Objav bunky a jej jadra je fascinujúci príbeh, ktorý sa prelína s vývojom mikroskopie a biológie ako vedy. Od prvých pozorovaní mikroorganizmov až po detailné štúdie DNA, cesta k pochopeniu bunkovej štruktúry a funkcie bola dlhá a plná prelomových objavov.
Počiatky mikroskopie a objav bunky
Objav bunky je úzko spojený s objavom mikroskopu. Holandský kupec a optik A. V. Leeuwenhoek (1632-1723) prvý v histórii zostrojil jednoduchý mikroskop, v ktorom pozoroval červené krvinky, spermie a jednobunkové organizmy. Roku 1665 anglický fyzik a biológ R. Hooke (1635-1703) prvý pozoroval jednoduchým mikroskopom v korku množstvo malých dutiniek, podobajúcich sa včeliemu plástu. Pomenoval ich bunky (lat. cellula - dutinka).
Roku 1671 taliansky anatóm M. Malpighi (1628-1694) zistil, že rastlinné a živočíšne organizmy sú zložené z tkanív, ktorých základ tvoria bunky.
Objav bunkového jadra a protoplazmy
Bunkové jadro (lat. nucleus, gr. karyon) prvýkrát pozoroval škótsky botanik ROBERT BROWN (1773-1858) v roku 1831. Jadro je centrálnou organelou eukaryotickej bunky. Obsahuje genetickú informáciu nevyhnutnú pre život a delenie bunky, čím predstavuje jej hlavné riadiace a koordinačné centrum. Český fyziológ J. Ev. Purkyně roku 1825 objavil v kuracom zárodku útvar obalený blanou, tzv. zárodkové vrecúško, ktorý bol vlastne bunkovým jadrom. Základnú živú hmotu v bunke nazval protoplazmou.
Veľkosť jadra je veľmi variabilná, väčšinou sa pohybuje v rozmedzí 4-30 µm. Z hľadiska objemu ide spravidla o najväčšiu a najnápadnejšiu organelu, a to najmä v živočíšnych bunkách.
Bunková teória
Roku 1838 nemecký botanik Mathias Jakob Schleiden (1810-1882) a nemecký zoológ Theodor Schwann (1810-1882) sa pokúsili podať ucelený obraz o zložení rastlinných a živočíšnych organizmov a dali tak základ tzv. bunkovej (celulárnej) teórii, ktorá patrila k najväčším objavom 19. storočia.
Princípy bunkovej teórie hovoria, že každá bunka vzniká len delením z už existujúcej materskej bunky. Bunka má vlastný metabolizmus, aj schopnosť prenosu genetickej informácie uloženú v jadre prostredníctvom rozmnožovania. Považujeme ju za najmenší systém schopný samostatného života.
Štruktúra a funkcie bunkového jadra
Jadro je mimoriadne dynamická organela a počas bunkového cyklu periodicky mení svoju morfológiu. Jadrová membrána (jadrový obal, karyotéka) oddeľuje nukleoplazmu (jadrový obsah) od cytoplazmy. Skladá sa z dvoch membrán, ktoré sú od seba oddelené 10-50 nm širokým perinukleárnym priestorom. Vonkajšia membrána je na cytoplazmatickej strane pokrytá ribozómami a priamo komunikuje s drsným endoplazmatickým retikulom.
Súvislý obal je na mnohých miestach prerušovaný jadrovými pórmi (nukleopórmi), kde do seba vonkajšia a vnútorná membrána plynule prechádzajú. Tieto póry nie sú jednoduché otvory, ale zložité štruktúry, ktorých počet na jednotku plochy kolíše v závislosti od aktivity bunky. Bunky s vyššou syntetickou aktivitou majú vyšší počet jadrových pórov ako bunky s nižšou syntetickou aktivitou.
Vnútro jadra je vyplnené jadrovým roztokom (nazývaným tiež karyolymfa, karyoplazma alebo nukleoplazma), v ktorom sú vlákna a granuly chromatínu. Chromatín predstavuje vlastne chromozómy počas interfázy. Jeho špiralizáciou sa zviditeľňujú chromozómy počas mitotického delenia. Chromozómy predstavujú základné funkčné jednotky jadra. Sú nositeľmi genetickej informácie zakódovanej do molekuly DNA.
Chromatín a chromozómy
Prevažná väčšina buniek rastlín a živočíchov má len jedno jadro (monoenergidné bunky). V bunkách nižších rastlín a húb však môže tento počet značne kolísať. Niektoré špecifické bunky majú dve jadrá, napríklad peľové zrnká (generatívne a vegetatívne jadro) alebo nálevníky, ktorých jadrá sú dokonca štruktúrne a funkčne diferencované (mikronukleus a makronukleus).
Keď bunka vstupuje do bunkového delenia, voľný chromatín sa začne silne špiralizovať (zvinovať), čím sa výrazne skráti a zhrubne. Dochádza k rozpadu jadrovej membrány i jadierka a v bunke sa sformujú kompaktné útvary - chromozómy. Pretože pred bunkovým delením už prebehlo zdvojenie DNA (replikácia), každý metafázický chromozóm tvoria dve pozdĺžne a geneticky identické sesterské chromatídy. Sú navzájom spojené proteínom kohezín v zúženom mieste, ktoré sa nazýva centroméra (primárna konstrikcia).
Počet chromozómov v jadre je pre každý biologický druh prísne konštantný a druhovo špecifický (napríklad človek má vo svojich telových bunkách 46 chromozómov). Diploidná bunka (2n) obsahuje dve sady chromozómov (jednu zdedenú od matky, druhú od otca). Dvojice chromozómov z jedného páru, ktoré majú rovnaký tvar a nesú rovnaké gény, nazývame homologické chromozómy. Haploidná bunka (n) obsahuje len jednu chromozómovú sadu. U človeka sú to výlučne pohlavné bunky (gaméty).
Jadierko
Jadierko (lat. nucleolus) je tmavo sa farbiaca štruktúra v centre jadra. Nie je to samostatná organela a nemá žiadnu vlastnú membránu. Počas bunkového delenia (mitózy) dočasne zaniká. Vzniká v oblasti chromozómov, ktorá obsahuje jadierkový organizátor - špecifickú sekvenciu DNA (označovanú ako rDNA) nesúcu gény pre syntézu ribozomálnej RNA. Hlavnou úlohou jadierka je tvorba ribozomálnych podjednotiek. Ribozomálna RNA (rRNA) sa tu spája s bielkovinami, ktoré boli prinesené z cytoplazmy.
Chemické zloženie a genetická informácia
Nukleové kyseliny sú spolu s bielkovinami najdôležitejšími makromolekulárnymi zlúčeninami. Slúžia na uchovanie genetickej informácie, ako bunková pamäť. DNA sa vyskytuje v bunke, kde tvorí hlavnú súčasť chromozómov. Transkripcia je prenos genetickej informácie zo štruktúry DNA do štruktúry mediátorovej RNA.
V Londýne 25. apríla 1953 vyšlo nové číslo vedeckého časopisu Nature a v ňom krátky článok pod j názvom: „Molekulárna štruktúra nukleových kyselín“. V článku 25-ročný biológ James D. Watson a 37-ročný biofyzik Francis Crick navrhli radikálne odlišnú štruktúru deoxyribonukleovej kyseliny - DNA. Uviedli, že je dvojvláknová, tvorí dvojzávitnicu okolo spoločnej osi a je ľavotočivá. Drží „pokope“ vďaka vodíkovým väzbám medzi pyrimidínovými a purínovými bázami A, G, C, T.
Genetici konečne spoznali molekulu dedičnosti, predovšetkým však molekulárny mechanizmus dedičnosti. Vznikla nová vedná disciplína Molekulárna biológia. V telových bunkách sa nachádzajú 3 miliardy 140 miliónov písmeniek, a to v dvoch kópiách. DNA v našom tele je rozdelená do 23 chromozómov, v každej bunke je opäť pár, čiže celkovo máme 46 chromozómov, keď sme zdraví.
Významné osobnosti a míľniky
História biológie je bohatá na významné osobnosti a prelomové objavy. Neustále mikroskopické pozorovania živočíšnych tkanív, rastlinných pletív a mnohých mikroorganizmov viedli napokon k postulácii, že základnou stavebnou časticou každého živého organizmu je bunka.
Vědci extrahovali DNA z Ötziho a výsledky šokovaly svět…
V Brne bola otvorená nová stála expozícia Genetika aneb Podivuhodná cesta do jádra buňky, ktorá vysvetľuje srozumiteľnou formou princípy dedičnosti. Návštevníci ju nájdu v augustiniánskom kláštore, kde kedysi žil a robil svoje pokusy zakladateľ genetiky Gregor Johann Mendel. Od jeho narodenia uplynulo 200 rokov. Expozícia doplnila a rozšírila doterajšiu ponuku Mendelovho múzea.