Buňka rostlinná a živočišná

My se skládáme z buněk, ale z čeho se skládají buňky? Vemte si, že taková buňka často žije i sama, jako třeba prvok, bakterie nebo sinice. A daří se jí dobře. Na to ale potřebuje mít v sobě něco, co jí zajistí životní funkce. Pokud naše tělo funguje díky souhře orgánů, pak buňka funguje díky souhře organel. Co je to organela? Něco jako orgán, akorát v buňce. Uvidíte sami, že podobnost je zcela na místě. Jen drobná poznámka – budeme se teď bavit jen o eukaryotických buňkách. A nyní se pojďme podívat na jednotlivé části buněk.

Tak například mozek. Rozhoduje, co uděláme, a řídí procesy v našem těle. Buňka sice nemyslí jako my, rozhoduje se velmi jednoduše na základě složité sítě chemických reakcí, které probíhají všude v jejím těle. Má však jakési centrum, ve kterém jsou zapsány instrukce, kterými se řídí. Tím je jádro buňky. Jádro je v buňce nejviditelnější organela. A taky nejdůležitější. V jádru buňky je totiž obsažena genetická informace. Pod dvouvrstvým obalem jádra buňka uchovává to nejcennější, tedy DNA. Proč je pro ni tato molekula tak důležitá? Právě v DNA jsou totiž zapsány všechny instrukce, podle kterých jsou buňky utvářeny. Podle návodu obsaženém v DNA si buňka vytváří nové proteiny, když ty staré doslouží, nebo třeba rozhoduje, co udělá, když se ocitne v nějaké situaci.

Z bezpečí jádra, tohoto vele důležitého orgánu buňky, se informace z DNA přenáší dále přepsaná na daleko menších molekulách nazývaných RNA. Ty putují cytoplasmou (tak se nazývá všechno uvnitř buňky, co není jádro) a hledají ribozom. Ribozomy vypadají jako malinké hamburgery. Umějí číst informaci z RNA a vytvářet podle ní proteiny. Jsou tedy továrnou na proteiny. Vyrábějí všechno, co pak dělá buňku buňkou. Není tedy divu, že jich je v každé buňce opravdu hodně (desítky tísic), když jsou tak důležité. Patří k nejstarším a nejmenším organelám. A také nejjednodušším.

No dobře, tak ne všechno v buňce je z proteinů. Například samotný obal buňky nazvaný cytoplasmatická membrána či buněčná membrána je z fosfolipidů (v podstatě vrstva tuku). Můžeme si ji představit jako kůži buňky. Odděluje buňku od okolního světa, brání vstupu nechtěných látek. Přesto ale buňka skrz speciální kanálky v membráně přijímá důležité látky (živiny, kyslík) a naopak "potí" ven látky odpadní včetně oxidu uhličitého. Membrána ale není jen na povrchu buňky, může být i uvnitř. Pak slouží jako zdi, které rozškatulkovávají buňku do příslušných sektorů. Někdy se také buňce hodí mít v sobě menší dutinku, do které si může schovat to, co nechce, aby plavalo volně mezi životně důležitými organelami. 

Takovými váčky z fosfolipidové membrány jsou například endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, peroxisomy, lysosomy nebo vaukoly. Ale o těch podrobněji v další kapitole.

Tyto části buněk jsou vlastně uskupeny do sítě kanálů, trubiček a měchýřků z membrány. Uvnitř lze skladovat, přemisťovat a pozměňovat látky, u kterých buňka nechce, aby se volně potulovaly mezi organelami. V endoplazmatickém retikulu se také látky vytvářejí, přemisťují a skladují. V Golgiho aparátu se zase pozměňují. Skoro každý protein navštíví Golgiho aparát, aby se tam "dopekl", než bude připraven pro svoji funkci. Peroxizomy a lysozomy zase připomínají játra a žaludek. Je v nich extrémně nepřátelské prostředí (třeba kyselé pH, různé enzymy), které rozkládá nejrůznější látky. Rostlinné buňky malé lysozomy nemají. Místo nich mají ve svých buňkách obrovské vaky, kterým se říká vakuoly. Ty dovedou narůst do obrovských rozměrů a vyplnit tak skoro celou buňku. Jejich další významná funkce je udržování správného tlaku vody v buňce.

Na exponátu ve VIDA! ho už nenajdete, protože je velmi tenký a prakticky všude. Je ale extrémně důležitý. Cytoskelet doslova znamená buněčná kostra. Tvoří ho dlouhá tenká vlákna, která se neustále přeskupují podle toho, jak to buňka potřebuje. Tak jako kosti, i některá vlákna cytoskeletu buňku vyztužují. Jiná ale zase fungují spíš jako naše cévy. Jezdí po nich proteiny, které přepravují nejrůznější náklad stejně jako náklaďáky křižují naše silnice.

Snad ty nejúžasnější organely vůbec. A dokonce s příběhem. Na ty všechny činnosti, které buňka dělá (dělení, replikaci DNA, přenos vhodných látek přes póry membrány, vylučování látek, přeprava materiálu po cytoskeletu atd.), potřebuje ohromné množství energie. Stroj se netočí sám od sebe, je potřeba palivo a motor. A motory jsou právě mitochondrie, které by se daly přirovnat k plicím. Zajišťují totiž tzv. buněčné dýchání. 

Napadlo vás někdy, k čemu vlastně potřebujeme kyslík? Vyžadují ho totiž naše buňky. Tedy přesněji každá buňka v našem těle. Bez kyslíku není ani oheň a buněčné dýchání skutečně připomíná spalování. Akorát místo uhlí je palivem cukr – konkrétně glukóza. Když rozštěpíte složitou molekulu (jako třeba cukr) na jednodušší, uvolní se energie. To je základní chemické pravidlo. Tuto energii pak mitochondrie jako skutečné elektrárny umí uchovat v bateriích (v molekulách ATP). Ty pak plavou po celé buňce a předávají energii všude tam, kde je to potřeba.

A jaký je ten příběh mitochondrií? Tyto organely mají vlastní membránu a dokonce i vlastní DNA, což naznačuje, že kdysi dávno mohly existovat samostatně. Víme, že když první sinice objevily fotosyntézu a zaplavily Zemi kyslíkem, způsobilo to ohromné vymírání bakterií, pro které byl tento velmi reaktivní prvek toxický. Mnohé bakterie se nakonec naučily kyslík využívat pro svoji potřebu, ale některé se místo toho zachránily zcela jinak. Samy kyslík zužitkovat neuměly a tak do sebe pohltily bakterie, které to uměly. A začaly si je uvnitř sebe pěstovat. A od té doby máme v každé naší buňce stovky mitochondrií.

Jaká je nejúžasnější vlastnost rostlin? Že nám vyrábějí kyslík? Ale kdeže! To je jen vedlejší produkt. Rostliny totiž hlavně vyrábějí veškeré jídlo. Ať už jíte maso nebo zeleninu, každá živina původně pochází z rostliny. Proč? Protože jedině rostliny (tak dobře, nejenom ony) umějí z ničeho vytvořit něco – lépe řečeno jen ze vzduchu, vody, trochy minerálů a především energie ze slunce.

K základním pravidlům chemie patří, že chcete-li vytvořit z jednodušších látek (například CO2) látku složitější (třeba cukr), potřebujete na to energii. A tou energií je právě sluneční světlo, které téměř celé (až na zelené části spektra - proto jsou listy zelené) pohltí barvivo chlorofyl. A kde se toto barvivo nachází? No právě v chloroplastech. Takže to jsou chloroplasty, kde v rostlinných buňkách probíhá fotosyntéza.

Je to ale ještě zajímavější. Stejně jako mitochondrie, tak i chloroplasty mají vlastní membránu a uvnitř dokonce vlastní DNA. To naznačuje, že nejspíš v evoluci kdysi dávno některé eukaryotické buňky pohltily sinice a udělaly si z nich ve svých tělech tyto továrničky na cukr. Rostliny si tak umí samy vyrábět palivo pro své mitochondrie. No nejsou úžasné?

Už jsme se setkali s několika odlišnostmi živočišné a rostlinné buňky. Řekli jsme si, že rostlinná buňka obsahuje navíc chloroplasty a že místo mnoha malých lyzozomů mívá jednu velkou vakuolu. Je tady ale ještě jeden zásadní rozdíl. Velmi viditelný. Rostlinné buňky mají okolo sebe buněčnou stěnu. I když, možná by bylo lepší to formulovat jinak: Živočišné buňky jsou jediné buňky, které buněčnou stěnu nemají. Bakterie, houby, rostliny – ti všichni buněčnou stěnu mají (no dobře, teď do toho nemíchejme prvoky).

Buněčná stěna je taková hradba opevňující buňku kolem dokola. Jejím smyslem však není bránit látkám v průchodu dovnitř buňky (to je úloha až buněčné membrány). Její úlohou je především bránit buňku před mechanickým poškozením a konkrétně u rostlin i nahrazuje kosti – jinak by se ty těžké stonky a listy sotva proti gravitaci udržely. 

Co je to dřevo? Když šplhám po větvích, co vlastně drží moji váhu? Papír nebo vláknina ve vašich vločkách k snídani? To všechno jsou hlavně buněčné stěny rostlinných buněk. Nejspíš vás už tedy napadlo, z čeho tyto stěny budou tvořeny. Ano, je to celulóza. Jaká je mimochodem nejhojnější organická molekula na světě? Právě celulóza! 

Avšak třeba takové buňky hub sice mají také buněčnou stěnu, ale z úplně jiného materiálu. Ach, houby. Tváří se jako rostliny, ale daleko víc se podobají nám živočichům. Některé se umí dokonce pohybovat. A skutečně jsou nám živočichům mnohem víc příbuzné. Jejich buněčné stěny jsou tvořeny chitinem. Tedy stejným materiálem, který tvoří schránky hmyzu. Takže to, co drží pohromadě hříbek ve vaší polévce odpovídá krovkám berušek. Mňam!

Rozdíly rostlinných, živočišných a houbových buněk jsou prkotiny v porovnání s ohromnými rozdíly mezi našimi buňkami a bakteriemi. Ve světě života existují dvě obrovské a rozmanité skupiny. Dvě obrovská království. Prvnímu se říká eukaryota. To slovo znamená, že ve svých buňkách mají pravá jádra. Zahrnují spoustu jednobuněčných organismů, například prvoků, ze kterých se vyvinuly rostliny, houby a nakonec i my. 

Oproti tomu druhou velkou říši tvoří tzv. prokaryota. Zahrnuje neméně rozmanitý a složitý svět bakterií. Jejich název znamená, že nemají ještě jádro. Může se zdát, že mít pravé jádro vede k vyspělejším funkcím. A samozřejmě vám mnozí biologové řeknou, že my jsme vyspělejší než bakterie. Já bych si tím ale nebyl tak jistý. Jen jsme se vydali různými směry. 

Bakterie jsou skvěle přizpůsobeny k tomu být malé. Jejich buňky jsou desetkrát menší než buňky nás, eukaryot. V podstatě slouží eukaryotům jako potrava. Umí se s tím ale dokonale vyrovnat. Množí se mnohem rychleji. Svou genetickou informaci sice nemají schovanou v bezpečí jádra. Je však extrémně nahuštěná, aby se mohla rychleji kopírovat do nových bakterií. A jelikož jejich RNA nemusí zdlouhavě cestovat z jádra k ribozomům, mohou si i rychleji vyrábět proteiny pro svůj růst. Ribozomy jsou také jediné organely, které bychom u bakterií našli.

Bakterie zkrátka sázejí na jednoduchost a rychlé množení. Díky rychlému množení mají i zrychlenou evoluci, a tak jsou schopny se bleskově přizpůsobit novým podmínkám. Jen si vemte, jaké starosti dnes dělá vědcům rezistence bakterií vůči antibiotikům. Začínají si na ně totiž zvykat! Bakterie tak díky své jednoduchosti i rychlé evoluci přežijí prakticky cokoliv. Takže kdo je tu pak primitivní?

Tohle je opravdu gól! Na jednu stranu se všechno živé skládá z buněk a na druhou stranu tady máme viry, které žádné buňky nemají. Jsou vůbec živé? Vědci dodnes neví, jestli se dá o virech vůbec říct, že to jsou živé organismy nebo jestli jsou pouze složitější přírodní zákonitost. Něco jako lavina, déšť nebo krystalizace. Jen si to vemte. Nemají buňku. Je to jen shluk proteinů, který chrání uvnitř sebe genetickou informaci (mimochodem, viry ji nemusí mít zapsanou jen v DNA, ale i v RNA). 

Částečka viru (virion) je zcela nesamostatná. Nenachází-li se v buňce hostitele, nedokáže vůbec nic. Na autobusovém madle může jenom tak ležet a čekat, dokud se nerozpadne nebo se nedostane do správných buněk našeho těla. Viry nemohou narozdíl od bakterií narůst do nějakého povlaku. Dokonce i uvnitř buňky je virion do značné míry nesamostatný. V podstatě jen parazituje na chemických reakcích uvnitř buňky.

V buňce plují různé proteiny, které dělají svoji normální funkci. Viry jsou stvořeny tak, aby těchto funkcí využívaly pro své množení. Jak se viry dostanou dovnitř buněk? Většinou mají viriony na svém povrchu takové molekuly, které chemicky reagují s molekulami v cytoplazmatické membráně buňky. Dochází k podobné chemické reakci jako když buňka narazí na potravu. Buňka tak virovou částečku spolkne. 

Proteiny, jejichž úkolem je množit genetickou informaci, narazí na genetickou informaci viru. No a udělají to, k čemu jsou určeny. Rozmnoží ji, aniž by věděly, že tak množí svého vlastního nepřítele. Jiné typu viru zase využívají proteiny buněk, které mají za úkol opravovat poškozenou DNA. Z DNA viru se stane jakási záplata, která se včlení do DNA hostitelské buňky. Protože se množí buňka, množí se i DNA viru. 

Ať tak či onak, buňka sama nakopíruje něvedomky genetickou informaci svého viru. Další proteiny zase podle návodu z této genetické informace vyrobí pro viry jejich vlastní proteiny. Nakonec tak z jedné buňky vyleze ohromné množství virových částic připravených napadnout další buňky. 

Téměř každá buňka na světě má své viry. Proto se o nich uvažuje i jako o léčivu. Zákeřné bakterie, které nám způsobují nemoci, mohou samy onemocnět. Viry, které je napadají, jsou natolik specializované na tyto bakterie, že našim vlastním buňkám ublížit nemohou. Tomu se říká fágová terapie, protože viry, které napadají bakterie, se jmenují bakteriofágy. Někteří vidí ve fágové terapii dokonce spásnou záchranu. Rezistence bakterií k antibiotikům je totiž stále palčivější problém.

Viry jsou mnohem menší než ty nejmenší bakterie, ale existují i viry obrovské. Jednání virů vypadá jako chování živých soustav. Můžeme si ale také představit, že jde o konkrétní chemický proces v buňkách, který se pouze vymkl kontrole. Viry se nikdy nemnoží samy. Vyrábějí je buňky jako by to byla jenom nějaká látka, která přikazuje buňkám, aby vyráběly další a další várky. Jsou tedy viry živé nebo ne? Možná je ta otázka zbytečná. Koneckonců i my jsme jen velmi složité přírodní zákonitosti.