Informace

1.2: Buněčná organizace - prokaryotické a eukaryotické buňky - biologie


Učební cíle

  1. Stručně popište, proč je z hlediska rozdílů ve velikosti buněk eukaryotická buňka strukturálně složitější a kompartmentalizovanější než buňka, která je prokaryotická.
  2. Když dostanete popis, určete, zda je buňka prokaryotická nebo eukaryotická, a vysvětlete proč.
  3. Stručně uveďte, proč nejsou viry považovány za prokaryotické ani eukaryotické.

Podle buněčné teorie je buňka základní jednotkou života. Všechny živé organismy se skládají z jedné nebo více buněk. Na základě organizace jejich buněčných struktur lze všechny živé buňky rozdělit do dvou skupin: prokaryotické a eukaryotické (také hláskované prokaryotické a eukaryotické). Zvířata, rostliny, houby, prvoci a řasy mají eukaryotické typy buněk. Prokaryotické typy buněk mají pouze bakterie.

Prokaryotické buňky jsou obecně mnohem menší a jednodušší než eukaryotické (obrázek ( PageIndex {1} )). Prokaryotické buňky jsou ve skutečnosti díky své malé velikosti strukturálně jednodušší. Čím menší je buňka, tím větší je její poměr povrchu k objemu (povrchová plocha buňky ve srovnání s jejím objemem).

Plochu sférického objektu lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:

[S = 4 , pi , r^2 ]

Objem sférického objektu lze vypočítat podle vzorce:

[V = dfrac {4} {3} , pi , r^3 ]

Například sférická buňka o průměru 1 mikrometr (µm)-průměrná velikost bakterie ve tvaru kokusu-má poměr povrchu k objemu přibližně 6: 1, zatímco sférická buňka o průměru 20 µm má poměr povrchu k objemu přibližně 0,3: 1.

Velký poměr povrchu k objemu, jak je vidět na menších prokaryotických buňkách, znamená, že živiny se mohou snadno a rychle dostat do jakékoli části vnitřku buněk. Ve větší eukaryotické buňce však omezený povrch ve srovnání s jejím objemem znamená, že živiny nemohou rychle difundovat do všech vnitřních částí buňky. To je důvod, proč eukaryotické buňky vyžadují řadu specializovaných vnitřních organel k provádění metabolismu, poskytování energie a transportu chemikálií do celé buňky. Oba však musí provádět stejné životní procesy. Některé funkce rozlišující prokaryotické a eukaryotické buňky jsou uvedeny v tabulce ( PageIndex {1} ). Všechny tyto funkce budou podrobně probrány později v jednotce 1.

Tabulka ( PageIndex {1} ): eukaryotické versus prokaryotické buňky

Jaderné tělo

eukaryotická buňka

A. Jaderné těleso je ohraničeno jadernou membránou s póry spojujícími jej s endoplazmatickým retikulem (viz obrázek ( PageIndex {2} ) a Figure ( PageIndex {3} )).
b. Obsahuje jeden nebo více spárovaných lineárních chromozomů složených z deoxyribonukleové kyseliny (DNA) spojené s histonovými proteiny).
C. Je přítomno jádro. Ribozomální RNA (rRNA) je transkribována a sestavena v jádře.
d. Jadernému tělu se říká jádro.

Elektronový mikrofotografie buněčného jádra zobrazující tmavě zbarvené jádro. (Public Domain; US National Institute of General Medical Sciences/National Institutes of Health)

prokaryotická buňka

A. Jaderné těleso není ohraničeno jadernou membránou (viz obrázek ( PageIndex {4} )).
b. Obvykle obsahuje jeden kruhový chromozom složený z deoxyribonukleové kyseliny (DNA) asociované s histonovými proteiny.
C. Neexistuje žádné jádro.
d. Jadernému tělu se říká nukleoid.

Buněčné dělení

eukaryotická buňka

A. Jádro se dělí mitózou.
b. Haploidní (1N) pohlavní buňky v diploidních nebo 2N organismech jsou produkovány meiózou.

prokaryotická buňka

A. Buňka se obvykle dělí binárním štěpením. Neexistuje žádná mitóza.
b. Prokaryotické buňky jsou haploidní. Meióza není nutná.

Cytoplazmatická membrána - také známá jako buněčná membrána nebo plazmatická membrána

eukaryotická buňka

prokaryotická buňka

A. Cytoplazmatická membrána (obrázek ( PageIndex {4} )) je tekutá fosfolipidová dvojvrstva (obrázek ( PageIndex {5} )), která obvykle postrádá steroly. Bakterie obecně obsahují molekuly podobné sterolu, nazývané hopanoidy (obrázek ( PageIndex {7} )).

b. Membrána není schopná endocytózy a exocytózy.

Cytoplazmatické struktury

eukaryotická buňka

prokaryotická buňka

A. Ribozomy se skládají z podjednotky 50S a 30S, které se během syntézy proteinů spojí a vytvoří 70S ribozom. Viz obrázek ( PageIndex {8} ).

- Hustoty ribozomálních podjednotek: 50S a 30S

b. Organely na vnitřní membráně vázané, jako jsou mitochondrie, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuoly a lysozomy, chybí (viz obrázek ( PageIndex {4} ))
C. Neexistují žádné chloroplasty. Fotosyntéza obvykle probíhá v infoldings nebo rozšířeních odvozených z cytoplazmatické membrány.
d. Neexistuje mitóza ani mitotické vřeteno.
E. Různá strukturální vlákna v cytoplazmě společně tvoří prokaryotický cytoskelet. Cytoskeletální vlákna hrají zásadní roli při určování tvaru bakterie (coccus, bacillus nebo spirála) a jsou také kritické v procesu dělení buněk binárním štěpením a při určování polarity bakterií.

Respirační enzymy a řetězce přenosu elektronu

eukaryotická buňka

- Systém přenosu elektronů je umístěn ve vnitřní membráně mitochondrií. Prostřednictvím chemiosmózy přispívá k produkci molekul ATP.

-Elektronová mikrofotografie mitochondrií z biologického oddělení na univerzitě v Novém Mexiku.

prokaryotická buňka

Buněčná stěna

eukaryotická buňka

A. Rostlinné buňky, řasy a houby mají buněčné stěny, obvykle složené z celulózy nebo chitinu. Eukaryotické buněčné stěny nejsou nikdy složeny z peptidoglykanu (viz obrázek ( PageIndex {3} )).
b. Živočišným buňkám a prvokům chybí buněčné stěny (viz obrázek ( PageIndex {2} )).

prokaryotická buňka

A. Až na výjimky členové domény Bakterie mít buněčné stěny složené z peptidoglykanu (viz obrázek ( PageIndex {4} )).
b. Členové domény Archae mají buněčné stěny složené z bílkovin, komplexních sacharidů nebo jedinečných molekul, které se podobají, ale nejsou stejné jako peptidoglykan.

Lokomotivní organely

eukaryotická buňka

prokaryotická buňka

Reprezentativní organismy

  • eukaryotická buňka: Doména Eukarya: zvířata, rostliny, řasy, prvoci a houby (kvasinky, plísně, houby).
  • prokaryotická buňka: doména Bakterie a doménu Archae.

Jelikož jsou viry acelulární - neobsahují žádné buněčné organely, nemohou růst a dělit se a neprovádějí žádný nezávislý metabolismus - nejsou považovány ani za prokaryotické, ani za eukaryotické. Protože viry nejsou buňky a nemají žádné buněčné organely, mohou se pouze replikovat a shromažďovat uvnitř živá hostitelská buňka. Mění hostitelskou buňku na továrnu na výrobu virových částí a virových enzymů a sestavování virových komponent.

Viry, které mají živé i neživé vlastnosti, budou probrány v jednotce 4. Nedávno byly viry prohlášeny za živé entity na základě velkého počtu proteinových záhybů kódovaných virovými genomy, které jsou sdíleny s genomy buněk. To naznačuje, že viry pravděpodobně pocházely z několika starých buněk.

Souhrn

  1. V přírodě existují dva základní typy buněk: prokaryotické a eukaryotické.
  2. Prokaryotické buňky jsou strukturálně jednodušší než eukaryotické buňky.
  3. Čím menší je buňka, tím větší je její poměr povrchu k objemu.
  4. Čím menší je poměr povrchu k objemu, tím musí být buňka strukturálně složitější (rozčleněná), aby mohla plnit životní funkce.
  5. Mezi prokaryotickými a eukaryotickými buňkami existují zásadní rozdíly.
  6. Bakterie jsou prokaryotické buňky; houby, prvoci, řasy, rostliny a zvířata se skládají z eukaryotických buněk.
  7. Viry nejsou buňky, takže nejsou ani prokaryotické, ani eukaryotické. Mohou se replikovat pouze uvnitř živé buňky.

Ultrastruktura prokaryotických buněk

Některé z hlavních buněčných orgánů zapojených do ultra struktury prokaryotických buněk jsou následující:

1. Obálka buňky 2. Cytoplazma 3. Nukleoid 4. Přílohy.

Prokaryotické buňky jsou nejjednodušší z nejprimitivnějších buněk. Záznamy o mikrofosiliích naznačují, že se vyvinuly před 2,5 miliardami let a existovaly jako jediné organismy na Zemi další miliardu let, dokud se eukaryoty nevyvinuly asi před 1,5 miliardou let. Dřívější tvrzení, že nejstarší prokaryotické mikrofosilie, stromatolity (tj. Obří kolonie starověkých sinic nebo BGA) před 3,5 miliardami let, jsou ve skutečnosti neživé minerální artefakty.

Prokaryotický strop je strukturní jednotkou dvou mikrobiálních skupin: archaebakterií a eubakterií. Navzdory změnám tvaru a velikosti jsou základní struktury prokaryotických buněk stejné. Každá prokaryotická buňka je v podstatě jedním obalovým systémem, který se skládá z protoplasmy uzavřené v buněčném obalu. Ultrastruktura prokaryotické buňky, zejména typické bakteriální buňky, se skládá z buněčného obalu, cytoplazmy, nukleoidu, plazmidů a povrchového přívěsku.

1. Obálka buňky:

Jedná se o ochranný obal bakteriální buňky, který má tři základní vrstvy: nejvzdálenější glvcocalyx, střední buněčnou stěnu a nejvnitřnější buněčnou membránu (plazmatická membrána),

Jedná se o vnější vrstvu buněčného obalu, která je chemicky složena z polysacharidů s proteiny nebo bez nich. Když je glykokalyxa silná a houževnatá, říká se jí tobolka, a když vytváří volné pouzdro, říká se jí slizová vrstva.

Glykokalyx, i když není nezbytný pro přežití bakterií, má mnoho funkcí:

(a) Chrání buňku před vysycháním, toxiny a fagocyty,

(b) Pomáhá při adhezi, imunogenicitě a virulenci.

Je to tuhá střední vrstva buněčného obalu, která poskytuje tvar a brání bakterii v osmotickém prasknutí v hypotonickém roztoku. U grampozitivních bakterií je buněčná stěna jednovrstvá a má téměř jednotnou tloušťku (10 až 80 nm). Je složena z peptidoglykanu (murein nebo mucopeptide), který se skládá z trojrozměrné sítě glyeanových vláken zesítěných peptidovými řetězci. Každý řetězec glykanu je dlouhý 20 až 130 jednotek a skládá se ze dvou střídajících se aminocukerů, N-acetylglukosaminu (NAG) a kyseliny N-acetylmuramové (NAM).

Některá antibiotika (penicilin) ​​lysozym brání síťování a ničí bakterie. Stěny grampozitivních bakterií také obsahují kyseliny teichoové (polyfosfátová polymera, ale proteiny téměř chybí. Kyseliny teichoové působí jako povrchový antigen. U gramnegativních bakteriálních stěn je dvouvrstvá a silná pouze 7,5–12 nm. tenký peptidoglykan a vnější vrstva je jednotková membrána zvaná vnější membrána. Vnější membrána je lipidová dvojvrstva sestávající z fosfolipidů, proteinů a jedinečného lipidu, lipopolysacharidu (LPS).

Molekuly LPS se nacházejí pouze ve vnějším povrchu vnější membrány. Vnější membrána také obsahuje kanálové proteiny zvané poriny, kterými vstupují nebo vystupují látky s nízkou molekulovou hmotností. U některých gramnegativních bakterií (.Mycobacterium, Noccardia) obsahuje stěna mastné kyseliny s dlouhým řetězcem zvané mykolové kyseliny. Ve stěnách gramnegativních bakterií je prostor naplněný tekutinou přítomný na obou stranách peptidoglykanové vrstvy, tj. Mezi vnější membránou buněčné stěny a buněčnou membránou. Tento prostor se nazývá periplazma nebo periplazmatický gel. Působí jako bakteriální lysozom.

Mnoho druhů bakterií je bez stěn, buď se vyvíjejí spontánně, nebo jsou indukovány činidly degradujícími buněčnou stěnu. Tyto bakterie se nazývají L-formy, podle Listerova institutu v Londýně. L-formy bakterií mohou vyvinout buněčnou stěnu, ale mollicutes nikdy nevyvinou buněčnou stěnu.

Je to nejvnitřnější vrstva buněčného obalu. Jedná se o polopropustnou, kvazi-tekutou, dynamickou membránu podobnou eukaryotické membráně. Jediným rozdílem však je, že v bakteriích jim místo steroidů chybí steroly. Hopanoidy jsou pentacyklické sterolové molekuly, které stabilizují bakteriální buněčnou membránu. U gramnegativních bakterií je na určitých místech vnější plocha plazmatické membrány spojitá s vnitřním povrchem vnější membrány za vzniku spojení Bayer ’s. V gramnegativní buňce je přítomno asi 200-400 spojů vrstvy a#8217s.

V bakteriální buňce plní plazmatická membrána mnoho funkcí:

a) Zachovává cytoplazmu

(b) Zabraňte ztrátě důležitých komponent netěsností

c) Pomáhá při pohybu živin, odpadů a sekretů přes membránu

(d) Drží molekuly receptoru, které detekují a reagují na chemikálie ve svém okolí. Jako je dýchání, fotosyntéza, syntéza lipidů a složek buněčné stěny

f) invaginuje za vzniku mezozomu a thylakoidů sinic.

2. Cytoplazma:

Je to zrnitý krystalokoloidní komplex, který vyplňuje celou prokaryotickou buňku kromě nukleoidu. Cytoplazma obsahuje mezozom, chromatofory, ribozomy, inkluzní tělíska a plazmidy.

i) mezozom (nebo chondrioidy):

Jedná se o spletité membránové skládání plazmatické membrány. Mezosom, když je spojen s nukleoidem, se nazývá septální mezozom a pokud není spojen, nazývá se laterální mezozom.

(b) Replikace a distribuce chromozomů do dceřiných buněk

(d) Zvětšete povrch plazmatické membrány

(e) Mezozom lze považovat za analogický mitochondriím eukaryotických buněk, protože to jsou místa respiračních enzymů. Mosozomy se proto také nazývají “mitochondrie prokaryotických buněk ” nebo “ bakteriální mitochondrie ”.

ii) Chromatofory:

Jedná se o vnitřní membránové systémy prokaryotických buněk. Jsou velmi rozsáhlé a komplexní ve fotosyntetických formách, jako jsou sinice a purpurové bakterie, kde se jim říká tylakoidy. U nitrifikačních bakterií zvyšují chromatofory metabolickou oblast.

Prokaryotické ribozomy jsou v přírodě 70S, které se skládají z větších 5OS a menších 30S podjednotek. Během syntézy proteinů se k jedné mRNA připojí asi 4-8 ribozomů za vzniku polyribozomů nebo polysomů. Nefunkční ribozomy přítomné v oddělených podjednotkách.

(iv) Inkluzní orgány:

Jedná se o neživé struktury volně přítomné v cytoplazmě. Inkluzní tělíska mohou být organická nebo anorganická. Zahrnují hlavně rezervu potravin a speciální prokaryotické organely jako plynové vakuoly, chromozomy, karboxysomy a magnetozomy. Kromě potravinové rezervy jsou další inkluzní tělíska obklopena jednovrstvou neuniverzální membránou o tloušťce 2 až 5 nm.

Jedná se o rezervní materiály nebo skladovací granule, které nejsou ohraničeny žádným membránovým systémem. Obecně daný bakteriální druh uchovává pouze jeden druh rezervního materiálu. Kromě toho je buněčný obsah rezervního materiálu v aktivně rostoucích buňkách nízký, ale zvyšuje se, když buňkám chybí dusík.

Volutinové granule (= polyfosfátové granule) a sirné granule jsou anorganická inkluzní tělíska, která uchovávají fosfát a síru. Tyto granule se také nazývají meta-chromatické granule kvůli jejich schopnosti přijímat různé barvy na základní barviva. Zásobami biopotravin přítomnými v některých bakteriích jsou glykogenové granule, proteinové granule (= kyanofycin), kyanofytové granule (= škrobové granule) a PHB granule. Granule PHB (poly beta-hydroxybutyrát) jsou zásobárnou mastných kyselin v případě druhů Pseudomonas, Bacillus, Azotobacter. PHB se komerčně používá k přípravě biologicky rozložitelných plastů.

Toto jsou organické inkluze většiny vodních, volně plovoucích forem. Každá plynová vakuola je agregátem různého počtu dutých, válcových plynových váčků. Plynové vakuoly pomáhají při plavání, pro správné umístění ve vodě, aby zachytily sluneční světlo pro fotosyntézu a chránily před škodlivým zářením.

Jedná se o vezikuly ve tvaru doutníku, které obklopují fotosyntetické pigmenty jako bakteriochlorofyl c, d nebo e. Chlorosomy jsou odlišné struktury, které se nacházejí těsně pod plazmatickou membránou, ale jsou s ní pevně spojeny bazální deskou. Ty se nacházejí v zelených bakteriích.

Toto jsou hlavní stránky CO2 fixace v případě autotrofních prokaryot, jako jsou sinice, purpurové bakterie, nitrifikační bakterie atd.

Jedná se o vezikuly naplněné krystaly magnetitu (Fe3Ó4). Magneto-somes pomáhají bakteriím zorientovat se v magnetickém poli a určit směr plavání.

Laderberg a Hays (1952) zavedli termín ‘plasmid ’ pro ty prstenovité samoreplikující extra chromozomální dvouvláknové DNA, které se nacházejí v cytoplazmě prokaryot. Nacházejí se také v eukaryotech (kvasinky) a jejich organelách. Plazmidy se používají jako ideální vektor pro nepřímý přenos genů v technologii rekombinantní DNA (Genetic Engineering).

Plazmidy jsou obecně dvouvláknové uzavřené kruhy D.NA s velikostí kolísající od 1-300 párů kilobází (1 Kbp = 1000bp) a nesou 5-100 genů. Proto jsou plazmidy často nazývány minichromozomy. Jsou také známé jako postradatelné autonomní prvky, protože geny, které nesou, nemají žádnou roli v životaschopnosti a růstu bakterií.

Průměrný počet plazmidů na bakteriální buňku se nazývá počet kopií. Plazmidy s nízkým počtem kopií (1-2) se nazývají plazmidy s jednou kopií, zatímco ty s vysokým počtem kopií (10-30) se nazývají plazmidy s více kopiemi. Některé plazmidy se mohou dočasně integrovat nebo se oddělit od hlavního chromozomu a nazývají se epizomy, např. F-plazmid. Je třeba poznamenat, že všechny epizomy jsou plazmidy, ale všechny plazmidy nejsou epizomy. Termín epizom byl vytvořen Jacobem a Wollmanem 1958).

Na základě funkce jsou plazmidy následujících typů –

Je nositelem faktoru plodnosti (F-faktor) odpovědného za tvorbu sex-pili a konjugaci. Proto se často nazývá F-plazmid.

Je nositelem faktoru rezistence (R), který opět poskytuje odolnost vůči antibiotikům, těžkým kovům, UV záření atd., Např. Rl.R4G atd.

Je nositelem kolicinogenního faktoru, který produkuje koliciny (bakteriociny), které zabíjejí další bakterie.

d) Degradativní plazmid:

Rozkládá uhlovodíky v ropě, např. přítomné v Pseudomonas putida [Geneticky upravená bakterie, která by degradovala všechny čtyři typy substrátů, tj. OCT (oktan, hexan, dcen), XYL (xylen, toluen), CAM (kafr) a NAH (naftalen)>

Jedná se o tumory zahrnující plazmidy nesené Agrabacterium tumefaciens. Ti-plasmid nese

T-DNA (transformující se DNA), která je dlouhá 200 Kbp a způsobuje v rostlinách onemocnění korunní žluči, T-DNA je ideálním vektorem pro přenos genů v rostlinách.

Podzemí Ti-plazmidů indukujících nádory chlupatých kořenů, např.-A-rhizogen.

Plasmid lze kategorizovat na základě počtu kopií na buňku

(a) Plasmid uvolněný: Normálně udržuje více kopií na buňku

(b) Stringentní plazmid: Má omezený počet kopií na buňku

3. Nukleoid

Nukleoid je genetický materiál prokaryotické buňky, který zabírá až 1/5 vnitřku bakteriální buňky. Je reprezentována jedinou kruhovou nahou DNA ds, která je vysoce smyčková a supervinutá pomocí polyatnin (nukleoidních proteinů) a RNA. Nukleoid je kompaktní struktura bez jaderného obalu a jádra, a proto nejde o organizované jádro, ale spíše o začínající jádro. V Escherichia coli má kompaktní DNA délku 1,2 mm, což je asi 250–700násobek délky buňky. Nukleoid je připojen k plazmatické membráně přímo nebo mezozomy.

4. Přílohy:

Povrchové přívěsky přítomné na bakteriální buňce mohou být pohyblivé bičíky nebo nepohyblivé pili a fimbrie.

a) Flagella (zp. Flagellum):

Jedná se o dlouhé (1-71 m) jemné chlupaté lokomotivní přívěsky přítomné na bakteriálním povrchu pro plavání. Jejich počet a uspořádání se nazývá bičík, což jsou charakteristické rysy různých rodů bakterií

Některé bakterie nesou bičíky pochvy obklopené prodloužením buněčné membrány. V Vibrio je bičíkovitost smíšeného typu, kde je přítomen polární plášť s bičíkem a mnoho peritrichně uspořádaných neopláštěných bičíků.

Ultrastruktura každého bičíku ukazuje 3 části a#8211 bazální tělo, háček a filament. Bazální tělo se skládá z centrálního kořene s jedním dvěma páry prstenů. U grampozitivních bakterií má bazální tělo dva páry prstenců, přičemž vnější pár (kroužky L a P) zůstává připojen k vnější membráně, zatímco vnitřní pár (prstence S a M) zůstává spojen s buněčnou membránou. U grampozitivních bakterií je naopak přítomen pouze vnitřní pár (Sand M) a zbytky jsou připojeny k buněčné membráně (obr. 2.4).

Háček je mírně širší a zakřivená struktura dlouhá asi 45 nm, která spojuje bazální tělo s filamentem. Vlákno je dutá válcová struktura o délce 1 až 70 nm a průměru 20 nm. Vlákno složené ze 3-8 spirál bičíkových proteinů. Háček se však skládá z jiného druhu bílkovin.

Bakteriální flageilum se otáčí o 360 ″ spíše než pohybem bičem jako tam a zpět. V důsledku toho se bakteriální buňka otáčí opačným směrem a tlačí bakterii dopředu.

(b) Pili (zpěv. Pilus) a fimbriae:

Tyto dva termíny byly často zaměnitelně používány. Pili jsou trubkovité výrůstky asi 18-20 nm tvořené pilinovým proteinem. Jsou hlášeny pouze v gramnegativních bakteriích dárcovských buněk, kde pomáhají při konjugaci. Pili se proto také říká sex-pili nebo F-pili. Jejich počet je 1 až 4 na buňku. Fimbrie jsou povrchové přívěsky podobné štětinám, které pomáhají při adhezi a vzájemná délka ulpívání se pohybuje od 6,1 do#8211, 7,5 nm a průměr 3 až 10 nm.


Porovnejte a porovnejte prokaryotické a eukaryotické buňky a dopad virů na ně.

Napište zprávu o buněčné biologii, která má 4 000 slov.

Úvod jednotky
1.1: Diskutujte vybrané charakteristiky živých buněk
1.2: Porovnejte a kontrastujte prokaryotické a eukaryotické buňky a dopad virů na ně
1.3: Diskutujte o eukaryotické subcelulární struktuře a organelách
2.1: Vysvětlete úlohu buněčné membrány při regulaci živin a odpadních produktů
2.2: Vysvětlete, jak živočišné buňky používají živiny k zajištění energie pro růst, pohyb a dělení buněk
2.3: Diskutujte o syntéze proteinů
2.4: Vysvětlete roli nukleových kyselin v jádře a cytoplazmě
3.1: Vysvětlete generování specializovaných tkání z embryonálních kmenových buněk
3.2: Vysvětlete důležitost mezifáze a faktorů, které iniciují buněčné dělení
3.3: Vysvětlete, jak jsou do každé dceřiné buňky přijímány stejné genetické informace
3.4: Porovnejte a porovnejte rakovinné buňky s normálními buňkami

Použijte kalkulačku objednávky níže a začněte! V případě jakékoli pomoci nebo dotazu kontaktujte náš tým podpory.


Transkripce: z DNA do mRNA

Prokaryota i eukaryota provádějí v zásadě stejný proces transkripce, s důležitým rozdílem jádra vázaného na membránu v eukaryotech. S geny vázanými v jádru dochází k transkripci v jádře buňky a transkript mRNA musí být transportován do cytoplazmy. Prokaryoty, které zahrnují bakterie a archea, postrádají jádra vázaná na membránu a další organely a transkripce probíhá v cytoplazmě buňky. U prokaryot i eukaryot dochází k transkripci ve třech hlavních fázích: zahájení, prodloužení a ukončení.


Buňky

První buňky, které vznikly asi před 3,5 miliardami let, se s největší pravděpodobností podobaly Bakteriím nebo Archaea, měly relativně jednoduché struktury a chyběla jádra nebo vnitřní organely. Většina fylogenetických stromů života ukazuje, že Archaea a bakterie se odchylují nejprve od posledního univerzálního společného předka (LUCA). Z toho usuzujeme, že LUCA měla jednoduchou buněčnou strukturu s cytoplazmou ohraničenou nějakým typem fosfolipidové dvouvrstvé membrány a bez jader nebo vnitřních membránových kompartmentů nebo organel.

Fylogenetický strom života se 3 doménami, založený na sekvencích 16S rRNA, od Wikimedia Commons

Bakterie a Archaea jsou klasifikovány jako prokaryoty, což znamená buňky bez jader, ačkoli někteří moderní biologové tento termín nemají rádi, protože se zdá, že prokaryoty netvoří monofyletickou skupinu.

Methanococcus janaschii, s mnoha bičíky, obrázek s laskavým svolením UC Museum of Paleontology, www.ucmp.berkeley.edu.

Bakterie a Archaea mají různou morfologii buněk, ale všechny mají některé společné strukturální rysy.

Prokaryotická buněčná struktura, z Wikipedie

  • jeden kruhový chromozom (několik druhů má dva kruhové chromozomy)
  • oblast nukleoidů, která obsahuje chromozomální DNA, bez okolní membrány, která by ji oddělovala od cytoplazmy
  • malé kruhové molekuly DNA zvané plazmidy rozptýlené v cytoplazmě.

Kromě své fosfolipidové dvojvrstvé buněčné membrány mají buněčné stěny, které se liší složením mezi Bacteria a Archaea. Prokaryotické buňky jsou obecně menší než eukaryotické buňky. Mají primitivní cytoskelet a mohou mít bičíky pro pohyblivost.

Relativní měřítko velikosti buněk z Wikipedie

Evoluce eukaryot

Asi před 2,1-2,4 miliardami let se ve fosilním záznamu objevují první eukaryotické buňky. To se shoduje s nebo nastane krátce po Velké okysličovací události. Eukaryotické buněčné membrány mají steroly, jejichž syntéza vyžaduje molekulární kyslík. Jak vznikly eukaryoty? Jedním vodítkem je, že eukaryotické geny pro proteiny, které replikují DNA a syntetizují RNA v jádře, jsou podobné archaealským genům, zatímco eukaryotické geny pro energetický metabolismus a biosyntézu lipidů v cytoplazmě připomínají bakteriální geny. Toto pozorování vedlo k současné hypotéze, že eukaryoty se vyvinuly ze staré endosymbiózy nebo události buněčné fúze mezi Archaeonem a Bacteriem.

Eukaryotická evoluce vyžadovala mnoho inovací. Jedním je endocytóza (přijímání molekul vázaných na plazmatickou membránu vytvořením malého váček, struktura podobná bublinám vytvořená lipidovým dvojvrstvým vakem obklopujícím vnitřní tekutinu). Moderní prokaryoty postrádají endocytózu resp fagocytóza (odběr částic do buňky vytvořením velkého váčku). Endocytóza nebo fagocytóza je však nezbytná pro přijímání a uchovávání endosymbiontů v membránovém obalu a vede k tvorbě vezikul uvnitř buňky. Invaginace plazmatické membrány hluboko do cytoplazmy obklopující chromozomy buňky může vést k vytvoření membránového obalu, který odděluje jaderný kompartment od zbytku buňky, a současnému vývoji endomembránového systému.

Proteiny potřebné pro endocytózu sdílejí strukturální podobnosti s proteiny jaderných pórů, což naznačuje společný evoluční původ endomembránového systému a jádra. Obr. 5 od Devos et al. 2004, PLoS Biology doi: 10,1371/journal.pbio.0020380

Fagocytóza/endocytóza tedy může za tvorbu jádra uzavřeného jaderným obalem, endomembránovým systémem a evoluci mitochondrií a chloroplastů z endosymbiózy aerobních bakterií, respektive sinic.

Eukaryotická buněčná struktura

Eukaryotická buňka z Wikipedie

Co by měli studenti biologie v prváku vědět o struktuře eukaryotické buňky? Spíše než se snažit zapamatovat si detaily o různých organelách a buněčných strukturách, by studenti měli přemýšlet o hlavních buněčných systémech.

Cytoplazma

Cytoplazma je vnitřní oblast buňky ohraničená plazmatickou membránou, s výjimkou vnitřku jádra a vnitřních oblastí organel a endomembránového systému. Cytoplazma obsahuje ribozomy, tRNA a mRNA pro syntézu proteinů, cytoskelet, mnoho metabolických enzymů a proteiny, které fungují v buněčné signalizaci. Cytoplazma je tak přeplněná makromolekulami, že má konzistenci hydratovaného gelu, většina molekul vody je spojena s jinými molekulami.

Endomembránový systém

Endomembránový systém zahrnuje jaderný obal, endoplazmatické retikulum (ER), Golgiho komplex, lysozomy, transportní vezikuly, sekreční vezikuly, endozomy a plazmatickou membránu. Dvojitá membrána jaderného obalu sousedí s ER.

Endomembránový systém z Wikipedie. Hrubý ER má ribozomy vázané na ER membránu. Ribozomy vázané na ER syntetizují proteiny do membrány nebo lumenu ER (vnitřní prostor). Ostatní ribozomy zůstávají v cytoplazmě a syntetizují proteiny, které zůstávají v cytoplazmě nebo jdou do jádra nebo mitochondrií nebo chloroplastů.

Že všechny tyto membrány tvoří jeden systém, je zřejmé, když přemýšlíme o membránové biogenezi. Aby buňky rostly, musí vytvářet více membránových lipidů a membránových proteinů.

Membránové proteiny pro endomembránový systém a proteiny pro sekreci jsou vyrobeny v drsná ER (rER) ribozomy ukotvenými k proteinovým kanálům v membráně ER. Polypeptidový řetězec vystupující z ribozomu prochází kanálem do ER lumen (vnitřní prostor ER) a začne se skládat. Jakékoli části řetězce, které tvoří hydrofobní alfa-helixy, zůstávají uloženy v membráně ER, jako transmembránové domény. Nově syntetizované proteiny v membráně nebo lumenu rER se přesunou do hladká ER, kde jsou částečně glykosylovány (oligosacharidové skupiny jsou kovalentně vázány na konkrétní aminokyseliny). Membránové lipidy (fosfolipidy, steroly) se také vyrábějí a přidávají do hladkého ER. Transportní váčky obsahující membránové proteiny a vylučované proteiny vyklouzávají z hladké ER a cestují do Golgi. Tyto vezikuly fúzují s Golgi, přidávají jejich membránové lipidy a membránové proteiny, stejně jako jejich vnitřní obsah, do Golgiho vezikul. V Golgi jsou membránové proteiny a sekretované proteiny tříděny a zpracovávány další glykosylací. Lysozomální proteiny jsou odděleny do váčků, které se odštípnou a stávají se lysozomy. Vyloučené proteiny jsou zabaleny do sekreční vezikuly které se odštípnou a jsou transportovány na periferii buňky, kde sekreční vezikuly fúzují s plazmatickou membránou, přidávají svůj lipid a protein do plazmatické membrány a vysypávají svůj vnitřní obsah ven z buňky.
hrubé ER – & gt hladké ER – & gt transportní vezikuly – & gt Golgi – & gt sekreční vezikuly – & gt PM
Endomembránový systém neobsahuje mitochondrie ani chloroplasty, což jsou nezávislé organely a budou diskutovány později v kontextu energetického metabolismu. Proteiny určené pro mitochondrie nebo chloroplasty, stejně jako proteiny určené do nitra jádra, jsou vyrobeny volné cytoplazmatické ribozomy (odpojeno od jakékoli membrány). Tyto proteiny jsou poté importovány do příslušných organel prostřednictvím specializovaných systémů pro import proteinů (mitochondrie a chloroplasty) nebo prostřednictvím komplexů jaderných pórů (jader). Proteiny, které fungují v cytoplazmě, jsou samozřejmě také tvořeny volnými cytoplazmatickými ribozomy.

Cytoskeleton

Cytoskelet je dalším buněčným systémem. Skládá se z aktinových mikrofilament, několika typů intermediárních filament a mikrotubulů. Jedná se o dynamické struktury potřebné pro tvar buňky, mobilitu buněk a organizaci a pohyb materiálů uvnitř buňky. Mikrovlákna jsou tenčí a vytvářejí sítě v blízkosti plazmatické membrány, které stabilizují nebo mění tvar buňky, zvláště když jsou části membrány vysunuty směrem ven. Mikrotubuly (polymerované z dimerů alfa- a beta-tubulinu) slouží jako dráhy pro pohyb transportních váčků a sekrečních váčků motorickými proteiny a také pro pohyb chromozomů během buněčného dělení. Stručně řečeno, mikrofilamenty jsou pro tvar buňky, mikrotubuly jsou pro pohyb věcí uvnitř buňky.

Extracelulární matrix

Mimo buňku, která překrývá plazmatickou membránu, je extracelulární matrix. V rostlinách a kvasnicích je to buněčná stěna. V živočišných buňkách se skládá z kolagenu a dalších polymerů bílkovin a polysacharidů.

Jádro

Jádro obsahuje chromozomy buněk a#8217 s. Veškerá replikace a transkripce chromozomální DNA za vzniku RNA probíhá v jádře, stejně jako zpracování RNA. The enzymes that perform these tasks, the proteins that bind to DNA to form chromatin, indeed all proteins in the nucleus, are made by ribosomes in the cytoplasm, and then imported into the nucleus through the nuclear envelope pore complexes. Conversely, ribosomal and messenger RNAs are made in the nucleus and exit the nucleus via the same pore complexes, so they can function in cytoplasmic protein synthesis.

Cellular dynamics: Inner Life of the Cell molecular animation

Watch the Inner Life of the Cell video below, and see if you can identify the various components of the endomembrane system and narrate what is going on. This video is for more advanced students, but the middle of the video, starting with the plasma membrane, beautifully illustrates the dynamic interconnections between the cell structures.

The video begins with leukocytes (white blood cells) rolling along a blood vessel. Endothelial cells are the cells that form the inner lining of the blood vessel. Cell surface proteins on the white blood cell interact and bind to the cell surface proteins on the lining of the blood vessel to slow down and stop the white blood cell. From here the video dives into the cell.

The key parts to watch for:

  • The plasma membrane is a fluid mosaic of phospholipids and proteins.
  • Sphingolipids and cholesterol make parts of the plasma membrane rigid – these rigid parts are called lipid rafts, that are important for cell signaling.
  • The cell contains different types of cytoskeletal elements – the video shows spectrin, an intermediate filament actin microfilaments and microtubules. Let’s not worry about additional details mentioned in the video.
  • Motor proteins “walk” along the microtubules, transporting vesicles back and forth. The “walking” of these motor proteins is powered by ATP hydrolysis.
  • The nuclear envelope contains pores, and mRNA molecules exit the nucleus into the cytoplasm through the nuclear pores.
  • Free ribosomes in the cytoplasm translate and make proteins that stay in the cytoplasm, or partner with special proteins that deliver them to mitochondria and other organelles that are independent of the endomembrane system.
  • Free ribosomes also initiate translation of endomembrane system proteins and secreted proteins, but they stall until they are docked to a protein complex in the rER. The rER is “rough” because all the ribosomes located there gives this portion of the ER a rough appearance in electron micrographs. Membrane proteins are embedded in the ER membrane, whereas secreted proteins end up in the lumen.
  • The membrane and secreted proteins are transported in vesicles to the Golgi.
  • The Golgi completes the glycosylation of these proteins.
  • Secretory vesicles are transported from the Golgi to the plasma membrane, where they fuse.
  • You can ignore the rest of the video, although it’s really cool. It shows how white blood cells squeeze between the cells that line the blood vessel to get into the tissues at a site of infection and inflammation.


Cell Structure Flashcards Preview

What name is given to the basic functional and structural unit of all living organisms?

The basic structural and functional unit of all known life-forms is the buňka.

For the AP Biology exam, you'll want to be familiar with animal and plant cells, as well as the general structure of bacterial cells.

The buněčná teorie, originally composed in 1838, includes three primary tenets. Vyjmenuj je.

  1. The cell is the basic unit of life.
  2. All living things are composed of cells, whether one or many.
  3. All cells arise from other cells.

All cells can be categorized into which two broad groups?

Prokaryotický a eukaryotic cells

Prokaryotic cells are generally simpler and include bacterial species. Eukaryotes can range from single-celled organisms (like yeast) to complex animals (like humans).

What main features characterize eukaryotic cells?

Eukaryotické buňky have membrane-bound organelles, including nuclei, and linear chromosomes. They are also larger than prokaryotic cells and differ in specific aspects like flagellum structure.

Eukaryotic cells can comprise either unicellular or multicellular organisms.

What main features characterize prokaryotic cells?

Prokaryotické buňky lack membrane-bound organelles. They generally contain one circular chromosome within a nucleoid region, but can also possess circular plasmids outside the genome.

Prokaryotic cells always comprise unicellular organisms.

How do eukaryotic and prokaryotic cells differ with respect to organely?

Unlike eukaryotes, prokaryotes lack a nucleus, as well as all membrane-bound organelles.

Note that membrane-bound organelles include mitochondria, lysosomes, the ER, and the Golgi apparatus, but not ribosomes. Prokaryotes do contain ribosomes, a fact that may appear on the AP Biology exam.

How do eukaryotic and prokaryotic organisms differ in their cellular organization?

Prokaryotes are always unicellular, while eukaryotes can be either unicellular or multicellular.

One common example of a unicellular eukaryote is yeast, a fungus. Most other single-celled eukaryotes are classified as protists.

Determine if an organism with the following traits is a prokaryote or a eukaryote:

This organism is a eukaryot.

Only a eukaryote would possess mitochondria, since prokaryotes lack membrane-bound organelles. Eukaryotes also have linear, not circular, chromosomes. Note that both eukaryotes and prokaryotes can be unicellular.

The cytosol is the fluid contained within a cell.

In contrast, the cytoplasm includes both the intracellular fluid and all of the extranuclear organelles.

The cytoplazma includes both the intracellular fluid, or cytosol, and the organelles.

The only organelle that is not included in the cytoplasm is the nucleus.

An organela is a separate, specialized structure within a cell.

Many organelles are enclosed by lipid bilayers, but some, including ribosomes, are not membrane-bound.

What is the cellular role of the plazmatická membrána?

The plazmatická membrána, also called the cell membrane, protects the interior of the cell from its environment. It also limits the movement of specific materials into and out of the cell.

Describe the composition of the plazmatická membrána.

The plasma membrane consists of a phospholipid bilayer, with polar heads on the exterior (pointing toward the extracellular fluid and cytoplasm) and nonpolar tails on the interior.

The membrane also contains cholesterol, associated large proteins, and sphingolipids, among other components.

Explain the fluid mosaic model.

The fluid mosaic model is used to describe the plasma membrane. It is composed of lipids with a "mosaic" of embedded proteins and other components, and its "fluidity" allows these macromolecule components to move laterally within the membrane.

In animal cells, which organelle serves as the location for DNA in the form of linear chromosomes?

The jádro holds the cell's linear chromosomes. It is also the site of DNA replication and transcription.

While the mitochondria also include DNA, mitochondrial DNA is found in small circular chromosomes, not linear ones.

What structural features are present in the jádro?

The nucleus is encased in a double membrane, known as the nuclear envelope. This membrane is marked by channels called nuclear pores. Inside, a fluid (the nucleoplasm) surrounds linear chromosomes.

In what part of the cell is the nukleolus located, and what function does it serve?

The nucleolus is located within the nucleus. It serves as the site of ribosomal RNA transcription and synthesis of ribosomal subunits.

Which organelle has two subunits and serves as the location for protein synthesis?

The ribozom

Ribosomes are small organelles found in both eukaryotic and prokaryotic cells. At these organelles, proteins are synthesized (translated). A typical ribosome includes a small and a large subunit, although the sizes of these subunits vary depending on the type of cell.

How do eukaryotic and prokaryotic organisms differ in the composition of their ribosomes?

Eukaryotic ribosomes are slightly larger, with a 40S and a 60S subunit combining to yield 80S. Prokaryotic ribosomes have a 30S and a 50S subunit, which combine to form 70S.

The abbreviation "S" refers to the rate at which a molecule settles in a centrifuge.

Describe the structural characteristics of the endoplasmic reticulum (ER).

The ER is a folded membrane divided into two regions: rough ER a smooth ER.

Rough ER contains ribosomes bound to its surface, while the smooth ER does not.

Within the cell, what is the role of the endoplasmic reticulum (ER)?

The ER is involved in a variety of processes, with smooth ER and rough ER performing different functions. The smooth ER is involved in lipid anabolism and detoxification, while the rough ER, with its many ribosomes, is the site of protein translation.

Both types of ER help synthesize macromolecules and shuttle them to the Golgi apparatus to be secreted from the cell.

What biological products are synthesized in the rough endoplasmic reticulum?

The rough ER synthesizes bílkoviny.

These can include enzymes and peptide hormones, among other examples.

What biological products are synthesized in the smooth endoplasmic reticulum?

The smooth ER synthesizes lipidy.

These include steroid hormones and phospholipids, among other examples.

What is the cellular role of the Golgiho aparát?

The Golgiho aparát modifies molecules that arrive from the ER. It has the ability to break off into vesicles and can thus facilitate the exocytosis of these modified products.

What main cellular function is performed by the mitochondrie?

Mitochondrie are involved in cellular metabolism, specifically the production of energy via aerobic respiration.

In the mitochondria, the Krebs cycle produces electron carriers, while the electron transport chain facilitates the formation of a proton gradient. This gradient is used to produce ATP.

What membranes and spaces are present in a mitochondrion?

Mitochondria contain both an outer and an inner membrane. The intermembrane space is located between the two, while the mitochondrial matrix is the innermost space, bounded by the inner membrane.

Both membranes are phospholipid bilayers.

Binary fission is most relevant to the production of which organelle?

Binary fission is the method of replication for mitochondrie.

Just like prokaryotic asexual reproduction, which produces identical daughter cells, this method of division yields identical organelles.

Which organelle found in animal cells may have arisen as a result of mutualism?

Mitochondria may have evolved from a symbiotic relationship between small bacteria and larger cells. Toto je známé jako endosymbiotic theory.

Like all instances of mutualism, this situation is thought to have provided benefits to both organisms. The smaller bacterium was given a livable environment while providing energy for the larger host.

What is the cellular role of lysozomy?

Lysozomy break down engulfed pathogens, nutrient molecules, and components of the cell itself that are no longer functional.

Like the stomach, a lysosome contains enzymes and an acidic interior.

What are peroxisomes, and what cellular function do they perform?

Peroxisomy are small membrane-bound organelles that contain enzymes. They function in fatty acid breakdown, detoxification, and facilitation of the pentose phosphate pathway.

Peroxisomes are named for hydrogen peroxide (H2Ó2), which can be both formed and broken down within the organelle. This is important because H2Ó2 is a poisonous radical initiator.


O aplikaci AccessScience

AccessScience poskytuje nejpřesnější a nejdůvěryhodnější dostupné vědecké informace.

AccessScience, uznávaný jako oceněná brána do vědeckých znalostí, je úžasný online zdroj, který obsahuje vysoce kvalitní referenční materiál napsaný speciálně pro studenty. Mezi přispěvatele patří více než 10 000 vysoce kvalifikovaných vědců a 46 nositelů Nobelovy ceny.

VÍCE NEŽ 8700 články pokrývající všechny hlavní vědecké obory a zahrnující McGraw-Hill encyklopedie vědy a technologie zesilovačů a Ročenka vědy a technologie zesilovače McGraw-Hill

115 000 PLUS definice z McGraw-Hill Slovník vědeckých a technických pojmů

3000 biografie významných vědeckých osobností

VÍCE NEŽ 19 000 obrázky a animace ke stažení, které ilustrují klíčová témata

ZAHÁJENÍ VIDEÍ zdůraznění života a díla oceněných vědců

NÁVRHY PRO DALŠÍ STUDIUM a další čtení, která povedou studenty k hlubšímu porozumění a výzkumu

ODKAZY NA CITABILNÍ LITERATURU pomoci studentům rozšířit své znalosti pomocí primárních zdrojů informací


Podívejte se na video: 2 - Prokaryotická buňka BIO - Buněčná biologie (Listopad 2021).