biologie
Pro gymnázia
Autor: Mgr. Petr Šíma
Recenzenti podle odborné specializace: Mgr. Vojtech Baláž, Ph.D., Mgr. Alena Balážová, Ph.D., Bc. Kateřina Bezányiová, Mgr. Magdalena Bohutínská, Ph.D., MUDr. Daniel Bohutínský, Mgr. Jáchym Brzezina, Ph.D., prof. RNDr. Ivan Čepička, Ph.D., prof. RNDr. Jan Černý, Ph.D., RNDr. Martin Čertner, Ph.D., Mgr. Kateřina Čiháková, Ph.D., Mgr. Albert František Damaška, RNDr. Petr Dolejš, Ph.D., Mgr. Jakub Fořt, Prof. Mgr. Ing. Jan Frouz, CSc., prof. RNDr. Tomáš Herben, CSc., doc. RNDr. Lubomír Hrouda, CSc., RNDr. Zuzana Chumová, Ph.D., Mgr. Josef Juráň, Ph.D., doc. RNDr. Lucie Juřičková, Ph.D., Mgr. Michal Kloc, doc. Mgr. Ondřej Koukol, Ph.D., doc. Mgr. Jan Kučera, Ph.D., RNDr. Lenka Libusová, Ph.D., RNDr. Radek Litvín, Ph.D., Mgr. Stanislav Luňák, Mgr. Jiří Malíček, Ph.D., Mgr. Martin Minařík, Ph.D., RNDr. Alena Drda Morávková, Ph.D., Mgr. Zuzana Musilová, Ph.D., doc. MUDr. Ondřej Naňka, Ph.D., MUDr. Jan Novák, FEBU, FECSM, MDDr. Petr Novák, RNDr. Jaroslav Nunvář, Ph.D., Ing. Ondřej Peč, prof. RNDr. Adam Petrusek, Ph.D., RNDr. Štěpán Rak, Ph.D., RNDr. Milada Rezková, RNDr. Milan Řezáč, Ph.D., RNDr. Jaroslav Semerád, Ph.D., Mgr. Jiří Schimer, Ph.D., MUDr. et Mgr. Tereza Schimerová, RNDr. Aleš Soukup, Ph.D., Mgr. Blanka Šebánková, Mgr. Petr Šípek, Ph.D., RNDr. Roman Šolc, Ph.D., Mgr. Tomáš Urfus, Ph.D., RNDr. Petr Veselý, Ph.D., MUDr. Martin Vogner, doc. RNDr. Jan Votýpka, Ph.D.
Recenzenti celého textu: Mgr. Milan Junášek, Mgr. Kateřina Marková, Mgr. Martin Vácha, RNDr. Pavel Vařejka
K dobré odborné i didaktické úrovni přispělo mnoho biologů, lékařů a pedagogů vysokých škol, kteří texty posuzovali. Za pečlivou práci jim patří obrovský dík.
Schválilo MŠMT č. j. MSMT-23508/2024-4 dne 10. července 2025 k zařazení do seznamu učebnic pro střední vzdělávání pro předmět Biologie s dobou platnosti 6 let.
Ilustrace: MgA. Radka Bošková, Michal Muzikant
Autoři a zdroje fotografií použitých v učebnici budou uvedeni v elektronické verzi. Jsou rovněž uvedeni v učebnici Biologie v souvislostech.
© Petr Šíma, 2024, 2025
© EDUKO nakladatelství, s. r. o., 2024, 2025
ISBN 978-80-88473-40-4
OBECNÁ BIOLOGIE
1 Biologie jako věda / 6
2 Obecné vlastnosti organismů / 8
3 Základy taxonomie / 10 BIOLOGIE BUŇKY
4 Prokaryotické a eukaryotické buňky / 12
5 Membrána / 14
6 Buněčná stěna / 16
7 Jednomembránové organely / 18
8 Semiautonomní organely / 20
9 Cytoskelet / 22
10 Jádro a DNA / 24
11 Dělení buněk / 26
12 Buněčný cyklus / 28 MIKROBIOLOGIE
13 Viry a jiné infekční částice / 30
14 Množení virů / 32
15 Význam virů / 34
16 Virová onemocnění / 36
17 Bakteriální buňka / 38
18 Ekofyziologie bakterií / 40
19 Člověk a bakterie / 42
20 Patogenní bakterie / 44
21 Sinice / 46 BOTANIKA
22 Rostliny / 48
23 Řasy / 50
24 Fotosyntéza / 52
25 Alternativní výživa rostlin / 54
26 Rozmnožování rostlin / 56
27 Vyšší rostliny / 58
28 Mechorosty / 60
29 Pletiva cévnatých rostlin / 62
30 Cévní svazky a druhotné tloustnutí / 64
31 Kořen / 66
32 Stonek / 68
33 List / 70
34 Vodní režim rostlin / 72
35 Cévnaté rostliny a plavuně / 74
36 Kapradiny (a přesličky) / 76
37 Nahosemenné rostliny / 78
38 Jehličnany / 80
39 Květ a květenství / 82
40 Opylení a oplození / 84
41 Plod / 86
42 Krytosemenné rostliny / 88
43 Jednoděložné rostliny / 90
44 Dvouděložné rostliny I / 92
45 Dvouděložné rostliny II / 94 HOUBY
46 Vlastnosti a ekologie hub / 96
47 Systém hub / 98
48 Lišejníky / 100
49 Stopkovýtrusé houby / 102
ZOOLOGIE
50 Živočichové / 104
51 Systém živočichů / 106
52 Houbovci / 108
53 Žebernatky a žahavci / 110
54 Svět žahavců / 112
55 Ploštěnci / 114
56 Parazitičtí ploštěnci / 116
57 Kroužkovci / 118
58 Měkkýši – mlži / 120
59 Měkkýši – plži / 122
60 Měkkýši – hlavonožci / 124
61 Břichobrvky, ramenonožci, pásnice, vířníci / 126
62 Hlístice a příbuzní / 128
63 Parazitické hlístice / 130
64 Členovci / 132
65 Pavouci a štíři / 134
66 Další pavoukovci / 136
67 Stonožkovci / 138
68 Korýši I / 140
69 Korýši II / 142
70 Šestinozí / 144
71 Hmyz – anatomie / 146
72 Hmyz – ekologie / 148
73 Hmyz – význam / 150
74 Hmyz s proměnou nedokonalou / 152
75 Hmyz s proměnou dokonalou / 154
76 Ostnokožci a polostrunatci / 156
77 Strunatci – kopinatci a pláštěnci / 158
78 Obratlovci / 160
79 Kruhoústí / 162
80 Paryby / 164
81 Žraloci a rejnoci / 166
82 Paprskoploutvé ryby – anatomie / 168
83 Paprskoploutvé ryby – ekologie / 170
84 Paprskoploutvé ryby – systém / 172
85 Svaloploutví / 174
86 Obojživelníci – anatomie a ekologie / 176
87 Obojživelníci – systém / 178
88 Plazi – anatomie a ekologie / 180
89 Plazi – želvy a krokodýli / 182
90 Plazi – šupinatí / 184
91 Ptáci – anatomie / 186
92 Ptáci – ekologie / 188
93 Ptáci – systém I / 190
94 Ptáci – systém II / 192
95 Savci – anatomie I / 194
96 Savci – anatomie II / 196
97 Savci – ekologie / 198
98 Savci – ptakořitní a vačnatci / 200
99 Savci – Afrotheria a chudozubí / 202
100 Savci – Euarchontoglires / 204
101 Savci – Laurasiatheria / 206
EVOLUČNÍ BIOLOGIE
102 Vznik života / 208
103 Evoluce života / 210
104 Evoluční mechanismy / 212
105 Evoluce člověka / 214
BIOLOGIE ČLOVĚKA
106 Kosterní soustava / 216
107 Lebka / 218
108 Páteř a hrudník / 220
109 Kostra končetin / 222
110 Svalová soustava / 224
111 Svalstvo hlavy a trupu / 226
112 Svaly končetin / 228
113 Oběhová soustava / 230
114 Červené krvinky / 232
O bsah a charakteristika a určení učebnic
115 Krevní destičky / 234
116 Bílé krvinky / 236
117 Cévy / 238
118 Srdce / 240
119 Dýchací cesty / 242
120 Plíce / 244
121 Ústní dutina / 246
122 Zuby / 248
123 Hltan, jícen a žaludek / 250
124 Tenké střevo / 252
125 Játra / 254
126 Slinivka břišní / 256
127 Tlusté střevo / 258
128 Ledviny / 260
129 Močové cesty / 262
130 Kůže / 264
131 Endokrinní soustava / 266
132 Další endokrinní žlázy / 268
133 Nervová tkáň / 270
134 Nervová soustava / 272
135 Páteřní mícha / 274
136 Mozkový kmen, mozeček a mezimozek / 276
137 Koncový mozek / 278
138 Periferní nervy / 280
139 Nervová činnost / 282
140 Smysly / 284
141 Oko / 286
142 Zrak a vidění / 288
143 Ucho / 290
144 Čich a chuť / 292
145 Kožní a další smysly / 294
146 Varlata a spermatogeneze / 296
147 Mužský pohlavní systém / 298
148 Vaječníky a oogeneze / 300
149 Ženský pohlavní systém / 302
150 Oplození / 304
151 Embryonální vývoj / 306
152 Plodové období / 308
153 Porod / 310
GENETIKA
154 DNA / 312
155 Replikace, transkripce / 314
156 Translace / 316
157 Základy dědičnosti / 318
158 Genetika populací / 320
159 Genetika člověka / 322
160 Genetické choroby člověka / 324 OCHRANA PŘÍRODY
161 Organismus a prostředí / 326
162 Populace / 328
163 Společenstva a ekosystémy / 330
164 Vývoj vztahu člověka a přírody / 332
165 Skleníkový efekt a globální oteplování/ 334
166 Ozónová vrstva / 336
167 Znečištění ovzduší / 338
168 Znečištění vod a půdy / 340
169 Ochrana biodiverzity / 342
170 Ochrana přírody v ČR / 344
PŘEHLED IKONEK A VÝZNAM POUŽITÉHO PÍSMA
« 1»
Když chceš víc
Doplňující a rozšiřující informace k tématu.
Zajímavosti
Informace z reálného života, praktické aplikace, kuriozity, rekordy.
Mezipředmětové vztahy
Nejen z jiných přírodovědných oborů, jako je fyzika, chemie, zeměpis, ale i z oblasti historie, literatury a dalších oborů.
První pomoc
Informace o první pomoci a lidském zdraví.
Odkazy na jinou část učebnice
Odkazuje na místo, kde je daný jev vysvětlen a více popsán. V elektronické verzi připravovaných učebnic bude aktivní na prokliknutí.
Odkaz na protější stranu v učebnici
V učebnici je vždy první strana kapitoly graficky soustředěná kolem centrálního obrázku. Pokud se všechny informace nevešly na místo, kam by logicky patřily, šedivá šipka na ně odkazuje na protější straně.
Videa
Odkazy na videa kanálu YouTube, archivu České televize a dalších webů, které nabízejí sledování videí. Odkazy budou pravidelně kontrolovány a aktualizovány.
Internet
Odkazy na nejrůznější webové stránky, které podávají další informace, galerie obrázků nebo další užitečné portály.
Experimenty
Uvádí náměty na jednoduché, doma nebo v přírodě snadno proveditelné pozorování a pokusy.
Procvičování
Nejrůznější typy úloh na procvičení látky, na vytvoření vztahů mezi osvojovanými poznatky, na jejich aplikaci a částečně také rozšiřující znalosti.
Odpovědi
Autorské řešení úloh, v tištěné verzi učebnice je uváděno minimálně, bude součástí elektronické verze.
PÍSMO
černé základní – hlavní text
černé tučné – důležitá hesla, termíny, pojmy
černé kurzivní – názvy uměleckých děl zelené tučné – rodová a druhová jména organismů zelené tučné kurzivní – rodová a druhová jména organismů latinsky modré tučné – názvy vyšších skupin organismů, než je rod a druh oranžové tučné – jména osobností
Milí čtenáři,
dostáváte do rukou první vydání učebnice Základy biologie pro gymnázia, která na trhu s učebnicemi představuje nový pohled na široký vědní obor biologie v moderním duchu.
Učebnice vás seznámí s důležitými fenomény a zákonitostmi platnými v přírodě i v lidském těle.
Projdete spolu s námi světem buněk, mikroorganismů, rostlin, hub a živočichů. Dozvíte se mnoho o stavbě a fungování lidského těla, evoluci a dědičnosti.
Unikátní barevné ilustrace, grafiky a fotografie, text strukturovaný na základní a rozšiřující se spoustou zajímavostí vytvořený na základě nejnovějších vědeckých poznatků, přehledná grafika a množství procvičovacích úkolů pro hloubavé čtenáře. To vše vám umožní pochopit biologické principy, aniž byste se museli učit telefonní seznamy mnoha druhů organismů nebo anatomických struktur. Odkazy na internetová videa a webové stránky se připravují.
Pro ty z vás, kdo máte o biologii hlubší zájem, rádi se ponořujete hlouběji do problémů a děláte třeba Biologickou olympiádu či jiné soutěže, můžete používat také učebnice z řady Biologie v souvislostech, které se dají spolu se Základy biologie dobře kombinovat.
Přejeme si, aby se vám učebnice nakladatelství EDUKO líbily. Pokud pro vás budou díky nim hodiny biologie radost a pokud třeba díky tomu zjistíte, že biologie je moderní, zajímavý a progresivní obor, v kterém byste mohli najít svoji budoucnost, budeme rádi.
Těšíme se na vaši odezvu. Vaše názory posílejte na mail biologie@eduko.cz.
autor a redakce
1 B iologie jako věda
Prototyp biologa – je to batikovaná mánička s mastnými vlasy, introvertní podivín s brýlemi, nebo ušlechtilý člověk v bílém plášti? ● Chcete se stát bryologem, malakologem nebo batrachologem? ● Správný sadař by měl být pomologem, rybář ichtyologem.
BIOLOGIE JAKO VĚDNÍ OBOR
Biologie zkoumá vše živé. Původ názvu vědního oboru je v řeckém bios = život a logos = slovo, řeč, smysl, přeneseně i věda.
BIOLOGICKÉ DISCIPLÍNY
Stejně jako každý jiný vědní obor, i biologie obsahuje nepřeberné množství vědních disciplín. Abychom se v nich zorientovali, roztřídíme je podle skupin organismů, podle jejich vlastností, podle toho, zda jde o disciplíny hraničící s jinými velkými obory nebo o disciplíny aplikované (1/1)
Podle níže uvedeného slovníčku latinských a řeckých základů slov přiřaďte k jednotlivým disciplínám jejich náplň.
skupiny organismů
1 botanika
2 algologie
3 bryologie
4 dendrologie
5 mikrobiologie
6 virologie
7 bakteriologie
8 protozoologie, protistologie
9 zoologie
10 entomologie
11 malakologie
12 ichtyologie
13 batrachologie
14 herpetologie
15 ornitologie
16 mamaliologie
17 antropologie
18 mykologie
19 lichenologie
BIOLOGIE
vlastnosti a popis organismů
20 molekulární biologie
21 proteomika
22 morfologie
23 anatomie
24 histologie
25 embryologie
26 cytologie
1/1 Biologové – vědci
hraniční obory
39 biochemie
40 biofyzika
41 bioetika
27 fyziologie
28 imunologie
29 genetika
30 etologie
31 parazitologie
32 ekologie
33 biogeografie
34 taxonomie
35 fylogenetika
36 vývojová biologie
37 evoluční biologie
38 obecná biologie
řec. a-, an- = ne, lat. alga = řasa, řec. batrachos = žába, řec. bryon = mech, řec. dendron = strom, řec. ethos = zvyk, řec. fysis = příroda, řec. herpo = plazit se, řec. histos = tkanina, tkáň, řec. ichthys = ryba, řec. kytos, cytos = dutina, komůrka, buňka, lat. lichenes = lišejník, řec. malakos = měkký, lat. mamma = prs, řec. morfé = tvar, Morfeus = řecký bůh snů, řec. mykes = houba, řec. oikos = dům, řec. ornis = pták, řec. paleo = minulý, dávný, řec. phylon = kmen, klan, řec. proto = první, prvotní, řec. taxis = řád, řec. tome = řez
A. bakterie a jiná prokaryota
B. bílkoviny (proteiny) – struktura a funkce
C. buňka, její stavba a procesy v ní
D. cizopasnictví
E. člověk
F. data a jejich statistické zpracování v oboru biologie
G. dědičnost a proměnlivost organismů
H. dřeviny (stromy a keře)
I. fosílie (zkameněliny), pozůstatky po živých formách na Zemi v minulosti
J. funkce živých soustav, fungování procesů v nich
K. fyzikální vlastnosti živých soustav a vliv fyzikálních faktorů na živé systémy
L. hmyz
M. houby
N chemické složení organismů a chemické děje, které v nich probíhají
O. chování živočichů, včetně člověka, jeho projevy, funkce a vývoj
P. informace – zpracování rozsáhlých souborů dat
Q. jednobuněčná eukaryota (prvoci nebo protista)
R. lišejníky
S. manipulace s genetickou informací organismů
T. mechorosty
U. měkkýši
V. mikroorganismy
42 biostatistika
43 bioinformatika
44 bionika
45 paleontologie
aplikované obory
46 biotechnologie
47 ochranářská biologie
48 hydrobiologie
49 genové inženýrství
50 agrobiologie
51 klinická biologie
52 humánní medicína
53 veterinární medicína
W. molekuly, jejich struktura a funkce v organismech
X. morální otázky vztahu člověka k životu, živým organismům, včetně otázek medicínských
Y. obecné zákonitosti vývoje života na Zemi
Z. obojživelníci
AA. obranyschopnost organismů
BB. ochrana životního prostředí
CC. ontogeneze (vývoj jedince během života)
DD. péče o zdraví člověka
EE. péče o zdraví chovaných živočichů
FF. plazi
GG. ptáci
HH. rostliny
II. rozšíření organismů na Zemi
JJ. ryby, rybovití obratlovci
KK. řasy a sinice
LL. savci
MM tkáně
NN. třídění organismů do systému podle jejich příbuznosti
OO. uplatňuje poznatky o živé přírodě v technice (BIOlogie + techNIKA)
PP. viry
QQ. vlastnosti společné všem živým organismům
RR. vnější tvary organismů a jejich částí
SS. vnitřní orgány – stavba a popis
TT. voda a život v ní
UU vyšetřováním lidského organismu laboratorními metodami
VV. využití organismů a jejich produktů k výrobě látek
1HH, 2KK, 3T, 4H, 5V, 6PP, 7A, 8Q, 9AAA, 10L, 11U, 12JJ, 13Z, 14FF, 15GG, 16LL, 17E, 18M, 19R, 20W, 21B, 22RR, 23SS, 24MM, 25YY, 26C, 27J, 28AA, 29G, 30O, 31D, 32XX, 33II, 34NN, 35WW, 36CC, 37Y, 38QQ, 39N, 40K, 41X, 42F, 43P, 44OO, 45I, 46VV, 47BB, 48TT, 49S, 50ZZ, 51UU, 52DD, 53EE
BIONIKA
WW vývojové vztahy mezi organismy, hledání vzájemné přirozené příbuznosti skupin
XX. vztahy mezi organismy a jejich vztahy k prostředí
YY. zárodečný vývoj živočichů
ZZ. zemědělství a využití biologie v něm
AAA. živočichové
Na počátku 16. století zkonstruoval Leonardo da Vinci létající stroj inspirovaný netopýrem. Da Vinciho tak můžeme považovat za zakladatele bioniky, aplikovaného oboru spojujícího poznatky biologie a techniky (název oboru vznikl spojením slov BIOlogie + techNIKA) – (1/2). 1/2 Bionika – Létající stroj Da Vinciho
1. Určete, z jaké vědní disciplíny pocházejí následující úryvky z odborných textů. Vybírejte mezi obory, které zkoumají obecné vlastnosti organismů (a–f) a konkrétní skupinu organismů (g–l).
a) Většina nových genů vzniká mutacemi nebo duplikací stávajících genů, po které kopie získá nové vlastnosti. V posledních letech se ale ukázalo, že nové geny mohou vznikat i „de novo" způsobem z DNA, která žádný gen neobsahuje.
b) Marasco a jeho spolupracovníci našli protilátky, které se vážou na „krček“ hemaglutininu. Při testech na myších podali zvířatům dávku smrtícího viru ptačí chřipky a k tomu i protilátky proti hemaglutininovému „krčku“. Většina myší životu nebezpečnou infekci přežila.
c) U promiskuitních druhů mají někteří samci tendenci zabíjet mláďata samic, které se s nimi nepářily. Proto se samice snaží spářit se všemi samci ze skupiny, aby její mláďata byla v bezpečí. Tento jev je například pokládán za důvod promiskuity šimpanzích samic. U nich se však projevuje ještě jedno zajímavé a zcela protikladné chování – život v dočasně monogamních čili konzortních párech.
d) Nový výzkum na univerzitě v Albertě nyní přináší fosilní doklady o možném dalším kanibalovi mezi teropodními dinosaury. Bell zkoumal přes 74 milionů let starou čelist tyrannosaurida rodu Gorgosaurus, objevenou v roce 1996 na jihu kanadské provincie Alberty. Přímo v kosti velkého predátora objevili technici z Royal Tyrell Museum vetknutou špičku zubu jiného velkého teropoda. e) Stehenní kost, femur, je nejdelší a nejmohutnější dlouhá kost v těle. Stehenní kost je v sagitální rovině mírně prohnuta vpřed. Distální konec stehenní kosti je rozšířený v příčném i v předozadním směru a vybíhá ve dva kloubní hrboly, condylus medialis et lateralis. f) Z výše uvedeného vyplývá, že role dravců v kolísání početnosti hlodavců je významná. Je tedy logické, že hlodavci naopak znatelně ovlivňují hnízdní aktivity dravců. U poštolky je reakce na početnost hrabošů prokázána jak velikostí snůšky vajec v daném roce, tak velikostí domovského okrsku či mírou obsazení méně kvalitních okrsků. Toto zjištění je z pohledu biologické ochrany důležité. Vyplývá z něj totiž, že vytvořením dostatku hnízdních příležitostí lze znatelně podpořit obsazení území hnízdícími páry, a tak i zvýšit vliv dravců na populace hlodavců v těch místech, kde tyto populace rostou a kde tedy máme o jejich regulaci největší zájem.
g) Hlavní kladené otázky se týkají druhového složení a role fototrofních společenstev v různých biotopech. Doposud byly podrobněji zkoumány stepi a polopouště a alpínské trávníky. Bylo zjištěno, že fototrofní společenstva jsou tvořena z víc jak 90 % hlavně sinicemi, které dobře snášejí vysoké pH místních půd a lépe přežívají v aridních podmínkách Ladáku než zelené řasy a rozsivky.
h) V současnosti mají borovicotvaré dominantní postavení v mírném podnebném pásu a v horských oblastech, cykasotvaré rostou v tropických oblastech všech světadílů, jinanotvaré se štěstím přežily pouze v jednom druhu v Číně.
i) Rhizomorfy jsou silné a dlouhé provazovité útvary, spletené z povrchového mycelia. Houba jimi živiny nečerpá, ale naopak rozvádí a může se tak rozrůstat po velké ploše. Jsou typické například pro dřevomorku domácí nebo václavky.
j) Není pochyb o tom, že mezi lidskými populacemi existuje variabilita. Obvyklé dělení našeho druhu na rasy je však často závislé na zjednodušených vizuálních znacích. Tento odhad stačí ke zjištění, že druh Homo sapiens se skládá z velkého množství různorodých populací s enormní variabilitou.
k) Příchytná vlákna slouží jen k přichycení, výživu totiž přijímají celým svým povrchem. Každý lístek je tvořený jednou vrstvou buněk. To však částečně vysvětluje, proč se mech nedá „vysadit“ jako jiné rostliny. V našich podmínkách jsou nejrozšířenější rody mechů měřík, ploník a kostrbatec.
l) Tento řád zahrnuje asi 225 druhů, které jsou přizpůsobeny nejčastěji k lovu živé kořisti. Mezi typické znaky dravce patří hákovitě zahnutý zobák, ostré drápy a silná, široká křídla. Kořist hledají ve dne, pomocí zraku.
2. Seřaďte disciplíny zkoumající člověka od mikroskopické úrovně po úroveň celodruhovou. anatomie, antropologie, cytologie, histologie, morfologie, proteomika
2 O becné vlastnosti organismů
Virus – špatná zpráva v bílkovinové obálce. ● Máme v sobě třetinu periodické tabulky prvků a celý arzenál kovů. ● Jak stárneme, vysycháme.
Co všechno jsou živé organismy, lze někdy obtížně vymezit. Zejména nebuněčné organismy – viry – se z obecné charakteristiky živého hodně vymykají. Když ale řekneme, že viry projevují známky života v hostitelských buňkách, trochu pravdy na tom je. Jedná se vlastně o nukleovou kyselinu zabalenou v bílkovinovém obalu – špatnou zprávu pro hostitele v proteinové obálce. Rozhodně ale následující společné charakteristiky platí pro všechny buněčné organismy, jako jsou prokaryota nebo eukaryota
HIERARCHICKÉ USPOŘÁDÁNÍ
Z atomů v organismech se skládají jednoduché molekuly, z nich řetězením molekuly složitější (polymery). Některé molekuly zde tvoří nadmolekulární komplexy (membrány, ribozómy, cytoskelet) a organely – všechny tyto struktury pak bývají membránou odděleny od okolního prostředí – tvoří buňky. Mnohobuněčné organismy mívají buňky uspořádané do tkání nebo pletiv, ze kterých jsou tvořeny orgány a případně orgánové soustavy. Ty tvoří celé jedince (2/1) « 1»
SLOŽENÉ Z JEDINCŮ
Jedinci tvoří populace (někdy v trochu těsnějším uspořádání, třeba u sociálně žijícího hmyzu, jako jsou mravenci nebo včely), s ostatními druhy tvoří společenstva a vytvářejí život na Zemi, tedy biosféru « 1»
fosfolipid
červená krvinka
bakterie mitochondrie rostlinná buňka
mravenec slepičí vejce lidské vajíčko myš
žabí vajíčko
člověk pštrosí vejce
velikost (na logaritmické stupnici)
plejtvák sekvojovec
2/1 Poměry velikostí v živých strukturách
VÝVOJ
Vše se neustále mění. Každý jedinec organismu se mění s postupujícím věkem. Organismy jsou také dráždivé – dovedou reagovat na změny ve svém okolí. V průběhu věků se pak organismy mění i z generace na generaci – dochází k biologické evoluci, která vede ke vzniku nových druhů, forem, i k rozvoji celých skupin organismů. To, že změny jsou dědičné, zajišťuje genetická informace uložená obvykle v DNA.
ENERGIE A METABOLISMUS
Protože organismy jsou vysoce uspořádané (a toto uspořádávání vyžaduje neustálé dodávky energie), musejí neustále přijímat, přeměňovat a vylučovat látky a energii (využívají energii světla nebo chemických vazeb z živin), tedy provádět metabolismus. Jsme totiž z fyzikálního hlediska otevřené soustavy.
VODA
Voda, nezbytná součást živých organismů, v sobě rozpouští různé látky, udržuje tepelnou stálost vnitřního prostředí, reaguje s jinými látkami, díky nejvyšší hustotě při 4 °C umožňuje život na dně zamrzlého rybníka. Za většinu vlastností mohou vodíkové můstky, tedy vazby mezi molekulami vody (2/2). « 2 »
vodíkový můstek (-)
2/2 Vodíkové můstky
vodíkový můstek
VODA V NÁS
Nejvyšší zastoupení vody v těle mají třeba medúzy nebo dužnaté plody (více než 90 %), dospělý člověk má kolem 65 % vody, embryo víc, starý jedinec méně, zralá semena mají v sobě kolem 10 % vody. « 2»
CHEMICKÉ PRVKY
V živých organismech obsažené prvky se nazývají biogenní (řec. bios = život, gennao = tvořit, rodit). Podle zastoupení v sušině (hmota organismu bez volné vody) se dělí na makrobiogenní (do 1 % hmotnosti – H, C, O, N, P a Ca), oligobiogenní (do 0,05 % – K, Na, Cl, Mg, S a Fe) a stopové, jejichž množství je pod 0,05 %. Patří tam asi 20 dalších prvků, které vidíte v tabulce (2/3) a jsou v minimálních koncentracích pro chod organismu nezbytné, ale ve větších koncentracích často toxické. « 1»
makrobiogenní prvky (do 1 %)
oligobiogenní prvky (do 1–0,05 %)
stopové prvky (méně než 0,05 %)
Ionty Na+ a Cl- tvoří roztok v okolí buněk, K+ je typický nitrobuněčný kation. Hořčík je součástí molekuly chlorofylu. Síru najdeme v některých aminokyselinách bílkovin (pálící se bílkoviny mléka či vlasů s obsahem síry bezpečně poznáte čichem). Jód je součástí hormonů štítné žlázy a nejrůznější kovy najdeme v molekulách enzymů nebo jiných bílkovin (kyslík se váže na železo v molekule hemoglobinu našich červených krvinek). « 1»
2/3 Periodická tabulka biogenních prvků
Vodík, uhlík a kyslík jsou přítomné ve všech organických látkách organismů. Dusík je navíc přítomen v nukleových kyselinách (DNA, RNA) a v bílkovinách neboli proteinech . To jsou dvě skupiny látek, které tvoří všechny buněčné organismy, ale i nebuněčné viry, a jsou tak zcela univerzální. Pokud má tělo živočichů dusíkatých sloučenin nadbytek, vylučuje je prostřednictvím moči. Vápník je součástí kostí obratlovců nebo schránek měkkýšů, korýšů, dírkonošců a dalších organismů. osfor je také významně zastoupen v kostře obratlovců, navíc se uplatňuje v molekulách DNA a molekulách ATP, energetického platidla, o kterém se dozvíte více později ( kap. 8).
1. Na papír nakreslete sodný a chloridový iont a kolem něho 4 molekuly vody v obvyklém uspořádání (podle obr. 2/2). Takto ionty v buňkách vystupují – obalené hydratačním obalem.
2. Poznejte objekty na obrázku a ke každému z nich přiřaďte prvek, který je v nich obsažen. V nabídce je dusík, fosfor, hořčík, jód, síra, vápník, železo. Každý prvek použijte pouze jednou.
Objekt:
Prvek:
3. Viry mají v rámci živých organismů speciální postavení, protože některé obecné vlastnosti života jsou schopné projevovat pouze prostřednictvím buněk hostitele, kterého napadnou. Rozdělte vlastnosti v tabulce na ty, které má virus i mimo hostitele (označte M), na ty, které má pouze uvnitř buněk (U), a ty, které nemá nikdy (N).
schopnost tvorby bílkovin prvkové složení tvořeny buňkami obsah DNA a proteinů metabolismus vysoce uspořádaný systém schopnost se rozmnožovat evoluce díky mutacím otevřená fyzikální soustava
3 Z áklady taxonomie
Může Honza Novák babočku, kterou chytil a zdála se mu nějaká zvláštní, pojmenovat Novákova?
● Také sypete dinosaurům v zimě do krmítka zob? ● Ulovíte-li lochnesku, je nezbytné ji dotáhnout do Národního muzea? ● Když se tygr a lev mohou zkřížit, jsou to samostatné druhy?
● Neuznávejte parafyletické taxony!
TAXONOMIE
Taxonomie neboli systematika se zabývá definováním druhů a všech vyšších skupin – taxonů (živočichové, členovci, brouci). Určuje jejich hierarchickou klasifikaci pomocí taxonomických jednotek neboli kategorií. To jsou jakési škatulky, do kterých taxony patří (v pořadí i podle klesající důležitostí – doména neboli nadříše → říše → kmen, u rostlin a hub oddělení → třída → řád → čeleď → rod → druh). Systémem nad- a podtaxonů (např. nadtřída, podtřída) je variabilita systému zvýšená. Moderní taxonomové často od pojmenovávání taxonomických jednotek ustupují.
Tradiční říše eukaryot (živočichové, houby, rostliny) jsou dnes řazeny do asi 9 vyšších taxonů, superskupin. Živočichové a houby tak spolu patří do superskupiny Opisthokonta ( kap. 44 a 50). Mnoho jednobuněčných eukaryot nazývaných souhrnně protisti patří do několika samostatných superskupin
BINOMICKÁ NOMENKLATURA
Biologická nomenklatura neboli pojmenovávání druhů má určitá pravidla. Zavedl je v 18. století švédský botanik Carl Linné ve svém díle Systema naturae (Systém přírody Druh se pojmenovává dvouslovnou (binomickou) nomenklaturou, název sestává z rodo vého a druhového jména, jako třeba medvěd hnědý. Pro mezinárodní komunikaci byla stanovena latina, a tak jeho odborný název je Ursus arctos. Autor a letopočet popisu druhu mohou být uvedeny za názvem organismu ( Ursus arctos, Linné, 1758)
– (3/1)
Odborné rodové a druhové jméno se píše v tištěném textu kurzívou. 3/1 Medvěd hnědý (Ursus arctos)
3/2 Holotyp gekona awašského ze sbírek Národního muzea v Praze
TYPOVÉ SBÍRKY
Více o typových sbírkách Národního muzea v Praze.
DALŠÍ NÁZVOSLOVNÁ PRAVIDLA
Platné je nejstarší jméno (od roku 1758). Musí být jednoznačné (dva stejné taxony se nesmí jmenovat stejně). Typový jedinec, holotyp (3/2), který sloužil k popisu druhu či vyššího taxonu, musí být uložen ve sbírce, často ve veřejně přístupné přírodovědné instituci (herbářová položka, preparát, schránka).
DRUH
Obtížná je samotná definice druhu. Biologický druh je soubor příbuzných populací se společnými vlastnostmi, evolučním původem a reprodukční izolací od druhů ostatních (nemůžou se mezi sebou křížit na plodné potomstvo).
Úplně jinak jsou definované druhy bakterií a virů Mnoho organismů žije v těsných symbiózách. Lišejníky jsou pojmenované podle druhu houby, která je tvoří, protože v přírodě neexistuje samostatně ( kap. 48).
LIŠKA A LIŠKA
Jednoznačnost rodového jména ale není jak v latině, tak v češtině vždy dodržena. Jistě vás napadne třeba šelma a houba liška. Pokuste se vymyslet nebo najít česká rodová jména používaná pro dva různé organismy.
KŘÍŽENCI DRUHŮ
Platí zmíněná definice druhu u tygra a lva, pokud mohou vytvořit křížence ligera, nebo u koně a osla, kteří dávají mezky a muly? Všichni tito kříženci jsou neplodní, takže můžeme rodičovské druhy považovat za biologické druhy. Ovšem kříženci rostlinných druhů jsou často plodní.
TAXONOMIE
Moderní taxonomie požaduje, aby každý taxon byl přirozený, tedy monofyletický (řec. mono = jediný, phylon = větev), tj. aby zahrnoval všechny potomky jednoho společného předka. Taxony parafyletické (řec. para = vedle) a polyfyletické (řec. poly = mnoho) jsou v odborné biologii nežádoucí, ale mezi laickou veřejností budou ještě dlouho rozšířené. Parafylum neobsahuje všechny potomky jednoho předka. Naopak je tomu u polyfyla. Díky konvergentnímu vývoji (vývoj nepříbuzných skupin vedoucí díky přizpůsobení podobnému způsobu života k podobným znakům) vypadají druhy této skupiny příbuzné, ač nejsou (3/3) « 1»
TYPY TAXONŮ
Tak např. dnešní ptáci jsou nejblíže příbuzní dinosaurům a z dnešních skupin krokodýlům. A se všemi zmíněnými tvoří v rámci plazů skupinu Archosauria. Pokud bychom měli plazy bez ptáků a nebo pokud bychom používali označení ryby pro všechny paprskoploutvé a svaloploutvé (latimérie a bahníci), nebyl by to monofyletický, ale parafyletický taxon. Principům taxonomie nejvzdálenější jsou taxony polyfyletické. Ty byly ustanoveny chybně – na základě znaků, které si jsou náhodou podobné, spojují nepříbuzné organismy. Například původní řád dravci sestává z vedlejší vývojové větve směřující k papouškům (to jsou sokolovití ptáci) a z ostatních dravců, kteří jsou spíš příbuzní se sovami
PŘÍBUZNOST
Zdá se to jako triviální, logický požadavek, ale v tradičních systémech se najde velké množství taxonů, u kterých příbuznost skupin není zjevná. Bez znalosti molekulárních dat, kdy se srovnává podobnost sekvencí genů v DNA, se dnešní molekulární fylogenetika, tedy nástroj moderní taxonomie, neobejde. « 1»
1. Seřaďte následující taxony podle klesající taxonomické úrovně:
a) říše živočichové – řád primáti – třída savci – podkmen obratlovci – nadčeleď homonoidi – rod člověk – superskupina Opistokonta – kmen strunatci – nadřád placentálové – podřád vyšší primáti – čeleď hominidi – podtřída živorodí b) rod páskovka – řád stopkoocí – říše živočichové – čeleď hlemýžďovití – třída plži – kmen měkkýši – podtřída plicnatí c) říše rostliny – druh locika salát – čeleď hvězdnicovité – podříše cévnaté rostliny – třída dvouděložné – řád hvězdnicotvaré – podčeleď čekankové – oddělení krytosemenné – rod locika
2. Polyfyletické taxony (takové, které sdružují nepříbuzné skupiny do jedné) jsou stále v povědomí laiků zavedené. Pojmenujte podle obsažených skupin nadřazenou množinu organismů. Vám dosud neznámé skupiny vyhledejte na internetu a určete jejich společné vlastnosti.
a) skupina sdružující ptáky a savce
b) skupina sdružující jednobuněčné eukaryotické skupiny s měňavkovitou buňkou (měňavky, slunivky, krytenky, dírkonošci, mřížovci)
c) borovicovité, tisovité, cypřišovité, břízovité, bukovité, javorovité, ořešákovité, jilmovité, platanovité
d) tlusticovité, agávovité, kaktusovité, asfodelovité, kosmatcovité
e) ruduchy, zelenivky, parožnatky, spájivky, chaluhy, rozsivky, obrněnky, skrytěnky, krásnoočka f) nálevníci, výtrusovci, měňavkovci, dírkonošci, mřížovci, trypanozomy, krásnoočka
3/3 Typy taxonů
„RYBY“ „DRAVCI“ ARCHOSAURIA
4 P rokaryotické a eukaryotické buňky
Kdo koho pohltil a v sobě si nechal? ● Eukaryotická buňka jako matrjoška nebo chiméra. ● Platí, že čím je organismus složitější, tím je větší? ● Kdo může za všechny naše vlastnosti? Proteiny.
BUNĚČNÉ ORGANISMY
Existují 3 nadříše (domény) buněčných organismů. První doména bakterie a druhá doména archea mají jednodušší typ buněk – buňky prokaryotické (řec. pro = před, karyon = jádro). Třetí doména zvaná eukaryota, kam patří živočichové, rostliny, houby a další skupiny organismů, má buňky eukaryotické (řec. eu = pravý, dobrý). Srovnejte je na obrázku (4/1) « 1»
PROKARYOTICKÁ BUŇKA
Evolučně původní prokaryotická buňka má jednodušší stavbu. Jedná se o buňky velké přibližně 1 mikrometr (μm = 10-6 m).
STAVBA PROKARYOTICKÉ BUŇKY
Na povrchu prokaryotické buňky je cytoplazmatická membrána, pod ní cytoplazma s ribozómy, v centrální části je kružnicová molekula DNA Všechny ostatní struktury (4/1) prokaryotická buňka nutně mít nemusí.
EUKARYOTICKÁ BUŇKA
Vznik eukaryot popisuje endosymbiotická teorie
ENDOSYMBIÓZA
Předkem eukaryotických buněk byl zástupce prokaryot ze skupiny archea, který ztratil buněčnou stěnu a tím získal schopnost fagocytózy (buněčného požírání). Po pohlcení jiných prokaryot jejich buňky nerozložil a ponechal si je v sobě jako vnitřní symbionty (řec. endo = uvnitř, symbiosis = spolužití). Tak z aerobních bakterií vznikly mitochondrie a ze sinic (fotosyntetizujících bakterií produkujících kyslík) chloroplasty a ostatní plastidy (4/2)
CHARAKTERISTIKA EUKARYOT
Eukaryota jsou větší než prokaryota, buňky řádově mají 10–100 μm. Cytoplazma obsahuje množství organel a membránou ohraničené prostory, ve kterých má prostředí různé vlastnosti (tzv. kompartmentace).
Kromě jednomembránových organel (endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, vakuola) obsahuje i vícemembránové organely vzniklé endosymbiózou (chloroplasty, mitochondrie).
Poznámka: Oranžově popsané struktury na obrázku 4/1 znázorňují znaky společné pro oba typy buněk.
fimbrie
buněčná stěna
cytoplazmatická membrána
bakteriální bičík
VZNIK BUNĚK
Prokaryotické buňky jsou staré přibližně 3,5 miliardy let.
Z nich vznikly endosymbiózou buňky eukaryotické, nejprve před 2 miliardami lety u nich vznikly mitochondrie, pak před více než 1 miliardou let chloroplasty. Proces endosymbiózy můžete sledovat v angličtině na animaci. « 1»
ŽIVOČIŠNÁ BUŇKA
ROSTLINNÁ BUŇKA
jádro
formování organel archea
chloroplast
mitochondrie heterotrofní aerobní bakterie endosymbióza endosymbióza sinice
4/2 Vznik eukaryot endosymbiózou
mitochondrie
pouzdro
cytoplazma
bakteriální chromozóm (nukleoid) tvořený DNA plazmid lysozóm
centriola jako součást cytoskeletu
drsné endoplazmatické retikulum
Golgiho aparát jadérko
glykokalyx ribozóm
jádro
cytoplazmatická membrána hladké endoplazmatické retikulum
jaderná membrána jaderné póry chromatin složený z DNA a histonů
4/1 Srovnání stavby buňky prokaryotické – bakteriální (vlevo) a eukaryotické – živočišné (vpravo)
JÁDRO EUKARYOT
Eukaryota mají pravé jádro, tzn. jádro obalené dvojitou jadernou membránou s jadernými póry, které má uvnitř lineární molekuly DNA (tzn. že nejsou kružnicové a mají začátek a konec) uspořádané do podoby chromozómů. Splývání jader je principem pohlavního rozmnožování, kterého jsou schopná pouze eukaryota.
PROTEOSYNTÉZA
Za realizování vlastností jedince zapsaných v genech na DNA mohou bílkoviny (proteiny). Ty se vyrábějí v procesu, v němž se podle informace v DNA vytvoří „pracovní“ molekula mRNA a podle ní se na ribozomech vyrábějí bílkoviny. Celý proces proteosyntézy (translace) je založen na principu překladu informace z jazyka nukleových kyselin (tj. pořadí nukleotidů, jejich stavebních kamenů) do jazyka bílkovin (tj. pořadí aminokyselin v bílkovinách)
– (4/3)
SEMIAUTONOMNÍ ORGANELY
Mitochondrie a plastidy se v buňce nezávisle na jádře dělí, ale část jejich genů během evoluce přešla do jádra. Nejsou tak schopné samostatné existence mimo eukaryotickou buňku. Jsou proto nazývány jako semiautonomní (polosamostatné).
peptid/protein (bílkovina) aminokyseliny
velká podjednotka ribozómu
FUNKCE BÍLKOVIN
Proteosyntézou vzniklé bílkoviny fungují jako stavební (strukturní) molekuly nebo molekuly s nejrůznějšími funkcemi, včetně funkce enzymů, tedy katalyzátorů všech reakcí v živých systémech. Nic se bez bílkovin neobejde a to, jací jsme, je jen díky bílkovinám
malá podjednotka ribozómu mRNA
4/3 Ribozóm a proteosyntéza
1. Vyberte a podtrhněte z uvedených vlastností ty, které jsou společné prokaryotickým buňkám, mitochondriím a chloroplastům: přítomnost buněčné stěny – přítomnost ribozómů – původně kružnicová DNA – produkce kyslíku – schopnost proteosyntézy
– schopnost pohlavního rozmnožování – schopnost kopírovat svou DNA – dělení – obsahují veškeré geny potřebné k životu –přežijí jen uvnitř těl a buněk eukaryot – vznikly před 3,5 miliardami let – syntetizují enzymy
2. Ke zkratkám základních typů RNA (I–III) přiřaďte jejich funkce (a–c) a jejich význam (A–C), využijte obr. 4/3:
I. tRNA
II. mRNA
III. rRNA
a) určuje pořadí aminokyselin ve vznikající bílkovině (nese předpis pro podobu bílkoviny)
b) přináší jednotlivé aminokyseliny
c) je součástí malé a velké podjednotky ribozómu a katalyzuje některé reakce proteosyntézy
A. messenger, informační, mediátorová
B. transferová, transportní
C. ribozomální
I.
II.
III.
3. U některých organismů, jako jsou krásnoočka nebo rozsivky, nevznikla schopnost fotosyntézy endosymbiózou sinice, ale vznikla v evoluci později díky sekundární endosymbióze. Podle obrázku vyberte a podtrhněte v textu vhodný výraz z nabídky. Vysvětlete písmena M, N a C vyznačené na obrázku.
Předpokládáme, že sekundární endosymbióza proběhla dříve před / později po primární endosymbiózou / primární endosymbióze sinice, kterou tak vznikli /y živočichové / rostliny. Chloroplast vzniklý sekundární endosymbiózou se zformoval po fagocytóze sinice / rostlinné buňky. Má díky tomu na povrchu více / méně než dvě povrchové membrány. Původem sinicové membrány tak musíme na sekundárním chloroplastu hledat na povrchu / směrem dovnitř plastidu.
primární endosymbióza
sekundární endosymbióza
5 M embrána
Mastný povrch každé buňky. ● Cholesterol je zlo! ● Nejvíc sofistikovaná vrátnice každé buňky je membrána. ● Proč okurka pláče? ● Fagocytóza – to nás buňka oblije svými panožkami.
CYTOPLAZMATICKÁ A JINÉ MEMBRÁNY
Všechny typy buněk mají na povrchu membránu, které říkáme cytoplazmatická (5/1). U eukaryot dále vytváří povrch organel, kde tvoří jednu i více obalových vrstev. Těm už neříkáme cytoplazmatické. U prokaryot se občas vchlipuje dovnitř do cytoplazmy v různé výběžky.
DVOJVRSTVA
Cytoplazmatická membrána je asi 4–10 nm silná. Je tvořena dvojvrstvou fosfolipidů a v ní ponořenými molekulami proteinů a steroidů. Díky jejímu uspořádání a vlastnostem stavebních molekul je polopropustná (semipermeabilní) – ( ).
FOSFOLIPIDY
polární skupina fosfát
glycerol
mastné kyseliny
5/2 Fosfolipid
Základem stavby membrány jsou molekuly fosfolipidů (5/2). Skládají se ze dvou mastných kyselin. Jsou to dlouhé karboxylové kyseliny, jejichž řetězce jsou tvořené nepolárními vazbami C-C nebo C-H, a proto odpuzují polární molekuly vody. Jsou tedy hydrofobní (řec. fobos = strach, fobie = různé patologické strachy). Jsou esterovou vazbou vázány na glycerol a na něm je vázán zbytek kyseliny fosforečné (fosfát) a další polární molekula. Celý tento úsek (hlava) obsahuje mnoho polárních vazeb, a proto přitahuje polární molekuly vody a obaluje se jimi. Je hydrofilní (řec. filia = láska, fílie = patologické zbožňování něčeho, třeba pedofilie – sexuální náklonnost k dětem). Protože je cytoplazma i okolí buňky vlastně vodní prostředí, staví se tyto amfifilní (obojaké) molekuly hydrofobními ocasy do dvojvrstvy, vně jsou hydrofilní hlavy. «1»
MEMBRÁNOVÉ PROTEINY
sacharidy glykokalyxu
hydrofilní hlavy fosfolipidů
periferní proteiny
integrální proteiny (přenašeče)
hydrofobní ocasy fosfolipidů
fosfolipid
5/1 Cytoplazmatická membrána
JAK ROZPUSTIT MEMBRÁNU?
Napříč membránou procházejí transmembránové proteiny, často určené k transportu různých částic do buňky nebo z buňky. Fungují jako přenašeče. Za spotřeby energie z ATP fungují pumpy, mluvíme o aktivním transportu. Bez potřeby energie fungují kanály (využívají koncentrační spád neboli gradient, částice samovolně tečou do místa, kde mají menší koncentraci), jedná se o pasivní transport Periferní proteiny (neprochází napříč celou membránou) mohou sloužit k příjmu signálů a interakci buňky s okolím.
CHOLESTEROL
Mezi fosfolipidy jsou vmezeřeny molekuly spíše nepolárních sterolů, u živočišných buněk cholesterolu Jsou poutány na mastné kyseliny fosfolipidů a omezují tak pohyb v rámci jedné vrstvy molekul membrány v jejich okolí. Membrána je neustále v pohybu, je fluidní, tekutá, což můžete vidět na videu.
Cholesterol, který je pro naše membrány nezbytný, umíme v játrech vyrábět. Jeho nadměrný příjem potravou může vést k jeho usazování na stěně cév.
TRANSPORT VODY PŘES
Voda prochází přes membránu samovolně do místa s větší koncentrací osmoticky aktivních rozpuštěných látek. Jevu se říká osmóza. Jde vlastně o difúzi molekul vody přes polopropustnou přepážku, membránu. Přechod vody urychlují kanály zvané akvaporiny
Amfifilní molekuly mají také mýdla a saponáty (obecně detergenty). Díky tomu se mohou vmezeřovat do membrán nebo mastného povrchu špinavých rukou a fungovat jako desinfekce a čisticí prostředek. « 1»
PUMPY A KANÁLY SVALU Ve svalových buňkách je nízká koncentrace vápenatých kationtů Ca2+. Přijde-li z motorického nervu signál, že má dojít ke svalové kontrakci (stahu), vylijí se do cytoplazmy svalových buněk Ca2+ ionty přes vápenaté kanály Aby stah pominul, musejí vápenaté pumpy za spotřeby energie vypumpovat Ca2+ opět mimo cytoplazmu.
OSMOTICKÉ JEVY
Pokud je buňka v prostředí, které má stejnou koncentraci rozpuštěných, osmoticky aktivních látek, je v izotonickém prostředí (řec. isos = stejný, tonus = tlak). Izotonické nápoje znáte ze sportu. V praxi je jako izotonický roztok brán fyziologický roztok tvořený 0,9% roztokem NaCl ve vodě. Vyšší koncentrace látek v hypertonickém roztoku (řec. hyper = nad) vede k vysoušení buňky, svraskání buněk živočišných (plazmorhiza) nebo odtržení buňky od pevné buněčné stěny (plazmolýza) u rostlin. V hypotonickém roztoku (řec. hypos = pod) jsou buňky plněny vodou, zvyšuje se vnitrobuněčný tlak (turgor), případně buňky praskají (plazmoptýza) – (5/3).
CYTÓZA
hypertonický roztok
izotonický roztok hypotonický roztok
ŽIVOČIŠNÁ BUŇKA – ČERVENÁ KRVINKA
ROSTLINNÁ BUŇKA
H2O H2O H2O H2O H2O H2O plazmorhiza plazmoptýza H2O
Do buňky nebo ven z buňky se musejí kromě jednotlivých iontů a molekul dostat i větší objekty. Některé buňky jsou schopné přijímat větší částice potravy nebo roztoky z okolí. Ven zase odcházejí velká množství vyprodukovaných látek. To zajišťuje proces zvaný cytóza (řec. cytos = buňka). Vylučování produktů metabolismu ven z buňky (třeba molekul pro přenos nervového vzruchu mezi nervovými buňkami nebo trávicích enzymů) je exocytóza, příjem čehokoliv dovnitř je endocytóza. Pokud buňka přijímá pevnou potravu, kořist, jedná se o fagocytózu (řec. fagein = žrát). Pokud přijímá z okolí kapičky roztoku, jedná se o pinocytózu, někdy se používá i označení buněčné pití (5/4)
lysozómy hydrolytické enzymy
plazmolýza zvýšený turgor až plazmoptýza
5/3 Osmotické jevy
TRANSPORT DALŠÍCH LÁTEK
Malé a nepolární molekuly prostupují přes membránu volně (plyny O2, CO2, steroidní hormony, etanol), ionty a všechny polární molekuly (glukóza, aminokyseliny) mají specifické přenašeče.
5/4 Cytóza fagozóm
panožky bakterie exocytóza
fagocytóza fagolysozóm potravní vakuola
1. Pokud jsou fosfolipidy volně v tekutině, vytvářejí vrstvy typu membrány. Vymyslete, jak budou molekuly fosfolipidů orientované, pokud budou ve vodě (červenomodré molekuly) roztřepané na malé kapénky, zvané micely, do podoby emulze, a jak budou zorientované na povrchu tukové kapénky v adipocytu (tukové buňce).
Dokreslete do obrázků orientaci molekul fosfolipidů v oblasti označené šipkou. Použijte symbol kuličky s dvěma ocásky jako na obr. 5/2
2. U následujících dějů určete, jaký typ roztoku působí (izotonický, hypotonický, hypertonický) a jaký děj s buňkami probíhá.
a) Posolíme rozkrojenou okurku, ředkvičku nebo cuketu, ta začne „plakat“, vylučovat vodu.
b) Dlouho se koupeme ve vaně, „zvarhánkovatí“ nám bříška prstů. Pokožka je tady fixovaná na podélné škárové papilární linie.
c) Zaprší na zralé třesně nebo rajčata plné cukrů, ty popraskají.
d) Naředíme krev destilovanou vodou, krvinky popraskají.
e) Převážíme orgány určené k transplantaci, které jsou uložené ve fyziologickém roztoku.
FAGOCYTÓZA
Fagocytózu lze pozorovat na bílých krvinkách nebo měňavkách na videu. Bílé krvinky fagocytují bakterie, jsou schopné je okamžitě zabíjet tvorbou chlornanových aniontů (účinná složka Sava). Měňavka na videu požírá trepku. Ta má jako ostatní nálevníci buněčná ústa, na jejichž dně také provádí fagocytózu.
tuková kapénka micela
3. Za pomoci videa (spusťte si titulky, lépe anglické) a svých znalostí doplňte text o přenosu nervového vzruchu mezi nervovými buňkami a o vzniku akčního potenciálu.
Synapse je vodivé spojení dvou neuronů bez jejich dotyku. Napěťově ovládané kanály po příchodu signálu vpustí kationty do synaptického knoflíku. To působí jako signál pro váčky s neurotransmiterem acetylcholinem. Procesem se jejich obsah vylije do synaptické štěrbiny. Na postsynaptické membráně se acetylcholin jako ligand váže na kanály, které se otevřou, a vtékání kationtů do buňky způsobí depolarizaci neboli vznik akčního potenciálu na dalším neuronu.
vakuola
6 B uněčná stěna
Brnění má výhody (chrání před zraněním, nelze odhalit, kdo se pod ním skrývá) i nevýhody (jen velmi těžko se v něm můžeme najíst nebo líbat). ● Co radí Babica, když nemáme pektin do džemu? ● Proč je na čištění ešusu nejlepší přeslička? ● Jak barvit VLASem?
BUNĚČNÉ STĚNY
Buněčná stěna tvoří oporu a ochranu většiny prokaryotických i části eukaryotických buněk. Chrání buňku před patogeny, hůře stravitelné molekuly buněčné stěny činí takto chráněné buňky neatraktivní k sežrání, chrání před osmotickými jevy a prasknutím. Eukaryota bez buněčné stěny jsou živočichové. Umožňuje jim to fagocytózu (příjem velkých kusů potravy), organismy s buněčnou stěnou jsou odkázány na difúzi jednotlivých molekul přes propustnou stěnu až k membráně. « 1»
BUNĚČNÁ STĚNA ROSTLIN
Buněčná stěna rostlin není pevná obálka každé jednotlivé buňky, ale jedná se spíše o vyplnění prostoru mezi buňkami. V pletivech k sobě rostlinné buňky pojí. Základem její stavby jsou vlákna nerozpustného nevětveného polysacharidu celulózy (česky buničiny). Jedná se o pevné lešení, které je tvořeno řetězci molekul glukózy. Pro většinu organismů je však v ní obsažená glukóza nedosažitelná, celulóza je nestravitelná. V naší stravě má význam vlákniny, která formuje stolici, posiluje práci střevní stěny a je substrátem pro život mikroorganismů střevního mikrobiomu kap. 19.
GLYKOKALYX
Na membráně mají buňky často povrch pokrytý krátkými řetězci sacharidů v podobě glykokalyxu (řec. glykos = sladký, kalyx = kalich, plášť) – (5/1). Ten je třeba zodpovědný za odlišné vlastnosti červených krvinek v podobě krevních skupin « 1»
Aby lešení z celulózy drželo pohromadě, je potřeba vlákna spojit. K tomu slouží molekuly dalších polysacharidů – hemicelulóz a pektinu Pektin je v horké vodě rozpustný, za studena tuhne v gelovitou hmotu. Toho se používá při vaření marmelád a džemů či výrobě bonbónů.
ZPEVNĚNÍ BUNĚČNÉ STĚNY
Pokud se mezi vlákna celulózy ukládají další látky, dále se vlastnosti stěny mění. Organické látky stěnu impregnují, anorganické inkrustují. Dřevo je impregnováno fenolickou látkou zvanou lignin. Na povrchu buněčné stěny pokožky listů, stonku či plodů je voskovitá látka zvaná kutin (tvoří vodoodpudivou kutikulu). Oxid křemičitý (SiO2) mají v buněčné stěně přesličky (jejich stonek je tak ideální na čištění připáleného ešusu) nebo trávy a ostřice Uhličitan vápenatý (CaCO3) ukládají v buněčné stěně řasy parožnatky
BUNĚČNÁ
STĚNA HUB
Základem buněčné stěny hub jsou opět pevná, pro většinu organismů nestravitelná vlákna, tentokrát z polysacharidu chitinu. Stejný polysacharid tvoří vnější kostru členovců a tak není divu, že se prokázalo, že houby a živočichové jsou v moderních systémech blízce příbuzní.
BUNĚČNÁ STĚNA BAKTERIÍ
Existuje dvojí uspořádání povrchu bakteriálních buněk (6/3)
buněčná stěna z peptidoglykanu
6/1 Buněčná stěna porin
cytoplazmatická membrána pektin hemicelulóza celulóza
PEKTIN V NAŠÍ KUCHYNI
Chce-li hospodyňka, aby marmeláda dobře ztuhla, a nemá-li pektin, přidá citrusovou kůru, slupky z jablek nebo rybíz (vše je bohaté na pektin).
cytoplazmatická membrána
grampozitivní gramnegativní
teichoová kyselina
lipopolysacharid vnější membrána peptidoglykan
cytoplazmatická membrána
6/3 Povrch buněk bakterií
střední lamela
buněčná stěna
6/2 Pektin
G+ A G- BAKTERIE
Podle toho, jak lze bakterie barvit technikou Gramova barvení, se bakterie dělí na grampozitivní (G+) a gramnegativní (G-). Hlavní složkou buněčné stěny G+ bakterií je silná buněčná stěna z látky zvané peptidoglykan (nebo také murein). Jedná se o látku složenou z krátkých peptidových (několik aminokyselin dlouhý řetězec) úseků pospojovaných dlouhými vlákny polysacharidů. U G- bakterií je vrstva peptidoglykanu tenká a nad ní je svou stavbou a složením unikátní vnější membrána
GRAMOVO BARVENÍ
Gramovo barvení se často zkracuje symbolem VLAS (počáteční písmena slov violeť – Lugolův roztok – alkohol – safranin). Krystalovou violetí se obarví všechny buňky, ale u gramnegativních bakterií dojde k jejich odbarvení lihem. Příčinou je tenká vrstvička peptidoglykanu, která nezadrží fialové barvivo uvnitř buněk. Pak se G- bakterie dobarví růžovým safraninem
Na obrázku 6/4 je vidět výsledek Gramova barvení smíšené kultury. V preparátu jsou vidět koky (kulovité bakterie) fialové, tedy G+, a růžové tyčinky, které jsou G-.
PODLE PANA GRAMA
Technika barvení bakterií podle Hanse Christiana Grama usnadnila lékařům diagnostiku bakteriálních chorob od konce 19. století.
1. Spousta potravin a předmětů v kuchyni má rostlinný původ. V následujícím seznamu podtrhněte vše, co obsahuje významně zastoupenou celulózu.
mléko dřevěné prkénko eidam jablko papírové utěrky máslo instantní polévka levné párky džus s vlákninou kmín prostředek na mytí nádobí žampióny kuchařka (kniha) kuchařka (žena)
2. Pacientka přišla k lékaři s poševním výtokem a podezřením na kapavku nebo nějakou kvasinkovou infekci. Lékař odebral vaginální stěr, v laboratoři provedli Gramovo barvení a laborant dostal výsledek, který vidíte na obrázku. Kapavku způsobuje bakterie Neisseria gonorrhoeae, což jsou gramnegativní diplokoky (dvě spojené kulovité bakterie), kvasinky Candida se díky své buněčné stěně chovají jako grampozitivní bakterie, jsou fialové, buňky sliznice pochvy buněčnou stěnu nemají, barví se růžově, tedy negativně podle Grama. Oba tyto typy buněk jsou řádově větší než bakterie. Přirozenou součástí vaginálního mikrobiomu jsou grampozitivní bakterie rodu Lactobacillus, tyčinkovité bakterie. Jak byste nález pacientky vyhodnotili?
3. Dřevokazné houby jsou typicky dvojího typu. Jedny rozkládají celulózu a druhé lignin. Celulóza, jak už jste se dozvěděli, vytváří dlouhé nevětvené polymerní řetězce poskládané do mikrofibril. Lignin je polymerní fenolická látka, vytvářející 3D sítě. Fenolické látky časem oxidují, a proto je často lignin tmavý. U následujících obrázků bílé a hnědé hniloby dřeva rozhodněte, která je způsobena celulolytickou a která ligninolytickou houbou (lyze = rozklad, rozpad).
hnědá hniloba
bílá hniloba
její původce troudnatec pásovaný B
Je způsobena houbou
Je způsobena houbou
6/4 Gramovo barvení
7 Jednomembránové organely
Aby nebyl v cytoplazmě guláš, je potřeba vše zaváčkovat. ● Vepřové je dobré jen tehdy, když je prasátko v pohodě. ● Je modrá růže legenda, nebo si ji můžeme udělat? ● Jak na to, abychom ve vodě nepraskli?
MEMBRÁNOVÉ ORGANELY
Už víte, že eukaryotické buňky jsou kompartmentované, tj. že mají vnitřní prostor rozdělený membránami na oddíly s odlišným chemickým složením a s odlišnými chemickými ději. Kromě semiautonomních organel vzniklých endosymbiózou ( kap. 8) a jádra, které je obaleno dvojitou membránou, je cytoplazma vyplněna různými jednomembránovými organelami. Jsou jimi Golgiho aparát, endoplazmatické retikulum, lysozómy, vakuoly a další (7/1).
ENDOPLAZMATICKÉ RETIKULUM (ER)
Je to struktura navzájem propojených plochých cisteren, váčků a trubiček, která dostala svůj krkolomný název z řec. endo = uvnitř, z plazmy (míněno cytoplazmy) a latinského slova reticulum = síť. ER obsahují téměř všechny typy eukaryotických buněk. Navazuje na jadernou membránu a je zodpovědné za syntézu obrovského množství látek, které tvoří buňku.
HLADKÉ ER
Hladké ER (hladké proto, že nemá na membránu přichycené ribozómy). Probíhají tu různé syntetické procesy, např. syntéza cholesterolu a steroidních hormonů, syntéza fosfolipidů pro stavbu membrán, odbourávání hemu z hemoglobinu. Váčky ER jsou také zásobárnou vápenatých iontů (Ca2+), které se třeba ve svalových buňkách vylévají při zahájení svalového stahu.
DRSNÉ ER
PROMĚNY JEDNOMEMBRÁNOVÝCH ORGANEL
Dramatické podání vzniku a funkce lysozómů a funkce endoplazmatického retikula a Golgiho aparátu najdete na tomto videu.
transportní váčky
ribozómy
drsné endoplazmatické retikulum lysozóm
sekreční váčky
hladké endoplazmatické retikulum endozóm
Golgiho aparát
Drsné ER (drsné díky přítomnosti ribozómů) je hlavní továrna na bílkoviny určené pro všechny membrány (transmembránové bílkoviny), pro vnitřní obsah váčků (enzymy lysozómů) i pro sekreci ven z buňky (enzymy trávicího traktu, bílkoviny krevní plazmy nebo mateřského mléka a mezibuněčná hmota).
GOLGIHO APARÁT (KOMPLEX)
Je to systém na sebe naléhajících plochých cisteren, ve kterých probíhají posttranslační modifikace bílkovin (posttranslační znamená po translaci, procesu proteosyntézy na ribozomech). To znamená, že spolupracuje typicky s drsným endoplazmatickým retikulem, odkud přijímá ve váčcích molekuly proteinů a provádí jejich další chemické úpravy. U rostlin vytváří polysacharidy pro stmelení celulózy buněčné stěny. Odštěpuje nejrůznější váčky pro transport látek v cytoplazmě (do jiných organel nebo k membráně a ven z buňky). « 1»
LYSOZÓMY
Lysozómy jsou váčky s trávicími enzymy určenými pro rozklad látek přijatých cytózou. Jsou typické především pro živočišné buňky.
VÁČKY NERVOVÝCH BUNĚK
Mezi sekreční váčky pocházející z endoplazmatického retikula patří váčky s neurotransmitery, látkami, které mezi nervovými buňkami přenášejí nervový signál ( kap. 133). « 1»
PRASKÁNÍ LYSOZÓMŮ
Pokud je organismus (buňka) ve stresu, může dojít ke spontánnímu praskání lysozómů a rozkladu cytoplazmy. To může nastat např. během stresu zvířat na jatkách. Proto je nutné, aby jejich porážka probíhala rychle a humánně. Tím se udrží dobrá kvalita masa. Na dalším zrání masa se ale enzymy lysozómů podílejí.
7/1 Jednomembránové organely
jádro
VAKUOLA
Vakuola je organela typická pro rostlinnou buňku. Najdeme ji také u hub. Nejrůznější skupiny jednobuněčných eukaryot mají další speciální organely, kterým se také někdy říká vakuoly, potravní vakuoly či stažitelné vakuoly (7/2).
STAVBA VAKUOLY
Membrána vakuoly rostlin se nazývá tonoplast a roztoky, které jsou ve vakuole a tvoří buněčnou šťávu, na ni podle naplněnosti vakuoly vyvíjejí tlak zvaný turgor. Ten se odvíjí od osmotických procesů, které vakuolu plní vodou, nebo ji naopak vyprazdňují ( kap. 5). Pokud rostlinné buňky ztrácí vodu, turgor klesá a ochabuje tvar buňky i celé rostliny. Rostlina uvadá
OBSAH VAKUOLY
Hlavní obsahovou látkou vakuoly je voda. Proto všechny látky obsažené ve vakuole jsou ve vodě rozpustné, hydrofilní. Vakuoly obsahují látky chránící rostlinu před býložravci (jedovaté alkaloidy, hořké třísloviny, kyselinu šťavelovou) nebo barviva lákající opylovače na květy a šiřitele semen na dužnaté plody (např. červeno-fialovo-modrá barviva antokyany – 7/3). Pro všechny látky platí, že mají v molekulách mnoho polárních skupin a díky tomu jsou rozpustné ve vodě jakožto polárním rozpouštědle. Z rostlin se tedy dobře vyluhují třeba horkou vodou.
KVĚTY A pH
Některé rostliny ve svých buňkám udržují stálé pH a pak mají jednu barvu, jiné mohou pH vakuol během vývoje měnit a pak třeba květy mohou lákat opylovače na konkrétní odstín. Příliš mladé nebo naopak staré květy bez nektaru a pylu mají barvy jiné. To se hmyz záhy naučí, která barva slibuje nejvíc potravy.
osmotický tlak
vakuola
7/2 Vakuola rostlin chloroplast tonoplast
buněčná stěna mitochondrie jádro cytoplazma turgor
LEGRÁCKY S ČERVENÝM ZELÍM
Zalitím nakrájeného červeného zelí horkou vodou dostaneme fialový roztok antokyanů. Tato barviva fungují jako acidobazické indikátory (lat. acidus = kyselý, basis = zásada, indico = ukazovat), mění svoje zbarvení podle pH (čísla na zkumavkách na obrázku). V kyselém prostředí přecházejí do červena, v mírně zásaditém do modra. Návody na legrácky s výluhem ze zelí najdete na videu.
7/3 Indikátor z červeného zelí a pH
1. Na obrázku vidíte rozkvétající květenství plicníku. Podle znalostí barevných přeměn antokyanů popište, jak se mění pH vakuoly v korunních lístcích během vývoje květu (poupě, rozkvetlý květ, odkvétající květ) a jaký mají tyto barevné změny význam.
Vezmemeli kvetoucí rostlinu kakostu lučního, čekanky obecné nebo chrpy modré a podráždímeli rostlinou mravence na mraveništi, vystřikovaný sekret ze zadečku mravenců způsobí na květech barevné změny. Vysvětlete, k jakým změnám dochází. Jak byste z červené růže udělali růži modrou?
2. Proteiny neboli bílkoviny vznikají na ribozómech, které jsou buď volně v cytoplazmě, nebo na membráně drsného endoplazmatického retikula. Rozhodněte, na kterém typu ribozómu – volném (označte V), nebo vázaném na endoplazmatické retikulum (označte ER) – vznikají uvedené proteiny a peptidy:
a) proinzulín – molekula, ze které se vytváří do krve uvolňovaný hormon inzulín
b) histonacetyltransferáza – enzym vázající na jaderné bílkoviny zbytky kyseliny octové
c) lysozomální proteáza – enzym štěpící bílkoviny, obsažený v lysozómech d) imunoglobulin IgG – volně do krve produkovaná protilátka pocházející z Blymfocytů e) kolagen – stavební protein tvořící mezibuněčnou hmotu hlavně pojivových tkání f) Cdk – cyklindependentní kináza, enzym kontrolující průchod jednotlivými fázemi buněčného cyklu g) ptyalin – slinná amyláza, enzym slin štěpící škrob
3. Při dělení rostlinných buněk vzniká mezi dvěma budoucími buňkami fragmoplast. Fragmoplasty vznikají na bílkovinových vláknech cytoskeletu a po nich jsou k místu budoucí přepážky dopravovány váčky s materiálem na stavbu budoucí buněčné stěny. Ze které organely (na obrázku označené otazníkem) tyto váčky pocházejí?
