "Co je to organoid?" - můžete odpovědět, že se jedná o složku, kterou lze přirovnat k orgánu mnohobuněčného organismu.
Klasifikace organel
Buňky se liší velikostí a tvarem, stejně jako svými funkcemi, ale zároveň mají podobnou chemickou strukturu a jediný princip organizace. Dost diskutabilní je přitom otázka, co je to organoid a jaké struktury to jsou. Například lysozomy nebo vakuoly někdy nejsou klasifikovány jako buněčné organely.
Pokud mluvíme o klasifikaci těchto buněčných složek, pak se rozlišují nemembránové a membránové organely. Nemembránové – to je buněčný střed a ribozomy. Organely pohybu (mikrotubuly a mikrofilamenta) také postrádají membrány.
Struktura membránových organel je založena na přítomnosti biologické membrány. Jednomembránové a dvoumembránové organely mají obal s jedinou strukturou, která se skládá zdvojitá vrstva fosfolipidů a proteinových molekul. Odděluje cytoplazmu od vnějšího prostředí, pomáhá buňce udržet její tvar. Stojí za to připomenout, že v rostlinných buňkách je kromě membrány také vnější celulózová membrána, která se nazývá buněčná stěna. Plní podpůrnou funkci.
Membránové organely zahrnují EPS, lysozomy a mitochondrie, stejně jako lysozomy a plastidy. Jejich membrány se mohou lišit pouze souborem proteinů.
Pokud mluvíme o funkční schopnosti organel, pak některé z nich jsou schopny syntetizovat určité látky. Důležitými organelami syntézy jsou tedy mitochondrie, ve kterých se tvoří ATP. Ribozomy, plastidy (chloroplasty) a hrubé endoplazmatické retikulum jsou zodpovědné za syntézu proteinů, hladké ER je zodpovědné za syntézu lipidů a sacharidů.
Podívejme se podrobněji na strukturu a funkce organel.
Jádro
Tato organela je extrémně důležitá, protože když je odstraněna, buňky přestávají fungovat a umírají.
Jádro má dvojitou membránu, ve které je mnoho pórů. S jejich pomocí je úzce spojena s endoplazmatickým retikulem a cytoplazmou. Tato organela obsahuje chromatin – chromozomy, které jsou komplexem proteinů a DNA. Vzhledem k tomu můžeme říci, že je to jádro, které je organelou, která je zodpovědná za udržování většiny genomu.
Tekutá část jádra se nazývá karyoplazma. Obsahuje produkty vitální činnosti struktur jádra. Nejhustší zónou je jadérko, ve kterém jsou umístěny ribozomy, komplexní proteiny aRNA, stejně jako fosforečnany draslíku, hořčíku, zinku, železa a vápníku. Jadérko mizí před buněčným dělením a znovu se tvoří v posledních fázích tohoto procesu.
Endoplazmatické retikulum (retikulum)
EPS je jednomembránová organela. Zaujímá polovinu objemu buňky a skládá se z tubulů a cisteren, které jsou vzájemně propojeny, stejně jako s cytoplazmatickou membránou a vnějším obalem jádra. Membrána tohoto organoidu má stejnou strukturu jako plazmalema. Tato struktura je integrální a neotevře se do cytoplazmy.
Endoplazmatické retikulum je hladké a zrnité (drsné). Ribozomy jsou umístěny na vnitřním obalu granulárního ER, ve kterém probíhá syntéza proteinů. Na povrchu hladkého endoplazmatického retikula nejsou žádné ribozomy, ale probíhá zde syntéza sacharidů a tuků.
Všechny látky, které se tvoří v endoplazmatickém retikulu, jsou transportovány systémem tubulů a tubulů na místa určení, kde se hromadí a následně využívají v různých biochemických procesech.
Vzhledem k syntetizační schopnosti EPS se drsné retikulum nachází v buňkách, jejichž hlavní funkcí je tvorba proteinů, a hladké retikulum se nachází v buňkách, které syntetizují sacharidy a tuky. Kromě toho se v hladkém retikulu hromadí ionty vápníku, které jsou nezbytné pro normální fungování buněk nebo těla jako celku.
Je třeba také poznamenat, že ER je místem vzniku Golgiho aparátu.
Lysozomy, jejich funkce
Lysozomy jsou buněčné organely,které jsou představovány jednomembránovými váčky kulatého tvaru s hydrolytickými a trávicími enzymy (proteázy, lipázy a nukleázy). Obsah lysozomů je charakterizován kyselým prostředím. Membrány těchto útvarů je izolují od cytoplazmy, čímž zabraňují destrukci dalších strukturních složek buněk. Když jsou enzymy lysozomu uvolněny do cytoplazmy, buňka se sama zničí - autolýza.
Je třeba poznamenat, že enzymy jsou primárně syntetizovány na hrubém endoplazmatickém retikulu, poté se přesunou do Golgiho aparátu. Zde procházejí modifikací, jsou zabaleny do membránových váčků a začínají se oddělovat, stávají se nezávislými složkami buňky - lysozomy, které jsou primární a sekundární.
Primární lysozomy jsou struktury, které se oddělují od Golgiho aparátu, zatímco sekundární (trávicí vakuoly) jsou ty, které se tvoří jako výsledek fúze primárních lysozomů a endocytárních vakuol.
Vzhledem k této struktuře a organizaci můžeme rozlišit hlavní funkce lysozomů:
- trávení různých látek uvnitř buňky;
- zničení buněčných struktur, které nejsou potřeba;
- účast na procesech reorganizace buněk.
Vacuoly
Vakuoly jsou jednomembránové sférické organely, které jsou zásobárnami vody a organických a anorganických sloučenin v ní rozpuštěných. Na tvorbě těchto struktur se podílí Golgiho aparát a EPS.
Vakuoly zvířecí buňkyMálo. Jsou malé a nezabírají více než 5 % objemu. Jejich hlavní úlohou je zajistit transport látek po celé buňce.
Vakuoly rostlinné buňky jsou velké a zabírají až 90 % objemu. Ve zralé buňce je pouze jedna vakuola, která zaujímá centrální polohu. Jeho membrána se nazývá tonoplast a jeho obsah se nazývá buněčná míza. Hlavní funkcí rostlinných vakuol je zajištění napětí buněčné membrány, akumulace různých sloučenin a odpadních produktů buňky. Kromě toho tyto organely rostlinných buněk dodávají vodu potřebnou pro proces fotosyntézy.
Pokud mluvíme o složení buněčné mízy, pak zahrnuje následující látky:
- rezerva - organické kyseliny, sacharidy a bílkoviny, jednotlivé aminokyseliny;
- sloučeniny, které se tvoří během života buněk a hromadí se v nich (alkaloidy, taniny a fenoly);
- fytoncidy a fytohormony;
- pigmenty, díky nimž jsou plody, kořeny a okvětní lístky zbarveny odpovídající barvou.
Golgiho komplex
Struktura organoidů nazývaných "Golgiho aparát" je poměrně jednoduchá. V rostlinných buňkách vypadají jako samostatná těla s membránou, v živočišných buňkách jsou zastoupeny cisternami, tubuly a měchýřky. Strukturální jednotkou Golgiho komplexu je diktyozom, který je reprezentován stohem 4-6 „nádrží“a malých váčků, které se od nich oddělují a jsou intracelulárním transportním systémem, a může sloužit i jako zdroj lysozomů. Počet diktyozomů se může lišit od jednoho do několikastovky.
Golgiho komplex se obvykle nachází v blízkosti jádra. V živočišných buňkách - v blízkosti buněčného centra. Hlavní funkce těchto organel jsou následující:
- sekrece a akumulace proteinů, lipidů a sacharidů;
- modifikace organických sloučenin vstupujících do Golgiho komplexu;
- tento organoid je místem tvorby lysozomů.
Je třeba poznamenat, že ER, lysozomy, vakuoly a Golgiho aparát společně tvoří tubulárně-vakuolární systém, který rozděluje buňku na samostatné sekce s odpovídajícími funkcemi. Tento systém navíc zajišťuje neustálou obnovu membrán.
Mitochondrie jsou energetické stanice buňky
Mitochondrie jsou dvoumembránové organely tyčovitého, kulovitého nebo vláknitého tvaru, které syntetizují ATP. Mají hladký vnější povrch a vnitřní membránu s četnými záhyby nazývanými cristae. Je třeba poznamenat, že počet krist v mitochondriích se může lišit v závislosti na energetické náročnosti buňky. Právě na vnitřní membráně jsou koncentrovány četné enzymové komplexy syntetizující adenosintrifosfát. Zde se energie chemických vazeb přeměňuje na makroergické vazby ATP. Kromě toho mitochondrie rozkládají mastné kyseliny a sacharidy a uvolňují energii, která se hromadí a využívá pro růst a syntézu.
Vnitřní prostředí těchto organel se nazývá matrice. Jeobsahuje kruhovou DNA a RNA, malé ribozomy. Je zajímavé, že mitochondrie jsou semi-autonomní organely, protože jsou závislé na fungování buňky, ale zároveň si mohou zachovat určitou nezávislost. Jsou tedy schopni syntetizovat své vlastní proteiny a enzymy a také se samy reprodukovat.
Předpokládá se, že mitochondrie vznikly, když aerobní prokaryotické organismy vstoupily do hostitelské buňky, což vedlo k vytvoření specifického symbiotického komplexu. Mitochondriální DNA má tedy stejnou strukturu jako DNA moderních bakterií a syntéza proteinů v mitochondriích i bakteriích je inhibována stejnými antibiotiky.
Plastidy – organely rostlinných buněk
Plastidy jsou poměrně velké organely. Jsou přítomny pouze v rostlinných buňkách a jsou tvořeny z prekurzorů - proplastidů, obsahují DNA. Tyto organely hrají důležitou roli v metabolismu a jsou odděleny od cytoplazmy dvojitou membránou. Navíc mohou tvořit uspořádaný systém vnitřních membrán.
Plastidy jsou tří typů:
- Chloroplasty jsou nejpočetnější plastidy odpovědné za fotosyntézu, která produkuje organické sloučeniny a volný kyslík. Tyto struktury mají složitou strukturu a jsou schopny se pohybovat v cytoplazmě směrem ke zdroji světla. Hlavní látkou obsaženou v chloroplastech je chlorofyl, pomocí kterého mohou rostliny využívat energii slunce. Je třeba poznamenat, že chloroplasty, stejně jako mitochondrie, jsou semi-autonomní struktury, protože jsou schopnynezávislé dělení a syntéza vlastních proteinů.
- Leukoplasty jsou bezbarvé plastidy, které se působením světla mění v chloroplasty. Tyto buněčné složky obsahují enzymy. S jejich pomocí se glukóza přeměňuje a hromadí ve formě škrobových zrn. V některých rostlinách jsou tyto plastidy schopny akumulovat lipidy nebo proteiny ve formě krystalů a amorfních tělísek. Největší počet leukoplastů je soustředěn v buňkách podzemních orgánů rostlin.
- Chromoplasty jsou deriváty dalších dvou typů plastidů. Tvoří karotenoidy (při ničení chlorofylu), které jsou červené, žluté nebo oranžové. Chromoplasty jsou konečnou fází plastidové transformace. Většina z nich je v ovoci, okvětních lístcích a podzimním listí.
Ribosome
Co se nazývá organela jako ribozom? Ribozomy se nazývají nemembránové organely, skládající se ze dvou fragmentů (malé a velké podjednotky). Jejich průměr je asi 20 nm. Nacházejí se v buňkách všech typů. Jedná se o organely živočišných a rostlinných buněk, bakterií. Tyto struktury se tvoří v jádře, poté přecházejí do cytoplazmy, kde jsou volně umístěny nebo připojeny k EPS. V závislosti na syntetizujících vlastnostech fungují ribozomy samostatně nebo se spojují do komplexů za vzniku polyribozomů. V tomto případě jsou tyto nemembránové organely vázány molekulou messenger RNA.
Ribozom obsahuje 4 molekuly rRNA, které tvoří jeho kostru, a také různé proteiny. Hlavním úkolem tohoto organoidu je sestavení polypeptidového řetězce, což je první krok v syntéze proteinů. Ty proteiny, které jsou tvořeny ribozomy endoplazmatického retikula, může využívat celý organismus. Proteiny pro potřeby jednotlivé buňky jsou syntetizovány ribozomy, které se nacházejí v cytoplazmě. Je třeba poznamenat, že ribozomy se také nacházejí v mitochondriích a plastidech.
Cytoskelet buňky
Cytoskelet buňky je tvořen mikrotubuly a mikrofilamenty. Mikrotubuly jsou cylindrické útvary o průměru 24 nm. Jejich délka je 100 µm-1 mm. Hlavní složkou je protein zvaný tubulin. Není schopen kontrakce a může být zničen kolchicinem. Mikrotubuly se nacházejí v hyaloplazmě a plní následující funkce:
- vytvoří elastický, ale zároveň pevný rám klece, který jí umožňuje držet tvar;
- účastnit se procesu distribuce buněčných chromozomů;
- poskytovat pohyb organel;
- obsaženo v centru buněk, stejně jako v bičíkech a řasinkách.
Mikrofilamenta jsou vlákna, která se nacházejí pod plazmatickou membránou a sestávají z proteinu aktinu nebo myosinu. Mohou se stahovat, což má za následek pohyb cytoplazmy nebo protruzi buněčné membrány. Kromě toho se tyto složky podílejí na tvorbě konstrikce během buněčného dělení.
Centrum buňky (centrosom)
Tato organela se skládá ze 2 centrioly a centrosféry. Válcový centriol. Jeho stěny jsou tvořeny třemi mikrotubuly, které se vzájemně spojují prostřednictvím příčných vazeb. Centrioly jsou uspořádány ve dvojicích v pravém úhlu k sobě. Je třeba poznamenat, že buňky vyšších rostlin tyto organely postrádají.
Hlavní úlohou buněčného centra je zajistit rovnoměrnou distribuci chromozomů během buněčného dělení. Je také centrem organizace cytoskeletu.
Organely pohybu
Organely pohybu zahrnují řasinky, stejně jako bičíky. Jedná se o drobné výrůstky ve formě chloupků. Bičík obsahuje 20 mikrotubulů. Jeho základna se nachází v cytoplazmě a nazývá se bazální tělísko. Délka bičíku je 100 µm nebo více. Bičíky, které jsou velké pouze 10-20 mikronů, se nazývají řasinky. Když mikrotubuly sklouznou, řasinky a bičíky jsou schopny oscilovat, což způsobuje pohyb samotné buňky. Cytoplazma může obsahovat kontraktilní fibrily zvané myofibrily – jedná se o organely živočišné buňky. Myofibrily se zpravidla nacházejí v myocytech - buňkách svalové tkáně, stejně jako v buňkách srdce. Jsou tvořeny menšími vlákny (protofibrilami).
Je třeba poznamenat, že svazky myofibril se skládají z tmavých vláken – to jsou anizotropní disky, stejně jako světlé oblasti – to jsou izotropní disky. Strukturální jednotkou myofibrily je sarkomera. Toto je oblast mezi anizotropním a izotropním diskem, který má aktinová a myosinová vlákna. Při jejich klouzání dochází ke kontrakci sarkomery, což vede k pohybu celého svalového vlákna. Vto využívá energii ATP a iontů vápníku.
Protozoa a spermie zvířat se pohybují pomocí bičíků. Řasinky jsou orgánem pohybu brvitých bot. U zvířat a lidí pokrývají dýchací cesty a pomáhají zbavit se malých pevných částic, jako je prach. Kromě toho existují také pseudopods, které zajišťují améboidní pohyb a jsou prvky mnoha jednobuněčných a živočišných buněk (například leukocytů).
Většina rostlin se nemůže pohybovat v prostoru. Jejich pohyby jsou růst, pohyby listů a změny v toku cytoplazmy buněk.
Závěr
Navzdory veškeré rozmanitosti buněk mají všechny podobnou strukturu a organizaci. Struktura a funkce organel se vyznačují identickými vlastnostmi, které zajišťují normální fungování jak jednotlivé buňky, tak celého organismu.
Tento vzor lze vyjádřit následovně.
Tabulka "Organoidy eukaryotických buněk"
Organoid |
Rostlinná buňka |
Klec pro zvířata |
Hlavní funkce |
| core | is | is | Ukládání DNA, transkripce RNA a syntéza proteinů |
| endoplazmatické retikulum | is | is | syntéza bílkovin, lipidů a sacharidů, akumulace vápenatých iontů, tvorba Golgiho komplexu |
| mitochondrie | is | is | syntéza ATP, vlastních enzymů a proteinů |
| plastidy | is | ne | účast na fotosyntéze, hromadění škrobu, lipidů, bílkovin, karotenoidů |
| ribozomy | is | is | shromáždění polypeptidového řetězce (syntéza proteinů) |
| mikrotubuly a mikrofilamenta | is | is | umožňují buňce udržet si určitý tvar, jsou nedílnou součástí buněčného centra, řasinek a bičíků, zajišťují pohyb organel |
| lysosomes | is | is | trávení látek uvnitř buňky, destrukce jejích nepotřebných struktur, účast na reorganizaci buňky, způsobit autolýzu |
| velká centrální vakuola | is | ne | poskytuje napětí v buněčné membráně, hromadí živiny a odpadní produkty buňky, fytoncidy a fytohormony, stejně jako pigmenty, je zásobárnou vody |
| Golgiho komplex | is | is | vylučuje a akumuluje bílkoviny, lipidy a sacharidy, upravuje živiny, které vstupují do buňky,zodpovědný za tvorbu lysozomů |
| centrum buněk | existuje, kromě vyšších rostlin | is | je centrem organizace cytoskeletu, zajišťuje jednotnou divergenci chromozomů během buněčného dělení |
| myofibrily | ne | is | zajištění svalové kontrakce |
Pokud vyvodíme závěry, můžeme říci, že mezi živočišnou a rostlinnou buňkou jsou drobné rozdíly. Funkční znaky a struktura organel (tabulka výše to potvrzuje) má zároveň obecný princip organizace. Buňka funguje jako harmonický a celistvý systém. Zároveň jsou funkce organel propojeny a zaměřeny na optimální provoz a udržení vitální činnosti buňky.
