Buňka je základní jednotka živého organismu. U mnohobuněčných organismů (organismů s více než jednou buňkou) se soubor buněk, které spolupracují a vykonávají podobné funkce, nazývá tkáň. Na další vyšší úrovni organizace tvoří různé tkáně, které vykonávají koordinované funkce, orgány. A konečně orgány, které spolupracují při provádění obecných procesů, tvoří tělesné systémy.
Typy buněk
Mnohobuněčné organismy obsahují obrovské množství vysoce specializovaných buněk. Rostliny obsahují kořenové, listové a stonkové buňky. Lidé mají kožní buňky, nervové buňky a pohlavní buňky. Každý druh buňky je strukturován tak, aby plnil vysoce specializovanou funkci. Zkoumání struktury buňky často prozradí mnoho o její funkci v organismu. Například některé buňky v tenkém střevě mají vyvinuté mikroklky (chloupky), které podporují vstřebávání potravy. Nervové buňky neboli neurony jsou dalším druhem specializovaných buněk, jejichž tvar odráží funkci. Nervové buňky se skládají z buněčného těla a dlouhých výběžků, tzv. axonů, které vedou nervové impulzy. Dendrity jsou kratší nástavce, které přijímají nervové impulzy.
Smyslové buňky jsou buňky, které detekují informace z vnějšího prostředí a předávají je do mozku. Smyslové buňky mají často neobvyklé tvary a struktury, které přispívají k jejich funkci. Například tyčinkové buňky v oční sítnici nevypadají jako žádná jiná buňka v lidském těle. Tyto buňky, tvarované jako tyčinka, mají světlocitlivou oblast, která obsahuje četné disky. V každém disku je uložen speciální světlocitlivý pigment, který zachycuje světlo. Když pigment zachytí světlo z vnějšího prostředí, spustí se nervové buňky v oku a vyšlou nervový impuls do mozku. Tímto způsobem jsou lidé schopni detekovat světlo.
Buňky však mohou existovat i jako jednobuněčné organismy. Například organismy zvané protisty jsou jednobuněčné organismy. Příkladem protistů je mikroskopický organismus zvaný Paramecium a jednobuněčná řasa Chlamydomonas .
Prokaryota a eukaryota. U živých organismů rozeznáváme dva typy buněk: prokaryota a eukaryota. Slovo prokaryota doslova znamená „před jádrem“. Jak název napovídá, prokaryota jsou buňky, které nemají zřetelné jádro. Většina prokaryotických organismů je jednobuněčná, například bakterie a řasy.
Termín eukaryota znamená „pravé jádro“. Eukaryota mají zřetelné jádro a zřetelné organely. Organelou se rozumí malá struktura, která v eukaryotické buňce plní určitý soubor funkcí. Tyto organely drží pohromadě membrány. Kromě toho, že prokaryota nemají jádro, nemají ani tyto odlišné organely.
Stavba a funkce buněk
Základní stavba všech buněk, ať už prokaryot nebo eukaryot, je stejná. Všechny buňky mají vnější obal zvaný plazmatická membrána. Plazmatická membrána drží buňku pohromadě a umožňuje průchod látek do buňky a z buňky. Až na několik drobných výjimek jsou plazmatické membrány u prokaryot i eukaryot stejné.
Vnitřek obou druhů buněk se nazývá cytoplazma. Uvnitř cytoplazmy eukaryot jsou uloženy buněčné organely. Jak bylo uvedeno výše, cytoplazma prokaryot neobsahuje žádné organely. A konečně, oba typy buněk obsahují malé struktury zvané ribozomy. Ribosomy jsou místa v buňkách, kde vznikají bílkoviny. (Bílkoviny jsou velké molekuly, které jsou nezbytné pro strukturu a fungování všech živých buněk.) Ribosomy nejsou ohraničeny membránami, a nejsou proto považovány za organely.
Slova, která je třeba znát
Buněčná stěna: Pevný vnější obal, který překrývá plazmatickou membránu bakterií a rostlinných buněk.
Řasinky: Krátké výběžky, které pokrývají povrch některých buněk a zajišťují jejich pohyb.
Cytoplazma: Polotekutá látka buňky obsahující organely a uzavřená buněčnou membránou.
Cytoskelet: Síť vláken, která zajišťují strukturu a pohyb buňky.
DNA (deoxyribonukleová kyselina): Genetický materiál v jádře buňky, který obsahuje informace pro vývoj organismu.
Endoplazmatické retikulum: Síť membrán, která se táhne celou buňkou a podílí se na syntéze bílkovin a metabolismu lipidů.
Enzym: Jakýkoli z mnoha složitých proteinů, které jsou produkovány živými buňkami a vyvolávají specifické biochemické reakce.
Eukaryota: Buňka, která obsahuje samostatné jádro a organely.
Bičík: Bičíková struktura, která u některých buněk zajišťuje pohyb.
Golgiho tělísko: Organely, které třídí, upravují a balí molekuly.
Membrána: Tenká, pružná vrstva rostlinné nebo živočišné tkáně, která pokrývá, ohraničuje, odděluje nebo drží pohromadě nebo spojuje části organismu.
Mitochondrie: Mitochondrie: elektrárna buňky, která obsahuje enzymy nezbytné pro přeměnu potravy na energii.
Jaderný obal: Dvojitá membrána, která obklopuje jádro.
Jaderný pór: Drobné otvory, kterými je jaderný obal opatřen.
Jádro: Tmavší oblast uvnitř jádra, kde se vyrábějí ribozomální podjednotky.
Jádro: Jádro: řídící centrum buňky, které obsahuje DNA.
Organella: Membránou ohraničený buněčný „orgán“, který v eukaryotické buňce plní specifický soubor funkcí.
Pili: Krátké výběžky, které pomáhají bakteriím přichytit se na tkáně.
Plazmatická membrána: Membrána buňky.
Plastid: Organely podobné měchýřkům, které se nacházejí v rostlinných buňkách.
Prokaryota: Buňka bez pravého jádra.
Bílkovina: Proteiny: Velké molekuly, které jsou nezbytné pro strukturu a fungování všech živých buněk.
Protist: Jednobuněčný eukaryotický organismus.
Ribosom: Bílkovina složená ze dvou podjednotek, která funguje při syntéze bílkovin.
Vakuola: Vakuola je organelou rostlinných buněk, která vyplňuje prostor.
Vezikula: Membránově vázaná koule, která v buňkách obsahuje různé látky.
Stavba prokaryot. Příkladem typického prokaryota je bakteriální buňka. Bakteriální buňky mohou mít tvar tyčinky, koule nebo vývrtky. Stejně jako všechny buňky jsou i prokaryota ohraničena plazmatickou membránou. Tuto plazmatickou membránu obklopuje buněčná stěna. U některých bakterií navíc buněčnou stěnu pokrývá rosolovitá hmota známá jako kapsida. Mnoho bakterií způsobujících nemoci má kapsidy. Kapsle poskytuje bakteriím další ochrannou vrstvu. Patogenní bakterie s kapsidou mají tendenci způsobovat mnohem závažnější onemocnění než bakterie bez kapsidy.
V cytoplazmě prokaryot se nachází nukleoid, oblast, kde je uložen genetický materiál buňky. (Geny určují vlastnosti předávané z jedné generace na druhou.) Nukleoid není pravé jádro, protože není obklopen membránou. V cytoplazmě jsou také četné ribozomy.
K buněčné stěně některých bakterií jsou připojeny bičíky, bičíkům podobné struktury, které bakteriím umožňují pohyb. Některé bakterie mají také pili, krátké, prstům podobné výčnělky, které bakteriím pomáhají přichytit se ke tkáním. Bakterie nemohou způsobit onemocnění, pokud se nemohou přichytit ke tkáním. Bakterie, které způsobují například zápal plic, se přichycují na tkáně plic. Bakteriální pili toto přichycení ke tkáním výrazně usnadňují. Proto jsou bakterie s pili, stejně jako ty s kapsidami, často smrtelnější než ty bez nich.
Stavba eukaryot. Mezi organely vyskytující se u eukaryot patří membránový systém, který se skládá z plazmatické membrány, endoplazmatického retikula, Golgiho tělíska a vezikul, jádro, cytoskelet a mitochondrie. Rostlinné buňky mají navíc zvláštní organely, které se v živočišných buňkách nevyskytují. Těmito organelami jsou chloroplasty, buněčná stěna a vakuoly. (Viz obrázek rostlinné buňky na straně 435.)
Plazmatická membrána. Plazmatická membrána buňky je často popisována jako selektivně propustná. Tento termín znamená, že některé látky jsou schopny membránou projít, ale jiné ne. Například produkty vzniklé rozkladem potravin mohou procházet do buňky a odpadní produkty vzniklé v buňce mohou procházet ven z buňky. Od 60. let 20. století se vědci o fungování plazmatické membrány dozvěděli mnoho nového. Ukazuje se, že některé materiály jsou schopny procházet
)
malými otvory v membráně samovolně. Jiným pomáhají projít membránou molekuly umístěné na povrchu a uvnitř samotné membrány. Studium struktury a funkce plazmatické membrány je jedním z nejzajímavějších v celé buněčné biologii.
Endoplazmatické retikulum. Endoplazmatické retikulum (ER) se skládá ze zploštělých listů, váčků a trubiček membrány, které pokrývají celou plochu cytoplazmy eukaryotické buňky. ER vypadá jako velmi složitý systém metra nebo dálnice. Toto přirovnání není špatné, protože hlavní funkcí ER je transport materiálů po celé buňce.
V buňce lze rozlišit dva druhy ER. Jeden typ se nazývá drsná ER a druhý hladká ER. Rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že hrubý ER obsahuje na svém vnějším povrchu ribozomy, což mu dodává drsný nebo zrnitý vzhled. Hrubá ER se podílí na procesu syntézy (výroby) a transportu bílkovin. Bílkoviny vytvořené na ribozomech připojených k hrubému ER jsou upraveny, „zabaleny“ a poté odeslány k použití do různých částí buňky. Některé z nich jsou posílány do plazmatické membrány, odkud se přesouvají ven z buňky a do jiných částí těla organismu, kde jsou použity.
Hladká ER má mnoho různých funkcí, včetně výroby lipidů (materiálů podobných tukům), transportu proteinů a přenosu nervových zpráv.
Golgiho tělísko. Golgiho tělísko je pojmenováno po svém objeviteli, italském vědci devatenáctého století Camillo Golgim (1843-1926). Je to jedna z nejneobvykleji tvarovaných organel. Golgiho tělísko, které vypadá trochu jako hromádka palačinek, se skládá z hromady membránou ohraničených zploštělých váčků. Kolem Golgiho tělíska jsou četné malé membránou ohraničené vezikuly (částice). Úkolem Golgiho tělíska a jeho vezikul je třídit, upravovat a balit velké molekuly, které jsou vylučovány buňkou nebo používány v buňce pro různé funkce.
Golgiho tělísko lze přirovnat k expedičnímu a přijímacímu oddělení velké firmy. Každé Golgiho tělísko v buňce má cis tvář, která je podobná přijímacímu oddělení oddělení. Golgiho tělísko zde přijímá molekuly vyrobené v endoplazmatickém retikulu. Trans tvář Golgiho tělíska lze přirovnat k expedičnímu oddělení oddělení. Je to místo, odkud jsou upravené a zabalené molekuly přepravovány na místo určení.
Vezikuly. Vezikuly jsou malé kulovité částice, které obsahují různé druhy molekul. Některé vezikuly, jak bylo uvedeno výše, slouží k transportu molekul z endoplazmatického retikula do Golgiho tělíska a z Golgiho tělíska do různých míst určení. Zvláštní druhy vezikul plní i další funkce. Lysozomy jsou vezikuly, které obsahují enzymy podílející se na trávení buněk. Někteří protisté například pohlcují jiné buňky kvůli potravě. Při procesu zvaném fagocytóza (vyslovuje se FA-go-sy-to-sis) protista obklopí částici potravy a pohltí ji ve vezikulech. Tento měchýřek obsahující potravu je transportován v cytoplazmě protisty, dokud se nedostane do kontaktu s lysozomem. Potravní vezikula a lysozom se spojí a enzymy v lysozomu se uvolní do potravní vezikuly. Enzymy rozkládají potravu na menší části, které může protista využít.
Jádro. Jádro je řídícím centrem buňky. Pod mikroskopem vypadá jádro jako tmavá skvrna, v jejímž středu je tmavší oblast zvaná nukleolus. Nukleolus je místo, kde se vyrábějí části ribozomů. Jádro obklopuje dvojitá membrána zvaná jaderný obal. Jaderný obal je pokryt drobnými otvory, které se nazývají jaderné póry.
Jádro řídí všechny buněčné činnosti tím, že kontroluje syntézu bílkovin. Bílkoviny jsou důležité chemické sloučeniny, které řídí téměř vše, co buňky dělají. Kromě toho tvoří materiál, z něhož jsou vyrobeny samotné buňky a jejich části.
Instrukce pro tvorbu bílkovin jsou uloženy uvnitř jádra ve šroubovicové molekule zvané deoxyribonukleová kyselina neboli DNA. Molekuly DNA se od sebe liší na základě určitých chemických jednotek, kterým se říká dusíkaté báze a které obsahují. Způsob uspořádání dusíkatých bází v dané molekule DNA nese specifickou genetickou „zprávu“. Jedno uspořádání dusíkatých bází může nést instrukci „Vytvořte protein A“, jiné uspořádání bází může nést zprávu „Vytvořte protein B“, třetí uspořádání může kódovat zprávu „Vytvořte protein C“ atd.
První krok syntézy bílkovin začíná v jádře. V jádře se DNA překládá do molekuly zvané messengerová ribonukleová kyselina (mRNA). MRNA poté opouští jádro jadernými póry. Po vstupu do cytoplazmy se mRNA připojí k ribozomům a zahájí syntézu bílkovin. Proteiny vytvořené na ribozomech mohou být použity v rámci téže buňky nebo odeslány ven z buňky přes plazmatickou membránu k použití jinými buňkami.
Cytoskelet. Cytoskelet je kostra buňky. Místo kosti se však kostra buňky skládá ze tří druhů bílkovinných vláken, která tvoří sítě. Tyto sítě dávají buňce tvar a zajišťují její pohyb. Tři typy cytoskeletálních vláken jsou mikrotubuly, aktinová vlákna a intermediární filamenta.
Mikrotubuly jsou velmi tenké, dlouhé trubičky, které tvoří síť „drah“, po nichž se v buňce pohybují různé organely. Mikrotubuly tvoří v živočišných buňkách také malé párové struktury zvané centrioly. Tyto struktury nejsou považovány za organely, protože nejsou ohraničeny membránami. Centrioly se podílejí na procesu dělení (rozmnožování) buněk.
Některé eukaryotické buňky se pohybují pomocí mikrotubulů připojených k vnější straně plazmatické membrány. Tyto mikrotubuly se nazývají bičíky a řasinky. Buňky s řasinkami plní v lidském těle také důležité funkce. Dýchací cesty člověka a dalších živočichů jsou vystlány takovými buňkami, které vymetají nečistoty a bakterie směrem nahoru, ven z plic a do krku. Tam jsou nečistoty buď vykašlány z hrdla, nebo spolknuty do trávicího traktu, kde trávicí enzymy ničí škodlivé bakterie.
Aktinová vlákna jsou zvláště významná ve svalových buňkách, kde zajišťují kontrakci svalové tkáně. Mezivlákna jsou poměrně pevná a často slouží k ukotvení organel na svém místě v cytoplazmě.
.)
Mitochondrie. Mitochondrie jsou elektrárny buněk. Každá mitochondrie ve tvaru klobásy je pokryta vnější membránou. Vnitřní membrána mitochondrie je složena do přihrádek zvaných cristae (což znamená „krabička“). Matrice neboli vnitřní prostor vytvořený kristami obsahuje enzymy nezbytné pro mnoho chemických reakcí, které nakonec přemění molekuly potravy na energii.
Rostlinné organely. Rostlinné buňky mají několik organel, které se v živočišných buňkách nevyskytují. Patří mezi ně plastidy, vakuoly a buněčná stěna.
Plastidy jsou organely měchýřkového typu, které v rostlinách plní různé funkce. Například amyloplasty uchovávají škrob a chromoplasty molekuly pigmentů, které některým rostlinám dodávají zářivě oranžovou a žlutou barvu. Chloroplasty jsou plastidy, které provádějí fotosyntézu, proces, při němž se voda a oxid uhličitý přeměňují na cukry.
Vakuoly jsou velké měchýřky spojené jednou membránou. V mnoha rostlinných buňkách zabírají asi 90 % buněčného prostoru. V buňce plní řadu funkcí, včetně skladování organických sloučenin, odpadních produktů, pigmentů a jedovatých sloučenin a také funkce trávicí.
Všechny rostlinné buňky mají buněčnou stěnu, která obklopuje plazmatickou membránu. Buněčná stěna rostlin se skládá z houževnaté sacharidové látky zvané celulóza, která je uložena v prostředí nebo síti dalších sacharidů. (Sacharid je sloučenina skládající se z uhlíku, vodíku a kyslíku, která se nachází v rostlinách a kterou lidé a další živočichové používají jako potravu). Buněčná stěna poskytuje další ochrannou vrstvu mezi obsahem buňky a vnějším prostředím. Například křupavost jablek se připisuje přítomnosti těchto buněčných stěn.