Chemické zloženie bunky

Biogénne prvky link

Živá bunka je vysoko organizovaný systém zložený z chemických prvkov. Z 92 prirodzene sa vyskytujúcich prvkov na Zemi je pre život nevyhnutných približne 25. Tieto prvky spoločne nazývame biogénne prvky. Pre každý biogénny prvok platí, že jeho funkciu v organizme nemôže nahradiť iný prvok. Ich akútny nedostatok sa prejavuje abnormálnym vývinom, viditeľnými chorobnými príznakmi až úplným hynutím organizmu (napríklad rastliny).

Rozdiel medzi živou a neživou hmotou nespočíva v prítomnosti unikátnych atómov, ale v obrovskej komplexite chemických zlúčenín, ktoré sú postavené na jedinečných vlastnostiach uhlíka. Uhlík dokáže so sebou samým vytvárať dlhé a stabilné reťazce, čím tvorí chrbticu všetkých organických látok v bunke.

Makroelementy (Základné biogénne prvky) link

Až 96 % živej hmoty tvoria len štyri primárne prvky (C, H, O, N). Tieto a ďalšie najviac zastúpené prvky označujeme ako makroelementy:

• uhlík (C) – základná stavebná častica všetkých organických látok a anorganického CO₂
• vodík (H) – zložka vody a všetkých organických makromolekúl
• kyslík (O) – zložka vody a organických látok, vo forme O₂ slúži ako konečný akceptor elektrónov pri aeróbnom dýchaní
• dusík (N) – kľúčová zložka aminokyselín, bielkovín a nukleových kyselín
• fosfor (P) – tvorí fosfátovú kostru nukleových kyselín, je súčasťou membránových fosfolipidov a prenášača energie ATP
• síra (S) – dôležitá súčasť mnohých bielkovín (aminokyseliny metionín a cysteín) a koenzýmov

K makroelementom patria aj ďalšie prvky, ktoré netvoria priamo kostru organických látok, no sú nevyhnutné pre iónovú rovnováhu a funkciu enzýmov:

• draslík (K) – základný vnútrobunkový katión, reguluje osmotický tlak a svalovú činnosť
• vápnik (Ca) – dôležitý pre medzibunkovú komunikáciu, svalovú činnosť a stavbu opornej sústavy
• horčík (Mg) – nevyhnutný pre metabolizmus nukleových kyselín a centrálnu štruktúru chlorofylu
• sodík (Na) – reguluje osmotický tlak a prenos nervového vzruchu
• chlór (Cl) – podieľa sa na regulácii pH a osmotickej rovnováhy

Mikroelementy (Stopové prvky) link

Sú to prvky, ktoré sa v organizme nachádzajú v nepatrných množstvách (pod 0,01 %), no ich prítomnosť je pre prežitie bunky absolútne kritická. Patria sem napríklad železo (Fe), zinok (Zn), meď (Cu), molybdén (Mo) či jód (I). Ich nedostatok spôsobuje vážne poruchy fyziologických procesov a rôzne ochorenia.

Anorganické látky v bunke link

Voda link

Voda je najviac zastúpenou a najdôležitejšou anorganickou zlúčeninou, tvorí 60–90 % celkovej hmotnosti bunky. Keďže je jej molekula silne polárna, má v bunke nezastupiteľné funkcie:

• funguje ako univerzálne rozpúšťadlo anorganických a mnohých organických látok
• vytvára nevyhnutné prostredie pre priebeh všetkých biochemických reakcií
• podmieňuje fyzikálne procesy (difúzia, osmóza) a udržiava vnútorný tlak a tvar buniek (turgor)
• rozvádza rozpustené látky a má termoregulačnú funkciu
• priamo sa podieľa na fotosyntéze u rastlín (fotolýza vody)

Soli a ióny link

Okrem vody sa v bunke nachádzajú anorganické látky vo forme rôznych solí (chloridy, fosforečnany, uhličitany). Vo vodnom prostredí disociujú na voľné ióny (napríklad Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻, PO₄³⁻). Tieto ióny sú nevyhnutné pre udržiavanie osmotickej rovnováhy, prenos nervových vzruchov a aktiváciu špecifických enzýmov.

Organické látky v bunke link

Organické molekuly živej hmoty sa v bunke spájajú do obrovských polymérov (makromolekúl), ktoré delíme do štyroch hlavných biologických skupín.

Bielkoviny (Proteíny) link

Bielkoviny (proteíny) sú najrozmanitejšie biomakromolekuly, ktorých základnou stavebnou jednotkou sú aminokyseliny. Tie sa navzájom spájajú pevnou peptidovou väzbou (−CO−NH−) a vytvárajú polypeptidový reťazec. V živých organizmoch sa bielkoviny tvoria kombináciou 20 štandardných (proteinogénnych) aminokyselín presne podľa inštrukcií zapísaných v genetickej informácii.

Bielkoviny sú pre život nenahraditeľné a plnia široké spektrum funkcií:

• katalytická funkcia – fungujú ako enzýmy, ktoré riadia a urýchľujú chemické reakcie v bunke
• štruktúrna funkcia – tvoria oporné a stavebné štruktúry (kolagén v tkanivách, keratín vo vlasoch a nechtoch)
• transportná a pohybová funkcia – prenášajú kyslík (hemoglobín) či ióny cez biomembrány a zabezpečujú pohyb (myozín vo svaloch)
• obranná a signálna funkcia – tvoria protilátky imunitného systému, hormóny (inzulín) a bunkové receptory

Sacharidy (Cukry) link

Sacharidy sú najrozsiahlejšou triedou biologicky aktívnych molekúl. Primárne vznikajú z anorganických látok v zelených rastlinách procesom fotosyntézy. Ich základnou stavebnou jednotkou sú monosacharidy, ktoré sa spájajú do väčších celkov glykozidovou väzbou. V bunke slúžia predovšetkým ako okamžitý zdroj energie, dlhodobá zásobná látka a pevná stavebná zložka.

Podľa počtu monosacharidových jednotiek ich delíme do troch hlavných kategórií:

• monosacharidy – najjednoduchšie cukry slúžiace ako rýchly zdroj energie (glukóza – hroznový cukor, fruktóza – ovocný cukor) alebo ako stavebné zložky nukleových kyselín (ribóza a deoxyribóza)
• disacharidy – zložené z dvoch spojených jednotiek (sacharóza – repný cukor, maltóza – sladový cukor, laktóza – mliečny cukor)
• polysacharidy – obrovské makromolekuly tvorené tisíckami jednotiek. Pôsobia ako zásobárne energie (škrob u rastlín, glykogén u živočíchov a húb) alebo majú stavebnú funkciu (celulóza v bunkovej stene rastlín, chitín v bunkovej stene húb a vonkajšej kostre článkonožcov)

Lipidy (Tuky) link

Lipidy sú na rozdiel od ostatných skupín vo vode nerozpustné (hydrofóbne) zlúčeniny. Najvýznamnejšou skupinou sú tuky, čo sú chemicky estery vyšších mastných kyselín a alkoholu glycerolu. V bunkách majú niekoľko kľúčových úloh:

• zásobáreň energie – tuky sú z hľadiska objemu najefektívnejším zdrojom uloženej energie (1 g tuku obsahuje až 38 kJ)
• stavebná funkcia – špecifické fosfolipidy sú kritickou súčasťou všetkých biologických membrán. Majú jeden koniec hydrofilný a druhý hydrofóbny, vďaka čomu vo vodnom prostredí spontánne vytvárajú fosfolipidovú dvojvrstvu
• ochranná a izolačná funkcia – obaľujú a chránia dôležité orgány, tvoria ochranné vosky na povrchu rastlín a fungujú ako výborná tepelná izolácia
• metabolická funkcia – sú nevyhnutným rozpúšťadlom pre vitamíny A, D, E, K a tvoria základ pre dôležité steroidy (ako je cholesterol a rôzne hormóny)

Nukleové kyseliny link

Nukleové kyseliny predstavujú hmotný základ dedičnosti a premenlivosti organizmov. Sú to makromolekuly nachádzajúce sa v bunkovom jadre, ale aj v mitochondriách či chloroplastoch. Ich základnou stavebnou jednotkou sú nukleotidy, ktoré sa za sebou spájajú do dlhých reťazcov pevnou fosfodiesterovou väzbou.

Každý nukleotid sa skladá presne z troch zložiek:

1. dusíkatá báza – adenín (A), guanín (G), cytozín (C), tymín (T) alebo uracil (U)
2. päťuhlíkatý cukor – ribóza (v RNA) alebo deoxyribóza (v DNA)
3. zvyšok kyseliny trihydrogenfosforečnej (H₃PO₄) – spája jednotlivé nukleotidy a tvorí pevnú vonkajšiu kostru polynukleotidového reťazca

Najdôležitejšou nukleovou kyselinou je kyselina deoxyribonukleová (DNA). Uchováva kompletnú genetickú inštrukciu na stavbu všetkých bielkovín v bunke. Vo väčšine organizmov je tvorená z dvoch špirálovite stočených reťazcov, ktoré sú k sebe pripojené vodíkovými mostíkmi podľa striktného pravidla komplementarity báz (A sa páruje vždy s T, C sa páruje vždy s G).

Aktívnu realizáciu tejto genetickej informácie následne zabezpečuje kyselina ribonukleová (RNA), ktorá figuruje pri samotnej syntéze bielkovín (proteosyntéze). Osobitnou kategóriou sú voľné nukleotidy, z ktorých najvýznamnejší je ATP (adenozíntrifosfát), fungujúci ako univerzálna energetická mena v každej bunke.