PRÍJEM A VÝDAJ LÁTOK BUNKOU

Podmienkou existencie bunky ako otvoreného systému je neustála komunikácia s vonkajším prostredím. Bunku od vonkajšieho prostredia oddeľujú bunkové povrchy, ktorých chem. štruktúra umožňuje potrebný transport látok do bunky a z bunky, výmenu energie a informácií.
Bunkovou bariérou, ktorá selektívne prepúšťa potrebné látky je cytoplazmatická membrána. Je to typická biomembrána tvorená fosfolipidmi a bielkovinami. Väzby medzi molekulami fosfolipidov navzájom aj medzi fosfolipidmi a molekulami bielkovín sú slabé – (nekovalentné ) preto má membrán zvyčajne tekutý charakter. To umožňuje rýchlu štruktúrnu prestavbu cytoplazmatickej membrány, jej plastickosť a spájanie s inými membránami.
Jej chem. zloženie a princíp stavby umožňuje prestavbu chem. štruktúr membrány tak, aby sa z bunky a do bunky dostali aj väčšie molekuly či bunkové časti- (odpadové látky ). Rozlišujeme dva základné spôsoby , ktorými sa uskutočňuje prenos látok cez cytoplazmatickú membránu- pasívny a aktívny transport.

PASÍVNY TRANSPORT

-uskutočňuje sa na báze difúzie a osmózy a nevyžaduje spotrebu energie
DIFÚZIA- vyrovnávanie koncentrácie medzi rozpúšťadlom – voda a roztokom- rozpustné soli po koncentračnom spáde. Znamená to pohyb molekúl, atómov a iónov z miesta s vyššou koncentráciou na miesto s nižšou. Rýchlosť a rozsah difúzie závisí od rozdielu koncentrácie medzi miestom s vyššou a miestom s nižšou koncentráciou. Difúzia nevyžaduje spotrebu energie. Pomocou difúzie sa cez cytoplazmatickú membránu dostanú len látky s vhodnou chem. štruktúrou a najmä s malými molekulami (ióny, etanol a plyny)
OSMÓZA- je prenikanie vody cez polopriepustnú cytoplazmatickú membránu, ktoré nastane vtedy, ak táto membrána oddeľuje roztoky s rôznou koncentráciou rozpustených látok. Voda bude prenikať z prostredia s nižšou koncentráciou rozpustených látok do prostredia s ich vyššou koncentráciou. Vzhľadom na osmotickú hodnotu cytoplazmy bunky môže prostredie, v ktorom sa bunka nachádza dosahovať tri hodnoty:

1.HYPOTONICKÉ PROSTREDIE- má nižšiu koncentráciu rozpustených látok ako cytoplazma bunky. V tomto prostredí bunka osmoticky nasáva vodu a zväčšuje svoj objem. Množstvo prijatej vody závisí od rozdielu koncentrácií. Čím je tento rozdiel väčší, tým väčší objem vody bunka nasaje. V extrémnych prípadoch môže bunka aj prasknúť. Tento jav sa nazýva plazmoptýza.
2.IZOTONICKÉ PROSTREDIE-má rovnakú koncentráciu rozpustených látok ako cytoplazma bunky.
3.HYPERTONICKÉ PROSTREDIE- má vyššiu koncentráciu rozpustených látok ako cytoplazma bunky. V hypertonickom prostredí bunka začne strácať vodu a zmenšovať svoj objem. Tento jav sa nazýva plazmolýza. Pri plazmolýze rastlinnej bunky sa cytoplazmatické membrána oddelí od bunkovej steny a to preto, lebo bunka sa zmrští, no bunková stena svoj tvar nezmení.

AKTÍVNY PRENOS

Ide o prenos na úkor spotreby energie. Len málo látok sa môže cez cytoplazmatickú membránu voľne difundovať- CO2 a O2. väčšina látok, ktoré sú pre bunku dôležité toho nie je schopná.

TRANSPORT POMOCOU PRENÁŠAČOV- prenos látok proti koncentračnému spádu, t.j. látka môže byť prenesená z miesta nižšej koncentrácie na miesto s vyššou na úkor spotreby energie. Transportovaná látka sa spravidla špecificky viaže na PRENÁŠAČ- transportnú bielkovinu zabudovanú do membrány a pomocou neho je prenesená. Tento transport zabezpečuje prenos glukózy, aminokyselín a niektorých iných iónov. Poznáme dve hlavné skupiny proteínov- prenášačov:
PRENÁŠAČOVÉ PROTEÍNY- tie si na jednej strane cytoplazmatickej membrány naviažu na seba prenášanú látku a zmenou svojej priestorovej štruktúry sa premiestnia za membránu.
KANÁLOVÉ PROTEÍNY- vytvárajú v membráne úzke póry. Týmito kanálmi prechádzajú iba ióny a preto sa volajú iónové kanále. Tieto kanále nie sú stále otvorené, sú uzatvárateľné, čo umožňuje regulovaný prechod látok cez membránu. Pri jeho otvorení ním rychlo začnú prúdiť ióny, ich tok mení napätie na membráne- membránovy potenciál. Dodnes bolo objavených viac ako 100 druhov iónových kanálov, ktoré sa od seba odlišujú:
-druhom iónov, ktoré nimi môžu prechádzať
-podmienkami, ktoré ovplyvňujú ich otváranie a zatváranie

Podľa toho, aký faktor aktivizuje otváranie a zatváranie kanála rozoznávame:
1.Iónové kanále aktivované napätím
2.Mechanicky aktivované kanále
3.Chemicky riadené kanále

Medzi ďalšie mechanizmy aktívneho prenosu látok patrí endocytóza a exocytóza.
ENDOCYTÓZA- je aktívny proces, pri ktorom nastáva štruktúrna prestavba cytoplazmatickej membrány. Poznáme dva typy endocytózy:
Pinocytóza- je príjem látok vo forme roztokov. Preliačením cytoplazmatickej membrány dovnútra vzniká priehlbina, ktorá sa zväčšuje, až dôjde k jej odškrteniu vo forme malého mechúrika- pinocytovej vakuoly s transportovanou látkou.
Fagocytóza- je prijímanie pevných látok do bunky. Pri tomto spôsobe bunka pomocou mikrofilamentov vytvára panôžky- pseudopódiá, ktorými čiastočky potravy obalí a uzavrie. Tým vznikne fagocytózna vakuola. Významná je fagocytózna aktivita bielych krviniek, ktorá pomáha pri odstraňovaní škodlivých látok a baktérií z bunky.
EXOCYTÓZA- je proces výdaja väčších molekúl, ktoré nemôžu prejsť difúziou cez cytoplazmatickú membránu do vonkajšieho prostredia vo orme mechúrikov- vezikúl. Vezikula vzniká väčšinou z membrány endoplazmatického retikula alebo diktyozómov. Vezikula sa spojís cytoplazmatickou membránou a o ich následnom splynutí sa obsah uvoľní do vonkajšieho prostredia.

BUNKOVÝ METABOLIZMUS

Živé organizmy sa od neživých líšia tým, že v nich neustále prebieha látková premena- metabolizmus. V každej bunke sa v každom okamihu uskutoční niekoľko tisíc chemických reakcií. Procesy látkovej premeny možno rozdeliť na dve skupiny:
•ANABOLIZMUS- procesy syntézne, potreba energie
• KATABOLIZMUS- procesy rozkladné, získavanie enrgie
Keďže pri oboch prípadoch sú chemické zmeny spojené s energetickými zmenami hovoríme o energetickom metabolizme. Každá bunke potrebuje na zabezpečenie svojich životných funkcií energiu. Pre svoje potreby dokážu bunky využívať len energiu viazanú v chemických väzbách organických zlúčenín. Podľa spôsobu, akým si bunky zabezpečujú zdroj energie rozoznávame dva typy buniek autotrofné a heterotrofné.

HETEROTROFIA- heterotrofné bunky môžu využívať len energiu viazanú v energických látkach prijatých z okolia. Heterotrofný spôsob výživy sa vyskytuje u buniek všetkých systematických skupín organizmov. Patrí sem väčšina druhov baktérií, všetky huby, prvoky a bunky mnohobunkových živočíchov.
AUTOTROFIA- autotrofné bunky majú schopnosť nielen pohlcovať, ale aj využívať iné formy energie, než je chemická energia, najmä žiarivú energiu. Iné formy energie však nemôžu využívať priamo, ale ju musia najprv transformovať na energiu chemickú, t.j. musia syntetizovať organické látky. Najrozšírenejšou formou autotrofie je fotoautotrofia. Pri nej sa žiarivá energia využíva na syntézu glukózy z vody a z oxidu uhličitého. Medzi fotoautotrofné bunky patria bunky niektorých baktérií, siníc, eukaryotické riasy a bunky zelených častí mnohobunkových rastlín.
K autotrofii patrí aj v prírode málo rozšírená chemoautotrofia. Vyskytuje sa len u niektorých baktérií. Chemoautotrofia je proces, pri ktorom sa oxidáciou anorganického substrátu získava chemická energia.

BUNKOVÉ DÝCHANIE, UVOĽNENIE ENERGIE V BUNKE

Bunky vyžadujú neustály prísun energie, ktorá pochádza z chemických väzieb v molekulách potravy. Mimoriadne dôležitým zdrojom pre bunku sú sacharidy. Rastliny si vytvárajú svoje vlastné sacharidy v procese fotosyntézy, živočíchy ich získavajú už v hotovej podobe konzumovaním rastlín alebo iných živočíchov. Proces oxidácie sacharidov a uvoľňovania energie je u rastlín aj živočíchov veľmi podobný. Katabolizmus sacharidov a s ním spojená tvorba ATP môže prebiehať dvoma spôsobmi :
1.GLYKOLÝZA- počas glykolýzy sa ATP vytvára bez prítomnosti molekulárneho kyslíka v cytoplazme. Pri glykolýze sa molekula glukózy so 6 uhlíkmi premení na 2 molekuly pyruvátu (kyseliny pyrohroznovej), z ktorých každá obsahuje tri atómy uhláka:

C6H12O6→2 CH3-C-COO + 100 kJ (2 ATP)
׀׀
O
Pyruvát
Z každej odbúranej molekuly glukózy sa počas glykolýzy získajú 2 molekuly ATP.

2.CYKLUS KYSELINY CITRÓNOVEJ- produktom glykolýzy je pyruvát. V molekule pyruvátu je však uskladnené značné množstvo energie. Túto energiu môže bunka uvoľniť len oxidáciou kyslíkom. Pyruvát prechádza z cytoplazmy do mitochondrií a tam sa každá jeho molekula prevedie na CO2 a dvojuhlíkovú acetylovú skupinu, z ktorej po spojení s koenzýmom A (CoA) vznikne acetylkoenzým A.
enzýmy
CH3 – C - COO→ CO2+CH3-C ~ S- CoA
׀׀ ׀׀
O O

Acetylová skupina v acetyl-CoA je s koenzýmom A spojená väzbou s vysokým obsahom energie. Acetyl-CoA vstupuje do chemického reťazca zvaného cyklus kyseliny citrónovej. V týchto reakciách sa acetylová skupina oxiduje na CO2 za súčastnej tvorby veľkého množstva prenášačov elektrónov NADH.
Nakoniec elektróny s vysokým obsahom energie prechádzajú z NADH reťazcom prenosu elektrónov vo vnútornej mitochondriálnej membráne. Tu sa energie, ktorá sa pri tomto prenose uvoľňuje, používa na tvorbu ATP. Práve v týchto posledných krokoch sa uvoľňuje veľké množstvoenergie a tak sa vytvára aj väčšina molekúl ATP. Tvorba ATP v mitochondriách sa označuje ako oxidatívna fosforylácia. Úplným rozložením mólu glukózy bunka získa 38 ATP a časť energie sa uvoľní vo forme tepla.