MO2 BIO

Buňka a buněčná teorie

  • Buněčná teorie byla formulována v 19. století.
  • Purkyně definoval buňku jako základní stavební a funkční jednotku.
  • Vědecké poznatky říkají, že:
    • Viry nejsou živé organismy, pokud nejsou v buňce.
    • Všechny živé systémy jsou tvořeny buňkami a jejich produkty.
    • Chemické složení buněk je obdobné, což naznačuje, že mají společného předka.
    • Nové buňky vznikají pouze dělením existujících buněk.
  • Robert Hooke (1655) označil termín „buňka“ (lat. "cellulae").
  • Chemické složení buněk:
    • Makrobiogenní prvky:
    • C (uhlík)
    • H (vodík)
    • O (kyslík)
    • N (dusík)
    • S (síra)
    • P (fosfor)
    • K (draslík)
    • Na (sodík)
    • Cl (chlor)
    • Ca (vápník)
    • Mg (hořčík)
    • Fe (železo)
    • Mikroelementy:
    • Cu (měď)
    • I (jód)
    • Mo (molybden)
    • Mn (mangan)
    • Zn (zinek)
    • Co (kobalt)
    • Stopové prvky:
    • Al (hliník)
    • As (arsen)
    • B (bor)
    • Br (brom)
    • F (fluor)
    • Li (lithium)
    • Ni (nikl)
    • Se (selen)
    • Si (křemík)
    • Ti (titán)
    • V (vanad)
    • Nežádoucí prvky:
    • Pb (olovo)
    • Hg (rtuť)
    • Cd (kadmium)

Prokaryotická buňka

  • Nejednodušší typ buňky splňující biologické dogma.
  • Prokaryoty vznikly před přibližně 3,8 miliardy let.
  • Název „prokaryotický“ pochází z řeckého „pro-karyon“ = prvotní jádro.
  • Příklady organismů: Bakterie, Archaea.

Vlastnosti prokaryotické buňky

  • Jádro: nemají pravé jádro, pouze nukleoid.
  • Chromozomy: mají pouze jeden kruhový chromozom.
  • Počet genů: 6 až 8 tisíc.
  • Ploidy: pouze haploidní.
  • Jadérko: nemají.
  • Velikost: 0,3–6 μm.
  • Organely: pouze nemembránové.

Stavba prokaryotické buňky

  • Kruhová DNA (1 chromozom) je připojena k cytoplasmatické membráně.
  • Transkripce:
    • Vznik pre-mRNA -> mRNA.
    • Replikace a transkripce probíhá současně.
    • Chromozom je přichycen na cytoplazmatické membráně na místě „OriC“, kde začíná replikace.
  • Volně umístěné v cytoplazmě.
  • Geny Bacteria nemají introny a exony, žádný posttranskripční přepis.
  • Geny Archea zahrnují introny a exony, vyžadují posttranskripční přepis.

Cytoplazma

  • Obsahuje roztok bílkovin (koloidní).
  • Cytosol: voda, rozpuštěné látky, bílkoviny; omývá membránové váčky a další struktury uvnitř buněk.
  • Tvoří 70% objemu buňky; bezbarvá gelovitá látka.
  • Funkce:
    • Udržování tvaru a homeostázy.
    • Přesun živin a biochemické procesy (rozpouštědlo).

Ribozomy

  • Nemembránové organely tvořeny rRNA a proteiny.
  • Umožňují expresi genů.
  • Sedimentární jednotky 70S.
  • Obsahují velkou a malou podjednotku, připojují se k mRNA.
  • 64 kodonů a 3 stopkodony, minimálně 61 druhů tRNA.
  • U prokaryot menší než u eukaryot, umístěny volně v cytoplazmě.
  • Polysom: skupina ribozomů, umožňuje současnou translaci mRNA a transkripci.

Plazmidy

  • Dodatečné genetické informace, které nejsou nezbytné pro život buňky.
  • Dělí se nezávisle na hlavním chromozomu.
  • Nesou geny pro odolnost proti antibiotikům.
  • Mohou přecházet mezi buňkami (př., faktory F+ u E. coli).
  • Můžou se replikovat do DNA, což je využíváno v genetickém inženýrství.

Cytoplazmatická membrána

  • Semipermeabilní membrána ovlivňující osmotické jevy.
  • Skládá se z:
    • Polární, hydrofilní (fosfolipidy).
    • Nepolární, hydrofobní (ocásky mastných kyselin).
    • Obsahuje bílkovinné přenašeče a cholesterol.

Osmotické prostředí

  • Tři typy:
    • Hypertonické:
    • Vnější koncentrace vyšší než uvnitř buněk, buňky ztrácí vodu (např. salát se „pustí“ po přidání soli); plazmolýza.
    • Hypotonické:
    • Méně rozpuštěných látek venku, voda proniká do buňky, může dojít k prasknutí.
    • Izotonické:
    • Roztoky se stejným osmotickým tlakem; osmóza neprobíhá.

Aktivní a pasivní transport

  • Pasivní transport:
    • Všechny tři osmotické prostředí.
  • Aktivní transport:
    • Spotřebovává energii (ATP).
    • Typy:
    • Uniport: přenášení jedné látky.
    • Symport: přenášení dvou látek stejným směrem.
    • Antiport: přenášení dvou látek opačným směrem.

Endocytóza a exocytóza

  • Endocytóza:
    • Fagocytóza: pohlcení pevných látek; u bílých krvinek.
    • Pinocytóza: pohlcení kapaliny; odchlípení malého váčku.
  • Exocytóza: vylučování větších částic pomocí váčků, které splývají s membránou.

Buněčná stěna

  • Neudržuje homeostázu, ale udržuje tvar.
  • Přítomna u prokaryot (bakterií, archaea), rostlinných (celulóza) a houbových buněk (chitin).
  • Chrání před mechanickým, chemickým poškozením a patogeny.
  • Dělí se podle obsahu mureinu na G+ a G-.

Bičík (flagellum)

  • Vlákno, které slouží pro pohyb prokaryot.
  • Komponován z háčku/kolénka a bazálního tělíska (kinetozom).

Pouzdro a Fimbrie (pili)

  • Pouzdro: vnější ochranná vrstva, hlavně polysacharidy a proteiny.
  • Fimbrie: úzké výběžky, některé slouží k pohybu a sexuální konjugaci.

Reprodukce prokaryot

  • Nepohlavní, přímo dělením (amitóza):
    1. Replikace DNA
    2. Vytvoření cytoplazmatické přepážky
    3. Rozdělení mateřských buněk na dceřinné.
  • Pohlavní: výměna části genomu (F-faktor) u E. coli, ale není to klasické pohlavní rozmnožování.

Eukaryotická buňka

  • Vznikla před 1,65 - 2,2 miliardami let.
  • Vznikla absorpcí jiných buněk (symbióza, např. mitochondrie) a endosymbiózou.
  • Obsahuje membránové organely, jako jsou plastidy, vakuoly, mitochondrie, chloroplasty a Golgiho aparát.
  • Vyztužena cytoskeletem.

Vlastnosti eukaryotické buňky

  • Jádro: plnohodnotné; obsahuje DNA uloženou v jádře, více chromozomů.
  • Ploidy: diploidní (kolem histonů) i haploidní.
  • Velikost: 5 μm – několik cm.
  • Organely: membránové i nemembránové.

Stavba eukaryotické buňky

  • Jádro (nucleus/karyon):
    • Dvojité, obsahuje páry chromozomů.
    • Jadérko (nucleolus) probíhá transkripce.
    • Karyoplazma (nukleoplazma): cytoplazma uvnitř jádra.
    • Karyomembrána s póry umožňuje průchod mRNA a živin.
Chromatin
  • Tvoří chromozomy, obsahuje proteiny (histon) a DNA.
  • Funkce: řídící, regulační, genetická, metabolická.

Mitochondrie

  • Buněčné dýchání, tvorba ATP; energetické centrum.
  • Aerobní metabolismus (s kyslíkem).
  • Mají vlastní DNA.
  • Semiautonomní organela, obsahující koloidní roztok (matrix).
Dědičnost mitochondrií
  • Mitochondriální DNA se dědí pouze po mateřské linii.

Plastidy

  • Vyskytují se pouze u rostlinných buněk.
  • Obsahují chlorofyl (A + B) a provádí fotosyntézu dle rovnice:
    • 6 CO_2 + 12 H_2O
      ightarrow C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 + 6 H_2O
  • Vytváří také mastné kyseliny a aminokyseliny.
Tylakoidy
  • Membránové struktury, kde probíhá světlá fáze fotosyntézy.
Stromata
  • Obsahují enzymy zajišťující temnou fázi fotosyntézy (Calvinův cyklus).

Inkrustace a impregnace

  • Inkrustace: ukládání anorganických látek do buněčné stěny (např. vápník).
  • Impregnace: ukládání organických látek do buněčné stěny (např. lignifikace, kutinizace).

Endoplazmatické retikulum

  • Membránová organela určená pro syntézu a transport látek.
  • Hladké: syntéza lipidů a detoxikace.
  • Hrubé: má ribozomy, zajišťuje proteosyntézu.

Golgiho aparát

  • Membránová organela, zahušťuje produkty z endoplazmatického retikula.
  • Vyřazuje přebytečné látky a vody.
  • Exocytóza a endocytóza: procesy vylučování a absorpce látek.

Buněčný cyklus

  • Ovládá život a rozmnožování buněk.

Fáze buněčného cyklu

  • G1 fáze: růst a syntéza RNA/proteiny.
  • S fáze: replikace DNA.
  • G2 fáze: příprava na dělení.
  • M fáze (mitotická):
    • Mitóza: dělení somatických buněk.
    • Karyokineze a cytokineze.
Proces mitózy
  1. Profáze: kondenzace chromatinů.
  2. Metafáze: uspořádání chromozomů do ekvatoriální roviny.
  3. Anafáze: rozdělení chromozomů na chromatidy.
  4. Telofáze: despiralizace chromatidů.

Meiósis

  • Dělení pohlavních buněk, splynutí gamet.
  • Dvě fáze: Meióza I a Meióza II.

Meióza I

  • Profáze: rozrušení jaderné membrány a spiralizace.
  • Vznik chiasmat a crossing-over.
  • Metafáze: bivalenty se seřazují.
  • Anafáze: rozchod bivalentů, redukce počtu chromozomů.

Meióza II

  • Podobná mitóze, dochází k dělení haploidních buněk.