EUKARYOTICKÁ BUNKA: CHARAKTERISTIKA, TYPY, ČASTI, METABOLIZMUS - BIOLÓGIE - 2025

Medzi eukaryotické bunky sú stavebné dielce široký rad organizmov, vyznačujúci sa tým, že bunky s jadrom vymedzenom membránou a má sadu organel.

Medzi najvýznamnejšie organely eukaryotov máme mitochondrie zodpovedné za bunkovú respiráciu a ďalšie cesty súvisiace s tvorbou energie a chloroplastov, nachádzajúce sa v rastlinách a zodpovedné za fotosyntetický proces.

Živočíšna eukaryotická bunka. Zdroj: Nikol valentina romero ruiz z Wikimedia Commons

Okrem toho existujú ďalšie štruktúry obmedzené membránami, ako sú napríklad Golgiho aparát, endoplazmatické retikulum, vakuoly, lyzozómy, peroxizómy, ktoré sú jedinečné pre eukaryoty.

Organizmy, ktoré sú súčasťou eukaryotov, sú dosť heterogénne, čo sa týka veľkosti aj morfológie. Táto skupina siaha od jednobunkových prvokov a mikroskopických kvasiniek po rastliny a veľké zvieratá, ktoré obývajú hlboké more.

Eukaryoty sa od prokaryotov líšia hlavne prítomnosťou jadra a iných vnútorných organel, okrem toho, že majú vysokú organizáciu genetického materiálu. Dá sa povedať, že eukaryoty sú oveľa zložitejšie z rôznych hľadísk, štrukturálnych aj funkčných.

Všeobecné charakteristiky

Najdôležitejšie charakteristiky, ktoré definujú eukaryotickú bunku, sú: prítomnosť definovaného jadra s genetickým materiálom (DNA) vo vnútri, subcelulárne organely, ktoré vykonávajú špecifické úlohy, a cytoskelet.

Niektoré línie majú teda osobitné vlastnosti. Napríklad rastliny majú chloroplasty, veľký vakuol a hrubú stenu celulózy. V hubách je charakteristická stena chitínu. A nakoniec, živočíšne bunky majú centrály.

Podobne existujú eukaryotické jednobunkové organizmy v rámci protistov a húb.

Časti (organely)

Jednou z charakteristických charakteristík eukaryot je prítomnosť organel alebo subcelulárnych kompartmentov obklopených membránou. Medzi najvýznamnejšie patrí:

jadro

Reprezentácia eukaryotických ľudských buniek. Môžete vidieť jadro

Jadro je najviditeľnejšou štruktúrou v eukaryotických bunkách. Je ohraničená dvojitou pórovitou lipidovou membránou, ktorá umožňuje výmenu látok medzi cytoplazmou a jadrovým vnútrom.

Je to organela zodpovedná za koordináciu všetkých bunkových procesov, pretože obsahuje všetky potrebné pokyny v DNA, ktoré umožňujú vykonávať nespočetné množstvo procesov.

Jadro nie je dokonale guľovitá a statická organela s náhodne rozptýlenou DNA v nej. Je to štruktúra vynikajúcej zložitosti s rôznymi zložkami, ako sú: jadrový obal, chromatín a jadro.

Vo vnútri jadra sú aj ďalšie telá, ako sú napríklad Cajalova telieska a PML telá (promyelocytová leukémia).

mitochondrie

mitochondrie

Mitochondrie sú organely obklopené dvojitým membránovým systémom a nachádzajú sa v rastlinách aj na zvieratách. Počet mitochondrií na bunku sa líši podľa jeho potrieb: v bunkách s vysokými energetickými požiadavkami je počet relatívne vyšší.

Metabolické dráhy, ktoré sa vyskytujú v mitochondriách, sú: cyklus kyseliny citrónovej, transport elektrónov a oxidačná fosforylácia, beta oxidácia mastných kyselín a rozklad aminokyselín.

chloroplasty

chloroplast

Chloroplasty sú typické organely rastlín a rias, ktoré predstavujú zložité membránové systémy. Najdôležitejšou zložkou je chlorofyl, zelený pigment, ktorý sa priamo podieľa na fotosyntéze.

Okrem reakcií spojených s fotosyntézou môžu chloroplasty generovať okrem iného ATP, syntetizovať aminokyseliny, mastné kyseliny. Posledné štúdie ukázali, že tento oddiel súvisí s výrobou látok proti patogénom.

Rovnako ako mitochondrie, chloroplasty majú svoj vlastný genetický materiál v kruhovom tvare. Z evolučného hľadiska je táto skutočnosť dôkazom, ktorý podporuje teóriu možného endosymbiotického procesu, ktorý dal vznik mitochondriám a chloroplastom.

Endoplazmatické retikulum

Endoplazmatické retikulum

Retikulum je systém membrán, ktorý pokračuje s jadrom a ktorý prechádza celou bunkou vo forme labyrintu.

Je rozdelená na hladké endoplazmatické retikulum a hrubé endoplazmatické retikulum v závislosti od prítomnosti ribozómov v ňom. Hrubé retikulum je primárne zodpovedné za syntézu proteínov - vďaka ukotveným ribozómom. Hladký, pokiaľ ide o jeho časť, súvisí s metabolickými cestami lipidov

Golgiho aparát

Skladá sa zo série sploštených diskov nazývaných „Golgiánske cisterny“. Súvisí to so sekréciou a modifikáciou proteínov. Podieľa sa tiež na syntéze ďalších biomolekúl, ako sú lipidy a uhľohydráty.

Eukaryotické organizmy

V roku 1980 sa vedci Carl Woese a spolupracovníci dokázali nadviazať vzťahy medzi živými bytosťami pomocou molekulárnych techník. Prostredníctvom série priekopníckych experimentov sa im podarilo vytvoriť tri oblasti (nazývané aj „super kráľovstvá“), ktoré zanechali tradičný pohľad na päť kráľovstiev.

Podľa Woeseho výsledkov môžeme rozdeliť živé formy Zeme do troch nápadných skupín: Archaea, Eubacteria a Eukarya.

V doméne Eukarya sú organizmy, ktoré poznáme ako eukaryoty. Táto línia je značne rozmanitá a zahŕňa množstvo jednobunkových aj mnohobunkových organizmov.

jednobunkový

Jednobunkové eukaryoty sú mimoriadne zložité organizmy, pretože musia mať v jednej bunke všetky typické funkcie eukaryotu. Protozoi sa historicky klasifikujú ako odnože, zmierenci, bičíky a sporozoáni.

Ako najvýznamnejšie príklady máme euglenu: fotosyntetický druh schopný pohybovať sa cez bičík.

Existujú tiež riasnaté eukaryoty, napríklad slávna paramecia rodu Paramecium. Majú typický tvar papuče a pohybujú sa vďaka prítomnosti početných rias.

V tejto skupine sú tiež patogénne druhy ľudí a zvierat, napríklad rod Trypanosoma. Táto skupina parazitov sa vyznačuje podlhovastým telom a typickým bičíkom. Sú príčinou Chagasovej choroby (Trypanosoma cruzi) a spavej choroby (Trypanosoma brucei).

Rod Plasmodium je pôvodcom malárie alebo malárie u ľudí. Toto ochorenie môže byť smrteľné.

Existujú tiež jednobunkové huby, ale najvýraznejšie vlastnosti tejto skupiny budú opísané v ďalších častiach.

rastliny

Všetka veľká zložitosť rastlín, ktoré denne pozorujeme, patrí k eukaryotickej línii, od tráv a tráv až po zložité a veľké stromy.

Bunky týchto jedincov sú charakterizované tým, že majú bunkovú stenu zloženú z celulózy, ktorá dáva tejto štruktúre tuhosť. Okrem toho majú chloroplasty, ktoré obsahujú všetky biochemické prvky potrebné na to, aby došlo k fotosyntetickému procesu.

Rastliny predstavujú veľmi rozmanitú skupinu organizmov so zložitými životnými cyklami, ktoré by nebolo možné zahrnúť do niekoľkých charakteristík.

huby

Výraz "huba" sa používa na označenie rôznych organizmov, ako sú plesne, kvasinky a jednotlivci, ktorí sú schopní produkovať huby.

V závislosti od druhu sa môžu reprodukovať sexuálne alebo asexuálne. Vyznačujú sa hlavne výrobou spór: malé latentné štruktúry, ktoré sa môžu vyvíjať, keď sú vhodné podmienky prostredia.

Môžete si myslieť, že sú podobné rastlinám, pretože obidve sú charakterizované tým, že vedú mierny spôsob života, to znamená, že sa nepohybujú. Huby však nemajú chloroplasty a nemajú potrebné enzymatické mechanizmy na uskutočnenie fotosyntézy.

Ich spôsob kŕmenia je heterotrofný, rovnako ako väčšina zvierat, takže musia hľadať zdroj energie.

zver

Zvieratá predstavujú skupinu zloženú z takmer milióna druhov, ktoré sú katalogizované a klasifikované správne, hoci zoológovia odhadujú, že skutočná hodnota by sa mohla blížiť k 7 alebo 8 miliónom. Sú rovnako rôznorodou skupinou, ako sú skupiny uvedené vyššie.

Vyznačujú sa heterotrofiou (hľadajú vlastné jedlo) a majú pozoruhodnú mobilitu, ktorá im umožňuje pohybovať sa. Pre túto úlohu majú rad rôznych pohybových mechanizmov, ktoré im umožňujú pohybovať sa po súši, vode a vzduchu.

Pokiaľ ide o ich morfológiu, nachádzame neuveriteľne heterogénne skupiny. Aj keď by sme sa mohli rozdeliť na bezstavovce a stavovce, kde charakteristika, ktorá ich odlišuje, je prítomnosť stavcovského stĺpca a notochordu.

V bezstavovcoch máme porfýry, cnidarians, annelids, nematodes, flatworms, článkonožce, mäkkýše a ostnokožce. Kým na stavovcoch sú známe skupiny ako sú ryby, obojživelníky, plazy, vtáky a cicavce.

Eukaryotické typy buniek

Existuje veľká rozmanitosť eukaryotických buniek. Aj keď si môžete myslieť, že najzložitejšie sa vyskytujú u zvierat a rastlín, je to nesprávne. Najväčšia zložitosť sa pozoruje v protistických organizmoch, ktoré musia mať všetky prvky potrebné pre život obmedzené v jednej bunke.

Evolučná cesta, ktorá viedla k objaveniu sa mnohobunkových organizmov, priniesla so sebou potrebu distribúcie úloh medzi jednotlivca, ktorý je známy ako diferenciácia buniek. Každá bunka je teda zodpovedná za rad obmedzených aktivít a má morfológiu, ktorá im umožňuje ich uskutočnenie.

Keď dôjde k procesu fúzie alebo oplodnenia gamety, výsledný zygota prechádza radom nasledujúcich bunkových delení, ktoré povedú k vytvoreniu viac ako 250 typov buniek.

U zvierat sú cesty diferenciácie sledované embryom riadené signálmi, ktoré prijíma z prostredia a do veľkej miery závisia od jeho polohy v vyvíjajúcom sa organizme. Medzi najvýznamnejšie typy buniek máme:

neuróny

Neuróny alebo bunky sa špecializovali na vedenie nervového impulzu, ktorý je súčasťou nervového systému.

Svalové bunky

Bunky kostrového svalstva, ktoré majú sťahovacie vlastnosti a sú usporiadané v sieti vlákien. Umožňujú typické pohyby zvierat, ako sú beh alebo chôdza.

Bunky chrupavky

Bunky chrupavky sa špecializujú na podporu. Z tohto dôvodu sú obklopené matricou, ktorá obsahuje kolagén.

Krvné bunky

Bunkové zložky krvi sú červené a biele krvinky a krvné doštičky. Prvé látky sú v tvare disku, keď sú zrelé, neobsahujú jadro a majú funkciu transportu hemoglobínu. Biele krvinky sa zúčastňujú imunitnej reakcie a krvných doštičiek na procese zrážania krvi.

metabolizmus

Eukaryoty predstavujú rad metabolických ciest, ako je napríklad glykolýza, pentózofosfátové dráhy, beta oxidácia mastných kyselín, organizovaná v špecifických bunkových kompartmentoch. Napríklad ATP sa generuje v mitochondriách.

Rastlinné bunky majú charakteristický metabolizmus, pretože majú enzymatický aparát potrebný na slnečné žiarenie a tvorbu organických zlúčenín. Tento proces predstavuje fotosyntézu a mení ich na autotrofné organizmy, ktoré dokážu syntetizovať energetické zložky, ktoré vyžaduje ich metabolizmus.

Rastliny majú špecifickú cestu nazývanú glyoxylátový cyklus, ktorý sa vyskytuje v glyoxysome a je zodpovedný za konverziu lipidov na uhľohydráty.

Zvieratá a huby sa vyznačujú heterotrofami. Tieto línie nie sú schopné vyrábať vlastné jedlo, preto ich musia aktívne vyhľadávať a degradovať.

Rozdiely s prokaryotmi

Zásadný rozdiel medzi eukaryotom a prokaryotom je prítomnosť jadra ohraničeného membránou a definovaného v prvej skupine organizmov.

K tomuto záveru môžeme dospieť skúmaním etymológie obidvoch pojmov: prokaryota pochádza z koreňov pro, čo znamená „pred“ a karyon, ktorý je jadrom; zatiaľ čo eukaryota označuje prítomnosť „pravého jadra“ (eu znamená „true“ a „karyon“ jadro)

Našli sme však jednobunkové eukaryoty (to znamená, že celý organizmus je jedna bunka), ako napríklad dobre známy paramecium alebo kvasinky. Rovnakým spôsobom nájdeme viacbunkové eukaryotické organizmy (tvorené z viac ako jednej bunky) ako zvieratá, vrátane ľudí.

Podľa fosílnych záznamov bolo možné dospieť k záveru, že eukaryoty sa vyvinuli z prokaryotov. Preto je logické predpokladať, že obe skupiny majú podobné vlastnosti, ako je napríklad prítomnosť bunkovej membrány, spoločné metabolické dráhy. Najviditeľnejšie rozdiely medzi týmito dvoma skupinami budú opísané nižšie:

Zdroj: Autorom nebol poskytnutý žiadny strojovo čitateľný autor. Mortadelo2005 prevzaté (na základe nárokov na autorské práva). , prostredníctvom Wikimedia Commons

veľkosť

Eukaryotické organizmy majú zvyčajne väčšiu veľkosť ako prokaryoty, pretože sú oveľa komplexnejšie a majú viac bunkových prvkov.

Priemer prokaryotu je v priemere medzi 1 a 3 um, zatiaľ čo eukaryotická bunka môže byť rádovo 10 až 100 um. Aj keď z tohto pravidla existujú významné výnimky.

Prítomnosť organel

V prokaryotických organizmoch neexistujú žiadne štruktúry vymedzené bunkovou membránou. Sú veľmi jednoduché a postrádajú tieto vnútorné orgány.

Normálne sú jediné membrány, ktoré majú prokaryoty, zodpovedné za delimitáciu organizmu od vonkajšieho prostredia (táto membrána je tiež prítomná v eukaryotoch).

jadro

Ako je uvedené vyššie, prítomnosť jadra je kľúčovým prvkom na rozlíšenie medzi oboma skupinami. V prokaryotoch nie je genetický materiál ohraničený žiadnym typom biologickej membrány.

Naproti tomu eukaryoty sú bunky so zložitou vnútornou štruktúrou a v závislosti od typu bunky predstavujú špecifické organely, ktoré boli podrobne opísané v predchádzajúcej časti. Tieto bunky majú obvykle jedno jadro s dvoma kópiami každého génu - ako vo väčšine buniek u ľudí.

V eukaryotoch je DNA (deoxyribonukleové kyseliny) vysoko organizovaná na rôznych úrovniach. Táto dlhá molekula je spojená s proteínmi, ktoré sa nazývajú históny, a je zhutnená na takú úroveň, že je schopná vstúpiť do malého jadra, ktoré je možné pozorovať v určitom bode delenia buniek ako chromozómy.

Prokaryoty nemajú tak prepracované úrovne organizácie. Všeobecne sa genetický materiál vyskytuje ako jediná kruhová molekula, ktorá môže priľnúť k biomembráne obklopujúcej bunku.

Molekula DNA však nie je distribuovaná náhodne. Aj keď nie je obalený v membráne, genetický materiál sa nachádza v oblasti nazývanej nukleoid.

Mitochondrie a chloroplasty

V špecifickom prípade mitochondrií sú to bunkové organely, v ktorých sa nachádzajú proteíny potrebné pre bunkové dýchacie procesy. Prokaryoty - ktoré musia obsahovať tieto enzýmy pre oxidačné reakcie - sú ukotvené v plazmatickej membráne.

Podobne v prípade, že prokaryotický organizmus je fotosyntetický, proces prebieha v chromatoforoch.

ribozómy

Ribozómy sú štruktúry zodpovedné za transláciu messengerovej RNA na proteíny, ktoré molekula kóduje. Sú dosť hojné, napríklad bežná baktéria, ako je Escherichia coli, môže obsahovať až 15 000 ribozómov.

Rozlišujú sa dve jednotky, ktoré tvoria ribozóm: hlavný a malý. Prokaryotická línia sa vyznačuje prítomnosťou 70S ribozómov, zložených z veľkej 50S podjednotky a malej 30S podjednotky. Naopak, v eukaryotoch sú zložené z veľkej 60S a malej 40S podjednotky.

V prokaryotoch sú ribozómy rozptýlené po celej cytoplazme. Zatiaľ čo v eukaryotoch sú ukotvené na membránach, ako v drsnom endoplazmatickom retikule.

cytoplazma

Cytoplazma v prokaryotických organizmoch má zväčša granulovaný vzhľad vďaka prítomnosti ribozómov. V prokaryotoch dochádza k syntéze DNA v cytoplazme.

Prítomnosť bunkovej steny

Prokaryotické aj eukaryotické organizmy sú oddelené od svojho vonkajšieho prostredia dvojitou lipidickou biologickou membránou. Bunková stena je však štruktúra, ktorá obklopuje bunku a je prítomná iba v prokaryotickej línii, v rastlinách a hubách.

Táto stena je nepružná a najintuitívnejšou všeobecnou funkciou je chrániť bunku pred stresom prostredia a možnými osmotickými zmenami. Avšak na úrovni zloženia je táto stena v týchto troch skupinách úplne odlišná.

Stena baktérií sa skladá zo zlúčeniny nazývanej peptidoglykán, ktorá je tvorená dvoma štruktúrnymi blokmi spojenými väzbami p-1,4: N-acetylglukozamín a kyselina N-acetylmurámová.

U rastlín a húb - obidve eukaryoty - sa tiež mení zloženie steny. Prvá skupina je vyrobená z celulózy, polyméru vytvoreného opakovaním jednotiek glukózy cukru, zatiaľ čo huby majú steny chitínu a ďalšie prvky, ako sú glykoproteíny a glykány. Všimnite si, že nie všetky huby majú bunkovú stenu.

DNA

Genetický materiál medzi eukaryotami a prokaryotmi sa líši nielen spôsobom, akým je zhutňovaný, ale aj svojou štruktúrou a množstvom.

Prokaryoty sa vyznačujú nízkym obsahom DNA, medzi 600 000 párov báz až do 8 miliónov. To znamená, že môžu kódovať od 500 do niekoľko tisíc proteínov.

Intróny (DNA sekvencie, ktoré nekódujú proteíny a rozrušujú gény) sú prítomné v eukaryotoch a nie v prokaryotoch.

Horizontálny prenos génov je v prokaryotoch významným procesom, zatiaľ čo v eukaryotoch prakticky neexistuje.

Procesy bunkového delenia

V obidvoch skupinách sa objem buniek zvyšuje, až kým nedosiahne primeranú veľkosť. Eukaryoty vykonávajú delenie komplexným procesom mitózy, ktorého výsledkom sú dve dcérske bunky podobnej veľkosti.

Funkciou mitózy je zabezpečiť primeraný počet chromozómov po každom delení buniek.

Výnimkou z tohto procesu je bunkové delenie kvasiniek, najmä rodu Saccharomyces, kde delenie vedie k vytvoreniu menšej dcérskej bunky, pretože je tvorená „vydutím“.

Prokaryotické bunky nepodliehajú bunkovému deleniu mitózy - čo je prirodzený dôsledok nedostatku jadra. V týchto organizmoch dochádza k deleniu binárnym delením. Bunka teda rastie a delí sa na dve rovnaké časti.

Existujú určité prvky, ktoré sa podieľajú na delení buniek v eukaryotoch, napríklad centroméry. V prípade prokaryotov neexistujú žiadne analógy a iba niekoľko druhov baktérií má mikrotubuly. Rozmnožovanie pohlavného typu je bežné v eukaryotoch a zriedkavé v prokaryotoch.

cytoskelet

Eukaryoty majú veľmi komplexnú organizáciu na úrovni cytoskeletu. Tento systém sa skladá z troch druhov nekonečných vlákien klasifikovaných podľa ich priemeru na mikrovlákna, medzivrstvy a mikrotubuly. Okrem toho sú s týmto systémom spojené proteíny s motorickými vlastnosťami.

Eukaryoty majú rad procesov, ktoré umožňujú bunke pohybovať sa vo svojom prostredí. To sú bičíky, ktorých tvar pripomína bič a pohyb je odlišný v eukaryotoch a prokaryotoch. Cilia sú kratšie a zvyčajne sa vyskytujú vo veľkom počte.

Referencie

1. Birge, EA (2013). Bakteriálna a bakteriofágová genetika. Springer Science & Business Media.
2. Campbell, MK, a Farrell, SO (2011). Biochémie.
3. Cooper, GM, a Hausman, RE (2000). Bunka: Molekulárny prístup. Sinauer Associates.
4. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Pozvánka do biológie. Macmillan.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, a Garrison, C. (2001). Integrované princípy zoológie. McGraw - Hill.
6. Karp, G. (2009). Bunková a molekulárna biológia: koncepty a experimenty. John Wiley a synovia.
7. Pontón, J. (2008). Bunková stena húb a mechanizmus pôsobenia anidulafungínu. Rev Iberoam Micol, 25, 78 - 82.
8. Vellai, T., & Vida, G. (1999). Pôvod eukaryot: rozdiel medzi prokaryotickými a eukaryotickými bunkami. Zborník kráľovskej spoločnosti B: Biological Sciences, 266 (1428), 1571–1577.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochémie. Panamerican Medical Ed.
10. Weeks, B. (2012). Alcamo's Microbes and Society. Vydavateľstvá Jones & Bartlett.