Študijný materiál z biológie bunky je pripravený zo všetkých potrebných častí a zahrňuje tieto kapitoly:
1. Úvod do biológie.
Cytológia (gr. kytos (cytos), lat. cellula – bunka) sa zaoberá štúdiom stavby buniek ako elementárnych živých systémov, ich činnosťou a funkciou. Jej rozvoj je spojený s vývojom a zdokonalením mikroskopu, ktorý v roku 1665 prvýkrát použil Robert Hooke na štúdium biologických objektov. Bunková teória je založená na týchto faktoch: a) základnou štruktúrnou a funkčnou jednotkou živého organizmu je bunka, b) nie je podstatný rozdiel medzi rastlinnou a živočíšnou bunkou, c) bunka môže vzniknúť len delením existujúcej bunky.
2. Všeobecné vlastnosti živých sústav.
Prokaryotická a eukaryotická bunka.
Bunka sa počas fylogenézy z hľadiska bunkovej organizácie vyvíjala dvoma odlišnými smermi. Jednoduchší organizačný stupeň dosiahla prokaryotická bunka. Názov je odvodený od štruktúry jadra, ktoré nevytvára samostanú membránovú organelu, ale tvorí nepravé jadro (prokaryon). S tým súvisí jednoduchší proteosyntetický aparát (prokaryotické bunky nemajú endoplazmatické retikulum ani Golgiho aparát) a odlišný spôsob delenia (priečne rozdelenie bunky). Bunky takéhoto typu nevytvárajú mnohobunkové organizmy, i keď v prípade niektorých siníc sa môže jednať o akési organizovanejšie zhluky buniek. Eukaryotická bunka je charakteristická množstvom membránových štruktúr, v ktorých prebiehajú špecifické enzymatické reakcie. Toto špecializovanie bunkového priestoru sa nazýva bunková kompartmentácia. V bunke možno rozlíšiť tieto štruktúrne súčasti: a) základná cytoplazma, b) bunkové povrchy, c) bunkové organely, d) cytoplazmatické inklúzie. Organizmy s týmto typom organizácie bunky sa nazývajú jadrové organizmy. Patria k nim jednobunkové riasy, prvoky a všetky mnohobunkové organizmy, vrátane človeka. EB je na rozdiel od PB zložitejšia. Všetky jej zložky sa diferencovali v priebehu dlhého fylogenetického vývoja, vyznačujú sa vysokým stupňom morfologickej diferenciácie a funkčnej špecializácie.
3. Biológia bunky.
Štruktúra a organizácia bunky.
Telo všetkých organizmov je zložené z jednej alebo viacerých základných morfologických a funkčných jednotiek – buniek. Bunka predstavuje autonómny celistvý živý systém, ktorý môže samostatne existovať a rozmnožovať sa. Je to samostatný mikrosvet s ťažko vymedzenými hranicami, vnútri ktorých prebieha neustála chemická aktivita a nepretržitý tok hmoty a energie. V prípade mnohobunkového organizmu musíme ešte brať do úvahy jeden veľmi dôležitý fakt – vzájomnú komunikáciu buniek, ktorá do istej miery obmedzuje ich samostatnosť. Strata individuality v prospech celku má však významné miesto v evolúcii živých organizmov.
Mikroskopickú štruktúru bunky odhaľujú svetelné mikroskopy, ktorými možno pozorovať bunky, a predovšetkým histologické preparáty (štruktúra tkanív a pletív) na mikroskopickej úrovni, čo umožňuje študovať ich tvar, veľkosť, bunkový cyklus a po cytologickom zafarbení aj niektoré organely. Rozlíšenie svetelných mikroskopov je niekoľko mikrometrov (µm). Pri použití elektrónového mikroskopu môžeme študovať detailnú štruktúru organel. Vtedy hovoríme o ultraštruktúre alebo o submikroskopickej štruktúre bunky. Rozlíšenie elektrónových mikroskopov je niekoľko nanometrov (nm). Nevýhodou elektrónovej mikroskopie je použitie fixných preparátov, tzn. že nemôžeme pozorovať natívne (živé) preparáty.
Metabolizmus bunky.
Je súbor reakcií prebiehajúcich v bunke (organizme), ktorý zabezpečuje: a) premenu látok pri získavaní energie, b) tvorbu potrebných látok, c) odbúravanie nepotrebných látok, d) výmenu látok s okolím, e) rast a f) rozmnožovanie. Je časovo a priestorovo zosúladený sled reakcií. Podstatou metabolizmu je regulovaná vysoko-špecifická katalýza biochemických reakcií. Druh katalyzátora a priebeh katalýzy závisí od úrovne organizácie živej hmoty a od druhu organizmu: úroveň bunky = enzýmy, vyššia úroveň = hormóny, nervová a imunitná regulácia.
Príjem a výdaj látok.
Príjem a výdaj látok patrí medzi základné procesy a je podmienkou existencie bunky. Táto komunikácia sa uskutočňuje cez bunkové povrchy, ktoré oddeľujú bunku od vonkajšieho prostredia. Veľký význam v tejto komunikácii má CM, ktorá je polopriepustná, selektívne prepúšťa potrebné látky z a do bunky. Vďaka chemickej štruktúre prepúšťa táto membrána i väčšie molekuly či bunkové časti. Po smrti bunky sa plazmatická membrána stáva priepustnou, permeabilnou. Bunka prijíma látky potrebné na: krytie spotreby energie (cukry, tuky), stavbu bunky (cukry, bielkoviny), riadenie činnosti bunky (bielkoviny, hormóny, enzýmy), chod metabolických procesov (voda, ióny, vitamíny). Bunka vylučuje látky, ktoré: nepotrebuje alebo sú pre ňu škodlivé (oxid uhličitý, močovina), potrebujú iné bunky (enzýmy, vitamíny, hormóny), sú potrebné na ochranu (protilátky). Rozlišujeme tri základné typy prenosu látok: a) pasívny transport – prebieha bez spotreby energie, b) aktívny transport – pre prenos látok cez membránu je potrebná energia, c) cytózy – prenos veľkých molekúl a celých častíc za prestavby membrány.
4. Bunkový cyklus a rozmnožovanie bunky.
Bunkový cyklus predstavuje obdobie života bunky od jej vzniku delením až po opätovné rozdelenie. Život bunky však samozrejme nie je obmedzený len na jej rast a delenie, pretože by tak nemohlo dôjsť k vzniku integrovaného mnohobunkového organizmu so špecializovanými skupinami buniek (tkanivami). Rozdeľuje sa na štyri fázy, pričom posledná M-fáza predstavuje samotné delenie bunky a zvyšné tri fázy pod spoločným názvom interfáza predstavujú prípravu bunky na delenie.
Bunkové delenie.
Amitóza priame delenie bunky. Je menej častý spôsob, pri ktorom deliace jadro vždy obklopuje jadrová blana.
Mitóza nepriame bunkové delenie takmer všetkých eukaryotických buniek. Je spojená s kompletnou reorganizáciou jadra a prestavbou jadrového chromatínu.
Meióza nepriame redukčné delenie pohlavných buniek, ktorého výsledkom sú dcérske bunky s haploidným počtom chromozómov. Diploidný počet chromozómov sa obnoví splynutím dvoch pohlavných buniek samčej a samičej, pričom vzniká zygota.
5. Nebunkové formy života, prokaryotické organizmy
Vírusy sú nebunkové organizmy, patria medzi mikroorganizmy, ich veľkosť je v nanometroch, viditeľné elektronovým mikroskopom. Predstavujú nukleoproteínové častice, nemajú vlastný metabolizmus, preto nie sú schopné samy zabezpečovať základné životné funkcie. Ich život je vždy spojený s konkrétnym hostiteľom, do ktorého vnášajú svoju nukleovú kyselinu a využívajú ho pre svoju reprodukciu.
Baktérie sú jednobunkové, fylogeneticky príbuzné prokaryotické organizmy. Tvoria samostatnú líniu vo vývoji živých systémov. Fyziologicky značne rôznorodé a sú prítomné v rôznych typoch životného prostredia. Sú mikroskopické organizmy, ich veľkosť je 1-10 mikrometrov (μm). Najväčšie dosahujú dĺžku až 500 μm.
Archeóny sú jednobunkové, fylogeneticky príbuzné prokaryoty, Tvoria samostatnú vývojovú líniu. Podrobnejšie skúmanie štruktúry ich odlíšilo od baktérií. Väčšina žije v extrémnych podmienkach (vysoký tlak, teplota, kyslosť, slanosť).