1. Biologické charakteristiky
a organizace živých soustav, prokaryotní a eukaryotní buňky
Definice života
- živé organismy jsou prostorově a časově ohraničené, otevřené (tok látek, energie, informace) a hmotné (velmi podobné chemické složení) systémy s vysokým stupněm organizovanosti a schopné:
-samostatné existence
-udržovat samy sebe (metabolismus)
-rozmnožovat se (autoreprodukce)
-vývoje
- základní stavební jednotkou živ. systémů – buňka (složená převážně ze sloučenin uhlíku, hlavní roli mají proteiny a NK)
- podstata života je dána způsobem organizace molekul (ne zvláštním chemickým složením buněk)
Definice začátku a konce lidského života
- neumíme přesně definovat co je život, kdy začíná a kdy končí
- řada etických problémů (umělé oplodnění, potraty, transplantace, klonování)
Začátek lidského života
? – početí – nidace vajíčka – vznik mozku – narození
? – podle EU život vzniká splynutím gamet
? – nevyřešené problémy:
asistovaná reprodukce
použití KB
interupce
Konec lidského života
? – smrt organismu jako celku, smrt mozku
? – všechny funkce mozku nevratně ukončeny
? – smrt mozkového kmene
- některé bb. i po smrti mozku živé – využití při transplantaci
Obecná teorie systému
- biol. objekty jsou velmi složité, není možné je zcela pochopit jen zkoumáním určité dílčí části; jejich poznání se řídí pravidly obecné teorie systémů
Systém
= účelově definovaná množina prvků a vztahů mezi nimi
- nutná definice i okolí (množina prvků ležících mimo systém, které mají vazby s prvky systému, tzv. hraničními prvky systému)
- systém je vždy jednoznačně definován množinou prvků a množinou vztahů mezi těmito prvky
- struktura systému = uspořádání vztahů mezi prvky systému v daném čase
- chování systému = projevy systému vůči okolí
- dynamické systémy = struktura se neustále mění
- okolí systému – množina prvků mimo systém
- pouze některé prvky systému mají vztah k okolí = hraniční prvky
- živé systémy se chovají adaptivně, cíleně, stochasticky nebo deterministicky
• determ. ch. – tentýž podnět vždy vyvolá tutéž reakci
• stochastické (nahodilé) – ex. více možných odpovědí, můžeme vyjádřit pouze určitou pravděpodobnost typu odpovědi na podnět (zjištěnou nejčastěji empiricky) – např. Mendelovy zákony
• cílové chování – reagují na podmět tak, aby dosáhly stanoveného stavu, chovají se účelně – cílem je přežití
• adapt. chování – systém reaguje změnou svého stavu na změny okolí způsobem, který je pro jeho další existenci výhodný – přizpůsobuje se
Živé systémy patří mezi hierarchické systémy
- každý hierarchický systém složen ze subsystémů
- prvek = subsystém nultého řádu, nemůžeme studovat jeho strukturu
důležité pouze chování (nejnižší subsystém, který nás při analýze určitého hierarchického systému ještě zajímá nebo jehož strukturu již danými metodami studovat nemůžeme)
- množina prvků tvoří subsystém prvního řádu
- množina sub prvního řádu tvoří subsystém druhého řádu .....
- na každé vyšší úrovni se objevují kvalitativně nové vlastnosti, není to pouhá sumace vlastností na nižší úrovni
- na každé úrovni používáme různé metodické přístupy
- vztahy v hier. systému – horizontální x vertikální
Stavebnicový princip
- ze stejných prvků můžeme vytvořit kvalit. odlišné systémy, tím, že je dáme do různých vztahů např. biopolymery, 20 aminokyselin – mnoho bílkovin
- velmi ekonomický (metabolismus pouze 20 AMK) – vznik méně chyb
- princip postupné organizace x ne naráz
- možnost eliminace chyb
- vznik složitých systémů se dá dobře regulovat
Princip autoorganizace = tvorba složitých systémů z jednoduchých podjednotek, samovolně bez dodání energie a informace (např. cytoskelet, biologické membrány, kapsidy virů)
Hierarchie živých soustav
- podle složitosti:
nebuněčné
jednobuněčné
mnohobuněčné
- přechod mezi jednobuň. a mnohobuň. = buněčná kolonie
- vyšší stupeň organizovanosti než mnohobuň. = obligátní společenstvo (hmyz)
Kompartmentace
- eu buňka složená z více kompartmentů, ty nejsou schopny samostatné existence
- např. oddělení metabolismů, proteosyntézy, transkripce .....
- živé organismy jsou prostorově a časově ohraničené, otevřené (tok látek, energie, informace) a hmotné (velmi podobné chemické složení) systémy s vysokým stupněm organizovanosti a schopné:
-samostatné existence
-udržovat samy sebe (metabolismus)
-rozmnožovat se (autoreprodukce)
-vývoje
- základní stavební jednotkou živ. systémů – buňka (složená převážně ze sloučenin uhlíku, hlavní roli mají proteiny a NK)
- podstata života je dána způsobem organizace molekul (ne zvláštním chemickým složením buněk)
Definice začátku a konce lidského života
- neumíme přesně definovat co je život, kdy začíná a kdy končí
- řada etických problémů (umělé oplodnění, potraty, transplantace, klonování)
Začátek lidského života
? – početí – nidace vajíčka – vznik mozku – narození
? – podle EU život vzniká splynutím gamet
? – nevyřešené problémy:
asistovaná reprodukce
použití KB
interupce
Konec lidského života
? – smrt organismu jako celku, smrt mozku
? – všechny funkce mozku nevratně ukončeny
? – smrt mozkového kmene
- některé bb. i po smrti mozku živé – využití při transplantaci
Obecná teorie systému
- biol. objekty jsou velmi složité, není možné je zcela pochopit jen zkoumáním určité dílčí části; jejich poznání se řídí pravidly obecné teorie systémů
Systém
= účelově definovaná množina prvků a vztahů mezi nimi
- nutná definice i okolí (množina prvků ležících mimo systém, které mají vazby s prvky systému, tzv. hraničními prvky systému)
- systém je vždy jednoznačně definován množinou prvků a množinou vztahů mezi těmito prvky
- struktura systému = uspořádání vztahů mezi prvky systému v daném čase
- chování systému = projevy systému vůči okolí
- dynamické systémy = struktura se neustále mění
- okolí systému – množina prvků mimo systém
- pouze některé prvky systému mají vztah k okolí = hraniční prvky
- živé systémy se chovají adaptivně, cíleně, stochasticky nebo deterministicky
• determ. ch. – tentýž podnět vždy vyvolá tutéž reakci
• stochastické (nahodilé) – ex. více možných odpovědí, můžeme vyjádřit pouze určitou pravděpodobnost typu odpovědi na podnět (zjištěnou nejčastěji empiricky) – např. Mendelovy zákony
• cílové chování – reagují na podmět tak, aby dosáhly stanoveného stavu, chovají se účelně – cílem je přežití
• adapt. chování – systém reaguje změnou svého stavu na změny okolí způsobem, který je pro jeho další existenci výhodný – přizpůsobuje se
Živé systémy patří mezi hierarchické systémy
- každý hierarchický systém složen ze subsystémů
- prvek = subsystém nultého řádu, nemůžeme studovat jeho strukturu
důležité pouze chování (nejnižší subsystém, který nás při analýze určitého hierarchického systému ještě zajímá nebo jehož strukturu již danými metodami studovat nemůžeme)
- množina prvků tvoří subsystém prvního řádu
- množina sub prvního řádu tvoří subsystém druhého řádu .....
- na každé vyšší úrovni se objevují kvalitativně nové vlastnosti, není to pouhá sumace vlastností na nižší úrovni
- na každé úrovni používáme různé metodické přístupy
- vztahy v hier. systému – horizontální x vertikální
Stavebnicový princip
- ze stejných prvků můžeme vytvořit kvalit. odlišné systémy, tím, že je dáme do různých vztahů např. biopolymery, 20 aminokyselin – mnoho bílkovin
- velmi ekonomický (metabolismus pouze 20 AMK) – vznik méně chyb
- princip postupné organizace x ne naráz
- možnost eliminace chyb
- vznik složitých systémů se dá dobře regulovat
Princip autoorganizace = tvorba složitých systémů z jednoduchých podjednotek, samovolně bez dodání energie a informace (např. cytoskelet, biologické membrány, kapsidy virů)
Hierarchie živých soustav
- podle složitosti:
nebuněčné
jednobuněčné
mnohobuněčné
- přechod mezi jednobuň. a mnohobuň. = buněčná kolonie
- vyšší stupeň organizovanosti než mnohobuň. = obligátní společenstvo (hmyz)
Kompartmentace
- eu buňka složená z více kompartmentů, ty nejsou schopny samostatné existence
- např. oddělení metabolismů, proteosyntézy, transkripce .....
Buňky prokaryotní vs eukaryotní
- od
60. let rozlišujeme dva typy poněkud strukturálně odlišných buněk a to buňky
prokaryotní a eukaryotní
- tato terminologie vyšla primárně z odlišné struktury jádra
Prokaryonta (0,3 - 10μm)
• Jádro: tvořeno jedním chromozomem uloženým volně v cytoplazmě (nukleoid)
• Metabolismus: aerobní i anaerobní
• Organely: ribozomy (70S) , nemá mitochondrie, ER, GA…..
• DNA: cirkulární, bez obalu (není jádro), nemá histony ani introny, transkripce a translace je jiná než u eukaryot,
• RNA a proteiny: syntetizovány ve stejném kompartmentu
• Cytoplasma: není cytoskelet,
• Dělení: přímé, binární
• Zástupci: Bakterie – eubakterie, aktinomycety (některá tvoří vícejaderná vlákna), cyanobakterie (sinice), archebakterie
mykoplazmata 0,3-0,8 mikrometrů - nejjednodušší prokaryotní buňky, nemají buněčnou stěnu
tvořeny: plazmatická membrána, chromozom, ribozomy
saprofyté a paraziti (např. záněty plic)
- rickettsie a chlamydie - zvláštní forma prokaryont, intracelulární parazité eukaryot
samostatně žijící prokaryota, ale vlivem parazitizmu došlo
k sekundárnímu zjednodušení jejich struktury i funkcí (zastupují je
funkce hostitelské buňky) → obligátní parazité
- rickettsie - malá velikost, vnitrobuněční parazité, defektní metabolismus,
tvořeny: plazmatická membrána, ribozomy, DNA,
mají vlastní energetický metabolismus,ale v některých procesech jsou defektní a
proto defektní metabolismus, autoreprodukce (na rozdíl od virů)
původci nemocí (skvrnitý tyfus, Q-horečka)
- chlamydie - se podobají rickettsiím, sami si přivádějí energii do ATP, nemají ale syntézu
proteinů a NK, reprodukce = mnohonásobné dělení
- prokaryotní buňky jsou evolučně prvotní, sekundárně se z nich vyvinuly buňky
eukaryotní (endosymbiózou)
- prokaryotní buňky jsou velmi chudé na membránové systémy → většina funkcí je
vázána na plazmatickou membránu
- mívají často bičík
Eukaryonta (10-100 μm)
• Jádro: zde vytváří samostatný kompartment, oddělený od cytoplazmy jaderným obalem; chromozomů je vždy více a mají podstatně složitější strukturu než prokar., na které se podílejí bílkoviny typu histonů, jadérko,
• Metabolismus: aerobní
• Organely: jádro, mitochondrie , ER, GA, chloroplasty, ribozomy (80S) …………
• DNA: dlouhá, lineární, organizovaná v jaderné chromozomy s histony a uzavřená jaderným obalem, obsahuje exony i introny,
• RNA a proteiny: syntetizovaná a modifikovaná v jádře, proteiny v cytoplasmě
• Cytoplasma: cytoskelet, exocytoza, endocytoza
• Dělení: mitoza
• Zástupci:
nižší eu: houby, řasy
vyšší eu: všechny mnohobuněčné organismy
- dochází k posttranslační modifikaci proteinů
- transkripce a translace odděleny – každá v jiné části buňky
- protoplazma - metabolicky aktivní část buňky; kromě protoplazmy buňka obsahuje
různé zásobní a odpadní látky, buď rozpuštěné, nebo ve formě inkluzí
- protoplazma jádra (nukleoplazma, karyoplazma) a protoplazma mimo jádro
(cytoplazma)
Rostlinná a živočišná buňka
Rostlinná buňka:
- Součásti: jádro, jadérko, rER, sER, GA, mitochondrie, plazmatická membrána, ribozomy, vakuola, chloroplasty, leukoplasty, buněčná stěna
- Dělení je centrifugální
Vakuola: obsahuje zásobní látky rozpuštěné ve vodě, může zde docházet k rozkladu látek.
Může obsahovat – šťavelan vápenatý, alkaloidy (atropin - rulík), barviva rozpustná ve
vodě, silice.
Plastidy: jsou semiautonomní organely rostlinných buněk a řas. Většinou se předpokládá, že jde o potomky bývalých endosymbiontů sinicového typu, v několika málo případech u konkrétních druhů řas však existuje podezření, že jejich plastidy jsou potomky eukaryotických symbiontů typu řas.
V buňce slouží plastid jako organela, v níž probíhá fotosyntéza, jako zásobní organela, nebo jako organela odpovědná za zbarvení buňky. DNA obsahuje některé geny, plastidy tedy mají důležitý podíl na mimojaderné dědičnosti. Plastidy mohou nabývat různých forem v závislosti na funkci, kterou v rostlině plní. Některé formy nejsou definitivní a mohou přecházet v jiné.
Chloroplast
Fotosynteticky aktivní zelený plastid obsahující chlorofyly, najdeme jej např. v buňkách zelených rostlin, proto mají zelenou barvu. Má 2 membrány (vnitřní odškrcuje váčky - tylakoidy), shluky tylakoidů se nazývají grana. Probíhá zde fotosyntéza= zachycení sluneční energie a přeměna na organické látky.
Další typy plastidů: Amyloplast(škrob), Elaioplast (olej), Proteinoplast
Leukoplasty jsou plastidy, které neobsahují žádná barviva. Jejich úkolem je obvykle shromažďovat zásoby.
Buněčná stěna:
Plní ochrannou funkci a funkci vnější kostry buňky. Jde o první pozorovanou buněčnou strukturu na mikroskopické úrovni - za pomoci jednoduchého světelného mikroskopu ji u příčného řezu korkem sledoval Robert Hooke v roce 1665.
Buněčná stěna rostlin má několik funkcí:
- tvoří vnější kostru buňky
- tvoří mechanické struktury v rámci celé rostliny
- tvoří ochranný obal, chránící rostlinu před prostředím a patogeny
- tvoří sklad určitých makromolekulárních látek
Složení buněčné stěny u rostlin
Základní strukturní kostru buněčné stěny tvoří celulózy, hemicelulózy a pektiny. Kromě těchto základních látek existují další, kterými buňka inkorporuje buněčnou stěnu. V první řadě jde o proteiny, z nichž nejdůležitější jsou: glykoproteiny bohaté na hydroxyprolin (HPGP), arabinogalaktanové proteiny (AGP), proteiny bohaté na glycin (GRPs) a proteiny bohaté na prolin (PRPs). Buněčná stěna rostliny může být navíc (zejména v oblasti sekundárních a terciárních vrstev) vyztužena organickými (lignin, kutin, suberin, vosky) či anorganickými látkami.
Živočišná buňka:
- Součásti: jádro, jadérko, rER, sER, GA, mitochondrie, plazmatická membrána, ribozomy, centriola, lysozom
- Dělení je centripetální - rýhování
Lysozom:
- primární lyzozomy jsou váčky obsahující hydrolázy, ale nikoliv materiál k trávení
- sekundární lyzozomy jsou podstatně větší a obsahují hydrolázy spolu s materiálem, který právě zpracovávají. Vznikají splynutím primárního lyzozomu s tzv. fagozomem (váčkem obsahujícím materiál určený k hydrolýze). Vzniklé jednoduché molekuly (např. monosacharidy) jsou vstřebány do cytosolu.
- terciární lyzozomy (postlyzozomy, reziduální tělíska) už obsahují zbytky materiálu, který se již nedá dál rozložit. Jejich obsah je pomocí exocytózy posléze vyloučen z buňky a postlyzozom zanikne.
Centriola:
Buňky obvykle obsahují dvě centrioly. Pár centriol, které jsou vzájemně kolmo orientované, vytváří centrozóm. Před mitózou vyrostou nové centrioly z obou stávajících, čímž vzniknou dva páry centriol. Dceřiné buňky získají vždy jednu mateřskou a jednu dceřinou centriolu.
Zásadní rozdíl mezi pěstováním buněk in vitro je, že ze somatických buněk rostlin je možné zpětně vytvořit celou rostlinu, u živočichů nikoli (nebo velmi obtížně).
prokaryotní a eukaryotní
- tato terminologie vyšla primárně z odlišné struktury jádra
Prokaryonta (0,3 - 10μm)
• Jádro: tvořeno jedním chromozomem uloženým volně v cytoplazmě (nukleoid)
• Metabolismus: aerobní i anaerobní
• Organely: ribozomy (70S) , nemá mitochondrie, ER, GA…..
• DNA: cirkulární, bez obalu (není jádro), nemá histony ani introny, transkripce a translace je jiná než u eukaryot,
• RNA a proteiny: syntetizovány ve stejném kompartmentu
• Cytoplasma: není cytoskelet,
• Dělení: přímé, binární
• Zástupci: Bakterie – eubakterie, aktinomycety (některá tvoří vícejaderná vlákna), cyanobakterie (sinice), archebakterie
mykoplazmata 0,3-0,8 mikrometrů - nejjednodušší prokaryotní buňky, nemají buněčnou stěnu
tvořeny: plazmatická membrána, chromozom, ribozomy
saprofyté a paraziti (např. záněty plic)
- rickettsie a chlamydie - zvláštní forma prokaryont, intracelulární parazité eukaryot
samostatně žijící prokaryota, ale vlivem parazitizmu došlo
k sekundárnímu zjednodušení jejich struktury i funkcí (zastupují je
funkce hostitelské buňky) → obligátní parazité
- rickettsie - malá velikost, vnitrobuněční parazité, defektní metabolismus,
tvořeny: plazmatická membrána, ribozomy, DNA,
mají vlastní energetický metabolismus,ale v některých procesech jsou defektní a
proto defektní metabolismus, autoreprodukce (na rozdíl od virů)
původci nemocí (skvrnitý tyfus, Q-horečka)
- chlamydie - se podobají rickettsiím, sami si přivádějí energii do ATP, nemají ale syntézu
proteinů a NK, reprodukce = mnohonásobné dělení
- prokaryotní buňky jsou evolučně prvotní, sekundárně se z nich vyvinuly buňky
eukaryotní (endosymbiózou)
- prokaryotní buňky jsou velmi chudé na membránové systémy → většina funkcí je
vázána na plazmatickou membránu
- mívají často bičík
Eukaryonta (10-100 μm)
• Jádro: zde vytváří samostatný kompartment, oddělený od cytoplazmy jaderným obalem; chromozomů je vždy více a mají podstatně složitější strukturu než prokar., na které se podílejí bílkoviny typu histonů, jadérko,
• Metabolismus: aerobní
• Organely: jádro, mitochondrie , ER, GA, chloroplasty, ribozomy (80S) …………
• DNA: dlouhá, lineární, organizovaná v jaderné chromozomy s histony a uzavřená jaderným obalem, obsahuje exony i introny,
• RNA a proteiny: syntetizovaná a modifikovaná v jádře, proteiny v cytoplasmě
• Cytoplasma: cytoskelet, exocytoza, endocytoza
• Dělení: mitoza
• Zástupci:
nižší eu: houby, řasy
vyšší eu: všechny mnohobuněčné organismy
- dochází k posttranslační modifikaci proteinů
- transkripce a translace odděleny – každá v jiné části buňky
- protoplazma - metabolicky aktivní část buňky; kromě protoplazmy buňka obsahuje
různé zásobní a odpadní látky, buď rozpuštěné, nebo ve formě inkluzí
- protoplazma jádra (nukleoplazma, karyoplazma) a protoplazma mimo jádro
(cytoplazma)
Rostlinná a živočišná buňka
Rostlinná buňka:
- Součásti: jádro, jadérko, rER, sER, GA, mitochondrie, plazmatická membrána, ribozomy, vakuola, chloroplasty, leukoplasty, buněčná stěna
- Dělení je centrifugální
Vakuola: obsahuje zásobní látky rozpuštěné ve vodě, může zde docházet k rozkladu látek.
Může obsahovat – šťavelan vápenatý, alkaloidy (atropin - rulík), barviva rozpustná ve
vodě, silice.
Plastidy: jsou semiautonomní organely rostlinných buněk a řas. Většinou se předpokládá, že jde o potomky bývalých endosymbiontů sinicového typu, v několika málo případech u konkrétních druhů řas však existuje podezření, že jejich plastidy jsou potomky eukaryotických symbiontů typu řas.
V buňce slouží plastid jako organela, v níž probíhá fotosyntéza, jako zásobní organela, nebo jako organela odpovědná za zbarvení buňky. DNA obsahuje některé geny, plastidy tedy mají důležitý podíl na mimojaderné dědičnosti. Plastidy mohou nabývat různých forem v závislosti na funkci, kterou v rostlině plní. Některé formy nejsou definitivní a mohou přecházet v jiné.
Chloroplast
Fotosynteticky aktivní zelený plastid obsahující chlorofyly, najdeme jej např. v buňkách zelených rostlin, proto mají zelenou barvu. Má 2 membrány (vnitřní odškrcuje váčky - tylakoidy), shluky tylakoidů se nazývají grana. Probíhá zde fotosyntéza= zachycení sluneční energie a přeměna na organické látky.
Další typy plastidů: Amyloplast(škrob), Elaioplast (olej), Proteinoplast
Leukoplasty jsou plastidy, které neobsahují žádná barviva. Jejich úkolem je obvykle shromažďovat zásoby.
Buněčná stěna:
Plní ochrannou funkci a funkci vnější kostry buňky. Jde o první pozorovanou buněčnou strukturu na mikroskopické úrovni - za pomoci jednoduchého světelného mikroskopu ji u příčného řezu korkem sledoval Robert Hooke v roce 1665.
Buněčná stěna rostlin má několik funkcí:
- tvoří vnější kostru buňky
- tvoří mechanické struktury v rámci celé rostliny
- tvoří ochranný obal, chránící rostlinu před prostředím a patogeny
- tvoří sklad určitých makromolekulárních látek
Složení buněčné stěny u rostlin
Základní strukturní kostru buněčné stěny tvoří celulózy, hemicelulózy a pektiny. Kromě těchto základních látek existují další, kterými buňka inkorporuje buněčnou stěnu. V první řadě jde o proteiny, z nichž nejdůležitější jsou: glykoproteiny bohaté na hydroxyprolin (HPGP), arabinogalaktanové proteiny (AGP), proteiny bohaté na glycin (GRPs) a proteiny bohaté na prolin (PRPs). Buněčná stěna rostliny může být navíc (zejména v oblasti sekundárních a terciárních vrstev) vyztužena organickými (lignin, kutin, suberin, vosky) či anorganickými látkami.
Živočišná buňka:
- Součásti: jádro, jadérko, rER, sER, GA, mitochondrie, plazmatická membrána, ribozomy, centriola, lysozom
- Dělení je centripetální - rýhování
Lysozom:
- primární lyzozomy jsou váčky obsahující hydrolázy, ale nikoliv materiál k trávení
- sekundární lyzozomy jsou podstatně větší a obsahují hydrolázy spolu s materiálem, který právě zpracovávají. Vznikají splynutím primárního lyzozomu s tzv. fagozomem (váčkem obsahujícím materiál určený k hydrolýze). Vzniklé jednoduché molekuly (např. monosacharidy) jsou vstřebány do cytosolu.
- terciární lyzozomy (postlyzozomy, reziduální tělíska) už obsahují zbytky materiálu, který se již nedá dál rozložit. Jejich obsah je pomocí exocytózy posléze vyloučen z buňky a postlyzozom zanikne.
Centriola:
Buňky obvykle obsahují dvě centrioly. Pár centriol, které jsou vzájemně kolmo orientované, vytváří centrozóm. Před mitózou vyrostou nové centrioly z obou stávajících, čímž vzniknou dva páry centriol. Dceřiné buňky získají vždy jednu mateřskou a jednu dceřinou centriolu.
Zásadní rozdíl mezi pěstováním buněk in vitro je, že ze somatických buněk rostlin je možné zpětně vytvořit celou rostlinu, u živočichů nikoli (nebo velmi obtížně).
Žádné komentáře:
Okomentovat