Celá galaxia vynikajúcich vedcov minulosti - Robert Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, Theodor Schwann, Mathias Schleiden svojimi objavmi v oblasti štúdia prírody vydláždili cestu k vytvoreniu najvýznamnejšieho odvetvia moderná biologická veda – cytológia. Študuje štruktúru a vlastnosti bunky, ktorá je elementárnym nositeľom života na Zemi. Základné poznatky získané ako výsledok rozvoja bunkovej vedy inšpirovali výskumníkov k vytvoreniu disciplín, akými sú genetika, molekulárna biológia a biochémia.
Vedecké objavy v nich urobené úplne zmenili tvár planéty a viedli k vzniku klonov, geneticky modifikovaných organizmov a umelej inteligencie. Náš článok vám pomôže pochopiť základné metódy cytologických experimentov a zistiť štruktúru a funkcie buniek.
Ako sa študuje bunka
Tak ako pred 500 rokmi je svetelný mikroskop hlavným nástrojom, ktorý pomáha študovať štruktúru a vlastnosti bunky. Samozrejmosťou je jeho vzhľad a optikavlastnosti sa nedajú porovnávať s prvými mikroskopmi, ktoré vytvorili otec a syn Janssens alebo Robert Hooke v polovici 16. storočia. Rozlišovacia schopnosť moderných svetelných mikroskopov zväčšuje veľkosť bunkových štruktúr 3000-krát. Rastrové skenery dokážu zachytiť obrázky submikroskopických objektov, ako sú baktérie alebo vírusy, pričom vírusy sú také malé, že to ani nie sú bunky. V cytológii sa aktívne využíva metóda značených atómov, ako aj in vivo štúdium buniek, vďaka čomu sa objasňujú vlastnosti bunkových procesov.
Odstredenie
Na oddelenie bunkového obsahu na frakcie a štúdium vlastností a funkcií bunky používa cytológia centrifúgu. Funguje na rovnakom princípe ako rovnomenná časť v práčkach. Vytvorením odstredivého zrýchlenia prístroj urýchľuje bunkovú suspenziu a keďže organely majú rôznu hustotu, usadzujú sa vo vrstvách. Na dne sú veľké časti, ako sú jadrá, mitochondrie či plastidy a v horných dýzach destilačného roštu centrifúgy sú umiestnené mikrofilamenty cytoskeletu, ribozómy a peroxizómy. Výsledné vrstvy sú oddelené, takže je pohodlnejšie študovať vlastnosti biochemického zloženia organel.
Štruktúra buniek rastlín
Vlastnosti rastlinnej bunky sú v mnohom podobné funkciám živočíšnych buniek. Avšak aj školák, skúmajúci fixné preparáty rastlinných, živočíšnych či ľudských buniek cez okulár mikroskopu, nájde črty odlišnosti. Je to geometrickésprávne obrysy, prítomnosť hustej celulózovej membrány a veľkých vakuol, charakteristických pre rastlinné bunky. A ešte jeden rozdiel, ktorý úplne odlišuje rastliny v skupine autotrofných organizmov, je prítomnosť jasne viditeľných oválnych zelených teliesok v cytoplazme. Sú to chloroplasty – vizitka rastlín. Koniec koncov, sú to oni, ktorí sú schopní zachytiť svetelnú energiu, premeniť ju na energiu makroergických väzieb ATP a tiež vytvárať organické zlúčeniny: škrob, bielkoviny a tuky. Fotosyntéza teda určuje autotrofné vlastnosti rastlinnej bunky.
Nezávislá syntéza trofických látok
Postavme sa pri procese, vďaka ktorému podľa vynikajúceho ruského vedca K. A. Timiryazeva zohrávajú rastliny kozmickú úlohu v evolúcii. Na Zemi žije približne 350 tisíc druhov rastlín, od jednobunkových rias ako chlorella či chlamydomonas až po obrie stromy – sekvoje, dosahujúce výšku 115 metrov. Všetky absorbujú oxid uhličitý a menia ho na glukózu, aminokyseliny, glycerol a mastné kyseliny. Tieto látky slúžia ako potrava nielen pre samotnú rastlinu, ale využívajú ich aj organizmy nazývané heterotrofy: huby, zvieratá a ľudia. Takéto vlastnosti rastlinných buniek, ako je schopnosť syntetizovať organické zlúčeniny a vytvárať životne dôležitú látku - kyslík, potvrdzujú skutočnosť, že pre život na Zemi majú výlučnú úlohu autotrofy.
Klasifikácia plastidov
Je ťažké zostať ľahostajným pri rozjímaní nad extravaganciou farieb rozkvitnutých ruží alebo jesenného lesa. Farba rastlín je spôsobená špeciálnymi organelami - plastidmi, charakteristickými len pre rastlinné bunky. Možno tvrdiť, že prítomnosť špeciálnych pigmentov v ich zložení ovplyvňuje funkcie chloroplastov, chromoplastov a leukoplastov v metabolizme. Organely obsahujúce zelený pigment chlorofyl určujú dôležité vlastnosti bunky a sú zodpovedné za proces fotosyntézy. Môžu sa tiež transformovať na chromoplasty. Tento jav pozorujeme napríklad na jeseň, keď sa zelené listy stromov sfarbujú do zlata, fialova či karmínovej farby. Leukoplasty sa môžu premeniť na chromoplasty, napríklad mliečne paradajky dozrievajú do oranžova alebo červena. Sú schopné prechádzať aj do chloroplastov, napríklad pri dlhodobom skladovaní na svetle na šupke zemiakových hľúz sa objaví zelená farba.
Mechanizmus tvorby rastlinného tkaniva
Jedným z charakteristických znakov vyšších rastlinných buniek je prítomnosť tvrdej a pevnej škrupiny. Zvyčajne obsahuje makromolekuly celulózy, lignínu alebo pektínu. Stabilita a odolnosť proti stlačeniu a iným mechanickým deformáciám rozlišujú rastlinné tkanivá do skupiny najtuhších prírodných štruktúr, ktoré znesú veľkú záťaž (pripomeňme si napríklad vlastnosti dreva). Medzi jej bunkami vzniká množstvo cytoplazmatických vlákien, ktoré prechádzajú cez otvory v membránach, ktoré ich ako elastické nite zošívajú.medzi sebou. Preto sú pevnosť a tvrdosť hlavnými vlastnosťami bunky rastlinného organizmu.
Plazmolýza a deplazmolýza
Prítomnosť perforovaných stien zodpovedných za pohyb vody, minerálnych solí a fytohormónov môže byť detekovaná v dôsledku fenoménu plazmolýzy. Umiestnite rastlinnú bunku do hypertonického soľného roztoku. Voda z jej cytoplazmy bude difundovať smerom von a pod mikroskopom uvidíme proces odlupovania parietálnej vrstvy hyaloplazmy. Bunka sa zmenšuje, jej objem sa zmenšuje, t.j. dochádza k plazmolýze. Pôvodnú formu môžete vrátiť pridaním niekoľkých kvapiek vody na podložné sklíčko a vytvorením koncentrácie roztoku nižšej ako v cytoplazme bunky. H2O molekuly vstúpia dovnútra cez póry v obale, objem a vnútrobunkový tlak bunky sa zvýši. Tento proces sa nazýval deplazmolýza.
Špecifická štruktúra a funkcie živočíšnych buniek
Absencia chloroplastov v cytoplazme, tenké membrány bez vonkajšieho obalu, malé vakuoly, ktoré vykonávajú najmä tráviace alebo vylučovacie funkcie – to všetko platí pre živočíšne a ľudské bunky. Ich rôznorodý vzhľad a heterotrofné stravovacie návyky sú ďalšou charakteristickou črtou.
Mnohé bunky, ktoré sú samostatnými organizmami alebo sú súčasťou tkanív, sú schopné aktívneho pohybu. Sú to fagocyty a spermie cicavcov, améby, nálevníky a pod. Živočíšne bunky sa spájajú do tkanív vďaka supramembránovému komplexu - glykokalyxe. Onpozostáva z glykolipidov a proteínov spojených so sacharidmi a podporuje adhéziu - adhéziu bunkových membrán k sebe, čo vedie k tvorbe tkaniva. Extracelulárne trávenie prebieha aj v glykokalyxe. Heterotrofný spôsob výživy určuje v bunkách prítomnosť celého arzenálu tráviacich enzýmov, sústredených v špeciálnych organelách – lyzozómoch, ktoré sa tvoria v Golgiho aparáte – obligátnej jednomembránovej štruktúre cytoplazmy.
V živočíšnych bunkách je táto organela reprezentovaná spoločnou sieťou kanálov a cisterien, zatiaľ čo v rastlinách vyzerá ako početné nesúrodé štruktúrne jednotky. Rastlinné aj živočíšne somatické bunky sa delia mitózou, zatiaľ čo gaméty sa delia meiózou.
Zistili sme teda, že vlastnosti buniek rôznych skupín živých organizmov budú závisieť od vlastností mikroskopickej štruktúry a funkcií organel.
