Buněčná biologie: Struktura, organely a evoluce buňky

Sada studijních kartiček zaměřená na klíčové pojmy buněčné biologie: rozdíly mezi prokaryoty a eukaryoty, fylogenetické předky (LUCA, FECA, LECA), endosymbiózu, buněčné organely a jejich ultrastrukturu a specializaci.

LUCA (Last Universal Common Ancestor)

Poslední univerzální společný předek všech současných buněčných forem života na Zemi, datovaný do doby před přibližně $3{,}5\text{–}4$ miliardami let.

FECA (First Eukaryotic Common Ancestor)

První eukaryotický společný předek; označuje počáteční bod eukaryogeneze v linii vedoucí k eukaryotům po oddělení od archeí.

LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor)

Poslední společný předek všech žijících eukaryot, který existoval před cca $1{,}7$ miliardami let a již obsahoval mitochondrie, bičík, cytoskelet, endomembránový systém, lineární chromozomy, introny, mitózu a meiózu.

Superskupiny eukaryot

Šest hlavních fylogenetických superskupin eukaryotických organismů vymezených multigenovými analýzami: Opisthokonta, Amoebozoa, Plantae, Chromalveolata, Rhizaria a Excavata.

Prokaryotická buňka

Strukturně jednodušší typ buňky bakterií a archeí o rozměrech typicky $1\text{–}10\text{ }\boldsymbol{\rm \text{µ}m}$, bez pravého jádra odděleného membránou a bez vnitřních membránových organel, dělící se prostým dělením.

Eukaryotická buňka

Komplexní buňka protist, hub, rostlin a živočichů o typické velikosti $10\text{–}100\text{ }\boldsymbol{\rm \text{µ}m}$, s pravým jádrem obklopeným dvojitou membránou, lineární DNA s histony a rozsáhlým endomembránovým systémem.

Kompartmentace buňky

Rozčlenění vnitřního prostoru eukaryotické buňky soustavou membrán na funkčně odlišené prostory (organely), jež umožňují souběžný průběh vzájemně neslučitelných biochemických reakcí.

Plazmatická membrána

Selektivně propustná fosfolipidová dvojvrstva s integrovanými a periferními proteiny i sacharidovými řetězci, která ohraničuje buňku a zajišťuje látkovou výměnu mezi buňkou a okolím.

Mikroklky

Dlouhé a tenké výběžky plazmatické membrány (např. u enterocytů střevního epitelu), které významně zvětšují absorpční povrch buňky bez zásadního nárůstu jejího objemu.

Jaderný obal

Dvojitá membrána uzavírající buněčné jádro a separující genetickou informaci od cytoplazmy; vnější membrána přímo navazuje na endoplazmatické retikulum.

Nukleární lamina

Síť proteinových filament vystýlající vnitřní stranu jaderného obalu, jež mechanicky podpírá jádro a udržuje jeho tvar.

Jaderný pór

Proteinový makromolekulární komplex procházející oběma membránami jaderného obalu, který reguluje obousměrný transport RNA a proteinů rychlostí až $1000$ translokací za sekundu.

Jadérko (nucleolus)

Subjaderná struktura bez vlastní membrány, v níž probíhá transkripce ribozomální RNA (rRNA) a montáž velkých i malých podjednotek ribozomů.

Chromatin

Komplex jaderné DNA a asociovaných bazických proteinů (histonů), který umožňuje svinutí a organizaci genetického materiálu do chromozomů.

Ribozomy

Nezbytné enzymové komplexy tvořené rRNA a proteiny, které fungují jako molekulární továrny katalyzující proteosyntézu (translaci).

Volné ribozomy

Ribozomy volně suspendované v cytosolu, které produkují proteiny určené k využití přímo v cytoplazmě buňky.

Vázané ribozomy

Ribozomy připojené k membráně drsného endoplazmatického retikula nebo jaderného obalu, syntetizující proteiny určené k začlenění do membrán nebo k sekreci ven z buňky.

Endoplazmatické retikulum (ER)

Rozvětvený systém membránových tubulů a zploštělých váčků (cisteren), jehož vnitřní prostor (lumen) tvoří souvislou dutinu propojenou s prostorem jaderného obalu.

Hladké endoplazmatické retikulum

Oddíl ER postrádající ribozomy; slouží k syntéze lipidů a steroidů, metabolismu sacharidů, záchytu a uvolňování iontů $Ca^{2+}$ a k enzymové detoxikaci léků či jedů.

Drsné endoplazmatické retikulum

Membránový oddíl ER posetý ribozomy, který se podílí na skládání nově nasyntetizovaných polypeptidů uvnitř lumenu, syntéze buněčných membrán a expedici proteinů v transportních vezikulech.

Golgiho aparát

Organela tvořená souborem zploštělých membránových cisteren orientovaných od cis strany (příjem váčků z ER) k trans straně (export produktů), modifikující glykoproteiny a syntetizující necelulózní polysacharidy (např. pektiny).

Lysozom

Jednomembránový vezikul obsahující hydrolytické enzymy fungující v kyselém prostředí, který v živočišné buňce slouží k intracelulárnímu trávení živin i patogenů.

Fagolysozom

Trávicí vakuola vzniklá fúzí fagozomu (endocytotického váčku s pohlcenou částicí) s lysozomem, kde hydrolytické enzymy rozkládají materiál na monomery uvolňované do cytosolu.

Autofagie

Proces degradace a recyklace vlastních nefunkčních organel buňky po jejich obklopení membránou a fúzi s lysozomem.

Tonoplast

Selektivně propustná jednoduchá membrána ohraničující rostlinnou vakuolu a udržující odlišné chemické složení vakuolární šťávy od cytosolu.

Centrální vakuola

Dominantní organela zralé rostlinné buňky obsahující buněčnou mízu, která funguje jako zásobárna vody a anorganických iontů, ukládá pigmenty i obranné toxiny a svým turgorem umožňuje růst buňky.

Kontraktilní vakuola

Specializovaná vakuola sladkovodních jednobuněčných eukaryot, která shromažďuje a aktivně vypuzuje přebytečnou osmoticky nasátou vodu z buňky ven.

Endosymbiotická teorie

Teorie vysvětlující vznik mitochondrií a chloroplastů pohlcením aerobní, respektive fotosyntetizující prokaryotické buňky předchůdcem eukaryot, doložená dvojitou membránou, vlastní kruhovou DNA, bakteriálními ribozomy a neschopností vzniku de novo.

Mitochondrie

Semiautonomní organela ohraničená dvěma membránami, v níž probíhá buněčné dýchání a oxidativní fosforylace za tvorby $ATP$.

Kristy (cristae)

Záhyby vnitřní mitochondriální membrány směřující do matrix, jež dramaticky zvětšují její povrch a nesou komplexy elektronového transportního řetězce a $ATP$ syntázu.

Mitochondriální matrix

Vnitřní tekutý prostor mitochondrie obsahující cirkulární mitochondriální DNA, ribozomy bakteriálního typu a metabolické enzymy např. pro Krebsův cyklus.

Chloroplast

Fotosyntetizující semiautonomní plastid rostlin a řas, který zachycuje sluneční záření a přeměňuje jej na chemickou energii uloženou v sacharidech.

Thylakoidy

Ploché navzájem propojené membránové měchýřky uvnitř chloroplastu, na jejichž membránách probíhá primární (světelná) fáze fotosyntézy.

Grana

Sloupce naskládaných thylakoidních membrán v chloroplastu, ve kterých jsou integrovány fotosystémy a enzymatické komplexy fotosyntézy.

Stroma

Tekutá matrix uvnitř chloroplastu obklopující systém tylakoidů, která obsahuje chloroplastovou kruhovou DNA, ribozomy a enzymy pro syntézu sacharidů.

Plastidy

Skupina dvoumembránových rostlinných organel s různými funkcemi a schopností vzájemné přeměny, zahrnující proplastidy, chloroplasty, chromoplasty a leukoplasty.

Proplastid

Malý, nediferencovaný plastid přítomný v mladých a dělivých meristematických pletivech, který dává vzniknout všem ostatním formám plastidů.

Etioplast

Typ plastidu s parakrystalickým prolamelárním tělesem (primárním granem), který vzniká vývojem rostlin ve tmě a po osvícení se přeměňuje na chloroplast.

Chromoplast

Fotosynteticky neaktivní žlutý či červený plastid obsahující karotenoidy (karoteny a xantofyly), který způsobuje zbarvení zralých plodů a okvětních lístků.

Leukoplast

Bezbarvý plastid bez asimilačních barviv, specializovaný na syntézu a ukládání zásobních látek v neosvětlených částech rostliny.

Amyloplast

Zásobní leukoplast shromažďující škrobová zrna; v kořenové čepičce plní jako statolit funkci vnímání směru gravitace (gravitropismu).

Elaioplast

Druh leukoplastu specializovaný na tvorbu a uchovávání rostlinných tuků a olejů.

Proteinoplast

Forma leukoplastu sloužící ke kumulaci a skladování krystalických zásobních proteinů.

Peroxisom

Jednomembránová organela obsahující enzymy oxidující mastné kyseliny za vzniku toxického peroxidu vodíku ($H_2O_2$), který enzym peroxidáza (kataláza) ihned rozkládá na vodu.

Glyoxysom

Specializovaný typ peroxisomu v semenech rostlin obsahující enzymy glyoxylátového cyklu, které přeměňují zásobní mastné kyseliny na sacharidy pro výživu klíčku před rozvojem fotosyntézy.