Cookies nám umožňujú poskytovať lepšie služby. Používaním tejto webstránky vyjadrujete súhlas s používaním a uchovávaním cookies.   Súhlasím   Informácie o cookies
Biopedia logo

Chemické zloženie bunky

Živá bunka ako nositeľ všetkých životných procesov sa skladá z rôznych chemických zlúčenín, ktorých základom sú chemické prvky prítomné aj v neživej prírode. Kvalitatívny rozdiel v chemickom zložení jednobunkovca a zrnka piesku teda nespočíva v prítomnosti unikátnych "živých" atómov, ale v komplexite chemických zlúčenín založených na jedinečných vlastnostiach uhlíka, ktoré umožňujú vytvárať dlhé a dostatočne stabilné reťazce so sebou samým. Uhlík je teda základným prvkom organických látok, medzi ktoré patria bielkoviny, sacharidy, lipidy a nukleové kyseliny. Štúdiom chemických vlastností uhlíkatých zlúčenín sa zaoberá organická chémia. Chemické procesy v živých organizmoch študuje biochémia.

Uhlík patrí medzi tzv. základné, alebo primárne biogénne prvky (biogénny = tvoriaci živú hmotu) spolu s ďalšími chemickými prvkami, z ktorých sa skladajú spomenuté organické látky. Tieto biogénne prvky sa nazývajú aj makroelementy:

K týmto šiestim základným biogénnym prvkom patrí ešte niekoľko ďalších chemických prvkov, bez ktorých si život nevieme predstaviť, a ktorých prítomnosť je z hľadiska prežitia bunky úplne nevyhnutná. Z hľadiska výskytu sú to stále makroelementy, ale netvoria priamo súčasť hlavných organických látok, preto sa niekedy nazývajú vedľajšie, alebo sekundárne biogénne prvky. Okrem horeuvedených makroelementov sú to tieto:

Okrem makroelementov, živá hmota obsahuje celý rad stopových prvkov, alebo mikroelementov (bór - B, zinok - Zn, kobalt - Co, mangán - Mn, železo - Fe, meď - Cu, molybdén - Mo a iné), ktorých nedostatok má za následok porušenie fyziologických procesov (ich spomalenie alebo úplné zastavenie) a spôsobuje rôzne ochorenia rastlín a živočíchov.

Anorganické látky sú jednoduchšie zlúčeniny biogénnych prvkov (v prenesenom slova zmysle sú nimi aj samotné chemické prvky), v ktorých spravidla nefiguruje uhlík. V bunke sa môžu nachádzať viazané vo forme solí (chloridy, fluoridy, uhličitany, fosforečnany a pod.), súčasť enzýmov (železo v hemoglobíne) alebo ako voľné ióny (Na+, Ca2+).

Graf: Relatívne zastúpenie zlúčenín v živých organizmoch

Zastúpenie látok závisí od mnohých kritérií, akými sú vek, typ bunky, vonkajšie prostredie, konkrétny druh organizmu.

Najdôležitejšou anorganickou zlúčeninou každej bunky je voda, ktorá tvorí 60-90% (~65%) hmotnosti bunky. Jej úloha je nezastupiteľná v mnohých procesoch:

  • rozpúšťadlo anorganických a niektorých organických látok
  • tvorí prostredie pre priebeh chemických reakcií
  • rozvádza rozpustené látky do buniek, tkanív a pletív
  • podmieňuje fyzikálne procesy (difúzia, osmóza)
  • termoregulačná funkcia
  • fotolýza vody ako súčasť fotosyntetického procesu u rastlín

Bielkoviny (proteíny, gr. protos = prvý, prvotný) sú biomakromolekuly zložené z lineárne usporiadaných aminokyselín, ktoré vytvárajú polypeptidový reťazec, pričom jednotlivé aminokyseliny drží pokope peptidová väzba. Existuje 20 štandardných (tzv. proteinogénnych) aminokyselín, ktorých zaradenie do polypeptidového reťazca je "zapísané" v genetickej informácii. Vzájomné pôsobenie aminokyselín vytvára komplikovanú, ale prísne determinovanú trojrozmernú štruktúru proteínu so špecifickou funkciou. Ak je priemerný proteín zložený z 50 aminokyselín, ich kombináciou môže vzniknúť 2050 = 1,13.1065 možných kombinácií, čo predstavuje nesmierne veľkú funkčnú variabilitu týchto štruktúr.

Chemické zloženie bielkovín

Funkciu bielkovín v bunke možno zhrnúť do niekoľkých kategórií:

  • mechanické bielkoviny - mikrofilamenty
  • transportné bielkoviny - funkcia prenášačov v biomembránach
  • štruktúrne bielkoviny - stavebná funkcia
  • metabolické bielkoviny - enzýmy
  • informačné bielkoviny - regulácia bunkových procesov

Bielkoviny sú pre život úplne nevyhnutné a nedajú sa nahradiť žiadnymi inými látkami. Rastlinné bunky obsahujú menej bielkovín, ale zato viac polysacharidov. Bielkoviny si vytvárajú z jednoduchých anorganických látok. V živočíšnych bunkách pripadá na bielkoviny až 80% organických látok. Živočíšny organizmus prijíma bielkoviny v potrave, štiepi ich na jednotlivé aminokyseliny a z nich stavia svoje špecifické bielkoviny.

Z lipidov (gr. lipos = tuk) sú najvýznamnejšie tuky, čo sú estery vyšších mastných kyselín a glycerolu. Obsah a druh tuku závisí od druhu, výživy, fyziologického stavu, veku. Tuky majú v bunke niekoľko významných funkcií:

  • zdroj energie (1g = 38 kJ)
  • stavebná funkcia - fosfolipidová vrstva biomembrán
  • metabolická funkcia
  • izolačná, resp. termoregulačná funkcia
  • zásobná funkcia (tukové tkanivo u živočíchov, endosperm u rastlín)
  • ochranná funkcia - okolo dôležitých orgánov (vosky u rastlín)
  • sú rozpúšťadlom pre vitamíny A, D, E, K (vitamíny rozpustné v tukoch)

Typické membránové lipidy sú zložené z glycerolu, polárnej skupiny (oligosacharidového zvyšku) a vyššej mastnej kyseliny, ktorá je nepolárna. Z toho dôvodu má celá molekula glycerolfosfolipidu polárny charakter, ktorý určuje jej orientáciu vo vodnom prostredí. Takáto štruktúra má veľký význam pri tvorbe biomembrán.

Schéma membránového glycerolfosfolipidu

Sacharidy (lat. saccharum = cukor) sú základnou zložkou všetkých živých organizmov a zároveň najrozsiahlejšou triedou biologicky aktívnych molekúl. Vznikajú z neústrojných (anorganických) látok v zelených rastlinách v procese fotosyntézy, počas ktorého sa slnečná energia premieňa na energiu chemických väzieb atómov v molekule sacharidu. Živočíchy prijímajú sacharidy v potrave a dýchaním, ktorého základom je biologická oxidácia, sa táto energia uvoľňuje pre ostatné metabolické procesy.

Fotosyntézou vzniknuté monosacharidy sú najjednoduchšie cukry a zároveň najmenšie zložky zložitejších sacharidov, v ktorých sú jednotlivé monosacharidy pospájané navzájom glykozidovou väzbou.

Chemické zloženie cukrov

Sacharidy sa podľa počtu monosacharidových jednotiek delia na:

  1. monosacharidy
  2. disacharidy - 2 jednotky
  3. oligosacharidy - niekoľko jednotiek, súčasti glykoproteínov a glykolipidov
  4. polysacharidy - veľký počet jednotiek; pre svoju veľkosť niekoľko 100 tisíc Daltonov a viac patria spolu s bielkovinami a nukleovými kyselinami k biomakromolekulám
Tab. Niektoré najvýznamnejšie sacharidy
monosacharidy disacharidy polysacharidy
glukóza
(hroznový cukor)

fruktóza
(ovocný cukor)

galaktóza
(mozgový cukor)

deoxyribóza
(zložka DNA)

ribóza
(zložka RNA)
sacharóza
(repný cukor)

maltóza
(sladový cukor)

laktóza
(mliečny cukor)
škrob
(zásobná funkcia u rastlín)

celulóza
(bunková stena rastlín)

chitín
(bunková stena húb)

Nukleové kyselinymakromolekulové zlúčeniny, ktoré sa nachádzajú v bunkovom jadre a niektorých organelách (mitochondrie, chloroplasty). Ich základnou stavebnou jednotkou sú nukleotidy, ktoré sa spájajú do lineárneho polynukleotidového reťazca prostredníctvom fosfodiesterovej väzby. Každý nukleotid sa skladá z 3 zložiek:

  1. dusíkatá báza - adenín (s označením A), guanín (G), cytozín (C), tymín (T), uracil (U)
  2. 5-uhlíkatý cukor - ribóza (RNA) alebo deoxyribóza (DNA)
  3. zvyšok kys. trihydrogenfosforečnej (H3PO4) - tvorí vonkajšiu kostru polynukleotidového reťazca

Chemické zloženie nukleových kyselín

DNA vo väčšine živých organizmov je tvorená z dvoch špirálovite zatočených polynukleotidových reťazcov, ktoré ležia oproti sebe. Podľa pravidla o párovaní báz leží A oproti T a C leží oproti G. Párovanie je zabezpečené prostredníctvom vodíkových mostíkov.

Tab. Rozdiely medzi DNA a RNA
  DNA RNA
cukorná zložka deoxyribóza ribóza
dusíkaté bázy A-T, C-G A-U, C-G
počet reťazcov dvojreťazcová jednoreťazcová

V nukleových kyselinách je uložená genetická informácia, ktorá určuje, (i.) v ktorom čase, (ii.) za akých podmienok a (iii.) ktoré bielkoviny a s tým spojené produkty metabolických dráh bude bunka obsahovať. Pre život prevažnej väčšiny buniek (okrem niektorých vysoko špecializovaných typov - červené krvinky cicavcov, cievy a cievice rastlín) je nepoškodená genetická informácia životne dôležitá. Nukleové kyseliny predstavujú hmotný základ dedičnosti a premenlivosti živých organizmov.



Zopakujme si...