BIOLOGIJA SKRIPTA ZA DRŽAVNU MATURU. Marko Galić Kristina Kučanda

Transcript

1 BIOLOGIJA SKRIPTA ZA DRŽAVNU MATURU Marko Galić Kristina Kučanda

2 2 Autori: Marko Galić Kristina Kučanda prema: Ispitni katalog za državnu maturu u šk. god. 2011/2012., Biologija, NCVVO Objavljeno na: matura.com Kontakt : info@drzavna matura.com Skripta se može koristiti samo za individualne potrebe korisnika uz poštivanje svih autorskih i vlasničkih prava. Zabranjeno je mijenjati, distribuirati, prodavati, licencirati ili koristiti sadržaj u komercijalne ili bilo koje druge svrhe bez dozvole autora. Skripta se koristi na vlastitu odgovornost i autori se ne mogu smatrati odgovornima za bilo kakvu štetu koja na bilo koji način može nastati korištenjem. Zagreb, PAŽNJA: Skripta se kontinuirano usavršava i dorađuje. Najnoviju verziju i prateće materijale možete pronaći na drzavna-matura.com.

3 3 Sadržaj Uvod BIOLOGIJA STANICE... 8 a. Definicija biologije... 8 b. Etape i metode istraživanja u biologiji... 9 c. Značenje bioloških otkrića za život čovjeka d. Uloge osoba koje su značajno doprinijele razvoju biologije e. Organizacijske razine živog svijeta f. Kemijski sastav živih bića te struktura i uloga organskih i anorganskih spojeva u njima 16 g. Prokariotska i eukariotska stanica, građa i uloga njihovih glavnih organela i struktura 32 h. Stanične diobe (mitoza i mejoza) i njihova uloga u višestaničnom organizmu i. Procesi fotosinteze, staničnoga disanja i vrenja j. Osnovne etape i procesi razvitka te strukturna i funkcionalna organizacija višestaničnoga organizma MIKROBIOLOGIJA a. Razlike između virusa i živih bića, mehanizam umnožavanja virusa u živim stanicama 57 b. Biološka raznolikost i sistematska podjela živog svijeta c. Glavni dijelovi prokariotske stanice, njihove uloge i razmnožavanje prokariota d. Uloga prokariota (bakerija) u biosferi i u životu čovjeka e. Načini suzbijanja bolesti uzrokovanih bakterijama i virusima PROTOKTISTA I GLJIVE a. Osobine glavnih skupina heterotrofnih i autotrofnih protoktista i njihova uloga u biosferi... 73

4 4 b. Osobine gljiva i njihova ulogu u biosferi c. Osobine i značenje lišaja d. Značenje protoktista i gljiva za čovjeka; mjere za suzbijanje bolesti uzrokovanih parazitskim protoktistima i gljivicama BOTANIKA a. Zajedničke osobine biljaka i osnovna organizacija biljnoga tijela b. Glavne skupine biljaka i njihovi predstavnici, usavršavanje njihove građe i uloge s prilagođavanjem životu na kopnu c. Razlike u životnim ciklusima različitih skupina biljaka d. Značenje biljaka u biosferi i životu čovjeka e. Raznolikost flore i vegetacije Hrvatske f. Osnovni procesi vezani uz promet vode u biljkama g. Značenje procesa vezanih uz izmjenu tvari i energije u biljci te utjecaj ekoloških čimbenika na te procese h. Osnovne etape i procesi na kojima se temelji razvitak biljaka te utjecaj vanjskih i unutarnjih čimbenika na te procese i. Gibanja biljaka ZOOLOGIJA a. Zajedničke osobine životinja, osobitosti glavnih skupina b. Razvrstati općepoznate životinjske vrste u pripadajuće glavne skupine BIOLOGIJA ČOVJEKA a. Kemijski sastav tijela čovjeka, uloga glavnih anorganskih i organskih spojeva b. Sastav tjelesnih tekućina, sastav i uloge krvi c. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada srca i krvožilnoga sustava d. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada dišnog sustava e. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada imunološkog sustava f. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada probavnog sustava

5 5 g. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada metaboličkog sustava h. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada sustava za regulaciju sastava tjelesnih tekućina i. Smještaj u tijelu građa, uloga i način rada sustava organa za kretanje j. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada endokrinog sustava k. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada spolnog sustava l. Smještaj u tijelu, građa,uloga i način rada osjetilnog i živčanog sustava m. Značenje pojedinih organa i organskih sustava u održavanju homeostaze organizma 188 n. Glavni poremećaji i bolesti organa i organskih sustava čovjeka; čimbenici koji unaprjeđuju ili narušavaju zdravlje čovjeka GENETIKA a. Osnovni genetički pojmovi i njihovi međuodnosi b. Kemijska građa i mehanizam djelovanja gena c. Građa i organizacija nasljedne tvari virusa, prokariota i eukariota d. Značenje mejoze i križanja za nasljeđivanje e. Vrste promjena genotipa, uzroci i posljedice f. Primjena genetike na različitim podružjima ljudske djelatnosti EVOLUCIJA a. Osnovni pojmovi i etape kemijske i biološke evolucije b. Dokazi evolucije c. Osnovne postavke Darwinove selekcijske teorije evolucije te glavne pokretačke sile evolucijskog procesa d. Evolucija čovjeka EKOLOGIJA a. Osnovni ekološki pojmovi i njihovi međuodnosi b. Odnosi između živih bića i abiotičkih čimbenika okoliša

6 6 c. Odnosi između živih bića u biocenozi (biotički čimbenici) d. Glavne osobine biocenoza i ekosustava e. Odnosi ishrane u biocenozi, kruženje tvari i protjecanje energije u ekosustavu f. Štetni utjecaji čovjeka na biosferu i mjere kojima se štetni utjecaji mogu smanjiti (održivi razvoj u Republici Hrvatskoj i u svijetu) NEKI PREPORUČENI POKUSI a. Dokazivanje prisutnosti škroba b. Dokazivanje koagulacije bjelančevina c. Mikroskopsko promatranje plastida Mikroskopsko promatranje leukoplasta Mikroskopsko promatranje kromoplasta Mikroskopsko promatranje kloroplasta d. Dokazi osmoze u biljnoj stanici

7 7 Uvod Namjena je ove skripte ukratko obuhvatiti gradivo navedeno u Ispitnom katalogu za državnu maturu iz biologije, podjelom i redoslijedom kako je ono u tom katalogu navedeno (uz neka manja odstupanja kako bi se smanjilo rascjepkavanje sadržajno povezanog gradiva). Boja teksta i stupanj osjenčanosti upućuje na težinu gradiva, u pravilu istim sistemom kako je ono podijeljeno u ispitnom katalogu: zelenom je napisano ono što je u katalogu navedeno kao "nužno" (za pozitivnu ocjenu), narančastom ono što je navedeno kao "važno" (za više ocjene bilo bi dobro poznavati i to), a tamnocrvenom "vrijedno" (za odličnu ocjenu bilo bi dobro poznavati i to). Ljubičasto su napisani neki sadržaji koji se neće ispitivati, ali pristupnicima mogu biti korisni za razumijevanje sadržaja koji će se ispitivati ili u daljnjem školovanju, i/ili su bili navedeni u ranijim verzijama Ispitnog kataloga. Pristupnicima, osobito onima koji nisu imali prikladnu nastavu biologije u srednjoj školi, preporuča se uz ovu skriptu koristiti i druge izvore, kao što su od MZOŠ odobreni gimnazijski udžbenici. Napomena: Ovom prvom izdanju skripte nedostaje najveći dio cjeline 5) Zoologija, kao i opisi nekih od pokusa preporučenih u Ispitnom katalogu. O autorima Marko Galić autor je najvećeg dijela skripte. Kristina Kučanda autorica je prvobitne nedovršene skripte za državnu maturu na temelju koje je ova skripta djelomično rađena, autorica je poglavlja Ekologija i mikroskopskih crteža u pokusima u ovoj skripti te je ovu skriptu pregledala i uredila.

8 8 1 BIOLOGIJA STANICE a. Definicija biologije Biologija (grč. bios = život, logos = govor, riječ) znanost koja proučava život (živa bića i životne procese). Biologija kao znanost o životu osnova je razumijevanja prirode koja nas okružuje, procesa koji se u njoj događaju, poimanja sebe kao organizma i kao dijela prirode. Zajedničke osobine živih bića: Sva živa bića izgrađena su od stanica Kretanje (pokretljivost) Podražljivost (iritabilnost) Prilagodljivost (adaptacija) Metabolizam (izmjena tvari) Rast i razvitak Razmnožavanje Nasljeđivanje Starenje i umiranje Jedinstvenost Evolucija Osnovne grane biologije GRANA zoologija botanika mikrobiologija citologija fiziologija PROUČAVA: životinje biljke mikroorganizme (organizme presitne da bi se promatrali golim okom) stanice funkcije životnih procesa u pojedinim tkivima, organima, sustavima organa i organzimima

9 9 genetika evolucija molekularna biologija biokemija (grana i kemije i biologije) ekologija anatomija morfologija sistematika nasljeđivanje postanak i razvoj života i pojedinih vrsta organizama životne procese u stanicama na molekularnoj, biokemijskoj razini kemijske reakcije u živim organizmima odnosno među tvarima koje se obično nalaze u živim organizmima odnose među živim organizmima te između živih organizama i njihovog okoliša građu tijela čovjeka oblik i građu organizama svrstava žive organizme u skupine (kategorije) prema sličnosti i razlikama odnosno srodnosti (vrsta i kategorije više i niže od vrste) b. Etape i metode istraživanja u biologiji Etape istraživanja u biologiji (osnovni koraci u znanstvenom istraživanju): Znanstvena metoda način stjecanja informacija o svijetu predlaganjem mogućih rješenja unutar istraživačke problematike. Neke znanstvene metode u biologiji: Opažanje

10 10 Mikroskopiranje Seciranje Stanično frakcioniranje Kultura stanica Obilježavanje radioizotopima Protočna citometrija Upotreba računala Opis znanstvenih metoda u istraživanju Mikroskopiranje vidi dalje Stanično frakcioniranje postupak rastavljanja stanica na sastavne dijelove, izdvajanje pojedinih staničnih organela ili još manjih staničnih dijelova u homogene frakcije. Stanice se u postupku frakcioniranja kidaju, a manje stanične komponente, na osnovi različite gustoće, odvajaju se CENTRIFUGIRANJEM. Centrifuga je uređaj u kojem se kružnom vrtnjom velikom brzinom organela razdvajaju na temelju brzine njihova taloženja. Prvim se centrifugiranjem istalože najveći djelovi stanice, sljedećim centrifugiranjem (na većoj brzini) istalože se nešto manji itd. Najteže se istalože ribosomi budući da su najmanji, najlakši. Autoradiografija (obilježavanje radioizotopima) radioizotopi su izotopi elemenata koji imaju nestabilne jezgre, koje se raspadaju uz pojavu ionizirajućeg zračenja. Ugradnjom radioizotopa u neku molekulu može se pratiti, na osnovi zračenja, njegov put po stanici (npr. možemo pratiti put hrane od korijena do lista, ovom je metodom utvrđeno da se DNA replicira u jezgri, ugradnja CO 2 iz zraka u molekulu šećera...) Kultura stanica uzgoj stanica u posudama, izvan organizma. Posuda s hranjivom podlogom (tvar koja podržava rast i reprodukciju kulture) mora biti sterilna kako mikroorganizmi ne bi uništili kulturu (primjena: proizvodnji cjepiva, antitijela, enzima, hormona, suvremena poljoprivreda, biotehnologija...)

11 11 Protočna citometrija metoda pomoću koje se određuje broj, veličina i oblik stanica, prisutnost staničnih pigmenata ili različite faze staničnog ciklusa. Zasniva se na protoku pojedinačnih stanica u odgovarajućoj otopini kroz tanku kapilaru uz koje su postavljeni izvor laserske zrake i detektor. Ova metoda ne uništava stanice i omogućuje njihovu daljnu uporabu Računala koriste se u mikroskopiji i kod mnogih medicinskih dijagnostičkih metoda. Pomoću računala znanstvenici obrađuju i objavljuju istraživanja Građa svjetlosnog mikroskopa i uloga dijelova Mikroskop instrument za promatranje predmeta koji su previše mali da bi se mogli vidjeti golim okom. MIKROSKOP Svjetlosni mikroskop Elektronski mikroskop Dijelovi mikroskopa: a - podloga b - nepomični dio stalka c - pomični dio stalka d - tubus d 1 - prostor za prizmu e - stolić f - "revolver" za objektive stalak

12 12 g - objektiv h - okular i - veliki ili makrometarski vijak j - mali ili mikrometarski vijak k - zrcalo (ili drugi izvor svjetla) l - kondenzor m - vijak za vertikalno pomicanje kondenzora n - iris-zaslon o - okvir za filtere p - vijak za horizontalno pomicanje kondenzora Mikroskopi imaju stalak koji se nalazi na čvrstom podnožju. Jednostavniji mikroskopi imaju zrcalo pomoću kojega usmjeravamo snop svjetlosti na predmet promatranja. Noviji imaju ugrađenu rasvjetu. Na stalku se nalazi stolić mikroskopa na njega postavljamo predmet promatranja. Ispod stolića je kondenzor sustav leća s ulogom boljeg osvjetljenja. Pomoću iris-zaslona prilagođavamo jačinu osvjetljenja. Objektivi (stvara povećanu sliku predmeta) su pričvršćeni na nosaču objektiva ili revolveru. Gornji dio mikroskopa je tubus, na čijem se kraju nalazi okular dodatno povećava sliku predmeta. Pomoću makrovijka možemo grublje, a pomoću mikrovijka finije izoštriti sliku Osnovna pravila mikroskopiranja 1. Pomicanjem zrcala treba pronaći dobro osvjetljenje. 2. Kondenzor pri većim povećanjima podignuti, a pri manjim spustiti. 3. Stavi preparat na mikroskop. 4. Okreni revolver mikroskopa s objektivima na najmanje povećanje. 5. Gledajući sa strane, objektiv pažljivo spusti makrovijkom tako da gotovo dodiruje preparat. 6. Ako nosiš naočale, skini ih i odloži. 7. Lijevim okom ako si dešnjak, a desnim ako si lijevak, gledaj u okular i traži sliku okretanjem makrovijka u smjeru podizanja tubusa. 8. Sliku izoštri mikrovijkom.

13 13 9. Preparat premještaj palcima po stoliću mikroskopa traži najbolje vidljiv dio preparata. 10. Okreni revolver na srednje povećanje i mikrovijkom izoštri sliku. 11. Po završetku mikroskopiranja, okreni revolver na najmanje povećanje, skini preparat sa stolića, pažljivo očisti i spremi mikroskop. ELEKTRONSKI MIKROSKOP umjesto vidljive svjetlosti i optičkih leća koristi zraku elektrona koju usmjerava fokusirajući elektromagnetko polje (transmisijski elektronski mikroskop TEM, skenirajući elektronski mikroskop SEM) Usporedba građe i rada elektronskog mikroskopa sa svjetlosnim mikroskopom Elektronski mikroskop ima daleko veće povećanje od svjetlosnog. Elektronski mikroskop umjesto vidljive svjetlosti i optičkih leća koristi zraku elektrona. Elektronski mikroskop ima oko 1000 puta veću moć razlučivanja (sposobnost mikroskopa da dvije bliske točke prikaže odvojeno). Elektronskim je mikroskopom moguće vidjeti mnogo više detalja u građi stanice. c. Značenje bioloških otkrića za život čovjeka Značaj biologije pri proizvodnji hrane i kontroliranju bolesti: Kultura stanica se koristi u proizvodnji cjepiva, lijekova, antitijela, enzima, hormona. Kultura biljnog tkiva nalazi primjenu u poljoprivredu i biotehnologiji za oplemenjivanje biljaka, za dobivanje biljnih sadnica bez virusnih bolesti te za dobivanje genetski preinačenih biljaka. Stanično frakcioniranje omogućuje detaljnije istraživanje građe i funkcije stanice. Protočna citometrija koristi se pri dijagnostici raznih bolesti, pri tipizaciji tkiva, u mljekarskoj industriji za utvrđivanje ukupnog broja bakterija u sirovom mlijeku i dr. d. Uloge osoba koje su značajno doprinijele razvoju biologije OSOBA Robert HOOK (17. st.) DOPRINOS U RAZVOJU BIOLOGIJE promatrao tanke prereze pluta (stijenke mrtvih stanica) pomoću vrlo primitivnoga mikroskopa; prvi

14 14 uporabio naziv cellula = lat. STANICA Antony van otac mikroskopa usavršio mikroskop i dobio LEEUWENHOEK (1632. povećanje ~270 ; prvi promatrao živi jednostanični 1723.) organizam (mikroorganizme iz usne šupljine, spermije, krvne stanice ) Carl LINNÉ ( ) binarna nomenklatura, osnivač taksonomije ili sistematike Matthias SCHLEIDEN STANIČNA TEORIJA sva su živa bića građena od (botaničar) i Theodor stanica SCHWANN (zoolog) (18. st.) Charles DARWIN (1809. teorija evolucije: razvijeniji organizmi razvili su se iz 1882.) jednostavnijih Louis PASTEUR (1822. dokazao je da mikroorganizmi nastaju iz već 1895.) postojećih mikroorganizama i da su uzročnici zaraznih bolesti i vrenja, razvio i razjasnio cijepljenje (protiv kokošje kolere, bedrenice, bjesnoće ); osmislio i razvio PASTERIZACIJU Gregor Johann MENDEL osnivač znanstvene genetike: postavio zakone ( ) nasljeđivanja Ernest HAECKEL (19. st.) utemeljio ekologiju Robert KOCH ( ) otkrio uzročnika tuberkuloze i kolere, usavršio hranjive podloge za uzgoj bakterija i tehnike mikroskopiranja bakterija Alexander FLEMING (1881. otkrio prvi antibiotik (penicilin) 1955.) Dragutin GORJANOVIĆ otkrio ostatke neandertalaca (krapinskoga pračovjeka) KRAMBERGER (1856. na Hušnjakovu brdu pored Krapine 1927.) A. OPARIN (1938.) ruski biokemičar; pretpostavio da su prve organske molekule mogle nastati od plinova u praatmosferi; iznio ideju kemijske evolucije (proces spontane sinteze složenijih organskih molekula iz

15 15 jednostavnih) Stanly MILLER (1953.) J. WATSON i F. CRICK (1953.) Thomas Hunt MORGAN (20. st.) Milislav DEMEREC (20. st.) pokusom dokazao da su male organske molekule mogle nastati abiotički otkrili strukturu i načelo replikacije DNA radio istraživanja na vinskim mušicama; povezao genetiku i citologiju i razvio kromosomsku teoriju nasljeđivanja (= morganizam) doprinio masovnoj proizvodnji antibiotika (penicilin), primjenio genetičke metode u tehnologiji (uzgoj korisnih mikroorganizama) e. Organizacijske razine živog svijeta

16 16 f. Kemijski sastav živih bića te struktura i uloga organskih i anorganskih spojeva u njima Biogeni elementi Sva živa bića izgrađena su od biogenih kemijskih elemenata. U prirodi su otkrivena 92 kemijska elementa od kojih je 60 biogenih elemenata koji izgrađuju živa bića. Kemijski Simbol % u ljudskom Biološka element kemijskog tijelu važnost ili elementa funkcija kisik O 65 Potreban za dobivanje energije, sastojak vode i organskih molekula ugljik C 18.5 Sastojak svih organskih molekula vodik H 9.5 Nosač elektrona, sastojak vode i organskih molekula dušik N 3.3 Sastojak proteina i nukleinskih kiselina kalcij Ca 1.5 Izgrađuje kosti

17 17 i zube, potreba za stezanje mišića fosfor P 1.0 Sastojak nukleinskih kiselina, važan u prijenosu energije kalij K 0.4 Važan za funkciju živaca sumpor S 0.3 Sastojak nekih proteina klor Cl 0.2 Glavni negativni ion u izvastaničnoj tekućini natrij Na 0.2 Glavni pozitivni ion u izvanstaničnoj tekućini, važan za funkciju živaca magnezij Mg 0.1 Važan dio enzima u prijenosu energije, sastojak klorofila željezo Fe 0.05 Sastojak hemoglobina

18 18 Gotovo 95% mase većine organizama čine ugljik, kisik, vodik i dušik Razlika u zastupljenosti kemijskih elemenata u živoj i neživoj prirodi Živi i neživi svijet grade isti kemijski elementi, ali su različito zastupljeni u živoj i neživoj prirodi Najzastupljeniji elementi u neživoj prirodi: O, Si, Al W/% ŽIVA PRIRODA NEŽIVA PRIRODA C O H 10 1 N Na Fe Si Značenje anorganskih soli (minerala) u tjelesnim tekućinama i čvrstim strukturama (zubi, kosti, ljušture): Veliko značenje imaju u mehanizmu samoregulacije sastava iona u stanici, tzv. natrij/kalij crpka - važno za prijenos živčanih impulsa Kalcij je važan u strukturi kostiju i zubi Natrij je važanu regulaciji krvnog i osmotskog tlaka tjelesnih tekućina, u mehanizmu provođenja živčanih impulsa, radu srca, mišićnoj kontrakciji Ugljik kao središnji atom u organskim molekulama

19 19 Među biogenim elementima ističe se ugljik nalazi se u svim organskim molekulama Ugljikovi se atomi međusobno vezuju čvrstim kovalentnim vezama u lančaste, razgranjene ili prstenaste molekule. Na ugljikove atome mogu se vezati različite kemijske skupine koje određuju fizikalna i kemijska svojstva pojedinih djelova organske molekule. Ovisno o fizikalno-kemijskim svojstvima, organske molekule mogu ostvarivati različite tipove veza s drugim molekulama u svom neposrednom okolišu. Kemijske veze koje se na taj način ostvaruju često su slabe i povratne. To znači da se lako uspostavljaju, prekidaju i ponovo uspostavljaju to je iznimno važno u svim životnim procesima Razlika između organskih i anorganskih molekula Organske molekule uvijek sadrže ugljik! ANORGANSKE TVARI: VODA, SOLI, KISELINE ORGANSKE TVARI: UGLJIKOHIDRATI, LIPIDI, BJELANČEVINE, NUKLEINSKE KISELINE Međusobni odnos monomera i polimera Monomeri izgrađuju polimere. Npr. aminokiseline (monomeri) međusobno se vezuju peptidnom vezom u bjelančevine (polimeri), nukleotidi DNA, monosaharidi polisaharidi monomer oligomer polimer Polimerizacija

20 20 MAKROMOLEKULA PODJELA I GRAĐA ULOGA PRIMJER Lipidi trigliceridi (glicerol + više masne kiseline) fosfolipidi (glicerol + više masne kiseline + fosfatna skupina) Steroidi -pohranjivanje energije -izgradnja membrana -sastojak membrana -hormoni masti, ulja lecitin -kolesterol -testosteron Ugljikohidrati monosaharidi -izvor energije -glukoza, fruktoza (heksoze 6 -gradivni dijelovi -deoksiriboza, riboza ugljikovih atoma, DNA i RNA pentoze 5 ugljikovih atoma) disaharidi šećer u biljaka saharoza polisaharidi -potpora tijela -hitin, celuloza -pohranjivanje -škrob, glikogen energije Proteini polimeri -prijenos tvari -hemoglobin aminokiselina -rad mišića -miozin i aktin (karboksilna skupina -zgrušavanje krvi -trombin, fibrin COOH, amino -imunitet -antitijela skupina NH 2 ) -ubrzavanje -enzimi kemijskih reakcija Nukleinske kiseline polimeri nukleotida -prijenos genske -deoksiribonukleinska (dušična baza + upute s roditelja na kiseline, DNA pentoza + fosfatna potomstvo - ribonukleinska skupina) -sinteza proteina kiselina, RNA

21 21 Zajednička svojstva lipida, netopljivost u vodi Lipidi uključuju velik broj različitih molekula koje se otapaju u organskim otapalima. Zbog nepolarnih veza C C i C H NISU topivi u vodi. Lipidi se u vodi rasprše u sitne kapljice stvarajući emulziju. Osnovne biološke uloge lipida su: Pohranjivanje energije Izgradnja bioloških membrana Prijenos signala među stanicama Uloga masti, ulja, fosfolipida i steroida MASTI i ULJA su po kemijskom sastavu TRIGLICERIDI, a glavna im je uloga pohranjivanje energije FOSFOLIPIDI izgrađuju stanične membrane svih živih bića STEROIDI stanične membrane životinjskih stanica i stanica čovjeka sadrže steroid KOLESTEROL ishodišna molekula za sintezu spolnih hormona (estrogena, progesterona i testosterona), hormona nadbubrežnih žlijezda (kortizola i aldosterona) i vitamina A, D i E Značenje zasićenih i nezasićenih masnih kiselina Masne kiseline sastoje se od dugačkih molekula (16-20 C-atoma) koje najednom kraju imaju kiselinsku skupinu COOH. Razlikujemo zasićene i nezasićene masne kiseline. Zasićene masne kiseline (palmitinska, stearinska) veze između C atoma jednostruke, a nezasićene masne kiseline (oleinska) imaju jednu dvostruku vezu. U mastima su zasićene, a u uljima nezasićene masne kiseline. Maslinovo ulje ima nezasićene masne kiseline (linolnu i oleinsku), zato je lako probavljivo i ima veliku prehrambenu vrijednost. Razgradnjom masnih kiselina

22 22 oslobađa se dvostruko više energije nego razgradnjom jednake mase glukoze, zato masne kiseline spadaju u glavne spremišne molekule stanice Steroidi primjeri iz svakodnevnog života Znamo da je kolesterol zapravo steriod. Molekule kolesterola su važne i tijelu moraju stalno biti na raspolaganju. Unosi se putem hrane, ali ga i sam organizam sintetizira u jetri. Ipak, suvišan kolesterol je štetan suvišak tijelo ne može iskoristiti te ga zadržava u krvi i taloži na stijenkama krvnih žila ATEROSKLEROZA ovo stanje može dovesti, zbog začepljenja krvni žila ateromima, do moždanog udara ili koronarnih bolesti srca. Steroidi se ćesto koriste u bodybuildingu radi povećanja mišićne mase (moguće posljedice: akne, razvoj grudi kod muškarca, oštećenja jetre...). Steroidi su ishodišne molekule za sintezu testosterona, estrogena, progesterona, kortizola, aldosterona. Podjela ugljikohidrata MONOSAHARIDI ili jednostavni šećeri koji mogu biti izgrađeni od tri (trioze), pet (pentoze) ili šest (heksoze) međusobno povezanih atoma ugljika. Riboza i deoksiriboza su pentoze. Glukoza, fruktoza i galaktoza su heksoze imaju istu kemijsku formulu C 6 H 12 O 6, ali su različite strukture pa i različitih svojstava OLIGOSAHARIDI ili složeni šećeri koji su izgrađeni od dviju do deset molekula monosaharida. Najznačajniji oligosaharidi su disaharidi (nastaju spajanjem dviju molekula monosaharida kovalentnom vezom GLIKOZIDNA VEZA, a izdvaja se molekula vode. Disaharidi su saharoza (glukoza + fruktoza), laktoza ili mliječni šećer (glukoza + galaktoza), MALTOZA (glukoza + glukoza) POLISAHARIDI ili složeni šećeri kod kojih je više od deset molekula monosaharida povezano u duge polimerne lance. Polisaharidi mogu biti STRUKTURNI (hitin, celuloza) i REZERVNI (glikogen, škrob)

23 23 Monosaharidi, disaharidi, polisaharidi MONOSAHARIDI se dijele na PENTOZE (riboza i deoksiriboza ulaze u sastav nukelinskih kiselina), HEKSOZE (GLUKOZA najvažniji izvor energije za živi svijet, nastaje u biljkama kao produkt fotosinteze, a u životinjskom organizmu nalazi se kao krvni šećer. Organizmi iz glukoze oslobađaju energiju kroz proces staničnog disanja ili biološke oksidacije, ima sladak okus, lako topljiva u vodi. FRUKTOZA vrlo sladak šećer, topljiv u vodi, nalazi se u voću voćni šećer. Galaktoza se nalazi u mlijeku sisavaca) DISAHARIDI nastaju spajanjem dviju molekula monosaharida glikozidnom vezom, a izdvaja se molekula vode. Npr. SAHAROZA sastoji se od glukoze i fruktoze, nalazi se ušećernoj trsci i repi. LAKTOZA sastoji se od glukoze i galaktoze i nalazi se u mlijeku. Maltoza se sastoji od dvije molekule glukoze i često se naziva slad POLISAHARIDI su STRUKTURNI (hitin strukturni polisaharid, polimer glukoze koji sadrži aminoskupinu, ne otapa se u vodi, nije probavljiv, glavni je sastojak oklopa člankonožaca i staničnih stijenki hifa nekih gljiva, ima potpornu i zaštitnu ulogu jer je otporan na vanjske utjecaje. celuloza strukturni polisaharid, polimer glukoze, izgrađuje staničnu stijenku biljnih stanica i hife nekih gljiva što im daje čvrstoću. Ima široku primjenu u svakodnevnom životu pamučna vlakna, drveni namještaj, papir) REZERVNI (škrob građen od molekula glukoze koje tvore spiralne lance, ima ulogu pričuvne hrane u sjemenkama: pšenice, kukuruza, riže... Velike količine skroba pohranjenog u škrobnim zrncima nalazi se u gomoljima krumpira, jako važan u prehrani. glikogen rezervni polisaharid kod čovjeka i životinja, pohranjuje se u jetri i mišićima. Kada je tijelu potrebna energije glikogen se razgrađuje do glukoze) Struktura aminokiselina i peptidna veza Proteini (bjelančevine) su izgrađene od aminokiselina. Svaka aminokiselina sadrži karboksilnu skupinu COOH, aminoskupinu NH 2 i R-skupinu ili aminokiselinski ogranak. R skupina specifična je za pojedinu aminokiselinu i može biti različite

24 24 veličine i kemijske strukture (npr. kod glicina ogranak je vodikov atom, a kod alanina metilna skupina). Aminokiseline se međusobno vezuju peptidnim vezama u polipeptidne lance. Peptidna veza nastaje između karboksilne skupine jedne aminokiseline i aminoskupine druge aminokiseline, a izdvaja se molekula vode. Nastajanje peptidne veze Značenje enzima za kemijske reakcije u živim bićima Bez aktivnosti enzima većina kemijskih reakcija u biološkom sustavu ne bi se odvijala, ili bi bila toliko spora da se ne bi mogla odviti u uvjetima u kojima se odvija život. Za život stanice potrebno je brzo odvijanje kemijskih reakcija to je svojstvo enzima: ubrzavaju kemijske reakcije više od milijun puta, pritom se ne troše niti mijenjaju svoja kemijska svojstva. Veliku važnosti imaju u razgradnji hrane u probavnom sustavu (ptijalin, pepsin, polipeptidaza, dipeptidaza), pri replikaciji DNA i dr. Kako enzimi ubrzavaju kemijske reakcije ENZIMI ili BIOKATALIZATORI su proteini bez čije se aktivnosti većina kemijskih reakcija u biološkom sustavu ne bi odvijala dovoljno brzo za postojanje života. Posebnost djelovanja enzima očituje se u njihovoj specifičnosti, odnosno djeluju samo na određenu vrstu tvari. Lipaze samo na lipide, amilaze samo na ugljikohidrate, peptidaze na proteine (nazivi enzima

25 25 tvore se tako da se korijenu naziva koji govori o njegovu djelovanju doda nastavak aza). Tvar na koju enzim djeluje naziva se SUPSTRAT. Mjesto na enzimu na koje se veže supstrat jest AKTIVNO MJESTO. Međudjelovanje enzima može se objasniti na principu ključ brava u kojem supstrat oblikom odgovara obliku aktivnog mjesta na enzimu. Vezivanje supstrata na aktivno mjesto PRIJELAZNO RAZDOBLJE. Enzimi ubrzavaju kemijske reakcije sniženjem energije aktivacije molekula. Energija aktivacije je količina energije potrebna molekulama za stupanje u kemijske reakcije. Sniženjem energije aktivacije molekule brže stupaju u kemijske reakcije Djelovanje ezima Uzroci raznolikosti bjelančevina kao preduvjeta biološke raznolikosti Sve biološke vrste i jedinke unutar vrsta međusobno se razlikuju upravo po proteinima Proteini se sastoje od aminiokiselina povezanih peptidnom vezom. Poznato je 20 aminokiselina. Vrsta bjelačevine ovisi o broju, vrsti i redosljedu aminokiselina. Čim se proteinu doda neka nova aminokiselina nastaje novi protein. Npr. ako uzmemo 100 aminokiselina broj različitih proteina koji mogu nastati je što je ogroman broj. Isto tako polipeptidi lanci se mogu povezivati i savijati i zauzimati određene prostorne rasporede što donosi nebrojeno mnogo kombinacija. Zato su proteini nositelji biološke specifičnosti.

26 26 Nukleinske kiseline Nukleinske kiseline su složeni polimeri, tj. izgrađeni su od monomernih jedinica NUKLEOTIDA. Nukleinske kiseline pohranjuju i prenose informacije unutar stanice. Razlikujemo DNA (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina). Nukleotidi, koji izgrađuju nukleinske kiseline, sadrže: FOSFATNU SKUPINU, ŠEĆER PENTOZU (deoksiriboza/riboza), DUŠIČNU BAZU (prstenasta molekula koja sadrži dušik ) NUKLEOTIDI DNA u svom sastavu imaju deoksiribozu i jednu od četiri dušične baze: ADENIN (A), GVANIN(A), CITOZIN(C), TIMIN(T) NUKLEOTIDI RNA u svom sastavu imaju šećer ribozu i dušične baze: adenin, gvanin, citozin, URACIL (U) Dušične baze: PIRIMIDINSKE (jedan prsten) CITOZIN ADENIN PURINSKE (dva prstena) TIMIN GVANIN

27 27 URACIL Molekula DNA izgrađena je od dvaju dugačkih lanaca POLINUKLEOTIDNI LANCI (taj lanac grade nukleotidi koji se vezuju preko šećera i fosfata). Dva polinukleotidna lanca međusobno se vezuju VODIKOVIM vezama koje se uspostavljaju između komplementarnih baza. Komplementarne baze su adenin-timin te gvanin citozin u molekuli DNA dok se u molekuli RNA umjesto timina pojavljuje uracil koji je komplementaran adeninu, dakle adenin-uracil u molekuli RNA. tri vodikove veze GVANIN CITOZIN dvije vodikove veze ADENIN TIMIN

28 28 Usporedba DNA i RNA DNA RNA PURINSKE BAZE A,G A,G PIRIMIDINSKE BAZE T,C U,C MONOSAHARID deoksiriboza riboza BROJ LANACA 2 1 POLOŽAJ U EUKARIOTSKOJ STANICI jezgra, mitohondriji, kloroplasti jezgra i citoplazma VRSTE - mrna, trna, rrna Replikacija DNA i njezino značenje Molekula DNA ima sposobnost samoumnožavanja ili autoreplikacije stvaranje vlasitith kopija. Replikacija je semikonzervativna, što znači da jedan polinukleotidni lanac služi kao kalup za sintezu drugog lanca. Tako nastaju dvije molekule DNA od kojih svaka ima jedan stari i jedan novi (novosintetizirani) lanac Tok replikacije: 1. Kidanje vodikovih veza između dušičnih baza i razdvajanje polinukleotidnih lanaca 2. Komplementarno spajanje slobodnih nukleotida (A=T, G C) Replikacija se odvija uz prisustvo raznih enzima. Npr. enzim DNA polimeraza katalizira komplementarno povezivanje nukleotida novog i roditeljskog (starog) lanca

29 29 stari lanac DNA novi lanac DNA Replikacija DNA Razlika DNA i RNA dušične baze DNA adenin, gvanin, timin, citozin RNA adenin, gvanin, uracil, citozin broj lanaca dva jedan pentoza deoksiriboza riboza položaj u stanici jezgra jezgra i citoplazma pravilna zavojitost da ne Tri tipa RNA VRSTA RNA Prijenosna ili Ribosomska RNA Glasnička RNA transportna (trna) (rrna) (mrna) kroz citoplazmu zajedno s iz jezgre izlazi u prenosi proteinima citoplazmu na ULOGA odgovarajuće izgrađuje ribosome s aminokisleine do ribosome uputom za glasničke RNA na sintezu proteina ribosomu

30 30 Značenje vode za održavanje života (sveukupnog i osobnog) Voda kao najprisutnija tvar u prirodi velikim udjelom sudjeluje u izgradnji živih bića. Prvi oblici života na zemlji nastali su u vodi jer je izvrstan medij za međudjelovanje atoma i molekula. Oko 3 milijarde godina živa bića provela su u oceanu. Zato vodu nazivamo kolijevkom života VODA je polarna molekula ili DIPOL (na jednom kraju molekule nalazi se slab negativan naboja, a na drugom kraju slab pozitivan naboja). Ovakav raspored naboja uzrokuje međusobno povezivanje molekula vode vodikovim vezama Molekula vode SVOJSTVA VODE: o Kohezija povezivanje istovrsnih molekula o Adhezija povezivanje s molekulama drugih tvari o Kapilarnost posljedica adhezije i kohezije kretanje tekućine protiv sile teže kroz uzak prostor kapilare (npr. kretanje vode kroz kapilarni sustav provodnih žila biljaka) o Površinska napetost na granici sa zrakom molekule vode stvaraju tanku elsatičnu opnu ili mrežicu koja kukcima omogućuje hodanje po vodenim površinama ili plutanje lista po površini vode. o Velik toplinski kapacitet Toplinski kapacitet je količina topline koje treba primiti 1 kg tvari da bi mu se tempreatura povisila za 1 C. Tvari s malim toplinskim kapacitetom brzo se zagriju već kod kratkog izlaganja toplini, dok

31 31 tvari s velikim toplinskim kapacitetom treba dugo izlagati toplini da bi se temperatura tek malo povisila o Visoka toplina isparavanja - voda na isparavanje troši mnogo energije, zato se isparavanjem organizam hladi (drveće putem lišća, čovjek se znoji ) o Anomalija vode Ispod 0 C voda prelazi iz tekućeg u čvrsto stanje led. U ledu su molekule vode razmaknute (led je šupljikav i male gustoće). Led je zato lakši od vode i pliva na njenoj površini anomalija vode (gustoća vode najveća je pri 4 C) Voda kao otapalo Voda je vrlo dobro otapalo (za polarne i ionske tvari). Pri otapanju kuhinjske soli (NaCl) dolazi do disocijacije ili razlaganja kristala natrijeva klorida (natrij i klor međusobno su povezani ionskom vezom) na ione natrija (Na + ) i ione klora (Cl - ). Molekule vode okružuju pozitivno nabijene ione natrija i negativno nabijene ione klora. Vodeni ovoji razdvajaju ione, što im omogućuje nesmetano kretanje u prostoru i vezivanje s drugim česticama. kristal NaCl adhezija otapalo kohezija vodena otopina soli Otapanje kuhinjske soli u vodi

32 32 Hidrofilne su tvari koje "vole vodu" dobro se otapaju u vodi. To su ionske tvari (kao što je NaCl) i polarne molekule, jer je i voda polarna molekula ("slično se otapa u sličnom"). Hidrofobne su tvari koje "se boje vode" ne otapaju se dobro u vodi. To su uglavnom nepolarne molekule (kao što su ugljikovodici). g. Prokariotska i eukariotska stanica, građa i uloga njihovih glavnih organela i struktura Građa stanice prokariota i eukariota Prokariotske stanice ili protocite nemaju oblikovanu jezgru. Naziv prokariot (grč. pro prvi, prije; karyon jezgra), u prijevodu prije jezgre ili primitivna jezgra, a označava izostanak ovojnice koja odvaja nasljednu tvar od ostatka stanice. Područje stanice u kojemu se nalazi kružna DNA bez ovojnice zove se nukleoid. Prokariotske stanice nemaju organele (strukture omeđene ovojnicom). Svaka stanica ujedno je i organizam nikada ne izgrađuju mnogostanični organizam Eukariotske stanice ili eucite (grč. eu pravi, dobar) imaju jezgru omeđenu ovojnicom. Ima organele. Znatno je složenija i veća (10-25 puta) od prokariotske stanice. Razlikujemo dva osnovna tipa eukariotske stanice: BILJNA i ŽIVOTINJSKA Imaju kloroplaste i mogu obavljati fotosintezu - autotrofi Nemaju kloroplaste i hrane se heterotrofno

33 33 Razlika građe prokariotske i eukariotske stanice Obilježja/stanice protocita eucita nukleoid + - jezgra - + organeli - + jednostanični organizmi + + mnogostanični organizmi - + bakterije + - biljne i životinjske stanice - + Organizacija eukatioske stanice Eukariotska stanica ima oblikovanu jezgru ovojnicom odvojenu od ostatka stanice citoplazme. Citoplazma je obavijena membranom. Unutarnja struktura je složena u stanici se nalaze organeli - membranom omeđene strukture koje omogućuju istodobno, usklađeno i neometano obavljanje različitih biokemijskih procesa. Najveći i najistaknutiji organel je jezgra, a ostatak čini koloidna citoplazma (citosol) i organeli. Eukariotske stanice sadrže veliku količinu vode. Mogu sadržavati pohranjene hranjive tvari, minerale i molekule pigmenta Sve eukariotske stanice sadrže veliku količinu proteinskih vlakana (mikrofilamenti) i cjevčica (mikrotubuli) organiziranih u mrežastu strukturu ili citoskelet stanici daje oblik i drži organele u određenom prostornom rasporedu, poprilično je promjenjiv i dinamičan sustav prilagođava se potrebama stanice EUCITA biljna životinjska

34 34 ŽIVOTINJSKA STANICA: JEZGRA nepravilnog, kuglastog oblika, smještena u centru stanice gdje je pridržavaju dijelovi citoskeleta i najveći je organel u stanici. Nosi upute za životne aktivnosti stanice u molekulama DNA. Molekule DNA povezane s proteinim čine kromatin koje je smješten u nukleoplazmi. Kromatin je građen od niti koje se u vrijeme diobe spiraliziraju u kromosome U jezgri se sintetizitaju svi tipovi RNA. Okrugle strukture u jezgri stanice su jezgrice (može ih biti jedna, dvije pa i do 100 kod nekih vrsta vodozemaca). Jezgra je obavijena ovojnicom koju čine dvije membrane. Vanjska membrana je povezana s endomembranskim sustavom. Površina jezgre hrapava je zbog otvora jezgrinih pora ti otvori su okruženi proteinima koji tvore kanaliće za prolaz tvari. Kroz pore izlaze RNA i podjedinice ribosoma, a ulaze proteini iz citoplazme. ENDOMEMBRANSKI SUSTAV Sustav membrana koje dijele citoplazmu stanice na odjeljke i usmjeravaju prijenostvari u citoplazmi. Proteže se od jezgrine ovojnice do stanične membrane, a sastoji se od sljedećih dijelova: o ENDOPLAZMATSKI RETIKULUM (ER) povezana je s jezgrinom ovojnicom i sastoji se od sustava membranskih kanalića, nabor i šupljina. Postoji hrapavi i glatki ER. Hrapavi ER na površini ima ribosome, tj. sintetizira proteini koji zatim ulaze u šupljine gdje ih enzimi dorađuju u npr. glikoproteini ili neke druge složene proteine. Glatki ER se nastavlja na hrapavi ER, a nema ribosoma stoga ne sintetizira proteine, ali sintetizira fosfolipide, steroide i masne kiseline. Glatki ER može obavljati i druge zadaće što ovisi o vrsti stanice (npr. u testisima stvara testosteron, u jetri obavlja detoksikaciju neutraliziranje otrova). Općenita je zadaća glatkog ER-a stvaranje mjehurića koji prenose velike molekule u druge djelove stanice o GOLGIJEVO TIJELO nakupina membranskih većica u stanici. Jedna se strana nakupine vezuje uz glatki ER, a druga je smještena uz staničnu membranu. Ovaj organel prima mjehuriće s glikoproteinima i lipidima koji stižu iz glatkog ER-a i sakuplja u cisternama (membranske vrećice) tu se obrađuju i razvrstavaju pristigle molekule i opet pakiraju u mjehuriće koji se oslobađaju na rubovima cisterne.

35 35 Mjehurući ili prenose sadržaj u izvanstanični prostor ili ostaju kao lizosomi ili peroksisomi o LIZOSOMI membranski mjehurići s enzimima (Golgijevi mjehurići nastaju na Golgijevom tijelu) razlažu i uklanjaju stare i oštećene dijelove stanice, mogu uzrokovat i staničnu smrt razaraju cijelu stanicu o PEROKSISOMI sadrže enzime za oksidaciju malih organskih molekula. Oni sadrže i vodikov peroksid (H 2 O 2 ) toksičan odmah nakon oslobađanja enzima katalaza razlaže ga na vodu i kisik. Peroksisome proizvodi Golgijevo tijelo u stanicama jetre i stanicama kvasca mogu oksidirati alkohol 1. jezgrina membrana, 2. pora, 3. hrapavi ER, 4. glatki ER, 5. ribosomi na hrapavom ERu, 6. makromolekule, 7. transport mjehurića (vezikule), 8. Golgijevo tijelo, 9.cis-strana Golgijevog tijela, 10. trans-strana Golgijevog tijela, 11. cisterne Građa stanice

36 36 MITOHONDRIJI Valjkasti organeli obavijeni dvostrukom membranom. Vanjaska membrana glatka i manje površine od unutarnje membrane (ona je nabrana). Ti nabori su KRISTE dijele mitohondrija na dva dijela: MATRIKS i MEĐUMEMBRANSKI PROSTOR. U matriksu DNA, RNA i ribosoma (sintetiziraju mali broj proteina) Uloga mitohondrija: u njima se odvija proces staničnog disanja (biološke oksidacije) tako stanica dolazi do potrebne energije Struktura mitohondrija unutarnja membrana vanjska membrana kriste matriks RIBOSOMI Nemaju membranu, izgrađeni od ribosomske RNA (rrna) i većeg broja proteina. Imaju veću i manju podjedinicu. Te se dvije podjedinice spajaju u funkcionalni ribosoma samo kada prihvaćaju mrna kod sinteze proteina. Ribosomi mogu biti vezani za ER, slobodni u citoplazmi ili organizirani u nakupine POLIRIBOSOME mala podjedinica velika podjedinica ribosom Građa ribosoma

37 37 CENTRIOLI valjkasta tijela ima ih samo u životinjskoj stanici. Uvijek su u paru i to okomito postavljeni jedan na drugog te čine CENTROSOM. ULOGA: sudjeluju u stvaranju mikrotubula = oblikuju diobeno vreteno, sudjeluju u stvaranju struktura za pokretanje. Mikrotubuli citosol kromatin jezgrica glikosom glatki ER jezgra jezgrina membrana lizosom mitohondrij centrioli centrosom hrapavi ER mikrovili mikrofilamenti egzocitoza ribosomi Golgijevo tijelo mikrotubuli intermedijarni filamenti peroksisomi Građa životinjske stanice

38 38 BILJNA STANICA: Biljne stanice imaju staničnu stijenku izgrađenu od celuloze STANIČNA STIJENKA obavija staničnu membranu i daje oblik, čvrstoću i štiti stanicu, ali ograničava prijenos tvari kroz membranu. U središtu biljne stanice nalazi se veliki membranom omeđeni organel VAKUOLA prostor vakuole ispunjen je vodenom otopinom u kojoj se nalaze ugljikohidrati, minerali, pigmenti i toksične tvari. Pigmenti u vakuoli daju različitu obojanost dijelova biljke (npr. pigment antocijan daje crvenoljubičastu boju cvjetovima, plodovima, listovima i korijenju nekih biljaka). Toksične tvari u biljci uglavnom štite biljku od biljoljeda. Uloga je vakuole i regulacija staničnog tlaka - turgora. Biljne stanice uz mitohondrije posjeduju i kloroplaste pretvorba svjetlosne energije Sunca u kemijsku energiju ugljikohidrata što ih stanica koristi kao izvor energije. Kloroplasti su poprilično veliki (ćesto veći od jezgre, dobro vidljivi svjetlosnim mikroskopom) i obavijeni dvoslojnom membranom. Unutrašnjost kloroplasta ispunjava stroma (tekućina s enzimima, ugljikohidratima, DNA, RNA, ribosomima i tilakoidima). Tilakoidi su membranske vrećice na čijoj se površini nalazi klorofil ili zeleni pigment važan za fotosintezu. Naslage tilakoida čine strukturu koju zovemo granum. Uz kloroplaste, biljnoj stanici nalaze se i drugi plastidi, kao što su leukoplasti ili kromoplasti. Leukoplasti su bez pigmenta, nalazimo ih u stanicama korijena i služe kao spremište škroba. Amiloplasti su jako veliki leukoplasti s pohranjenim škrobom (amiloza). Kromoplasti imaju pigmente raznih boja žute (ksantofil), crvene (likopen), narančaste (karoten) boja cvijeća, plodova Plastidi imaju sposobnost pretvorbe iz jedne u drugu vrstu plastida npr. sazrijevanje voća i povrća. Kloroplasti također spadaju u plastide.

39 39 kromatin jezgrina pora Građa biljne stanice jezgra mjehurić (s Golgijeva tijela) Golgijevo tijelo glatki ER jezgrina membrana hrapavi ER citoplazma kriste mitohondriji biljno tkivo ribosomi vakuola stijenka susjedne stanice stanična stijenka stanična membrana plazmodezmije lizosomi citoskelet granum naslage škroba kloroplasti Građa biljne stanice vanjska membrana međumembranski prostor unutarnja membrana stroma granum (nakupna tilakoida) tilakoidi lamele Građa kloroplasta lumen unutrašnjost tilakoida

40 40 Građa i uloga stanične membrane Stanična membrana ili biomembrana je dvosloj fosfolipida. Fosfolipidi su amfipatske molekule (imaju polarnu hidrofilnu glavu i nepolarne hidrofobne repiće). Stanični i izvanstanični prostor ispunjeni su vodenom otopinom u kojoj se fosfolipidne molekule specifično orijentiraju i organiziraju u dvosloj (upravo zbog toga što su amfipatske). Uz fosfolipide membrane sadrže proteine i ugljikohidrate, glikoproteine, glikolipide Proteini stanične membrane su veliki i nepravilni. Na jednom dijelu proteini su uronjeni u fosfolipidni sloj PERIFERNI PROTEINI (oni mogu biti citoplazmatski periferni proteini izviru na unutarnju stranu dvosloja, izvanstanični periferni proteini izviru na vanjsku stranu. Neki proteini prolaze kroz dvosloj fosfolipida i izlaze na obje (i vanjsku i unutarnju) stranu INTEGRALNI ili TRANSMEMBRANSKI PROTEINI. ULOGA PROTEINA: 1) Selektivni prijenos kroz membranu - ide kroz proteinske kanale, a uz pomoć proteinskih prenositelja 2) Enzimska aktivnost membranskih proteina kataliziraju kemojske reakcije na površini membrane 3) Primanje i prevođenje kemijskih poruka obavljaju receptorski proteini oblikom odgovaraju kemijskom glasniku (npr. hormonu) 4) Stanično prepoznavanje obavljaju neki proteini membrane koji imaju identifikacijske oznake markere (npr. glikoproteine koji služe za prepoznavanje drugih stanica jer određeni tipovi stanica isto tako imaju te specifične markere) 5) Međustanično povezivanje ovu zadaću obavljaju membranski proteini koji imaju sposobnost vezanja za proteine susjedne stanice i tako tvoriti različite međustanične spojeve 6) Povezivanje citoskeleta i izvanstaničnog prostora ovu zadaću obavljaju oni proteini koji sudjeluju u održavanju oblika stanice i položaja drugih proteina u membrani,a oni sudjeluju i u prijenosu mehaničkog podražaj između izvanstanične tekućine i citoplazme

41 41 7) Membranski proteini imaju važnu ulogu u prepoznavanju stranih stanica kod imunološke reakcije organizma membranski proteini prepoznaju patogene mikroorganizme Na vanjskoj strani membrane su: UGLJIKOHIDRATI, GLIKOLIPIDI (ugljikohidrati s mastima), GLIKOPROTEINI (ugljikohidrati s proteinima) Membranski ugljikohidrati također obavljaju međustanično povezivanje ili vezanje stanice za neku podlogu. Ugljikohidrati povezani s lipidima imaju ulogu staničnih markera (omogućuju međusobno prepoznavanje stanica) Model tekućeg mozaika Prema tom modelu neki membranski proteini nalaze se na površini, a neki potpuno ili djelomično uronjeni u fosfolipidni dvosloj. Opisani mozaički raspored proteina u membrani može se mijenjati ovisno o potrebama stanice. Membrana je do određene mjere tekuća jer nema jakih veza među molekulama koje grade membranu što proteinima omogućuje klizanje kroz dvosloj fosfolipida i promjenu položaja u membrani. Membrane životnjskih stanica relativno su stabilne i čvrste, upravo zato što kolesterol na membrani ograničava kretanje fosfolipida. Model tekućeg mozaika

42 42 Način prolaska tvari kroz staničnu membranu PASIVNI PRIJENOS odvija se prema fizikalnom zakonu difuzije gibanje molekula s područja veće koncentracije na područje manje koncentracije. Dva su oblika pasivnog prijenosa kroz membranu: JEDNOSTAVNA DIFUZIJA i OLAKŠANA DIFUZIJA. Jednostavna difuzija tako se prenose tvari male molekulske mase topive u vodi (O 2, CO 2, N 2, ugljikovodici i alkoholi) Olakšana difuzija: pomoću prijenosnih proteina prenose hidrofilne i polarne molekule. Prijenosni proteini obavljaju selektivan prijenos i specifični su za vrstu molekula koje prenose mogu biti oblikovani kao proteinski kanali i proteinski prenositelji. Proteinski prenositelji molekule prenose tako da ih vežu s jedne strane membrane i prenose ih na drugu (glukoza, galaktoza, aminokiseline se tako prenose). Proteinski kanali primjer su akvaporini ili proteinski kanali kroz njih osmozom prolazi voda. AKTIVNI PRIJENOS Odvija se uz pomoć proteinskih prenositelja, ali uz utrošak energije predstavlja gibanje protiv koncentracijskog gradijenta (s područja manje koncentracije na područje veće koncentracije). Energije se dobiva iz fosfatnih veza ATP-a. Ovim načinom stanica održava koncentraciju molekula unutar stanice različitom od koncentracije izvan stanice. Primjer je Na/K pumpa prijenos kalijevih iona iz okoline u stanicu, a natrijevih iz stanice u okolinu i tako se održava veća koncentracija natrija u izvanstaničnoj tekućini, a kalija u citoplazmi.

43 43 Endocitoza i egzocitoza ENDOCITOZA Mehanizam ulaska velikih molekula i mikroorganizama u stanicu. Fagocitoza npr. ameba lažnim nožicama obuhvati bakteriju, ovije je membranom u mjehurić FAGOSOM u citoplazmi se spaja s LIZOSOMOM koji enzimima razgradi bakteriju. Fagocitoza služi kao obrana organizma od patogenih organizama i starih, oštećenih dijelova stanice Pinocitoza tim načinom stanica uzima tekućinu i male molekule formira se PINOSOM EGZOCITOZA Mehanizam izbacivanja nepotrebnih i suvišnih tvari u izvanstanični prostor. Endosimbioza Teorija postanka eukariotske stanice koje je postavila Lynn Margulis. Prema teoriji mitohondriji i kloroplasti su kao organeli nastali iz bakterija koje su ušle u veću stanicu s oblikovanom jezgrom. Pretpostavlja se da su mitohondriji nastali iz aerobnih bakterija (one koje koriste kisik), a kloroplasti iz cijanobakterija ili modrozelenih algi koje vrše fotosintezu. Stanica je, prihvativši, bakteriju stekla određene prednosti (iskorištavanje kisika i proizvodnju organske hrane), tj. stvorena je endosimbioza bakterije i stanice (endo- zato što bakterija živi unutar stanice). DOKAZI: Mitohondriji i kloroplasti veličinom odgovaraju bakterijama Mitohondriji i kloroplasti imaju dvostruku membranu (vanjska je nastala ulaskom bakterije u stanicu stanica je membranom ovila bakteriju - endocitoza, a unutarnja je membrana bakterije). Svaka membrana je dvosloj fosfolipida, dakle ako je membrana dvostruka, tada postoje 2 dvosloja fosfolipida.

44 44 Mitohondrij i kloroplasti sadrže vlastitu DNA koja se dijeli neovisno o genomu jezgre Mitohondriji i kloroplasti imaju vlastite ribosome koje proizvode malu količinu proteina, ali odgovaraju veličini prokariotskih proteina h. Stanične diobe (mitoza i mejoza) i njihova uloga u višestaničnom organizmu Povezanost građe i uloge DNA s građom kromosoma DNA je dio strukture komosoma. DNA (eukariotske stanice) pakirana je u kromosome pomoću proteina. Kompleks DNA i proteina KROMATIN ili NUKLEOPROTEIN. Kada počne dioba, DNA se započne jače spiralizirati i pakirati pomoću proteina. Osnovna jedinica kromatina je nukleosom (dvolančana molekula DNA omotana oko 8 molekula histona, histon je vrsta bjelančevine u jezgri). Tijekom diobe pakiranje, tj. spiralizacija sve je jača. Kromosomi su maksimalno spiralizirani u metafazi histoni H1 histon Kondenzacija DNA DNA (promjera 2 nm) nukleosomi oko 145 parova baza ovija oktamer histona

45 45 Broj, građa i oblik kromosoma su stalni te karakteristični za vrstu (npr. vinska mušica ima 8 kromosoma, grašak 14, miš 40, čovjek 46, indijska paprat ) Životni ciklus stanice Životni ciklus postupni razvoj organizma od nastanka do začeća novog istoga organizma ili smrti. Za jednostanične eukariote životni ciklus ujedno je i stanični ciklus (događaji od početka jedne do početka druge diobe) STANIČNI CIKLUS: odvija se u 4 faze; 3 obilježava stanični rast, a 4. znači diobu stanice. Razdoblje rasta zove se međufaza ili interfaza i sastoji se od 3 faze: G 1, S, G 2 INTERFAZA + STANIČNA DIOBA G1 S G2 M (mitoza) i C (citokineza) mitoza početak ciklusa priprema za diobu rast stanice replikacija DNA Stanični ciklus