Buňka

Eukaryotické pokožkové buňky rostliny Rheo discolor s obarveným obsahem vakuol
Schéma eukaryotické a prokaryotické buňky (anglicky: Nucleus = jádro; Nucleolis = jadérko; Cell membrane = buněčná membrána; Flagellum = bičík).

Buňka (lat. cellula) je základní stavební a funkční jednotka těl živých organismů, nikoliv však těch nebuněčných, jako jsou viry, viroidy a virusoidy. Jsou obklopené membránou a uvnitř obsahují koncentrovaný vodný roztok různých látek (cytoplazmu).[1] Obvykle obsahují genetický materiál a jsou schopné se dělit.

Zatímco některé organismy jsou pouze jednobuněčné (např. bakterie či různí prvoci), jiné organismy jsou mnohobuněčné (např. živočichové, vyšší rostliny). Stavba a funkce buněk mohou být velice rozmanité, buňky se liší druh od druhu, ale i v rámci mnohobuněčného těla. Základní dělení rozlišuje buňky prokaryotické (u bakterií a archeí) a eukaryotické (u eukaryot). Obvyklá velikost se pohybuje v rámci mikrometrů, například bakterie E. coli má na délku 2–3 mikrometry,[2] typické buňky eukaryot jsou přibližně desetkrát větší než prokaryotické.[3] Mimo to se však buňky vzájemně liší i tvarem.

Historie výzkumu

Podrobnější informace naleznete v článku cytologie.

Autorem pojmu buňka a prvním pozorovatelem buněk byl Robert Hooke. Podle Buněčné teorie, kterou v roce 1838 zavedli botanik Matthias Jakob Schleiden a fyziolog Theodor Schwann a která je dodnes základním nosným pilířem cytologie (buněčné biologie) a vlastně moderní biologie vůbec, je každý organismus z buněk přímo složen nebo na jiných buňkách existenčně závislý (viry), žádná buňka nemůže vzniknout jinak než zase z buňky a mateřská buňka předává dceřiné buňce potřebnou děděnou informaci k reprodukci sebe sama ke své funkci.

Evoluce buňky

Podrobnější informace naleznete v článku vznik života.

Předpokládá se, že všechny v současnosti známé buňky se vyvinuly ze společného předka, tedy buňky, která žila asi před 3,5–3,8 miliardami lety.[1] První buňka zřejmě vznikla tak, že byly nukleové kyseliny (buď DNA, nebo podle teorie RNA světa spíše ještě RNA) obklopeny fosfolipidovou membránou, jakou známe i dnes. Bylo prokázáno, že lipozomy, tedy kapénky lipidů, jsou schopné se spontánně uspořádat do kulovitých struktur, z nichž se následně zřejmě vyvinuly buněčné organismy.[4][5][6] Proces přírodní selekce následně zajistil, aby převládly buňky schopné bezchybně replikovat svůj genetický materiál[5] (v tomto případě zřejmě již DNA, která je stabilnější než RNA[4]), přepisovat DNA na RNA a následně podle RNA syntetizovat proteiny. Tyto jednoduché buňky se někdy označují jako progenoti.[4]

Dnes jsou známy tři hlavní typy buněk, podle nichž se také veškerý buněčný život dělí na tři tzv. domény: bakterie (Bacteria, Eubacteria), archea (Archaea, Archaebacteria) a eukaryota (Eukarya).[7] První dvě domény jsou při povrchním pohledu na buňku podobné a označují se společně jako prokaryotické. Eukaryotická buňka, která je strukturně složitější, vznikla až následně z několika prokaryotických, a to zřejmě někdy v období mezi 1,8–1,3 miliardami lety v procesu tzv. eukaryogeneze.[8]

Druhy buněk

Podrobnější informace naleznete v článku Srovnání tří domén života.

Rozlišujeme dva základní, různě vnitřně uspořádané a různě fylogeneticky pokročilé typy buněk – prokaryotické a eukaryotické.

Prokaryotické buňkyEukaryotické buňky
Podřazené taxonybakterie, Archaeaprvoci, houby, rostliny, živočichové
Obvyklá velikost~ 1–10 µm~ 10–100 µm
Typ jádrapouze nukleární region bez pravého jádrajádro obklopené dvojitou membránou
DNAobvykle cirkulárnídlouhé lineární molekuly složené s histony v chromozomech
syntéza RNAv cytoplazměSyntéza RNA probíhá uvnitř jádra
Ribozomy50S+30S60S+40S
Organely a membránové strukturyvelmi málo vnitřních strukturstrukturizovány a silně organizovány vnitřními membránami a cytoskeletem
Typ bičíkubičík z flagelinubičík a řasinky z tubulinu (jsou-li)
MitochondrieBez mitochondrií v pravém slova smysluObvykle mnoho (některé buňky mohou mít po jedné nebo jim i mitochondrie chybí)
ChloroplastyŽádnéu řas a rostlin
Organizaceobvykle samostatné buňkyjednobuněčné, kolonie, ale také vyspělé mnohobuněčné organismy se specializovanými buňkami
Buněčné děleníProsté děleníMitóza (někdy pučení) a meióza

Prokaryotická buňka

Typickou Prokaryotou jsou bakterie, jako např. na obrázku Escherichia coli
Související informace naleznete také v článku prokaryotická buňka.

Prokaryota, z řeckého pro (před) a karyo (jádro), je označení pro evolučně velmi staré organismy, pravděpodobně nejstarší buněčné organismy vůbec. Do prokaryot jsou řazeny domény bakterie a archea. Jsou zpravidla jednobuněčné, ale mohou tvořit kolonie s tendencí k mnohobuněčnosti. Zajímavostí je to, že například sinice mohou obsahovat heterocyty, což jsou do jisté míry specializované buňky. Prokaryotická buňka je však přesto podstatně jednodušší a menší než buňka eukaryot.

Eukaryotická buňka

Související informace naleznete také v článku eukaryotická buňka.
Schéma rostlinné buňky
Schéma živočišné buňky

Eukaryotickou buňku mají veškeré organismy náležející do domény či nadříše Eukaryota, tedy veškeří prvoci, živočichové, rostliny a houby. Nicméně jejich buňky se mezi sebou navzájem ještě dále liší. Eukaryotické buňky jsou oproti prokaryotickým buňkám evolučně vyspělejší, jejich složitější vnitřní strukturace jim umožňuje stavbu a výživu výrazně větších buněk a je také předpokladem pro výraznější mezibuněčnou spolupráci potřebnou u mnohobuněčných organismů. Vyznačují se těmito strukturami:

Rostliny i živočichové mají eukaryotickou buňku, ale mezi buňkou rostlinnou a živočišnou existují značné rozdíly. Živočišným buňkám chybí celulózní buněčná stěna a během diferenciace se nezvětšují. Živočišné buňky bývají zpravidla velmi malé, do 20 mikrometrů. Mívají zpravidla jen jedno jádro, ale jsou i výjimky (buňky v játrech, v chrupavkách – obsahují makronukleus a mikronukleus). Buňky, které odbourávají kostní tkáň (takzvané osteoklasty) mají až 100 jader. V živočišných tkáních známe i mnohojaderné útvary, které vznikají buď dělením jádra, přičemž se nedělí cytoplazma (plazmodium) nebo splynutím více buněk v jediný útvar (syncytium, např. srdeční tkáň). Na druhou stranu červené krvinky člověka jsou zcela bezjaderné. Jádro je většinou uloženo přibližně v centru buňky. Výjimky tvoří pouze buňky, v nichž se hromadí rezervní látky, u nichž jsou organely obvykle u kraje.

Buněčná fyziologie

Osmotické jevy

Vliv různých roztoků na červenou krvinku

Při osmóze dochází k vyrovnávání koncentrací dvou roztoků o nestejné koncentraci přes polopropustnou membránu. Prostupují pouze molekuly vody směrem do místa s vyšší koncentrací rozpuštěných látek. Pokud se buňka nachází v prostředí izotonickém, nedochází ke změnám, protože koncentrace látek v prostředí je stejná jako koncentrace v buňce. V prostředí hypotonickém je koncentrace látek v prostředí nižší než koncentrace látek v buňce a voda proniká přes membránu do buňky. Rostlinná buňka takovému osmotickému tlaku velmi dobře odolává díky přítomnosti buněčné stěny, živočišná buňka však záhy praskne. Tento jev se nazývá plazmoptýza (osmotická lýza buňky). Pokud je koncentrace látek v prostředí vyšší než koncentrace látek v buňce (prostředí hypertonické), dochází k odnímání vody z buňky. Živočišná buňka se svrašťuje, což je tzv. plazmorýza. V rostlinné buňce dojde k oddělení protoplastu od buněčné stěny. Jev se nazývá plazmolýza. Po umístění buňky do roztoku izonického dojde k zpětnému procesu nazývaném deplazmolýza.

Buněčný cyklus

Podrobnější informace naleznete v článcích buněčný cyklus a buněčné dělení.

Buňky nejsou věčné a je nutné, aby se v zájmu zachování druhu obnovovaly. Prochází přitom více či méně složitým buněčným cyklem. Zejména u prokaryot se střídá fáze růstu a fáze dělení velice rychle a protože obvykle platí, že se při dělení z jedné buňky mateřské stávají dvě dceřiné, při generační době 15–30 minut může z jedné buňky teoreticky za 24 hodin vzniknout 4722 triliónů buněk.[9] Prokaryotické organismy se dělí tzv. binárně, zato u eukaryotických se vyvinulo mitotické a meiotické dělení. Mitóza slouží k dělení vegetativních buněk na dvě, meióza (redukční dělení) slouží k vytváření pohlavních buněk u pohlavně se rozmnožujících organismů.[pozn 1]

Buněčný metabolismus

V buňkách probíhá velké množství chemických reakcí, díky nimž dochází k přeměnám látek, tedy metabolismu. Skladné procesy se označují jako anabolické, rozkladné jsou tzv. katabolické. Obvykle jsou metabolické dráhy řízeny enzymaticky, tzn. pomocí látek, které katalyzují tyto reakce.

Základním skladným procesem je fotosyntéza, probíhající u fotoautotrofních organismů, jako jsou sinice, rostliny a řasy. V světelné fázi fotosyntézy dochází za pomoci sluneční energie k výrobě NADPH a ATP, v temnostní fázi jsou za pomoci těchto látek vyráběny z oxidu uhličitého a vody sacharidy. Naopak základním rozkladným procesem je buněčné dýchání (respirace), při níž se rozkládají energeticky bohaté organické látky za vzniku ATP (a uvolňuje se oxid uhličitý).

Spotřeba energie je úměrná objemu buňky.[11]

DNA a vznik proteinů

Podrobnější informace naleznete v článku centrální dogma molekulární biologie.

V buňkách dochází ke třem základním krokům:

Odkazy

Poznámky

  1. V učebnicích se mimo mitózu a meiózu objevuje ještě třetí pojem, amitóza, která je popisována jako přímé rozdělení buňky prostým rozpadem jádra na dvě části (např. u některých nádorových buněk).[10]

Reference

  1. a b ALBERTS, Bruce, et al. Essential Cell Biology. 2. vyd. New York: Garland Science, 2004. Dostupné online. 
  2. KYSILKA, Jiří; KRMENČÍK, Pavel. Toxicon – Escherichia coli [online]. Dostupné online. [nedostupný zdroj]
  3. Journey into the Cell; Eukaryotic and Prokaryotic Cells [online]. Dostupné online. 
  4. a b c ROSYPAL, Stanislav. Nový přehled biologie. [s.l.]: Scientia, 2003. S. 797. 
  5. a b On the Origin of Cells: From Molecules to the First Cell [online]. Cellupedia [cit. 2009-04-26]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2009-05-15. 
  6. MONNARD, Pierre-Alain, Andrej Luptak, David W Deamer. Models of primitive cellular life: polymerases and templates in liposomes. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2007-10-29, roč. 362, čís. 1486, s. 1741–1750. Dostupné online. DOI 10.1098/rstb.2007.2066. 
  7. Woese C, Kandler O, Wheelis M. Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya.. Proc Natl Acad Sci USA. 1990, roč. 87, čís. 12, s. 4576–9. Dostupné online. DOI 10.1073/pnas.87.12.4576. PMID 2112744. 
  8. KNOLL, Andrew H., Javaux, E. J., Hewitt, D., Cohen, P. Eukaryotic organisms in Proterozoic oceans. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Part B. 2006, roč. 361, čís. 1470, s. 1023–1038. Dostupné online. DOI 10.1098/rstb.2006.1843. PMID 16754612. (anglicky) 
  9. KŮDELA, Václav; NOVACKY, Anton; FUCIKOVSKY, Leopold. Rostlinolékařská bakteriologie. [s.l.]: Academia, 2002. S. 346. 
  10. Zicha, Ondřej. Biolib - amitóza, slovníková definice [online]. Dostupné online. 
  11. Biologists report method to calculate lifetime energy requirements of cells, genes. phys.org [online]. 2015-11-19 [cit. 2022-02-07]. Dostupné online. (anglicky) 

Související články

Externí odkazy

Literatura

RUDAJEV, Vladimír. Příběh buňky. Od molekul ke vzniku života a prvním organismům. Academia: Praha, 2022. ISBN 978-80-200-3238-6

Média použitá na této stránce

Rhoeo Discolor epidermis.jpg
Autor: Mnolf, Licence: CC-BY-SA-3.0
Epidermis cells of Rhoeo Discolor(Tradescantia); the vacuoles fill out the whole cell bodies. Size: Field of view ca. 450 µm
Celltypes.png
Diagram of cell types
Osmotic pressure on blood cells diagram.svg
Osmotic pressure is the hydrostatic pressure produced by a solution in a space divided by a differentially permeable membrane due to a differential in the concentrations of solute.
Animal cell structure cs.svg
živočišná buňka - kresba.
EscherichiaColi NIAID.jpg
Escherichia coli v elektronovém mikroskopu