Celá galaxie vynikajících vědců minulosti - Robert Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, Theodor Schwann, Mathias Schleiden svými objevy v oblasti studia přírody vydláždili cestu k vytvoření nejdůležitějšího odvětví moderní biologická věda – cytologie. Studuje strukturu a vlastnosti buňky, která je základním nositelem života na Zemi. Základní znalosti získané jako výsledek rozvoje buněčné vědy inspirovaly výzkumníky k vytvoření oborů, jako je genetika, molekulární biologie a biochemie.
Vědecké objevy v nich učiněné zcela změnily tvář planety a vedly ke vzniku klonů, geneticky modifikovaných organismů a umělé inteligence. Náš článek vám pomůže pochopit základní metody cytologických experimentů a zjistit strukturu a funkce buněk.
Jak se studuje buňka
Stejně jako před 500 lety je světelný mikroskop hlavním nástrojem, který pomáhá studovat strukturu a vlastnosti buňky. Samozřejmostí je jeho vzhled a optikavlastnosti se nedají srovnávat s prvními mikroskopy vytvořenými otcem a synem Janssensovými nebo Robertem Hookem v polovině 16. století. Rozlišovací schopnost moderních světelných mikroskopů zvětšuje velikost buněčných struktur 3000krát. Rastrové skenery mohou zachytit obrázky submikroskopických objektů, jako jsou bakterie nebo viry, které jsou tak malé, že to ani nejsou buňky. V cytologii se aktivně využívá metoda značených atomů a také in vivo studium buněk, díky kterému se objasňují rysy buněčných procesů.
Odstřeďování
K separaci buněčného obsahu na frakce a studiu vlastností a funkcí buňky používá cytologie centrifugu. Funguje na stejném principu jako stejnojmenný díl v pračkách. Vytvořením odstředivého zrychlení zařízení urychluje buněčnou suspenzi, a protože organely mají různou hustotu, usazují se ve vrstvách. Na dně jsou velké části, jako jsou jádra, mitochondrie nebo plastidy, a v horních tryskách destilačního roštu centrifugy jsou umístěna mikrofilamenta cytoskeletu, ribozomy a peroxisomy. Výsledné vrstvy jsou odděleny, takže je pohodlnější studovat vlastnosti biochemického složení organel.
Struktura buněk rostlin
Vlastnosti rostlinné buňky jsou v mnoha ohledech podobné funkcím živočišných buněk. Avšak i školák, zkoumající fixní preparáty rostlinných, zvířecích nebo lidských buněk okulárem mikroskopu, najde rysy odlišnosti. Je to geometrickésprávné obrysy, přítomnost husté celulózové membrány a velké vakuoly, charakteristické pro rostlinné buňky. A ještě jeden rozdíl, který zcela odlišuje rostliny ve skupině autotrofních organismů, je přítomnost jasně viditelných oválných zelených tělísek v cytoplazmě. To jsou chloroplasty – vizitka rostlin. Koneckonců jsou to oni, kdo jsou schopni zachytit světelnou energii, přeměnit ji na energii makroergických vazeb ATP a také vytvořit organické sloučeniny: škrob, bílkoviny a tuky. Fotosyntéza tak určuje autotrofní vlastnosti rostlinné buňky.
Nezávislá syntéza trofických látek
Pojďme se zastavit u procesu, díky kterému podle vynikajícího ruského vědce K. A. Timiryazeva hrají rostliny kosmickou roli v evoluci. Na Zemi žije přibližně 350 tisíc rostlinných druhů, od jednobuněčných řas jako je chlorella nebo chlamydomonas až po obří stromy - sekvoje, dosahující výšky 115 metrů. Všechny absorbují oxid uhličitý a mění ho na glukózu, aminokyseliny, glycerol a mastné kyseliny. Tyto látky slouží jako potrava nejen pro samotnou rostlinu, ale využívají je i organismy zvané heterotrofy: houby, zvířata a lidé. Takové vlastnosti rostlinných buněk, jako je schopnost syntetizovat organické sloučeniny a tvořit životně důležitou látku - kyslík, potvrzují skutečnost, že pro život na Zemi hrají výlučnou roli autotrofy.
Klasifikace plastidů
Je těžké zůstat lhostejný a přemýšlet o extravaganci barev kvetoucích růží nebo podzimního lesa. Barva rostlin je dána speciálními organelami - plastidy, charakteristickými pouze pro rostlinné buňky. Lze tvrdit, že přítomnost speciálních pigmentů v jejich složení ovlivňuje funkce chloroplastů, chromoplastů a leukoplastů v metabolismu. Organely obsahující zelené barvivo chlorofyl určují důležité vlastnosti buňky a jsou zodpovědné za proces fotosyntézy. Mohou se také transformovat na chromoplasty. Tento jev pozorujeme například na podzim, kdy se zelené listy stromů zbarvují do zlaté, fialové nebo karmínové. Leukoplasty se mohou přeměnit v chromoplasty, například mléčná rajčata dozrávají do oranžové nebo červené. Jsou schopny přecházet i do chloroplastů, např. při dlouhodobém skladování na světle na slupce brambor se objeví zelená barva na slupce.
Mechanismus tvorby rostlinné tkáně
Jedním z charakteristických rysů vyšších rostlinných buněk je přítomnost tvrdé a silné skořápky. Obvykle obsahuje makromolekuly celulózy, ligninu nebo pektinu. Stabilita a odolnost proti stlačení a dalším mechanickým deformacím rozlišují rostlinná pletiva do skupiny nejtuhších přírodních struktur, které snesou velké zatížení (připomeňme si např. vlastnosti dřeva). Mezi jeho buňkami vzniká spousta cytoplazmatických vláken procházejících otvory v membránách, které je jako elastické nitě sešívají.mezi sebou. Proto jsou pevnost a tvrdost hlavními vlastnostmi buňky rostlinného organismu.
Plasmolýza a deplazmolýza
Přítomnost perforovaných stěn odpovědných za pohyb vody, minerálních solí a fytohormonů lze detekovat díky fenoménu plazmolýzy. Umístěte rostlinnou buňku do hypertonického solného roztoku. Voda z její cytoplazmy bude difundovat ven a pod mikroskopem uvidíme proces exfoliace parietální vrstvy hyaloplazmy. Buňka se zmenšuje, její objem se zmenšuje, tzn. dochází k plazmolýze. Původní formu vrátíte přidáním několika kapek vody na podložní sklíčko a vytvořením koncentrace roztoku nižší než v cytoplazmě buňky. H2O molekuly proniknou dovnitř póry ve skořápce, objem a intracelulární tlak buňky se zvýší. Tento proces se nazýval deplasmolýza.
Specifická struktura a funkce živočišných buněk
Absence chloroplastů v cytoplazmě, tenké membrány bez vnějšího obalu, malé vakuoly, které plní především trávicí nebo vylučovací funkce – to vše platí pro zvířecí i lidské buňky. Jejich rozmanitý vzhled a heterotrofní stravovací návyky jsou dalším rozlišovacím znakem.
Mnoho buněk, které jsou samostatnými organismy nebo jsou součástí tkání, jsou schopny aktivního pohybu. Jsou to fagocyty a spermie savců, améby, nálevníky aj. Živočišné buňky se spojují do tkání díky supramembránovému komplexu – glykokalyxu. Onsestává z glykolipidů a proteinů spojených se sacharidy a podporuje adhezi - adhezi buněčných membrán k sobě, což vede k tvorbě tkáně. Extracelulární trávení probíhá také v glykokalyxu. Heterotrofní způsob výživy určuje v buňkách přítomnost celého arzenálu trávicích enzymů, koncentrovaných ve speciálních organelách - lysozomech, které se tvoří v Golgiho aparátu - obligátní jednomembránové struktuře cytoplazmy.
V živočišných buňkách je tato organela reprezentována společnou sítí kanálů a cisteren, zatímco u rostlin vypadá jako četné nesourodé strukturální jednotky. Rostlinné i živočišné somatické buňky se dělí mitózou, zatímco gamety se dělí meiózou.
Zjistili jsme tedy, že vlastnosti buněk různých skupin živých organismů budou záviset na vlastnostech mikroskopické struktury a funkcí organel.
