Eukaryotická buňka, hlavní strukturní složky, jejich stavba a funkce: organely, cytoplazma, inkluze. Struktura eukaryotické buňky Struktura jádra eukaryotické buňky a jejich funkce

Všechny živé organismy, v závislosti na přítomnosti jádra, lze rozdělit do dvou velkých kategorií: prokaryota a eukaryota. Oba tyto termíny pocházejí z řeckého „karion“ – jádro.

Ty organismy, které nemají jádro, se nazývají prokaryota – prenukleární organismy s jadernou hmotou ve formě inkluzí. Struktura je poněkud odlišná. Na rozdíl od prokaryot mají eukaryota vytvořené jádro – to je jejich hlavní rozdíl. Mezi prokaryota patří bakterie, sinice, rickettsie a další organismy. Zástupci rostlin a živočichů mohou být klasifikováni jako eukaryota.

Struktura různých jaderných organismů je podobná. Jejich hlavními složkami jsou jádro a cytoplazma, které dohromady tvoří protoplast. Cytoplazma je polotekutá základní látka nebo, jak se také nazývá, hyaloplazma, která obsahuje buněčné struktury - organely, které plní různé funkce. Zvenčí je cytoplazma obklopena plazmatickou membránou. Rostliny mají kromě plazmatické membrány i tuhou buněčnou membránu. Cytoplazma hub obsahuje vakuoly - vezikuly, které jsou naplněny vodou s různými látkami rozpuštěnými v ní. Kromě toho buňka obsahuje inkluze ve formě rezervních živin nebo konečných produktů metabolismu. Strukturní rysy eukaryotické buňky jsou určeny funkcemi inkluzí nalezených v buňce.

Struktura a funkce eukaryotické buňky:

Plazmatická membrána je lipidová dvojvrstva se zabudovanými proteiny. Hlavní funkcí plazmatické membrány je výměna látek mezi samotnou buňkou a prostředím. Plazmatická membrána také zajišťuje kontakt mezi dvěma sousedními buňkami.
jádro - tento buněčný prvek má dvoumembránový obal. Tou hlavní je zachování dědičné informace – deoxyribonukleové kyseliny. Díky jádru se reguluje buněčná aktivita a genetický materiál se přenáší do dceřiných buněk.
Mitochondrie – tyto organely jsou přítomny pouze v rostlinných a živočišných buňkách. Mitochondrie, stejně jako jádro, mají dvě membrány, mezi kterými jsou vnitřní záhyby - cristae. Mitochondrie obsahují kruhovou DNA, ribozomy a mnoho enzymů. Díky těmto organelám probíhá kyslíková fáze buněčného dýchání (syntetizuje se kyselina adenosintrifosforečná).
plastidy - se nacházejí pouze v rostlinných buňkách, protože jejich hlavní funkcí je provádět fotosyntézu.
(retikulum) je celý systém zploštělé vaky - cisterny, dutiny a trubky. Na endoplazmatickém retikulu (hrubém) jsou umístěny důležité organely – ribozomy. V nádržích sítě se izolují a dozrávají proteiny, které jsou také transportovány samotnou sítí. K syntéze steroidů a lipidů dochází na membránách hladkého retikula.
Golgiho komplex - systém plochých jednomembránových cisteren a váčků připojených k rozšířeným koncům cisteren. Funkcí Golgiho komplexu je akumulace a transformace proteinů a lipidů. Vznikají zde i sekreční váčky, odstraňující látky mimo buňku. Struktura eukaryotické buňky je taková, že buňka má svůj vlastní mechanismus pro vylučování odpadních látek.
lysozomy jsou jednomembránové vezikuly, které obsahují hydrolytické enzymy. Díky lysozomům buňka tráví poškozené organely a odumřelé buňky orgánů.
ribozomy – existují dva typy, ale jejich hlavní funkcí je sestavení molekul bílkovin.
Centrioly jsou systémem mikrotubulů, které jsou vytvořeny z molekul bílkovin. Díky centriolům se tvoří vnitřní kostra buňky, může si udržet stálý tvar.

Struktura eukaryotické buňky je složitější než struktura prokaryotické buňky. Díky přítomnosti jádra mají eukaryota schopnost přenášet genetickou informaci, čímž je zajištěna stálost jejich druhu.

Pojďme si přečíst informace .

Buňka - komplexní systém, skládající se ze tří strukturních a funkčních subsystémů povrchového aparátu, cytoplazmy s organelami a jádra.

Eukaryota(jaderné) - buňky, které mají na rozdíl od prokaryot vytvořené buněčné jádro, ohraničené od cytoplazmy jadernou membránou.

Eukaryotické buňky zahrnují buňky zvířat, lidí, rostlin a hub.

Struktura eukaryotických buněk

Struktura	Struktura a složení	Strukturní funkce
Plazmatická membrána	Jedná se o dvojitou vrstvu lipidových molekul - fosfolipidů, těsně umístěných na sobě. Skládá se z lipidů, bílkovin a komplexních sacharidů.	1.chrání cytoplazmu před fyzikálním a chemickým poškozením 2.selektivně reguluje látkovou výměnu mezi buňkou a vnější prostředí 3.poskytuje kontakt se sousedními buňkami
	Dvojitá jaderná membrána obklopující karyoplazmu (jaderná míza). Membrána je prostoupena póry, kterými dochází k výměně látek mezi jádrem a cytoplazmou	1.reguluje buněčnou aktivitu 2.obsahuje DNA, která uchovává informace o specifické sekvenci aminokyselin v proteinu 3. Jaderná membrána je spojena s vnější membránou přes ER
	Kulaté tělo o průměru cca 1 mikron	Ribozomální podjednotky jsou sestaveny a rRNA je syntetizována
Cytoplazma	Organely: endoplazmatické retikulum, ribozomy, mitochondrie, plastidy, Golgiho komplex, lysozomy atd.	1. spojuje všechny součásti buňky do jediného systému 2. probíhají všechny procesy buněčného metabolismu, kromě syntézy nukleové kyseliny 3. podílí se na přenosu informací (cytoplazmatická dědičnost) 4.podílí se na přenosu látek a pohybu organel uvnitř buňky 5. podílí se na pohybu buněk (pohyb améby)
Chromozomy	Dvě chromatidy spojené v centromeře. Skládá se z DNA a bílkovin	Ukládat a distribuovat genetické informace
Mitochondrie	Vnější membrána, vnější membrána, vnitřní membrána, ze které se tvoří záhyby (cristae). Obsahuje RNA, DNA a ribozomy	1.energie vzniká (syntéza ATP) jako výsledek oxidačních procesů 2. provádět aerobní dýchání
Ribozomy	Nemembránové složky buňky. Skládají se ze dvou podjednotek (velké a malé)	Sestavení molekul bílkovin
Endoplazmatické retikulum (ER)	Systém zploštělých, protáhlých, trubkových a bublinovitých prvků	Zajišťuje syntézu sacharidů, lipidů, bílkovin a jejich pohyb v buňce
Golgiho aparát	Tři hlavní prvky: hromada zploštělých váčků (cisternae), vezikuly a vakuoly	Modifikace, akumulace, třídění produktů syntézy a rozkladu látek
Lysozomy	Jednomembránové struktury, které svým vzhledem připomínají bubliny.	1.nitrobuněčné trávení makromolekul potravy 2. zničení starých buněk (autolýza nebo)
Buněčná stěna	Živočišné buňky – chybí
Buněčná stěna	Zelenina – složená z celulózy	1.podpora 2.ochranný
Plastidy (chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty)	Membránové organely obsahující chlorofyl, DNA Existují pouze v rostlinných buňkách.	1.fotosyntéza 2. přísun živin
	Rostlinné buňky jsou membránově vázané organely obsahující buněčnou šťávu.	2. přísun potřebných látek (zejména vody) 3.usazování škodlivých látek 4.enzymatické štěpení organických sloučenin
	Živočišné buňky mají trávicí vakuoly a autografické vakuoly. Patří do skupiny sekundárních lysozomů. Obsahuje hydrolytické enzymy.	1.zažívání 2.výběr
	Jednobuněční živočichové mají kontraktilní vakuoly	1.osmoregulace 2.výběr
Mikrotubuly a mikrofilamenta	Proteinové útvary, válcového tvaru	1.tvorba buněčného cytoskeletu, centrioly, bazální tělíska, bičíky, řasinky 2. zajištění intracelulárního pohybu (mitochondrie atd.)
Cilia, bičíky	Membránou pokrytý mikrotubulový systém	1.přesun buňky 2.tvorba proudění tekutin na povrchu buněk
Buněčné centrum	Nemembránová organela obsahující centrioly - systém mikrotubulů	2.podílí se na rovnoměrném rozdělení genetického materiálu při dělení buněk

Funkce eukaryotických buněk

U jednobuněčných organismů

U mnohobuněčných organismů

Provádět všechny funkce charakteristické pro živé organismy:

metabolismus

rozvoj

reprodukce

Adaptabilní

Buňky jsou odlišné (diferencované) ve struktuře.

Některé buňky vykonávají specifické funkce.

Specializované buňky tvoří epiteliální, svalové, nervové, pojivové tkáně(příklad viz info lekce -).

Autolýza(autolýza) - samovolné rozpouštění živých buněk a tkání pod vlivem vlastních hydrolytických enzymů, které ničí strukturní molekuly. Vyskytuje se v těle při fyziologických procesech: metamorfóza, autotomie, také po smrti.

xantofyl- rostlinný pigment, který dává žlutou a hnědé barvyčásti rostlin (žluté listy, červená mrkev, rajčata). Patří do skupiny karotenoidů.

Karotenoidy- skupina rostlinných pigmentů - vysokomolekulární uhlovodíky. Hromadí se v chloroplastech a především v chromoplastech. Tato skupina zahrnuje karoteny a xantofyly; z posledně jmenovaných jsou nejběžnější zeaxanthin, capxanthin, xanthin, lykopen a lutein. Účastnit se procesu fotosyntézy, absorbovat energii z modré části slunečního spektra; Barví květy, plody, semena, kořeny a na podzim listy.

Tkáňový turgor- vnitřní hydrostatický tlak v živé buňce, způsobující napětí v buněčné membráně.

Mitotické vřeteno(dělící vřeteno) - struktura, která vzniká v eukaryotických buňkách při jaderném dělení (mitóze). Svůj název získal díky vágní podobnosti svého tvaru s vřetenem.

Cytoskelet- buněčná kostra nebo kostra umístěná v cytoplazmě živé buňky. Je přítomen ve všech buňkách eukaryot i prokaryot. Tvoří se z mikrotubulů a mikrofilament. Udržuje tvar a pohyb buňky.

Fagocytóza- proces, kterým krevní a tkáňové buňky (fagocyty) zachycují a tráví patogeny infekční choroby a mrtvé buňky.

Fagocyty jsou obecný název buněk: v krvi - granulární leukocyty (granulocyty), v tkáních - makrofágy. Proces objevil I.I. Mechnikov v roce 1882.

Fagocytóza je jednou z obranné reakce tělo.

Pinocytóza- 1. zachycení kapaliny s látkami v ní obsaženými povrchem buňky. 2. proces absorpce a intracelulární destrukce makromolekul. Jeden z hlavních mechanismů pronikání vysokomolekulárních sloučenin do buňky, zejména proteinů a komplexů sacharid-protein.

Použité knihy:

1.Biologie: kompletní referenční příručka pro přípravu na jednotnou státní zkoušku. / G. I. Lerner. - M.: AST: Astrel; Vladimír; VKT, 2009

2.Biologie: učebnice. pro studenty 11. ročníku všeobecného vzdělávání. Instituce: Základní úroveň / Ed. prof. I. N. Ponomareva. - 2. vyd., přepracováno. - M.: Ventana-Graf, 2008.

3.Biologie pro studenty vysokých škol. Intenzivní kurz / G.L.Bilich, V.A.Kryzhanovsky. - M.: Nakladatelství Onyx, 2006.

4. Obecná biologie: učebnice. pro 11. třídu obecné vzdělání instituce / V.B.Zacharov, S.G.Sonin. - 2. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2006.

5.Biologie. Obecná biologie. 10.–11. ročník: učebnice. pro všeobecné vzdělání instituce: základní úroveň / D.K. Belyaev, P.M. Borodin, N.N. Vorontsov a další, ed. D. K. Belyaeva, G. M. Dymshitsa; Ross. akad. Věda, Rossi. akad. školství, nakladatelství "Osvícení". - 9. vyd. - M.: Vzdělávání, 2010.

6.Biologie: učebnice / referenční příručka / A.G. Lebedev. M.: AST: Astrel. 2009.

7.Biologie. Kompletní kurz všeobecného vzdělávání střední škola: učebnice pro školáky a uchazeče / M.A.Valovaya, N.A.Sokolova, A.A. Kamenský. - M.: Zkouška, 2002.

Použité internetové zdroje:

Wikipedie. Buněčná struktura

Buněčná struktura

Prokaryotická buňka

Prokaryota(z lat. pro

Struktura chromozomů

Schéma struktury chromozomů v pozdní profázi - metafázi mitózy. 1-chromatid; 2-centromer; 3-krátké rameno; 4 dlouhé rameno.

Chromozomy(starořecky χρῶμα - barva a σῶμα - tělo) - nukleoproteinové struktury v jádře eukaryotické buňky (buňka obsahující jádro), které se stávají snadno viditelnými v určitých fázích buněčného cyklu (během mitózy nebo meiózy). Chromozomy jsou vysoký stupeň kondenzace chromatinu, který je neustále přítomen v buněčném jádře. Původně byl tento termín navržen pro označení struktur nacházejících se v eukaryotických buňkách, ale v posledních desetiletích se stále častěji mluví o bakteriálních chromozomech. Většina dědičných informací je soustředěna v chromozomech.

Morfologie chromozomů je nejlépe vidět v buňce ve stádiu metafáze. Chromozom se skládá ze dvou tyčovitých tělísek - chromatid. Obě chromatidy každého chromozomu jsou navzájem identické v genovém složení.

Chromozomy se rozlišují podle délky. Chromozomy mají centromeru nebo primární zúžení, dvě telomery a dvě ramena. Na některých chromozomech se rozlišují sekundární zúžení a satelity. Pohyb chromozomu je dán centromerou, která má složitou strukturu.

Centromerní DNA se vyznačuje charakteristickou nukleotidovou sekvencí a specifickými proteiny. Podle umístění centromery se rozlišují chromozomy akrocentrické, submetacentrické a metacentrické.

Jak bylo uvedeno výše, některé chromozomy mají sekundární zúžení. Na rozdíl od primární konstrikce (centromery) neslouží jako místo pro připojení vřetenových závitů a nehrají žádnou roli v pohybu chromozomů. Některá sekundární zúžení jsou spojena s tvorbou jadérek, v takovém případě se nazývají nukleolární organizátory. Nukleolární organizéry obsahují geny odpovědné za syntézu RNA. Funkce dalších sekundárních zúžení zatím není jasná.

Některé akrocentrické chromozomy mají satelity - oblasti spojené se zbytkem chromozomu tenkým vláknem chromatinu. Tvar a velikost satelitu jsou pro daný chromozom konstantní. U lidí má pět párů chromozomů satelity.

Koncové oblasti chromozomů bohaté na strukturní heterochromatin se nazývají telomery. Telomery zabraňují slepení konců chromozomů po reduplikaci, a tím pomáhají udržovat jejich integritu. V důsledku toho jsou telomery zodpovědné za existenci chromozomů jako jednotlivých entit.

Chromozomy, které mají stejné pořadí genů, se nazývají homologní. Mají stejnou strukturu (délka, umístění centromery atd.). Nehomologní chromozomy mají různé sady genů a různé struktury.

Studium jemné struktury chromozomů ukázalo, že se skládají z DNA, proteinu a malého množství RNA. Molekula DNA nese negativní náboje rozmístěné po celé své délce a na ní navázané proteiny – histony – jsou nabité kladně. Tento komplex DNA a proteinu se nazývá chromatin. Chromatin může mít různé stupně kondenzace. Kondenzovaný chromatin se nazývá heterochromatin, dekondenzovaný chromatin se nazývá euchromatin. Stupeň dekondenzace chromatinu odráží jeho funkční stav. Heterochromatické oblasti jsou funkčně méně aktivní než euchromatické oblasti, ve kterých je lokalizována většina genů. Existuje strukturní heterochromatin, jehož množství se v různých chromozomech liší, ale neustále se nachází v pericentromerických oblastech. Kromě strukturního heterochromatinu existuje fakultativní heterochromatin, který se objevuje v chromozomu při supercoilingu euchromatických oblastí. Existenci tohoto jevu v lidských chromozomech potvrzuje fakt genetické inaktivace jednoho chromozomu X v somatických buňkách ženy. Jeho podstata spočívá v tom, že existuje evolučně utvořený mechanismus pro inaktivaci druhé dávky genů lokalizovaných na chromozomu X, v důsledku čehož i přes jiné číslo X chromozomy v mužských a ženských organismech, počet genů v nich fungujících je stejný. Chromatin je kondenzován na maximum během dělení mitotických buněk, poté může být detekován ve formě hustých chromozomů

Velikost molekul DNA chromozomů je obrovská. Každý chromozom je reprezentován jednou molekulou DNA. Mohou dosahovat stovek mikrometrů a dokonce i centimetrů. Z lidských chromozomů je největší ten první; jeho DNA má celkovou délku až 7 cm Celková délka molekul DNA všech chromozomů jedné lidské buňky je 170 cm.

Navzdory gigantické velikosti molekul DNA je poměrně hustě zabalena do chromozomů. Toto specifické skládání chromozomální DNA zajišťují histonové proteiny. Histony jsou umístěny po délce molekuly DNA ve formě bloků. Jeden blok obsahuje 8 molekul histonů, které tvoří nukleozom (formace sestávající z řetězce DNA navinutého kolem histonového oktameru). Velikost nukleozomu je asi 10 nm. Nukleozomy vypadají jako korálky navlečené na niti. Nukleozomy a úseky DNA, které je spojují, jsou pevně zabaleny ve formě spirály, na každý závit takové spirály připadá šest nukleozomů. Tak vzniká chromozomová struktura.

Dědičná informace organismu je striktně uspořádána podél jednotlivých chromozomů. Každý organismus je charakterizován určitým souborem chromozomů (počet, velikost a struktura), který se nazývá karyotyp. Lidský karyotyp je reprezentován dvaceti čtyřmi různými chromozomy (22 párů autozomů, chromozomů X a Y). Karyotyp je druhový pas. Analýza karyotypu nám umožňuje identifikovat poruchy, které mohou vést k vývojovým abnormalitám, dědičným onemocněním nebo smrti plodů a embryí. raná stadia rozvoj.

Dlouho se věřilo, že lidský karyotyp se skládá ze 48 chromozomů. Počátkem roku 1956 však byla zveřejněna zpráva, podle níž je počet chromozomů v lidském karyotypu 46.

Lidské chromozomy se liší velikostí, umístěním centromery a sekundárními zúženími. První rozdělení karyotypu do skupin bylo provedeno v roce 1960 na konferenci v Denveru (USA). Popis lidského karyotypu byl původně založen na následujících dvou principech: uspořádání chromozomů podél jejich délky; seskupení chromozomů podle umístění centromery (metacentrické, submetacentrické, akrocentrické).

Přesná stálost počtu chromozomů, jejich individualita a strukturní složitost ukazují na důležitost funkce, kterou vykonávají. Chromozomy slouží jako hlavní genetický aparát buňky. Obsahují geny v lineárním pořadí, z nichž každý zaujímá přesně definované místo (lokus) v chromozomu. Na každém chromozomu je mnoho genů, ale pro normální vývoj těla je nezbytná sada genů kompletní chromozomální sady.

Struktura a funkce DNA

DNA- polymer, jehož monomery jsou deoxyribonukleotidy. Model prostorové struktury molekuly DNA ve formě dvoušroubovice navrhli v roce 1953 J. Watson a F. Crick (k sestavení tohoto modelu použili práce M. Wilkinse, R. Franklina, E. Chargaffa ).

molekula DNA tvořené dvěma polynukleotidovými řetězci, spirálovitě stočenými kolem sebe a společně kolem pomyslné osy, tzn. je dvoušroubovice (s výjimkou některých virů obsahujících DNA mají jednovláknovou DNA). Průměr dvojité šroubovice DNA je 2 nm, vzdálenost mezi sousedními nukleotidy je 0,34 nm a na jednu otáčku šroubovice připadá 10 nukleotidových párů. Délka molekuly může dosáhnout několika centimetrů. Molekulová hmotnost - desítky a stovky milionů. Celková délka DNA v jádře lidské buňky je asi 2 m. V eukaryotických buňkách tvoří DNA komplexy s proteiny a má specifickou prostorovou konformaci.

DNA monomer - nukleotid (deoxyribonukleotid)- skládá se ze zbytků tří látek: 1) dusíkaté báze, 2) pětiuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečné. Dusíkaté báze nukleových kyselin patří do tříd pyrimidinů a purinů. DNA pyrimidinové báze(mají jeden kruh v molekule) - thymin, cytosin. Purinové báze(mají dva kruhy) - adenin a guanin.

Nukleotidový monosacharid DNA je deoxyribóza.

Název nukleotidu je odvozen od názvu odpovídající báze. Nukleotidy a dusíkaté báze jsou označeny velkými písmeny.

Polynukleotidový řetězec se tvoří jako výsledek nukleotidových kondenzačních reakcí. V tomto případě mezi 3" uhlíkem deoxyribózového zbytku jednoho nukleotidu a zbytkem kyseliny fosforečné druhého, fosfoesterová vazba(patří do kategorie silných kovalentních vazeb). Jeden konec polynukleotidového řetězce končí 5" uhlíkem (nazývaný 5" konec), druhý končí 3" uhlíkem (3" konec).

Naproti jednomu řetězci nukleotidů je druhý řetězec. Uspořádání nukleotidů v těchto dvou řetězcích není náhodné, ale přesně definované: thymin je vždy umístěn naproti adeninu jednoho řetězce v druhém řetězci a cytosin je vždy umístěn naproti guaninu, mezi adeninem a thyminem vznikají dvě vodíkové vazby a tři vodíkové vazby vznikají mezi guaninem a cytosinem. Vzor, podle kterého jsou nukleotidy různých řetězců DNA striktně uspořádány (adenin - thymin, guanin - cytosin) a selektivně se navzájem spojují, se nazývá tzv. princip komplementarity. Je třeba poznamenat, že J. Watson a F. Crick pochopili princip komplementarity poté, co se seznámili s díly E. Chargaffa. E. Chargaff po studiu velkého množství vzorků tkání a orgánů různých organismů zjistil, že v jakémkoli fragmentu DNA obsah guaninových zbytků vždy přesně odpovídá obsahu cytosinu a adeninu - thyminu ( "Chargaffovo pravidlo"), ale tuto skutečnost nedokázal vysvětlit.

Z principu komplementarity vyplývá, že nukleotidová sekvence jednoho řetězce určuje nukleotidovou sekvenci druhého.

Řetězce DNA jsou antiparalelní (mnohosměrné), tzn. nukleotidy různých řetězců jsou umístěny v opačných směrech, a proto naproti 3" konci jednoho řetězce je 5" konec druhého. Molekula DNA je někdy přirovnávána k točitému schodišti. „Zábradlím“ tohoto schodiště je cukr-fosfátová páteř (střídající se zbytky deoxyribózy a kyseliny fosforečné); „kroky“ jsou doplňkové dusíkaté báze.

Funkce DNA- ukládání a přenos dědičných informací.

Oprava ("oprava")

Reparace je proces eliminace poškození nukleotidové sekvence DNA. Provádí se speciálními enzymovými systémy buňky ( opravné enzymy). V procesu obnovy struktury DNA lze rozlišit následující fáze: 1) Reparační nukleázy DNA rozpoznají a odstraní poškozenou oblast, v důsledku čehož se v řetězci DNA vytvoří mezera; 2) DNA polymeráza vyplňuje tuto mezeru a kopíruje informace z druhého („dobrého“) vlákna; 3) DNA ligáza „zesítí“ nukleotidy a dokončí opravu.

Nejvíce byly prostudovány tři opravné mechanismy: 1) fotoreparace, 2) excizní nebo prereplikativní oprava, 3) postreplikativní oprava.

Ke změnám ve struktuře DNA dochází v buňce neustále pod vlivem reaktivních metabolitů, ultrafialová radiace, těžké kovy a jejich soli atd. Proto defekty v reparačních systémech zvyšují rychlost mutačních procesů a jsou jejich příčinou dědičné choroby(xeroderma pigmentosum, progeria atd.).

Struktura a funkce RNA

RNA- polymer, jehož monomery jsou ribonukleotidy. Na rozdíl od DNA je RNA tvořena nikoli dvěma, ale jedním polynukleotidovým řetězcem (s výjimkou, že některé viry obsahující RNA mají dvouvláknovou RNA). Nukleotidy RNA jsou schopny tvořit mezi sebou vodíkové vazby. Řetězce RNA jsou mnohem kratší než řetězce DNA.

RNA monomer - nukleotid (ribonukleotid)- skládá se ze zbytků tří látek: 1) dusíkaté báze, 2) pětiuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečné. Dusíkaté báze RNA také patří do tříd pyrimidinů a purinů.

Pyrimidinové báze RNA jsou uracil, cytosin a purinové báze jsou adenin a guanin. Nukleotidový monosacharid RNA je ribóza.

Zvýraznit tři typy RNA: 1) informační(messenger) RNA - mRNA (mRNA), 2) doprava RNA - tRNA, 3) ribozomální RNA - rRNA.

Všechny typy RNA jsou nerozvětvené polynukleotidy, mají specifickou prostorovou konformaci a účastní se procesů syntézy proteinů. Informace o struktuře všech typů RNA jsou uloženy v DNA. Proces syntézy RNA na templátu DNA se nazývá transkripce.

Přeneste RNA obvykle obsahují 76 (od 75 do 95) nukleotidů; molekulová hmotnost - 25 000–30 000. tRNA tvoří asi 10 % celkového obsahu RNA v buňce. Funkce tRNA: 1) transport aminokyselin do místa syntézy bílkovin, do ribozomů, 2) translační prostředník. V buňce se nachází asi 40 typů tRNA, z nichž každý má jedinečnou nukleotidovou sekvenci. Všechny tRNA však mají několik intramolekulárních komplementárních oblastí, díky nimž tRNA získávají konformaci podobnou jetelovému listu. Jakákoli tRNA má smyčku pro kontakt s ribozomem (1), smyčku antikodonu (2), smyčku pro kontakt s enzymem (3), akceptorový kmen (4) a antikodon (5). Aminokyselina se přidá na 3" konec akceptorového kmene. Antikodon- tři nukleotidy, které „identifikují“ kodon mRNA. Je třeba zdůraznit, že specifická tRNA může transportovat přesně definovanou aminokyselinu odpovídající jejímu antikodonu. Specifičnosti spojení mezi aminokyselinou a tRNA je dosaženo díky vlastnostem enzymu aminoacyl-tRNA syntetázy.

Ribozomální RNA obsahují 3000–5000 nukleotidů; molekulová hmotnost - 1 000 000–1 500 000. rRNA tvoří 80–85 % celkového obsahu RNA v buňce. V komplexu s ribozomálními proteiny tvoří rRNA ribozomy - organely, které provádějí syntézu proteinů. V eukaryotických buňkách probíhá syntéza rRNA v jadérkách. Funkce rRNA: 1) nezbytná strukturální složka ribozomů a tím zajištění fungování ribozomů; 2) zajištění interakce ribozomu a tRNA; 3) počáteční vazba ribozomu a iniciačního kodonu mRNA a stanovení čtecího rámce, 4) tvorba aktivní centrum ribozomy.

Messenger RNA se lišily obsahem nukleotidů a molekulární váha(od 50 000 do 4 000 000). mRNA tvoří až 5 % celkového obsahu RNA v buňce. Funkce mRNA: 1) přenos genetické informace z DNA do ribozomů, 2) matrice pro syntézu molekuly proteinu, 3) určení sekvence aminokyselin primární struktury molekuly proteinu.

Struktura a funkce ATP

Kyselina adenosintrifosforečná (ATP)- univerzální zdroj a hlavní akumulátor energie v živých buňkách. ATP se nachází ve všech rostlinných a živočišných buňkách. Množství ATP je v průměru 0,04 % (vlhké hmotnosti buňky), největší počet ATP (0,2–0,5 %) se nachází v kosterních svalech.

ATP se skládá ze zbytků: 1) dusíkaté báze (adenin), 2) monosacharidu (ribózy), 3) tří kyselin fosforečných. Protože ATP neobsahuje jeden, ale tři zbytky kyseliny fosforečné, patří mezi ribonukleosidtrifosfáty.

Většina práce, která se děje v buňkách, využívá energii hydrolýzy ATP. V tomto případě, když je eliminován koncový zbytek kyseliny fosforečné, ATP se transformuje na ADP (kyselina adenosindifosforečná), a když je eliminován druhý zbytek kyseliny fosforečné, mění se na AMP (kyselina adenosinmonofosforečná). Výtěžek volné energie při eliminaci jak koncového, tak druhého zbytku kyseliny fosforečné je 30,6 kJ. Eliminace třetí fosfátové skupiny je doprovázena uvolněním pouze 13,8 kJ. Vazby mezi koncovým a druhým, druhým a prvním zbytkem kyseliny fosforečné se nazývají vysokoenergetické (vysokoenergetické).

Zásoby ATP se neustále doplňují. V buňkách všech organismů dochází k syntéze ATP v procesu fosforylace, tzn. přidání kyseliny fosforečné k ADP. K fosforylaci dochází s různé intenzity při dýchání (mitochondrie), glykolýza (cytoplazma), fotosyntéza (chloroplasty).

ATP je hlavní spojnicí mezi procesy doprovázenými uvolňováním a akumulací energie a procesy probíhajícími s výdejem energie. Kromě toho je ATP spolu s dalšími ribonukleosidtrifosfáty (GTP, CTP, UTP) substrátem pro syntézu RNA.

Vlastnosti genů

diskrétnost - nemísitelnost genů;
stabilita - schopnost udržovat strukturu;
labilita - schopnost opakovaně mutovat;
mnohočetný alelismus – v populaci existuje mnoho genů ve více molekulárních formách;
alelicita - v genotypu diploidních organismů jsou pouze dvě formy genu;
specificita – každý gen kóduje svůj vlastní znak;
pleiotropie - mnohočetný účinek genu;
expresivita - míra exprese genu ve znaku;
penetrance - frekvence projevu genu ve fenotypu;
amplifikace – zvýšení počtu kopií genu.

Klasifikace

Strukturální geny jsou jedinečné složky genomu, představující jedinou sekvenci, která kóduje specifický protein nebo určité typy RNA. (Viz také článek Housekeeping geny).
Funkční geny – regulují fungování strukturních genů.

Genetický kód- metoda charakteristická pro všechny živé organismy kódování aminokyselinové sekvence proteinů pomocí sekvence nukleotidů.

DNA používá čtyři nukleotidy - adenin (A), guanin (G), cytosin (C), thymin (T), které se v ruské literatuře označují písmeny A, G, C a T. Tato písmena tvoří abecedu genetický kód. RNA používá stejné nukleotidy, s výjimkou thyminu, který je nahrazen podobným nukleotidem - uracilem, který je označen písmenem U (v ruskojazyčné literatuře U). V molekulách DNA a RNA jsou nukleotidy uspořádány do řetězců a tak se získávají sekvence genetických písmen.

Genetický kód

Pro stavbu bílkovin v přírodě se používá 20 různých aminokyselin. Každý protein je řetězec nebo několik řetězců aminokyselin v přesně definované sekvenci. Tato sekvence určuje strukturu proteinu, a tedy všechny jeho biologické vlastnosti. Sada aminokyselin je také univerzální pro téměř všechny živé organismy.

Implementace genetické informace v živých buňkách (tj. syntéza proteinu kódovaného genem) se provádí pomocí dvou matricových procesů: transkripce (tj. syntéza mRNA na matrici DNA) a translace genetického kódu. do aminokyselinové sekvence (syntéza polypeptidového řetězce na mRNA). Tři po sobě jdoucí nukleotidy jsou dostatečné pro kódování 20 aminokyselin, stejně jako stop signál indikující konec proteinové sekvence. Soubor tří nukleotidů se nazývá triplet. Přijímané zkratky odpovídající aminokyselinám a kodonům jsou znázorněny na obrázku.

Vlastnosti

Trojice- smysluplná jednotka kódu je kombinace tří nukleotidů (triplet nebo kodon).
Kontinuita- mezi trojicemi nejsou žádná interpunkční znaménka, to znamená, že informace jsou čteny nepřetržitě.
Nepřekrývající se- stejný nukleotid nemůže být současně součástí dvou nebo více tripletů (nepozorováno u některých překrývajících se genů virů, mitochondrií a bakterií, které kódují několik proteinů s posunem čtecího rámce).
Jedinečnost (specifičnost)- specifický kodon odpovídá pouze jedné aminokyselině (kodon UGA však má Euplotes crassus kóduje dvě aminokyseliny - cystein a selenocystein)
Degenerace (nadbytečnost)- několik kodonů může odpovídat stejné aminokyselině.
Všestrannost- genetický kód funguje v organismech stejně různé úrovně složitost - od virů po člověka (na tom jsou založeny metody genetického inženýrství; existuje řada výjimek, které jsou uvedeny v tabulce v části "Varianty standardního genetického kódu" níže).
Imunita proti hluku- mutace nukleotidových substitucí, které nevedou ke změně třídy kódované aminokyseliny, se nazývají konzervativní; nukleotidové substituční mutace, které vedou ke změně třídy kódované aminokyseliny, se nazývají radikál.

Biosyntéza bílkovin a její fáze

Biosyntéza bílkovin- komplexní vícestupňový proces syntézy polypeptidového řetězce z aminokyselinových zbytků, probíhající na ribozomech buněk živých organismů za účasti molekul mRNA a tRNA.

Biosyntézu proteinů lze rozdělit do fází transkripce, zpracování a translace. Při transkripci se čte genetická informace zašifrovaná v molekulách DNA a tato informace se zapisuje do molekul mRNA. Během série po sobě jdoucích fází zpracování jsou z mRNA odstraněny některé fragmenty, které nejsou v následujících fázích nutné, a nukleotidové sekvence jsou upraveny. Po transportu kódu z jádra do ribozomů dochází k vlastní syntéze molekul bílkovin připojením jednotlivých aminokyselinových zbytků na rostoucí polypeptidový řetězec.

Mezi transkripcí a translací prochází molekula mRNA řadou sekvenčních změn, které zajišťují zrání funkční matrice pro syntézu polypeptidového řetězce. K 5΄-konci je připojena čepička a k 3΄-konci je připojen poly-A konec, což zvyšuje životnost mRNA. S příchodem zpracování v eukaryotické buňce bylo možné kombinovat genové exony pro získání větší rozmanitost proteiny kódované jedinou sekvencí nukleotidů DNA - alternativní sestřih.

Translace spočívá v syntéze polypeptidového řetězce v souladu s informací zakódovanou v messenger RNA. Aminokyselinová sekvence je uspořádána pomocí doprava RNA (tRNA), která tvoří komplexy s aminokyselinami – aminoacyl-tRNA. Každá aminokyselina má svou vlastní tRNA, která má odpovídající antikodon, který „odpovídá“ kodonu mRNA. Během translace se ribozom pohybuje podél mRNA a při tom roste polypeptidový řetězec. Energii pro biosyntézu bílkovin poskytuje ATP.

Hotová molekula proteinu je pak odštěpena z ribozomu a transportována na požadované místo v buňce. K dosažení jejich aktivního stavu vyžadují některé proteiny další posttranslační modifikaci.

Příčiny mutací

Mutace se dělí na spontánní A indukovaný. Spontánní mutace vyskytují spontánně po celý život organismu za normálních podmínek životní prostředí s frekvencí asi 10 − 9 - 10 − 12 na nukleotid na buněčnou generaci.

Indukované mutace jsou dědičné změny v genomu, které vznikají v důsledku určitých mutagenních účinků v umělých (experimentálních) podmínkách nebo za nepříznivých vlivů prostředí.

Mutace se objevují neustále během procesů probíhajících v živé buňce. Hlavními procesy vedoucími k výskytu mutací jsou replikace DNA, poruchy opravy DNA a genetická rekombinace.

Role mutací v evoluci

S významnou změnou životních podmínek se mohou ty mutace, které byly dříve škodlivé, ukázat jako užitečné. Mutace jsou tedy materiálem pro přírodní výběr. Melanistické mutanty (tmavě zbarvené jedince) v populacích můr březových v Anglii tedy vědci poprvé objevili mezi typickými světlými jedinci v polovině 19. století. Tmavé zbarvení vzniká v důsledku mutace v jednom genu. Motýli tráví den na kmenech a větvích stromů, obvykle pokrytých lišejníky, proti kterým působí světlé zbarvení jako maskování. V důsledku průmyslové revoluce, doprovázené znečištěním ovzduší, lišejníky uhynuly a světlé kmeny bříz se zanesly sazemi. Výsledkem bylo, že v polovině 20. století (přes 50-100 generací) v průmyslových oblastech temná morfa téměř úplně nahradila světlou. Bylo prokázáno, že hlavní důvod převládajícím přežíváním černé formy byla predace ptáků, kteří selektivně jedli světle zbarvené motýly ve znečištěných oblastech.

Pokud mutace postihuje „tiché“ úseky DNA nebo vede k nahrazení jednoho prvku genetického kódu synonymním, pak se většinou neprojeví ve fenotypu (projev takové synonymní substituce může být spojen s různé frekvence použití kodonů). Takové mutace však mohou být detekovány pomocí metod genové analýzy. Vzhledem k tomu, že v důsledku toho nejčastěji dochází k mutacím přirozené příčiny, pak za předpokladu, že se základní vlastnosti vnějšího prostředí nezměnily, ukazuje se, že rychlost mutace by měla být přibližně konstantní. Tohoto faktu lze využít ke studiu fylogeneze – studia původu a vztahů různých taxonů včetně člověka. Mutace v tichých genech tedy slouží výzkumníkům jako jakési „molekulární hodiny“. Teorie „molekulárních hodin“ také vychází ze skutečnosti, že většina mutací je neutrálních a rychlost jejich akumulace v daném genu nezávisí nebo jen slabě závisí na působení přirozeného výběru, a proto zůstává po dlouhou dobu konstantní. Tato rychlost se však bude u různých genů lišit.

Studium mutací v mitochondriální DNA (zděděné po mateřské linii) a v chromozomech Y (zděděné po otcovské linii) je široce využíváno v evoluční biologii ke studiu původu ras a národností a k rekonstrukci biologického vývoje lidstva.

Buněčná struktura

Všechny buněčné formy života na Zemi lze rozdělit do dvou superříší na základě struktury jejich základních buněk – prokaryota (prenukleární) a eukaryota (jaderná). Prokaryotické buňky mají jednodušší strukturu, zjevně vznikly dříve v procesu evoluce. Eukaryotické buňky jsou složitější a vznikly později. Buňky, které tvoří lidské tělo, jsou eukaryotické.

Navzdory rozmanitosti forem podléhá organizace buněk všech živých organismů společným strukturálním principům.

Živý obsah buňky – protoplast – je od okolí oddělen plazmatickou membránou neboli plazmalemou. Uvnitř buňky je vyplněna cytoplazma, ve které jsou umístěny různé organely a buněčné inkluze, a také genetický materiál ve formě molekuly DNA. Každá z buněčných organel plní svou vlastní speciální funkci a všechny společně určují životně důležitou aktivitu buňky jako celku.

Prokaryotická buňka

Struktura typická buňka prokaryota: pouzdro, buněčná stěna, plazmalema, cytoplazma, ribozomy, plazmid, pili, bičík, nukleoid.

Prokaryota(z lat. pro- před, před a řec. κάρῠον - jádro, ořech) - organismy, které na rozdíl od eukaryot nemají vytvořené buněčné jádro a další vnitřní membránové organely (s výjimkou plochých nádrží u fotosyntetických druhů, například sinice). Jediná velká kruhová (u některých druhů lineární) dvouvláknová molekula DNA, která obsahuje převážnou část genetického materiálu buňky (tzv. nukleoid), netvoří komplex s histonovými proteiny (tzv. chromatinem). ). Prokaryota zahrnují bakterie, včetně cyanobakterií (modrozelené řasy) a archaea. Potomky prokaryotických buněk jsou organely eukaryotických buněk – mitochondrie a plastidy.

Eukaryotická buňka Eukaryota(eukaryota) (z řeckého ευ - dobrý, úplně a κάρῠον - jádro, ořech) - organismy, které mají na rozdíl od prokaryot vytvořené buněčné jádro, ohraničené od cytoplazmy jadernou membránou. Genetický materiál je obsažen v několika lineárních molekulách dvouvláknové DNA (v závislosti na typu organismu se jejich počet na jádro může pohybovat od dvou do několika stovek), připojených zevnitř k membráně buněčného jádra a tvořících se v rozsáhlém většina (kromě dinoflagelátů) komplex s histonovými proteiny zvaný chromatin. Eukaryotické buňky mají systém vnitřních membrán, které kromě jádra tvoří řadu dalších organel (endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát aj.). Naprostá většina má navíc trvalé intracelulární prokaryotické symbionty – mitochondrie, řasy a rostliny mají také plastidy.

Struktura eukaryotické buňky

Schematické ilustrace živočišná buňka. (Kliknutím na některý z názvů součástí buňky se dostanete na odpovídající článek.)

Všechny živé organismy lze rozdělit do dvou hlavních skupin: prokaryota a eukaryota. Tyto výrazy pocházejí z řeckého slova karion, což znamená jádro. Prokaryota jsou prenukleární organismy, které nemají vytvořené jádro. Eukaryota obsahují vytvořené jádro. Prokaryota zahrnují bakterie, sinice, myxomycety, rickettsie a další organismy; Eukaryota zahrnují houby, rostliny a zvířata. Buňky všech eukaryot mají podobnou strukturu. Skládají se z cytoplazma A jádra, které dohromady představují živý obsah buňky – protoplast. Cytoplazma je polotekutá hlavní látka nebo hyaloplazma, spolu s v něm ponořenými intracelulárními strukturami - organely, které plní různé funkce (podrobněji v tabulce níže). Zvenčí je cytoplazma obklopena plazmatickou membránou. Buňky rostlin a hub mají také tvrdou buněčnou stěnu. V cytoplazmě rostlinných a houbových buněk jsou vakuoly - bubliny naplněné vodou a různými látkami v ní rozpuštěnými. Kromě toho může buňka obsahovat inkluze - rezervní živiny nebo konečné produkty metabolismu.

Struktura eukaryotické buňky

Struktura	Vlastnosti organizace	Funkce
Plazmatická membrána (plazmalema)	V něm ponořená dvojitá vrstva lipidů a proteinů	Selektivně reguluje metabolismus mezi buňkou a vnějším prostředím. Poskytuje kontakt mezi sousedními buňkami
Jádro	Má dvojitou membránu a obsahuje DNA	Skladování a přenos genetického materiálu do dceřiných buněk. Reguluje buněčnou aktivitu
Mitochondrie	Obklopen dvoumembránovým pláštěm; vnitřní blána tvoří záhyby - cristae. Obsahuje kruhovou DNA, ribozomy, mnoho enzymů	Provádění kyslíkové fáze buněčného dýchání (syntéza ATP)
Plastidy. Obsaženo v rostlinných buňkách a buňkách některých protistů	Dvojitá membránová struktura. Deriváty vnitřní membrány jsou tylakoidy (obsahují chlorofyl v chloroplastech).	Fotosyntéza, ukládání živin
Endoplazmatické retikulum (ER)	Systém zploštělých membránových vaků - nádrže, dutiny, trubky	Ribozomy se nacházejí na hrubém ER. V jeho nádržích se izolují a dozrávají syntetizované proteiny. Transport syntetizovaných proteinů. Membrány hladkého ER provádějí syntézu lipidů a steroidů. Membránová syntéza
Golgiho komplex (CG)	Systém plochých jednomembránových nádrží, ampulárně rozšířených na koncích nádrží a vezikulů oddělujících se nebo připojených k nádržím	Akumulace, transformace proteinů a lipidů, syntéza polysacharidů. Tvorba sekrečních váčků, odstranění látek mimo buňku. Tvorba lysozomů
Lysozomy	Jednomembránové vezikuly obsahující hydrolytické enzymy	Intracelulární trávení, rozpad poškozených organel, mrtvých buněk, orgánů
Ribozomy	Dvě podjednotky (velká a malá), skládající se z rRNA a proteinů	Sestavení molekul bílkovin
Centrioly	Systém mikrotubulů (9x3) sestavený z proteinových podjednotek	Centra organizující mikrotubuly (podílí se na tvorbě cytoskeletu, vřeténka buněčného dělení, řasinek a bičíků)

Eukaryota zahrnují říše rostlin, zvířat a hub.

Základní charakteristiky eukaryot.

Buňka se dělí na cytoplazmu a jádro.
Většina DNA je soustředěna v jádře. Je za to zodpovědná jaderná DNA většinaživotně důležitých procesů buňky a pro přenos dědičnosti na dceřiné buňky.
Jaderná DNA je rozdělena na vlákna, která nejsou uzavřena do prstenců.
Řetězce DNA jsou v chromozomech lineárně prodloužené a jsou jasně viditelné během mitózy. Soubor chromozomů v jádrech somatických buněk je diploidní.
Byl vyvinut systém vnějších a vnitřních membrán. Vnitřní rozdělují buňku na samostatné oddíly - oddíly. Podílet se na tvorbě buněčných organel.
Existuje mnoho organel. Některé organely jsou obklopeny dvojitou membránou: jádro, mitochondrie, chloroplasty. V jádře se spolu s membránou a jadernou šťávou nachází jadérko a chromozomy. Cytoplazma je reprezentována hlavní látkou (matrice, hyaloplazma), ve které jsou distribuovány inkluze a organely.
Velké množství organel je omezeno jedinou membránou (lysozomy, vakuoly atd.)
V eukaryotické buňce se rozlišují organely obecného a zvláštního významu. Například: obecný význam– jádro, mitochondrie, EPS atd.; zvláštní význam - mikroklky sací plochy epitelová buňka střeva, řasinky epitelu průdušnice a průdušek.
Mitóza je charakteristický mechanismus reprodukce v generacích geneticky podobných buněk.
Charakteristika sexuálního procesu. Vznikají pravé pohlavní buňky – gamety.
Není schopen fixovat volný dusík.
Aerobní dýchání probíhá v mitochondriích.
Fotosyntéza probíhá v chloroplastech obsahujících membrány, které jsou obvykle uspořádány do grana.
Eukaryota jsou reprezentována jednobuněčnými, vláknitými a skutečně mnohobuněčnými formami.

Hlavní strukturální složky eukaryotické buňky

organoidy

Jádro. Struktura a funkce.

Buňka má jádro a cytoplazmu. Buněčné jádro sestává z membrány, jaderné šťávy, jadérka a chromatinu. Funkční role jaderný obal spočívá v izolaci genetického materiálu (chromozomů) eukaryotické buňky z cytoplazmy s jejími četnými metabolickými reakcemi a také v regulaci bilaterálních interakcí mezi jádrem a cytoplazmou. Jaderný obal se skládá ze dvou membrán oddělených perinukleárním prostorem. Ten může komunikovat s tubuly cytoplazmatického retikula.

Jaderný obal proniká pórem o průměru 80-90 nm. Oblast pórů nebo komplex pórů o průměru asi 120 nm má určitou strukturu, která ukazuje na složitý mechanismus regulace jaderně-cytoplazmatických pohybů látek a struktur. Počet pórů závisí na funkčním stavu buňky. Čím vyšší je syntetická aktivita v buňce, tím větší je jejich počet. Odhaduje se, že u nižších obratlovců, v erytroblastech, kde se intenzivně tvoří a akumuluje hemoglobin, je asi 30 pórů na 1 μm 2 jaderné membrány. Ve zralých erytrocytech těchto zvířat, které si ponechávají svá jádra, zůstává na 1 μg membrány až pět pórů, tzn. 6krát méně.

V oblasti komplexu peří tzv hustá deska - proteinová vrstva ležící pod celou vnitřní membránou jaderného obalu. Tato struktura plní především podpůrnou funkci, neboť v její přítomnosti je zachován tvar jádra i při zničení obou membrán jaderného obalu. Předpokládá se také, že pravidelné spojení s látkou husté laminy podporuje uspořádané uspořádání chromozomů v interfázovém jádře.

Základ jaderná šťáva, nebo matice, tvoří bílkoviny. Jaderná šťáva tvoří vnitřní prostředí jádra, a proto hraje důležitou roli při zajišťování normální fungování genetický materiál. Jaderná šťáva obsahuje vláknitý, nebo fibrilární, proteiny, s nimiž je spojen výkon podpůrné funkce: matrice obsahuje také primární transkripční produkty genetické informace - heteronukleární RNA (hn-RNA), které se zde rovněž zpracovávají a mění se na m-RNA (viz 3.4.3.2).

Nucleolus představuje strukturu, ve které dochází k tvorbě a zrání ribozomální RNA (rRNA). Geny rRNA zabírají určité sekce (v závislosti na typu zvířete) jednoho nebo několika chromozomů (u lidí je 13-15 a 21-22 párů) - nukleolárních organizátorů, v jejichž oblasti se tvoří jadérka. Takové oblasti v metafázových chromozomech vypadají jako zúžení a jsou tzv sekundární zúžení. S Pomocí elektronového mikroskopu se v jadérku identifikují vláknité a granulární složky. Vláknitou (fibrilární) složku představují komplexy proteinu a obřích prekurzorových molekul RNA, ze kterých se pak tvoří menší molekuly zralé rRNA. Během procesu zrání se fibrily přeměňují na ribonukleoproteinová zrna (granule), která představují granulární složku.

Chromatinové struktury ve formě shluků, rozptýlené v nukleoplazmě, jsou mezifázovou formou existence buněčných chromozomů

cytoplazma

V cytoplazma rozlišovat mezi hlavní látkou (matrice, hyaloplazma), inkluzemi a organelami. Základní látka cytoplazmy vyplňuje prostor mezi plazmalemou, jaderným obalem a dalšími intracelulárními strukturami. Běžný elektronový mikroskop v něm žádnou vnitřní organizaci neodhalí. Proteinové složení hyaloplazmy je různorodé. Nejdůležitější bílkoviny představují enzymy glykolýzy, metabolismus cukrů, dusíkaté báze, aminokyseliny a lipidy. Řada hyaloplazmatických proteinů slouží jako podjednotky, ze kterých jsou sestaveny struktury, jako jsou mikrotubuly.

Hlavní látka cytoplazmy tvoří skutečné vnitřní prostředí buňky, které sjednocuje všechny intracelulární struktury a zajišťuje jejich vzájemnou interakci. Plnění sjednocující a lešení funkce matricí může být spojeno s mikrotrabekulární sítí, detekovanou pomocí vysoce výkonného elektronového mikroskopu, tvořenou tenkými fibrilami o tloušťce 2-3 nm a pronikajícími celou cytoplazmou. Přes hyaloplazmu dochází k významnému množství intracelulárního pohybu látek a struktur. Hlavní substanci cytoplazmy je třeba považovat stejným způsobem jako komplexní koloidní systém schopný přechodu ze solovitého (kapalného) stavu do gelovitého stavu. V procesu takových přechodů se pracuje. O funkční význam pro takové přechody viz část. 2.3.8.

Inkluze(obr. 2.5) se nazývají relativně nestabilní složky cytoplazmy, které slouží jako rezerva živin(tuk, glykogen), produkty k odstranění z buňky (sekreční granule), balastní látky (některé pigmenty).

Organely - Jedná se o trvalé struktury cytoplazmy, které v buňce plní životně důležité funkce.

Organely jsou izolované obecný význam A speciální. Posledně jmenované jsou přítomny ve významném množství v buňkách specializovaných k provádění specifické funkce, ale v malých množstvích je lze nalézt také v jiných typech buněk. Patří sem např. mikroklky absorpčního povrchu buňky střevního epitelu, řasinky epitelu průdušnice a průdušek, synaptické váčky, transportní nosné látky nervové vzrušení z jedné nervové buňky do druhé nebo buňku pracovního orgánu, myofibrily, na kterých závisí svalová kontrakce. Součástí kurzu histologie je podrobné vyšetření speciálních organel.

Mezi organely obecného významu patří prvky tubulárního a vakuolárního systému v podobě drsného a hladkého cytoplazmatického retikula, lamelární komplex, mitochondrie, ribozomy a polysomy, lysozomy, peroxisomy, mikrofibrily a mikrotubuly, centrioly buněčného centra. Rostlinné buňky obsahují také chloroplasty, ve kterých probíhá fotosyntéza.

Kanalcevaja A vakuolární systém vytvořené komunikujícími nebo oddělenými tubulárními nebo zploštělými (cisternovými) dutinami, ohraničenými membránami a šířícími se po celé cytoplazmě buňky. Tanky mají často expanze podobné bublinám. Ve jmenovaném systému existují hrubý A hladké cytoplazmatické retikulum(viz obr. 2.3) Strukturálním znakem hrubé sítě je připojení polysomů na její membrány. Z tohoto důvodu plní funkci syntézy určité kategorie proteinů, které jsou převážně odstraňovány z buňky, například vylučovány žlázovými buňkami. V oblasti hrubé sítě dochází k tvorbě proteinů a lipidů cytoplazmatických membrán a také k jejich sestavování. Cisterny hrubé sítě, hustě nacpané do vrstevnaté struktury, jsou místy nejaktivnější syntézy bílkovin a jsou tzv. ergastoplasma.

Membrány hladkého cytoplazmatického retikula jsou prosté polysomů. Funkčně je tato síť spojena s metabolismem sacharidů, tuků a dalších nebílkovinných látek, jako jsou steroidní hormony (v gonádách, kůře nadledvin). Prostřednictvím tubulů a cisteren se látky, zejména materiál vylučovaný žlázovou buňkou, pohybují z místa syntézy do zóny balení do granulí. V oblastech jaterních buněk bohatých na hladké síťové struktury se ničí a neutralizují škodlivé toxické látky a některé léky (barbituráty). Ve váčcích a tubulech hladké sítě příčně pruhovaných svalů se ukládají (ukládají) ionty vápníku, které hrají důležitou roli v procesu kontrakce.

Ribozom - je to kulatá ribonukleoproteinová částice o průměru 20-30 nm. Skládá se z malých a velkých podjednotek, k jejichž kombinaci dochází v přítomnosti messenger RNA (mRNA). Jedna molekula mRNA obvykle spojuje několik ribozomů dohromady jako řetězec kuliček. Tato struktura se nazývá polysome. Polysomy jsou volně umístěny v hlavní látce cytoplazmy nebo připojeny k membránám hrubého cytoplazmatického retikula. V obou případech slouží jako místo aktivní syntézy proteinů. Porovnání poměru počtu volných a membránově připojených polysomů v embryonálních nediferencovaných a nádorových buňkách na jedné straně a ve specializovaných buňkách dospělého organismu na straně druhé vedlo k závěru, že proteiny se tvoří na hyaloplasmových polysomech. pro vlastní potřebu (pro „domácí“ použití) dané buňky, zatímco proteiny jsou syntetizovány na polysomech granulární sítě, které jsou z buňky odstraněny a použity pro potřeby těla (např. Trávicí enzymy bílkoviny mateřského mléka).

Golgiho lamelární komplex tvořený sbírkou diktyozomů v počtu od několika desítek (obvykle asi 20) do několika stovek a dokonce tisíců na buňku.

Dictyosom(obr. 2.6, A) představuje stoh 3-12 zploštělých diskovitých cisteren, z jejichž okrajů se šněrují váčky (vezikuly). Omezený určitou oblast(lokální) rozšíření cisteren dává vzniknout větším váčkům (vakuolám). V diferencovaných buňkách obratlovců a lidí se diktyozomy obvykle shromažďují v perinukleární zóně cytoplazmy. V lamelárním komplexu se tvoří sekreční váčky nebo vakuoly, jejichž obsahem jsou proteiny a další sloučeniny, které je nutné z buňky odstranit. V tomto případě prekurzor sekretu (prosecret), který vstupuje do diktyosomu ze zóny syntézy, v něm prochází určitými chemickými přeměnami. Je také izolován (segregován) ve formě „porcí“, které jsou rovněž pokryty membránovým obalem. Lysozomy se tvoří v lamelárním komplexu. Dictyosomy syntetizují polysacharidy a také jejich komplexy s proteiny (glykoproteiny) a tuky (glykolipidy), které se pak mohou nacházet v glykokalyxu buněčné membrány.

Mitochondriální membrána se skládá ze dvou membrán, které se liší chemické složení, soubor enzymů a funkcí. Vnitřní membrána tvoří listovité (cristae) nebo tubulární (tubules) invaginace. Prostor ohraničený vnitřní membránou je matice organely. Pomocí elektronového mikroskopu se v něm detekují zrna o průměru 20-40 nm. Akumulují ionty vápníku a hořčíku a také polysacharidy, jako je glykogen.

Matrice obsahuje vlastní aparát pro biosyntézu bílkovin organely. Představují ho 2 kopie kruhové molekuly DNA zbavené histonů (jako u prokaryot), ribozomů, souboru transferových RNA (tRNA), enzymů pro replikaci DNA, transkripci a translaci dědičné informace. Z hlediska svých základních vlastností: velikosti a struktury ribozomů, organizace vlastního dědičného materiálu je tento aparát podobný jako u prokaryot a liší se od aparátu biosyntézy bílkovin v cytoplazmě eukaryotické buňky (což potvrzuje symbiotický hypotéza původu mitochondrií viz § 1.5.. Geny vlastní DNA kódují nukleotidové sekvence mitochondriální rRNA a tRNA a také aminokyselinové sekvence některých proteinů organely, zejména její vnitřní membrány. Aminokyselinové sekvence (primární struktura) většiny mitochondriálních proteinů jsou kódovány v DNA buněčného jádra a tvoří se mimo organelu v cytoplazmě.

Hlavní funkcí mitochondrií je enzymatická extrakce určitých chemické substance energie (jejich oxidací) a akumulace energie v biologicky využitelné formě (syntézou molekul adenosintrifosfátu -ATP). Obecně se tento proces nazývá oxidační(rozpuštění. Komponenty matrice a vnitřní membrána se aktivně podílejí na energetické funkci mitochondrií. Právě s touto membránou je spojen elektronový transportní řetězec (oxidace) a ATP syntetáza, která katalyzuje s oxidací spojenou fosforylaci ADP na ATP. Mezi vedlejší funkce mitochondrií patří účast na syntéze steroidních hormonů a některých aminokyselin (glutamová).

Lysozomy(obr. 2.6, V) jsou bubliny o průměru obvykle 0,2-0,4 μm, které obsahují sadu enzymů kyselé hydrolázy, které katalyzují hydrolytický (ve vodném prostředí) rozklad nukleových kyselin, bílkovin, tuků a polysacharidů při nízkých hodnotách pH. Jejich obal je tvořen jedinou membránou, někdy zvenčí pokrytou vláknitou proteinovou vrstvou (v elektronových difrakčních obrazcích jsou „ohraničené“ bubliny). Funkcí lysozomů je intracelulární trávení různých chemických sloučenin a struktur.

Primární lysozomy(průměr 100 nm) se nazývají neaktivní organely, sekundární - organely, ve kterých probíhá proces trávení. Sekundární lysozomy se tvoří z primárních. Dělí se na heterolysozomy(fagolysozomy) a autolysozomy(cytolysozomy). Za prvé (obr. 2.6, G) materiál vstupující do buňky zvenčí je tráven pinocytózou a fagocytózou a za druhé jsou zničeny vlastní struktury buňky, které dokončily svou funkci. Sekundární lysozomy, ve kterých je dokončen proces trávení, se nazývají zbytková těla(telolysozomy). Postrádají hydrolázy a obsahují nestrávený materiál.

Mikrotělíčka tvoří kolektivní skupinu organel. Jedná se o vezikuly o průměru 0,1-1,5 μm ohraničené jednou membránou s jemnozrnnou matricí a často krystaloidními nebo amorfními proteinovými inkluzemi. Do této skupiny patří zejména peroxisomy. Obsahují oxidázové enzymy, které katalyzují tvorbu peroxidu vodíku, který, protože je toxický, je pak působením enzymu peroxidázy zničen. Tyto reakce se účastní různých metabolických cyklů, například při výměně kyseliny močové v buňkách jater a ledvin. V jaterní buňce dosahuje počet peroxisomů 70-100.

Organely obecného významu zahrnují také některé trvalé struktury cytoplazmy, které postrádají membrány. Mikrotubuly(obr. 2.6, D) - trubicovité útvary různých délek s vnějším průměrem 24 nm, šířkou lumenu 15 nm a tloušťkou stěny asi 5 nm. Nachází se ve volném stavu v cytoplazmě buněk nebo jako konstrukční prvky bičíky, řasinky, mitotické vřeténka, centrioly. Volné mikrotubuly a mikrotubuly řasinek, bičíků a centriol mají různou odolnost vůči destruktivním vlivům, například chemickým (kolchicin). Mikrotubuly jsou vytvářeny ze stereotypních proteinových podjednotek prostřednictvím jejich polymerizace. V živé buňce probíhají polymerační procesy současně s depolymerizačními procesy. Poměr těchto procesů určuje počet mikrotubulů. Ve volném stavu plní mikrotubuly podpůrnou funkci, určující tvar buněk a jsou také faktory směrového pohybu intracelulárních složek.

Mikrovlákna(obr. 2.6, E) se nazývají dlouhé tenké struktury, někdy tvořící svazky a nacházejí se v celé cytoplazmě. Existuje několik různých typů mikrofilamentů. Aktinová mikrofilamenta díky přítomnosti kontraktilních proteinů (aktinů) v nich jsou považovány za struktury, které poskytují buněčné formy pohybu, například améboid. Je jim také připisována role lešení a účast na organizaci intracelulárních pohybů organel a oblastí hyaloplazmy.

Podél periferie buněk pod plazmalemou a také v perinukleární zóně se nacházejí svazky mikrofilament o tloušťce 10 nm - střední filtenty. V epiteliálních, nervových, gliových, svalových buňkách, fibroblastech jsou vytvořeny z různých proteinů. Mezilehlá vlákna zřejmě plní mechanickou funkci lešení.

Aktinové mikrofibrily a intermediární filamenta, jako jsou mikrotubuly, se skládají z podjednotek. Jejich množství proto závisí na poměru polymeračních a depolymerizačních procesů.

Charakteristický pro živočišné buňky, části rostlinných buněk, houby a řasy buněčné centrum, který obsahuje centrioly. Centriole(pod elektronovým mikroskopem) má vzhled „dutého“ válce o průměru asi 150 nm a délce 300-500 nm. Jeho stěnu tvoří 27 mikrotubulů, seskupených do 9 trojic. Funkce centriol zahrnuje tvorbu závitů mitotického vřeténka, které jsou rovněž tvořeny mikrotubuly. Centrioly polarizují proces buněčného dělení a zajišťují separaci sesterských chromatid (chromozomů) v anafázi mitózy.

Eukaryotická buňka má buněčnou kostru (cytoskelet) z intracelulárních vláken (Rings) - počátek 20. století, znovuobjevený koncem roku 1970. Tato struktura umožňuje buňce mít svůj vlastní tvar, někdy jej mění. Cytoplazma je v pohybu. Cytoskelet se účastní procesu přenosu organel a podílí se na regeneraci buněk.

Mitochondrie jsou komplexní útvary s dvojitou membránou (0,2-0,7 µm) a různé tvary. Vnitřní membrána má kristy. Vnější membrána je propustná pro téměř všechny chemikálie, vnitřní membrána je propustná pouze pro aktivní transport. Mezi membránami je matrice. Mitochondrie se nacházejí tam, kde je potřeba energie. Mitochondrie mají ribozomový systém, molekulu DNA. Mohou se objevit mutace (více než 66 onemocnění). Zpravidla jsou spojeny s nedostatečnou energií ATP a jsou často spojeny s kardiovaskulárním selháním a patologiemi. Počet mitochondrií je různý (v trypanosomové buňce je 1 mitochondrie). Množství závisí na věku, funkci, aktivitě tkání (játra - více než 1000).

Lysozomy jsou tělesa obklopená elementární membránou. Obsahuje 60 enzymů (40 lysozomálních, hydrolytických). Uvnitř lysozomu je neutrální prostředí. Jsou aktivovány nízkými hodnotami pH, vstupem do cytoplazmy (samotrávení). Lysozomové membrány chrání cytoplazmu a buňku před destrukcí. Vznikají v Golgiho komplexu (intracelulární žaludek; dokážou recyklovat vyčerpané buněčné struktury). Existují 4 typy. 1-primární, 2-4 – sekundární. Prostřednictvím endocytózy se látka dostává do buňky. Primární lysozom (zásobní granule) se sadou enzymů absorbuje látku a vzniká trávicí vakuola (při úplném trávení dochází k rozkladu na nízkomolekulární sloučeniny). Ve zbytkových tělech zůstávají nestrávené zbytky, které se mohou hromadit (lysozomální střádavá onemocnění). Zbytková tělíska, která se hromadí v embryonálním období, vedou ke gargaleismu, deformacím a mukopolysacharidózám. Autofagické lysozomy ničí vlastní struktury buňky (zbytečné struktury). Může obsahovat mitochondrie, části Golgiho komplexu. Často se tvoří během půstu. Může se objevit při vystavení jiným buňkám (červeným krvinkám).