Moderné experimentálne štúdie preukázali, že bunka je najkomplexnejšou štruktúrnou a funkčnou jednotkou takmer všetkých živých organizmov, s výnimkou vírusov, ktoré sú nebunkovými formami života. Cytológia študuje štruktúru, ako aj životnú aktivitu bunky: dýchanie, výživu, reprodukciu, rast. Tieto procesy budú uvedené v tomto dokumente.
Štruktúra bunky
Pomocou svetelného a elektrónového mikroskopu biológovia zistili, že rastlinné a živočíšne bunky obsahujú povrchový aparát (supramembránové a submembránové komplexy), cytoplazmu a organely. V živočíšnych bunkách sa nad membránou nachádza glykokalyx, ktorý obsahuje enzýmy a zabezpečuje výživu bunky mimo cytoplazmy. V rastlinných bunkách, prokaryotoch (baktérie a sinice), ale aj hubách sa nad membránou vytvára bunková stena, ktorá pozostáva z celulózy, lignínu alebo mureínu.
Jadro je základná organelaeukaryoty. Obsahuje dedičný materiál – DNA, ktorá vyzerá ako chromozómy. Baktérie a sinice obsahujú nukleoid, ktorý pôsobí ako nosič deoxyribonukleovej kyseliny. Všetky vykonávajú prísne špecifické funkcie, ktoré určujú metabolické bunkové procesy.
Čo rozumieme pod pojmom bunková výživa
Životne dôležité prejavy bunky nie sú nič iné ako prenos energie a jej premena z jednej formy do druhej (podľa prvého zákona termodynamiky). Energia nachádzajúca sa v živinách v latentnom, teda viazanom stave, prechádza do molekúl ATP. Na otázku, čo je bunková výživa v biológii, existuje odpoveď, ktorá zohľadňuje tieto postuláty:
- Bunka ako otvorený biosystém vyžaduje neustály prísun energie z vonkajšieho prostredia.
- Organické látky potrebné na výživu môže bunka získať dvoma spôsobmi:
a) z medzibunkového média, vo forme hotových zlúčenín;
b) nezávislá syntéza bielkovín, sacharidov a tukov z oxidu uhličitého, amoniaku atď.
Preto sa všetky organizmy delia na heterotrofné a autotrofné, ktorých metabolické vlastnosti študuje biochémia.
Metabolizmus a energia
Organické látky vstupujúce do bunky podliehajú štiepeniu, v dôsledku čoho sa uvoľňuje energia vo forme molekúl ATP alebo NADP-H2. Celý súbor asimilačných a disimilačných reakcií je metabolizmus. Nižšie sa budeme zaoberať štádiami energetického metabolizmu, ktoré poskytujú výživu pre heterotrofné bunky. Najprv bielkoviny, sacharidy a lipidysa rozkladajú na svoje monoméry: aminokyseliny, glukózu, glycerol a mastné kyseliny. Potom počas bezkyslíkového trávenia prechádzajú ďalším rozkladom (anaeróbne trávenie).
Týmto spôsobom sa živia vnútrobunkové parazity: rickettsia, chlamýdie a patogénne baktérie, ako je klostrídium. Jednobunkové kvasinkové huby rozkladajú glukózu na etylalkohol, baktérie mliečneho kvasenia na kyselinu mliečnu. Glykolýza, alkohol, maslová a mliečna fermentácia sú teda príkladmi bunkovej výživy v dôsledku anaeróbneho trávenia v heterotrofoch.
Autotrofia a vlastnosti metabolických procesov
Pre organizmy žijúce na Zemi je hlavným zdrojom energie Slnko. Vďaka nemu sú naplnené potreby obyvateľov našej planéty. Niektoré z nich syntetizujú živiny vďaka svetelnej energii, nazývajú sa fototrofy. Iné - pomocou energie redoxných reakcií sa nazývajú chemotrofy. V jednobunkových riasach sa výživa bunky, ktorej fotografia je uvedená nižšie, uskutočňuje fotosynteticky.
Zelené rastliny obsahujú chlorofyl, ktorý je súčasťou chloroplastov. Hrá úlohu antény, ktorá zachytáva svetelné kvantá. Vo svetlej a tmavej fáze fotosyntézy dochádza k enzymatickým reakciám (Calvinov cyklus), ktorých výsledkom je vznik všetkých organických látok slúžiacich na výživu z oxidu uhličitého. Preto bunka, ktorá je vyživovanáv dôsledku využitia svetelnej energie sa nazýva autotrofný alebo fototrofný.
Jednobunkové organizmy, nazývané chemosyntetiká, využívajú energiu uvoľnenú v dôsledku chemických reakcií na tvorbu organických látok, napríklad baktérie železa oxidujú zlúčeniny železa na železité železo a uvoľnená energia ide na syntézu glukózy molekuly.
Fotosyntetické organizmy teda zachytávajú svetelnú energiu a premieňajú ju na energiu kovalentných väzieb mono- a polysacharidov. Potom sa pozdĺž článkov potravinových reťazcov energia prenáša do buniek heterotrofných organizmov. Inými slovami, vďaka fotosyntéze existujú všetky štrukturálne prvky biosféry. Dá sa povedať, že bunka, ktorej výživa prebieha autotrofným spôsobom, „živí“nielen seba, ale aj všetko živé na planéte Zem.
Ako jedia heterotrofné organizmy
Bunka, ktorej výživa závisí od príjmu organických látok z vonkajšieho prostredia, sa nazýva heterotrofná. Organizmy ako huby, zvieratá, ľudia a parazitické baktérie rozkladajú sacharidy, bielkoviny a tuky pomocou tráviacich enzýmov.
Potom sú výsledné monoméry absorbované bunkou a použité na stavbu organel a života. Rozpustené živiny vstupujú do bunky pinocytózou, zatiaľ čo tuhé častice potravy vstupujú do bunky fagocytózou. Heterotrofné organizmy možno rozdeliť na saprotrofy a parazity. Prvé (napríklad pôdne baktérie, huby, niektorý hmyz) sa živia odumretou organickou hmotou, druhé (patogénne baktérie, helminty, parazitické huby) sa živia bunkami a tkanivami živých organizmov.
Mixotrofy, ich rozšírenie v prírode
Zmiešaný typ výživy v prírode je pomerne zriedkavý a je formou adaptácie (idioadaptácie) na rôzne faktory prostredia. Hlavnou podmienkou mixotrofie je prítomnosť v bunke oboch organel obsahujúcich chlorofyl na fotosyntézu a systému enzýmov, ktoré rozkladajú hotové živiny prichádzajúce z prostredia. Napríklad jednobunkový živočích Euglena green obsahuje v hyaloplazme chromatofóry s chlorofylom.
Keď je nádrž, v ktorej euglena žije, dobre osvetlená, živí sa ako rastlina, t. j. autotrofne, prostredníctvom fotosyntézy. V dôsledku toho sa glukóza syntetizuje z oxidu uhličitého, ktorý bunka využíva ako potravu. Euglena sa v noci živí heterotrofne, rozkladá organickú hmotu pomocou enzýmov nachádzajúcich sa v tráviacich vakuolách. Vedci teda považujú mixotrofnú výživu bunky za dôkaz jednoty pôvodu rastlín a živočíchov.
Rast buniek a jeho vzťah s trofizmom
Nárast dĺžky, hmoty, objemu ako celého organizmu, tak aj jeho jednotlivých orgánov a tkanív sa nazýva rast. Bez neustáleho prísunu živín do buniek, ktoré slúžia ako stavebný materiál, to nejde. Získať odpoveď na otázku, ako rastie bunka, ktorej výživaprebieha autotrofne, je potrebné objasniť, či ide o samostatný organizmus, alebo či ide o súčasť mnohobunkového jedinca ako stavebnú jednotku. V prvom prípade sa rast uskutoční počas medzifázy bunkového cyklu. Intenzívne v nej prebiehajú procesy výmeny plastov. Výživa heterotrofných organizmov koreluje s prítomnosťou potravy pochádzajúcej z vonkajšieho prostredia. K rastu mnohobunkového organizmu dochádza v dôsledku aktivácie biosyntézy vo vzdelávacích tkanivách, ako aj prevahy anabolických reakcií nad procesmi katabolizmu.
Úloha kyslíka vo výžive heterotrofných buniek
Aeróbne organizmy: Niektoré baktérie, huby, zvieratá a ľudia využívajú kyslík na úplné rozloženie živín, ako je glukóza, na oxid uhličitý a vodu (Krebsov cyklus). Vyskytuje sa v matrixe mitochondrií obsahujúcich enzymatický systém H + -ATP-áza, ktorý syntetizuje molekuly ATP z ADP. V prokaryotických organizmoch, ako sú aeróbne baktérie a cyanobaktérie, dochádza k disimilácii kyslíka na plazmatickej membráne buniek.
Špecifická výživa gamét
Výživu buniek možno v molekulárnej biológii a cytológii stručne opísať ako proces vstupu živín do nej, ich štiepenie a syntézu určitej časti energie vo forme molekúl ATP. Trofizmus gamét: vajíčka a spermie má niektoré vlastnosti spojené s vysokou špecifickosťou ich funkcií. Platí to najmä o ženskej zárodočnej bunke, ktorá je nútená akumulovať veľké zásoby živín, najmä vo formežĺtok.
Po oplodnení ich použije na rozdrvenie a vytvorenie embrya. Spermie v procese dozrievania (spermatogenézy) dostávajú organické látky zo Sertoliho buniek umiestnených v semenných tubuloch. Oba typy gamét teda majú vysokú úroveň metabolizmu, čo je možné vďaka aktívnemu bunkovému trofizmu.
Úloha minerálnej výživy
Metabolické procesy nie sú možné bez prílevu katiónov a aniónov, ktoré sú súčasťou minerálnych solí. Napríklad ióny horčíka sú nevyhnutné pre fotosyntézu, ióny draslíka a vápnika sú nevyhnutné pre fungovanie mitochondriálnych enzýmových systémov a prítomnosť sodných iónov, ako aj uhličitanových aniónov, je nevyhnutná na udržanie tlmivých vlastností hyaloplazmy. Roztoky minerálnych solí vstupujú do bunky pinocytózou alebo difúziou cez bunkovú membránu. Minerálna výživa je vlastná autotrofným aj heterotrofným bunkám.
V súhrne sme presvedčení, že význam bunkovej výživy je skutočne veľký, keďže tento proces vedie v autotrofných organizmoch k tvorbe stavebného materiálu (sacharidy, bielkoviny a tuky) z oxidu uhličitého. Heterotrofné bunky sa živia organickými látkami vytvorenými v dôsledku životnej aktivity autotrofov. Prijatú energiu využívajú na rozmnožovanie, rast, pohyb a ďalšie životné procesy.
