Pozorování pod mikroskopem

BUŇKA je považována za základní jednotku života. Živé organismy — rostliny, hmyz, zvířata i lidi — se totiž z buněk skládají. Během let vědci sledovali, jaké činnosti probíhají uvnitř buňky, a podařilo se jim rozluštit mnohá tajemství molekulární biologie a genetiky. Prozkoumejme buňky blíže a přemýšlejme o tom, co o těchto úchvatných mikroskopických jednotkách života věda odhalila.

Co ukáže mikroskop

Buňky se navzájem liší tvarem. Některé jsou obdélníkové, jiné mají čtvercový tvar. Dále existují kulaté buňky, vejcovité buňky a další, jejichž tvar nelze jednoznačně určit. Uvažujme o měňavce. Je to jednobuněčný organismus, jehož tvar vůbec nelze určit. Měňavka totiž svůj tvar mění při pohybu. Je zajímavé, že činnost buňky je často možné odhadnout podle jejího tvaru. Některé buňky ve svalech jsou podlouhlé a tenké, a při plnění svých úkolů se stahují. Nervové buňky — které přenášejí signály po celém těle — mají dlouhá vlákna.

Buňky se také navzájem liší svou velikostí. Nicméně většinou jsou příliš malé na to, aby byly vidět pouhým okem. Abychom si přiblížili průměrnou velikost buněk, podívejme se na tečku ukončující tuto větu. Do tohoto nepatrného bodu by se vešlo asi 500 buněk průměrné velikosti! Pokud se vám zdají nepatrné, uvědomte si, že některé bakteriální buňky jsou ještě asi padesátkrát menší. Jaká je největší buňka? Takové označení náleží žloutku pštrosího vejce — jednobuněčnému „obru“, který má zhruba velikost baseballového nebo kriketového míčku!

Většina buněk není pouhým okem viditelná, a proto vědci ke studiu buněk využívají přístroje, například mikroskop.a Přesto není možné některé nepatrné komplikované části buněk plně rozlišit. Například elektronový mikroskop může zvětšit buňku asi 200 000krát — kdybychom takto zvětšili mravence, měřil by více než osm set metrů. Avšak ani při takovém zvětšení buňky nejsou některé detaily viditelné.

Vědci tedy zjistili, že buňky jsou úžasně složité. V knize Fifth Miracle (Pátý zázrak) fyzik Paul Davies uvádí: „Každá buňka je tvořena nepatrnými konstrukčními prvky, které jako by byly postaveny přímo podle technických příruček. V buňce je mnoho mikroskopických pinzet, nůžek, pump, motorů, páček, ventilů, trubic, řetězů, a dokonce vozidel. Buňka je však samozřejmě více než pouhým pytlem součástek. Různé složky do sebe zapadají, a tak vytvářejí hladce fungující celek podobný promyšlené výrobní lince v továrně.“

DNA — molekula dědičnosti

Lidé stejně jako mnohobuněčné rostliny a zvířata vznikají z jediné buňky. Když tato buňka dosáhne určité velikosti, rozdělí se, a tak vzniknou buňky dvě. Tyto dvě buňky se potom rozdělí, a tak vzniknou čtyři buňky. Když se buňky dělí dále, vyhraňují se — to znamená, že se stávají buňkami svalovými, nervovými, kožními a dalšími. Jak tento proces pokračuje, mnoho buněk se sdružuje, a tak vznikají tkáně. Sdružováním například svalových buněk vzniká svalová tkáň. Různé druhy tkání tvoří orgány, například srdce, ledviny a oči.

Pod vnějším obalem každé buňky leží rosolovitá tekutina, která se nazývá cytoplasma. Cytoplasma obklopuje jádro, které je od ní odděleno tenkou membránou. Jádro je označováno jako řídicí centrum buňky, protože řídí téměř všechny její činnosti. Uvnitř buněčného jádra je uložen genetický program buňky, který je zapsán v deoxyribonukleové kyselině — krátce nazývané DNA.

Molekuly DNA jsou svinuté do spirály v chromozómech. Naše geny, tedy úseky molekul DNA, obsahují všechny informace, které z nás dělají to, kým jsme. The World Book Encyclopedia vysvětluje: „Genetický program uložený v DNA určuje, že každý živý tvor se liší od jiných živých tvorů. Tento program odlišuje psa od ryby, zebru od růže a vrbu od vosy. Díky němu se lišíte od kteréhokoli člověka na zemi.“

Množství informací obsažené v DNA jediné buňky je ohromující. Mohlo by zabrat asi milion takovýchto stránek! Jelikož je DNA zodpovědná za přenášení dědičných informací z jedné generace buněk na další generace, byla nazvána stavebním plánem života. Jak ale DNA vypadá?

DNA je tvořena dvěma vlákny, která se kolem sebe vinou, a svým tvarem připomíná točité schodiště nebo zkroucený žebřík s příčlemi. Tato dvě vlákna jsou spojena různými kombinacemi čtyř chemických látek zvaných báze. Každá báze z jednoho vlákna se páruje s bází z druhého vlákna. Tyto spárované báze tvoří příčle kroutícího se žebříku DNA. Přesné pořadí bází v molekule DNA rozhoduje, jakou genetickou informaci daná molekula ponese. Jednoduše řečeno, tato posloupnost rozhoduje úplně o všem, od barvy vašich vlasů, až po tvar vašeho nosu.

DNA, RNA a bílkovina

Bílkoviny v buňce patří k nejhojněji zastoupeným makromolekulám. Odhaduje se, že tvoří více než polovinu suché váhy většiny organismů. Bílkoviny jsou tvořeny menšími stavebními prvky, které se nazývají aminokyseliny. Některé si vyrábí naše tělo samo, jiné musíme přijímat ve své stravě.

Bílkoviny mají mnoho funkcí. Tak například hemoglobin je bílkovina, která se nachází v červených krvinkách a která v těle přenáší kyslík. Také existují protilátky, které chrání vaše tělo před nákazou. Další bílkoviny, například inzulin, kontrolují metabolismus a zároveň regulují činnosti buněk. Dohromady mohou být ve vašem těle tisíce různých druhů bílkovin. Stovky jich mohou být v jediné buňce!

Každá bílkovina provádí určitou činnost, o které rozhoduje její gen DNA. Ale jak je genetická informace v genu DNA dekódována, aby mohla vzniknout určitá bílkovina? Z připojeného schématu „Jak vznikají bílkoviny“ vyplývá, že genetická informace uchovávaná v DNA musí být nejdříve přemístěna z jádra buňky do cytoplasmy, kde jsou umístěny ribozómy neboli továrny na výrobu bílkovin. Tento přesun se uskuteční díky prostředníku zvanému ribonukleová kyselina (RNA). Ribozómy v cytoplasmě „přečtou“ pokyny RNA a shromáždí správný řetězec aminokyselin, čímž vznikne určitý druh bílkoviny. DNA, RNA a tvorba bílkovin jsou tedy na sobě vzájemně závislé.

Kde se vzal život?

Studium genetiky a molekulární biologie přitahuje vědce po desetiletí. Fyzik Paul Davies je skeptický k názoru, že příčinou všeho je Stvořitel. Přiznává však: „Každá molekula má v celkovém plánu určenou funkci a vyznačené místo. Díky tomu se uvnitř buněk vyrábějí správné věci. Je tam mnoho pohybu. Molekuly musí putovat buňkou, aby se s ostatními molekulami setkaly na správném místě a ve správný čas, a tak splnily svou úlohu. Toto všechno se děje, aniž by existoval nějaký šéf, který by molekulám nařizoval, co mají dělat, a posílal je na patřičná místa. Na činnosti molekul nikdo nedohlíží. Molekuly pouze dělají to, co musí dělat: nekontrolovatelně se řítí, navzájem do sebe narážejí, odrážejí se, spojují se. . . . Nějakým způsobem tyto nemyslící atomy spojují své síly dohromady, a tak tančí tanec života s vynikající přesností.“

Mnozí lidé, kteří zkoumají vnitřní činnost buňky, z oprávněných důvodů usuzují, že musí existovat inteligentní síla, která je za stvoření zodpovědná. Zamysleme se proč.

[Poznámka pod čarou]

[Rámeček a nákres na straně 5]

Pohled dovnitř buňky

Uvnitř každé buňky je jádro — řídící centrum buňky. Jádro obsahuje chromozómy, které se skládají z molekul DNA svinutých do spirály a z bílkovin. Právě v molekulách DNA jsou uloženy naše geny. Ribozómy jsou továrny na výrobu bílkovin a jsou umístěny v cytoplasmě, která je vně buněčného jádra.

[Nákres]

(Úplný, upravený text — viz publikaci)

Buňka

Ribozómy

Cytoplasma

Jádro

Chromozómy

DNA — žebřík života

[Nákres na straně 7]

(Úplný, upravený text — viz publikaci)

Jak se DNA replikuje

Pro zjednodušení je stočená šroubovice DNA znázorněna jako zploštělá

1 Předtím než se buňky při tvorbě další generace buněk rozdělí, musí replikovat (tedy vytvořit kopii) DNA. Nejprve se za pomoci bílkovin ‚rozepnou‘ úseky dvou vláken DNA

Bílkovina

2 Potom, na základě přísných pravidel pro párování bází, se volné báze v buňce připojí k vhodným bázím na dvou původních vláknech

Volné báze

3 Nakonec vzniknou dvě stejné DNA. Když se tedy buňka rozdělí, každá nová buňka má v sobě uloženy stejné genetické informace

Bílkovina

Bílkovina

Pravidlo párování bází DNA

A vždy s T

A T Tymin

T A Adenin

C vždy s G

C G Guanin

G C Cytosin

[Nákres na straně 8 a 9]

(Úplný, upravený text — viz publikaci)

Jak vznikají bílkoviny

1 Bílkovina k tomu určená rozepne úsek vláken DNA

Bílkovina

2 Volné báze RNA se připojí k odkrytým bázím pouze jednoho vlákna DNA. Tak se vytvoří vlákno informační RNA

Volné báze RNA

3 Nově vytvořená informační RNA se odpojí a přesouvá se do ribozómů

Pro zjednodušení uvádíme bílkovinu, kterou tvoří deset aminokyselin. Většinu bílkovin tvoří více než sto aminokyselin

4 Přenosová RNA vyzvedne aminokyselinu a přenáší ji do ribozómu

Přenosová RNA

Ribozóm

5 Když se ribozóm setká s informační RNA, sepne se dohromady řetězec aminokyselin

Aminokyseliny

6 Když se vytváří řetězec bílkovin, začne se stáčet do tvaru, který je nutný k tomu, aby mohl plnit svou funkci. Ribozóm potom tento řetězec uvolní

Přenosová RNA má dvě důležitá zakončení:

Jedno rozeznává kód informační RNA

Druhé přenáší správnou aminokyselinu

Přenosová RNA

Báze RNA namísto T obsahují U, a tak U se váže k A

A – U Uracil

U – A Adenin