Buněčná biologie) - Cell (biology)

Buňka
Wilson1900Fig2.jpg
Cibulové ( Allium cepa ) kořenové buňky v různých fázích buněčného cyklu (nakreslil EB Wilson , 1900)
Celltypes.svg
Eukaryotická buňka (vlevo) a prokaryotické buňky (vpravo)
Identifikátory
Pletivo D002477
TH H1.00.01.0.00001
FMA 686465
Anatomická terminologie

Buněk (od Latin cellula  ‚malé místnosti‘) je základní strukturální a funkční jednotka života . Každá buňka se skládá z cytoplazmy uzavřené v membráně , která obsahuje mnoho biomolekul, jako jsou proteiny a nukleové kyseliny .

Většina rostlinných a živočišných buněk je viditelná pouze pod světelným mikroskopem s rozměry mezi 1 a 100  mikrometrů . Elektronová mikroskopie poskytuje mnohem vyšší rozlišení a ukazuje velmi podrobnou strukturu buněk. Organismy lze klasifikovat jako jednobuněčné (sestávající z jedné buňky, jako jsou bakterie ) nebo mnohobuněčné (včetně rostlin a zvířat). Většina jednobuněčných organismů je klasifikována jako mikroorganismy . Počet buněk v rostlinách a zvířatech se liší druh od druhu; bylo odhadnuto, že lidské tělo obsahuje zhruba 40 bilionů (4 × 10 13 ) buněk. Mozek tvoří přibližně 80 miliard těchto buněk.

Buněčná biologie je studium buněk, které objevil Robert Hooke v roce 1665, který je pojmenoval podle podobnosti s buňkami obývanými křesťanskými mnichy v klášteře. Buněčná teorie , kterou poprvé v roce 1839 vyvinuli Matthias Jakob Schleiden a Theodor Schwann , uvádí, že všechny organismy se skládají z jedné nebo více buněk, že buňky jsou základní jednotkou struktury a funkce ve všech živých organismech a že všechny buňky pocházejí z stávající buňky. Buňky se na Zemi objevily asi před 4 miliardami let.

Typy buněk

Buňky jsou dvou typů: eukaryotické , které obsahují jádro , a prokaryotické buňky , které nemají jádro, ale oblast nukleoidů je stále přítomna. Prokaryoty jsou jednobuněčné organismy , zatímco eukaryoty mohou být buď jednobuněčné nebo mnohobuněčné .

Prokaryotické buňky

Struktura typické prokaryotické buňky

Prokaryoty zahrnují bakterie a archea , dvě ze tří oblastí života . Prokaryotické buňky byly první formou života na Zemi, která se vyznačovala životně důležitými biologickými procesy včetně buněčné signalizace . Jsou jednodušší a menší než eukaryotické buňky a postrádají jádro a další organely vázané na membránu . DNA prokaryotické buňky se skládá z jednoho kruhového chromozomu , která je v přímém kontaktu s cytoplasmě . Nukleární oblast v cytoplazmě se nazývá nukleoid . Většina prokaryot je nejmenší ze všech organismů o průměru 0,5 až 2,0 μm.

Prokaryotická buňka má tři oblasti:

  • Buňka je uzavřena do buněčného obalu - obvykle se skládá z plazmatické membrány pokryté buněčnou stěnou, která může být u některých bakterií dále pokryta třetí vrstvou nazývanou kapsle . Ačkoli většina prokaryot má buněčnou membránu i buněčnou stěnu, existují výjimky, jako je Mycoplasma (bakterie) a Thermoplasma (archaea), které mají pouze vrstvu buněčné membrány. Obálka dodává buňce tuhost a odděluje vnitřek buňky od jejího prostředí, přičemž slouží jako ochranný filtr. Buněčná stěna se skládá z peptidoglykanu v bakteriích a působí jako další bariéra proti vnějším silám. Také brání buňce v expanzi a prasknutí ( cytolýze ) z osmotického tlaku v důsledku hypotonického prostředí. Některé eukaryotické buňky ( rostlinné buňky a houbové buňky) mají také buněčnou stěnu.
  • Uvnitř buňky je cytoplazmatická oblast, která obsahuje genom (DNA), ribozomy a různé druhy inkluzí. Genetický materiál se volně nachází v cytoplazmě. Prokaryoty mohou nést extrachromozomální prvky DNA zvané plazmidy , které jsou obvykle kruhové. Lineární bakteriální plazmidy byly identifikovány u několika druhů spirochetových bakterií, včetně zástupců rodu Borrelia, zejména Borrelia burgdorferi , která způsobuje Lyme nemoc. Ačkoli netvoří jádro, DNA je kondenzována v nukleoidu . Plazmidy kódují další geny, jako jsou geny odolné vůči antibiotikům .
  • Na vnější straně vyčnívají bičíky a pili z povrchu buňky. Jedná se o struktury (nejsou přítomny ve všech prokaryotech) vyrobené z proteinů, které usnadňují pohyb a komunikaci mezi buňkami.
Struktura typické zvířecí buňky
Struktura typické rostlinné buňky

Eukaryotické buňky

Rostliny , zvířata , houby , slizové formy , prvoci a řasy jsou eukaryotické . Tyto buňky jsou asi patnáctkrát širší než typický prokaryot a mohou mít až tisíckrát větší objem. Hlavním rozlišovacím znakem eukaryot ve srovnání s prokaryoty je kompartmentalizace : přítomnost organel vázaných na membránu (kompartmentů), ve kterých probíhají specifické činnosti. Nejdůležitější z nich je buněčné jádro , organela, ve které je uložena DNA buňky . Toto jádro dává eukaryotu název, což znamená „pravé jádro (jádro)“. Některé z dalších rozdílů jsou:

  • Plazmatická membrána se podobá funkci prokaryotů, s malými rozdíly v nastavení. Buněčné stěny mohou, ale nemusí být přítomny.
  • Eukaryotická DNA je organizována v jedné nebo více lineárních molekulách, nazývaných chromozomy , které jsou spojeny s histonovými proteiny. Veškerá chromozomální DNA je uložena v buněčném jádru , odděleném od cytoplazmy membránou. Některé eukaryotické organely, jako jsou mitochondrie, také obsahují určitou DNA.
  • Mnoho eukaryotické buňky jsou řasinkami s primárním řasinek . Primární řasinky hrají důležitou roli v chemosenzaci, mechanosenzaci a termosenzaci. Na každé cilium lze tedy „pohlížet jako na senzorické buněčné antény, které koordinují velký počet buněčných signálních cest, někdy spojující signalizaci s ciliární motilitou nebo alternativně k buněčnému dělení a diferenciaci“.
  • Pohyblivé eukaryoty se mohou pohybovat pomocí pohyblivých řasinek nebo bičíků . V jehličnanech a kvetoucích rostlinách chybí pohyblivé buňky . Eukaryotické bičíky jsou složitější než prokaryoty.
Porovnání vlastností prokaryotických a eukaryotických buněk
Prokaryoty Eukaryota
Typické organismy bakterie , archea prvoků , hub , rostlin , zvířat
Typická velikost ~ 1–5  μm ~ 10–100 μm
Typ jádra nukleoidní oblast ; žádné skutečné jádro skutečné jádro s dvojitou membránou
DNA kruhový (obvykle) lineární molekuly ( chromozomy ) s histonovými proteiny
Syntéza RNA / bílkovin spojené v cytoplazmě Syntéza RNA v syntéze
proteinu jádra v cytoplazmě
Ribozomy 50S a 30S 60S a 40S
Cytoplazmatická struktura velmi málo struktur vysoce strukturovaný endomembránami a cytoskeletem
Pohyb buňky bičíky z flagellinu bičíky a řasinky obsahující mikrotubuly ; lamellipodia a filopodia obsahující aktin
Mitochondrie žádný jeden až několik tisíc
Chloroplasty žádný v řasách a rostlinách
Organizace obvykle jednotlivé buňky jednotlivé buňky, kolonie, vyšší mnohobuněčné organismy se specializovanými buňkami
Buněčné dělení binární štěpení (jednoduché dělení) mitóza (štěpení nebo pučení)
meióza
Chromozomy jediný chromozom více než jeden chromozom
Membrány buněčná membrána Buněčná membrána a organely vázané na membránu

Subcelulární komponenty

Všechny buňky, ať už prokaryotické nebo eukaryotické , mají membránu, která obaluje buňku, reguluje pohyb dovnitř a ven (selektivně propustná) a udržuje elektrický potenciál buňky . Uvnitř membrány cytoplazma zabírá většinu objemu buňky. Všechny buňky (kromě červených krvinek, které postrádají buněčné jádro a většina organel, aby pojaly maximální prostor pro hemoglobin ) mají DNA , dědičný materiál genů a RNA , obsahující informace nezbytné pro stavbu různých proteinů, jako jsou enzymy , primární aparát buňky . V buňkách jsou také další druhy biomolekul . Tento článek uvádí tyto primární buněčné komponenty a poté stručně popisuje jejich funkci.

Buněčná membrána

Podrobný diagram lipidové dvojvrstvé buněčné membrány

Buněčné membrány , nebo plazmatické membrány, je selektivně permeabilní biologickou membránu , která obklopuje cytoplazmy buňky. U zvířat je plazmatická membrána vnější hranicí buňky, zatímco u rostlin a prokaryot je obvykle pokryta buněčnou stěnou . Tato membrána slouží k oddělení a ochraně buňky před okolním prostředím a je vyrobena převážně z dvojité vrstvy fosfolipidů , které jsou amfifilní (částečně hydrofobní a částečně hydrofilní ). Proto se tato vrstva nazývá fosfolipidová dvojvrstva nebo někdy membrána z tekuté mozaiky. Do této membrány je vložena makromolekulární struktura nazývaná porozom, univerzální sekreční portál v buňkách a řada proteinových molekul, které fungují jako kanály a pumpy, které přesouvají různé molekuly do a ven z buňky. Membrána je polopropustná a selektivně propustná v tom smyslu, že může buď nechat látku ( molekulu nebo iont ) volně procházet, procházet v omezeném rozsahu nebo vůbec neprocházet. Membrány na povrchu buněk také obsahují receptorové proteiny, které umožňují buňkám detekovat vnější signální molekuly, jako jsou hormony .

Cytoskeleton

Fluorescenční obraz endoteliální buňky. Jádra jsou obarvena modře, mitochondrie jsou obarveny červeně a mikrofilamenty jsou obarveny zeleně.

Cytoskelet působí tak, že organizuje a udržuje tvar buňky; ukotví organely na místě; pomáhá během endocytózy , vychytávání vnějších materiálů buňkou a cytokineze , oddělení dceřiných buněk po buněčném dělení ; a pohybuje částmi buněk v procesech růstu a mobility. Eukaryotický cytoskelet se skládá z mikrotubulů , intermediárních filamentů a mikrofilamentů . V cytoskeletu neuronu jsou meziproduktová vlákna známá jako neurofilamenta . S nimi je spojeno velké množství proteinů, z nichž každý řídí strukturu buňky usměrňováním, sdružováním a zarovnáváním vláken. Prokaryotický cytoskelet je méně studovaný, ale podílí se na udržování tvaru buňky, polarity a cytokineze. Podjednotkový protein mikrovláken je malý, monomerní protein nazývaný aktin . Podjednotka mikrotubulů je dimerní molekula zvaná tubulin . Meziproduktová vlákna jsou heteropolymery, jejichž podjednotky se liší mezi typy buněk v různých tkáních. Ale některé podjednotkové proteiny meziproduktových vláken zahrnují vimentin , desmin , lamin (lamináty A, B a C), keratin (více kyselých a zásaditých keratinů), neurofilamentové proteiny (NF – L, NF – M).

Genetický materiál

Existují dva různé druhy genetického materiálu: deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA). Buňky používají DNA k dlouhodobému ukládání informací. Biologická informace obsažená v organismu je zakódována v jeho sekvenci DNA. RNA se používá pro přenos informací (např. MRNA ) a enzymatické funkce (např. Ribozomální RNA). Molekuly přenosové RNA (tRNA) se používají k přidání aminokyselin během translace proteinů .

Prokaryotický genetický materiál je organizován v jednoduchém kruhovém bakteriálním chromozomu v nukleoidní oblasti cytoplazmy. Eukaryotický genetický materiál je uvnitř diskrétního jádra rozdělen na různé lineární molekuly zvané chromozomy , obvykle s dalším genetickým materiálem v některých organelách, jako jsou mitochondrie a chloroplasty (viz endosymbiotická teorie ).

Lidská buňka má genetický materiál obsažený v jádře buňky (dále jen jaderného genomu ) a v mitochondriích (dále mitochondriální genom ). U lidí je jaderný genom rozdělen na 46 lineárních molekul DNA nazývaných chromozomy , včetně 22 homologních párů chromozomů a dvojice pohlavních chromozomů . Mitochondriální genom je kruhová molekula DNA odlišná od jaderné DNA. Přestože je mitochondriální DNA ve srovnání s jadernými chromozomy velmi malá, kóduje 13 proteinů zapojených do produkce mitochondriální energie a specifických tRNA.

Cizí genetický materiál (nejčastěji DNA) může být také uměle zaveden do buňky procesem zvaným transfekce . To může být přechodné, pokud není DNA vložena do genomu buňky , nebo stabilní, pokud ano. Některé viry také vkládají svůj genetický materiál do genomu.

Organely

Organely jsou části buňky, které jsou přizpůsobeny a/nebo specializovány k provádění jedné nebo více životně důležitých funkcí, analogicky s orgány lidského těla (jako je srdce, plíce a ledviny, přičemž každý orgán plní jinou funkci). Eukaryotické i prokaryotické buňky mají organely, ale prokaryotické organely jsou obecně jednodušší a nejsou vázány na membránu.

V buňce je několik typů organel. Některé (například jádro a golgiho aparát ) jsou typicky osamělé, zatímco jiné (například mitochondrie , chloroplasty , peroxizomy a lysosomy ) mohou být četné (stovky až tisíce). Cytosol je želatinová tekutina, která vyplní buňky a obklopuje organely.

Eukaryotická

Lidské rakovinné buňky, konkrétně buňky HeLa , s DNA barvené modře. Centrální a pravá buňka jsou v interfázi , takže jejich DNA je difúzní a celá jádra jsou označena. Buňka vlevo prochází mitózou a její chromozomy zkondenzovaly.
3D vykreslování eukaryotické buňky
  • Buněčné jádro : Buněčné informační centrum, buněčné jádro je nejnápadnější organelou nalezenou v eukaryotické buňce. Sídlí v chromozomech buňky a je místem, kde dochází téměř k veškeré replikaci DNA a syntéze ( transkripci ) RNA . Jádro je sférické a oddělené od cytoplazmy dvojitou membránou nazývanou jaderná obálka . Jaderný obal izoluje a chrání DNA buňky před různými molekulami, které by mohly náhodně poškodit její strukturu nebo narušit její zpracování. Při zpracování, DNA je transkribována , nebo kopírovat do speciální RNA , tzv messenger RNA (mRNA). Tato mRNA je poté transportována ven z jádra, kde je translatována do specifické proteinové molekuly. Jadérko je specializovaný region uvnitř jádra, kde jsou sestavené ribozomů podjednotky. U prokaryot probíhá zpracování DNA v cytoplazmě .
  • Mitochondrie a chloroplasty : generují energii pro buňku. Mitochondrie jsou samoreplikující se organely, které se v cytoplazmě všech eukaryotických buněk vyskytují v různých počtech, tvarech a velikostech. Dýchání probíhá v buněčných mitochondriích, které generují energii buňky oxidační fosforylací , přičemž kyslík uvolňuje energii uloženou v buněčných živinách (typicky patřících k glukóze ) a vytváří ATP . Mitochondrie se množí binárním štěpením , jako prokaryoty. Chloroplasty lze nalézt pouze v rostlinách a řasách a pomocí fotosyntézy zachycují sluneční energii k výrobě sacharidů .
  • Endoplazmatické retikulum : Endoplazmatické retikulum (ER) je transportní síť pro molekuly cílené na určité modifikace a specifická místa určení, ve srovnání s molekulami, které se volně vznášejí v cytoplazmě. ER má dvě formy: drsný ER, který má na svém povrchu ribozomy, které vylučují proteiny do ER, a hladký ER, který postrádá ribozomy. Hladký ER hraje roli při sekvestraci a uvolňování vápníku.
  • Golgiho aparát : Primární funkcí Golgiho aparátu je zpracovat a zabalit makromolekuly, jako jsou proteiny a lipidy, které jsou syntetizovány buňkou.
  • Lysozomy a peroxizomy : Lysozomy obsahují trávicí enzymy (kyselé hydrolázy ). Tráví přebytečné nebo opotřebované organely , částice jídla a pohlcené viry nebo bakterie . Peroxisomy mají enzymy, které zbavují buňku toxických peroxidů . Buňka by nemohla tyto destruktivní enzymy pojmout, pokud by nebyly obsaženy v systému vázaném na membránu.
  • Centrosome : organizátor cytoskeletu: Centrosome produkuje mikrotubuly buňky - klíčovou součást cytoskeletu . Řídí transport přes ER a Golgiho aparát . Centrosomy se skládají ze dvou centriolů , které se během buněčného dělení oddělují a pomáhají při tvorbě mitotického vřeténka . V zvířecích buňkách je přítomen jediný centrosom . Nacházejí se také v některých buňkách hub a řas.
  • Vakuoly : Vakuoly zachycují odpadní produkty a v rostlinných buňkách uchovávají vodu. Často jsou popisovány jako prostor naplněný kapalinou a jsou obklopeny membránou. Některé buňky, zejména Amoeba , mají kontraktilní vakuoly, které mohou čerpat vodu z buňky, pokud je vody příliš mnoho. Vakuoly rostlinných buněk a buněk hub jsou obvykle větší než vakuoly živočišných buněk.

Eukaryotické a prokaryotické

  • Ribozomy : Ribozom je velký komplex molekul RNA a bílkovin . Každý z nich se skládá ze dvou podjednotek a působí jako montážní linka, kde se k syntéze proteinů z aminokyselin používá RNA z jádra. Ribozomy lze nalézt buď volně plovoucí, nebo vázané na membránu (hrubé endoplazmatické retikulum v eukaryotech, nebo buněčná membrána v prokaryotech).

Struktury mimo buněčnou membránu

Mnoho buněk má také struktury, které existují zcela nebo částečně mimo buněčnou membránu. Tyto struktury jsou pozoruhodné, protože nejsou chráněny před vnějším prostředím semipermeabilní buněčnou membránou . Aby bylo možné tyto struktury sestavit, musí být jejich součásti přeneseny přes buněčnou membránu exportními procesy.

Buněčná stěna

Mnoho typů prokaryotických a eukaryotických buněk má buněčnou stěnu . Buněčná stěna chrání buňku mechanicky a chemicky před jejím prostředím a je další vrstvou ochrany buněčné membrány. Různé typy buněk mají buněčné stěny tvořené různými materiály; stěny rostlinných buněk jsou primárně tvořeny celulózou , buněčné stěny hub jsou tvořeny chitinem a stěny buněk bakterií jsou tvořeny peptidoglykanem .

Prokaryotický

Kapsle

Želatinová kapsle je přítomna v některých bakteriích mimo buněčnou membránu a buněčnou stěnu. Kapsle může být polysacharid jako u pneumokoků , meningokoků nebo polypeptidů jako Bacillus anthracis nebo kyselina hyaluronová jako u streptokoků . Kapsle nejsou označeny běžnými protokoly barvení a mohou být detekovány indickým inkoustem nebo methylovou modří ; což umožňuje vyšší kontrast mezi buňkami pro pozorování.

Bičík

Flagella jsou organely pro buněčnou mobilitu. Bakteriální bičík se táhne od cytoplazmy přes buněčnou membránu (membrány) a protlačuje se přes buněčnou stěnu. Jsou to dlouhé a tlusté nitkovité přídavky, proteinové povahy. Jiný typ bičíku se nachází v archaea a jiný typ se nachází v eukaryotech.

Fimbriae

A fimbria (plurál fimbrií také známý jako Pilus , množný pili) je krátký, tenký, vlasy-jako vlákna se nachází na povrchu bakterií. Fimbrie jsou tvořeny proteinem zvaným pilin ( antigenní ) a jsou zodpovědné za připojení bakterií ke specifickým receptorům na lidských buňkách ( buněčná adheze ). Na konjugaci bakterií se podílejí speciální typy pilířů .

Buněčné procesy

Replikace

Buněčné dělení zahrnuje jednu buňku (nazývanou mateřská buňka ), která se rozdělí na dvě dceřiné buňky. To vede k růstu v mnohobuněčných organismech (růst tkáně ) a k plození ( vegetativní rozmnožování ) v jednobuněčných organismech . Prokaryotické buňky se dělí binárním štěpením , zatímco eukaryotické buňky obvykle procházejí procesem jaderného dělení, nazývaného mitóza , následovaným dělením buňky, nazývaným cytokineze . Diploidní buňka může také podstoupit meiosis produkovat haploidní buňky, obvykle čtyři. Haploidní buňky slouží jako gamety v mnohobuněčných organismech, které se spojují a vytvářejí nové diploidní buňky.

Replikace DNA nebo proces duplikace genomu buňky se vždy stane, když se buňka rozdělí mitózou nebo binárním štěpením. K tomu dochází během fáze S buněčného cyklu .

Při meióze se DNA replikuje pouze jednou, zatímco buňka se dvakrát rozdělí. DNA replikace dochází pouze před meiosis já . K replikaci DNA nedochází, když se buňky dělí podruhé, u meiózy II . Replikace, stejně jako všechny buněčné aktivity, vyžaduje pro výkon práce specializované proteiny.

Oprava DNA

Buňky všech organismů obecně obsahují enzymové systémy, které skenují jejich DNA na poškození a provádějí opravné procesy, když jsou detekována poškození. V organismech od bakterií po člověka se vyvinuly rozmanité opravné procesy. Rozšířená prevalence těchto opravných procesů naznačuje důležitost udržování buněčné DNA v nepoškozeném stavu, aby se zabránilo buněčné smrti nebo chybám replikace v důsledku poškození, které by mohlo vést k mutaci . Bakterie E. coli jsou dobře studovaným příkladem buněčného organismu s různými přesně definovanými procesy opravy DNA . Patří sem: (1) oprava excize nukleotidů , (2) oprava nesouladu DNA , (3) nehomologní spojení konce dvouvláknových zlomů, (4) rekombinační oprava a (5) oprava závislá na světle ( fotoreaktivace ).

Růst a metabolismus

Přehled syntézy proteinů.
V jádru buňky ( světle modrá ) jsou geny (DNA, tmavě modrá ) přepsány do RNA . Tato RNA je poté podrobena post-transkripční modifikaci a kontrole, což vede k zralé mRNA ( červené ), která je poté transportována z jádra do cytoplazmy ( broskev ), kde prochází translací na protein. mRNA je překládána ribozomy ( purpurovými ), které odpovídají třízákladovým kodonům mRNA se třemi základními antikodony příslušné tRNA . Nově syntetizované proteiny ( černé ) se často dále modifikují, například vazbou na efektorovou molekulu ( oranžová ), aby se staly plně aktivními.

Mezi postupným dělením buněk buňky rostou prostřednictvím buněčného metabolismu. Buněčný metabolismus je proces, při kterém jednotlivé buňky zpracovávají molekuly živin. Metabolismus má dvě odlišná dělení: katabolismus , ve kterém buňka rozkládá složité molekuly k výrobě energie a snižování energie , a anabolismus , při kterém buňka využívá energii a redukční sílu ke konstrukci složitých molekul a plnění dalších biologických funkcí. Složité cukry spotřebované organismem lze rozložit na jednodušší molekuly cukru nazývané monosacharidy , jako je glukóza . Jakmile je uvnitř buňky, rozkládá se glukóza na dva různé cesty, aby se vytvořil adenosintrifosfát ( ATP ), molekula, která má snadno dostupnou energii.

Proteosyntéza

Buňky jsou schopné syntetizovat nové proteiny, které jsou nezbytné pro modulaci a udržování buněčných aktivit. Tento proces zahrnuje tvorbu nových proteinových molekul ze stavebních bloků aminokyselin na základě informací kódovaných v DNA/RNA. Syntéza proteinů obecně sestává ze dvou hlavních kroků: transkripce a translace .

Transkripce je proces, kde se genetická informace v DNA používá k produkci komplementárního vlákna RNA. Toto vlákno RNA je poté zpracováno za vzniku messengerové RNA (mRNA), která může volně migrovat buňkou. Molekuly mRNA se vážou na komplexy protein-RNA zvané ribozomy umístěné v cytosolu , kde jsou translatovány do polypeptidových sekvencí. Ribozom zprostředkovává tvorbu polypeptidové sekvence na základě sekvence mRNA. Sekvence mRNA se přímo týká polypeptidové sekvence vazbou na molekuly adaptéru pro přenos RNA (tRNA) ve vazebných kapsách uvnitř ribozomu. Nový polypeptid se poté složí do funkční trojrozměrné molekuly proteinu.

Motilita

Jednobuněčné organismy se mohou pohybovat, aby našly potravu nebo unikly predátorům. Mezi běžné mechanismy pohybu patří bičíky a řasinky .

U mnohobuněčných organismů se buňky mohou pohybovat během procesů, jako je hojení ran, imunitní odpověď a rakovinové metastázy . Například při hojení ran u zvířat se bílé krvinky přesunou na místo rány, aby zabily mikroorganismy, které způsobují infekci. Buněčná pohyblivost zahrnuje mnoho receptorů, zesíťování, svazkování, vazbu, adhezi, motor a další proteiny. Proces je rozdělen do tří kroků-vyčnívání náběžné hrany buňky, adheze náběžné hrany a de-adheze v těle a zadní části buňky a kontrakce cytoskeletu, aby se buňka vytáhla dopředu. Každý krok je řízen fyzickými silami generovanými jedinečnými segmenty cytoskeletu.

Navigace, ovládání a komunikace

V srpnu 2020 vědci popsali jednosměrné buňky - zejména buňky slizové plísně a myší buňky odvozené od rakoviny slinivky břišní - jsou schopny se efektivně pohybovat tělem a identifikovat nejlepší cesty složitými bludišti: generování gradientů po rozpadu difuzních chemoatraktantů, které umožněte jim vycítit nadcházející křižovatky bludiště, než se k nim dostanou, a to i za rohy.

Mnohobuněčnost

Specializace/diferenciace buněk

Barvení Caenorhabditis elegans, která zvýrazňuje jádra jejích buněk.

Mnohobuněčné organismy jsou organismy, které se skládají z více než jedné buňky, na rozdíl od jednobuněčných organismů .

U komplexních mnohobuněčných organismů se buňky specializují na různé typy buněk, které jsou přizpůsobeny konkrétním funkcím. U savců zahrnují hlavní buněčné typy kožní buňky , svalové buňky , neurony , krvinky , fibroblasty , kmenové buňky a další. Buněčné typy se liší vzhledem i funkcí, přesto jsou geneticky totožné. Buňky mohou být ze stejného genotypu , ale z jiného typu buněk v důsledku diferenciální exprese těchto genů , které obsahují.

Většina odlišných typů buněk pochází z jediné totipotentní buňky, zvané zygota , která se během vývoje diferencuje na stovky různých typů buněk . Diferenciace buněk je dána různými environmentálními podněty (například interakce buňka -buňka) a vnitřními rozdíly (například způsobenými nerovnoměrným rozložením molekul během dělení ).

Původ mnohobuněčnosti

Mnohobuněčnost se vyvinula nezávisle nejméně 25krát, včetně některých prokaryot, jako jsou sinice , myxobakterie , aktinomycety , Magnetoglobus multicellularis nebo Methanosarcina . Složité mnohobuněčné organismy se však vyvinuly pouze v šesti eukaryotických skupinách: zvířata, houby, hnědé řasy, červené řasy, zelené řasy a rostliny. Vyvinul se opakovaně pro rostliny ( Chloroplastida ), jednou nebo dvakrát pro zvířata , jednou pro hnědé řasy a možná několikrát pro houby , slizové formy a červené řasy . Mnohobuněčnost se mohla vyvinout z kolonií vzájemně závislých organismů, z celularizace nebo z organismů v symbiotických vztazích .

První doklady o mnohobuněčnosti od sinic like organismů, které žily před 3 až 3,5 miliardami let. Mezi další rané zkameněliny mnohobuněčných organismů patří napadená Grypania spiralis a zkameněliny černých břidlic paleozoproterozoické formace francouzsko -villianské skupiny fosilních B v Gabonu .

Evoluce mnohobuněčnosti od jednobuněčných předků byla replikována v laboratoři, v evolučních experimentech s využitím predace jako selektivního tlaku .

Původy

Původ buněk souvisí se vznikem života , který započal historii života na Zemi.

Původ první buňky

Stromatolity zanechávají sinice , nazývané také modrozelené řasy. Jsou to nejstarší známé zkameněliny života na Zemi. Tato miliarda let stará fosilie pochází z národního parku Glacier ve Spojených státech.

Existuje několik teorií o původu malých molekul, které vedly k životu na rané Zemi . Mohly být přeneseny na Zemi na meteoritech (viz meteorit Murchison ), vytvořeny v hlubinných průduchech nebo syntetizovány bleskem v redukční atmosféře (viz Miller-Ureyův experiment ). Existuje jen málo experimentálních dat, která definují, jaké byly první samoreplikující se formy. RNA je považována za nejstarší samoreplikující se molekulu, protože je schopná jak uchovávat genetické informace, tak katalyzovat chemické reakce (viz hypotéza světa RNA ), ale RNA mohla předcházet nějaká jiná entita s potenciálem vlastní replikace jílová nebo peptidová nukleová kyselina .

Buňky se objevily nejméně před 3,5 miliardami let. Současné přesvědčení je, že tyto buňky byly heterotrofní . Rané buněčné membrány byly pravděpodobně jednodušší a propustnější než moderní, pouze s jedním řetězcem mastné kyseliny na lipid. O lipidech je známo, že ve vodě spontánně vytvářejí dvouvrstvé váčky a mohly předcházet RNA, ale první buněčné membrány mohly být také produkovány katalytickou RNA nebo dokonce vyžadovaly strukturní proteiny, než se mohly vytvořit.

Původ eukaryotických buněk

Zdá se, že eukaryotická buňka se vyvinula ze symbiotického společenství prokaryotických buněk. Organely nesoucí DNA, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, pocházejí ze starých symbiotických proteobakterií dýchajících kyslík a sinic , které byly endosymbiozovány rodovým archaeanským prokaryotem.

Stále existuje značná debata o tom, zda organely jako hydrogenozom předcházely vzniku mitochondrií , nebo naopak: viz vodíková hypotéza původu eukaryotických buněk.

Historie výzkumu

Robert Hooke kresba buněk v korku , 1665

Viz také

Reference

Poznámky

Další čtení

externí odkazy