Informace

2.3: Jedinečné vlastnosti eukaryotických buněk - biologie


Učební cíle

  • Vysvětlete charakteristické vlastnosti eukaryotických buněk
  • Popište vnitřní a vnější struktury prokaryotických buněk z hlediska jejich fyzické struktury, chemické struktury a funkce
  • Identifikujte a popište struktury a organely jedinečné pro eukaryotické buňky
  • Porovnejte a porovnejte podobné struktury nalezené v prokaryotických a eukaryotických buňkách

Eukaryotické organismy zahrnují prvoky, řasy, houby, rostliny a zvířata. Některé eukaryotické buňky jsou nezávislé jednobuněčné mikroorganismy, zatímco jiné jsou součástí mnohobuněčných organismů. Buňky eukaryotických organismů mají několik charakteristických vlastností. Eukaryotické buňky jsou především definovány přítomností jádra obklopeného složitou jadernou membránou. Eukaryotické buňky jsou také charakterizovány přítomností organel vázaných na membránu v cytoplazmě. Organely, jako jsou mitochondrie, endoplazmatické retikulum (ER), Golgiho aparát, lysozomy a peroxisomy, drží na svém místě cytoskelet, vnitřní síť, která podporuje transport intracelulárních složek a pomáhá udržovat tvar buňky (obrázek ( PageIndex {1} )). Genom eukaryotických buněk je zabalen do více chromozomů ve tvaru tyčinky na rozdíl od jediného chromozomu kruhového tvaru, který charakterizuje většinu prokaryotických buněk. Tabulka ( PageIndex {1} ) porovnává charakteristiky eukaryotických buněčných struktur s vlastnostmi bakterií a archea.

Tabulka ( PageIndex {1} ): Souhrn struktur buněk.
Struktura buňkyProkaryotyEukaryota
BakterieArchaea
Velikost~ 0,5–1 μM~ 0,5–1 μM~ 5–20 μM
Poměr plochy k objemuVysokýVysokýNízký
JádroNeNeAno
Charakteristiky genomu
  • Jediný chromozom
  • Oběžník
  • Haploidní
  • Chybí histony
  • Jediný chromozom
  • Oběžník
  • Haploidní
  • Obsahuje histony
  • Více chromozomů
  • Lineární
  • Haploidní nebo diploidní
  • Obsahuje histony
Buněčné děleníBinární děleníBinární děleníMitóza, meióza
Složení lipidových membrán
  • Ester-spojený
  • Mastné kyseliny s přímým řetězcem
  • Bilayer
  • Ether-spojený
  • Rozvětvené izoprenoidy
  • Dvouvrstvá nebo jednovrstvá
  • Ester-spojený
  • Mastné kyseliny s přímým řetězcem
  • Steroly
  • Bilayer
Složení buněčné stěny
  • Peptidoglykan, popř
  • Žádný
  • Pseudopeptidoglykan, příp
  • Glykopeptid, popř
  • Polysacharid, popř
  • Protein (S-vrstva), příp
  • Žádný
  • Celulóza (rostliny, některé řasy)
  • Chitin (měkkýši, hmyz, korýši a houby)
  • Křemík (některé řasy)
  • Většině ostatních chybí buněčné stěny
Struktury pohyblivostiTuhé spirálové bičíky složené z bičíkůTuhé spirálové bičíky složené z archaealních bičíkůFlexibilní bičíky a řasy složené z mikrotubulů
Organely vázané na membránuNeNeAno
Endomembránový systémNeNeAno (ER, Golgi, lysozomy)
Ribozomy70S70S
  • 80S v cytoplazmě a drsné ER
  • 70S v mitochondriích, chloroplastech

Buněčné morfologie

Eukaryotické buňky vykazují širokou škálu různých buněčných morfologií. Možné tvary zahrnují sféroidní, vejčité, kvádrové, válcovité, ploché, lentikulární, fusiformní, diskoidní, půlměsíční, prstencové hvězdicovité a polygonální (obrázek ( PageIndex {2} )). Některé eukaryotické buňky mají nepravidelný tvar a některé jsou schopné měnit tvar. Tvar konkrétního typu eukaryotické buňky mohou být ovlivněny faktory, jako je její primární funkce, organizace jejího cytoskeletu, viskozita její cytoplazmy, tuhost její buněčné membrány nebo buněčné stěny (pokud ji má) a fyzický tlak na něj vyvíjený okolním prostředím a/nebo sousedními buňkami.

Cvičení ( PageIndex {1} )

Identifikujte dva rozdíly mezi eukaryotickou a prokaryotickou buňkou.

Jádro

Na rozdíl od prokaryotických buněk, ve kterých je DNA volně obsažena v nukleoidní oblasti, mají eukaryotické buňky jádro, které je obklopeno složitou jadernou membránou, ve které je uložen genom DNA (obrázek ( PageIndex {3} )). Tím, že jádro obsahuje buněčnou DNA, v konečném důsledku řídí všechny činnosti buňky a také hraje zásadní roli v reprodukci a dědičnosti. Eukaryotické buňky mají obvykle svou DNA uspořádanou do více lineárních chromozomů. DNA v jádře je vysoce organizovaná a kondenzovaná, aby se vešla do jádra, což je dosaženo obalením DNA kolem proteinů nazývaných histony.

Ačkoli většina eukaryotických buněk má pouze jedno jádro, existují výjimky. Například prvoci rodu Paramecium obvykle mají dvě úplná jádra: malé jádro, které se používá pro reprodukci (mikrojádro) a velké jádro, které řídí buněčný metabolismus (makronukleus). Některé houby navíc během sexuální reprodukce přechodně tvoří buňky se dvěma jádry, nazývané heterokaryotické buňky. Buňky, jejichž jádra se dělí, ale jejichž cytoplazma ne, se nazývají coenocyty.

Jádro je svázáno komplexní jadernou membránou, často nazývanou jaderná obálka, která se skládá ze dvou odlišných lipidových dvojvrstev, které na sebe vzájemně navazují (obrázek ( PageIndex {4} )). Navzdory těmto spojením mezi vnitřní a vnější membránou obsahuje každá membrána na svém vnitřním a vnějším povrchu jedinečné lipidy a proteiny. Jaderný obal obsahuje jaderné póry, což jsou velké proteinové komplexy ve tvaru růžice, které řídí pohyb materiálů do a ven z jádra. Celkový tvar jádra je určen jadernou laminou, sítí mezilehlých vláken, která se nachází právě uvnitř membrán jaderného obalu. Mimo jádro tvoří další meziproduktová vlákna volnější síť a slouží k ukotvení jádra v poloze v buňce.

Nucleolus

Nukleolus je hustá oblast v jádru, kde dochází k biosyntéze ribozomální RNA (rRNA). Nukleolus je navíc také místem, kde začíná sestavování ribozomů. Preribozomální komplexy jsou sestaveny z rRNA a proteinů v jádře; poté jsou transportovány ven do cytoplazmy, kde je dokončena montáž ribozomů (obrázek ( PageIndex {5} )).

Ribozomy

Ribozomy nalezené v eukaryotických organelách, jako jsou mitochondrie nebo chloroplasty, mají 70S ribozomy - stejnou velikost jako prokaryotické ribozomy. Neorganelami asociované ribozomy v eukaryotických buňkách jsou však 80S ribozomy, složené ze 40S malé podjednotky a 60S velké podjednotky. Z hlediska velikosti a složení je to odlišuje od ribozomů prokaryotických buněk.

Dva typy neorganelních asociovaných eukaryotických ribozomů jsou definovány jejich umístěním v buňce: volné ribozomy a ribozomy vázané na membránu. Volné ribozomy se nacházejí v cytoplazmě a slouží k syntéze ve vodě rozpustných proteinů; ribozomy vázané na membránu se nacházejí připojené k hrubému endoplazmatickému retikulu a vytvářejí proteiny pro vložení do buněčné membrány nebo proteiny určené pro export z buňky.

Rozdíly mezi eukaryotickými a prokaryotickými ribozomy jsou klinicky relevantní, protože určitá antibiotická léčiva jsou navržena tak, aby cílila na jedno nebo druhé. Cykloheximid například cílí na eukaryotický účinek, zatímco chloramfenikol se zaměřuje na prokaryotické ribozomy.1 Protože jsou lidské buňky eukaryotické, obecně jim neškodí antibiotika, která ničí prokaryotické ribozomy v bakteriích. Někdy se však mohou objevit negativní vedlejší účinky, protože mitochondrie v lidských buňkách obsahují prokaryotické ribozomy.

Endomembránový systém

Endomembránový systém, jedinečný pro eukaryotické buňky, je řada membránových tubulů, vaků a zploštělých disků, které syntetizují mnoho buněčných komponent a pohybují materiály v buňce (obrázek ( PageIndex {6} )). Eukaryotické buňky kvůli své větší velikosti buněk vyžadují tento systém k přepravě materiálů, které nelze rozptýlit samotnou difúzí. Endomembránový systém obsahuje několik organel a spojení mezi nimi, včetně endoplazmatického retikula, Golgiho aparátu, lysozomů a vezikul.

Endoplazmatické retikulum

Endoplazmatické retikulum (ER) je propojená řada tubulů a cisteren (zploštělé vaky) s jedinou lipidovou dvojvrstvou (obrázek ( PageIndex {7} )). Prostory uvnitř cisteren se nazývají lumen ER. Existují dva typy ER, hrubé endoplazmatické retikulum (RER) a hladké endoplazmatické retikulum (SER). Tyto dva různé typy ER jsou místa pro syntézu zřetelně odlišných typů molekul. RER je poseta ribozomy vázanými na cytoplazmatické straně membrány. Tyto ribozomy vytvářejí proteiny určené pro plazmatickou membránu (obrázek ( PageIndex {} )). Po syntéze jsou tyto proteiny vloženy do membrány RER. Malé vaky RER obsahující tyto nově syntetizované proteiny pak odcházejí jako transportní váčky a přesouvají se buď do Golgiho aparátu k dalšímu zpracování, přímo na plazmatickou membránu, na membránu jiné organely, nebo z buňky. Transportní váčky jsou jednolipidové, dvouvrstvé, membránové koule s dutými vnitřky, které nesou molekuly. SER nemá ribozomy, a proto vypadá „hladce“. Podílí se na biosyntéze lipidů, metabolismu uhlohydrátů a detoxikaci toxických sloučenin v buňce.

Golgiho aparát

Golgiho aparát objevil v endomembránovém systému v roce 1898 italský vědec Camillo Golgi (1843–1926), který vyvinul novou techniku ​​barvení, která ukázala skládané membránové struktury v buňkách Plasmodium, původce malárie. Golgiho aparát se skládá ze série membránových disků nazývaných diktyosomy, z nichž každý má jednu lipidovou dvojvrstvu, které jsou naskládány dohromady (obrázek ( PageIndex {8} )).

Enzymy v Golgiho aparátu modifikují lipidy a proteiny transportované z ER do Golgiho, často k nim přidávají sacharidové složky a produkují glykolipidy, glykoproteiny nebo proteoglykany. Glykolipidy a glykoproteiny jsou často vloženy do plazmatické membrány a jsou důležité pro rozpoznávání signálu jinými buňkami nebo infekčními částicemi. Různé typy buněk lze od sebe odlišit strukturou a uspořádáním glykolipidů a glykoproteinů obsažených v jejich plazmatických membránách. Tyto glykolipidy a glykoproteiny běžně slouží také jako receptory na povrchu buněk.

Transportní vezikuly opouštějící ER pojistku s Golgiho aparátem na jejím příjmu, příp cis, tvář. Proteiny jsou zpracovány v Golgiho aparátu a poté se z Golgiho aparátu na jeho odcházejícím místě odštípnou další transportní vezikuly obsahující modifikované proteiny a lipidy, nebo trans, tvář. Tyto odcházející váčky se pohybují k plazmatické membráně nebo membráně jiných organel a fúzují s nimi.

Exocytóza je proces, při kterém sekreční vezikuly (sférické membránové vaky) uvolňují svůj obsah do vnějšího povrchu buňky (obrázek ( PageIndex {8} )). Všechny buňky mají konstitutivní sekreční cesty, ve kterých sekreční vezikuly transportují rozpustné proteiny, které se uvolňují z buňky kontinuálně (konstitutivně). Některé specializované buňky mají také regulované sekreční dráhy, které se používají k ukládání rozpustných proteinů do sekrečních váčků. Regulovaná sekrece zahrnuje látky, které se uvolňují pouze v reakci na určité události nebo signály. Například některé buňky lidského imunitního systému (např. Žírné buňky) vylučují histamin v reakci na přítomnost cizích předmětů nebo patogenů v těle. Histamin je sloučenina, která spouští různé mechanismy používané imunitním systémem k eliminaci patogenů.

Lysozomy

V 60. letech objevil belgický vědec Christian de Duve (1917–2013) lysozomy, organely endomembránového systému vázané na membránu, které obsahují trávicí enzymy. Některé typy eukaryotických buněk používají lysozomy k rozbití různých částic, jako jsou potraviny, poškozené organely nebo buněčné zbytky, mikroorganismy nebo imunitní komplexy. Kompartmentalizace trávicích enzymů v lysozomu umožňuje buňce efektivně trávit hmotu bez poškození cytoplazmatických složek buňky.

Cvičení ( PageIndex {2} )

Pojmenujte součásti endomembránového systému a popište funkci každé součásti.

Cytoskeleton

Eukaryotické buňky mají vnitřní cytoskelet tvořený mikrofilamenty, intermediárními filamenty a mikrotubuly. Tato matice vláken a trubic poskytuje strukturální podporu a také síť, přes kterou lze v buňce transportovat materiály a na které lze ukotvit organely (obrázek ( PageIndex {9} )). Například proces exocytózy zahrnuje pohyb vezikuly přes cytoskeletální síť do plazmatické membrány, kde může uvolnit její obsah.

Mikrovlákna se skládají ze dvou propletených vláken aktinu, z nichž každý se skládá z aktinových monomerů tvořících vláknité kabely o průměru 6 nm2 . Aktinová vlákna společně s motorickými proteiny, jako je myosin, působí na kontrakci svalů u zvířat nebo améboidní pohyb některých eukaryotických mikrobů.

Dočasné prodloužení cytoplazmatické membrány zvané pseudopodia (což znamená „falešné nohy“) se vytváří vpřed tokem rozpustných aktinových vláken do pseudopodie, po kterém následuje cyklování gel-sol aktinových vláken, což vede k pohyblivosti buněk. Jakmile se cytoplazma rozšíří směrem ven a vytvoří pseudopodium, zbývající cytoplazma proudí nahoru, aby se připojila k náběžné hraně, čímž se vytvoří lokomoce vpřed. Kromě pohybu améboidů se mikrofilamenta podílejí také na řadě dalších procesů v eukaryotických buňkách.

Meziproduktová vlákna jsou různorodou skupinou cytoskeletálních vláken, která v buňce působí jako kabely. Nazývají se „střední“, protože jejich průměr 10 nm je silnější než u aktinu, ale tenčí než u mikrotubulů.3

Mikrotubuly jsou třetím typem cytoskeletálního vlákna složeného z tubulinových dimerů (α tubulin a β tubulin). Ty tvoří duté trubice o průměru 23 nm, které se používají jako nosníky uvnitř cytoskeletu.4 Stejně jako mikrofilamenty jsou mikrotubuly dynamické a mají schopnost rychle se skládat a rozebírat. Mikrotubuly také pracují s motorickými proteiny (jako je dynein a kinesin) k pohybu organel a vezikul v cytoplazmě. Mikrotubuly jsou navíc hlavními složkami eukaryotických bičíků a řasinek, které tvoří jak vlákno, tak základní části těla. Mikrotubuly se podílejí na dělení eukaryotických buněk a vytvářejí mitotické vřeteno, které slouží k oddělení chromozomů během mitózy a meiózy.

Mitochondrie

Velké, komplexní organely, ve kterých v eukaryotických buňkách dochází k aerobnímu buněčnému dýchání, se nazývají mitochondrie (obrázek ( PageIndex {10} )). Termín „mitochondrie“ poprvé vytvořil německý mikrobiolog Carl Benda v roce 1898 a později byl spojen s dýchacím procesem Otto Warburgem v roce 1913. Vědci v 60. letech zjistili, že mitochondrie mají svůj vlastní genom a 70S ribozomy. Bylo zjištěno, že mitochondriální genom je bakteriální, když byl sekvenován v roce 1976. Tato zjištění nakonec podpořila endosymbiotickou teorii navrženou Lynnem Margulisem, která uvádí, že mitochondrie původně vznikly endosymbiotickým jevem, při kterém byla přijata bakterie schopná aerobního buněčného dýchání fagocytózou do hostitelské buňky a zůstala jako životaschopná intracelulární složka.

Každý mitochondrion má dvě lipidové membrány. Vnější membrána je pozůstatkem membránových struktur původní hostitelské buňky. Vnitřní membrána byla odvozena z bakteriální plazmatické membrány. Elektronový transportní řetězec pro aerobní dýchání využívá integrální proteiny vložené do vnitřní membrány. Mitochondriální matrice, která odpovídá umístění cytoplazmy původní bakterie, je současným umístěním mnoha metabolických enzymů. Obsahuje také mitochondriální DNA a 70S ribozomy. Invaginace vnitřní membrány, zvané cristae, se vyvinuly tak, aby zvětšovaly povrch pro umístění biochemických reakcí. Skládací vzory cristae se liší mezi různými typy eukaryotických buněk a používají se k vzájemnému rozlišení různých eukaryotických organismů.

Chloroplasty

Rostlinné buňky a buňky řas obsahují chloroplasty, organely, ve kterých dochází k fotosyntéze (obrázek ( PageIndex {11} )). Všechny chloroplasty mají alespoň tři membránové systémy: vnější membránu, vnitřní membránu a tylakoidní membránový systém. Uvnitř vnější a vnitřní membrány je chloroplastové stroma, gelovitá tekutina, která tvoří velkou část objemu chloroplastu a ve které plave tylakoidní systém. Systém thylakoidů je vysoce dynamická kolekce skládaných membránových vaků. Zde se nachází zelený fotosyntetický pigment chlorofyl a dochází ke světelným reakcím fotosyntézy. Ve většině rostlinných chloroplastů jsou tylakoidy uspořádány do hromádek nazývaných grana (singulární: granum), zatímco v některých chloroplastech řas jsou tylakoidy volně plovoucí.

Jiné organely podobné mitochondriím vznikly u jiných typů eukaryot, ale jejich role se liší. Hydrogenosomy se nacházejí v některých anaerobních eukaryotech a slouží jako místo pro produkci anaerobního vodíku. Hydrogenosomům typicky chybí vlastní DNA a ribozomy. Kinetoplasty jsou variací mitochondrií nalezených u některých eukaryotických patogenů. V těchto organismech má každá buňka jeden dlouhý, rozvětvený mitochondrion, ve kterém se kinetoplastová DNA, organizovaná jako několik kruhových částí DNA, nachází koncentrovaná na jednom pólu buňky.

MITOCHONDRIE SOUVISEJÍCÍ S ORGANELY V PROTOZOANSKÝCH PARAZITECH

Mnoho prvoků, včetně několika prvokových parazitů, kteří způsobují infekce u lidí, lze identifikovat podle jejich neobvyklého vzhledu. Rozlišující znaky mohou zahrnovat komplexní buněčnou morfologii, přítomnost unikátních organel nebo nepřítomnost běžných organel. Protozoální paraziti Giardia lamblia a Trichomonas vaginalis jsou dva příklady.

G. lamblia„Častou příčinou průjmu u lidí a mnoha dalších zvířat je anaerobní parazit, který má dvě jádra a několik bičíků. Jeho Golgiho aparát a endoplazmatické retikulum jsou výrazně redukovány a zcela mu chybí mitochondrie. Má však organely známé jako mitozomy, organely vázané na dvojitou membránu, které se zdají být výrazně redukované mitochondrie. To vedlo vědce k tomu, aby tomu věřili G. lamblia ‘Předkové kdysi vlastnili mitochondrie, které se vyvinuly v mitozomy. T. vaginalis, která způsobuje sexuálně přenosnou vaginitidu, je dalším prvokovým parazitem, kterému chybí konvenční mitochondrie. Místo toho má hydrogenozomy, mitochondriální organely vázané na dvojitou membránu, které produkují molekulární vodík používaný v buněčném metabolismu. Vědci se domnívají, že hydrogenosomy, stejně jako mitosomy, se také vyvinuly z mitochondrií.5

Plazmatická membrána

Plazmatická membrána eukaryotických buněk má podobnou strukturu jako prokaryotická plazmatická membrána v tom, že je složena převážně z fosfolipidů tvořících dvojvrstvu s vloženými periferními a integrálními proteiny (obrázek ( PageIndex {12} )). Tyto membránové komponenty se pohybují v rovině membrány podle modelu tekuté mozaiky. Na rozdíl od prokaryotické membrány však eukaryotické membrány obsahují steroly, včetně cholesterolu, které mění tekutost membrány. Navíc mnoho eukaryotických buněk obsahuje některé specializované lipidy, včetně sfingolipidů, o nichž se předpokládá, že hrají roli při udržování stability membrány a také jsou zapojeny do drah přenosu signálu a komunikace mezi buňkami.

Mechanismy transportu membrány

Procesy jednoduché difúze, usnadněné difúze a aktivního transportu se používají v eukaryotických i prokaryotických buňkách. Eukaryotické buňky však mají také jedinečnou schopnost provádět různé typy endocytózy, absorpci hmoty prostřednictvím invaginace plazmatickou membránou a tvorbu vakuoly/váčku (obrázek ( PageIndex {13} )). Typ endocytózy zahrnující pohlcení velkých částic membránovou invaginací se nazývá fagocytóza, což znamená „pojídání buněk“. Při fagocytóze jsou částice (nebo jiné buňky) uzavřeny v kapse uvnitř membrány, která se poté oddělí od membrány a vytvoří vakuolu, která zcela obklopí částici. Jiný typ endocytózy se nazývá pinocytóza, což znamená „pití buněk“. Při pinocytóze jsou malé, rozpuštěné materiály a kapaliny odebírány do buňky malými vezikulami. Saprofytické houby například získávají své živiny z mrtvých a rozpadajících se látek převážně pinocytózou.

Receptorem zprostředkovaná endocytóza je typ endocytózy, který je iniciován specifickými molekulami nazývanými ligandy, když se vážou na povrchové receptory buněk na membráně. Receptorem zprostředkovaná endocytóza je mechanismus, který peptidové a aminem odvozené hormony používají ke vstupu do buněk, a je také používán různými viry a bakteriemi pro vstup do hostitelských buněk.

Proces, při kterém sekreční váčky uvolňují svůj obsah do vnějšího povrchu buňky, se nazývá exocytóza. Vezikuly se pohybují směrem k plazmatické membráně a poté se spojí s membránou a vysunou jejich obsah z buňky. Exocytózu používají buňky k odstraňování odpadních produktů a mohou být také použity k uvolnění chemických signálů, které mohou zachytit jiné buňky.

Buněčná stěna

Kromě plazmatické membrány mají některé eukaryotické buňky buněčnou stěnu. Buňky hub, řas, rostlin a dokonce i některých prvoků mají buněčné stěny. V závislosti na typu eukaryotické buňky mohou být buněčné stěny vyrobeny z celé řady materiálů, včetně celulózy (houby a rostliny); biogenní oxid křemičitý, uhličitan vápenatý, agar a karagenan (prvoky a řasy); nebo chitin (houby). Obecně všechny buněčné stěny zajišťují strukturální stabilitu buňky a ochranu před stresy z prostředí, jako je vysychání, změny osmotického tlaku a traumatické poranění.6

Flagella a Cilia

Některé eukaryotické buňky používají bičíky k pohybu; eukaryotické bičíky jsou však strukturálně odlišné od těch, které se nacházejí v prokaryotických buňkách. Zatímco prokaryotický bičík je tuhá, rotující struktura, eukaryotický bičík je spíše jako flexibilní bič složený z devíti paralelních párů mikrotubulů obklopujících centrální pár mikrotubulů. Toto uspořádání se označuje jako pole 9+2 (obrázek ( PageIndex {14} )). Paralelní mikrotubuly používají k vzájemnému pohybu motorické proteiny dyneinu, což způsobuje ohýbání bičíku.

Řasy (jednotné číslo: cilium) jsou podobnou vnější strukturou, která se nachází v některých eukaryotických buňkách. Řasinky, jedinečné pro eukaryoty, jsou kratší než bičíky a často pokrývají celý povrch buňky; jsou však strukturálně podobné bičíkům (řada mikrotubulů 9+2) a pro pohyb používají stejný mechanismus.

Cvičení ( PageIndex {4} )

  1. Vysvětlete, jak je buněčný obal eukaryotických buněk ve srovnání s obalem prokaryotických buněk.
  2. Vysvětlete rozdíl mezi eukaryotickými a prokaryotickými bičíky.

Klíčové pojmy a shrnutí

  • Eukaryotické buňky jsou definovány přítomností a jádro obsahující genom DNA a vázaný a jaderná membrána (nebo jaderný obal) složený ze dvou lipidových dvojvrstev, které regulují transport materiálů do a ven z jádra přes jaderné póry.
  • Morfologie eukaryotických buněk se velmi liší a mohou být udržovány různými strukturami, včetně cytoskeletu, buněčné membrány a/nebo buněčné stěny
  • The nukleolus, umístěné v jádru eukaryotických buněk, je místem syntézy ribozomů a prvními fázemi sestavování ribozomů.
  • Eukaryotické buňky obsahují 80S ribozomy v hrubém endoplazmatickém retikulu (ribozomy vázané na membránu) a cytoplazma (volné ribozomy). Obsahují ribosomy 70. let v mitochondriích a chloroplastech.
  • Eukaryotické buňky se vyvinuly a endomembrána systém, obsahující na membránu vázané organely zapojené do transportu. Patří sem vezikuly, endoplazmatické retikulum a Golgiho aparát.
  • The hladké endoplazmatické retikulum hraje roli v biosyntéze lipidů, metabolismu uhlohydrátů a detoxikaci toxických sloučenin. The hrubé endoplazmatické retikulum obsahuje ribosomy vázané na membránu 80S, které syntetizují proteiny určené pro buněčnou membránu
  • The Golgiho aparát zpracovává proteiny a lipidy, obvykle přidáním molekul cukru, produkující glykoproteiny nebo glykolipidy, součásti plazmatické membrány, které se používají při komunikaci mezi buňkami.
  • Lysozomy obsahují trávicí enzymy, které rozkládají malé částice požité endocytóza, velké částice nebo buňky požité fagocytózaa poškozené intracelulární složky.
  • The cytoskelet, složen z mikrofilamenta, mezilehlá vlákna, a mikrotubuly, poskytuje strukturální podporu v eukaryotických buňkách a slouží jako síť pro transport intracelulárních materiálů.
  • Centrosomy jsou centra organizující mikrotubuly důležitá při tvorbě mitotického vřeténka při mitóze.
  • Mitochondrie jsou místem buněčného dýchání eukaryot. Mají dvě membrány: vnější membránu a vnitřní membránu s krystaly. Mitochondriální matrice ve vnitřní membráně obsahuje mitochondriální DNA, 70S ribozomy a metabolické enzymy.
  • Plazmatická membrána eukaryotických buněk je strukturálně podobná té, která se nachází v prokaryotických buňkách, a membránové komponenty se pohybují podle modelu tekuté mozaiky. Eukaryotické membrány však obsahují steroly, které mění tekutost membrány, a také glykoproteiny a glykolipidy, které pomáhají buňce rozpoznat jiné buňky a infekční částice.
  • Kromě aktivního transportu a pasivního transportu mohou eukaryotické buněčné membrány přijímat materiál do buňky prostřednictvím endocytózanebo vyhoďte hmotu z buňky pomocí exocytóza.
  • Buňky hub, řas, rostlin a některých prvoků mají a buněčná stěna, vzhledem k tomu, že buňky zvířat a některých prvoků jsou lepkavé extracelulární matrix který poskytuje strukturální podporu a zprostředkovává buněčnou signalizaci.
  • Eukaryotické bičíky jsou strukturálně odlišné od prokaryotických bičíků, ale slouží podobnému účelu (lokomoce). Řasy jsou strukturálně podobné eukaryotickým bičíkům, ale kratší; mohou být použity pro pohyb, krmení nebo pohyb extracelulárních částic.

Poznámky pod čarou

  1. 1 A.E. Barnhill, M.T. Brewer, S.A. Carlson. "Nežádoucí účinky antimikrobiálních látek prostřednictvím předvídatelné nebo výstřední inhibice hostitelských mitochondriálních komponent." Antimikrobiální látky a chemoterapie 56 č. 8 (2012): 4046–4051.
  2. 2 Fuchs E, Cleveland DW. "Strukturální lešení mezilehlých vláken ve zdraví a nemoci." Věda 279 č. 5350 (1998): 514–519.
  3. 3 E. Fuchs, D.W. Cleveland. 5350 (1998): 514–519.
  4. 4 E. 5350 (1998): 514–519.
  5. 5 N. Yarlett, J.H.P. Hackstein. "Hydrogenosomy: jedna organela, více původů." BioScience 55 č. 8 (2005): 657–658.
  6. 6 M. Dudzick. "Protisté." OpenStax CNX. 27. listopadu 2013. http://cnx.org/contents/f7048bb6-e46 [email protected]

Přispěvatel

  • Nina Parker (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) a Brian M. Forster (Saint Joseph's University) s mnoha přispívající autoři. Původní obsah prostřednictvím Openstax (CC BY 4.0; Přístup zdarma na https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Učební cíle

Buněčná teorie říká, že buňka je základní jednotkou života. Buňky se však výrazně liší velikostí, tvarem, strukturou a funkcí. Na nejjednodušší úrovni konstrukce mají všechny buňky několik základních komponent. Patří sem cytoplazma (gelovitá látka složená z vody a rozpuštěných chemikálií potřebných pro růst), která je obsažena v plazmatické membráně (také nazývané buněčná membrána nebo cytoplazmatická membrána) jeden nebo více chromozomů, které obsahují genetické plány buňky a ribozomy, organely používané k produkci proteinů.

Kromě těchto základních složek se buňky mohou velmi lišit mezi organismy a dokonce i ve stejném mnohobuněčném organismu. Dvě největší kategorie buněk - prokaryotické buňky a eukaryotické buňky - jsou definovány velkými rozdíly v několika buněčných strukturách. Prokaryotickým buňkám chybí jádro obklopené komplexní jadernou membránou a obecně mají jediný kruhový chromozom umístěný v nukleoidu. Eukaryotické buňky mají jádro obklopené komplexní jadernou membránou, která obsahuje více chromozomů ve tvaru tyčinky. [1]

Všechny rostlinné a živočišné buňky jsou eukaryotické. Některé mikroorganismy se skládají z prokaryotických buněk, zatímco jiné se skládají z eukaryotických buněk. Prokaryotické mikroorganismy jsou zařazeny do domén Archaea a Bacteria, zatímco eukaryotické organismy jsou zařazeny do domény Eukarya.

Struktury uvnitř buňky jsou analogické orgánům uvnitř lidského těla, s jedinečnými strukturami vhodnými pro specifické funkce. Některé struktury nalezené v prokaryotických buňkách jsou podobné strukturám nalezeným v některých eukaryotických buňkách, jiné jsou pro prokaryoty jedinečné. Ačkoli existují určité výjimky, eukaryotické buňky bývají větší než prokaryotické buňky. Poměrně větší velikost eukaryotických buněk diktuje potřebu rozčlenit různé chemické procesy v různých oblastech buňky pomocí komplexních membránově vázaných organel. Naproti tomu prokaryotické buňky obecně postrádají organely vázané na membránu, nicméně často obsahují inkluze, které rozdělují jejich cytoplazmu. Obrázek 3.33 ilustruje struktury typicky spojené s prokaryotickými buňkami. Tyto struktury jsou podrobněji popsány v další části.

Obrázek 3.33. Typická prokaryotická buňka obsahuje buněčnou membránu, chromozomální DNA, která je koncentrována v nukleoidu, ribozomech a buněčné stěně. Některé prokaryotické buňky mohou mít také bičíky, pili, fimbrie a kapsle.


Buněčné morfologie

Eukaryotické buňky vykazují širokou škálu různých buněk morfologie. Možné tvary zahrnují sféroidní, vejčité, kvádrové, válcovité, ploché, lentikulární, fusiformní, diskoidní, půlměsíční, prstencové hvězdicovité a polygonální (obrázek 1). Některé eukaryotické buňky mají nepravidelný tvar a některé jsou schopné měnit tvar. Tvar konkrétního typu eukaryotické buňky mohou být ovlivněny faktory, jako je její primární funkce, organizace jejího cytoskeletu, viskozita její cytoplazmy, tuhost její buněčné membrány nebo buněčné stěny (pokud ji má) a fyzický tlak na něj vyvíjený okolním prostředím a/nebo sousedními buňkami.

Obrázek 2. Eukaryotické buňky mají různé buněčné tvary. a) sféroidChromulinařasa. b) Fusiformní tvarTrypanosoma. c) ve tvaru zvonuVorticella. d) vejčitýParamecium. e) ve tvaru prstencePlasmodium ovale. (zápočet a: úprava práce pomocí kreditu NOAA b, e: úprava práce Centry pro kontrolu a prevenci nemocí)

Jádro a ribozomy

Nalezeno v eukaryotických buňkách, jádro obsahuje genetický materiál, který určuje celou strukturu a funkci této buňky.

Učební cíle

Vysvětlete účel jádra v eukaryotických buňkách

Klíčové informace

Klíčové body

  • Jádro obsahuje buněčnou DNA a řídí syntézu ribozomů a proteinů.
  • Nalezeno v nukleoplasmě, nukleolus je kondenzovaná oblast chromatinu, kde dochází k syntéze ribozomů.
  • Chromatin se skládá z DNA obalené kolem histonových proteinů a je uložen v nukleoplasmě.
  • Ribozomy jsou velké komplexy proteinů a ribonukleových kyselin (RNA), které jsou zodpovědné za syntézu proteinů při přepisu DNA z jádra.

Klíčové výrazy

  • histon: jakýkoli z různých jednoduchých ve vodě rozpustných proteinů, které jsou bohaté na základní aminokyseliny lysin a arginin a jsou komplexovány s DNA v nukleosomech eukaryotického chromatinu
  • nukleolus: nápadné, zaoblené, nemembránové vázané tělo v jádru buňky
  • chromatin: komplex DNA, RNA a proteinů v buněčném jádru, ze kterého při dělení buněk kondenzují chromozomy

Jádro

Jedním z hlavních rozdílů mezi prokaryotickými a eukaryotickými buňkami je jádro. Jak již bylo diskutováno, prokaryotickým buňkám chybí organizované jádro, zatímco eukaryotické buňky obsahují jádra (a organely) vázaná na membránu, která obsahují DNA buňky a řídí syntézu ribozomů a proteinů.

Jádro ukládá chromatin (DNA plus proteiny) do gelovité látky zvané nukleoplazma. Abychom porozuměli chromatinu, je užitečné nejprve zvážit chromozomy. Chromatin popisuje materiál, který tvoří chromozomy, což jsou struktury v jádru, které jsou tvořeny DNA, dědičným materiálem. Možná si pamatujete, že v prokaryotech je DNA organizována do jednoho kruhového chromozomu. V eukaryotech jsou chromozomy lineární struktury. Every eukaryotic species has a specific number of chromosomes in the nuclei of its body’s cells. Například u lidí je počet chromozomů 46, zatímco u ovocných mušek je to osm. Chromozomy jsou navzájem viditelné a rozlišitelné pouze tehdy, když se buňka chystá rozdělit. In order to organize the large amount of DNA within the nucleus, proteins called histones are attached to chromosomes the DNA is wrapped around these histones to form a structure resembling beads on a string. These protein-chromosome complexes are called chromatin.

DNA is highly organized: This image shows various levels of the organization of chromatin (DNA and protein). Along the chromatin threads, unwound protein-chromosome complexes, we find DNA wrapped around a set of histone proteins.

The nucleus stores the hereditary material of the cell: The nucleus is the control center of the cell. The nucleus of living cells contains the genetic material that determines the entire structure and function of that cell.

The nucleoplasm is also where we find the nucleolus. Nukleolus je kondenzovaná oblast chromatinu, kde dochází k syntéze ribozomů. Ribosomes, large complexes of protein and ribonucleic acid (RNA), are the cellular organelles responsible for protein synthesis. They receive their “orders” for protein synthesis from the nucleus where the DNA is transcribed into messenger RNA (mRNA). This mRNA travels to the ribosomes, which translate the code provided by the sequence of the nitrogenous bases in the mRNA into a specific order of amino acids in a protein.

Ribosomes are responsible for protein synthesis: Ribosomes are made up of a large subunit (top) and a small subunit (bottom). Během syntézy proteinů ribozomy shromažďují aminokyseliny do proteinů.

Lastly, the boundary of the nucleus is called the nuclear envelope. Skládá se ze dvou fosfolipidových dvojvrstev: vnější membrány a vnitřní membrány. The nuclear membrane is continuous with the endoplasmic reticulum, while nuclear pores allow substances to enter and exit the nucleus.


The Similarities

There are many other cell types in different forms, like neurons, epithelial, muscle cells, etc. But prokaryotes and eukaryotes are the only true cell structures and types. The following points will cover the main similarities.

  • The genetic material, i.e., presence of DNA is common between the two cells.
  • The presence of RNA is common.
  • They both have a cell membrane covering them.
  • Resemblances are seen in their basic chemical structures. Both are made up of carbohydrates, proteins, nucleic acid, minerals, fats, and vitamins.
  • Both of them have ribosomes, which make proteins.
  • They regulate the flow of nutrients and waste matter that enters and exits the cellules.
  • Basic life processes like photosynthesis and reproduction are carried out by them.
  • They need energy supply to survive.
  • They both have ‘chemical noses’ that keep them updated and aware of all the reactions that occur within them and in the surrounding environment.
  • Both these organisms have a fluid-like matrix called the cytoplasm that fills the cells.
  • Both have a cytoskeleton within the cell to support them.
  • They have a thin extension of the plasma membrane which is supported by the cytoskeleton.
  • Flagella and cilia are found in eukaryotes likewise endoflagella, fimbriae, pili and flagella are found in prokaryotes. They are used for motility and adhering to surfaces or moving matter outside the cells.
  • Some prokaryotic and eukaryotic cellules have glycocalyces as a common material. This is a sugar-based structure that is sticky and helps the cells in anchoring to each other thus, giving them some protection.
  • They have a lipid bilayer, known as the plasma layer, that forms the boundary between the inner and outer side of the cell.

There are many differences between them, of which age and structure are the main attributes. It is believed by scientists that eukaryotic cells evolved from prokaryotic cells. In short, both are the smallest units of life.

Související příspěvky

Živočišné i rostlinné buňky jsou eukaryotické buňky a mají několik podobností. Podobnosti zahrnují běžné organely jako buněčná membrána, buněčné jádro, mitochondrie, endoplazmatické retikulum, ribozomy a golgiho aparát.

The controversy over stem cell research is mainly centered in the creation and/or destruction of human embryos. Read on to know more.

Where is the research in stem cells heading? How much have we achieved and what is yet to be accomplished? Get to know some interesting stem cell research facts and&hellip


Editor's note

Readers interested in the comparative genomics and evolutionary history of Schizosaccharomyces pombe might like to read the following articles previously published in Genom Biologie:

Minireview: Where does fission yeast sit on the tree of life? Matthias Sipiczki. Genom Biologie 2000, 1(2):reviews1011.1-1011.4http://genomebiology.com/2000/1/2/reviews/1011

Minireview: Membrane traffic between genomesJohn Armstrong. Genom Biologie 2000, 1(1):reviews104.1-104.4http://genomebiology.com/2000/1/1/reviews/104


Mapping and characterizing N6-methyladenine in eukaryotic genomes using single-molecule real-time sequencing

N6-Methyladenine (m 6 dA) has been discovered as a novel form of DNA methylation prevalent in eukaryotes however, methods for high-resolution mapping of m 6 dA events are still lacking. Single-molecule real-time (SMRT) sequencing has enabled the detection of m 6 dA events at single-nucleotide resolution in prokaryotic genomes, but its application to detecting m 6 dA in eukaryotic genomes has not been rigorously examined. Herein, we identified unique characteristics of eukaryotic m 6 dA methylomes that fundamentally differ from those of prokaryotes. Based on these differences, we describe the first approach for mapping m 6 dA events using SMRT sequencing specifically designed for the study of eukaryotic genomes and provide appropriate strategies for designing experiments and carrying out sequencing in future studies. We apply the novel approach to study two eukaryotic genomes. For green algae, we construct the first complete genome-wide map of m 6 dA at single-nucleotide and single-molecule resolution. For human lymphoblastoid cells (hLCLs), it was necessary to integrate SMRT sequencing data with independent sequencing data. The joint analyses suggest putative m 6 dA events are enriched in the promoters of young full-length LINE-1 elements (L1s), but call for validation by additional methods. These analyses demonstrate a general method for rigorous mapping and characterization of m 6 dA events in eukaryotic genomes.

© 2018 Zhu et al. Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press.

Obrázky

Differences between bacterial and eukaryotic…

Differences between bacterial and eukaryotic m 6 dA methylomes and a novel approach…

Comprehensive evaluation of m 6…

Comprehensive evaluation of m 6 dA detection based on SMRT-seq data. ( A…

Characterization of a complete m…

Characterization of a complete m 6 dA methylome of C. reinhardtii reveals novel…


Abstraktní

Planctomycetes form a distinct phylum of the domain Bacteria and possess unusual features such as intracellular compartmentalization and a lack of peptidoglycan in their cell walls. Remarkably, cells of the genus Gemmata even contain a membrane-bound nucleoid analogous to the eukaryotic nucleus. Moreover, the so-called 'anammox' planctomycetes have a unique anaerobic, autotrophic metabolism that includes the ability to oxidize ammonium this process is dependent on a characteristic membrane-bound cell compartment called the anammoxosome, which might be a functional analogue of the eukaryotic mitochondrion. The compartmentalization of planctomycetes challenges our hypotheses regarding the origins of eukaryotic organelles. Furthermore, the recent discovery of both an endocytosis-like ability and proteins homologous to eukaryotic clathrin in a planctomycete marks this phylum as one to watch for future research on the origin and evolution of the eukaryotic cell.


Spliceosomes, Assembled from snRNPs and a Pre-mRNA, Carry Out Splicing

Even before splicing was accomplished in vitro, several observations led to the suggestion that small nuclear RNAs (snRNAs) assist in the splicing reaction. First, the short consensus sequence at the 5′ end of introns was found to be complementary to a sequence near the 5′ end of the snRNA called U1. Second, snRNAs were found associated with hnRNPs in nuclear extracts. Five U-rich snRNAs (U1, U2, U4, U5, and U6), ranging in length from 107 to 210 nucleotides, participate in RNA splicing.

In the nucleus of eukaryotic cells, snRNAs are associated with six to ten proteins in small nuclear ribonucleoprotein particles (snRNPs). Some of these proteins are common to all snRNPs, and some are specific for individual snRNPs. Experiments with a synthetic oligonucleotide that hybridizes with the 5′-end region of U1 snRNA and later studies with pre-mRNAs that were mutated in the 5′ splice-site consensus sequence provided strong evidence that base pairing between the 5′ splice site of a pre-mRNA and the 5′ region of U1 snRNA is required for RNA splicing.

Involvement of U2 snRNA in splicing initially was suspected when it was found to have an internal sequence that is largely complementary to the consensus sequence flanking the branch point in pre-mRNAs (see Figure 11-14). Mutation experiments, similar to those conducted with U1 snRNA and 5′ splice sites, demonstrated that base pairing between U2 snRNA and the branch-point sequence in pre-mRNA is critical to splicing. These studies with U1 and U2 snRNAs indicate that during splicing they base-pair with pre-mRNA as shown in Figure 11-17. Significantly, the branch- point A itself, which is not base-paired to U2 snRNA, 𠇋ulges out,” allowing its 2′ hydroxyl to participate in the first transesterification reaction of RNA splicing (see Figure 11-16).

Figure 11-17

Diagram of interactions between pre-mRNA, U1 snRNA, and U2 snRNA early in the splicing process. The 5′ region of U1 snRNA initially base-pairs with nucleotides at the 5′ end of the intron (blue) and 3′ end of the 5′ exon (more. )

Similar studies with other snRNAs demonstrated that RNA-RNA interactions involving them also occur during splicing. For example, an internal region of U6 snRNA initially base-pairs with the 5′ end of U4 snRNA. Rearrangements later in the splicing process result in U6 snRNA base pairing with the 5′ end of U2 snRNA, which remains base-paired to the branch-point sequence in the intron. Later in the splicing process, base pairing of U5 snRNA with four exon nucleotides adjacent to the splice sites displaces U1 snRNA from the pre-mRNA.

Based on the results of these experiments, identification of reaction intermediates, and other biochemical analyses, the five splicing snRNPs are thought to sequentially assemble on the pre-mRNA forming a large ribonucleoprotein complex called a spliceosome, which is roughly the size of a ribosome (Figure 11-18). According to the model depicted in Figure 11-19, assembly of a spliceosome begins with the base pairing of U1 and U2 snRNAs, as part of the U1 and U2 snRNPs, to the pre-mRNA (see Figure 11-17). Extensive base pairing between the snRNAs in the U4 and U6 snRNPs forms a complex that associates with U5 snRNP. The U4/U6/U5 complex then associates, presumably via protein-protein interactions, with the previously formed complex consisting of a pre-mRNA base-paired to U1 and U2 snRNPs to yield a spliceosome.

Figure 11-18

Electron micrograph of a spliceosome. Extracts of HeLa cells were mixed with a β-globin pre-mRNA the reaction was interrupted before splicing was completed, so that the spliceosomes, containing snRNPs and the pre-mRNA substrate, could be purified. (více. )

Figure 11-19

The spliceosomal splicing cycle. The splicing snRNPs (U1, U2, U4, U5, and U6) associate with the pre-mRNA and with each other in an ordered sequence to form the spliceosome. This large ribonucleoprotein complex then catalyzes the two transesterification (more. )

After formation of the spliceosome, extensive rearrangements occur in the pairing of snRNAs and the pre-mRNA, as noted previously. The rearranged spliceosome then catalyzes the two transesterification reactions that result in RNA splicing. After the second transesterification reaction, the ligated exons are released from the spliceosome while the lariat intron remains associated with the snRNPs. This final intron-snRNP complex is unstable and dissociates. The individual snRNPs released participate in a new cycle of splicing. The excised intron is rapidly degraded by a �ranching enzyme,” which hydrolyzes the 5′,2′-phosphodiester bond at the branch point, and other nuclear RNases.

It is estimated that at least one hundred proteins are involved in RNA splicing, making this process comparable in complexity to protein synthesis and initiation of transcription. Some of these splicing factors are associated with snRNPs, but others are not. Sequencing of yeast genes encoding splicing factors has revealed that they contain domains with the RNP motif, which interacts with RNA, and the SR motif, which interacts with other proteins and may contribute to RNA binding. Some splicing factors also exhibit sequence homologies to known RNA helicases these may be necessary for the base-pairing rearrangements that occur in snRNAs during the spliceosomal splicing cycle.

Introns whose splice sites do not conform to the standard consensus sequence recently were identified in some pre-mRNAs. This class of introns begins with AU and ends with AC rather than following the usual “GU –𠁚G rule” (see Figure 11-14). Research on the biochemistry of splicing for this special class of introns soon identified four novel snRNPs. Together with the standard U5 snRNP, these snRNPs appear to participate in a splicing cycle analogous to that discussed above.


Souhrn

Jako Amazon Associate vyděláváme na kvalifikovaných nákupech.

Chcete tuto knihu citovat, sdílet nebo upravit? Tato kniha je Creative Commons Attribution License 4.0 a musíte přiřadit OpenStax.

    Pokud redistribuujete celou nebo část této knihy v tištěné podobě, musíte na každou fyzickou stránku uvést následující uvedení:

  • K vygenerování citace použijte níže uvedené informace. Doporučujeme použít citační nástroj, jako je tento.
    • Autoři: Nina Parker, Mark Schneegurt, Anh-Hue Thi Tu, Philip Lister, Brian M. Forster
    • Vydavatel/web: OpenStax
    • Název knihy: Mikrobiologie
    • Datum vydání: 1. listopadu 2016
    • Místo: Houston, Texas
    • URL knihy: https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/microbiology/pages/3-summary

    © 20. srpna 2020 OpenStax. Obsah učebnic vytvořený společností OpenStax je licencován pod licencí Creative Commons Attribution License 4.0. Název OpenStax, logo OpenStax, obálky knih OpenStax, název OpenStax CNX a logo OpenStax CNX nepodléhají licenci Creative Commons a nesmí být reprodukovány bez předchozího a výslovného písemného souhlasu Rice University.


    Podívejte se na video: 3 - Prokaryotické a eukaryotické buňky BIO - Úvod do biologie (Listopad 2021).