Buněčné organely a struktury

Z Multimediaexpo.cz

Buněčné organely jsou složitější buněčné struktury se specifickou funkcí, které jsou obdobou funkčních orgánů u živočichů. Nejde však o skutečné orgány, protože se jedná o subcelulární (podbuněčné) útvary, kdežto pravé orgány jsou tvořeny tkáněmi (u živočichů) nebo pletivy (u rostlin), složenými z jednotlivých buněk. Buňka je rozčleněna (kompartmentována) na mnoho takových organel, které mají v buňce vždy svou specifickou úlohu.

Schéma živočišné buňky. Organely: (1) jadérko (2) jádro (3) ribosom (4) membránový váček (také: transportní váčky nebo vezikuly - součást membránového komplexu ER a GA ), (5) drsné endoplasmatické retikulum (ER), (6) Golgiho komplex, (7) cytoskelet, (8) hladké ER, (9) mitochondrie, (10) vakuola, (11) cytoplasma, (12) lysosom, (13) centrioly.

Organely s DNA

Organely s DNA neboli semiautonomní organely v širším slova smyslu jsou obklopeny dvěma buněčnými membránami a považuje se za možné, že se součástí buňky staly díky včlenění původně nezávislé symbiotické buňky .

Jádro (karyon, nucleus)

• Jádro je kryto dvouvrstvou jadernou membránou, s póry tvořenými speciálními bílkovinami. Mají za úkol usnadnit transport makromolekul (zejména RNA). V jádře je uložen chromatin (DNA) – v době dělení buňky se organizuje do formy chromozomů, dále jadérko, ribozomy a karyolymfa. Jeho funkcí je tedy uchování genetické informace a na jejím základě řízení funkcí buňky. Jádro lze najít pouze u eukaryot. Lze v něm najít jadérko.
  • Jadérko je struktura, která se nachází v jádře a jejíž funkcí je tvorba r-RNA (ribozomální RNA) a účast na regulaci buněčného dělení.

Semiautonomní organely

1 - interní membrána,
2 - externí membrána,
3 - mezimembránový prostor,
4 - matrix

Semiautonomní organely v užším smyslu jsou buněčné kompartmenty s vlastní genetickou informací, a to ve formě DNA prokaryotního uspořádání (DNA v kruhovém uspořádání a v plazmidech). Na základě endosymbiotické teorie se v současnosti má za to, že tyto organely jsou přímými potomky bakterií (mitochondrie) a sinic (chloroplasty a ostatní plastidy), které prošly intenzivní symbiózou s hostitelskou buňkou (pravděpodobně Archea) a staly se na buňce plně závislou strukturou.

Semiautonomními jsou nazývány, protože jejich existence již není možná mimo prostředí buňky, s jejímiž signálními drahami interagují a jimiž jsou usměrňovány, ale zachovaly si ještě velkou část původní genetické informace, jejíž realizace je pro existenci a funkci této organely stále nezbytná. Semiautonomní organely nalezneme pouze u Eukaryot a jejich získání představuje základní krok v evoluci od Prokaryot k Eukaryotám.

Pro každou semiautonomní organelu je také typické, že je obklopena dvojitou membránou. Každá membrána je tvořena tzv lipidovou dvouvrstvou, jde tedy o dvojici takovýchto již „dvojitých“ membrán (předpokládá se, že vnitřní membrána z dvojice představuje původní cytoplasmatickou membránu pohlcené bakterie a vnější membrána představuje původní cytoplasmatickou membránu hostitelské buňky, která obklopila pronikající bakterii při endocytóze - průniku bakterie dovnitř host. buňky). Obě membrány mají částečně odlišné vlastnosti, ať v již zastoupení membránových proteinů, zastoupení odlišných lipidů a často také odlišnou hodnotou gradientu redoxního potenciálu.

• Mitochondrie je zdrojem velké většiny buněčného ATP a představuje tak základní zdroj energie eukaryotické buňky. V mitochondriích probíhá oxidativní fosforylace – velmi efektivní způsob získávání energie štěpením cukrů až na oxid uhličitý a vodu. Vnitřní membrána je místem vlastní oxidace a je všelijak zprohýbaná v kristy a tvoří tak oddělené prostory (kompartmenty) pro různé chemické reakce a zároveň tím zvětšuje svou reakční plochu. Vnitřní prostor se nazývá matrix.
  Mitochondrie jsou přítomné v buňkách všech eukaryontních organismů.

vývoj chloroplastu (anglicky)
A-B - proplastid
C-D - chloroplast

• Plastidy, stejně jako mitochondrie mají dvojvrstvou membránu a vlastní DNA. Předpokládá se, že pravděpodobně vznikly z endosymbiotických sinic.^[1] Sinice jsou eubakterie schopné využít energie světla v procesu fotosyntézy, symbiózou a pozdějším přisvojením si sinic tak eukaryontní buňky mohly získat schopnost vlastní fotosyntézy a mohly se orientovat na zásadně odlišnou strategii získávání energie a následně i odlišnou životní strategii.
  Plastidy se vyskytují u organismů náležejících do skupiny Archaeplastida (tedy rostliny v širším slova smyslu), která obsahuje tři linie fotosyntetizujících eukaryot: glaukofyty, červené řasy, zelené řasy a ze zelených řas vyvinuvší se rostliny (Plantae sensu stricto). Na základě bioinformatického rozboru plastidové DNA se usuzuje, že plastidy obsažené v jakémkoliv z eukaryontních organismů (mimo rostlin jsou plastidy přítomné také v buňkách všech typů řas) jsou jednoho původu.^[1] Mimo výše zmíněných linií však existují ještě některé řasy, jejichž plastidy vznikly sekundární endosymbiózou (Rhizaria, Excavata). Hostitelská buňka v tomto případě pohltila jednobuněčnou řasu již i s plastidem,^[2] tyto plastidy pak mohou mít tři i čtyři membrány.
  U zelených řas se v buňce vyskytuje jen jediný plastid, u vyšších rostlin počet plastidů na buňku není vázaný, dělí se nezávisle na buněčném dělení a bývá jich v jediné buňce mnoho. Plastidy prodělávají po rozdělení různý vývoj a můžeme je proto dále dělit na:
  • Chloroplasty – Jsou plastidy s plně vyvinutým fotosyntetickým aparátem, představují jedinou strukturu eukaryontní buňky, v níž může fotosyntéza probíhat, jsou zelené, dávají barvu celé rostlině.
  • Proplastidy – Dosud nedozrálé plastidy,
  • Chromoplasty – Obsahují nechlorofylová barviva, mají různé barvy, obvykle ochranou funkci a také zabarvují rostlinu (např podzimní listí).
  • Leukoplasty – Mají zásobní funkci, obsahují především škrob.

Další membránové útvary

Jako membránové útvary se označují další buněčné kompartmenty, které jsou ohraničené a od svého okolí oddělené buněčnou membránou, a sama vnější cytoplazmatická membrána buňky. Na rozdíl od semiautonomních organel, které jsou vždy obklopeny dvojicí membrán, tyto kompartmenty mají vždy jen jednu membránovou vrstvu. Komplikovanější vnitřní membránové struktury jsou charakteristické pro evolučně rozvinutější eukaryotické buňky, prokaryota má svou vnitřní strukturu prostou, membránami dále již nečleněnou.

• Cytoplazmatická membrána (též plazmalema nebo plasmalema; plazmatická membrána, zkr. PM) je semipermeabilní (polopropustná) membrána uzavírající obsah buňky. Zprostředkovává kontakt buňky s okolím (ať už aktivním transportem či osmózou) a zároveň jí před okolím chrání. Je tvořena lipidovou dvouvrstvou, do které jsou zabudovány různé bílkoviny. Dřívější představa, že tato fosfolipidová vrstva je kompaktní a bílkoviny jsou pouze na jejím povrchu, byla překonána . Je nezbytnou součástí buněk všech typů.

• Endoplazmatické retikulum (ER) je složitá membránová struktura obvykle v blízkosti jádra. Lze rozlišit dva typy - hladké endoplazmatické retikulum (bez přisedlých ribozómů), jehož funkcí je syntéza tuků a glykogenu a hrubé endoplazmatické retikulum (s přisedlými ribozómy), jehož funkcí je syntéza bílkovin. Nachází se pouze u eukaryot.

• Golgiho aparát (GA) je složitá membránová struktura, jejíž funkcí je shromažďovat a dále zpracovávat produkty endoplazmatického retikula, se kterým sousedí a probíhá mezi nimi váčkový - vezikulární transport. Nachází se pouze u eukaryot.

• Lysosomy jsou typické pro živočišné buňky, obsahují proteolytické a hydrolytické enzymy, slouží k degradaci látek buňkou fagocytovaných nebo do buňky proniklých pinocytózou.

• Vakuolu nalezneme především u rostlin, plní zde funkci zásobního orgánu, obvykle u dospělých buněk vyplňuje velkou většinu buněčného obsahu. Rovněž některá protista mají vyvinutou vakuolu, která může plnit mnoho funkcí (potravní, pulsující…).

• Thylakoidy jsou jednoduché membránové váčky v prokaryotických buňkách a semiautonomních organelách.

Další dílčí struktury a nemembránové části buňky

• Cytoplazma je strukturovaná vodní emulze tvořící vnitřní prostředí buňky. Ve všech buňkách.

• Ribozomy jsou organely složené z RNA a bílkoviny, jsou velmi malé a v buňce je jich velké množství, a to jak volných, tak přisedlých k hrubému endoplazmatickému retikulu. Jsou zodpovědné za syntézu bílkovin (proteosyntéza, translace). Ribozomy eukaryotického typu jsou větší než jejich protějšky u prokaryot.

• Buněčná stěna je extracelulární struktura, jakási vnější kostra buňky, typická pro rostliny, houby a většinu prokaryot. Dává buňce pevnost a tvar.

• Cytoskelet je složitá soustava mikrotubulů, intermediárních filament a mikrofilament. Vyskytuje se jen u eukaryot. Jednotlivými prvky cytoskeletu jsou:
  • Mikrofilamenta sloužící k pohybu buňky, váčků a struktur uvnitř;
  • Mikrotubuly jejichž účelem je tvorba bičíků, brv, dělícího vřeténka;
  • Intermediární filamenta má podpůrné a vyztužovací funkce.

• Dělící vřeténko je mikrotubulární útvar vznikající v době dělení buňky, má za úkol transportovat chromozomy eukaryotních buněk k opačným pólům buňky.

• Bičík je struktura sloužící primárně pohybu buňky. Rozlišujeme stavebně zcela odlišné bičíky prokaryotického a eukaryotického typu.

• Mikrotělíska (peroxizómy) mají na starosti přeměnu aminokyselin a tuků na cukry.

• Inkluze - jsou kapénkovité nebo krystalické struktury, tvořené rezervními (glykogen, tuk, bílkoviny) či odpadními látkami.

Externí odkazy

• česky
  • Mitochondrie

Literatura

• anglicky
  • Alberts, Bruce et al. (2002). The Molecular Biology of the Cell, 4th ed., Garland Science, 2002, ISBN 0-8153-3218-1.
  • Kerfeld, Cheryl A et al., Protein Structures Forming the Shell of Primitive Bacterial Organelles, Science 309:936-938 (5 August 2005) Pubmed