Buňka je základní elementární jednotkou všeho živého, proto má všechny vlastnosti živých organismů: vysoce uspořádanou strukturu, přijímá energii zvenčí a využívá ji k výkonu práce a udržování pořádku, látkovou výměnu, aktivní reakci na podráždění, růst, vývoj, rozmnožování, duplikace a přenos biologických informací na potomky, regenerace (obnova poškozených struktur), adaptace na prostředí.
Německý vědec T. Schwann vytvořil v polovině XNUMX. století buněčnou teorii, jejíž hlavní ustanovení naznačovala, že všechny tkáně a orgány se skládají z buněk; buňky rostlin a živočichů jsou si zásadně podobné, všechny vznikají stejným způsobem; činnost organismů je souhrnem životních činností jednotlivých buněk. Velký německý vědec R. Virchow měl velký vliv na další vývoj buněčné teorie a na nauku o buňce vůbec. Nejenže dal dohromady všechna ta četná nesourodá fakta, ale také přesvědčivě ukázal, že buňky jsou trvalou strukturou a vznikají pouze rozmnožováním.
Buněčná teorie ve své moderní interpretaci zahrnuje následující hlavní ustanovení: buňka je univerzální elementární jednotka živých věcí; buňky všech organismů jsou svou strukturou, funkcí a chemickým složením zásadně podobné; buňky se rozmnožují pouze dělením původní buňky; mnohobuněčné organismy jsou složité buněčné soubory, které tvoří integrální systémy.
Díky moderním výzkumným metodám byl odhalen dva hlavní typy buněk: komplexněji organizované, vysoce diferencované eukaryotické buňky (rostliny, živočichové a někteří prvoci, řasy, houby a lišejníky) a méně komplexně organizované prokaryotické buňky (modrozelené řasy, aktinomycety, bakterie, spirochety, mykoplazmata, rickettsie, chlamydie).
Na rozdíl od prokaryotické buňky má eukaryotická buňka jádro ohraničené dvojitou jadernou membránou a velké množství membránových organel.
Buňka je základní stavební a funkční jednotkou živých organismů, uskutečňuje růst, vývoj, metabolismus a energii, uchovává, zpracovává a realizuje genetickou informaci. Buňka je z morfologického hlediska komplexní systém biopolymerů, oddělený od vnějšího prostředí plazmatickou membránou (plasmolemma) a skládající se z jádra a cytoplazmy, ve kterých jsou umístěny organely a inkluze (granule).
Jaké typy buněk existují?
Buňky jsou rozmanité svým tvarem, strukturou, chemickým složením a povahou metabolismu.
Všechny buňky jsou homologní, tzn. mají řadu společných strukturálních rysů, na kterých závisí výkon základních funkcí. Buňky se vyznačují jednotou struktury, metabolismu (metabolismu) a chemického složení.
Současně mají různé buňky také specifické struktury. To je způsobeno jejich výkonem speciálních funkcí.
Buněčná struktura
Ultramikroskopická buněčná struktura:
1 – cytolema (plazmatická membrána); 2 — pinocytotické váčky; 3 – centrosom, buněčné centrum (cytocentrum); 4 – hyaloplazma; 5 – endoplazmatické retikulum: a – membrána granulárního retikula; b – ribozomy; 6 – spojení perinukleárního prostoru s dutinami endoplazmatického retikula; 7 – jádro; 8 – jaderné póry; 9 – negranulární (hladké) endoplazmatické retikulum; 10 – jadérko; 11 – vnitřní retikulární aparát (Golgiho komplex); 12 – sekreční vakuoly; 13 – mitochondrie; 14 – liposomy; 15 — tři po sobě jdoucí stadia fagocytózy; 16 – spojení buněčné membrány (cytolema) s membránami endoplazmatického retikula.
Chemické složení buňky
Buňka obsahuje více než 100 chemických prvků, z nichž čtyři tvoří asi 98 % hmoty; jedná se o organogeny: kyslík (65–75 %), uhlík (15–18 %), vodík (8–10 %) a dusík. (1,5–3,0 %). Zbývající prvky se dělí do tří skupin: makroprvky – jejich obsah v těle přesahuje 0,01 %); mikroelementy (0,00001–0,01 %) a ultramikroelementy (méně než 0,00001).
Mezi makroprvky patří síra, fosfor, chlor, draslík, sodík, hořčík, vápník.
Mezi mikroelementy patří železo, zinek, měď, jód, fluor, hliník, měď, mangan, kobalt atd.
Mezi ultramikroprvky patří selen, vanad, křemík, nikl, lithium, stříbro a další. Přes jejich velmi nízký obsah hrají mikroelementy a ultramikroelementy velmi důležitou roli. Ovlivňují především metabolismus. Bez nich je normální fungování každé buňky a organismu jako celku nemožné.
Buňka se skládá z anorganických a organických látek. Mezi anorganickými látkami je zastoupeno největší množství vody. Relativní množství vody v buňce se pohybuje mezi 70 a 80 %. Voda je univerzální rozpouštědlo, probíhají v ní všechny biochemické reakce v buňce. Za účasti vody se provádí termoregulace. Látky, které se rozpouštějí ve vodě (soli, zásady, kyseliny, bílkoviny, sacharidy, alkoholy atd.), se nazývají hydrofilní. Hydrofobní látky (tuky a tukům podobné látky) se ve vodě nerozpouštějí. Ostatní anorganické látky (soli, kyseliny, zásady, kladné a záporné ionty) tvoří 1,0 až 1,5 %.
Z organických látek převažují bílkoviny (10–20 %), tuky nebo lipidy (1–5 %), sacharidy (0,2–2,0 %) a nukleové kyseliny (1–2 %). Obsah nízkomolekulárních látek nepřesahuje 0,5 %.
Molekula proteinu je polymer, který se skládá z velkého počtu opakujících se jednotek monomerů. Aminokyselinové proteinové monomery (je jich 20) jsou navzájem spojeny peptidovými vazbami a tvoří polypeptidový řetězec (primární struktura proteinu). Točí se do spirály a vytváří sekundární strukturu proteinu. Díky specifické prostorové orientaci polypeptidového řetězce vzniká terciární struktura proteinu, která určuje specificitu a biologickou aktivitu molekuly proteinu. Několik terciárních struktur se vzájemně kombinuje a vytváří kvartérní strukturu.
Proteiny plní základní funkce. Enzymy – biologické katalyzátory, které zvyšují rychlost chemických reakcí v buňce statisícimilionkrát – jsou bílkoviny. Proteiny, které jsou součástí všech buněčných struktur, plní plastickou (stavební) funkci. Pohyby buněk také provádějí proteiny. Zajišťují transport látek do buňky, ven z buňky a uvnitř buňky. Důležitá je ochranná funkce bílkovin (protilátek). Bílkoviny jsou jedním ze zdrojů energie Sacharidy dělíme na monosacharidy a polysacharidy. Ty jsou vytvořeny z monosacharidů, které jsou stejně jako aminokyseliny monomery. Z monosacharidů v buňce jsou nejdůležitější glukóza, fruktóza (obsahuje šest atomů uhlíku) a pentóza (pět atomů uhlíku). Pentózy jsou součástí nukleových kyselin. Monosacharidy jsou vysoce rozpustné ve vodě. Polysacharidy jsou špatně rozpustné ve vodě (glykogen v živočišných buňkách, škrob a celulóza v rostlinných buňkách) Sacharidy jsou zdrojem energie, komplexní sacharidy kombinované s bílkovinami (glykoproteiny), tuky (glykolipidy) se podílejí na tvorbě buněčných povrchů a buněk interakce.
Lipidy zahrnují tuky a tukům podobné látky. Molekuly tuku jsou vytvořeny z glycerolu a mastných kyselin. Mezi látky podobné tukům patří cholesterol, některé hormony a lecitin. Lipidy, které jsou hlavními složkami buněčných membrán, tak plní konstrukční funkci. Lipidy jsou nejdůležitějším zdrojem energie. Pokud tedy úplnou oxidací 1 g bílkovin nebo sacharidů uvolníte 17,6 kJ energie, pak úplnou oxidací 1 g tuku uvolníte 38,9 kJ. Lipidy provádějí termoregulaci a chrání orgány (tukové kapsle).
DNA a RNA
Nukleové kyseliny jsou polymerní molekuly tvořené nukleotidovými monomery. Nukleotid se skládá z purinové nebo pyrimidinové báze, cukru (pentózy) a zbytku kyseliny fosforečné. Ve všech buňkách jsou dva typy nukleových kyselin: deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA), které se liší složením zásad a cukrů.
Prostorová struktura nukleových kyselin:
(podle B. Albertse et al., s modifikacemi) I – RNA; II – DNA; stuhy – cukr fosfátové páteře; A, C, G, T, U jsou dusíkaté báze, mřížky mezi nimi jsou vodíkové vazby.
molekula DNA
Molekula DNA se skládá ze dvou polynukleotidových řetězců stočených kolem sebe ve formě dvojité šroubovice. Dusíkaté báze obou řetězců jsou navzájem spojeny komplementárními vodíkovými vazbami. Adenin se kombinuje pouze s thyminem a cytosin s guaninem (A – T, G – C). DNA obsahuje genetickou informaci, která určuje specificitu proteinů syntetizovaných buňkou, tedy sekvenci aminokyselin v polypeptidovém řetězci. DNA přenáší dědičností všechny vlastnosti buňky. DNA se nachází v jádře a mitochondriích.
molekula RNA
Molekula RNA je tvořena jedním polynukleotidovým řetězcem. V buňkách jsou tři typy RNA. Informační neboli messenger RNA tRNA (z anglického messenger – „zprostředkovatel“), která přenáší informace o nukleotidové sekvenci DNA do ribozomů (viz níže). Transfer RNA (tRNA), která přenáší aminokyseliny do ribozomů. Ribozomální RNA (rRNA), která se podílí na tvorbě ribozomů. RNA se nachází v jádře, ribozomech, cytoplazmě, mitochondriích a chloroplastech.
