Výmena látok vstupujúcich do bunky alebo ňou uvoľňovaných von, ako aj výmena rôznych signálov s mikro- a makroprostredím prebieha cez vonkajšiu membránu bunky. Ako je známe, bunková membrána je lipidová dvojvrstva, v ktorej sú uložené rôzne proteínové molekuly, ktoré pôsobia ako špecializované receptory, iónové kanály, zariadenia, ktoré aktívne transportujú alebo odstraňujú rôzne chemikálie, medzibunkové kontakty atď. V zdravých eukaryotických bunkách sú fosfolipidy distribuované v membrána asymetricky: vonkajší povrch pozostáva zo sfingomyelínu a fosfatidylcholínu, vnútorný povrch - z fosfatidylserínu a fosfatidyletanolamínu. Udržanie takejto asymetrie si vyžaduje výdaj energie. Preto sa pri poškodení bunky, infekcii alebo energetickom hladovaní vonkajší povrch membrány obohatí o pre ňu nezvyčajné fosfolipidy, ktoré sa pre ostatné bunky a enzýmy stávajú signálom o poškodení buniek so zodpovedajúcou reakciou na to. Najdôležitejšiu úlohu zohráva rozpustná forma fosfolipázy A2, ktorá rozkladá kyselinu arachidónovú a z vyššie uvedených fosfolipidov vytvára lyzoformy. Kyselina arachidónová je limitujúcim článkom pre tvorbu zápalových mediátorov, ako sú eikozanoidy, a ochranné molekuly - pentraxíny (C-reaktívny proteín (CRP), prekurzory amyloidných proteínov) - sú naviazané na lyzoformy v membráne, po ktorých nasleduje aktivácia komplementu systému pozdĺž klasickej dráhy a deštrukcie buniek.

Štruktúra membrány pomáha zachovať vlastnosti vnútorného prostredia bunky, jej odlišnosti od vonkajšieho prostredia. To je zabezpečené selektívnou permeabilitou bunkovej membrány a existenciou aktívnych transportných mechanizmov v nej. Ich narušenie v dôsledku priameho poškodenia, napríklad tetrodotoxínom, ouabaínom, tetraetylamóniom, alebo v prípade nedostatočného zásobovania príslušnými „pumpami“ energiou vedie k narušeniu elektrolytového zloženia bunky, zmenám v jej metabolizme, narušeniu špecifických funkcií - kontrakcia, vedenie excitačných impulzov atď. Narušenie bunkových iónových kanálov (vápnik, sodík, draslík a chlorid) u ľudí môže byť geneticky podmienené aj mutáciou génov zodpovedných za štruktúru týchto kanálov. Takzvané kanálopatie spôsobujú dedičné ochorenia nervového, svalového a tráviaceho systému. Nadmerný vstup vody do bunky môže viesť k jej prasknutiu – cytolýze – v dôsledku perforácie membrány pri aktivácii komplementu alebo napadnutia cytotoxickými lymfocytmi a bunkami prirodzených zabíjačov.

Bunková membrána má v sebe zabudované mnohé receptory – štruktúry, ktoré po spojení so zodpovedajúcimi špecifickými signálnymi molekulami (ligandmi) prenášajú signál vo vnútri bunky. K tomu dochádza prostredníctvom rôznych regulačných kaskád pozostávajúcich z enzymaticky aktívnych molekúl, ktoré sú postupne aktivované a v konečnom dôsledku prispievajú k implementácii rôznych bunkových programov, ako je rast a proliferácia, diferenciácia, pohyblivosť, starnutie a bunková smrť. Regulačné kaskády sú pomerne početné, ale ich počet ešte nie je úplne stanovený. Systém receptorov a regulačných kaskád s nimi spojených existuje aj vo vnútri bunky; vytvárajú špecifickú regulačnú sieť s bodmi koncentrácie, distribúcie a výberu ďalšej signálovej cesty v závislosti od funkčného stavu bunky, štádia jej vývoja a súčasného pôsobenia signálov z iných receptorov. Výsledkom toho môže byť inhibícia alebo zosilnenie signálu, ktorý ho nasmeruje pozdĺž inej regulačnej dráhy. Receptorový aparát aj dráhy prenosu signálu cez regulačné kaskády, napríklad do jadra, môžu byť narušené v dôsledku genetického defektu, ktorý sa vyskytuje ako vrodený defekt na úrovni organizmu alebo v dôsledku somatickej mutácie v konkrétnom type bunky. Tieto mechanizmy môžu byť poškodené infekčnými agens, toxíny a tiež sa môžu meniť v procese starnutia. Konečným štádiom toho môže byť narušenie funkcií bunky, procesov jej proliferácie a diferenciácie.

Na povrchu buniek sa nachádzajú aj molekuly, ktoré hrajú dôležitú úlohu v procesoch medzibunkovej interakcie. Môžu to byť bunkové adhézne proteíny, histokompatibilné antigény, tkanivovo špecifické, diferenciačné antigény atď. Zmeny v zložení týchto molekúl spôsobujú narušenie medzibunkových interakcií a môžu spôsobiť aktiváciu vhodných mechanizmov na elimináciu takýchto buniek, pretože predstavujú tzv. určité nebezpečenstvo pre integritu tela ako rezervoár infekcie, najmä vírusovej, alebo ako potenciálnych iniciátorov rastu nádoru.

Porušenie zásobovania energiou bunky

Zdrojom energie v bunke je potrava, po ktorej rozklade sa energia uvoľňuje na finálne látky. Hlavným miestom výroby energie sú mitochondrie, v ktorých dochádza k oxidácii látok pomocou enzýmov dýchacieho reťazca. Oxidácia je hlavným dodávateľom energie, keďže v dôsledku glykolýzy sa z rovnakého množstva oxidačných substrátov (glukózy) v porovnaní s oxidáciou neuvoľní viac ako 5 % energie. Asi 60% energie uvoľnenej pri oxidácii sa akumuluje oxidačnou fosforyláciou vo vysokoenergetických fosfátoch (ATP, kreatínfosfát), zvyšok sa rozptýli ako teplo. Následne sú vysokoenergetické fosfáty bunkou využívané na procesy, ako je chod pumpy, syntéza, delenie, pohyb, sekrécia atď. Existujú tri mechanizmy, ktorých poškodenie môže spôsobiť narušenie zásobovania bunkou energiou: prvým je mechanizmus syntézy enzýmov energetického metabolizmu, druhý je mechanizmus oxidatívnej fosforylácie, tretí je mechanizmus využitia energie.

Porušenie transportu elektrónov v mitochondriálnom dýchacom reťazci alebo rozpojenie oxidácie a fosforylácie ADP so stratou protónového potenciálu, hnacej sily pre tvorbu ATP, vedie k oslabeniu oxidatívnej fosforylácie takým spôsobom, že väčšina energie sa rozptýli vo forme tepla a počet vysokoenergetických zlúčenín klesá. Rozpojenie oxidácie a fosforylácie pod vplyvom adrenalínu využívajú bunky homeotermických organizmov na zvýšenie tvorby tepla pri udržiavaní stálej telesnej teploty pri ochladzovaní alebo jej zvyšovaní pri horúčke. Pri tyreotoxikóze sa pozorujú významné zmeny v mitochondriálnej štruktúre a energetickom metabolizme. Tieto zmeny sú spočiatku reverzibilné, ale po určitom bode sa stanú nezvratnými: mitochondrie sa fragmentujú, rozpadajú alebo napučia, strácajú kryštály, menia sa na vakuoly a nakoniec akumulujú látky ako hyalín, feritín, vápnik, lipofuscín. U pacientov so skorbutom sa mitochondrie spájajú a vytvárajú chondriosféry, pravdepodobne v dôsledku poškodenia membrány peroxidovými zlúčeninami. K výraznému poškodeniu mitochondrií dochádza vplyvom ionizujúceho žiarenia pri premene normálnej bunky na malígnu.

Mitochondrie sú silným depotom vápnikových iónov, kde je jeho koncentrácia o niekoľko rádov vyššia ako v cytoplazme. Keď sú mitochondrie poškodené, vápnik vstupuje do cytoplazmy, čo spôsobuje aktiváciu proteináz s poškodením vnútrobunkových štruktúr a narušením funkcií príslušnej bunky, napríklad kalciové kontraktúry alebo dokonca „vápnikovú smrť“ v neurónoch. V dôsledku narušenia funkčnej kapacity mitochondrií prudko narastá tvorba voľných radikálových peroxidových zlúčenín, ktoré majú veľmi vysokú reaktivitu, a preto poškodzujú dôležité zložky bunky – nukleové kyseliny, proteíny a lipidy. Tento jav sa pozoruje počas takzvaného oxidačného stresu a môže mať negatívne dôsledky na existenciu bunky. Poškodenie vonkajšej membrány mitochondrií je teda sprevádzané uvoľňovaním látok obsiahnutých v medzimembránovom priestore do cytoplazmy, predovšetkým cytochrómu C a niektorých ďalších biologicky aktívnych látok, ktoré spúšťajú reťazové reakcie spôsobujúce programovanú bunkovú smrť – apoptózu. Poškodzovaním mitochondriálnej DNA reakcie voľných radikálov skresľujú genetickú informáciu potrebnú na tvorbu určitých enzýmov dýchacieho reťazca, ktoré sú produkované špecificky v mitochondriách. To vedie k ešte väčšiemu narušeniu oxidačných procesov. Vo všeobecnosti je vlastný genetický aparát mitochondrií v porovnaní s genetickým aparátom jadra menej chránený pred škodlivými vplyvmi, ktoré môžu zmeniť genetickú informáciu v ňom zakódovanú. Výsledkom je, že dysfunkcia mitochondrií sa vyskytuje počas celého života, napríklad počas procesu starnutia, počas malígnej transformácie bunky, ako aj na pozadí dedičných mitochondriálnych ochorení spojených s mutáciou mitochondriálnej DNA vo vajíčku. V súčasnosti je popísaných viac ako 50 mitochondriálnych mutácií, ktoré spôsobujú dedičné degeneratívne ochorenia nervového a svalového systému. Prenášajú sa na dieťa výlučne od matky, pretože mitochondrie spermií nie sú súčasťou zygoty, a teda ani nového organizmu.

Porušenie uchovávania a prenosu genetickej informácie

Bunkové jadro obsahuje väčšinu genetickej informácie a tým zabezpečuje jeho normálne fungovanie. Prostredníctvom selektívnej génovej expresie koordinuje bunkovú aktivitu počas interfázy, ukladá genetickú informáciu a obnovuje a prenáša genetický materiál počas delenia buniek. K replikácii DNA a transkripcii RNA dochádza v jadre. DNA môžu poškodiť rôzne patogénne faktory, ako je ultrafialové a ionizujúce žiarenie, oxidácia voľnými radikálmi, chemikálie, vírusy. Odhaduje sa, že každá bunka teplokrvného živočícha trvá 1 deň. stratí viac ako 10 000 báz. Tu by sme mali pridať porušenia pri kopírovaní počas delenia. Ak by tieto poškodenia pretrvávali, bunka by nebola schopná prežiť. Ochrana spočíva v existencii výkonných opravných systémov, ako je ultrafialová endonukleáza, opravné replikačné a rekombinačné opravné systémy, ktoré nahrádzajú poškodenie DNA. Genetické defekty v reparačných systémoch spôsobujú rozvoj chorôb spôsobených zvýšenou citlivosťou na faktory, ktoré poškodzujú DNA. Ide o xeroderma pigmentosum, ako aj niektoré syndrómy zrýchleného starnutia, sprevádzané zvýšeným sklonom k ​​vzniku zhubných nádorov.

Systém regulácie procesov replikácie DNA, transkripcie messenger RNA (mRNA) a translácie genetickej informácie z nukleových kyselín do štruktúry proteínov je pomerne zložitý a viacúrovňový. Okrem regulačných kaskád spúšťajúcich pôsobenie transkripčných faktorov s celkovým počtom nad 3000, ktoré aktivujú určité gény, existuje aj viacúrovňový regulačný systém sprostredkovaný malými molekulami RNA (interferujúca RNA; RNAi). Ľudský genóm, ktorý pozostáva z približne 3 miliárd purínových a pyrimidínových báz, obsahuje iba 2 % štrukturálnych génov zodpovedných za syntézu proteínov. Zvyšok zabezpečuje syntézu regulačných RNA, ktoré súčasne s transkripčnými faktormi aktivujú alebo blokujú prácu štrukturálnych génov na úrovni DNA v chromozómoch alebo ovplyvňujú procesy translácie messenger RNA (mRNA) pri tvorbe molekuly polypeptidu v. cytoplazme. K porušeniu genetickej informácie môže dochádzať ako na úrovni štruktúrnych génov, tak aj na úrovni regulačnej časti DNA s príslušnými prejavmi v podobe rôznych dedičných ochorení.

V poslednej dobe sa veľká pozornosť venuje zmenám v genetickom materiáli, ktoré sa vyskytujú počas individuálneho vývoja organizmu a sú spojené s inhibíciou alebo aktiváciou určitých úsekov DNA a chromozómov v dôsledku ich metylácie, acetylácie a fosforylácie. Tieto zmeny pretrvávajú dlho, niekedy počas celého života organizmu od embryogenézy až po starobu, a nazývajú sa epigenomická dedičnosť.

Proliferácii buniek so zmenenou genetickou informáciou bránia aj systémy (faktory), ktoré riadia mitotický cyklus. Interagujú s cyklín-dependentnými proteínkinázami a ich katalytickými podjednotkami – cyklínmi – a blokujú bunku v prechode celým mitotickým cyklom, pričom zastavujú delenie na hranici medzi presyntetickou a syntetickou fázou (blok G1/S), kým sa nedokončí oprava DNA, a ak to nie je možné, iniciujú bunky programovanej smrti. Medzi tieto faktory patrí gén p53, ktorého mutácia spôsobuje stratu kontroly nad proliferáciou transformovaných buniek; pozoruje sa takmer u 50 % ľudských rakovín. Druhý kontrolný bod mitotického cyklu je na hranici G2/M. Tu je správna distribúcia chromozomálneho materiálu medzi dcérskymi bunkami v mitóze alebo meióze riadená pomocou súboru mechanizmov, ktoré riadia bunkové vretienko, centrum a centroméry (kinetochory). Neúčinnosť týchto mechanizmov vedie k narušeniu distribúcie chromozómov alebo ich častí, čo sa prejavuje absenciou akéhokoľvek chromozómu v jednej z dcérskych buniek (aneuploidia), prítomnosťou nadbytočného chromozómu (polyploidia), oddelením a. časť chromozómu (delécia) a jeho presun na iný chromozóm (translokácia) . Takéto procesy sú veľmi často pozorované počas proliferácie malígnych degenerovaných a transformovaných buniek. Ak sa to stane počas meiózy so zárodočnými bunkami, vedie to buď k smrti plodu v ranom štádiu embryonálneho vývoja, alebo k narodeniu organizmu s chromozomálnym ochorením.

Nekontrolovaná bunková proliferácia počas rastu nádoru nastáva v dôsledku mutácií v génoch, ktoré riadia bunkovú proliferáciu a nazývajú sa onkogény. Spomedzi viac ako 70 v súčasnosti známych onkogénov väčšina patrí ku komponentom regulácie rastu buniek, niektoré sú reprezentované transkripčnými faktormi, ktoré regulujú aktivitu génov, ako aj faktormi, ktoré inhibujú delenie a rast buniek. Ďalším faktorom obmedzujúcim nadmernú expanziu (šírenie) proliferujúcich buniek je skracovanie koncov chromozómov – telomér, ktoré sa v dôsledku čisto stérickej interakcie nedokážu plne replikovať, preto sa po každom delení bunky teloméry skracujú o určitú časť základov. Proliferujúce bunky dospelého organizmu tak po určitom počte delení (zvyčajne od 20 do 100 v závislosti od typu organizmu a jeho veku) vyčerpajú dĺžku telomér a ďalšia replikácia chromozómov sa zastaví. Tento jav sa nevyskytuje v epiteli spermií, enterocytoch a embryonálnych bunkách v dôsledku prítomnosti enzýmu telomerázy, ktorý obnovuje dĺžku telomér po každom delení. Vo väčšine buniek dospelých organizmov je telomeráza blokovaná, ale, bohužiaľ, je aktivovaná v nádorových bunkách.

Spojenie medzi jadrom a cytoplazmou a transport látok v oboch smeroch sa uskutočňuje cez póry v jadrovej membráne za účasti špeciálnych transportných systémov, ktoré spotrebúvajú energiu. Takto sa do jadra transportujú energetické a plastické látky, signálne molekuly (transkripčné faktory). Reverzný tok prenáša do cytoplazmy molekuly mRNA a transferovej RNA (tRNA), ribozómy potrebné na syntézu proteínov v bunke. Rovnaký spôsob transportu látok je vlastný aj vírusom, najmä HIV. Prenášajú svoj genetický materiál do jadra hostiteľskej bunky s jeho ďalším začlenením do hostiteľského genómu a prenosom novovytvorenej vírusovej RNA do cytoplazmy na ďalšiu syntézu proteínov nových vírusových častíc.

Porušenie procesov syntézy

Procesy syntézy bielkovín prebiehajú v cisternách endoplazmatického retikula, ktoré sú úzko spojené s pórmi v jadrovej membráne, cez ktoré vstupujú do endoplazmatického retikula ribozómy, tRNA a mRNA. Tu prebieha syntéza polypeptidových reťazcov, ktoré následne získajú svoju finálnu podobu v agranulárnom endoplazmatickom retikule a lamelárnom komplexe (Golgiho komplex), kde prechádzajú posttranslačnou modifikáciou a spájajú sa s molekulami sacharidov a lipidov. Novovzniknuté proteínové molekuly nezostávajú na mieste syntézy, ale komplexným regulovaným procesom tzv proteinkinéza, sú aktívne prenesené do tej izolovanej časti bunky, kde budú vykonávať svoju zamýšľanú funkciu. V tomto prípade je veľmi dôležitým krokom štruktúrovanie prenesenej molekuly do vhodnej priestorovej konfigurácie schopnej vykonávať svoju vlastnú funkciu. K tomuto štruktúrovaniu dochádza pomocou špeciálnych enzýmov alebo na matrici špecializovaných molekúl proteínov - chaperónov, ktoré pomáhajú molekule proteínu, novovzniknutej alebo zmenenej vonkajším vplyvom, získať správnu trojrozmernú štruktúru. V prípade nepriaznivého účinku na bunku, kedy existuje možnosť narušenia štruktúry molekúl proteínov (napríklad pri zvýšení telesnej teploty, infekčnom procese, intoxikácii), sa koncentrácia chaperónov v bunke zvyšuje. ostro. Preto sa takéto molekuly nazývajú aj stresové bielkoviny, alebo proteíny tepelného šoku. Porušenie štruktúrovania molekuly proteínu vedie k tvorbe chemicky inertných konglomerátov, ktoré sa ukladajú v bunke alebo mimo nej pri amyloidóze, Alzheimerovej chorobe a pod. V prípade, že primárna štruktúra nastane nesprávne, všetky nasledujúce molekuly budú tiež chybné. Táto situácia nastáva pri takzvaných priónových ochoreniach (skrapia u oviec, besných kráv, kuru, Creutzfeldt-Jakobova choroba u ľudí), kedy defekt jedného z membránových proteínov nervovej bunky spôsobí následné nahromadenie inertných hmôt vo vnútri bunky. a narušenie jeho životných funkcií.

Narušenie procesov syntézy v bunke môže nastať v rôznych štádiách: transkripcia RNA v jadre, translácia polypeptidov v ribozómoch, posttranslačná modifikácia, hypermetylácia a glykozylácia béžovej molekuly, transport a distribúcia proteínov v bunke a ich odstránenie smerom von. V tomto prípade je možné pozorovať zvýšenie alebo zníženie počtu ribozómov, rozpad polyribozómov, expanziu cisterien granulárneho endoplazmatického retikula, stratu ribozómov a tvorbu vezikúl a vakuol. Pri otrave bledou potápkou sa teda poškodí enzým RNA polymeráza, ktorý naruší transkripciu. Difterický toxín inaktiváciou elongačného faktora narúša translačné procesy, čo spôsobuje poškodenie myokardu. Príčinou narušenia syntézy niektorých špecifických proteínových molekúl môžu byť infekčné agens. Napríklad herpes vírusy inhibujú syntézu a expresiu molekúl MHC antigénu, čo im umožňuje čiastočne sa vyhnúť imunitnej kontrole; morové bacily - syntézu mediátorov akútneho zápalu. Výskyt nezvyčajných bielkovín môže zastaviť ich ďalšie štiepenie a viesť k akumulácii inertného alebo dokonca toxického materiálu. To môže byť do určitej miery uľahčené narušením hnilobných procesov.

Narušenie hnilobných procesov

Súčasne so syntézou proteínu v bunke neustále prebieha jeho rozklad. Za normálnych podmienok to má dôležitý regulačný a formačný význam, napríklad pri aktivácii inaktívnych foriem enzýmov, proteínových hormónov a proteínov mitotického cyklu. Normálny rast a vývoj buniek si vyžaduje presne riadenú rovnováhu medzi syntézou a degradáciou proteínov a organel. V procese syntézy proteínov sa však v dôsledku chýb v prevádzke syntetizačného aparátu, abnormálnej štruktúre molekuly proteínu a jej poškodenia chemickými a bakteriálnymi činidlami neustále vytvára pomerne veľké množstvo defektných molekúl. Podľa niektorých odhadov ich podiel predstavuje asi tretinu všetkých syntetizovaných bielkovín.

Cicavčie bunky majú niekoľko hlavných Spôsoby ničenia bielkovín: cez lyzozomálne proteázy (pentidhydrolázy), kalcium-dependentné proteinázy (endopeptidázy) a proteazómový systém. Okrem toho existujú aj špecializované proteinázy, ako sú kaspázy. Hlavnou organelou, v ktorej dochádza v eukaryotických bunkách k degradácii látok, je lyzozóm, ktorý obsahuje početné hydrolytické enzýmy. V dôsledku procesov endocytózy a rôznych typov autofágie v lyzozómoch a fagolyzozómoch sú zničené defektné molekuly proteínov aj celé organely: poškodené mitochondrie, úseky plazmatickej membrány, niektoré extracelulárne proteíny a obsah sekrečných granúl.

Dôležitým mechanizmom degradácie proteínov je proteazóm, multikatalytická proteinázová štruktúra komplexnej štruktúry lokalizovaná v cytosóle, jadre, endoplazmatickom retikule a na bunkovej membráne. Tento enzýmový systém je zodpovedný za rozklad poškodených bielkovín, ako aj zdravých bielkovín, ktoré musia byť odstránené pre normálnu funkciu buniek. V tomto prípade sa proteíny, ktoré sa majú zničiť, predbežne kombinujú so špecifickým polypeptidom, ubikvitínom. V proteazómoch však môžu byť čiastočne zničené aj neubikvitinované proteíny. Rozklad proteínových molekúl v proteazómoch na krátke polypeptidy (spracovanie) s ich následnou prezentáciou spolu s molekulami MHC I. typu je dôležitým článkom v imunitnej kontrole antigénnej homeostázy v organizme. Keď je funkcia proteazómu oslabená, hromadia sa poškodené a nepotrebné proteíny, čo sprevádza starnutie buniek. Porušenie degradácie proteínov závislých od cyklínu vedie k narušeniu bunkového delenia, degradácii sekrečných proteínov - k rozvoju cystofibrózy. Naopak, zvýšenie funkcie proteazómu sprevádza vyčerpanie organizmu (AIDS, rakovina).

Pri geneticky podmienených poruchách odbúravania bielkovín nie je organizmus životaschopný a odumiera v skorých štádiách embryogenézy. Ak je štiepenie tukov alebo sacharidov narušené, dochádza k chorobám zo skladovania (tezaurismóza). V tomto prípade sa vo vnútri bunky hromadí nadmerné množstvo niektorých látok alebo produktov ich neúplného rozkladu – lipidov, polysacharidov, čo výrazne poškodzuje funkciu bunky. Najčastejšie sa to pozoruje v pečeňových epiteliálnych bunkách (hepatocytoch), neurónoch, fibroblastoch a makrofagocytoch.

Získané poruchy procesov rozkladu látok môžu vzniknúť v dôsledku patologických procesov (napríklad degenerácia bielkovín, tukov, sacharidov a pigmentov) a sú sprevádzané tvorbou neobvyklých látok. Poruchy v systéme lyzozomálnej proteolýzy vedú k zníženej adaptácii pri hladovaní alebo zvýšenom strese a k výskytu niektorých endokrinných dysfunkcií - zníženej hladiny inzulínu, tyreoglobulínu, cytokínov a ich receptorov. Zhoršená degradácia bielkovín spomaľuje rýchlosť hojenia rán, spôsobuje rozvoj aterosklerózy a ovplyvňuje imunitnú odpoveď. Pri hypoxii zmeny intracelulárneho pH, radiačné poškodenie, charakterizované zvýšenou peroxidáciou membránových lipidov, ako aj vplyvom lyzozomotropných látok - bakteriálne endotoxíny, metabolity toxických húb (sporofusarín), kryštály oxidu kremičitého - stabilita lyzozómovej membrány zmeny, aktivované lyzozomálne enzýmy sa uvoľňujú do cytoplazmy, čo spôsobuje deštrukciu bunkových štruktúr a jej smrť.

Pozývame vás, aby ste sa oboznámili s materiálmi a.

: celulózová membrána, membrána, cytoplazma s organelami, jadro, vakuoly s bunkovou šťavou.

Prítomnosť plastidov je hlavnou črtou rastlinnej bunky.

Funkcie bunkovej membrány- určuje tvar bunky, chráni pred faktormi prostredia.

Plazmatická membrána- tenký film, pozostávajúci z interagujúcich molekúl lipidov a bielkovín, ohraničuje vnútorný obsah od vonkajšieho prostredia, zabezpečuje transport vody, minerálov a organických látok do bunky osmózou a aktívnym transportom a odstraňuje aj odpadové látky.

Cytoplazma- vnútorné polotekuté prostredie bunky, v ktorom sa nachádza jadro a organely, zabezpečuje medzi nimi spojenia, podieľa sa na základných životných procesoch.

Endoplazmatické retikulum- sieť vetviacich kanálikov v cytoplazme. Podieľa sa na syntéze bielkovín, lipidov a sacharidov a na transporte látok. Ribozómy sú telieska umiestnené na ER alebo v cytoplazme, pozostávajúce z RNA a proteínu a podieľajú sa na syntéze proteínov. EPS a ribozómy sú jediné zariadenie na syntézu a transport proteínov.

Mitochondrie- organely ohraničené od cytoplazmy dvoma membránami. Oxidujú sa v nich organické látky a za účasti enzýmov sa syntetizujú molekuly ATP. Zväčšenie povrchu vnútornej membrány, na ktorej sa nachádzajú enzýmy, v dôsledku kristov. ATP je energeticky bohatá organická látka.

Plastidy(chloroplasty, leukoplasty, chromoplasty), ich obsah v bunke je hlavným znakom rastlinného organizmu. Chloroplasty sú plastidy obsahujúce zelený pigment chlorofyl, ktorý absorbuje svetelnú energiu a využíva ju na syntézu organických látok z oxidu uhličitého a vody. Chloroplasty sú oddelené od cytoplazmy dvoma membránami, početnými výrastkami - granami na vnútornej membráne, v ktorých sú umiestnené molekuly chlorofylu a enzýmy.

Golgiho komplex- sústava dutín ohraničená od cytoplazmy membránou. Akumulácia bielkovín, tukov a uhľohydrátov v nich. Vykonávanie syntézy tukov a uhľohydrátov na membránach.

lyzozómy- telieska ohraničené od cytoplazmy jednou membránou. Enzýmy, ktoré obsahujú, urýchľujú rozklad zložitých molekúl na jednoduché: bielkoviny na aminokyseliny, komplexné sacharidy na jednoduché, lipidy na glycerol a mastné kyseliny a tiež ničia odumreté časti bunky a celé bunky.

Vakuoly- dutiny v cytoplazme vyplnené bunkovou šťavou, miesto akumulácie rezervných živín a škodlivých látok; regulujú obsah vody v bunke.

Jadro- hlavná časť bunky, z vonkajšej strany pokrytá dvojmembránovým jadrovým obalom s prepichnutými pórmi. Látky vstupujú do jadra a sú z neho odstránené cez póry. Chromozómy sú nositeľmi dedičných informácií o vlastnostiach organizmu, hlavných štruktúrach jadra, z ktorých každá pozostáva z jednej molekuly DNA kombinovanej s proteínmi. Jadro je miestom syntézy DNA, mRNA a r-RNA.

Prítomnosť vonkajšej membrány, cytoplazmy s organelami a jadra s chromozómami.

Vonkajšia alebo plazmatická membrána- ohraničuje obsah bunky od okolia (iné bunky, medzibunková látka), skladá sa z molekúl lipidov a bielkovín, zabezpečuje komunikáciu medzi bunkami, transport látok do bunky (pinocytóza, fagocytóza) a von z bunky.

Cytoplazma- vnútorné polotekuté prostredie bunky, ktoré zabezpečuje komunikáciu medzi jadrom a organelami v ňom umiestnenými. Hlavné životné procesy prebiehajú v cytoplazme.

Bunkové organely:

1) endoplazmatické retikulum (ER)- systém rozvetvených tubulov, podieľa sa na syntéze bielkovín, lipidov a sacharidov, na transporte látok v bunke;

2) ribozómy- telieska obsahujúce rRNA sa nachádzajú na ER a v cytoplazme a podieľajú sa na syntéze bielkovín. EPS a ribozómy sú jediné zariadenie na syntézu a transport proteínov;

3) mitochondrie- „elektrárne“ bunky, oddelené od cytoplazmy dvoma membránami. Vnútorná tvorí cristae (záhyby), čím sa zväčšuje jej povrch. Enzýmy na cristae urýchľujú oxidáciu organických látok a syntézu energeticky bohatých molekúl ATP;

4) Golgiho komplex- skupina dutín ohraničená membránou z cytoplazmy, vyplnená bielkovinami, tukmi a sacharidmi, ktoré sa buď využívajú pri životne dôležitých procesoch, alebo sa z bunky odstraňujú. Membrány komplexu vykonávajú syntézu tukov a uhľohydrátov;

5) lyzozómy- telá naplnené enzýmami urýchľujú štiepenie bielkovín na aminokyseliny, lipidov na glycerol a mastné kyseliny, polysacharidov na monosacharidy. V lyzozómoch sú zničené mŕtve časti bunky, celé bunky.

Bunkové inklúzie- akumulácia rezervných živín: bielkovín, tukov a uhľohydrátov.

Jadro- najdôležitejšia časť bunky. Je pokrytý dvojmembránovým plášťom s pórmi, cez ktoré niektoré látky prenikajú do jadra a iné do cytoplazmy. Chromozómy sú hlavnými štruktúrami jadra, nositeľmi dedičných informácií o vlastnostiach organizmu. Prenáša sa pri delení materskej bunky na dcérske bunky a so zárodočnými bunkami na dcérske organizmy. Jadro je miestom syntézy DNA, mRNA a rRNA.

Cvičenie:

Vysvetlite, prečo sa organely nazývajú špecializované bunkové štruktúry?

odpoveď: organely sa nazývajú špecializované bunkové štruktúry, pretože vykonávajú prísne definované funkcie, dedičná informácia je uložená v jadre, ATP sa syntetizuje v mitochondriách, fotosyntéza prebieha v chloroplastoch atď.

Ak máte otázky týkajúce sa cytológie, môžete sa obrátiť

Spojenie organizmu s prostredím je z fyzikálno-chemického hľadiska otvoreným systémom, teda systémom, kde prebiehajú biochemické procesy. Východiskové látky pochádzajú z prostredia a látky, ktoré tiež priebežne vznikajú, sú vynášané von. Rovnováha medzi rýchlosťou a koncentráciou produktov viacsmerných reakcií v tele je podmienená, imaginárna, pretože príjem a odstraňovanie látok sa nezastaví. Nepretržité prepojenie s prostredím nám umožňuje považovať živý organizmus za otvorený systém.

Pre všetky živé bunky je zdrojom energie Slnko. Rastlinné bunky zachytávajú energiu zo slnečného žiarenia pomocou chlorofylu a využívajú ju na asimilačné reakcie počas procesu fotosyntézy. Bunky zvierat, húb a baktérií využívajú slnečnú energiu nepriamo, pri rozklade organických látok syntetizovaných pozemskými rastlinami.

Niektoré z bunkových živín sa počas bunkového dýchania odbúravajú, čím dodávajú energiu potrebnú pre rôzne typy bunkovej aktivity. Tento proces prebieha v organelách nazývaných mitochondrie. Mitochondrie pozostávajú z dvoch membrán: vonkajšej, ktorá oddeľuje organelu od cytoplazmy, a vnútornej, ktorá tvorí početné záhyby. Hlavným produktom dýchania je ATP. Opúšťa mitochondrie a používa sa ako zdroj energie pre mnohé chemické reakcie v cytoplazme a bunkovej membráne. Ak je pre bunkové dýchanie potrebný kyslík, potom sa dýchanie nazýva aeróbne, ale ak k reakciám dochádza v neprítomnosti kyslíka, potom hovoríme o anaeróbnom dýchaní.

Pre akýkoľvek typ práce vykonávanej v bunke sa energia využíva v jedinej forme – vo forme energie z fosfátových väzieb ATP. ATP je ľahko mobilná zlúčenina. K tvorbe ATP dochádza na vnútornej membráne mitochondrií. ATP sa syntetizuje vo všetkých bunkách počas dýchania v dôsledku energie oxidácie sacharidov, tukov a iných organických látok. V zelených rastlinných bunkách sa hlavné množstvo ATP syntetizuje v chloroplastoch vďaka slnečnej energii. Počas fotosyntézy produkujú mnohonásobne viac ATP ako mitochondrie. ATP sa rozkladá pretrhnutím väzieb fosfor-kyslík a uvoľnením energie. K tomu dochádza pôsobením enzýmu ATPázy pri hydrolýze ATP – pridaním vody s elimináciou molekuly kyseliny fosforečnej. Výsledkom je, že ATP sa premieňa na ADP a ak sa odštiepia dve molekuly kyseliny fosforečnej, potom na AMP. Eliminačná reakcia každej grammolekuly kyseliny je sprevádzaná uvoľnením 40 kJ. Ide o veľmi veľký energetický výdaj, a preto sa väzby fosfor-kyslík v ATP zvyčajne nazývajú makroergické (vysokoenergetické).

Použitie ATP v plastických výmenných reakciách sa uskutočňuje ich spojením s hydrolýzou ATP. Molekuly rôznych látok sa nabijú energiou pripojením fosforovej skupiny uvoľnenej pri hydrolýze z molekuly ATP, teda fosforyláciou.

Zvláštnosťou fosfátových derivátov je, že nemôžu opustiť bunku, hoci ich „vybité“ formy voľne prechádzajú cez membránu. Vďaka tomu zostávajú fosforylované molekuly v bunke, kým sa nevyužijú v príslušných reakciách.

Opačný proces premeny ADP na ATP nastáva pridaním molekuly kyseliny fosforečnej k ADP, čím sa uvoľní voda a absorbuje sa veľké množstvo energie.

ATP je teda univerzálnym a priamym zdrojom energie pre bunkovú činnosť. To vytvára jediný bunkový zdroj energie a umožňuje ju prerozdeľovať a transportovať z jednej oblasti bunky do druhej.

Prenos fosfátovej skupiny hrá dôležitú úlohu pri chemických reakciách, ako je zostavovanie makromolekúl z monomérov. Napríklad aminokyseliny môžu byť spojené do peptidov až po predchádzajúcej fosforylácii. Mechanické procesy kontrakcie alebo pohybu, transport rozpustenej látky proti koncentračnému gradientu a ďalšie procesy zahŕňajú spotrebu energie uloženej v ATP.

Proces energetického metabolizmu možno znázorniť nasledovne. Vysokomolekulárne organické látky v cytoplazme sa enzymaticky hydrolýzou premieňajú na jednoduchšie, z ktorých sa skladajú: bielkoviny - na aminokyseliny, poly- a disacharidy - na monosacharidy (+ glukóza), tuky na glycerol a mastné kyseliny. Neprebiehajú žiadne oxidačné procesy, uvoľňuje sa málo energie, ktorá sa nevyužíva a prechádza do tepelnej formy. Väčšina buniek používa najskôr sacharidy. Polysacharidy (škrob v rastlinách a glykogén u zvierat) sa hydrolyzujú na glukózu. Oxidácia glukózy prebieha v troch fázach: glykolýza, oxidačná dekarboxylácia (Krebsov cyklus – cyklus kyseliny citrónovej) a oxidačná fosforylácia (respiračný reťazec). V cytoplazme prebieha glykolýza, v dôsledku ktorej sa jedna molekula glukózy rozdelí na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej s uvoľnením dvoch molekúl ATP. V neprítomnosti kyslíka sa kyselina pyrohroznová premieňa buď na etanol (fermentácia) alebo na kyselinu mliečnu (anaeróbne dýchanie).

Keď sa v živočíšnych bunkách vyskytne glykolýza, šesťuhlíková molekula glukózy sa rozpadne na dve molekuly kyseliny mliečnej. Tento proces je viacstupňový. Vykonáva sa postupne 13 enzýmami. Pri alkoholovej fermentácii vznikajú z molekuly glukózy dve molekuly etanolu a dve molekuly CO2.

Glykolýza je spoločná fáza pre anaeróbne a aeróbne dýchanie; ostatné dve sa vyskytujú iba za aeróbnych podmienok. Proces bezkyslíkatej oxidácie, pri ktorej sa uvoľňuje a využíva len časť energie metabolitov, je pre anaeróbne organizmy konečný. V prítomnosti kyslíka kyselina pyrohroznová prechádza do mitochondrií, kde sa v dôsledku množstva sekvenčných reakcií úplne aeróbne oxiduje na H2O a CO2 za súčasnej fosforylácie ADP na ATP. V tomto prípade sú dve molekuly ATP produkované glykolýzou, dve Krebsovým cyklom a 34 dýchacím reťazcom. Čistý výťažok pri úplnej oxidácii jednej molekuly glukózy na H2O a CO2 je 38 molekúl.

V aeróbnych organizmoch sa teda konečný rozklad organických látok uskutočňuje ich oxidáciou vzdušným kyslíkom na jednoduché anorganické látky: CO2 a H2O. Tento proces prebieha na mitochondriách. V tomto prípade sa uvoľní maximálne množstvo voľnej energie, ktorej významná časť je rezervovaná v molekulách ATP. Je ľahké vidieť, že aeróbna oxidácia poskytuje bunke voľnú energiu v najväčšej miere.

V dôsledku katabolizmu sa v bunke hromadia energeticky bohaté molekuly ATP a do vonkajšieho prostredia sa uvoľňuje CO2 a prebytočná voda.

Molekuly cukru, ktoré nie sú potrebné na dýchanie, môžu byť uložené v bunke. Nadbytočné lipidy sa buď odbúrajú, po čom sa produkty ich rozpadu dostávajú do mitochondrií ako substrát pre dýchanie, alebo sa ukladajú ako zásoby v cytoplazme vo forme tukových kvapôčok. Proteíny sa tvoria z aminokyselín vstupujúcich do bunky. Syntéza bielkovín prebieha v organelách nazývaných ribozómy. Každý ribozóm pozostáva z dvoch podčastíc – veľkej a malej: obe podčastice zahŕňajú proteínové molekuly a molekuly RNA.

Ribozómy sú často pripojené k špeciálnemu membránovému systému, ktorý pozostáva z cisterien a vezikúl – takzvané endoplazmatické retikulum (ER); v bunkách, ktoré produkujú veľa bielkovín, je endoplazmatické retikulum často veľmi dobre vyvinuté a pokryté ribozómami. Niektoré enzýmy sú účinné len vtedy, ak sú pripojené k membráne. Nachádza sa tu väčšina enzýmov podieľajúcich sa na syntéze lipidov. Endoplazmatické retikulum je teda ako druh bunkového pracovného stola.

Okrem toho ER rozdeľuje cytoplazmu do oddelených kompartmentov, t.j. oddeľuje rôzne chemické procesy prebiehajúce súčasne v cytoplazme, a tým znižuje pravdepodobnosť, že tieto procesy budú navzájom interferovať.

Produkty produkované danou bunkou sa často používajú mimo bunky. V takýchto prípadoch proteíny syntetizované na ribozómoch prechádzajú cez membrány endoplazmatického retikula a sú zabalené do membránových vezikúl, ktoré sa okolo nich vytvoria, ktoré sa potom oddelia od ER. Tieto vezikuly, sploštené a naukladané na seba, ako naukladané palacinky, tvoria charakteristickú štruktúru nazývanú Golgiho komplex alebo Golgiho aparát. Počas pobytu v Golgiho aparáte prechádzajú proteíny určitými zmenami. Keď príde čas, aby opustili bunku, membránové vezikuly sa spoja s bunkovou membránou a vyprázdnia sa, čím sa ich obsah vyleje, t. j. exocytózou dôjde k sekrécii.

Golgiho aparát produkuje aj lyzozómy – membránové vaky obsahujúce tráviace enzýmy. Zistenie, ako bunka vytvára, balí a vyváža určité proteíny a ako „vie“, ktoré proteíny by si mala nechať pre seba, je jedným z najfascinujúcejších odvetví modernej cytológie.

Membrány akejkoľvek bunky sa neustále pohybujú a menia. ER membrány sa pomaly pohybujú v celej bunke. Jednotlivé úseky týchto membrán sa oddeľujú a vytvárajú vezikuly, ktoré sa dočasne stávajú súčasťou Golgiho aparátu a následne procesom exocytózy splývajú s bunkovou membránou.

Neskôr sa materiál membrány vráti do cytoplazmy, kde sa opäť použije.

Teória k úlohe 5 z Jednotnej štátnej skúšky z biológie

Bunková štruktúra. Vzťah medzi štruktúrou a funkciami častí a organel bunky je základom jej integrity

Bunková štruktúra

Štruktúra prokaryotických a eukaryotických buniek

Hlavnými štrukturálnymi zložkami buniek sú plazmatická membrána, cytoplazma a dedičný aparát. V závislosti od charakteristík organizácie sa rozlišujú dva hlavné typy buniek: prokaryotické a eukaryotické. Hlavným rozdielom medzi prokaryotickými bunkami a eukaryotickými bunkami je organizácia ich dedičného aparátu: u prokaryotov sa nachádza priamo v cytoplazme (táto oblasť cytoplazmy sa nazýva nukleoid) a nie je od nej oddelená membránovými štruktúrami, zatiaľ čo u eukaryotov je väčšina DNA sústredená v jadre, obklopenom dvojitou membránou. Okrem toho je genetická informácia prokaryotických buniek, umiestnených v nukleoide, zapísaná v kruhovej molekule DNA, zatiaľ čo v eukaryotoch sú molekuly DNA otvorené.

Na rozdiel od eukaryotov obsahuje cytoplazma prokaryotických buniek aj malý počet organel, zatiaľ čo eukaryotické bunky sa vyznačujú značnou rozmanitosťou týchto štruktúr.

Štruktúra a funkcie biologických membrán

Štruktúra biomembrány. Bunkové membrány a membránové organely eukaryotických buniek majú spoločné chemické zloženie a štruktúru. Zahŕňajú lipidy, bielkoviny a sacharidy. Membránové lipidy sú zastúpené najmä fosfolipidmi a cholesterolom. Väčšina membránových proteínov sú komplexné proteíny, ako sú glykoproteíny. Sacharidy sa v membráne nevyskytujú nezávisle, sú spojené s proteínmi a lipidmi. Hrúbka membrán je 7-10 nm.

Podľa v súčasnosti všeobecne akceptovaného modelu fluidnej mozaiky štruktúry membrány tvoria lipidy dvojvrstvu, príp lipidová dvojvrstva, v ktorej hydrofilné „hlavy“ lipidových molekúl smerujú von a hydrofóbne „chvosty“ sú skryté vo vnútri membrány. Tieto „chvosty“ vďaka svojej hydrofóbnosti zabezpečujú oddelenie vodných fáz vnútorného prostredia bunky a jej prostredia. Proteíny sú spojené s lipidmi prostredníctvom rôznych typov interakcií. Niektoré proteíny sa nachádzajú na povrchu membrány. Takéto bielkoviny sa nazývajú periférne, alebo povrchný. Ostatné proteíny sú čiastočne alebo úplne ponorené do membrány – to sú integrálne, alebo ponorené proteíny. Membránové proteíny vykonávajú štrukturálne, transportné, katalytické, receptorové a iné funkcie.

Membrány nie sú ako kryštály, ich zložky sú neustále v pohybe, v dôsledku čoho sa medzi molekulami lipidov objavujú medzery - póry, cez ktoré môžu rôzne látky vstúpiť alebo opustiť bunku.

Biologické membrány sa líšia umiestnením v bunke, chemickým zložením a funkciami. Hlavné typy membrán sú plazmové a vnútorné. Plazmatická membrána obsahuje asi 45 % lipidov (vrátane glykolipidov), 50 % bielkovín a 5 % sacharidov. Nad povrch membrány vystupujú reťazce sacharidov, ktoré sú súčasťou komplexných proteínov-glykoproteínov a komplexných lipidov-glykolipidov. Plazmalemové glykoproteíny sú mimoriadne špecifické. Používajú sa napríklad na vzájomné rozpoznávanie buniek vrátane spermií a vajíčka.

Na povrchu živočíšnych buniek tvoria sacharidové reťazce tenkú povrchovú vrstvu - glykokalyx. Deteguje sa takmer vo všetkých živočíšnych bunkách, ale stupeň jeho expresie sa líši (10-50 µm). Glykokalyx poskytuje priamu komunikáciu medzi bunkou a vonkajším prostredím, kde dochádza k extracelulárnemu tráveniu; Receptory sú umiestnené v glykokalyxe. Okrem plazmalemy sú bunky baktérií, rastlín a húb tiež obklopené bunkovými membránami.

Vnútorné membrány eukaryotické bunky ohraničujú rôzne časti bunky a tvoria zvláštne „oddelenia“ - priehradky, ktorý podporuje oddelenie rôznych metabolických a energetických procesov. Môžu sa líšiť chemickým zložením a funkciami, ale ich všeobecný štruktúrny plán zostáva rovnaký.

Funkcie membrán:

1. Obmedzujúce. Ide o to, že oddeľujú vnútorný priestor bunky od vonkajšieho prostredia. Membrána je polopriepustná, to znamená, že cez ňu môžu voľne prechádzať len tie látky, ktoré bunka potrebuje, a existujú mechanizmy na transport potrebných látok.
2. Receptor. Primárne sa spája s vnímaním signálov prostredia a prenosom týchto informácií do bunky. Za túto funkciu sú zodpovedné špeciálne receptorové proteíny. Membránové proteíny sú tiež zodpovedné za bunkové rozpoznávanie podľa princípu „priateľ alebo nepriateľ“, ako aj za vytváranie medzibunkových spojení, z ktorých najviac skúmané sú synapsie nervových buniek.
3. Katalytický. Na membránach sa nachádzajú početné komplexy enzýmov, v dôsledku čoho na nich prebiehajú intenzívne syntetické procesy.
4. Transformácia energie. Súvisí s tvorbou energie, jej ukladaním vo forme ATP a spotrebou.
5. Rozčlenenie. Membrány tiež vymedzujú priestor vo vnútri bunky, čím oddeľujú východiskové materiály reakcie a enzýmy, ktoré môžu vykonávať zodpovedajúce reakcie.
6. Tvorba medzibunkových kontaktov. Napriek tomu, že hrúbka membrány je taká malá, že ju nemožno rozlíšiť voľným okom, slúži na jednej strane ako pomerne spoľahlivá bariéra pre ióny a molekuly, najmä vo vode rozpustné, a na druhej strane , zabezpečuje ich transport do bunky a von z bunky.
7. Doprava.

Membránový transport. Vzhľadom na to, že bunky ako elementárne biologické systémy sú otvorené systémy, na zabezpečenie metabolizmu a energie, udržanie homeostázy, rastu, dráždivosti a ďalších procesov, je potrebný prenos látok cez membránu - membránový transport. V súčasnosti sa transport látok cez bunkovú membránu delí na aktívnu, pasívnu, endo- a exocytózu.

Pasívna doprava- Ide o typ transportu, ktorý prebieha bez spotreby energie z vyšších koncentrácií do nižších. V lipidoch rozpustné malé nepolárne molekuly (O 2, CO 2) ľahko prenikajú do bunky tým jednoduchá difúzia. Tie, ktoré nie sú rozpustné v lipidoch, vrátane malých nabitých častíc, sú zachytené nosnými proteínmi alebo prechádzajú špeciálnymi kanálmi (glukóza, aminokyseliny, K +, PO 4 3-). Tento druh pasívneho transportu je tzv uľahčená difúzia. Voda vstupuje do bunky cez póry v lipidovej fáze, ako aj cez špeciálne kanály vystlané proteínmi. Transport vody cez membránu je tzv osmózou.

Osmóza je v živote bunky mimoriadne dôležitá, pretože ak sa vloží do roztoku s vyššou koncentráciou solí ako v bunkovom roztoku, tak voda začne bunku opúšťať a objem živého obsahu sa začne zmenšovať. V živočíšnych bunkách sa bunka ako celok zmenšuje a v rastlinných bunkách cytoplazma zaostáva za bunkovou stenou, čo je tzv. plazmolýza. Keď je bunka umiestnená v roztoku menej koncentrovanom ako cytoplazma, dochádza k transportu vody v opačnom smere - do bunky. Rozšíriteľnosť cytoplazmatickej membrány má však limity a živočíšna bunka nakoniec praskne, zatiaľ čo rastlinná bunka to kvôli svojej silnej bunkovej stene neumožňuje. Fenomén naplnenia celého vnútorného priestoru bunky bunkovým obsahom sa nazýva tzv deplazmolýza. Pri príprave liekov, najmä na intravenózne podanie, je potrebné vziať do úvahy intracelulárnu koncentráciu solí, pretože to môže viesť k poškodeniu krvných buniek (na tento účel sa používa fyziologický roztok s koncentráciou 0,9% chloridu sodného). To je nemenej dôležité pri kultivácii buniek a tkanív, ako aj živočíšnych a rastlinných orgánov.

Aktívna doprava postupuje s výdajom energie ATP z nižšej koncentrácie látky na vyššiu. Vykonáva sa pomocou špeciálnych čerpacích proteínov. Proteíny pumpujú K +, Na +, Ca 2+ a ďalšie ióny cez membránu, čo podporuje transport základných organických látok, ako aj vznik nervových vzruchov atď.

Endocytóza- ide o aktívny proces absorpcie látok bunkou, pri ktorom membrána vytvára invaginácie a následne vytvára membránové vezikuly - fagozómy, ktoré obsahujú absorbované predmety. Potom sa primárny lyzozóm spojí s fagozómom a vytvorí sa sekundárny lyzozóm, alebo fagolyzozóm, alebo tráviaca vakuola. Obsah vezikuly je trávený lyzozómovými enzýmami a produkty rozpadu sú absorbované a asimilované bunkou. Nestrávené zvyšky sú z bunky odstránené exocytózou. Existujú dva hlavné typy endocytózy: fagocytóza a pinocytóza.

Fagocytóza je proces zachytávania bunkovým povrchom a absorpcie pevných častíc bunkou, a pinocytóza- tekutiny. Fagocytóza sa vyskytuje najmä v živočíšnych bunkách (jednobunkové živočíchy, ľudské leukocyty), zabezpečuje ich výživu a často chráni organizmus. Pinocytózou dochádza k absorpcii proteínov, komplexov antigén-protilátka počas imunitných reakcií atď. Mnohé vírusy však vstupujú do bunky aj pinocytózou alebo fagocytózou. V bunkách rastlín a húb je fagocytóza prakticky nemožná, pretože sú obklopené odolnými bunkovými membránami.

Exocytóza- proces obrátený k endocytóze. Z tráviacich vakuol sa tak uvoľňujú nestrávené zvyšky potravy a odstraňujú sa látky potrebné pre život bunky a organizmu ako celku. Napríklad k prenosu nervových impulzov dochádza v dôsledku uvoľnenia chemických poslov neurónom vysielajúcim impulz - mediátorov a v rastlinných bunkách sa takto vylučujú pomocné sacharidy bunkovej membrány.

Bunkové steny rastlinných buniek, húb a baktérií. Mimo membrány môže bunka vylučovať silnú štruktúru - bunková membrána, alebo bunková stena.

U rastlín je základom bunkovej steny celulóza, balené vo zväzkoch po 50-100 molekúl. Priestory medzi nimi sú vyplnené vodou a inými sacharidmi. Bunková stena rastliny je preniknutá tubulmi - plazmodesmata, cez ktorý prechádzajú membrány endoplazmatického retikula. Plazmodesmata vykonávajú transport látok medzi bunkami. K transportu látok, ako je voda, však môže dochádzať aj pozdĺž samotných bunkových stien. Postupom času sa v bunkovej stene rastlín hromadia rôzne látky vrátane tanínov alebo tukom podobných látok, čo vedie k lignifikácii alebo suberizácii samotnej bunkovej steny, vytláčaniu vody a odumieraniu bunkového obsahu. Medzi bunkovými stenami susedných rastlinných buniek sú rôsolovité rozpery - stredné platničky, ktoré ich držia pohromade a stmelujú telo rastliny ako celok. Zničia sa iba počas procesu dozrievania ovocia a pri opadaní listov.

Vytvárajú sa bunkové steny buniek húb chitín- uhľohydrát obsahujúci dusík. Sú dosť silné a sú vonkajšou kostrou bunky, no napriek tomu, podobne ako v rastlinách, zabraňujú fagocytóze.

V baktériách bunková stena obsahuje sacharidy s peptidovými fragmentmi - murein jeho obsah sa však medzi rôznymi skupinami baktérií výrazne líši. Iné polysacharidy sa môžu vylučovať aj na vrchnú časť bunkovej steny, čím sa vytvorí hlienová kapsula, ktorá chráni baktérie pred vonkajšími vplyvmi.

Membrána určuje tvar bunky, slúži ako mechanická podpora, plní ochrannú funkciu, zabezpečuje osmotické vlastnosti bunky, obmedzuje naťahovanie živého obsahu a zabraňuje prasknutiu bunky, ktoré sa zvyšuje v dôsledku vstupu vody . Navyše voda a látky v nej rozpustené prekonávajú bunkovú stenu pred vstupom do cytoplazmy alebo naopak pri jej výstupe, pričom voda sa cez bunkové steny transportuje rýchlejšie ako cez cytoplazmu.

Cytoplazma

Cytoplazma- Toto je vnútorný obsah bunky. Sú v nej ponorené všetky bunkové organely, jadro a rôzne odpadové produkty.

Cytoplazma spája všetky časti bunky navzájom a prebiehajú v nej početné metabolické reakcie. Cytoplazma je oddelená od prostredia a rozdelená na oddelenia membránami, to znamená, že bunky majú membránovú štruktúru. Môže byť v dvoch stavoch – sol a gél. Sol- ide o polotekutý rôsolovitý stav cytoplazmy, v ktorom prebiehajú životne dôležité procesy najintenzívnejšie a gél- hustejší, želatínový stav, ktorý bráni vzniku chemických reakcií a transportu látok.

Kvapalná časť cytoplazmy bez organel sa nazýva hyaloplazma. Hyaloplazma alebo cytosol je koloidný roztok, v ktorom je akási suspenzia pomerne veľkých častíc, napríklad proteínov, obklopených dipólmi molekúl vody. K zrážaniu tejto suspenzie nedochádza vďaka tomu, že majú rovnaký náboj a navzájom sa odpudzujú.

Organoidy

Organoidy- Sú to trvalé zložky bunky, ktoré vykonávajú špecifické funkcie.

V závislosti od štrukturálnych vlastností sa delia na membránové a nemembránové. Membrána organely sú zas klasifikované ako jednomembránové (endoplazmatické retikulum, Golgiho komplex a lyzozómy) alebo dvojmembránové (mitochondrie, plastidy a jadro). Bez membrány Organely sú ribozómy, mikrotubuly, mikrofilamenty a bunkové centrum. Z uvedených organel sú len ribozómy vlastné prokaryotom.

Štruktúra a funkcie jadra. Jadro- veľká dvojmembránová organela ležiaca v strede bunky alebo na jej okraji. Rozmery jadra sa môžu pohybovať od 3 do 35 mikrónov. Tvar jadra je najčastejšie guľovitý alebo elipsoidný, existujú však aj jadrá tyčinkovité, vretenovité, fazuľovité, laločnaté a dokonca aj segmentované. Niektorí vedci sa domnievajú, že tvar jadra zodpovedá tvaru samotnej bunky.

Väčšina buniek má jedno jadro, ale napríklad v bunkách pečene a srdca môžu byť dve a v množstve neurónov - až 15. Vlákna kostrového svalstva zvyčajne obsahujú veľa jadier, ale nie sú to bunky v plnom zmysle slova, keďže vznikajú ako výsledok splynutia viacerých buniek.

Jadro je obklopené jadrového obalu a jeho vnútorný priestor je vyplnený jadrová šťava, alebo nukleoplazma (karyoplazma), do ktorej sú ponorené chromatín A jadierko. Jadro vykonáva také dôležité funkcie, ako je ukladanie a prenos dedičných informácií, ako aj riadenie života bunky.

Úloha jadra pri prenose dedičnej informácie bola presvedčivo preukázaná pri pokusoch so zelenou riasou Acetabularia. V jednej obrovskej bunke dosahujúcej dĺžku 5 cm sa rozlišuje čiapka, stopka a rizoid. Okrem toho obsahuje iba jedno jadro umiestnené v rizide. V 30. rokoch 20. storočia I. Hemmerling transplantoval jadro jedného druhu acetabulária so zelenou farbou do rizoidu iného druhu, s hnedou farbou, z ktorého bolo jadro odstránené. Rastlina s transplantovaným jadrom po určitom čase vyrástla nová čiapočka, podobne ako riasa darcu jadra. Zároveň čiapka alebo stopka, oddelená od rizoidu a neobsahujúca jadro, po určitom čase odumrela.

Jadrový obal tvorené dvoma membránami – vonkajšou a vnútornou, medzi ktorými je priestor. Medzimembránový priestor komunikuje s dutinou hrubého endoplazmatického retikula a vonkajšia membrána jadra môže niesť ribozómy. Jadrový obal je preniknutý početnými pórmi vystlanými špeciálnymi proteínmi. Transport látok prebieha cez póry: potrebné proteíny (vrátane enzýmov), ióny, nukleotidy a ďalšie látky vstupujú do jadra a molekuly RNA, vyčerpané proteíny a podjednotky ribozómov ho opúšťajú. Funkciou jadrového obalu je teda oddelenie obsahu jadra od cytoplazmy, ako aj regulácia metabolizmu medzi jadrom a cytoplazmou.

Nukleoplazma nazývaný obsah jadra, v ktorom je ponorený chromatín a jadierko. Je to koloidný roztok, chemicky pripomínajúci cytoplazmu. Enzýmy nukleoplazmy katalyzujú výmenu aminokyselín, nukleotidov, proteínov atď. Nukleoplazma je spojená s hyaloplazmou cez jadrové póry. Funkciou nukleoplazmy, podobne ako hyaloplazmy, je zabezpečiť prepojenie všetkých štruktúrnych zložiek jadra a uskutočniť množstvo enzymatických reakcií.

Chromatin nazývaný súbor tenkých filamentov a granúl ponorených do nukleoplazmy. Dá sa zistiť iba farbením, pretože indexy lomu chromatínu a nukleoplazmy sú približne rovnaké. Vláknitá zložka chromatínu je tzv euchromatínu a granulované - heterochromatín. Euchromatín je slabo zhutnený, pretože sa z neho číta dedičná informácia, zatiaľ čo viac špirálovitý heterochromatín je geneticky neaktívny.

Chromatín je štrukturálna modifikácia chromozómov v nedeliacom sa jadre. Chromozómy sú teda v jadre neustále prítomné, mení sa len ich stav v závislosti od funkcie, ktorú jadro práve plní.

Zloženie chromatínu zahŕňa predovšetkým nukleoproteínové proteíny (deoxyribonukleoproteíny a ribonukleoproteíny), ako aj enzýmy, z ktorých najdôležitejšie sú spojené so syntézou nukleových kyselín, a niektoré ďalšie látky.

Funkcie chromatínu spočívajú po prvé v syntéze nukleových kyselín špecifických pre daný organizmus, ktoré riadia syntézu špecifických proteínov, a po druhé, v prenose dedičných vlastností z materskej bunky na dcérske bunky, na čo slúži chromatínové vlákna sú počas procesu delenia zabalené do chromozómov.

Nucleolus- guľovité teleso, dobre viditeľné pod mikroskopom, s priemerom 1-3 mikróny. Vzniká na úsekoch chromatínu, v ktorých sú zakódované informácie o štruktúre rRNA a ribozomálnych proteínov. V jadre je často len jedno jadierko, ale v tých bunkách, kde prebiehajú intenzívne životne dôležité procesy, môžu byť jadierka dve alebo viac. Funkcie jadier sú syntéza rRNA a zostavenie ribozomálnych podjednotiek kombináciou rRNA s proteínmi pochádzajúcimi z cytoplazmy.

Mitochondrie- dvojmembránové organely okrúhleho, oválneho alebo tyčinkovitého tvaru, hoci sa nachádzajú aj špirálovité (v spermiách). Priemer mitochondrií je do 1 µm a dĺžka do 7 µm. Priestor vo vnútri mitochondrií je vyplnený matricou. Matrix- Toto je hlavná látka mitochondrií. V nej je ponorená kruhová molekula DNA a ribozómy. Vonkajšia membrána mitochondrií je hladká a nepriepustná pre mnohé látky. Vnútorná membrána má výstupky - cristas, čím sa zväčšuje povrch membrán pre chemické reakcie. Na povrchu membrány sú početné proteínové komplexy, ktoré tvoria takzvaný dýchací reťazec, ako aj enzýmy ATP syntetázy v tvare húb. Aeróbne štádium dýchania prebieha v mitochondriách, počas ktorého sa syntetizuje ATP.

Plastidy- veľké dvojmembránové organely, charakteristické len pre rastlinné bunky. Vnútorný priestor plastidov je vyplnený stroma, alebo matice. Stroma obsahuje viac či menej vyvinutý systém membránových vezikúl - tylakoidy, ktoré sa zhromažďujú v hromadách - zrná, ako aj vlastnú kruhovú molekulu DNA a ribozómy. Existujú štyri hlavné typy plastidov: chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty a proplastidy.

Chloroplasty- sú to zelené plastidy s priemerom 3-10 mikrónov, jasne viditeľné pod mikroskopom. Nachádzajú sa len v zelených častiach rastlín – listoch, mladých stonkách, kvetoch a plodoch. Chloroplasty majú vo všeobecnosti oválny alebo elipsoidný tvar, ale môžu mať aj miskovitý, špirálovitý alebo dokonca laločnatý tvar. Počet chloroplastov v bunke je v priemere od 10 do 100 kusov. Avšak napríklad v niektorých riasach to môže byť jedna, mať výrazné rozmery a zložitý tvar – vtedy je tzv. chromatofór. V iných prípadoch môže počet chloroplastov dosiahnuť niekoľko stoviek, zatiaľ čo ich veľkosti sú malé. Farba chloroplastov je spôsobená hlavným pigmentom fotosyntézy - chlorofyl, aj keď obsahujú aj ďalšie pigmenty - karotenoidy. Karotenoidy sa prejavia až na jeseň, keď sa rozpadne chlorofyl v starnúcich listoch. Hlavnou funkciou chloroplastov je fotosyntéza. Svetelné reakcie fotosyntézy prebiehajú na tylakoidných membránach, na ktorých sú naviazané molekuly chlorofylu, a tmavé reakcie prebiehajú v stróme, kde sú obsiahnuté početné enzýmy.

Chromoplasty- Sú to žlté, oranžové a červené plastidy obsahujúce karotenoidné pigmenty. Tvar chromoplastov sa môže tiež výrazne líšiť: môžu byť rúrkové, guľovité, kryštalické atď. Chromoplasty dodávajú farbu kvetom a plodom rastlín, priťahujú opeľovače a rozdeľovače semien a plodov.

Leukoplasty- Sú to biele alebo bezfarebné plastidy, väčšinou okrúhleho alebo oválneho tvaru. Sú bežné v nefotosyntetických častiach rastlín, napríklad v šupke listov, hľúz zemiakov a pod.. Ukladajú živiny, najčastejšie škrob, ale v niektorých rastlinách to môžu byť bielkoviny alebo olej.

Plastidy sa tvoria v rastlinných bunkách z proplastidov, ktoré sú už prítomné v bunkách vzdelávacieho tkaniva a sú to malé dvojmembránové telieska. V počiatočných štádiách vývoja sa rôzne typy plastidov dokážu navzájom premieňať: keď sú vystavené svetlu, leukoplasty zemiakovej hľuzy a chromoplasty koreňa mrkvy zozelenajú.

Plastidy a mitochondrie sa nazývajú semiautonómne organely bunky, pretože majú svoje vlastné molekuly DNA a ribozómy, vykonávajú syntézu proteínov a delia sa nezávisle od delenia buniek. Tieto vlastnosti sú vysvetlené ich pôvodom z jednobunkových prokaryotických organizmov. „Nezávislosť“ mitochondrií a plastidov je však obmedzená, pretože ich DNA obsahuje príliš málo génov na voľnú existenciu, zatiaľ čo zvyšok informácií je zakódovaný v chromozómoch jadra, čo mu umožňuje kontrolovať tieto organely.

Endoplazmatické retikulum (ER), alebo endoplazmatické retikulum (ER), je jednomembránová organela, čo je sieť membránových dutín a tubulov zaberajúcich až 30 % obsahu cytoplazmy. Priemer EPS tubulov je asi 25-30 nm. Existujú dva typy EPS – drsný a hladký. Hrubý XPS nesie ribozómy, kde dochádza k syntéze bielkovín. Hladké XPS chýbajú mu ribozómy. Jeho funkciou je syntéza lipidov a sacharidov, ako aj transport, skladovanie a neutralizácia toxických látok. Vyvíja sa najmä v tých bunkách, kde prebiehajú intenzívne metabolické procesy, napríklad v pečeňových bunkách - hepatocytoch - a vláknach kostrového svalstva. Látky syntetizované v ER sú transportované do Golgiho aparátu. Zostavenie bunkových membrán sa vyskytuje aj v ER, ale ich tvorba je dokončená v Golgiho aparáte.

Golgiho aparát, alebo Golgiho komplex, je jednomembránová organela tvorená systémom plochých cisterien, od nich oddelených tubulov a vezikúl. Štrukturálna jednotka Golgiho aparátu je diktyozóm- hromada nádrží, z ktorých na jeden pól prichádzajú látky z EPS az opačného pólu sa po určitých premenách balia do vezikúl a posielajú do iných častí bunky. Priemer nádrží je asi 2 mikróny a priemer malých bublín je asi 20 až 30 mikrónov. Hlavnými funkciami Golgiho komplexu sú syntéza určitých látok a modifikácia (zmena) bielkovín, lipidov a sacharidov pochádzajúcich z ER, konečná tvorba membrán, ako aj transport látok v bunke, obnova jej štruktúr. a tvorbu lyzozómov. Golgiho aparát dostal svoje meno na počesť talianskeho vedca Camilla Golgiho, ktorý prvýkrát objavil túto organelu (1898).

lyzozómy- malé jednomembránové organely s priemerom do 1 μm, ktoré obsahujú hydrolytické enzýmy podieľajúce sa na vnútrobunkovom trávení. Membrány lyzozómov sú pre tieto enzýmy slabo priepustné, takže lyzozómy plnia svoje funkcie veľmi presne a cielene. Aktívne sa teda zúčastňujú procesu fagocytózy, tvoria tráviace vakuoly a v prípade hladovania alebo poškodenia niektorých častí bunky ich trávia bez toho, aby ovplyvnili ostatné. Nedávno bola objavená úloha lyzozómov v procesoch bunkovej smrti.

Vákuola je dutina v cytoplazme rastlinných a živočíšnych buniek, ohraničená membránou a vyplnená kvapalinou. V bunkách prvokov sa nachádzajú tráviace a kontraktilné vakuoly. Prvé sa podieľajú na procese fagocytózy, pretože rozkladajú živiny. Tie zabezpečujú udržiavanie rovnováhy voda-soľ vďaka osmoregulácii. U mnohobunkových živočíchov sa nachádzajú najmä tráviace vakuoly.

V rastlinných bunkách sú vakuoly vždy prítomné, sú obklopené špeciálnou membránou a naplnené bunkovou šťavou. Membrána obklopujúca vakuolu je svojím chemickým zložením, štruktúrou a funkciami podobná plazmatickej membráne. Bunková šťava je vodný roztok rôznych anorganických a organických látok, vrátane minerálnych solí, organických kyselín, uhľohydrátov, bielkovín, glykozidov, alkaloidov atď. Vakuola môže zaberať až 90% objemu bunky a vytláčať jadro na perifériu. Táto časť bunky plní funkciu zásobnú, vylučovaciu, osmotickú, ochrannú, lyzozomálnu a iné, keďže akumuluje živiny a odpadové látky, zabezpečuje prísun vody a udržiava tvar a objem bunky, obsahuje aj enzýmy na rozklad veľa bunkových komponentov. Okrem toho, biologicky aktívne látky vakuol môžu zabrániť mnohým zvieratám jesť tieto rastliny. V mnohých rastlinách dochádza v dôsledku napučiavania vakuol k rastu buniek predlžovaním.

Vakuoly sú prítomné aj v bunkách niektorých húb a baktérií, u húb však plnia len funkciu osmoregulácie, kým u siníc udržujú vztlak a podieľajú sa na procese asimilácie dusíka zo vzduchu.

Ribozómy- malé nemembránové organely s priemerom 15-20 mikrónov, pozostávajúce z dvoch podjednotiek - veľkej a malej. Eukaryotické ribozomálne podjednotky sú zostavené v jadierku a potom transportované do cytoplazmy. Ribozómy v prokaryotoch, mitochondriách a plastidoch sú menšie ako ribozómy v eukaryotoch. Ribozomálne podjednotky zahŕňajú rRNA a proteíny.

Počet ribozómov v bunke môže dosiahnuť niekoľko desiatok miliónov: v cytoplazme, mitochondriách a plastidoch sú vo voľnom stave a na hrubom ER - vo viazanom stave. Podieľajú sa na syntéze proteínov, najmä vykonávajú proces translácie - biosyntézu polypeptidového reťazca na molekule mRNA. Voľné ribozómy syntetizujú proteíny hyaloplazmy, mitochondrií, plastidov a svoje vlastné ribozomálne proteíny, zatiaľ čo ribozómy pripojené k hrubému ER vykonávajú transláciu proteínov na odstránenie z buniek, zostavenie membrán a tvorbu lyzozómov a vakuol.

Ribozómy sa môžu nachádzať jednotlivo v hyaloplazme alebo zostavené v skupinách počas simultánnej syntézy niekoľkých polypeptidových reťazcov na jednej mRNA. Takéto skupiny ribozómov sa nazývajú polyribozómy, alebo polyzómy.

Mikrotubuly- Sú to cylindrické duté nemembránové organely, ktoré prenikajú celou cytoplazmou bunky. Ich priemer je asi 25 nm, hrúbka steny je 6-8 nm. Sú tvorené množstvom proteínových molekúl tubulín, ktoré najskôr vytvoria 13 nití pripomínajúcich guľôčky a potom sa zostavia do mikrotubulu. Mikrotubuly tvoria cytoplazmatické retikulum, ktoré dáva bunke tvar a objem, spája plazmatickú membránu s ostatnými časťami bunky, zabezpečuje transport látok v bunke, podieľa sa na pohybe bunky a vnútrobunkových zložiek, ako aj na delenie genetického materiálu. Sú súčasťou bunkového centra a pohybových organel - bičíkov a mihalníc.

mikrovlákna, alebo mikrovlákna, sú tiež nemembránové organely, majú však vláknitý tvar a sú tvorené nie tubulínom, ale aktín. Zúčastňujú sa procesov membránového transportu, medzibunkového rozpoznávania, delenia bunkovej cytoplazmy a jej pohybu. Vo svalových bunkách interakcia aktínových mikrofilamentov s myozínovými vláknami sprostredkúva kontrakciu.

Mikrotubuly a mikrofilamenty tvoria vnútornú kostru bunky - cytoskelet. Ide o zložitú sieť vlákien, ktoré poskytujú mechanickú podporu plazmatickej membráne, určujú tvar bunky, umiestnenie bunkových organel a ich pohyb pri delení buniek.

Bunkové centrum- nemembránová organela nachádzajúca sa v živočíšnych bunkách v blízkosti jadra; v rastlinných bunkách chýba. Jeho dĺžka je približne 0,2-0,3 mikrónu a jeho priemer je 0,1-0,15 mikrónu. Bunkový stred tvoria dva centrioles, ležiace vo vzájomne kolmých rovinách, a žiarivá guľa z mikrotubulov. Každý centriol je tvorený deviatimi skupinami mikrotubulov, zhromaždených v skupinách po troch, t.j. tripletoch. Bunkové centrum sa zúčastňuje procesov zostavovania mikrotubulov, delenia bunkového dedičného materiálu, ako aj tvorby bičíkov a mihalníc.

Organely pohybu. Flagella A mihalnice Sú to bunkové výrastky pokryté plazmalemou. Základ týchto organel tvorí deväť párov mikrotubulov umiestnených pozdĺž periférie a dva voľné mikrotubuly v strede. Mikrotubuly sú vzájomne prepojené rôznymi proteínmi, zabezpečujúcimi ich koordinovanú odchýlku od osi - kmitanie. Oscilácie sú závislé od energie, to znamená, že na tento proces sa vynakladá energia vysokoenergetických väzieb ATP. Obnova stratených bičíkov a mihalníc je funkcia bazálnych teliesok, alebo kinetozómy nachádza na ich základni.

Dĺžka riasiniek je asi 10-15 nm a dĺžka bičíkov je 20-50 µm. Vplyvom prísne riadených pohybov bičíkov a mihalníc dochádza nielen k pohybu jednobunkových živočíchov, spermií a pod., ale aj k čisteniu dýchacích ciest a pohybu vajíčka vajíčkovodom, keďže všetky tieto časti ľudského tela sú lemované riasinkovým epitelom.

Inklúzie

Inklúzie- Sú to nestále zložky bunky, ktoré vznikajú a zanikajú počas jej života. Patria sem ako rezervné látky, napríklad zrnká škrobu alebo bielkovín v rastlinných bunkách, glykogénové granule v bunkách zvierat a húb, volutín v baktériách, kvapky tuku vo všetkých typoch buniek, tak aj odpadové produkty, najmä zvyšky potravín. nestrávené v dôsledku fagocytózy, tvoriace takzvané zvyškové telieska.

Vzťah medzi štruktúrou a funkciami častí a organel bunky je základom jej integrity

Každá z častí bunky je na jednej strane samostatnou štruktúrou so špecifickou štruktúrou a funkciami a na druhej strane je súčasťou komplexnejšieho systému nazývaného bunka. Väčšina dedičných informácií eukaryotickej bunky je sústredená v jadre, ale jadro samo o sebe nie je schopné zabezpečiť jej realizáciu, pretože na to je potrebná aspoň cytoplazma, ktorá pôsobí ako hlavná látka, a ribozómy, na ktorých k tejto syntéze dochádza. . Väčšina ribozómov sa nachádza na granulárnom endoplazmatickom retikule, odkiaľ sú proteíny najčastejšie transportované do Golgiho komplexu a následne po úprave do tých častí bunky, pre ktoré sú určené, prípadne sú vylučované. Membránové obaly proteínov a uhľohydrátov môžu byť vložené do membrán organel a cytoplazmatickej membrány, čím sa zabezpečí ich neustála obnova. Z Golgiho komplexu sa odpájajú aj lyzozómy a vakuoly, ktoré plnia dôležité funkcie. Napríklad bez lyzozómov by sa bunky rýchlo zmenili na akési smetisko pre odpadové molekuly a štruktúry.

Na uskutočnenie všetkých týchto procesov je potrebná energia produkovaná mitochondriami a v rastlinách chloroplastmi. A hoci sú tieto organely relatívne autonómne, keďže majú svoje vlastné molekuly DNA, niektoré z ich proteínov sú stále kódované jadrovým genómom a syntetizované v cytoplazme.

Bunka je teda neoddeliteľnou jednotou svojich základných zložiek, z ktorých každá plní svoju vlastnú jedinečnú funkciu.

Metabolizmus a premena energie sú vlastnosti živých organizmov. Energetický a plastový metabolizmus, ich vzťah. Etapy energetického metabolizmu. Fermentácia a dýchanie. Fotosyntéza, jej význam, kozmická úloha. Fázy fotosyntézy. Svetlé a tmavé reakcie fotosyntézy, ich vzťah. Chemosyntéza. Úloha chemosyntetických baktérií na Zemi

Metabolizmus a premena energie - vlastnosti živých organizmov

Bunku možno prirovnať k miniatúrnej chemickej továrni, v ktorej prebiehajú stovky a tisíce chemických reakcií.

Metabolizmus- súbor chemických premien zameraných na zachovanie a samorozmnožovanie biologických systémov.

Zahŕňa príjem látok do organizmu pri výžive a dýchaní, vnútrobunkový metabolizmus, príp metabolizmus, ako aj izoláciu konečných produktov metabolizmu.

Metabolizmus je neoddeliteľne spojený s procesmi premeny jedného druhu energie na iný. Napríklad v procese fotosyntézy sa svetelná energia ukladá vo forme energie chemických väzieb zložitých organických molekúl a počas procesu dýchania sa uvoľňuje a vynakladá sa na syntézu nových molekúl, mechanickú a osmotickú prácu, rozptýlené vo forme tepla atď.

Výskyt chemických reakcií v živých organizmoch je zabezpečený vďaka biologickým katalyzátorom proteínovej povahy - enzýmy, alebo enzýmy. Podobne ako iné katalyzátory, aj enzýmy urýchľujú priebeh chemických reakcií v bunke desaťtisíckrát a niekedy ich dokonca umožňujú, ale nemenia povahu ani vlastnosti konečného produktu (produktov) reakcie a robia nezmenia sa. Enzýmy môžu byť jednoduché aj zložité bielkoviny, ktoré okrem bielkovinovej časti obsahujú aj nebielkovinovú časť – kofaktor (koenzým). Príkladmi enzýmov sú slinná amyláza, ktorá pri dlhšom žuvaní štiepi polysacharidy, a pepsín, ktorý zabezpečuje trávenie bielkovín v žalúdku.

Enzýmy sa líšia od neproteínových katalyzátorov vysokou špecifickosťou účinku, výrazným zvýšením reakčnej rýchlosti s ich pomocou, ako aj schopnosťou regulovať pôsobenie zmenou podmienok reakcie alebo interakciou rôznych látok s nimi. Okrem toho sa podmienky, za ktorých dochádza k enzymatickej katalýze, výrazne líšia od podmienok, za ktorých dochádza k neenzymatickej katalýze: optimálna teplota pre fungovanie enzýmov v ľudskom tele je 37 °C$, tlak by mal byť blízky atmosférickému tlaku a $pH$ prostredia môže výrazne zaváhať. Amyláza teda vyžaduje zásadité prostredie a pepsín vyžaduje kyslé prostredie.

Mechanizmus účinku enzýmov spočíva v znižovaní aktivačnej energie látok (substrátov), ​​ktoré vstupujú do reakcie v dôsledku tvorby intermediárnych komplexov enzým-substrát.

Energetický a plastový metabolizmus, ich vzťah

Metabolizmus pozostáva z dvoch procesov prebiehajúcich súčasne v bunke: plastového a energetického metabolizmu.

Metabolizmus plastov (anabolizmus, asimilácia) je súbor syntéznych reakcií, ktoré zahŕňajú výdaj energie ATP. V procese metabolizmu plastov sa syntetizujú organické látky potrebné pre bunku. Príkladmi plastických výmenných reakcií sú fotosyntéza, biosyntéza proteínov a replikácia DNA (samoduplikácia).

Energetický metabolizmus (katabolizmus, disimilácia) je súbor reakcií, ktoré rozkladajú zložité látky na jednoduchšie. V dôsledku energetického metabolizmu sa energia uvoľňuje a ukladá vo forme ATP. Najdôležitejšie procesy energetického metabolizmu sú dýchanie a fermentácia.

Výmena plastov a energie sú neoddeliteľne spojené, pretože v procese výmeny plastov sa syntetizujú organické látky, čo si vyžaduje energiu ATP, a v procese výmeny energie sa organické látky rozkladajú a uvoľňuje sa energia, ktorá sa potom vynaloží na procesy syntézy. .

Organizmy prijímajú energiu v procese výživy, uvoľňujú ju a premieňajú do prístupnej formy najmä pri dýchaní. Podľa spôsobu výživy sa všetky organizmy delia na autotrofy a heterotrofy. Autotrofy schopné nezávisle syntetizovať organické látky z anorganických a heterotrofy používajte výhradne pripravené organické látky.

Etapy energetického metabolizmu

Napriek zložitosti reakcií energetického metabolizmu sa konvenčne delí na tri stupne: prípravný, anaeróbny (bez kyslíka) a aeróbny (kyslíkový).

Zapnuté prípravná fáza molekuly polysacharidov, lipidov, bielkovín, nukleových kyselín sa rozkladajú na jednoduchšie, napr. glukóza, glycerol a mastné kyseliny, aminokyseliny, nukleotidy atď. Toto štádium môže nastať priamo v bunkách alebo v črevách, odkiaľ sa odbúravajú páperové látky sú dodávané cez krvný obeh.

Anaeróbne štádium energetický metabolizmus je sprevádzaný ďalším rozkladom monomérov organických zlúčenín na ešte jednoduchšie medziprodukty, napríklad kyselinu pyrohroznovú alebo pyruvát. Nevyžaduje prítomnosť kyslíka a pre mnohé organizmy žijúce v bahne močiarov či v ľudských črevách je to jediný spôsob získavania energie. Anaeróbne štádium energetického metabolizmu prebieha v cytoplazme.

Rôzne látky môžu podliehať štiepeniu bez kyslíka, ale pomerne často je substrátom reakcií glukóza. Proces jeho bezkyslíkového štiepenia je tzv glykolýza. Pri glykolýze molekula glukózy stráca štyri atómy vodíka, t.j. oxiduje sa a vznikajú dve molekuly kyseliny pyrohroznovej, dve molekuly ATP a dve molekuly redukovaného nosiča vodíka $NADH + H^(+)$:

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP + 2NAD -> 2C_3H_4O_3 + 2ATP + 2NADH + H^(+) + 2H_2O$.

K tvorbe ATP z ADP dochádza v dôsledku priameho prenosu fosfátového aniónu z vopred fosforylovaného cukru a je tzv. fosforylácia substrátu.

Aeróbne štádium výmena energie môže prebiehať len v prítomnosti kyslíka, pričom medziprodukty vznikajúce pri bezkyslíkatom štiepení sa oxidujú na konečné produkty (oxid uhličitý a voda) a uvoľňuje sa väčšina energie uloženej v chemických väzbách organických zlúčenín. Premení sa na energiu vysokoenergetických väzieb 36 molekúl ATP. Táto etapa je tiež tzv tkanivové dýchanie. V neprítomnosti kyslíka sa medziproduktové zlúčeniny premieňajú na iné organické látky, procesom tzv fermentácia.

Dych

Mechanizmus bunkového dýchania je schematicky znázornený na obr.

Aeróbne dýchanie prebieha v mitochondriách, pričom kyselina pyrohroznová najskôr stráca jeden atóm uhlíka, čo je sprevádzané syntézou jedného redukčného ekvivalentu $NADH + H^(+)$ a molekuly acetylkoenzýmu A (acetyl-CoA):

$C_3H_4O_3 + NAD + H~CoA → CH_3CO~CoA + NADH + H^(+) + CO_2$.

Acetyl-CoA v mitochondriálnej matrici je zapojený do reťazca chemických reakcií, ktorých súhrn je tzv. Krebsov cyklus (cyklus trikarboxylovej kyseliny, cyklus kyseliny citrónovej). Počas týchto premien sa vytvoria dve molekuly ATP, acetyl-CoA sa úplne zoxiduje na oxid uhličitý a jeho vodíkové ióny a elektróny sa pridajú k nosičom vodíka $NADH + H^(+)$ a $FADH_2$. Nosiče transportujú vodíkové protóny a elektróny k vnútorným membránam mitochondrií, pričom vytvárajú cristae. Pomocou nosných proteínov sa vodíkové protóny pumpujú do medzimembránového priestoru a elektróny sa prenášajú cez takzvaný dýchací reťazec enzýmov umiestnených na vnútornej membráne mitochondrií a vypúšťajú sa na atómy kyslíka:

$O_2+2e^(-)→O_2^-$.

Treba poznamenať, že niektoré proteíny dýchacieho reťazca obsahujú železo a síru.

Z medzimembránového priestoru sú vodíkové protóny pomocou špeciálnych enzýmov - ATP syntáz transportované späť do mitochondriálnej matrice a uvoľnená energia sa v tomto prípade vynakladá na syntézu 34 molekúl ATP z každej molekuly glukózy. Tento proces sa nazýva Oxidačná fosforylácia. V mitochondriálnej matrici vodíkové protóny reagujú s kyslíkovými radikálmi za vzniku vody:

$4H^(+)+O_2^-→2H_2O$.

Súbor reakcií dýchania kyslíka možno vyjadriť takto:

$2C_3H_4O_3 + 6O_2 + 36H_3PO_4 + 36ADP → 6CO_2 + 38H_2O + 36ATP.$

Celková rovnica dýchania vyzerá takto:

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38H_3PO_4 + 38ADP → 6CO_2 + 40H_2O + 38ATP.$

Fermentácia

Pri nedostatku kyslíka alebo jeho nedostatku nastáva fermentácia. Fermentácia je evolučne skorší spôsob získavania energie ako dýchanie, je však energeticky menej prospešný, pretože kvasením vznikajú organické látky, ktoré sú ešte energeticky bohaté. Existuje niekoľko hlavných typov fermentácie: kyselina mliečna, alkohol, kyselina octová atď. V kostrových svaloch sa teda v neprítomnosti kyslíka počas fermentácie kyselina pyrohroznová redukuje na kyselinu mliečnu, zatiaľ čo predtým vytvorené redukčné ekvivalenty sa spotrebúvajú a iba zostávajú dve molekuly ATP:

$2C_3H_4O_3 + 2NADH + H^(+) → 2C_3H_6O_3 + 2NAD$.

Počas fermentácie pomocou kvasiniek sa kyselina pyrohroznová v prítomnosti kyslíka premieňa na etylalkohol a oxid uhoľnatý (IV):

$C_3H_4O_3 + NADH + H^(+) → C_2H_5OH + CO_2 + NAD^(+)$.

Pri fermentácii pomocou mikroorganizmov môže z kyseliny pyrohroznovej vzniknúť aj kyselina octová, maslová, mravčia atď.

ATP, získaný ako výsledok energetického metabolizmu, sa v bunke vynakladá na rôzne druhy práce: chemickú, osmotickú, elektrickú, mechanickú a regulačnú. Chemická práca zahŕňa biosyntézu bielkovín, lipidov, sacharidov, nukleových kyselín a iných životne dôležitých zlúčenín. Osmotická práca zahŕňa procesy absorpcie bunkou a odstraňovania z nej látok, ktoré sú v extracelulárnom priestore v koncentráciách väčších ako v samotnej bunke. Elektrická práca úzko súvisí s osmotickou prácou, pretože pohybom nabitých častíc cez membrány sa vytvára membránový náboj a získavajú sa vlastnosti excitability a vodivosti. Mechanická práca zahŕňa pohyb látok a štruktúr vo vnútri bunky, ako aj bunky ako celku. Regulačná práca zahŕňa všetky procesy zamerané na koordináciu procesov v bunke.

Fotosyntéza, jej význam, kozmická úloha

Fotosyntéza je proces premeny svetelnej energie na energiu chemických väzieb organických zlúčenín za účasti chlorofylu.

V dôsledku fotosyntézy sa ročne vyprodukuje asi 150 miliárd ton organickej hmoty a približne 200 miliárd ton kyslíka. Tento proces zabezpečuje kolobeh uhlíka v biosfére, bráni hromadeniu oxidu uhličitého a tým zabraňuje skleníkovému efektu a prehrievaniu Zeme. Organické látky vznikajúce v dôsledku fotosyntézy nie sú úplne spotrebované inými organizmami, značná časť z nich v priebehu miliónov rokov vytvorila ložiská nerastných surovín (tvrdé a hnedé uhlie, ropa). V poslednom čase sa ako palivo začína používať aj repkový olej („bionafta“) a alkohol získaný z rastlinných zvyškov. Ozón sa tvorí z kyslíka pod vplyvom elektrických výbojov, ktoré tvoria ozónovú clonu, ktorá chráni všetok život na Zemi pred ničivými účinkami ultrafialových lúčov.

Náš krajan, vynikajúci rastlinný fyziológ K. A. Timiryazev (1843-1920), nazval úlohu fotosyntézy „kozmickou“, pretože spája Zem so Slnkom (vesmír) a zabezpečuje prílev energie na planétu.

Fázy fotosyntézy. Svetlé a tmavé reakcie fotosyntézy, ich vzťah

V roku 1905 anglický fyziológ rastlín F. Blackman zistil, že rýchlosť fotosyntézy sa nemôže zvyšovať donekonečna, nejaký faktor ju obmedzuje. Na základe toho predpokladal, že existujú dve fázy fotosyntézy: svetlo A tmavé. Pri nízkej intenzite svetla sa rýchlosť svetelných reakcií zvyšuje úmerne so zvyšovaním intenzity svetla a navyše tieto reakcie nezávisia od teploty, pretože nevyžadujú výskyt enzýmov. Svetelné reakcie sa vyskytujú na tylakoidných membránach.

Rýchlosť tmavých reakcií sa naopak zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, avšak po dosiahnutí teplotného prahu $30°C$ sa tento nárast zastaví, čo naznačuje enzymatickú povahu týchto transformácií vyskytujúcich sa v stróme. Treba si uvedomiť, že na tmavé reakcie má určitý vplyv aj svetlo, napriek tomu, že sa im hovorí tmavé reakcie.

Svetelná fáza fotosyntézy sa vyskytuje na tylakoidných membránach nesúcich niekoľko typov proteínových komplexov, z ktorých hlavné sú fotosystémy I a II, ako aj ATP syntáza. Medzi fotosystémy patria pigmentové komplexy, ktoré okrem chlorofylu obsahujú aj karotenoidy. Karotenoidy zachytávajú svetlo v oblastiach spektra, kde chlorofyl nie, a tiež chránia chlorofyl pred zničením svetlom s vysokou intenzitou.

Súčasťou fotosystémov je okrem pigmentových komplexov aj množstvo akceptorových proteínov elektrónov, ktoré medzi sebou postupne prenášajú elektróny z molekúl chlorofylu. Sekvencia týchto proteínov je tzv elektrónový transportný reťazec chloroplastov.

S fotosystémom II je spojený aj špeciálny komplex bielkovín, ktorý zabezpečuje uvoľňovanie kyslíka pri fotosyntéze. Tento komplex uvoľňujúci kyslík obsahuje ióny mangánu a chlóru.

IN svetelná fáza svetelné kvantá alebo fotóny, dopadajúce na molekuly chlorofylu umiestnené na membránach tylakoidov, ich prenášajú do excitovaného stavu, vyznačujúceho sa vyššou energiou elektrónov. V tomto prípade sú excitované elektróny z chlorofylu fotosystému I prenesené cez reťazec medzičlánkov na vodíkový nosič NADP, ktorý pripája vodíkové protóny, vždy prítomné vo vodnom roztoku:

$NADP + 2e^(-) + 2H^(+) → NADPH + H^(+)$.

Redukovaný $NADPH + H^(+)$ sa následne použije v tmavom štádiu. Elektróny z chlorofylu fotosystému II sa tiež prenášajú pozdĺž elektrónového transportného reťazca, ale zapĺňajú „elektrónové diery“ chlorofylu fotosystému I. Nedostatok elektrónov v chlorofyle fotosystému II je vyplnený odoberaním molekúl vody, ktoré prebieha za účasti komplexu uvoľňujúceho kyslík, ktorý už bol spomenutý vyššie. V dôsledku rozkladu molekúl vody, ktorý je tzv fotolýza, vznikajú vodíkové protóny a uvoľňuje sa molekulárny kyslík, ktorý je vedľajším produktom fotosyntézy:

$H_20 -> 2H^(+) + 2e^(-) + (1)/(2)0_2$.

Genetická informácia v bunke. Gény, genetický kód a jeho vlastnosti. Maticový charakter biosyntetických reakcií. Biosyntéza bielkovín a nukleových kyselín

Genetická informácia v bunke

Reprodukcia vlastného druhu je jednou zo základných vlastností živých vecí. Vďaka tomuto javu existuje podobnosť nielen medzi organizmami, ale aj medzi jednotlivými bunkami, ako aj ich organelami (mitochondrie a plastidy). Materiálnym základom tejto podobnosti je prenos genetickej informácie zašifrovanej v nukleotidovej sekvencii DNA, ktorý sa uskutočňuje prostredníctvom procesov replikácie DNA (samoduplikácie). Všetky vlastnosti a vlastnosti buniek a organizmov sa realizujú vďaka proteínom, ktorých štruktúra je primárne určená sekvenciou nukleotidov DNA. Preto má biosyntéza nukleových kyselín a proteínov prvoradý význam v metabolických procesoch. Štrukturálnou jednotkou dedičnej informácie je gén.

Gény, genetický kód a jeho vlastnosti

Dedičná informácia v bunke nie je monolitická, je rozdelená na samostatné „slová“ - gény.

Gene je elementárna jednotka genetickej informácie.

Práca na programe „Human Genome“, ktorý prebiehal súčasne vo viacerých krajinách a bol ukončený začiatkom tohto storočia, nám umožnila pochopiť, že človek má len asi 25-30 tisíc génov, ale informácie z väčšiny našej DNA sa nikdy nečíta, pretože obsahuje obrovské množstvo nezmyselných úsekov, opakovaní a génov kódujúcich črty, ktoré pre človeka stratili význam (chvost, ochlpenie na tele atď.). Okrem toho sa podarilo rozlúštiť množstvo génov zodpovedných za vývoj dedičných chorôb, ako aj cieľové gény liečiv. Praktická aplikácia výsledkov získaných pri realizácii tohto programu sa však odkladá, kým sa nerozlúštia genómy viacerých ľudí a neukáže sa, ako sa líšia.

Gény, ktoré kódujú primárnu štruktúru proteínovej, ribozomálnej alebo transferovej RNA, sa nazývajú štrukturálne a gény, ktoré zabezpečujú aktiváciu alebo potlačenie čítania informácií zo štrukturálnych génov - regulačné. Avšak aj štrukturálne gény obsahujú regulačné oblasti.

Dedičná informácia organizmov je zakódovaná v DNA vo forme určitých kombinácií nukleotidov a ich sekvencie - genetický kód. Jeho vlastnosti sú: tripletita, špecifickosť, univerzálnosť, redundancia a neprekrývanie sa. Okrem toho v genetickom kóde nie sú žiadne interpunkčné znamienka.

Každá aminokyselina je v DNA kódovaná tromi nukleotidmi - trojka, napríklad metionín je kódovaný tripletom TAC, to znamená, že kód je triplet. Na druhej strane každý triplet kóduje iba jednu aminokyselinu, čo je jeho špecifickosť alebo jednoznačnosť. Genetický kód je univerzálny pre všetky živé organizmy, to znamená, že dedičnú informáciu o ľudských bielkovinách dokážu prečítať baktérie a naopak. To naznačuje jednotu pôvodu organického sveta. Avšak 64 kombinácií troch nukleotidov zodpovedá iba 20 aminokyselinám, v dôsledku čoho môže byť jedna aminokyselina kódovaná 2-6 tripletmi, to znamená, že genetický kód je nadbytočný alebo degenerovaný. Tri triplety nemajú zodpovedajúce aminokyseliny, sú tzv stop kodóny, pretože označujú koniec syntézy polypeptidového reťazca.

Sekvencia báz v DNA tripletoch a aminokyseliny, ktoré kódujú

*Stop kodón označujúci koniec syntézy polypeptidového reťazca.

Skratky pre názvy aminokyselín:

Ala - alanín

Arg - arginín

Asn - asparagín

Asp - kyselina asparágová

Val - valín

Jeho - histidín

Gly - glycín

Gln - glutamín

Glu - kyselina glutámová

Ile - izoleucín

Leu - leucín

Liz - lyzín

pervitín - metionín

Pro - prolín

Ser - serín

Tyr - tyrozín

Tre - treonín

Tri - tryptofán

Fen - fenylalanín

Cis - cysteín

Ak začnete čítať genetickú informáciu nie z prvého nukleotidu v triplete, ale z druhého, tak sa nielen posunie čítací rámec, ale takto syntetizovaný proteín bude úplne odlišný nielen v sekvencii nukleotidov, ale aj v štruktúru a vlastnosti. Medzi trojčatami nie sú žiadne interpunkčné znamienka, takže neexistujú žiadne prekážky pri posúvaní čítacieho rámca, čím sa otvára priestor pre výskyt a udržiavanie mutácií.

Maticový charakter biosyntetických reakcií

Bakteriálne bunky sú schopné zdvojnásobiť sa každých 20-30 minút a eukaryotické bunky - každý deň a ešte častejšie, čo si vyžaduje vysokú rýchlosť a presnosť replikácie DNA. Okrem toho každá bunka obsahuje stovky a tisíce kópií mnohých proteínov, najmä enzýmov, preto je „kusový“ spôsob ich výroby pre ich reprodukciu neprijateľný. Progresívnejšou metódou je razenie, ktoré umožňuje získať početné presné kópie produktu a tiež znížiť jeho náklady. Na razenie je potrebná matrica, z ktorej sa vytvára odtlačok.

Princíp syntézy templátu v bunkách spočíva v tom, že nové molekuly proteínov a nukleových kyselín sa syntetizujú v súlade s programom zabudovaným do štruktúry už existujúcich molekúl rovnakých nukleových kyselín (DNA alebo RNA).

Biosyntéza bielkovín a nukleových kyselín

replikácia DNA. DNA je dvojvláknový biopolymér, ktorého monoméry sú nukleotidy. Ak by biosyntéza DNA prebiehala na princípe fotokopírovania, potom by nevyhnutne vznikli početné skreslenia a chyby v dedičnej informácii, ktoré by v konečnom dôsledku viedli k smrti nových organizmov. Preto proces zdvojenia DNA prebieha inak, polokonzervatívnym spôsobom: molekula DNA sa rozvinie a na každom z reťazcov sa syntetizuje nový reťazec podľa princípu komplementarity. Proces samoreprodukcie molekuly DNA, zabezpečujúci presné kopírovanie dedičnej informácie a jej prenos z generácie na generáciu, je tzv. replikácie(z lat. replikácie- opakovanie). V dôsledku replikácie sa vytvoria dve absolútne presné kópie materskej molekuly DNA, z ktorých každá nesie jednu kópiu materskej molekuly DNA.

Replikačný proces je v skutočnosti mimoriadne zložitý, keďže sa na ňom podieľa množstvo proteínov. Niektoré z nich rozvinú dvojitú špirálu DNA, iné prerušia vodíkové väzby medzi nukleotidmi komplementárnych reťazcov, iné (napríklad enzým DNA polymeráza) vyberú nové nukleotidy na princípe komplementarity atď. Dve molekuly DNA vytvorené ako výsledok replikácie sa počas delenia rozchádza na dve novovzniknuté dcérske bunky.

Chyby v procese replikácie sa vyskytujú veľmi zriedkavo, ale ak sa vyskytnú, sú veľmi rýchlo eliminované DNA polymerázami aj špeciálnymi opravnými enzýmami, pretože akákoľvek chyba v nukleotidovej sekvencii môže viesť k nezvratnej zmene štruktúry a funkcií proteínu. a v konečnom dôsledku nepriaznivo ovplyvňujú životaschopnosť novej bunky alebo dokonca jedinca.

Biosyntéza bielkovín. Ako obrazne povedal vynikajúci filozof 19. storočia F. Engels: „Život je formou existencie proteínových tiel.“ Štruktúra a vlastnosti proteínových molekúl sú určené ich primárnou štruktúrou, t.j. sekvenciou aminokyselín kódovaných v DNA. Od presnosti reprodukcie tejto informácie závisí nielen existencia samotného polypeptidu, ale aj fungovanie bunky ako celku, takže proces syntézy bielkovín má veľký význam. Zdá sa, že ide o najkomplexnejší proces syntézy v bunke, pretože zahŕňa až tristo rôznych enzýmov a iných makromolekúl. Navyše prúdi vysokou rýchlosťou, čo si vyžaduje ešte väčšiu presnosť.

V biosyntéze proteínov existujú dve hlavné fázy: transkripcia a translácia.

Prepis(z lat. prepis- prepisovanie) je biosyntéza molekúl mRNA na matrici DNA.

Keďže molekula DNA obsahuje dva antiparalelné reťazce, čítanie informácií z oboch reťazcov by viedlo k vytvoreniu úplne odlišných mRNA, preto je ich biosyntéza možná len na jednom z reťazcov, ktorý sa nazýva kódovací, alebo kodogénny, na rozdiel od druhého, nekódujúce alebo nekodogénne. Proces prepisovania zabezpečuje špeciálny enzým RNA polymeráza, ktorý vyberá RNA nukleotidy podľa princípu komplementarity. Tento proces sa môže vyskytnúť tak v jadre, ako aj v organelách, ktoré majú vlastnú DNA - mitochondrie a plastidy.

Molekuly mRNA syntetizované počas transkripcie prechádzajú zložitým procesom prípravy na transláciu (mitochondriálne a plastidové mRNA môžu zostať vo vnútri organel, kde nastáva druhá fáza biosyntézy bielkovín). Počas procesu dozrievania mRNA sa na ňu naviažu prvé tri nukleotidy (AUG) a chvost adenylových nukleotidov, ktorých dĺžka určuje, koľko kópií proteínu je možné syntetizovať na danej molekule. Až potom zrelé mRNA opúšťajú jadro cez jadrové póry.

Paralelne prebieha proces aktivácie aminokyselín v cytoplazme, počas ktorého sa aminokyselina spája so zodpovedajúcou voľnou tRNA. Tento proces je katalyzovaný špeciálnym enzýmom a vyžaduje ATP.

Vysielanie(z lat. vysielať- prenos) je biosyntéza polypeptidového reťazca na matrici mRNA, počas ktorej sa genetická informácia prekladá do sekvencie aminokyselín polypeptidového reťazca.

Druhá fáza syntézy proteínov sa najčastejšie vyskytuje v cytoplazme, napríklad na hrubom ER. Pre jeho výskyt je nevyhnutná prítomnosť ribozómov, aktivácia tRNA, počas ktorej pripájajú zodpovedajúce aminokyseliny, prítomnosť Mg2+ iónov, ako aj optimálne podmienky prostredia (teplota, pH, tlak a pod.).

Ak chcete spustiť vysielanie ( zasvätenie) malá ribozomálna podjednotka sa pripojí k molekule mRNA pripravenej na syntézu a potom sa podľa princípu komplementarity k prvému kodónu (AUG) vyberie tRNA nesúca aminokyselinu metionín. Až potom sa pripojí veľká ribozomálna podjednotka. V rámci zostaveného ribozómu sú dva kodóny mRNA, z ktorých prvý je už obsadený. Druhá tRNA, ktorá tiež nesie aminokyselinu, sa pridá ku kodónu, ktorý s ňou susedí, a potom sa pomocou enzýmov vytvorí peptidová väzba medzi aminokyselinovými zvyškami. Ribozóm presúva jeden kodón mRNA; prvá tRNA uvoľnená z aminokyseliny sa vracia do cytoplazmy po ďalšej aminokyseline a fragment budúceho polypeptidového reťazca visí akoby na zostávajúcej tRNA. Ďalšia tRNA sa pripojí k novému kodónu, ktorý sa ocitne v ribozóme, proces sa opakuje a krok za krokom sa polypeptidový reťazec predlžuje, t.j. predĺženie.

Koniec syntézy bielkovín ( ukončenie) sa vyskytuje hneď, ako sa v molekule mRNA stretne špecifická nukleotidová sekvencia, ktorá nekóduje aminokyselinu (stop kodón). Potom sa ribozóm, mRNA a polypeptidový reťazec oddelia a novosyntetizovaný proteín získa príslušnú štruktúru a je transportovaný do časti bunky, kde bude vykonávať svoje funkcie.

Translácia je energeticky veľmi náročný proces, pretože energia jednej molekuly ATP sa spotrebuje na pripojenie jednej aminokyseliny k tRNA a niekoľko ďalších sa používa na pohyb ribozómu pozdĺž molekuly mRNA.

Na urýchlenie syntézy určitých proteínových molekúl sa môže na molekulu mRNA postupne pripojiť niekoľko ribozómov, ktoré tvoria jednu štruktúru - polyzóm.

Bunka je genetická jednotka živej veci. Chromozómy, ich štruktúra (tvar a veľkosť) a funkcie. Počet chromozómov a ich druhová stálosť. Somatické a zárodočné bunky. Životný cyklus bunky: interfáza a mitóza. Mitóza je delenie somatických buniek. meióza. Fázy mitózy a meiózy. Vývoj zárodočných buniek u rastlín a živočíchov. Bunkové delenie je základom pre rast, vývoj a rozmnožovanie organizmov. Úloha meiózy a mitózy

Bunka je genetická jednotka živej veci.

Napriek tomu, že nukleové kyseliny sú nositeľmi genetickej informácie, implementácia tejto informácie je mimo bunky nemožná, čo sa dá ľahko dokázať na príklade vírusov. Tieto organizmy, ktoré často obsahujú len DNA alebo RNA, sa nedokážu samostatne rozmnožovať, na to musia využiť dedičný aparát bunky. Nedokážu ani preniknúť do bunky bez pomoci samotnej bunky, s výnimkou použitia membránových transportných mechanizmov alebo v dôsledku poškodenia bunky. Väčšina vírusov je nestabilná, umierajú už po niekoľkých hodinách vystavenia na čerstvom vzduchu. Bunka je teda genetická jednotka živej bytosti, ktorá má minimálny súbor komponentov na uchovávanie, zmenu a implementáciu dedičnej informácie, ako aj jej prenos na potomkov.

Väčšina genetickej informácie eukaryotickej bunky sa nachádza v jadre. Zvláštnosťou jej organizácie je, že na rozdiel od DNA prokaryotickej bunky nie sú molekuly DNA eukaryot uzavreté a tvoria zložité komplexy s proteínmi – chromozómami.

Chromozómy, ich štruktúra (tvar a veľkosť) a funkcie

Chromozóm(z gréčtiny chróm- farba, sfarbenie a soma- telo) je štruktúra bunkového jadra, ktorá obsahuje gény a nesie určité dedičné informácie o vlastnostiach a vlastnostiach organizmu.

Niekedy sa kruhové molekuly DNA prokaryotov nazývajú aj chromozómy. Chromozómy sú schopné autoduplikácie, majú štrukturálnu a funkčnú individualitu a zachovávajú si ju po celé generácie. Každá bunka nesie všetky dedičné informácie tela, no funguje v nej len malá časť.

Základom chromozómu je dvojvláknová molekula DNA nabitá proteínmi. U eukaryotov interagujú histónové a nehistónové proteíny s DNA, zatiaľ čo u prokaryotov histónové proteíny chýbajú.

Chromozómy sú najlepšie viditeľné pod svetelným mikroskopom počas delenia buniek, keď v dôsledku zhutnenia nadobúdajú vzhľad tyčovitých teliesok oddelených primárnym zúžením - centroméra — na ramenách. Na chromozóme môže byť tiež sekundárne zúženie, ktorý v niektorých prípadoch oddeľuje tzv satelit. Konce chromozómov sa nazývajú teloméry. Teloméry zabraňujú zlepeniu koncov chromozómov a zabezpečujú ich pripojenie k jadrovej membráne v nedeliacej sa bunke. Na začiatku delenia sú chromozómy zdvojené a pozostávajú z dvoch dcérskych chromozómov - chromatid, upevnený na centromére.

Podľa tvaru sa chromozómy delia na rovnoramenné, nerovnoramenné a tyčinkovité chromozómy. Veľkosti chromozómov sa výrazne líšia, ale priemerný chromozóm má rozmery 5 $ × $ 1,4 mikrónov.

V niektorých prípadoch chromozómy v dôsledku početných duplikácií DNA obsahujú stovky a tisíce chromatidov: takéto obrovské chromozómy sa nazývajú polyetylén. Nachádzajú sa v slinných žľazách lariev Drosophila, ako aj v tráviacich žľazách škrkaviek.

Počet chromozómov a ich druhová stálosť. Somatické a zárodočné bunky

Podľa bunkovej teórie je bunka jednotkou štruktúry, životnej činnosti a vývoja organizmu. Na bunkovej úrovni sú teda zabezpečené také dôležité funkcie živých vecí, ako je rast, reprodukcia a vývoj organizmu. Bunky mnohobunkových organizmov možno rozdeliť na somatické a reprodukčné bunky.

Somatické bunky- sú to všetky bunky tela vytvorené ako výsledok mitotického delenia.

Štúdium chromozómov umožnilo zistiť, že somatické bunky tela každého biologického druhu sa vyznačujú konštantným počtom chromozómov. Napríklad človek ich má 46. Súbor chromozómov somatických buniek je tzv diploidný(2n), alebo dvojité.

Pohlavné bunky, alebo gaméty, sú špecializované bunky používané na sexuálne rozmnožovanie.

Gaméty obsahujú vždy o polovicu menej chromozómov ako somatické bunky (u ľudí - 23), preto sa súbor chromozómov zárodočných buniek nazýva tzv. haploidný(n), alebo slobodný. Jeho tvorba je spojená s delením meiotických buniek.

Množstvo DNA v somatických bunkách je označené ako 2c a v pohlavných bunkách - 1c. Genetický vzorec somatických buniek je napísaný ako 2n2c a sexuálnych buniek - 1n1c.

V jadrách niektorých somatických buniek sa počet chromozómov môže líšiť od ich počtu v somatických bunkách. Ak je tento rozdiel väčší ako jedna, dve, tri atď. haploidné množiny, potom sa takéto bunky nazývajú polyploidný(tri-, tetra-, pentaploid, v tomto poradí). V takýchto bunkách zvyčajne prebiehajú metabolické procesy veľmi intenzívne.

Počet chromozómov sám o sebe nie je druhovo špecifickým znakom, pretože rôzne organizmy môžu mať rovnaký počet chromozómov, ale príbuzné môžu mať rôzny počet. Napríklad malarické plazmodium a škrkavka konská majú každý dva chromozómy, zatiaľ čo ľudia a šimpanzy majú 46 a 48.

Ľudské chromozómy sú rozdelené do dvoch skupín: autozómy a pohlavné chromozómy (heterochromozómy). Autosome v ľudských somatických bunkách je 22 párov, sú rovnaké pre mužov a ženy, a pohlavné chromozómy len jeden pár, ale práve ten určuje pohlavie jedinca. Existujú dva typy pohlavných chromozómov - X a Y. Bunky ženského tela nesú dva chromozómy X a mužské - X a Y.

karyotyp- ide o súbor vlastností chromozómovej sady organizmu (počet chromozómov, ich tvar a veľkosť).

Podmienený záznam karyotypu zahŕňa celkový počet chromozómov, pohlavných chromozómov a možné odchýlky v sade chromozómov. Napríklad karyotyp normálneho muža sa zapíše ako 46, XY a karyotyp normálnej ženy je 46, XX.

Životný cyklus bunky: interfáza a mitóza

Bunky nevznikajú zakaždým nanovo, vznikajú až v dôsledku delenia materských buniek. Dcérske bunky po rozdelení potrebujú určitý čas na vytvorenie organel a získanie vhodnej štruktúry, ktorá by zabezpečila výkon špecifickej funkcie. Toto časové obdobie sa nazýva zrenia.

Nazýva sa časový úsek od objavenia sa bunky v dôsledku delenia až po jej rozdelenie alebo smrť životný cyklus bunky.

V eukaryotických bunkách je životný cyklus rozdelený na dve hlavné fázy: interfázu a mitózu.

Medzifáza- ide o časový úsek životného cyklu, počas ktorého sa bunka nedelí a funguje normálne. Interfáza je rozdelená do troch periód: G 1 -, S- a G 2 - periódy.

G1 -obdobie(presyntetické, postmitotické) je obdobie bunkového rastu a vývoja, počas ktorého dochádza k aktívnej syntéze RNA, proteínov a ďalších látok potrebných na úplnú podporu života novovytvorenej bunky. Ku koncu tohto obdobia sa bunka môže začať pripravovať na duplikáciu svojej DNA.

IN S-obdobie(syntetické) dochádza k samotnému procesu replikácie DNA. Jedinou časťou chromozómu, ktorá neprechádza replikáciou, je centroméra, takže výsledné molekuly DNA sa úplne nerozchádzajú, ale zostávajú v nej držané pohromade a na začiatku delenia má chromozóm vzhľad v tvare X. Genetický vzorec bunky po zdvojnásobení DNA je 2n4c. Aj v S-období sú centrioly bunkového centra zdvojené.

G2 -obdobie(postsyntetický, premitotický) sa vyznačuje intenzívnou syntézou RNA, proteínov a ATP nevyhnutných pre proces bunkového delenia, ako aj separáciu centriol, mitochondrií a plastidov. Až do konca interfázy zostáva chromatín a jadierko jasne rozlíšiteľné, integrita jadrového obalu nie je narušená a organely sa nemenia.

Niektoré z telesných buniek sú schopné vykonávať svoje funkcie počas celého života tela (neuróny nášho mozgu, svalové bunky srdca), iné existujú len krátky čas, po ktorom odumierajú (bunky črevného epitelu, epidermálne bunky koža). V dôsledku toho musí telo neustále podstupovať procesy delenia buniek a tvorby nových, ktoré by nahradili odumreté. Bunky schopné deliť sa tzv stonka. V ľudskom tele sa nachádzajú v červenej kostnej dreni, v hlbokých vrstvách epidermis kože a na iných miestach. Pomocou týchto buniek môžete pestovať nový orgán, dosiahnuť omladenie a tiež klonovať telo. Perspektívy použitia kmeňových buniek sú úplne jasné, ale o morálnych a etických aspektoch tohto problému sa stále diskutuje, pretože vo väčšine prípadov sa používajú embryonálne kmeňové bunky získané z ľudských embryí usmrtených pri potrate.

Trvanie interfázy v rastlinných a živočíšnych bunkách je v priemere 10-20 hodín, zatiaľ čo mitóza trvá asi 1-2 hodiny.

Počas postupných delení v mnohobunkových organizmoch sa dcérske bunky stávajú čoraz rozmanitejšími, pretože čítajú informácie z rastúceho počtu génov.

Niektoré bunky sa časom prestanú deliť a odumierajú, čo môže byť spôsobené dokončením určitých funkcií, ako v prípade epidermálnych kožných buniek a krviniek, alebo poškodením týchto buniek environmentálnymi faktormi, najmä patogénmi. Geneticky naprogramovaná bunková smrť je tzv apoptóza, zatiaľ čo náhodná smrť - nekróza.

Mitóza je delenie somatických buniek. Fázy mitózy

Mitóza- metóda nepriameho delenia somatických buniek.

Počas mitózy bunka prechádza sériou po sebe nasledujúcich fáz, v dôsledku ktorých každá dcérska bunka dostane rovnakú sadu chromozómov ako materská bunka.

Mitóza je rozdelená do štyroch hlavných fáz: profáza, metafáza, anafáza a telofáza. Profáza- najdlhšia fáza mitózy, počas ktorej kondenzuje chromatín, výsledkom čoho sú chromozómy v tvare X pozostávajúce z dvoch chromatíd (dcérskych chromozómov), ktoré sa stávajú viditeľnými. V tomto prípade nukleolus zmizne, centrioly sa rozchádzajú k pólom bunky a z mikrotubulov sa začne vytvárať achromatínové vreteno (deliace vreteno). Na konci profázy sa jadrová membrána rozpadne na samostatné vezikuly.

IN metafáza Chromozómy sú usporiadané pozdĺž rovníka bunky so svojimi centromérmi, ku ktorým sú pripojené mikrotubuly plne vytvoreného vretienka. V tomto štádiu delenia sú chromozómy najviac zhutnené a majú charakteristický tvar, ktorý umožňuje študovať karyotyp.

IN anafázy Rýchla replikácia DNA nastáva v centroméroch, v dôsledku čoho sú chromozómy rozdelené a chromatidy sa rozchádzajú k pólom bunky, natiahnuté mikrotubulmi. Distribúcia chromatidov musí byť úplne rovnaká, pretože práve tento proces zabezpečuje udržanie konštantného počtu chromozómov v bunkách tela.

Na pódiu telofázy dcérske chromozómy sa zhromažďujú na póloch, despirujú, z vezikúl sa okolo nich vytvárajú jadrové membrány a v novovzniknutých jadrách sa objavujú jadierka.

Po jadrovom delení nastáva cytoplazmatické delenie - cytokinéza, pri ktorej dochádza k viac-menej rovnomernej distribúcii všetkých organel materskej bunky.

V dôsledku mitózy sa teda z jednej materskej bunky vytvoria dve dcérske bunky, z ktorých každá je genetickou kópiou materskej bunky (2n2c).

V chorých, poškodených, starnúcich bunkách a špecializovaných tkanivách tela môže nastať trochu iný proces delenia – amitóza. Amitóza nazývané priame delenie eukaryotických buniek, pri ktorom nedochádza k tvorbe geneticky ekvivalentných buniek, keďže bunkové zložky sú rozložené nerovnomerne. Nachádza sa v rastlinách v endosperme a u zvierat - v pečeni, chrupavke a rohovke oka.

meióza. Fázy meiózy

meióza je metóda nepriameho delenia primárnych zárodočných buniek (2n2c), ktorého výsledkom je vznik haploidných buniek (1n1c), najčastejšie zárodočných buniek.

Na rozdiel od mitózy pozostáva meióza z dvoch po sebe nasledujúcich bunkových delení, z ktorých každému predchádza interfáza. Prvé delenie meiózy (meióza I) sa nazýva redukcionistický, pretože v tomto prípade je počet chromozómov polovičný a druhé delenie (meióza II) - rovnicové, keďže pri jeho procese sa zachováva počet chromozómov.

Medzifáza I prebieha ako medzifáza mitózy. Meióza I je rozdelená do štyroch fáz: profáza I, metafáza I, anafáza I a telofáza I. B profáza I Vyskytujú sa dva dôležité procesy: konjugácia a kríženie. Konjugácia- Ide o proces fúzie homológnych (párových) chromozómov po celej dĺžke. Páry chromozómov vytvorené počas konjugácie sú zachované až do konca metafázy I.

Prejsť- vzájomná výmena homológnych oblastí homológnych chromozómov. V dôsledku kríženia získajú chromozómy prijaté telom od oboch rodičov nové kombinácie génov, čo spôsobuje výskyt geneticky rôznorodých potomkov. Na konci profázy I, ako pri profáze mitózy, jadierko zmizne, centrioly sa rozchádzajú k pólom bunky a jadrová membrána sa rozpadne.

IN metafáza I páry chromozómov sú zarovnané pozdĺž rovníka bunky a k ich centromérom sú pripojené vretienkové mikrotubuly.

IN anafáza I Celé homológne chromozómy pozostávajúce z dvoch chromatidov sa rozchádzajú k pólom.

IN telofáza I Okolo zhlukov chromozómov na póloch bunky sa vytvárajú jadrové membrány a vytvárajú sa jadierka.

Cytokinéza I zabezpečuje separáciu cytoplazmy dcérskych buniek.

Dcérske bunky (1n2c) vytvorené ako výsledok meiózy I sú geneticky heterogénne, pretože ich chromozómy, náhodne rozptýlené na póloch buniek, obsahujú rôzne gény.

Porovnávacie charakteristiky mitózy a meiózy

Podpísať	Mitóza	meióza
Ktoré bunky sa začínajú deliť?	somatické (2n)	Primárne zárodočné bunky (2n)
Počet divízií	1	2
Koľko a aké bunky sa tvoria pri delení?	2 somatické (2n)	4 sexuálne (n)
Medzifáza		Príprava bunky na delenie, zdvojnásobenie DNA	Veľmi krátke, k zdvojeniu DNA nedochádza
Fázy		Meióza I	Meióza II
Profáza		Môže dôjsť ku kondenzácii chromozómov, vymiznutiu jadierka, rozpadu jadrovej membrány, konjugácii a kríženiu	Kondenzácia chromozómov, vymiznutie jadierka, rozpad jadrovej membrány
Metafáza		Páry chromozómov sú umiestnené pozdĺž rovníka, tvorí sa vreteno	Chromozómy sa zoradia pozdĺž rovníka, vytvorí sa vreteno
Anaphase		Homologické chromozómy z dvoch chromatidov sa pohybujú smerom k pólom	Chromatidy sa pohybujú smerom k pólom
Telofáza		Chromozómy despirujú, tvoria sa nové jadrové membrány a jadierka	Chromozómy despirujú, tvoria sa nové jadrové membrány a jadierka

Medzifáza II veľmi krátka, keďže v nej nedochádza k zdvojovaniu DNA, čiže neexistuje žiadna S-perióda.

Meióza II tiež rozdelené do štyroch fáz: profáza II, metafáza II, anafáza II a telofáza II. IN profáza II prebiehajú rovnaké procesy ako v profáze I, s výnimkou konjugácie a kríženia.

IN metafáza II chromozómy sú umiestnené pozdĺž rovníka bunky.

IN anafáza II chromozómy sú rozdelené na centroméroch a chromatidy sú natiahnuté smerom k pólom.

IN telofáza II Jadrové membrány a jadierka sa tvoria okolo zhlukov dcérskych chromozómov.

Po cytokinéza II Genetický vzorec všetkých štyroch dcérskych buniek je 1n1c, ale všetky majú odlišnú sadu génov, ktorá je výsledkom kríženia a náhodnej kombinácie chromozómov materských a otcovských organizmov v dcérskych bunkách.

Vývoj zárodočných buniek u rastlín a živočíchov

Gametogenéza(z gréčtiny gaméta- manželka, gaméty- manžel a genéza- vznik, vznik) je proces tvorby zrelých zárodočných buniek.

Keďže sexuálna reprodukcia si najčastejšie vyžaduje dvoch jedincov - samicu a muža, ktorí produkujú rôzne pohlavné bunky - vajíčka a spermie, potom musia byť procesy tvorby týchto gamét odlišné.

Povaha procesu do značnej miery závisí od toho, či sa vyskytuje v rastlinnej alebo živočíšnej bunke, pretože v rastlinách dochádza iba k mitóze pri tvorbe gamét a u zvierat dochádza k mitóze aj meióze.

Vývoj zárodočných buniek v rastlinách. U krytosemenných rastlín dochádza k tvorbe samčích a samičích reprodukčných buniek v rôznych častiach kvetu - tyčinkách a piestikoch.

Pred vytvorením mužských reprodukčných buniek - mikrogametogenéza(z gréčtiny mikr- malý) - stane sa mikrosporogenéza, teda tvorbu mikrospór v prašníkoch tyčiniek. Tento proces je spojený s meiotickým delením materskej bunky, ktorého výsledkom sú štyri haploidné mikrospóry. Mikrogametogenéza je spojená s mitotickým delením mikrospóry, pričom samčí gametofyt z dvoch buniek - veľký vegetatívny(sifonogénne) a plytké generatívne. Po rozdelení sa samčí gametofyt pokryje hustými membránami a vytvorí peľové zrno. V niektorých prípadoch sa generatívna bunka mitoticky delí aj počas procesu dozrievania peľu a niekedy až po prenesení na bliznu piestika a vytvoria sa dve nepohyblivé samčie zárodočné bunky - spermie. Po opelení sa z vegetatívnej bunky vytvorí peľová trubica, cez ktorú prenikajú spermie do vaječníka piestika na oplodnenie.

Vývoj samičích zárodočných buniek v rastlinách je tzv megagametogenéza(z gréčtiny megas- veľký). Vyskytuje sa vo vaječníku piestika, ktorému predchádza o megasporogenéza, v dôsledku čoho sa z materskej bunky megaspóry ležiacej v jadre meiotickým delením vytvoria štyri megaspóry. Jedna z megaspór sa mitoticky delí trikrát, čím sa získa ženský gametofyt – embryonálny vak s ôsmimi jadrami. Následným oddelením cytoplazmy dcérskych buniek sa z jednej z výsledných buniek stane vajíčko, po stranách ktorého ležia takzvané synergidy, na opačnom konci embryového vaku sa vytvoria tri antipódy a v strede , v dôsledku splynutia dvoch haploidných jadier vzniká diploidná centrálna bunka.

Vývoj zárodočných buniek u zvierat. U zvierat existujú dva procesy tvorby zárodočných buniek - spermatogenéza a oogenéza.

Spermatogenéza(z gréčtiny spermie, spermie- osivo a genéza- vznik, výskyt) je proces tvorby zrelých mužských zárodočných buniek - spermií. U ľudí sa vyskytuje v semenníkoch alebo semenníkoch a delí sa na štyri obdobia: rozmnožovanie, rast, dozrievanie a formovanie.

IN obdobie rozmnožovania primordiálne zárodočné bunky sa delia mitoticky, výsledkom čoho je vznik diploidov spermatogónie. IN obdobie rastu spermatogónie akumulujú živiny v cytoplazme, zväčšujú sa a menia sa na primárne spermatocyty, alebo spermatocyty 1. rádu. Až potom vstúpia do meiózy ( obdobie dozrievania), v dôsledku čoho vznikajú prvé dve sekundárny spermatocyt, alebo spermatocyt 2. rádu a potom - štyri haploidné bunky so stále dosť veľkým množstvom cytoplazmy - spermatidy. IN formačné obdobie stratia takmer všetku cytoplazmu a vytvoria bičík, ktorý sa zmení na spermie.

Spermie, alebo živí, - veľmi malé mobilné samčie reprodukčné bunky s hlavou, krkom a chvostom.

IN hlavu, okrem jadra, je akrozóm- modifikovaný Golgiho komplex, ktorý zabezpečuje rozpustenie vajíčok pri oplodnení. IN krčka maternice sú centrioly bunkového centra a základne konský chvost tvoria mikrotubuly, ktoré priamo podporujú pohyb spermií. Obsahuje tiež mitochondrie, ktoré poskytujú spermiám energiu ATP na pohyb.

Oogenéza(z gréčtiny OSN- vajcia a genéza- vznik, výskyt) je proces tvorby zrelých samičích zárodočných buniek - vajíčok. U ľudí sa vyskytuje vo vaječníkoch a pozostáva z troch období: rozmnožovania, rastu a dozrievania. Obdobia reprodukcie a rastu, podobné ako pri spermatogenéze, sa vyskytujú počas vnútromaternicového vývoja. V tomto prípade sa diploidné bunky tvoria z primárnych zárodočných buniek v dôsledku mitózy. oogónia, ktoré sa potom menia na diploidné primárne oocyty, alebo oocyty 1. rádu. Meióza a následná cytokinéza vyskytujúca sa v obdobie dozrievania, sa vyznačujú nerovnomerným delením cytoplazmy materskej bunky, takže v dôsledku toho sa najskôr získa sekundárny oocyt, alebo Oocyt 2. rádu, A prvé polárne teleso, a potom zo sekundárneho oocytu - vajíčka, ktoré si zachováva celú zásobu živín, a druhého polárneho telieska, pričom prvé polárne teliesko je rozdelené na dve časti. Polárne telesá pohlcujú nadbytočný genetický materiál.

U ľudí sa vajcia produkujú s intervalom 28-29 dní. Cyklus spojený s dozrievaním a uvoľňovaním vajíčok sa nazýva menštruačný.

Vajcia- veľká ženská reprodukčná bunka, ktorá nesie nielen haploidnú sadu chromozómov, ale aj významný prísun živín pre následný vývoj embrya.

Vajíčko u cicavcov je pokryté štyrmi membránami, ktoré znižujú pravdepodobnosť poškodenia rôznymi faktormi. Priemer vajíčka u ľudí dosahuje 150-200 mikrónov, zatiaľ čo u pštrosa to môže byť niekoľko centimetrov.

Bunkové delenie je základom pre rast, vývoj a rozmnožovanie organizmov. Úloha mitózy a meiózy

Ak v jednobunkových organizmoch vedie delenie buniek k zvýšeniu počtu jedincov, t. j. k reprodukcii, potom v mnohobunkových organizmoch môže mať tento proces rôzne významy. Rozdelenie embryonálnych buniek počnúc zygotou je teda biologickým základom vzájomne prepojených procesov rastu a vývoja. Podobné zmeny pozorujeme u ľudí v období dospievania, kedy sa počet buniek nielen zvyšuje, ale dochádza aj ku kvalitatívnej zmene v organizme. Rozmnožovanie mnohobunkových organizmov je založené aj na delení buniek, napríklad pri nepohlavnom rozmnožovaní sa vďaka tomuto procesu obnovuje celá časť organizmu a pri pohlavnom rozmnožovaní v procese gametogenézy vznikajú pohlavné bunky, ktoré následne viesť k vzniku nového organizmu. Je potrebné poznamenať, že hlavné metódy delenia eukaryotickej bunky - mitóza a meióza - majú v životných cykloch organizmov rôzny význam.

V dôsledku mitózy dochádza k rovnomernému rozdeleniu dedičného materiálu medzi dcérske bunky – presné kópie matky. Bez mitózy by existencia a rast mnohobunkových organizmov vyvíjajúcich sa z jedinej bunky, zygoty, bola nemožná, pretože všetky bunky takýchto organizmov musia obsahovať rovnakú genetickú informáciu.

Počas procesu delenia sa dcérske bunky stávajú čoraz rozmanitejšími v štruktúre a funkciách, čo súvisí s aktiváciou stále nových a nových skupín génov v nich v dôsledku medzibunkovej interakcie. Mitóza je teda nevyhnutná pre vývoj organizmu.

Tento spôsob delenia buniek je nevyhnutný pre procesy nepohlavného rozmnožovania a regenerácie (obnovy) poškodených tkanív, ako aj orgánov.

Meióza zase zabezpečuje stálosť karyotypu počas sexuálneho rozmnožovania, pretože pred pohlavným rozmnožovaním rozdeľuje sadu chromozómov na polovicu, ktorá sa potom obnoví v dôsledku oplodnenia. Okrem toho meióza vedie k vzniku nových kombinácií rodičovských génov v dôsledku kríženia a náhodnej kombinácie chromozómov v dcérskych bunkách. Vďaka tomu sa potomstvo ukazuje ako geneticky rôznorodé, čo poskytuje materiál pre prirodzený výber a je materiálnym základom pre evolúciu. Zmena počtu, tvaru a veľkosti chromozómov môže na jednej strane viesť k vzniku rôznych odchýlok vo vývoji organizmu až k jeho smrti a na druhej strane môže viesť k objaveniu sa jedincov viac prispôsobené prostrediu.

Bunka je teda jednotkou rastu, vývoja a reprodukcie organizmov.

Tretím štádiom evolúcie je vzhľad bunky.
Molekuly bielkovín a nukleových kyselín (DNA a RNA) tvoria biologickú bunku, najmenšiu jednotku živých vecí. Biologické bunky sú „stavebnými kameňmi“ všetkých živých organizmov a obsahujú všetky materiálne kódy vývoja.
Vedci dlho považovali bunkovú štruktúru za mimoriadne jednoduchú. Sovietsky encyklopedický slovník interpretuje pojem bunky takto: „Bunka je elementárny živý systém, základ štruktúry a životnej činnosti všetkých živočíchov a rastlín. Treba si uvedomiť, že pojem „elementárny“ v žiadnom prípade neznamená „najjednoduchší“. Naopak, bunka je jedinečným fraktálovým Božím stvorením, ktoré zaujme svojou komplexnosťou a zároveň výnimočnou koherenciou práce všetkých jej prvkov. .
Keď sa nám pomocou elektrónového mikroskopu podarilo nahliadnuť dovnútra, ukázalo sa, že štruktúra najjednoduchšej bunky je rovnako zložitá a nepochopiteľná ako samotný Vesmír. Dnes sa už zistilo, že „bunka je špeciálna záležitosť vesmíru, špeciálna záležitosť kozmu“. Jedna jediná bunka obsahuje informácie, ktoré môžu byť obsiahnuté iba v niekoľkých desiatkach tisíc zväzkov Veľkej sovietskej encyklopédie. Tie. bunka je okrem iného obrovským „biorezervoárom“ informácií.“
Autor modernej teórie molekulárnej evolúcie Manfred Eigen píše: „Aby náhodou vznikla molekula proteínu, príroda by musela urobiť približne 10 130 testov a vynaložiť na to množstvo molekúl, ktoré by stačili na 1027 Vesmíry. Ak bol proteín zostavený inteligentne, to znamená, že "platnosť každého pohybu by sa dala skontrolovať nejakým selekčným mechanizmom, potom to vyžadovalo len asi 2000 pokusov. Dostávame sa k paradoxnému záveru: program na zostavenie " primitívna živá bunka" je zakódovaná niekde na úrovni elementárnych častíc."
A ako by to mohlo byť inak? Každá bunka, vlastniaca DNA, je obdarená vedomím, uvedomuje si seba a ostatné bunky a je v kontakte s Vesmírom, ktorý je v skutočnosti jeho súčasťou. A hoci počet a rozmanitosť buniek v ľudskom tele je úžasný (asi 70 biliónov), všetky sú sebe podobné, rovnako ako všetky procesy prebiehajúce v bunkách sú sebe podobné. Ako hovorí nemecký vedec Roland Glaser, dizajn biologických buniek je „veľmi dobre premyslený“. Dobre vymyslené kým?
Odpoveď je jednoduchá: bielkoviny, nukleové kyseliny, živé bunky a všetky biologické systémy sú produktom tvorivej činnosti inteligentného Stvoriteľa.

Čo je zaujímavé: na atómovej úrovni neexistujú žiadne rozdiely medzi chemickým zložením organického a anorganického sveta. Inými slovami, na atómovej úrovni je bunka vytvorená z rovnakých prvkov ako neživá príroda. Rozdiely sa nachádzajú na molekulárnej úrovni. V živých telách sa spolu s anorganickými látkami a vodou nachádzajú aj bielkoviny, sacharidy, tuky, nukleové kyseliny, enzým ATP syntáza a ďalšie nízkomolekulárne organické zlúčeniny.
K dnešnému dňu bola bunka doslova rozobratá na atómy za účelom štúdia. Nikdy však nie je možné vytvoriť čo i len jednu živú bunku, pretože vytvoriť bunku znamená vytvoriť časticu živého Vesmíru. Akademik V.P. Kaznacheev sa domnieva, že „bunka je kozmoplanetárny organizmus... Ľudské bunky sú určité systémy éterovo-torzných biozrážačov.V týchto biozrážačoch prebiehajú nám neznáme procesy, materializácia kozmických foriem tokov, ich kozmotransformácia a v dôsledku toto, častice sú zhmotnené."
Voda.
Takmer 80 % hmoty bunky tvorí voda. Podľa doktora biologických vied S. Zenina je voda vďaka svojej zhlukovej štruktúre informačnou matricou na riadenie biochemických procesov. Okrem toho je to voda, ktorá je primárnym „cieľom“, s ktorým interagujú vibrácie zvukovej frekvencie. Rad bunkovej vody je taký vysoký (blízko rádu kryštálu), že sa nazýva tekutý kryštál.
Veveričky.
Proteíny hrajú v biologickom živote obrovskú úlohu. Bunka obsahuje niekoľko tisíc proteínov jedinečných pre tento typ bunky (s výnimkou kmeňových buniek). Schopnosť syntetizovať presne vlastné proteíny sa dedí z bunky na bunku a pretrváva počas celého života. Bielkoviny počas života bunky postupne menia svoju štruktúru a narúša sa ich funkcia. Tieto vyčerpané proteíny sú z bunky odstránené a nahradené novými, vďaka čomu je zachovaná vitálna aktivita bunky.
Všimnime si predovšetkým stavebnú funkciu bielkovín, pretože sú stavebným materiálom, z ktorého sa skladajú membrány buniek a bunkových organel, steny ciev, šľachy, chrupavky atď.
Signalizačná funkcia proteínov je mimoriadne zaujímavá. Ukazuje sa, že proteíny môžu slúžiť ako signálne látky, prenášajú signály medzi tkanivami, bunkami alebo organizmami. Signalizačnú funkciu vykonávajú hormónové proteíny. Bunky môžu interagovať medzi sebou na diaľku pomocou signálnych proteínov prenášaných cez medzibunkovú látku.
Proteíny majú aj motorickú funkciu. Všetky druhy pohybu, ktorých sú bunky schopné, ako napríklad svalová kontrakcia, vykonávajú špeciálne kontraktilné proteíny. Proteíny plnia aj transportnú funkciu. Sú schopné na seba naviazať rôzne látky a preniesť ich z jedného miesta v bunke na druhé. Napríklad krvný proteín hemoglobín viaže kyslík a prenáša ho do všetkých tkanív a orgánov tela. Okrem toho majú proteíny aj ochrannú funkciu. Keď sa do tela dostanú cudzie proteíny alebo bunky, produkuje sa špeciálne proteíny, ktoré viažu a neutralizujú cudzie bunky a látky. A nakoniec energetická funkcia bielkovín spočíva v tom, že pri úplnom rozklade 1g bielkovín sa uvoľní energia v množstve 17,6 kJ.

Bunková štruktúra.
Bunka sa skladá z troch neoddeliteľne spojených častí: membrány, cytoplazmy a jadra a štruktúra a funkcia jadra sa v rôznych obdobiach života bunky líšia. Pretože život bunky zahŕňa dve obdobia: delenie, ktoré vedie k vytvoreniu dvoch dcérskych buniek, a obdobie medzi deleniami, ktoré sa nazýva interfáza.
Bunková membrána priamo interaguje s vonkajším prostredím a interaguje so susednými bunkami. Pozostáva z vonkajšej vrstvy a plazmatickej membrány umiestnenej pod ňou. Povrchová vrstva živočíšnych buniek sa nazýva glycocalis. Komunikuje bunky s vonkajším prostredím a so všetkými látkami, ktoré ho obklopujú. Jeho hrúbka je menšia ako 1 mikrón.

Bunková štruktúra
Bunková membrána je veľmi dôležitou súčasťou bunky. Drží všetky bunkové zložky pohromade a vymedzuje vonkajšie a vnútorné prostredie.
Medzi bunkami a vonkajším prostredím prebieha neustála výmena látok. Z vonkajšieho prostredia sa do bunky dostáva voda, rôzne soli vo forme jednotlivých iónov, anorganické a organické molekuly. Metabolické produkty, ako aj látky syntetizované v bunke: bielkoviny, uhľohydráty, hormóny, ktoré sa produkujú v bunkách rôznych žliaz, sa odvádzajú do vonkajšieho prostredia cez membránu z bunky. Transport látok je jednou z hlavných funkcií plazmatickej membrány.
Cytoplazma- vnútorné polotekuté prostredie, v ktorom prebiehajú hlavné metabolické procesy. Nedávne štúdie ukázali, že cytoplazma nie je nejakým druhom roztoku, ktorého zložky sa navzájom ovplyvňujú prostredníctvom náhodných zrážok. Dá sa to prirovnať k želé, ktoré sa začne „chvieť“ v reakcii na vonkajšie vplyvy. Takto cytoplazma vníma a prenáša informácie.
Cytoplazma obsahuje jadro a rôzne organely, ktoré sú ňou spojené do jedného celku, čo zabezpečuje ich interakciu a činnosť bunky ako jedného integrovaného systému. Jadro sa nachádza v centrálnej časti cytoplazmy. Celá vnútorná zóna cytoplazmy je vyplnená endoplazmatickým retikulom, čo je bunková organela: systém tubulov, vezikúl a „cisterien“ ohraničených membránami. Endoplazmatické retikulum sa zúčastňuje metabolických procesov, zabezpečuje transport látok z prostredia do cytoplazmy a medzi jednotlivými vnútrobunkovými štruktúrami, no jeho hlavnou funkciou je účasť na syntéze bielkovín, ktorá prebieha v ribozómoch. - mikroskopické guľaté telesá s priemerom 15-20 nm. Syntetizované proteíny sa najskôr akumulujú v kanáloch a dutinách endoplazmatického retikula a potom sú transportované do organel a bunkových miest, kde sú spotrebované.
Okrem bielkovín obsahuje cytoplazma aj mitochondrie, malé telá s veľkosťou 0,2-7 mikrónov, ktoré sa nazývajú „elektrárne“ buniek. Redoxné reakcie prebiehajú v mitochondriách a poskytujú bunkám energiu. Počet mitochondrií v jednej bunke sa pohybuje od niekoľkých po niekoľko tisíc.
Jadro- životne dôležitá časť bunky, riadi syntézu bielkovín a prostredníctvom nich všetky fyziologické procesy v bunke. V jadre nedeliacej sa bunky sa rozlišuje jadrový obal, jadrová šťava, jadierko a chromozómy. Cez jadrový obal prebieha kontinuálna výmena látok medzi jadrom a cytoplazmou. Pod jadrovým obalom sa nachádza jadrová šťava (polotekutá látka), ktorá obsahuje jadierko a chromozómy. Jadierko je husté okrúhle teleso, ktorého rozmery sa môžu značne líšiť, od 1 do 10 μm alebo viac. Pozostáva hlavne z ribonukleoproteínov; podieľa sa na tvorbe ribozómov. Zvyčajne sú v bunke 1-3 jadierka, niekedy až niekoľko stoviek. Jadierko obsahuje RNA a proteín.
S objavením sa bunky na Zemi vznikol život!

Pokračovanie nabudúce...