Lekce 6. Organela

Spousta vody, buněčná membrána, genetická informace v molekule DNA a hromady enzymů – tak vypadá každá průměrná buňka. Na povrchu jsme velmi rozdílní, ale základní struktury našich buněk, které nazýváme organely, i metabolické pochody, které se zde odehrávají jsou díky jednotě života na Zemi v zásadních rysech stejné. V této lekci trochu podrobněji mrkneme na stavbu jednotlivých částí buněk a objasníme v úplnosti některé podstatné děje, které se v nich odehrávají. Jste připraveni?

Co mají všechny buňky společné

Lidské tělo tvoří asi 45 biliónů buněk. (Pro představu 1 bilión sekund je přes 31 tisíc let.) Buňky se liší orgán od orgánu, tkáň od tkáně, velmi odlišné jsou například i od buněk rostlin nebo bakterií. Některé rysy ale mají společné: DNA, ribozomy, cytoplazmatickou membránu a cytoplazmu.

Pro bakteriální buňku je to vlastně prakticky kompletní výčet organel. Lidské buňky jsou mnohem složitější. Oproti bakteriální buňce máme tisícinásobně delší molekulu DNA a tak i větší množství proteinů, které můžeme tvořit. Náš metabolismus i naše těla jsou mnohem komplexnější.

Metabolismus v buňce se odehrává výhradně genovou expresí.

genová exprese = tvorba proteinů podle genetické informace

Realizace genetické informace je základním principem života. Genetická informace určuje budoucí biochemickou i anatomickou stavbu organismu, jeho metabolismus, fyziologii a je děděna z generace na generaci při pohlavním i nepohlavním rozmnožování. Nese údaj o organizaci biomolekul do podoby živého organismu. Podobně jako v kuchařce najdeme pokyny jak uvařit jídlo, genetická informace slouží jako návod k tvorbě funkčního organismu. Podle genetické informace DNA ribozomy vytvoří proteiny (enzymy, membránové proteiny,…), které plní v buňce potřebnou funkci. Konkrétně v ní najdeme podrobné údaje o pořadí aminokyselin každého proteinu, který je možné v buňce vytvořit.

Jak se podle informace organizují biochemické sloučeniny tak, aby vznikl živý organismus?

Příslušná biochemická reakce nebo signální molekula nejprve najde a aktivuje část DNA s potřebnou informací. Genetická informace DNA je pomocí několika enzymů biochemickým procesem zvaným transkripce, česky přepis, zkopírována do molekuly RNA. Informace z molekuly RNA pak přečte organela jménem ribozom. Ribozom je také tvořen RNA, ale jiným typem. Ribozom proteosyntézou řetězí aminokyseliny podle návodu, dokud nevytvoří celý protein. Tomuto procesu se říká translace, česky překlad. Ten se nakonec pomocí vodíkových můstků a dalších nevazebných chemických interakcí poskládá do funkčního útvaru a v buňce plní svou funkci. Pokud už protein není potřebný, je rozložen enzymy zpět na aminokyseliny.

Pomocí tvorby nebo rozkládání proteinů buňka vykonává všechny své životní funkce za jediným účelem – přežít. Každý protein plní v buňce jinou funkci a jejich tvorbou a ničením buňka reaguje na změny okolního prostředí, na nároky ostatních buněk nebo prostřednictvím hormonální regulace i na požadavky vzdálených orgánů.

Všední den buňky

Běžný den každé buňky, ať už bakteriální, v okvětním lístku sedmikrásky nebo vašeho chuťového pohárku vypadá velmi podobně. Můžeme ho zjednodušeně shrnout do tří bodů:

1. koncentrace energie (přijímání živin, dýchání)
2. využití energie k chemickým reakcím (metabolismus, tvorba látek důležitých pro vlastní tělo)
3. rozmnožování

Jako živočichové umíme využívat coby zdroj energie pouze organické chemické látky. Konkrétně monosacharid glukózu. Musíme tedy tyto látky přijímat v potravě.

glukóza = hlavní zdroj energie

Existuje ale skupina organismů, které primárně nezískávají energii štěpením potravy, ale přeměnou světelné energie ze slunce a jejím uskladněním právě do molekul glukózy. Glukózu tvoří enzymaticky zelené rostliny, také sinice a některé bakterie.

Procesu využití sluneční energie k vazbě uhlíku do řetězce cukru se říká fotosyntéza. Energie z fotonů je využita k rozštěpení vody na vodíkové protony a kyslík. Vodíkové protony jsou využity k tvorbě ATP způsobem popsaným ve videu. Kyslík odchází jako odpadní produkt do atmosféry. Energie z ATP je pak využita k tvorbě cukru. Uhlík z anorganické sloučeniny – oxidu uhličitého – je vázán do organických řetězců, které jsou pak měněny na glukózu.

Rostliny jsou naším hlavním zdrojem glukózy a tedy i energie. Získanou energii buňka využívá k jedné ze dvou dalších životních funkcí – metabolismu nebo rozmnožování. Celý proces koncentrace energie v buňce se nazývá buněčné dýchání.

Pokud je energie uskladněn dostatek, přebytečné molekuly glukózy se polymerují do zásobní molekuly – u rostlin je to škrob a u živočichů a hub glykogen.

Rozmnožování buňky probíhá vlastně úplně na stejném principu, jako metabolismus. Buňka vytvoří kopii své DNA a pak opět prostřednictvím genové exprese důležité látky, membránu, ribozomy, dokud nezdvojnásobí svůj objem. Pak se uprostřed rozdělí a výsledkem jsou dvě totožné, samostatné buňky.