Umělé buňky

Organismy jsou složité systémy, skládající se z mnoha druhů molekul a jejich agregátů, tvořících vysoce funkční celky. Pokud ale chceme odhalit vztahy jednotlivých buněčných podsystémů, je přílišná složitost organismů spíše na obtíž. Z tohoto důvodu vědci připravují a zkoumají zjednodušené umělé systémy, které zachycují pouze některé životní procesy. Rychlý rozvoj zaznamenaly v poslední době zvláště modely buněčných membrán, které přinášejí kromě teoretických pokroků i ryze praktické.

Než se zaměříme na to, co vymezuje slovní spojení „umělá buňka“, podívejme se detailněji na klasické buňky, základní kameny života. Buňky představují vysoce optimalizované funkční jednotky, které vykonávají všechny životní procesy. Jednobuněčné organismy i buňky v rámci mnohobuněčného těla jsou vybavené vlastním rozhodovacím systémem, který jim umožňuje pružně reagovat na změny prostředí. Dokážou jednat autonomně i ve spolupráci s dalšími buňkami a jsou schopné se samy opravovat i rozmnožovat. Celou životní „mašinerii“ přitom v strukturní i funkční souhře provozují „neživé“ chemické látky – zejména bílkoviny, nukleové kyseliny, lipidy a sacharidy, ale i malé anorganické molekuly jako ionty, vodíkové protony či molekuly vody.

Aby buněčný organismus zvládl takové množství různorodých funkcí, je vnitřek buněk rozdělený na jednotlivé kompartmenty či přímo organely plnící specifické úlohy. Ty jsou, stejně jako samotná buňka, ohraničené membránami – zjednodušeně řečeno „specificky propustnými“ bariérami o tloušťce 5 až 10 nanometrů. Základem membrán je lipidová dvojvrstva, struktura vznikající i mimo buňky samovolným uspořádáním některých typů lipidů ve vodě.¹⁾ Jde o lipidy, jež se vyznačují amfifilním (amfipatickým) charakterem, kdy jedna část molekuly vykazuje afinitu k vodě (je hydrofilní), zatímco druhá část molekuly vodu silně odpuzuje (je hydrofobní).