Free Press

Definice buňky

Buňky jsou základní jednotkou života. V moderním světě jsou nejmenším známým světem, který vykonává všechny životní funkce. Všechny živé organismy jsou buď jednotlivé buňky, nebo mnohobuněčné organismy složené z mnoha buněk, které spolupracují.

Buňky jsou nejmenší známou jednotkou, která dokáže plnit všechny tyto funkce. Mezi definiční znaky, které buňce umožňují tyto funkce vykonávat, patří:

Následující text se bude zabývat funkcemi, které musí buňky plnit, aby umožnily život, a tím, jak tyto funkce plní.

Funkce buněk

Vědci definují sedm funkcí, které musí živý organismus plnit. Jsou to:

1. Živý organismus musí reagovat na změny ve svém prostředí.
2. Živý organismus musí růst a vyvíjet se po celou dobu svého života.
3. Živý organismus se musí umět rozmnožovat neboli vytvářet své kopie.
4. Živý organismus musí mít metabolismus.
5. Živá bytost musí udržovat homeostázu neboli udržovat své vnitřní prostředí stejné bez ohledu na vnější změny.
6. Živá bytost musí být tvořena buňkami.
7. Živá bytost musí předávat vlastnosti svým potomkům.

Je to biologie buněk, která umožňuje živým bytostem plnit všechny tyto funkce. Níže se budeme zabývat tím, jak tyto životní funkce umožňují.

Jak buňky fungují

Aby je mohly plnit, musí mít:

• Buněčnou membránu, která odděluje vnitřek buňky od vnějšku. Tím, že buňky soustřeďují chemické reakce života uvnitř malého prostoru v membráně, umožňují, aby reakce života probíhaly mnohem rychleji, než by jinak probíhaly.
• Genetický materiál, který je schopen předávat vlastnosti potomkům buňky. Aby se organismy mohly rozmnožovat, musí zajistit, aby jejich potomci měli všechny informace, které potřebují k tomu, aby byli schopni vykonávat všechny životní funkce. všechny moderní buňky toho dosahují pomocí DNA, jejíž vlastnosti párování bází umožňují buňkám vytvářet přesné kopie buněčných „plánů“ a „operačního systému“. Někteří vědci se domnívají, že první buňky mohly místo toho používat RNA.
• Proteiny, které vykonávají širokou škálu strukturálních, metabolických a reprodukčních funkcí.
  Existuje nespočet různých funkcí, které musí buňky vykonávat, aby získaly energii a rozmnožovaly se.
  Příklady těchto funkcí mohou v závislosti na buňce zahrnovat fotosyntézu, štěpení cukru, pohyb, kopírování vlastní DNA, umožnění průchodu určitých látek přes buněčnou membránu a zabránění průchodu jiných atd.
  Proteiny se skládají z aminokyselin, které jsou jako „stavebnice Lego“ biochemie. Aminokyseliny se vyrábějí v různých velikostech, různých tvarech a s různými vlastnostmi, jako je polarita, iontový náboj a hydrofobicita.
  Skládáním aminokyselin dohromady na základě instrukcí ve svém genetickém materiálu mohou buňky vytvářet biochemické stroje, které vykonávají téměř jakoukoli funkci.
  Někteří vědci se domnívají, že první buňky mohly používat RNA k vykonávání některých životně důležitých funkcí a pak v důsledku mutace přešly k mnohem univerzálnějším aminokyselinám.

Různé typy buněk, o kterých budeme hovořit níže, mají různé způsoby, jak tyto funkce vykonávat.

Typy buněk

Vzhledem k milionům rozmanitých druhů života na Zemi, které v průběhu času postupně rostou a mění se, existuje nespočet rozdílů mezi nesčetnými existujícími typy buněk.

Na tomto místě se však podíváme na dva hlavní typy buněk a dvě důležité podkategorie každého z nich.

Prokaryota

Prokaryota jsou jednodušší a starší ze dvou hlavních typů buněk. Prokaryota jsou jednobuněčné organismy. Bakterie a archebakterie jsou příklady prokaryotických buněk.

Prokaryotické buňky mají buněčnou membránu a jednu nebo více vrstev další ochrany před vnějším prostředím. Mnoho prokaryot má buněčnou membránu z fosfolipidů, kterou uzavírá buněčná stěna z tuhého cukru. Buněčná stěna může být uzavřena další tlustou „kapslí“ z cukrů.

Mnoho prokaryotických buněk má také řasinky, ocásky nebo jiné způsoby, kterými může buňka řídit svůj pohyb.

Tyto vlastnosti, stejně jako buněčná stěna a kapsle, odrážejí skutečnost, že prokaryotické buňky jdou v prostředí samy. Nejsou součástí mnohobuněčného organismu, který by mohl mít celé vrstvy buněk věnované ochraně jiných buněk před prostředím nebo vytváření pohybu.

Prokaryotické buňky mají jediný chromozom, který obsahuje veškerý základní dědičný materiál a provozní instrukce buňky. Tento jediný chromozom je obvykle kulatý. Nemá jádro ani žádné další vnitřní membrány či organely. Chromozom se prostě vznáší v cytoplazmě buňky.

Další genetické znaky a informace mohou být obsaženy v jiných genových jednotkách v cytoplazmě, nazývaných „plazmidy“, ale to jsou obvykle geny, které si prokaryota předávají tam a zpět prostřednictvím procesu „horizontálního přenosu genů“, což je, když jedna buňka předává genetický materiál druhé. Plazmidy obsahují neesenciální DNA, bez které se buňka obejde a která se nemusí nutně předávat potomkům.

Když je prokaryotická buňka připravena k rozmnožování, vytvoří kopii svého jediného chromozomu. Poté se buňka rozdělí na poloviny a každé dceřiné buňce přidělí jednu kopii svého chromozomu a náhodný sortiment plazmidů.

Vědci dosud znají dva hlavní typy prokaryot: archeobakterie, které jsou velmi starou linií života s některými biochemickými odlišnostmi od bakterií a eukaryot, a bakterie, někdy nazývané „eubakterie“ nebo „pravé bakterie“, aby se odlišily od archeobakterií.

Bakterie jsou považovány za „modernější“ potomky archeobakterií.

Obě čeledi mají v názvu „bakterie“, protože rozdíly mezi nimi nebyly pochopeny před vynálezem moderních biochemických a genetických analytických technik.

Když vědci začali podrobně zkoumat biochemii a genetiku prokaryot, objevili tyto dvě velmi odlišné skupiny, které mají pravděpodobně odlišný vztah k eukaryotům a odlišnou evoluční historii!“

Někteří vědci se domnívají, že eukaryota, jako je člověk, jsou příbuznější bakteriím, protože eukaryota mají podobnou chemii buněčných membrán jako bakterie. Jiní si myslí, že archeobakterie jsou nám eukaryotům příbuznější, protože používají podobné proteiny k reprodukci svých chromozomů.

Další si myslí, že bychom mohli být potomky obou – že eukaryotické buňky mohly vzniknout, když archeobakterie začaly žít uvnitř bakteriální buňky, nebo naopak! To by vysvětlovalo, proč máme důležité genetické a chemické vlastnosti obou a proč máme více vnitřních oddílů, jako je jádro, chloroplasty a mitochondrie!

Eukaryota

Eukaryotické buňky jsou považovány za nejmodernější hlavní typ buněk. Všechny mnohobuněčné organismy, včetně vás, vaší kočky a pokojových rostlin, jsou eukaryota. Eukaryotické buňky se zřejmě „naučily“ spolupracovat při vytváření mnohobuněčných organismů, zatímco prokaryota toho zřejmě nejsou schopna.

Eukaryotické buňky mají obvykle více než jeden chromozom, který obsahuje velké množství genetické informace. V těle mnohobuněčného organismu mohou být různé geny v rámci těchto chromozomů „zapnuty“ a „vypnuty“, což umožňuje, aby buňky měly různé vlastnosti a plnily různé funkce v rámci téhož organismu.

Eukaryotické buňky mají také jednu nebo více vnitřních membrán, což vedlo vědce k závěru, že eukaryotické buňky se pravděpodobně vyvinuly, když jeden nebo více druhů prokaryot začal žít v symbiotických vztazích uvnitř jiných buněk.

Organely s vnitřními membránami, které se nacházejí v eukaryotických buňkách, obvykle zahrnují:

• U živočišných buněk – mitochondrie, které uvolňují energii z cukru a mimořádně účinně ji přeměňují na ATP.
  Mitochondrie mají dokonce vlastní DNA, oddělenou od jaderné DNA buňky, což dále podporuje teorii, že kdysi byly nezávislými bakteriemi.
• U rostlinných buněk – Chloroplasty, které provádějí fotosyntézu a vyrábějí ATP a cukr ze slunečního světla a vzduchu.
  Chloroplasty mají také vlastní DNA, což naznačuje, že mohly vzniknout jako fotosyntetické bakterie.
• Jádro – U eukaryotických buněk obsahuje jádro základní plány DNA a instrukce pro fungování buňky.
  Předpokládá se, že jaderný obal poskytuje dodatečnou ochrannou vrstvu pro DNA proti toxinům nebo vetřelcům, kteří by ji mohli poškodit.
  Není známo, zda jádro mohlo být kdysi také endosymbiotickým prokaryotem, nebo zda se jeho membrána jednoduše vyvinula jako dodatečná ochranná vrstva pro DNA buňky.
• Endoplazmatické retikulum – Tato složitá vnitřní membrána je hlavním místem tvorby proteinů pro buňky. Evoluční původ endoplazmatického retikula není znám.
• Golgiho aparát – Tento komplex vnitřních membrán si lze představit jako „poštu“ endoplazmatického retikula. Přijímá bílkoviny z ER, balí je a „označuje“ připojením cukrů podle potřeby a pak je odesílá na místo určení!
• Další – Mnoho eukaryotických buněk může vytvářet dočasné vnitřní membránové „váčky“ zvané „vakuoly“, které slouží k ukládání odpadu nebo k balení důležitých materiálů.
  Některé buňky mají například speciální vakuoly zvané „lysozomy“, které jsou plné žíravých látek a trávicích enzymů. Buňky jednoduše vyhazují svůj „odpad“ do lyzozomů, kde je drsné prostředí rozloží na jednodušší složky, které lze znovu použít!“

Příklady buněk

Archaebakterie

Jak bylo uvedeno výše, archaebakterie jsou velmi starou formou prokaryotických buněk. Biologové je vlastně řadí do vlastní „domény“ života, oddělené od ostatních bakterií.

Klíčové způsoby, kterými se archeobakterie liší od ostatních bakterií, zahrnují:

Jedinečné chemické vlastnosti archeobakterií jim umožňují žít v extrémních prostředích, jako je přehřátá voda, extrémně slaná voda a některá prostředí, která jsou toxická pro všechny ostatní formy života.

Vědce v posledních letech velmi vzrušil objev Lokiarchaeota – typu archeobakterií, které sdílejí s eukaryoty mnoho genů, jež dosud nebyly u prokaryotických buněk nalezeny!

V současné době se předpokládá, že Lokiarchaeota může být naším nejbližším žijícím příbuzným v prokaryotickém světě.

Bakterie

Nejspíše znáte typ bakterií, které vám mohou způsobit nemoc. Běžné patogeny, jako jsou streptokoky a stafylokoky, jsou totiž prokaryotické bakteriální buňky.

Ale existuje také mnoho typů užitečných bakterií – včetně těch, které rozkládají mrtvý odpad a mění tak neužitečné materiály v úrodnou půdu, a bakterií, které žijí v našem vlastním trávicím traktu a pomáhají nám trávit potravu.

Bakteriální buňky se běžně vyskytují v symbiotických vztazích s mnohobuněčnými organismy, jako jsme my, v půdě a všude jinde, kde pro ně není příliš extrémní prostředí!“

Rostlinné buňky

Rostlinné buňky jsou eukaryotické buňky, které jsou součástí mnohobuněčných, fotosyntetizujících organismů.

Rostlinné buňky mají organely chloroplasty, které obsahují pigmenty, jež pohlcují fotony světla a získávají energii těchto fotonů.

Chloroplasty mají pozoruhodnou schopnost přeměňovat světelnou energii na buněčné palivo a tuto energii využívají k tomu, aby ze vzduchu odebíraly oxid uhličitý a přeměňovaly ho na cukry, které mohou živé organismy využít jako palivo nebo stavební materiál.

Rostlinné buňky mají kromě chloroplastů obvykle také buněčnou stěnu z tuhých cukrů, která umožňuje rostlinným tkáním udržovat jejich vzpřímenou strukturu, jako jsou listy, stonky a kmeny stromů.

Rostlinné buňky mají také obvyklé eukaryotické organely včetně jádra, endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu.

Živočišné buňky

Pro toto cvičení se podíváme na typ živočišné buňky, který je pro vás velmi důležitý: na vaši vlastní jaterní buňku.

Stejně jako všechny živočišné buňky má mitochondrie, které provádějí buněčné dýchání a přeměňují kyslík a cukr na velké množství ATP, které pohání buněčné funkce.

Má také stejné organely jako většina živočišných buněk: jádro, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát atd.

Jako součást mnohobuněčného organismu však vaše jaterní buňka exprimuje také jedinečné geny, které jí propůjčují jedinečné vlastnosti a schopnosti.

Jaterní buňky obsahují zejména enzymy, které rozkládají mnoho toxinů, což játrům umožňuje čistit vaši krev a rozkládat nebezpečný tělesný odpad.

Jaterní buňka je vynikajícím příkladem toho, jak mohou být mnohobuněčné organismy efektivnější díky spolupráci různých typů buněk.

Vaše tělo by nemohlo přežít bez jaterních buněk, které odbourávají určité toxiny a odpadní produkty, ale samotná jaterní buňka by nemohla přežít bez nervových a svalových buněk, které vám pomáhají najít potravu, a bez trávicího traktu, který tuto potravu rozkládá na snadno stravitelné cukry.

A všechny tyto typy buněk obsahují informace k vytvoření všech ostatních typů buněk! Jde jen o to, které geny se během vývoje „zapnou“ nebo „vypnou“.

• Epigenetika – proces, při kterém se geny „zapínají“ nebo „vypínají“ přidáním nebo odebráním chemických skupin z částí chromozomu.
• Eukaryota – složité buňky s více chromozomy a vnitřními organelami, jako jsou mitochondrie, chloroplasty a jádra.
• Prokaryota – jednobuněčné organismy s jednoduchou stavbou, obvykle s jedním chromozomem a bez vnitřních organel.

Kvíz

1. Která z následujících funkcí NENÍ základní funkcí, kterou musí vykonávat všechny živé organismy?
A. Živá věc se musí rozmnožovat.
B. Živá věc musí být schopna udržovat své vnitřní prostředí bez ohledu na vnější změny.
C. Živá bytost musí reagovat na změny ve svém prostředí.
D. Nic z výše uvedeného.

2. Která z následujících možností NENÍ typem prokaryotické buňky?
A. Archeobakterie
B. Stafylokoky
C. Bakterie Streptococcus
D. Jaterní buňka

3. Která z následujících možností NENÍ eukaryotická buněčná organela?
A. Plazmid
B. Jádro
C. Mitochondrie
D. Chloroplast

.