Bunka a chemické zloženie bunky

Vypracovala: Mgr. Jana Dolinská

Bunka (cellula): je základná štruktúrna a funkčná jednotka rastlinných a živočíšnych tiel. Tvorí hranicu medzi živým a neživým svetom, preto sa považuje za základný prvok organizácie živých systémov. Bunka má vlastný metabolizmus a schopnosť prenosu genetickej informácie prostredníctvom rozmnožovania. Preto sa považuje za najmenší systém schopný samostatného života.

Objav a štúdium bunky súvisia s objavom mikroskopu (gr. mikros – malý, cope – pozorovanie). Anglický vedec Robert Hooke roku 1665 pozoroval korok stromov a rozlíšiteľné dutinky nazval bunka (lat. cellula). Hooke je považovaný za objaviteľa (rastlinnej) bunky. V roku 1671 Talian Marcello Malpighi pozoroval živočíšnu bunku.
Neznámy svet mikroorganizmov objavil Holanďan Antony van Leewenhoek. Medzníkom vo vzniku a rozvoj cytológie bol objav jadra, ktoré objavil Robert Brown. Hypotézu, že každý organizmus má bunkovú štruktúru, vyslovil v roku 1834 Pavol F. Gorjaninov a potvrdil nemecký lekár Rudolph Virchow známym výrokom: „Omnis cellula e celula.“ („Každá bunka vzniká z bunky.“)

Cytológia: vedná disciplína, ktorá sa zaoberá štúdiom javov na úrovni bunky. Jej vznik sa spája s formulovaním bunkovej teórie:

1. základom každého organizmu (rastlín alebo živočíchov) je bunka, ktorá je nositeľom všetkých životných funkcií

2. každá bunka vzniká len delením už existujúcej materskej bunky

Bunkovú teóriu formulovali v roku 1838 nezávisle od seba nemecký botanik Mathias Jakob Schleiden a nemecký zoológ Theodor Schwann.

Všeobecné vlastnosti bunky sú charakteristické pre väčšinu buniek. Patrí k nim:

- chemické zloženie

- stavba – štruktúra

- metabolizmus a syntéza látok

- rozmnožovanie

- dedičnosť

Všeobecné vlastnosti bunky potvrdzujú univerzálnosť bunkovej teórie, ktorá sa považuje za jednu zo základných biologických koncepcií.

Veľkosť a tvar buniek sú dedične podmienené vlastnosti.

Tvar buniek je pôvodne guľovitý, ale množstvo činiteľov ho zmenilo na najrozličnejšie podoby. Bunky zoskupené do tkanív nadobúdajú rôzne tvary, ktoré sú závislé od ich funkcie a miesta, ktoré v organizme zaberajú. V živočíšnom tele sa stretávame s celou škálou tvarov od guľovitého až po vláknitý s rôznymi prechodmi. Bunky krycích epitelov bývajú kubické, prípadne valcovité, svalové bunky bývajú vretenovité, väzivové bunky nadobúdajú hviezdicovitý tvar, nervové a kostené majú mnoho výbežkov.

Tvary buniek rôznych tkanív žalúdka

Rozmery buniek sú prevažne mikroskopické, v rozmedzí 10 - 100 μm. Od tohto priemeru sa výrazne odlišujú napr. vajíčka vtákov. Najväčšou známou bunkou je vajce pštrosa, ktoré má obsah niekoľko litrov. Najväčšou bunkou ľudského tela je ženské vajíčko (150 μm). Najmenšie bunky sú tzv. mykoplazmy.

Počet buniek v mnohobunkových organizmoch nie je stály a pri rôznych jedincoch veľmi kolíše. Človek má približne 25 x 10¹⁵ buniek.

Podľa stupňa evolučného prispôsobenia sa bunky rozdeľujú na prokaryotické a eukaryotické.

Oba typy buniek sa navzájom líšia:

1. veľkosťou - prokaryotické bunky sú o rád menšie

2. štruktúrou jadra - prokaryotické bunky nemajú jadro od cytoplazmy oddelené jadrovou membránou, eukaryotické bunky majú jasne diferencované jadro

3. prítomnosťou membránových organel - tie sú prítomné len v eukaryotickej bunke, v prokaryotickej je iba plazmatická membrána, prípadne tylakoidy

4. druhom organizmov, ktoré sú nimi tvorené - prokaryotické bunky majú len baktérie, sinice a archeóny, eukaryotická bunka tvorí telo prvokov, rastlín, živočíchov, húb, rias.

Porovnanie prokaryotickej a eukaryotickej bunky

Všetky bunky bez ohľadu na pôvod, veľkosť, funkciu a tvar majú základný princíp stavby. Ten spočíva v prítomnosti 4 súčastí v bunke:

1. bunkové povrchy – bunková stena, cytoplazmatická membrána

2. cytoplazma

3. bunkové organely (štruktúry) – membránové (z biomembrán) a fibrilárne (z mikrovláken)

4. neživé súčasti bunky – inklúzie

Prelom v biologických vedách a najmä v cytológii je spojený s objavom elektrónovej mikroskope (1933). Podľa toho aj bunkové štruktúry rozlíšiteľné svetelným mikroskopom sa nazývajú mikroskopické (jadro, vakuoly, chloroplasty) a rozlíšiteľné len elektrónovým mikroskopom submikroskopické (zvyšné organely bunky, ktoré sa nedajú pozorovať svetelným mikroskopom).

Chemické zloženie bunky: všetky organizmy sú tvorené z chemických látok. Z celkovej hmotnosti bunky tvorí najväčší podiel voda (60 – 90%). Na hmotnosti sušiny sa podieľajú organické látky (10 – 40%) i anorganické látky (3%).

Chemické zloženie bunky

Funkcie chemických látok:

1. stavebné

2. zásobné

3. metabolické

4. substrátové

Každá skupina chemických látok má v bunke svoje špecifické vlastnosti.

Voda:

• je dôležitým rozpúšťadlom organických aj anorganických látok v bunke

• všetky metabolické procesy prebiehajú len vo vodnom prostredí

• ovplyvňuje fyzikálno – chemické procesy v bunkách (napr. osmózu a difúziu)

• plní termoregulačnú a transportnú funkciu

Množstvo vody v bunke závisí:

- od veku bunky (napr. mladé bunky majú viac vody ako staré)

- od druhu pletiva alebo tkaniva, z ktorého bunka pochádza (zásobné orgány majú znížený obsah vody)

- od prostredia, v ktorom sa bunka nachádza (bunky vodných rias obsahujú až 90% vody)

Anorganické látky (minerálne látky)

• sú soli rôznych látok

• vyskytujú sa v podobe:

1. konkrétnych zlúčenín, napr. chlorid sodný, uhličitan vápenatý

2. v podobe iónov: Ca²⁺, K⁺, Na⁺, Cl^-

- význam:

• ovplyvňujú osmózu, fyzikálno-chemické vlastnosti, látkovú premenu, pH prostredie bunky

• sú súčasťou niektorých makromolekulových látok (enzýmy)

Organické látky

• väčšinou sú to makromolekulové látky, tvorené z monomérov (základných stavebných jednotiek) pospájaných chemickými väzbami do polymérov

• delia sa na:

1. nízkomolekulové – sacharidy, tuky

2. vysokomolekulové - bielkoviny, nukleové kyseliny

Sacharidy (cukry)

• vznikajú z neústrojných (anorganických) látok v zelených rastlinách v procese fotosyntézy

• po chemickej stránke sú to aldózy a ketózy

Rozdelenie sacharidov:

- význam:

1. zdroj energie – sú pohotovostným zdrojom energie, bunka siaha po zásobách cukrov pri každej metabolickej činnosti, pokiaľ sa nevyčerpajú (napr. glukóza)

2. podieľajú sa na stavbe bunkových stien (celulóza, chitín)

3. zásobná funkcia (škrob, glykogén)

4. sú súčasťou biologicky účinných látok

Tuky (lipidy)

• po chemickej stránke sú to estery vyšších mastných kyselín s glycerolom

• význam:

1. stavebná funkcia – fosfolipidy sú súčasťou biomembrán

2. zdroj energie – pri spálení 1g tuku sa uvoľní 38 kJ energie

3. zásobná funkcia – tukové tkanivo u živočíchov, semená olejnín

4. regulačná funkcia – lipidy sú súčasťou molekúl niektorých hormónov

5. dôležité rozpúšťadlo vitamínov, niektorých farbív

6. izolačná, resp. termoregulačná funkcia

7. ochranná funkcia - okolo dôležitých orgánov (vosky u rastlín)

Bielkoviny (proteíny)

• sú makromolekulové látky, ktorých reťazce sú tvorené z navzájom pospájaných aminokyselín (základných stavebných jednotiek)

• jednotlivé aminokyseliny v reťazci sú pospájané peptidovou väzbou

• typ bielkoviny závisí od konkrétnych aminokyselín, ich poradia v reťazci a od priestorového usporiadania reťazca

• bielkoviny sú látky špecifické voči biologickým druhom. Aj v rámci jedného biologického druhu sa jedince navzájom líšia svojím bielkovinovým zložením.

Rozdelenie bielkovín:

1. fibrilárne (vláknité) – plnia mechanickú funkciu (napr. myofibrily vo svalových bunkách)

2. globulárne (guľovité) – zúčastňujú sa metabolických funkcií (napr. albumíny a globulíny v krvnej plazme transportujú rôzne látky)

- význam:

• stavebná funkcia (zúčastňujú sa na stavbe biomembrán)

• informačná funkcia (sú súčasťou regulačných látok - hormónov)

• zabezpečujú imunitu organizmov (protilátky)

• metabolická funkcia (enzýmy)

• zásobnú funkciu plnia iba v rastlinných zásobných orgánoch (semená strukovín bohaté na bielkoviny)

Bielkoviny sú pre život úplne nevyhnutné a nedajú sa nahradiť žiadnymi inými látkami.

Nukleové kyseliny

• sú nositeľmi dedičných vlastností bunky, sú teda hmotným základom dedičnosti

• v ich molekulách sú zapísané vlastnosti organizmov, ktoré sa gamétami prenášajú na potomstvo

• sú uložené v jadrách buniek

• ich štruktúra je veľmi zložitá

• reťazce nukleových kyselín sú pospájané z monomérov – nukleotidov

Nukleové kyseliny objavil v r. 1869 Švajčiar J.F. Miescher. Izoloval ich z jadier bielych krviniek obsiahnutých v hnise. Rozlíšili sa 2 typy nukleových kyselín. Kyselina deoxyribonukleová - DNA a kyselina ribonukleová - RNA. Objav štruktúry molekuly DNA sa datuje roku 1952 a o rok neskoršie dostali jej objavitelia J.Watson a F. Crick za tento objav Nobelovu cenu.

Nukleotidy – stavebné jednotky NK. Ich počet, poradie a stavba identifikuje každý typ NK.

Všeobecná stavba nukleotidu:

1. dusíkatá organická báza – ide o heterocylickú zlúčeninu s atómom dusíka vo svojej štruktúre. Dusíkaté bázy sú odvodené od 2 heterocyklických zlúčenín – purínu (adenín, guanín) a pyrimidínu (cytozín, tymín, uracyl)

2. cukor (pentóza) - podľa prítomnej pentózy sa nukleové kyseliny rozlišujú na:

a) deoxyribonukleovú kyselinu - obsahuje deoxyribózu

b) ribonukleovú kyselinu – obsahuje ribózu

3. zvyšok kyseliny trihydrogénfosforečnej PO₄^3-

V každej nukleovej kyseline sú dusíkaté bázy navzájom doplnkové – komplementárne, čo znamená, že sa môžu viazať iba navzájom a nie s inými dusíkatými bázami.

Deoxyribonukleová kyselina je tvorená 2 paralelne prebiehajúcimi polynukleotidovými vláknami, ktoré tvoria dvojzávitnicu. V molekule DNA sú obe vlákna medzi dusíkatými bázami jednotlivých vláken navzájom pútané vodíkovými väzbami. Molekula RNA je tvorená len jedným polynukleotidovýcm vláknom. Obidve molekuly nukleových kyselín sú špirálovito stočené.

Bunky všetkých organizmov obsahujú oba typy nukleových kyselín. Výnimkou sú vírusy, ktoré obsahujú vždy len jeden typ nukleovej kyseliny (DNA vírusy a RNA vírusy).

Použitá literatúra:

UŠAKOVÁ, K. et al.: Biológia pre gymnázia 1. 1. vyd. Bratislava : MEDIA TRADE. 1999. 87 s. ISBN: 80-08-02983-8

BUMERL, J. et al.: Biológia 1. pre stredné poľnohospodárske školy a pre stredné lesnícke školy. 6. vyd. Bratislava : Príroda. 2002. 304s. ISBN: 80-07-11201-4

KRIŽAN, J. : Maturita z biológie. 1. vyd. Bratislava : Príroda. 2004. 280 s. ISBN 80-07-01145-5

http://www.bioweb.genezis.eu/index.php?cat=2&file=chemia