BUNĚČNÉ ORGANELY V ŽIVOČIŠNÝCH A ROSTLINNÝCH BUŇKÁCH: VLASTNOSTI, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Tyto organely jsou struktury, které tvoří buňky - jako „malých těles“ - vykonávají, metabolické, syntetické, strukturní funkce výroby a spotřeby energie.

Tyto struktury jsou obsaženy v buněčné cytoplazmě a obecně jsou všechny eukaryotické buňky složeny ze základní sady intracelulárních organel. Ty mohou být rozlišeny mezi membranózními (mají plazmovou membránu) a neembranózní (postrádají plazmatickou membránu).

Zdroj: pixabay.com

Každá organela má jedinečnou sadu proteinů, které se obvykle nacházejí na membráně nebo uvnitř organely.

Existují organely zodpovědné za distribuci a transport bílkovin (lysozomy), jiné plní metabolické a bioenergetické funkce (chloroplasty, mitochondrie a peroxisomy), buněčnou strukturu a pohyb (vlákna a mikrotubuly), a ty jsou součástí povrchu buňka (plazmatická membrána a buněčná stěna).

Prokaryotické buňky postrádají membránové organely, zatímco v eukaryotických buňkách najdeme oba typy organel. Tyto struktury lze také klasifikovat podle jejich funkce v buňce.

Organely: membranózní a neembranózní

Membránové organely

Tyto organely mají plazmovou membránu, která umožňuje oddělení vnitřního prostředí od buněčné cytoplazmy. Membrána má vezikulární a trubkovité tvary a může být složena jako v hladkém endoplazmatickém retikulu nebo složena do organely jako v mitochondriích.

Tato organizace plazmatické membrány v organelách umožňuje zvětšit jejich povrchovou plochu a také vytvářet intracelulární dílčí kompartmenty, kde jsou ukládány nebo vylučovány různé látky, jako jsou proteiny.

Mezi membránovými organely najdeme následující:

-Buněčná membrána, která vymezuje buňku a další buněčné organely.

- Hrubé endoplazmatické retikulum (RER), místo, kde probíhá syntéza proteinů a modifikace nově syntetizovaných proteinů.

-Limální endoplazmatické retikulum (REL), kde se syntetizují lipidy a steroidy.

-Golgiho aparát, modifikuje a balí proteiny a lipidy pro transport.

-Endosomy, účastní se endocytózy a také klasifikují a přesměrovávají proteiny do svých konečných cílů.

-Lysozomy, obsahují trávicí enzymy a podílejí se na fagocytóze.

- Transportujte vezikuly, překládejte materiál a účastněte se endocytózy a exocytózy.

-Mochochondrie a chloroplasty, produkují ATP poskytující buňce energii.

-Peroxisomy, podílející se na produkci a degradaci H ₂ O ₂ a mastných kyselin.

Nepochopné organely

Tyto organely nemají plazmovou membránu, která je definuje, a v nich se exkluzivní proteiny obvykle samy sestavují do polymerů, které jsou součástí strukturních prvků cytoskeletu.

Mezi nesembranovými cytoplazmatickými organely najdeme:

- Mikrotubuly, které tvoří cytoskelet společně s aktinovými mikrofilamenty a intermediárními filamenty.

- Vlákna, jsou součástí cytoskeletu a jsou klasifikována na mikrofilamenty a mezivlákna.

-Centrioli, válcové struktury, ze kterých pocházejí základní tělesa řasinek.

-Ribozomy se podílejí na syntéze proteinů a jsou složeny z ribozomální RNA (rRNA).

Organely v živočišných buňkách

Živočišná buňka (Zdroj: Animal_cell_structure_en.svg: Derivát LadyofHats (Mariana Ruiz): Mel 23 diskuse přes Wikimedia Commons)

Zvířata vykonávají denní ochranu, krmení, trávení, pohyb, reprodukci a dokonce i smrt. Mnoho z těchto aktivit je také prováděno uvnitř buněk, které tvoří tyto organismy, a jsou prováděny buněčnými organely, které tvoří buňku.

Obecně mají všechny buňky v organismu stejnou organizaci a používají podobné mechanismy k provádění všech svých činností. Některé buňky se však mohou tolik specializovat na jednu nebo více funkcí, takže se od ostatních liší tím, že mají větší počet nebo velikost určitých buněčných struktur nebo oblastí.

V buňkách lze rozlišit dvě hlavní oblasti nebo kompartmenty: jádro, které je nejvýznamnější organelou eukaryotických buněk, a cytoplazma, která obsahuje další organely a některé inkluze v cytoplazmatické matrici (jako jsou soluty a organické molekuly).

Jádro

Jádro je největší organelou v buňce a představuje nejvýznamnější charakteristiku eukaryotických buněk, které je odlišuje od prokaryotických buněk. Je dobře ohraničena dvěma nukleárními membránami nebo obálkami, které mají póry. Uvnitř jádra je DNA ve formě chromatinu (kondenzovaného a laxního) a jádra.

Nukleární membrány umožňují izolovat vnitřek jádra buněčné cytoplazmy a sloužit jako struktura a podpora uvedené organely. Tato obálka je tvořena vnější a vnitřní membránou. Funkcí jaderného obalu je zabránit průchodu molekul mezi jaderným vnitřkem a cytoplazmou.

Komplexy pórů v jaderných membránách umožňují selektivní průchod proteinů a RNA, udržují vnitřní složení jádra stabilní a také plní klíčové role při regulaci genové exprese.

Buněčný genom je obsažen v těchto organelách, a proto slouží jako sklad genetických informací buňky. K transkripci a zpracování RNA a replikaci DNA dochází uvnitř jádra a pouze k translaci dochází mimo tuto organelu.

Plazmatická membrána

Plastová membrána

Plazmatická nebo buněčná membrána je struktura složená ze dvou vrstev amfipatických lipidů, s hydrofobní a hydrofilní částí (lipidová dvojvrstva) a některými proteiny (integrální membrána a periferní). Tato struktura je dynamická a podílí se na různých fyziologických a biochemických procesech v buňkách.

Plazmová membrána je zodpovědná za udržování vnitřního prostoru buňky izolovaného od okolního prostředí. Řídí průchod všech látek a molekul, které vstupují a opouštějí buňku různými mechanismy, jako je jednoduchá difúze (ve prospěch koncentračního gradientu) a aktivní transport, kde jsou vyžadovány transportní proteiny.

Hrubé endoplazmatické retikulum

Endoplazmatické retikulum je tvořeno sítí tubulů a vaků (cisteren), které jsou obklopeny membránou, která sahá od jádra (vnější jaderná membrána). Je to také jedna z největších organel v buňkách.

Hrubé endoplazmatické retikulum (RER) má na svém vnějším povrchu velké množství ribosomů a také obsahuje vezikuly, které sahají do Golgiho aparátu. Je součástí systému syntézy bílkovin v buňce. Syntetizované proteiny procházejí do RER tanků, kde jsou transformovány, akumulovány a transportovány.

Sekreční buňky a buňky s velkým množstvím plazmatické membrány, jako jsou neurony, mají dobře vyvinuté drsné endoplazmatické retikulum. Ribozomy, které tvoří RER, jsou zodpovědné za syntézu sekrečních proteinů a proteinů, které tvoří další buněčné struktury, jako jsou lysozomy, Golgiho aparát a membrány.

Hladké endoplazmatické retikulum

Hladké endoplazmatické retikulum (REL) se podílí na syntéze lipidů a postrádá membránové ribozomy. Je vyrobena z krátkých trubek, které mají tendenci mít trubkovitou strukturu. Může být oddělený od RER nebo může být jeho prodloužením.

Buňky spojené se syntézou lipidů a sekrecí steroidů mají vysoce rozvinuté REL. Tato organela se také podílí na procesech detoxikace a konjugace škodlivých látek, které se v jaterních buňkách vysoce vyvíjejí.

Mají enzymy, které modifikují hydrofobní sloučeniny, jako jsou pesticidy a karcinogeny, a mění je ve produkty rozpustné ve vodě, které se snadno degradují.

Golgiho aparát

V Golgiho aparátu jsou přijímány proteiny syntetizované a modifikované v endoplazmatickém retikulu. V této organele mohou tyto proteiny podstoupit další modifikace, aby byly nakonec transportovány do lysozomů, plazmatických membrán nebo určeny k sekreci. Glykoproteiny a sfingomyelin jsou syntetizovány v Golgiho aparátu.

Tato organelle je tvořena některými druhy vaků obklopených membránou známou jako cisterny a představují asociované váčky. Buňky, které vylučují proteiny exocytózou, a buňky, které syntetizují membránu a proteiny spojené s membránou, mají vysoce aktivní Golgiho aparát.

Struktura a funkce Golgiho aparátu představuje polaritu. Část nejblíže k RER se nazývá cis-Golgiho síť (CGN) a má konvexní tvar. Proteiny z endoplazmatického retikula vstupují do této oblasti a transportují se uvnitř organely.

Zásobník Golgi představuje střední oblast organely a je místem, kde dochází k metabolickým aktivitám této struktury. Oblast zrání komplexu Golgi je známá jako trans-Golgi síť (TGN), má konkávní tvar a je místem organizace a distribuce proteinů směrem k jejich konečným cílům.

Lysozomy

Část buňky, včetně lysozomu

Lysozomy jsou organely, které obsahují enzymy schopné degradovat proteiny, nukleové kyseliny, uhlohydráty a lipidy. V podstatě jde o trávicí systém buněk, degradující biologické polymery zachycené z vnějšku buňky a vlastní produkty buněk (autofagie).

I když se mohou vyskytovat v různých tvarech a velikostech, v závislosti na produktu zachyceném pro trávení, jsou tyto organely obecně husté sférické vakuoly.

Částice zachycené endocytózou jsou transportovány do endozomů, které později dozrávají na lyzozomy agregací kyselých hydroláz z Golgiho aparátu. Tyto hydrolázy jsou zodpovědné za degradaci proteinů, nukleových kyselin, polysacharidů a lipidů.

Peroxisomy

Grafické znázornění peroxisomu.

Zdroj: Rock 'n Roll

Peroxisomy jsou malé organely (mikrobody) s jednoduchou plazmatickou membránou, které obsahují oxidační enzymy (peroxidázy). Oxidační reakce se provádí těmito enzymy produkuje peroxid vodíku (H ₂ O ₂).

V těchto organelách je kataláza zodpovědná za regulaci a trávení H ₂ O ₂ kontrolou jeho buněčné koncentrace. Jaterní a ledvinové buňky mají významné množství peroxisomů, což jsou hlavní detoxikační centra v těle.

Počet peroxisomů obsažených v buňce je regulován v reakci na stravu, spotřebu určitých léků a v reakci na různé hormonální stimuly.

Mitochondrie

Mitochondrie. Převzato a upraveno od: LadyofHats.

Buňky, které spotřebovávají a generují významné množství energie (jako jsou například pruhované svalové buňky), mají hojná množství mitochondrií. Tyto organely hrají rozhodující roli při produkci metabolické energie v buňkách.

Jsou zodpovědné za produkci energie ve formě ATP z degradace uhlohydrátů a mastných kyselin prostřednictvím oxidačního fosforylačního procesu. Mohou být také popsány jako mobilní generátory energie schopné pohybu po buňce a poskytnutí potřebné energie.

Mitochondrie se vyznačují tím, že obsahují vlastní DNA a mohou kódovat tRNA, rRNA a některé mitochondriální proteiny. Většina mitochondriálních proteinů je translatována na ribozomy a transportována do mitochondrií působením specifických signálů.

Sestavení mitochondrií zahrnuje proteiny kódované jejich vlastním genomem, další proteiny kódované v jaderném genomu a proteiny dovážené z cytosolu. Počet těchto organel se během interfáze zvyšuje dělením, ačkoli tyto dělení nejsou synchronizovány s buněčným cyklem.

Ribosomy

Ribosomy jsou malé organely, které se účastní syntézy proteinů. Jsou tvořeny dvěma podjednotkami navrstvenými jedna na druhé, obsahujícími proteiny a RNA. Hrají důležitou roli při konstrukci polypeptidových řetězců během translace.

Ribozomy lze v cytoplazmě nalézt jako volné nebo spojené s endoplazmatickým retikulem. Aktivní účastí na syntéze proteinů je vázána mRNA v řetězcích až pěti ribosomů zvaných polyribosomy. Buňky specializované na syntézu proteinů mají velké množství těchto organel.

Organely v rostlinných buňkách

Morfanatomie rostlinné buňky (Zdroj: Arnvar Arnfjörð Bjarmason / galerie přes Wikimedia Commons)

Většina dříve popsaných organel (jádro, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, ribozomy, plazmatická membrána a peroxisomy) se nacházejí jako součást rostlinných buněk, kde v zásadě vykonávají stejné funkce jako v živočišných buňkách.

Hlavní organely v rostlinných buňkách, které je odlišují od ostatních organismů, jsou plastidy, vakuoly a buněčná stěna. Tyto organely jsou obklopeny cytoplazmatickou membránou.

Buněčná zeď

Buněčná stěna je glukoproteinová síť existující prakticky ve všech rostlinných buňkách. Hraje důležitou roli při buněčné výměně látek a molekul a při oběhu vody v různých vzdálenostech.

Tato struktura se skládá z celulózy, hemicelulóz, pektinů, ligninu, suberinu, fenolických polymerů, iontů, vody a různých strukturálních a enzymatických proteinů. Tato organela vzniká v cytokineze vložením buněčné destičky, což je rozdělení vytvořené fúzí Golgiho váčků ve středu mitotické postavy.

Komplexní polysacharidy buněčné stěny jsou syntetizovány v Golgiho aparátu. Buněčná stěna, známá také jako extracelulární matrice (ECM), nejen poskytuje buňce houževnatost a definované tvary, ale také se podílí na procesech, jako je růst buněk, diferenciace a morfogeneze a reakce na podněty prostředí.

Vakuoly

Vakuoly jsou jednou z největších organel přítomných v rostlinných buňkách. Jsou obklopeny jednoduchou membránou a mají tvar pytlů, vody a rezervních látek, jako jsou škroby a tuky nebo odpadní látky a soli. Skládají se z hydrolytických enzymů.

Zasahují do procesů exocytózy a endocytózy. Proteiny transportované z Golgiho aparátu vstupují do vakuol, které převezmou funkci lysozomů. Podílejí se také na udržování tlaku v turgoru a osmotické rovnováhy.

Plastidy

Plastidy jsou organely obklopené dvojitou membránou. Rozdělují se na chloroplasty, amyloplasty, chromoplasty, oleinoplasty, proteinoplasty, proplasty a etioplasty.

Tyto organely jsou poloautonomní, protože obsahují svůj vlastní genom známý jako nukleoid v organelle matrix nebo stroma, stejně jako replikační, transkripční a translační aparát.

Plastidy plní v rostlinných buňkách různé funkce, jako je syntéza látek a skladování živin a pigmentů.

Druhy plastidů

Chloroplasty jsou považovány za nejdůležitější plastidy. Patří k největším organelám v buňkách a nacházejí se v různých regionech. Jsou přítomny v zelených listech a tkáních, které obsahují chlorofyl. Zasahují do zachycování sluneční energie a fixace atmosférického uhlíku v procesu fotosyntézy.

-Amyloplasty se nacházejí v rezervních tkáních. Chybí jim chlorofyl a jsou plné škrobu, slouží jako sklad pro ně a také se podílejí na gravitropickém vnímání kořenové čepice.

- Chromoplasty obsahují pigmenty zvané karoteny, které jsou spojeny s oranžovým a žlutým zbarvením podzimních listů, květin a ovoce.

-Oleinoplasty ukládají oleje, zatímco proteinoplasty ukládají proteiny.

-Plastlastidy jsou malé plastidy, které se nacházejí v meristematických buňkách kořenů a stonků. Jejich funkce není příliš jasná, i když jsou považovány za předchůdce ostatních plastidů. Reformace proplastidů je spojena s re-diferenciací některých zralých plastidů.

- Etioplasty se nacházejí v kotyledonech rostlin pěstovaných ve tmě. Při vystavení světlu se rychle diferencují na chloroplasty.

Reference

1. Alberts, B., a Bray, D. (2006). Úvod do buněčné biologie. Panamerican Medical Ed.
2. Briar, C., Gabriel, C., Lasserson, D., & Sharrack, B. (2004). Základy nervového systému. Elsevier,
3. Cooper, GM, Hausman, RE a Wright, N. (2010). Buňka. (str. 397-402). Marban.
4. Flores, RC (2004). Biologie 1. Editorial Progreso.
5. Jiménez García, L. J a H. Merchand Larios. (2003). Buněčná a molekulární biologie. Mexiko. Redakční Pearsonovo vzdělávání.
6. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2003). Biologie molekulárních buněk. Páté vydání. New York: WH Freeman.
7. Magloire, K. (2012). Cracking the AP Biology Exam. Recenze Princeton.
8. Pierce, BA (2009). Genetika: Koncepční přístup. Panamerican Medical Ed.
9. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologie. Editorial Médica Panamericana.
10. Sandoval, E. (2005). Techniky aplikované na studium anatomie rostlin (svazek 38). UNAM.
11. Scheffler, I. (2008). Mitochondrie. Druhé vydání. Wiley
12. Starr, C., Taggart, R., Evers, C., & Starr, L. (2015). Biologie: Jednota a rozmanitost života. Nelson Vzdělání.
13. Stille, D. (2006). Zvířecí buňky: nejmenší jednotky života. Zkoumání vědy.
14. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamerican Medical Ed.