Hlavní obsah
Kurz: Biologie > Kapitola 2
Lekce 2: Prokaryota a eukaryotaProkaryotické buňky
Obecné vlastnosti buněk. Popis prokaryotických buněk. Poměr velikosti povrchu k objemu.
Úvod
Na chvíli se zastav a podívej se na sebe. Kolik organismů vidíš? Nejprve tě asi napadne, že vidíš jen jeden: sebe. Když by ses ale prohlédl/a pořádně zblízka, na povrchu kůže nebo v zažívacím traktu, uviděl/a bys tam žít obrovské množství dalších organismů. Je to tak, naše tělo je domovem pro dalších asi sto bilionů bakteriálních buněk!
To znamená, že je naše tělo vlastně ekosystémem. Také to znamená, že jsi i ty - v jistém významu slova vy (jakožto množného čísla) - ve skutečnosti souborem obou hlavních typů buněk - prokaryotických i eukaryotických.
Všechny buňky patří do jedné z těchto dvou širokých kategorií. Jako prokaryota (předpona pro znamená před, prvotní, a slovo kary znamená jádro) jsou klasifikovány pouze jednobuněčné organismy z rodu Bacteria a Archaea. Zvířata, rostliny, houby a protisté jsou pak všichni řazeni do eukaryot (předpona eu znamená dobře, správně) a tyto organismy jsou tvořeny eukaryotickými buňkami. Často se však stává (podobně jako u lidí), že eukaryota doprovází i jejich prokaryotičtí přátelé.
Stavba prokaryotických buněk
Abychom mohli mluvit o buňce, musí obsahovat několik klíčových částí. A je jedno, zda máme na mysli buňku prokaryotickou nebo eukaryotickou. Všechny buňky musí mít tyto 4 klíčové součásti:
- Plazmatická membrána je zevní obal, který odděluje vnitřní část buňky od vnějšího prostředí.
- Cytoplazma sestává z rosolovitého cytosolu a buněčných struktur, které jsou rozmístěné v cytosolu. U eukaryot je za cytoplasmu považována oblast mezi jádrem a plazmatickou membránou.
- DNA je genetický materiál buňky.
- Ribozomy jsou molekulární továrny syntetizující bílkoviny.
I přes popsané podobnosti se prokaryotické a eukaryotické buňky v mnohém liší. Prokaryota jsou jednoduché jednobuněčné organismy, které nemají jádro ani organely ohraničené membránou. O jádře a organelách si povíme více v příštím článku o eukaryotických buňkách. Hlavní věcí, kterou si musíme pro tuto chvíli zapamatovat je, že prokaryotické buňky nejsou uvnitř rozdělené membránovými strukturami, ale je v nich jeden velký otevřený prostor.
Většina prokaryotické
Bakterie se vzájemně velmi liší ve své podobě, takže ne všechny typy bakterií budou mít veškeré části znázorněné na obrázku.
Většina bakterií je však obklopena tuhou stěnou z peptidoglykanů, což jsou polymery skládající se z cukrů a malých proteinů. Buněčná stěna dává buňce extra ochranu, pomáhá jí udržet tvar a zabraňuje dehydrataci (vyschnutí). Řada bakterií má navíc i vnější sacharidovou ochrannou vrstvu, které říkáme kapsula. Kapsula je lepkavá (slizovitá) struktura a umožňuje bakterii přilnout k povrchům v jejím okolí.
Některé bakterie mají na buněčném povrchu další specializované struktury, které umožňují pohyb, přichycení k povrchu nebo výměnu genetického materiálu s jinými bakteriemi. Například bičíky jsou útvary fungující jako rotační motory umožňující bakteriím pohyb.
Fimbrie jsou četné vláskovité struktury, které slouží k uchycení na hostitelských buňkách a dalších površích. Bakterie také můžou mít tyčinkovité struktury nazývané pili, které se vyskytují v různých podobách. Například některé typy pili umožňují bakteriím převádět molekuly
Archaea mohou mít také většinu výše popsaných buněčných struktur, ale tyto jsou typicky odlišné od těch, které nalezneme v bakteriích. Například stejně jako bakterie mají buněčnou stěnu, ale tato stěna není tvořena peptidoglykany (jako u bakterie), přestože obsahuje také sacharidy a proteiny.
Velikost buněk
Průměrná velikost typické prokaryotické buňky se pohybuje od 0,1 do 5 mikrometrů (µm) a jsou výrazně menší než eukaryotické buňky, jejichž průměrná velikost se pohybuje mezi 10 až 100 µm.
Na obrázku níže je na logaritmické stupnici znázorněna velikost prokaryotické, bakteriální a eukaryotické buňky, rostlinné a živočišné buňky a dále velikost některých molekul a organismů. Zvětšení jakékoliv hodnoty na logaritmické stupnici představuje desetinásobné zvětšení měřeného parametru, takže tady mluvíme o obrovských rozdílech (zobrazujeme rozměry v rozpětí mnoha řádů)!
Až na několik zajímavých výjimek (podívej se například na mořské řasy Coulerpa), musí buňky zůstat poměrně malé, bez ohledu na to, zda jsou prokaryotické nebo eukaryotické. Proč tomu tak je? Jednoduše proto, že čím jsou buňky větší, tím je pro ně náročnější vyměňovat si s okolím živiny a odpadní látky. Abychom pochopili, jak to funguje, podívejme se na poměr plochy povrchu buňky k jejímu objemu.
Pro zjednodušení si představme, že máme buňku ve tvaru krychle. Tento tvar mají ve skutečnosti například některé rostlinné buňky. Pokud předpokládáme, že délka jedné strany krychle je
To znamená, že čím je buňka větší, tím více klesá poměr povrchu ku objemu. Například krychlová buňka na obrázku vlevo má objem 1 mm
Poměr povrchu ku objemu je velmi důležitý, protože plazmatická membrána tvoří rozhraní mezi buňkou a prostředím. Když buňka potřebuje vstřebávat živiny, děje se tak přes membránu. A pokud potřebuje vylučovat odpadní látky z buňky, membrána je opět jedinou cestou.
Každý kousek membrány může za určitou časovou jednotku vyměnit s okolím jen určité množství látky - například proto, že obsahuje omezený počet transportních kanálů. Pokud by buňka narostla do příliš velkých rozměrů, její membrána by neměla dostatečnou kapacitu (plocha povrchu membrány, druhá mocnina délky strany) k zabezpečení dostatečného transportu při zvýšené metabolické aktivitě (objem, třetí mocnina délky strany).
Problém vztahu povrchu k objemu je jen jednou z komplikací, které vyplývají z velikostí buněk. Čím jsou buňky větší, tím déle také trvá transport látek uvnitř buňky. Tyto okolnosti určují obecný horní limit velikosti buněk, který je u eukaryotických buněk vyšší než u prokaryotických, a to díky jejich strukturním a metabolickým vlastnostem. Na tyto vlastnosti se podíváme blíže v následujících kapitolách.
Některé buňky využívají různé geometrické vychytávky, aby obešly problém spojený s poměrem plochy svého povrchu k objemu. Existují například buňky, které jsou dlouhé a tenké nebo mají na povrchu velké množství výčnělků – to všechno jsou vlastnosti, které zvyšují velikost plochy povrchu buňky vzhledem k jejímu objemu
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.