BIOLOGIJA 1. Građa i kemijski sastav prokariotske i eukariotske stanice

Transcript

1 BIOLOGIJA 1 Živi i neživi sustavi sastoje se iz istih atoma. Između te dvije forme sustava uočavaju se jasne razlike: Anorganska supstanca slučajna raspodjela materije i energije Građa i kemijski sastav prokariotske i eukariotske stanice Živi sustav materija i energija se odražavaju na višem stupnju sređenosti ("strukture" i "funkcije") koja je rezultat prisustva određenih mehanizama ("genetičkog programa" i "metabolizma") Život procesi transformacije energije u organizaciju 1. H C O N Kemijska osnova života H 2 O CH 4 NH 3 Organske molekule u stanici 2. H 2 O CH 4 NH 3 3. ŠEĆER ŠEĆER MASNE KISELINE GLICERIN AMINOKISELINE AMINOKISELINE DUŠIĆNE BAZE ŠEĆER FOSFATI NUKLEOTIDI NUKLEOTIDI 4. H 2 O MINERALI UGLJIKOHIDRATI MASTI PROTEINI NUKLEINSKE KISELINE ADENOZIN FOSFATI ŠEĆERI MASNE KISELINE, GLICEROL AMINOKISELINE DUŠIČNE BAZE I STANICA POLISAHARIDI MASTI PROTEINI ADENOZIN FOSFATI NUKLEOTIDI NUKLEINSKE KISELINE ISHRANA DISANJE SINTEZA KONTROLA REPRODUKCIJA PRILAGODBA Monomer Polimer Monosaharidi Polisaharidi Masne kiseline Masti i lipidi Aminokiseline Proteini Nukleotidi Nukleinske kiseline Monomer, dimer, oligomer, polimer Ugljikohidrati monosaharidi Monosaharidi prstena Izomeri α i β veze

2 Disaharidi Reakcija aldehidne ili keto grupe prvog monosaharida i hidroksilne grupe drugog monosaharida O-glikozidna veza Reakcija kondenzacije Reakcija hidrolize Složeni ugljikohidrati: celuloza, škrob i glikogen Masne kiseline Triacilgliceroli Fosfolipidi Lipidi aminokiselina Lipidi su netopljivi u vodi, a topljivi u organskim otapalima Lipidi su građevne jedinice staničnih Optički izomeri Glikolipidi L - aminokiseline

3 Povezivanje aminokiselina u peptidne lance polipeptid Negativno nabijene aminokiseline Pozitivno nabijene aminokiseline Primarna struktura proteina slijed aminokiselina Nepolarne aminokiseline Nenabijene polarne aminokiseline Aminokiseline i ph Esencijalne aminokiseline α uzvojnica Treonin Metionin Lizin Valin Leucin Izoleucin Histidin Fenilalanin Triptofan Sekundarna struktura proteina α uzvojnica i β ploča β ploča

4 Trodimenzionalna struktura proteina Podjedinice proteina dimer Tercijarna struktura proteina naborana α uzvojnica i β ploča Domene proteina α 2 β 2 Kvarterna struktura proteina više polipeptidnih lanaca Funkcije proteina nukleotida Vrsta proteina Primjeri Strukturni proteini Potpora Kolagen i elastin čine okosnicu u animalnom vezivnom tkivu (tetive, ligamenti). Keratin je protein koji se nalazi u kosi, rogovima, cijevi pera i u drugim dijelovima kože životinja. Skladišni proteini Transportni proteini Hormonski proteini Kontraktilni proteini Skladištenje aminokiselina Transport drugih tvari Koordinacija tjelesnih aktivnosti Pokretanje Ovalbumin je protein bjelanjka koji služi kao izvor aminokiselina pomoću kojih se razvija embrio. Kazein je protein mlijeka i glavni je izvor aminokiselina za tek rođene sisavce. Hemoglobin je protein koji sadrži željezo i nalazi se u krvi, prenosi kisik od pluća do drugih dijelova tijela. Drugi proteini vrše prijenos molekula kroz staničnu membranu. Inzulin je hormon kojeg luči gušterača, sudjeluje pri regulaciji koncentracije šećera u krvi. Aktin i miozin odgovorni su za pokretanje mišića. Drugi kontraktilni proteini odgovorni su za valovito gibanje cilija i flagela koji pokreću mnoge stanice. Protutijela Obrana Protutijela se bore protiv bakterija, virusa i drugih stranih tvari koje uđu u organizam. Enzimi Olakšavanje kemijskih reakcija Enzimi reguliraju kemiju stanica selektivnim ubrzavanjem kemijskih reakcija. nukleozida fosfata Nukleotidne baze Baze adenin, timin, gvanin i citozin sastavni su dio deoksiribonukleinske kiseline (DNA) Baze adenin, uracil, gvanin i citozin sastavni su dio ribonukleinske kiseline (RNA)

5 Nukleotidni monosaharidi Nukleotidne baze Baza Nukleozid Skraćenica Adenin Gvanin Citozin Timin Uracil Adenozin Gvanozin Citidin Timidin Uridin A G C T U Polinukleotidi nukleinske kiseline Važnost nukleotida Nukleotid je osnovna građevna jedinica nukleinskih kiselina Deoksiribonukleinska kiselina je genetski materijal svih živih bića Mjere u stanicama 1 µm = 1 mikrometar (često skraćen kao µ) = 1/1000 mm = 10-3 mm 1 nm = 1 nanometar = 1/1000 µm = 10-6 mm (A = 1 angstrem (Angström)) = 1/10 nm = 10-7 mm Redovi veličina živih organizama (D = dužina, P = promjer) Stanice viših biljaka Euphorbiaceae, mliječne cijevi (D) nekoliko metara Urtica dioica, sklerenhimsko vlakno (D) mm Pinus sylvestris, traheida (D) 2-4,5 mm Rosa, epidermske stanice (P) 0,04 mm = 40 µm Stanice algi Acetabularia (D) mm Bakterijske stanice Escherichia coli (D) 0,003 mm = 3µm Krupnije stanične strukture Kloroplasti kormofita (P) 4-8 µm i (P) 0,5-0,8 µm Granica razdvajanja svjetlosnog mikroskopa cca 0,40 µm = 400 nm Granica razdvajanja UV mikroskopa cca 0,24 µm = 240 nm

6 Virusi Mozaični virus duhana (D) Virus slinavke i šapa (P) Submikroskopske stanične strukture Endoplazmatski cisterna (P) i (P) Granica razdvajanja elektronskog mikroskopa Organske molekule Hemoglobin (D) Molekula klorofila (P) DNA zavojnica (P) Glukoza (D) Atom vodika (P) 0,28 µm = 280 nm 10 nm nm nm cca 0,2 nm 6,4 nm 3,5 nm 2,5 nm 0,7 nm 0,1 nm Građa i funkcija stanice ovisi o genetičkoj informaciji koja se čuva, izražava, umnaža i povremeno mijenja kroz četiri osnovna genetička procesa Sinteza proteina Replikacija DNA Popravak oštećene DNA Genetička rekombinacija Procesi zajednički za prokariote i eukariote Faza G 1 S G 2 Mitoza (Kariokineza) Mitoza (Citokineza) Događaj u stanici Intenzivna stanična sinteza; stvaranje mitohondrija, kloroplasta, endoplazmatskog a, lizosoma, Golgijevog aparata, vakuola i vezikula; jezgrica stvara rrna, mrna i trna; ribosomi su sintetizirani; sintetiziraju se strukturni i funkcionalni proteini; enzimi kontroliraju stanični metabolizam; stanica raste; stvaraju se tvari koje inhibiraju ili stimuliraju sljedeću fazu Replikacija DNA; sinteza histona; kromosomi se sastoje od dvije kromatide Intenzivna sinteza u stanici; dioba kloroplasta i mitohondrija; povećano skladištenje energije; početak stvaranja diobenog vretena Dioba jezgre Stanični ciklus Jednakomjerna razdioba organela i citoplazme u dvije stanice kćeri Usporedba prokariotskih i eukariotskih stanica/organizama Prokarioti Eukarioti Organizmi Bakterije Protisti Gljive Biljke Životinje Veličina stanice 1-10µm µm (prosječna) Metabolizam Anaerobni i aerobni Aerobni Organeli Nema, mitohondriji, ER, GA i dr. DNA Cirkularna molekula u citoplazmi (nukleoid) Linearne molekule u jezgri (kromatin, kromosomi) RNA i proteini Citoplazma Sinteza RNA i proteina u istom reakcijskom prostoru Nema citoskeleta, citoplazmatskog strujanja, endocitoze, egzocitoze Sinteza i obrada RNA u jezgri, sinteza proteina u citoplazmi Citoskelet od proteinskih niti i cjevčica, strujanje citoplazme, endocitoza, egzocitoza Stanična dioba Binarno cijepanje Mitoza i mejoza Stanična Jednostanični organizmi Jednostanični ili višestanični organizacija organizmi s diferenciranim stanicama

7 Funkcije pojedinih dijelova stanice Sastavni dijelovi prokariotskih i eukariotskih stanica Štiti stanične strukture, izmjena tvari Odvaja kromosome od citoplazme Nose genetičku informaciju Dijelovi kromosoma Sinteza proteina Mijenja i pakira stanične produkte Probavne vakuole Disanje (oslobađanje energije iz hrane) Fotosinteza (kloroplasti), spremišta energije Zaštita i potpora biljnih stanica Spremišta tekućine, hrane i pigmenta Stanični oblik, vreteno za odvajanje kromosoma prilikom stanične diobe Pokretanje stanice Plazmatska Kromosomi Nukleoli i Golgijev aparat i i Plastidi Vakuole Bičevi, cilije Prisutnost u prokariotskoj stanici Prisutnost u eukariotskoj stanici Biljne stanice DNA Životinjske stanice Zaštita, komunikacija; regulira prolaz tvari Sadrži genetički materijal Okružuje genetički materijal Kromosomi Sadrže gene koji određuju strukturu i aktivnost stanice Unutrašnjost stanice Citoplazma Citoskelet Endoplazmatska mrežica Golgijeva tijela i i Pomaže potpori i kretanju u stanici Unutarstanični transport Pakiranje tvari Tvornica proteina Ponekad Sadrže enzime; pomažu probavu stanice; uloga u programiranoj smrti stanice bakterijske stanice Sastavni dijelovi prokariotskih i eukariotskih stanica Prisutnost u prokariotskoj stanici Prisutnost u eukariotskoj stanici Biljne stanice Životinjske stanice Mikrotjelešca Spremanje i Osiguravaju staničnu energiju Kloroplasti Stvaraju energiju za stanicu Središnja vakuola Održava oblik stanice; skladišti tvari i vodu Bičevi Različiti oblici Rijetko Trepetiljke Ponekad Ponekad Pili Plazmodezmata Glikokaliks DNA Bič Gibanje stanice Kapsula Gibanje stanice Zaštita stanice; održava oblik stanice Unutarstanične veze Različiti oblici Pili Okružuje i zaštićuje stanicu Komunikacija između dvije stanice; sprječavaju istjecanje vode; pojačavaju veze između tkiva i životinjske stanice Građa mišićnog vlakna 7 nm 8-12 nm Aktinski monomer Vlaknata podjedinica 25 nm Tubulinski dimer β-tubulinski monomer α-tubulinski monomer

8 biljne stanice Živčana stanica (neuron) Dendriti pora i Hrapavi ER Tijelo stanice Akson Smjer kretanja signala Završeci aksona prve živčane stanice tvore sinapsu s dendritima druge živčane stanice Kloroplast Glatki ER Središnja vakuola Središnja lamela Mikrotubul i Međustanični prostor Akson životinjske stanice Membrane u stanici Membrana endoplazmatskog a Vanjska jezgrina Unutarnja jezgrina Krista Matriks Unutarnja mitohondrijska Vanjska mitohondrijska Tilakoidna Lumen tilakoida Unutarnja kloroplasta Stroma Vanjska kloroplasta Međumembranski prostor Međumembranski prostor Membrana peroksisoma Strana okrenuta prema vanstaničnom prostoru Membranski dvosloj Strana okrenuta prema citoplazmi stanične membrane Glikoprotein Selektivno propusna Dva sloja lipida (dvosloj) između dva barijera koja kontrolira izmjenu između stanice i proteinska sloja njenog okoliša. Lanac ugljikohidrata Protein Hidrofilne regije Hidrofobne regije

9 biljne stanice Pasivni i aktivni prijenos tvari kroz staničnu membranu Transportirana molekula pora Kanalni protein Protein nosač i Hrapavi ER Lipidni dvosloj Koncentracijski gradijent Kloroplast Glatki ER Središnja vakuola Jednostavna difuzija Kanalom regulirano Nosačem regulirano Pasivni transport Središnja lamela Mikrotubul i Međustanični prostor Aktivni transport Kruta stanična stijenka obavija stanicu, sastoji se od celuloznih mikrofibrila koje su uložene u matriks drugih kompleksnih polisaharida kao što su hemiceluloza i pektini. Kod nekih stanica stanična stijenka može sekundarno zadebljati. Štiti stanicu i daje joj jaku mehaničku potporu zbog razlike tlaka koji se razvija na staničnoj stijenci. Sprječava osmotsko razaranje stanice. je također i put kojim prolaze voda i mineralne soli. Moguće su različite modifikacije stanične stijenke za specijalizirane funkcije, npr. lignifikacija. Tanki pektinski sloj Drži susjedne stanice zajedno Fine citoplazmatske niti koje povezuju citoplazme dviju susjednih stanica kroz poru u staničnoj stijenci. Pora je obložena sa staničnom membranom, ima tubularnu srž koja je često na svakom kraju povezana sa endoplazmatskim om. Omogućava da se između susjednih stanica formira kontinuirani sistem citoplazmi simplast, nužan za transport tvari između stanica. životinjske stanice Vanjska Unutarnja Karioplazma Pora u jezgrinoj ovojnici Najveći stanični organel, obavijena ovojnicom od dvije membrane koja je performirana s jezgrinim porama. Sadrži kromatin izdužena forma kromosoma u interfazi. Sadrži također i jezgricu. Kromosomi sadrže molekulu DNA. DNA je organizirana u gene koji kontroliraju sve aktivnosti u stanici. Dioba jezgre je osnova stanične replikacije, a time i reprodukcije. U jezgrici se sintetiziraju ribosomi. Karioplazma Unutarnja Jezgrine pore pora Vanjska

10 Kromosom Kromosom Stanična struktura DNA Geni Nasljedna informacija Životinjska stanica Eukariotska stanica Biljna stanica Prokariotska stanica Stanica gljive Centromera tip sadrži nalazi se u po subcelularnoj strukturi razlikujemo Kromosom građen od DNA Kromatide Kromosom Kromatida Kromatida Telomera Telomera Centromera Kraći krak kromosoma Telomera Centromera Stanica Duži krak kromosoma Histoni DNA dvostruka uzvojnica Parovi baza Telomera Kromatida Kromosom sastavljen od dvije kromatide Kromosom Humani kromosom br. 20 životinjske stanice Duplikacija kromosoma Centromera Odvajanje sestrinskih kromatida Raspodjela novih kromosoma u stanicama kćeri Sestrinske kromatide 0,5 mm

11 Endoplazmatski ribosomi cisterna Sustav spljoštenih membranom obavijenih vrećica koje se nazivaju cisterne i formiraju cijevaste strukture. Nastavljaju se na vanjsku membranu jezgrine ovojnice. Ako su na endoplazmatski vezani ribosomi onda se on naziva hrapavi (zrnati) endoplazmatski i u njegov lumen se transportiraju proteini nastali na ribosomima. (nema ribosoma) je mjesto sinteze lipida i steroida. i životinjske stanice i ER Slobodni ribosomi Vezani ribosomi ER Velika podjedinica Mala podjedinica Jezgrine pore s pratećim ribosomima životinjske stanice a c i n i d aj e k i d l o ep v a c i n i d e j a ld ao mp Udružene makromolekule proteina i RNA. Izgrađuju veću i manju podjedinicu. Nešto manji ribosomi nalaze se u mitohondrijima i kloroplastima (u biljaka). Mjesta sinteze proteina, ribosomi koordiniraju smještaj i funkcioniranje različitih molekula koje su u interakciji za vrijeme sinteze proteina. i mogu biti vezani na endoplazmatski ili slobodni u citoplazmi. Mogu formirati polisome (poliribosome) čitav niz ribosoma na jednoj molekuli mrna.

12 Nakupina spljoštenih, membranom obavijenih vrećica koje se nazivaju cisterne. One se kontinuirano formiraju na jednoj strani Golgijevog tijela, a na drugoj strani pupaju poput mjehurića i odvajaju se od njega. Tako nastaju Golgijeve vezikule. Nakupina cisterni može formirati diskretne diktiosome kao u biljnoj stanici ili razvedenu mrežu kao što je slučaj u životinjskoj stanici. U cisternama se procesiraju, a u vezikulama transportiraju mnoge stanične komponente kao što su enzimi koji u dospiju iz endoplazmatskog a. Golgijevo tijelo je najčešće uključeno u sekreciju i formiranje lizosoma. Golgi-jeve vezikule Diktiosom ili tijelo Golgi-ja Sekrecijski mjehurići životinjske stanice Jednostavni, okrugli mjehurić obavijen s jednostrukom membranom. Sadrži probavne (hidrolitičke) enzime. Njegov sadržaj djeluje homogeno. Uključen je u mnoge procese vezane za cijepanje staničnih struktura i molekula, kao što su autofagija, autoliza, endocitoza i egzocitoza. i životinjske stanice Stvaranje i funkcija lizosoma Digestija Stanična Hranidbena vakuola Progutana čestica s progutanim oštećenim organelom Hrana Golgijev aparat Transportne vezikule (sadrže inaktivne hidrolitičke enzime) Hrapavi ER

13 Obavijen je s ovojnicom od dvije membrane, unutarnja je naborana u kriste. Sadrži matriks s ribosomima, cirkularnom DNA molekulom i fosfatnim granulama. U aerobnoj respiraciji kriste su mjesta oksidativne fosforilacije i transporta elektrona. U matriksu se odvija Krebsov ciklus i oksidacija masnih kiselina. biljne stanice Matriks pora i Hrapavi ER Kloroplast Glatki ER Središnja vakuola Središnja lamela Mikrotubul i Međustanični prostor Vanjska Unutarnja Veliki plastid koji posjeduje klorofil i u njemu se odvija fotosinteza. Obavijen je ovojnicom od dvije membrane, njegova unutrašnjost ispunjena je stromom u gel stanju. U nju je uložen sustav koje se na pojedinim mjestima nakupljaju i formiraju grana. U stromi se još nalaze ribosomi, cirkularna DNA, kapljice masti i škrobna zrnca. U kloroplastu se odvija fotosinteza pri čemu se iz ugljičnog dioksida i vode, korištenjem svjetlosne energije koju apsorbira klorofil, proizvode šećer i druge tvari. Svjetlosna energija se pretvara u kemijsku. Kloroplast Nabori Proplastid kloroplasta Etioplast Vanjska Unutarnja Tilakoid Grana Stroma Tilakoid Grana Leukoplast (skladištenje) Aleuroplast (proteini) Amiloplast (škrob) Elaioplast (lipidi) Kloroplast (fotosinteza) Kromoplast (boja)

14 životinjske stanice Triplet mikrotubula biljne stanice pora i Hrapavi ER Kloroplast Glatki ER Središnja vakuola Središnja lamela Mikrotubul i Međustanični prostor i Središnja lamela Vrećasta struktura obavijena s jednostrukom membranom tonoplast. Sadrži stanični sok koji je koncentrirana otopina različitih tvari kao što su: mineralne soli, šećeri, pigmenti, organske kiseline i enzimi. Tipično je za zrele stanice da imaju velike vakuole. Pohrana različitih tvari uključujući i otpadne produkte. Daje veliki doprinos osmotskim svojstvima stanice. Ponekad djeluje kao lizosom.