Upload
kvalek
View
1.303
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
CELICABIOLOGIJA je veda in znanost o življenju in živih bitjih. Naravoslovna
Veda = vse znanje človeštva o nekem tematskem področju.Znanost = načrtno odkrivanje novih spoznanj, iskanje splošno veljavnih resnic z znanstvenimi metodami.Stroka = uporabno znanje s področja neke vede.
Življenje je proces samoohranjevanja živih bi1j. Prepoznamo ga biotskih procesih (življenjskih dogajanjih):
Za življenje so pomembni 4 pogoji:1. prisotnost izbirno prepustnih membran -‐ kontrolirano prehajajo različne snovi v in iz celice2. biokemijske reakcije -‐ izgradnja in razgradnja organskih molekul3. geni s kodiranimi sporočili -‐ zgradba beljakovin, potrebnih za reakcije4.mehanizmi, ki preprečujejo škodljive reakcije.
Naravoslovje je obsežno področje človekove vednosH in raziskovanja narave -‐ vsega kar obstaja neodvisno od človeškega delovanja.
Biologija spada med TEMELJNE oz. BAZIČNE znanosK ali vede. -‐ kemija-‐ fizika-‐ biologija-‐ geologija+ matemaHka -‐ z njo si pomagamo pri razumevanju bazičnih znanosH, razvila se je kasneje.
Biologija je osnova drugim panogam: medicini, veterini, gospodarstvu, agronomiji.
Temeljna / bazična znanost = izsledki nimajo v času odkrivanja uporabne vrednosH, le potešijo znanstvenikovo radovednost; ko se izsledki podrobneje raziščejo ali se odkrije še kaj novega se bazična znanosH spremeni v aplikaKvno znanost = izsledki so uporabni v vsakdanjem življenju. Mnogo bazičnega znanja ne moremo nikoli vključiH v vsakdanje življenje, je pa zarazumevanje delovanje sveta nujno potrebno.
• prehranjevanje • rast
• presnavljanje • razvoj
• izločanje • čutnost
• razmnoževanje • odzivanje in privajanje na dražljaje
• dednost • pri višjih organizmih:
-‐ dihanje
-‐ učenje
(npr. SPUŽVE – njihovo prehranjevanje nas v vsakdanjem življenju ne zanima, vendar z odkritjem, da proizvajajo anHbioHke se zanimanje zanje povečuje. Kaj bi šele bilo, če bi proizvajale naWo?) Nikoli ne vemo, kdaj ima neko znanje tudi prikrito (potencialno) prakHčno vrednost.
Čeprav je biologija bazična znanost, pa je kljub temu podlegla številnim aplikaHvnim vedam in znanosHm z biotehničnega področja: gozdarstvu, poljedelstvu (agronomija), živinoreji in biotehnologiji.
DELITEV BIOLOGIJE4 kraljestva: glive, cepljivke, živali rastline ➔ ločijo se po temeljnih značilnosHh (npr. po celici)
*temeljna Hpa celic: -‐ prokariontska celica (nima jedra -‐ cepljivke)
-‐ evkarionstska celica (ima jedro -‐ rastline, živali glive)karion -‐ jedro pro -‐ pred ev -‐ pravo
4 PODROČJA: ZOOLOGIJA: živali ANTROPOLOGIJA: človekBOTANIKA: raztline MIKROBIOLOGIJA: mikroorganizmi
➔ delomo na panoge (discipline)
PANOGA SMERI (primeri)
taksonomija prepoznavanje skupin sorodnih organizmov
taksonomija in sistemaHka živali taksonomija in sistemaHka rastlin
sistemaKka razvrščanje biHj v pregledne prikaze glede na njihovo medsebojno sorodnost...
taksonomija in sistemaHka živali taksonomija in sistemaHka rastlin
morfologija proučuje oblike živih biHj citologija (celice) ➔ s pomočjo opH. pr.histologija (tkiva)anatomija (notranje obli. in zgradbe or.)
fiziologija proučuje delov. posameznih delov živih biHj -‐ celic, tkiv, organov ali celotnih organizmov
fiziologija živalifiziologija rastlinfiziologija človekacelična fiziologijanevrofiziologija
geneKka veda in znanost o pojavih v zvezi z dednostjo
bakterijska geneHkamolekularna biologija (o molekulah in njegovih pretvorbah v živih bitjih)biokemija hormnov
ekologija proučuje razmerja med živimi bitji in njihovim okoljem, povezana z varstvom okolja
ekologija morjaekologija celinskih vodaekologija kopnega
embriologija veda o vsem v zvezi z zarodki embriologija vretenčarjev
paleontologija raziskuje živa bitja iz preteklih geoloških obdobij
paleobotanika
PANOGA SMERI (primeri)
evolucija ugotavlja sorodstvene vezi med skupinami živih biHj in njihov razvoj v geološki preteklosH
evolucija človeka
biofizika pojavi v živih bitjih na ravni fizikalnih procesov
biokemija pojavi na ravni kemijskih procesov
ALGOLOGIJA – veda o algah DENDROLOGIJA – veda, ki proučuje drevesa ENTOMOLOGIJA – veda, ki proučuje žuželke MIKOLOGIJA – veda o glivah, gobah ORNITOLOGIJA – veda o pticah IHTIOLOGIJA – veda o ribah
REŠEVANJE ZNANSTVENEGA PROBLEMA
PROBLEM
ZBIRANJE PODATKOV
Znanstvena raziskava se začne z domnevo / HIPOTEZO. ➔ nepreverjen sklep na podlagi znanih dejstev, s katerimi skušamo na razumen način opisa1 zakonitos1 v okviru izbranega znanstvenega problema. Če želimo postaviH hipotezo, moramo o problemu poznaH več dejstev
Dejstvo / FAKT je vsaka utemeljena ugotovitev o tem, kar je ali je obstajalo v preteklosH. PODATEK je dejsto, ki ga upoštevamo pri reševanju nekega problema. Podatki se nanašajo na kakovost in količino:
-‐ kvalita1vni podatki -‐ zbiramo s opazovanjem oz. s čuHli (+ pripomočki, indik.) -‐ kvan1ta1vni podatki -‐ teža, velikost, pH, tok...
METODE
METODA je postopek za načrtno razreševanje problema. 1. opazovanje2.meritve3. poskus / experiment
Eksperiment je namenska dejavnost, s katero skušajo znanstveniki kaj ugotoviH ali preveriH. Poskusi morajo biH ponovljivi (lahko jih ponovijo in preverijo drugi znanstveniki)
Kontrolni poskus: ne spreminjamo poskusnih pogojev, kot pri osnovnem poskusu.Dokažemo, da spremenljivke vplivajo na potek poskusa, ne pa snovi, ki so prisotne pri vseh poskusih.
HIPOTEZA
Če imamo povsem nov problem, ne pričakujemo konkretnih rešitev – začnemo » iz ničle« -‐ govorimo o NIČELNI HIPOTEZI – če se izkaže za pravilno, lahko v naprej povemo, kako bo najverjetneje potekal nek pojav, če pa je napačno jo ovržemo in postavimo novo.
Hipoteze so lahko v določenem obdobju dokončne, pozneje pa jih na osnovi novih podatkov ovržejo. Hipokrat: možgani producirajo sluz, ki uravnava telesno temperaturo
Hipoteze, ki jih ne moremo dokazaH s poskusom imajo omejeno znanstveno vrednost. Kljub temu pa jih ni dobro zavreči, saj jih lahko preverimo pozneje, ko napredujejo tudi druge znanstvene panoge. Kako so izumrli dinozavri?
ZAKON je dejstvo, ki se ga da na kakeršenkoli način vedno dokazaH.DOGME so zakoni “brez odstopanj”.TEORIJA je urejen splet znanstvenih spoznanj, ki temeljijo na dokazanih dejstvih, a so povezana v celoto le z miselnim procesom. Teorija je splošno priznano znanstveno spoznanje, ki ga dokončno ne moremo potrdiH, vendar se znanstveniki strinjajo o njegovi pravilnosH. NAUK je splošno priznana teorija.
MIKROSKOP
ODKRITJE CELICE
Odkritje celice je povezano z odkritjem in izpopolnjevanjem mikroskopa.
Lastnost izobčenih (konveksnih) leč je zbudilo zanimanje šele v 17. stol. Ugotovili so, da dajeta 2 leči nameščeni v primerni medsebojni razdalji večjo povečavo kot samo ena.
To je bil temelj za sestavo prvega svetlobnega (opHčnega) mikroskopa. Osnovna zgradba je takšna kot današnja, le leče prvih mikroskopov niso bile natančno brušene.
Mikroskop z dvema lečama je izboljšal angleški fizik ROBERT HOOKE. Med biološkimi preparaH je opazoval tudi rezine plute. Videl je, da pluto gradijo številni prostorčki, ločeni z vmesnimi stenami. Imenoval jih je CELICE. Svoja opazovanje je objavil 1665 v delu MICROGRAPHIA (drobnorisje).
Hooke ni opazoval celic v današnjem pomenu besede. Pluta je preostanek odmrlega tkiva, od katerega so ohranjene samo celične stene. Kljub temu danes izraz celica uporabljamo za osnovno živo gradbeno enoto vsakega organizma.
Mikroskop je sestavljen iz MEHANSKIH in OPTIČNIH DELOV.
K opHčnim delom spadajo leče oziroma sistemi leč.
OPTIČNI DELI: OKULAR – poveča sliko iz objekHva, poveča sliko, a ne pripomore k ločljivosH; okular lahko razstavimo in vanj vložimo merilni vložekOBJEKTIV – sistem leč, ki poveča ločljivost in sliko objekta KONDENZOR – sistem leč, pod mizico, ki izostri svetlobo iz sveHla in jo usmeri k preparatu.
MEHANSKI DELI:TUBUS – vodi žarke od objekHva, določa razdaljo med okularjem in objekHvom, premikanja tubusa z lečji izostri sliko objekta. REVOLVER – nosi 2, 3 ali 4 objekHve; z obračanjem izberemo objekHv z ustrezno povečavo. MIKRO in MAKROMETRSKI VIJAK – sta za ostrino slike, spreminjata razdaljo med objekHvom in mizico.MIZICA – drži preparat pravokotno na opHčno os mikroskopa ZASLONKA – spreminja količino svetlobe, ki doseže preparat; uravnava kontrast. Najboljši kontrast dosežemo pri bolj zaprH zaslonki.VIR SVETLOBE – najpogosteje je uporabljena »bela« svetloba. Svetloba krajših valovnih dolžin (npr. modra), ki jo dosežemo z ustreznimi filtri izboljša ločljivost slike. Svetloba mora presvetliH objekt od spodaj, ne z vrha. PREPARAT / OBJEKT – nameščen je med objekHvnim in krovnim stekelcem.
Na okularju in objekHvu so podatki o njuni povečavi. Povečavo mikroskopa izračunamo tako, da pomnožimo povečavo okularja in povečavo objekHva.
Povečava okularja x povečava objekKva = povečava mikroskopa (preparata)
Močno povečana mikroskopska slika nam ne pomaga dosH, če na njej ne moremo hkraH odkriH tudi drobnejših struktur. Zato je poleg povečave pomembna lastnost mikroskopa tudi ločljivost.
Ločljivost je najmanjša razdaljo med dvema pikama, pri kateri ju še zaznamo kot dve ločeni točki. (oko ima ločljivost 0,1 mm pri idealnih pogojih, večinoma 0,4 mm)
Ločljivost mikroskopa je omejena z valovno dolžino svetlobe, ki jo uporabljamo pri mikroskopiranju. Najboljša ločljivost svetlobnega mikroskopa je 0,2 um. Zato so lahko povečave tudi 1500 – 2000 kratne; 0,2µm poveča na 0,4mm (ločljivost očesa).
IMERZIJSKI OBJEKTIV -‐ imerzijsko olje ima enak lomni količnik kot steklo, zato s tem dosežemo opHčno homogenizacijo ➔ ni tako velikega loma žarkov med opHčno gostejšim in redkejšim okoljem ➔ manj napak Pri povečavi 1000x je najboljša ločljivost.
S svetlobnim mikroskopom vidimo: KLOROPLASTE, MITOHONDRIJE, CELIČNO STENO, MEMBRANO, JEDRO, VAKUOLE.
ELEKTRONSKI MIKROSKOP-‐ transmisijski elektronski mikroskop -‐ TEM -‐ presevni mikroskop;
-‐ potrebujemo ultra tanke rezine-‐mikrotom -‐ naprava za rezanje preparatov
-‐ scanning elektronski mikroskop -‐ SEM -‐ le površina-‐ preparate je potrebno obdelaH z zlatom ali plaHno-‐ elektroni se od preparata odbijajo in ustvarjajo sliko.
Vir podatkov so elektroni.Z elektronskimi mikroskopi ne moremo opazovaH živih preparatov, ker jih treba dobro obdelaH + vakuum v komori. Curek elektronov, pospešen z visoko napetostjo ima veliko krajšo valovno dolžino od svetlobe, zato je ločljivost veliko večja od 0,2 µm. Povečave so do 500.000 kratne.
S svetlobnim mikroskopom ne moremo videH struktur, manjših od 0,2 µm.
CELIČNA TEORIJA
Rojstvo celične teorije je povezano z odkritjem mikroskopa.
Okoli leta 1838 sta nemški botanik Ma\hias SCHLEIDEN in zoolog Theodor SCHWANN postavila celično teorijo: Da so vsa živa bitja zgrajena iz celic. Z nadaljnimi raziskavami so ugotovili, da se celice delijo.
Leta 1855 je nemški zdravnik in biolog Rudolf VIRCHOW to spoznanje jedrnato izrazil in sicer rekel je, da celica nastane iz druge celice. Celice se razmnožujejo z delitvijo.
Ob koncu 1870 sta Eduart STRASBURGER in Walther FLEMMING natančno opisala delitev jedra MITOZA. Še v istem stoletju je E. von BEMDEN odkril drugi način delitve pri spolnih celicah živali – MEJOZA.
CELIČNA TEORIJA – celica je temeljna gradbena in dejavna enota živih biKj in delitev celic omogoča prenos dednih informacij iz materinske v hčerinsko celico.
Endosimbiotska teorija – nastanek evkariontov iz prokariontovEvkarionH so nastali s spojitvijo (endosimbiozo) različnih prokariontov.Teza (kloroplasH in mitohondriji so bili prvotno prokariontski simbionH) je bila priznana ob opažanju, da so kloroplasH in mitohondriji zmožni produciraH svoj lastni DNK.Bakterijske celice nenehno sprejemajo in oddajajo gene ter se hitro prilagodijo spremembam okolja, npr. z odpornostjo proH anHbioHkami. Ta značilnost je omogočila spremembe pri razvoju. Pred 3 milijardimi leH se je iz prokariontov (brez jedra) razvil enoceličar, ki vsebuje jedro. Potem so zelenomodre bakterije omogočile nastanek kisika in ogljikovih hidratov v atmosferi ob uporabi ogljikovega dioksida, vode in sončne svetlobe. V tem času so praevkarionH pogoltnili aerobno škrlatno bakterijo (purpurbacterium), ki je ni mogel prebaviH. Ta bakterija je postala celični organel, mitohondrij, ki je danes odgovoren za celično dihanje. Pozneje, pa se zgodi s cianobakterijo. Ta bakterija postane kloroplast, ki je odgovoren za fotosintezo.
CELIČNA ZGRADBA
PROKARIONTSKE: (bakterije) ni jedra, manjšeEVKARIONTSKE: imajo jedro, so večje
Fotosintetske bakterije: edine prokariontske celice, imajo membranske strukture (modrozelene cepljivke).
Prokariontska celica Evkariontska celica
Velikost celice 0,5 - 8 µm 10 - 100 µm
Dedni zapis v 1 krožno oblikovani molekuli DNK, ni povezana z beljakovinami
v več linearno oblikovanih molekulah DNK, ki so povezane s histoni (belj.)
Jedrni ovoj - da
Jedrce - da
Delitev cepitev mitoza, mejoza (del. vret.)
Ribosomi manjši večji
ER, Golgijev aparat - da
Mitohondriji - da
PlasHdi - pri rastlinah
Nitaste citoplazemske str. - µtubuli, µfilamenti, int. fil.
RAZLIKE Živalska celica Rastlinska celica
PlasHdi - da
Vakuola manjša večja, z celičnim sokom
Citosomi da -
Centriol - da
Celična stena - da
Lizosomi da -
Zaloge energije škrobna zrna glikogenska zrna
Zunanjost obeh celic tvori celična membrana. Pri rastlinskih pa je okrog nje še celična stena, ki ni živa.
ZGRADBA JEDRA
Jedro – informacijsko središče celiceJedro je v obeh vrstah celice, njegov zunanji del je jedrni ovoj.
JEDRNI OVOJ: iz 2-‐eh membran in OBJEDRNEGA PROSTORA med njima. Zunanja membrana povezana z membrano ERja, objedrni prostor pa z prostorom ERja.
Ribosomi so na površini zunanje membrane jedrnega ovoja (kot pri ER-‐ju). Pore omogočajo nadzorovano izmenjavo snovi med jedrom in citoplazmo.
V jedrni DNK je večina dednega zapisa = informacija celice. Molekule DNK so povezane z jedrnimi beljakovinami – HISTONI. V jedru, ki se ne deli, so tanke DNK povezane v nitast preplet KROMATIN. V začetku jedrne delitve se te niH zvijejo v krajše in debelejše strukture – KROMOSOME.
JEDRCE: celična tvorba, v kateri se sinteHzirajo sestavni deli za kromosome.VLOGA JEDRA: Na podlagi informacij v molekuli DNK, usmerja dogajanje v celici. Te informacije se med delitvijo celice prenašajo v novonastale celice.
ZGRADBA CITOPLAZME
Nahaja se med jedrom in celično membrano. V njej lahko opazimo številne zrnate celične tvorbe, npr. zrnca glikogena. V bližini jedra živalskih celic je struktura centriol, rastlinska celica ga nima.
V citoplazmi rastlinskih celic so VAKUOLE:➔ večji prostori, ki so obdani z membrano in napolnjeni z vodno raztopino različnih snovi. CITOSOL: tekoča vsebina vakuole, celični sok.TONOPLAST: membrana vakuole.
Vakuola lahko zavzema osrednji del celice (jedro in citoplazma sta poHsnjena ob celično membrano) ali pa je jedro v osrednjem delu celice in je več manjših vakuol ob njenem robu.➔ takrat je citoplazma, ki obdaja jedro, s citoplazmo ob celični membrani povezana s citoplazmatskimi trakovi.
PLASTIDI!! Samo v rastlinski celici (+ nekatere bakterije) !!Kloroplast -‐ klorofilLevkoplasK: (brezbarvni)
-‐ amiloplast: škrob
CELIČNA STENA
Neživa celična stena iz več plasH.V njej so PORE (skozi njih povezane citoplazme sosednjih celic) -‐ mosHčki, ki povezujejo citoplazme sosednjih celic se imenujejo PLAZMODEZME. Rastlinska celica brez celične stene (odstranjena) = PROTOPLAST
Nekatere celice imajo na površini gibljive nitaste izrastke -‐ bičke in/ali migetalke.
V citoplazmi so ORGANSKI ORGANELI – iz membran, vsak ima svojo zgradbo in vlogo, njihove membrane delijo citoplazmo na med seboj ločene prostore = PREDELKE.
Enomembranske struktureENDOPLAZMATSKI RETIKULUM
ER je splet različno oblikovanih prostorov obdanih z membranami. Ti so cevaste ali sploščene mehurjaste tvorbe – CISTERNE. Cistern je več, ležijo ena nad drugo. Prostori med seboj povezani in tvorijo mrežasto strukturo. Če so na površju endoplazmatskega reHkuluma zrnaH organeli = RIBOSOMI, je to zrnaH endoplazmatski reHkulum, brez ribosomov pa gladki ER.
RIBOSOMI: so iz RNK in beljakovin. Omogočajo sintezo beljakovin (v citoplazmi tudi prosH ribosomi). Na zrnatem ER se sinteHzirajo beljakovine, ki jih celica izloča ali pa vgrajuje v svoje tvorbe.
GOLGIJEV APARAT
Golgijev aparat je membranski organel. Membrane tvorijo sploščene cisterne, ki ležijo ena nad drugo. V njem poteka priprava produktov, ki jih celica izloča in priprava membran za obnavljanje celične membrane.
Od cisterne najdlje od jedra, se odcepijo mehurčki (vezikli), s temi snovmi in potujejo do celične membrane, se z njo zlijejo in vsebina se izprazni ven.
LIZOSOMI: vezikli z prebavnimi encimi. Nastanejo z odcepljanjem od GOLGIJEVEGA APARATA, tako kot vezikli, ki jih celica izloča. Sodelujejo pri celični prebavi. Snovi, ki jih celica sprejme kot hrano so obdane z membrano, ki je po izvoru del celične membrane. Tako nastane ENDOCITOTSKI VEZIKEL.
Ta se zlije z enim ali več lizosomi ➔ v istem veziklu hrana in prebavni encimi ➔ nastala struktura = PREBAVNA VAKUOLA ali SEKUNDARNI LIZOSOM ➔ v njih poteka tudi prebava celičnih struktur – poškodovanih ali takih, ki jih celica več ne rabi.
Dvomembranske struktureMITOHONDRIJ
Zunanja membrana brez gub, notranja močno nagubana. Navznoter usmerjene gube so grebenaste ali cevaste oblike. 2. ločena prostora:
-‐ prostor med zunanjo in notranjo membrano -‐ prostor znotraj notranje membrane
Vsebina osrednjega dela je MITOHONDRIJSKI MATRIKS.
Osnovna funkcija je celično dihanje, pri čemer se sinteHzirajo energijsko bogate molekule ATP. V njih tudi mDNK in ribosomi, zato se nekatere beljakovine sinteHzirajo samostojno.
PLASTIDI - kloroplast
PlasHdi so značilni za rastlinske celice.Po zgradbi podobni mitohondrijem.
Najpomembnejši so HsH v katerih poteka fotosinteza (KLOROPLASTI). V notranjosH kloroplastov so številne TILAKOIDE – cevaste ali diskasto razširjene strukture, nastajajo z gubanjem notranje membrane kloroplasta.
Skladovnice diskasHh delov = GRANA, vsebina prostora med Hlakoidami = STROMA.
V Hlakoidnih membranah so fotosintetska barvila (KLOROFIL) in snovi, ki med fotosintezo omogočajo prenos elektronov, v njih tudi encimi (za fotosintezo), drugi encimi pa so v notranjem prostoru kloroplasta, tam je tudi kloroplastna DNK in ribosomi.
KloroplasK so različnih velikosH in oblik -‐ pri višjih rastlinah lečaste oblike = KLOROFILNA ZRNA LevkoplasK: plasHdi, kjer celica shranjuje rezervne snovi. -‐ V HsHh, ki se nalaga škrob = AMILOPLASTI
Nitaste citoplazemske strukture
Sodelujejo pri gibanju znotraj celic (potovanja veziklov, premeščanje kromosomov med delitvijo jedra). Gibanje znotraj celic lahko povzroči premikanje celic samih.
Nitaste strukture gradijo tudi notranje ogrodje celice = CITOSKELET = omrežje nitasHh tvorb.
MIKROTUBULICevkaste tvorbeR= 25 nmZgrajeni iz molekul beljakovine TUBOLINA
MIKROFILAMENTINitkeR= 7 nmZgrajeni iz molekul beljakovine AKTINA
INTERMEDIARNI FILAMENTINitkeR= 10 nm
Nekatere nitaste strukture nastajajo z zdrževanjem manjših beljakovinskih molekul. Ko se te molekule razdružujejo, nitaste strukture začasno izginjajo.
Pri delitvi jedra se v začetku pojavi delitveno vreteno iz mikrotubulov, ob koncu delitve pa izgine.
Biček in migetalke: s celično membrano obdana skupina mikrotubulov. Njuna zgradbaje enaka, razlika le v dolžini (biček je eden, daljši, migetalk je več). Bički in migetalke v citoplazmo zasidrani z:
BAZALNIM TELESOM: Iz mikrotubulov, nujno za razvoj bička oz. migetalke. CENTRIOL: Popolnoma enaka zgradba kot bazalno telo, značilen le za živalske celice, v celici navadno 2 v bližini jedra, sodeluje pri celični delitvi.
CITOSOL: tekoč del citoplazme med celičnimi strukturami. V njem potekajo kemijske reakcije. Sestoji iz vode, ionov, molekul, aminokislin, sladkorjev,... V njem so encimi, vmesni in končni produkH presnove.
CELIČNA MEMBRANA
CELIČNA MEMBRANA je zunanji del celice.
Skozi njo prehajajo snovi v celico in ven. Je iz lipidnega dvosloja in beljakovinskih molekul, ki so razporejene mozaično in stalno spreminjajo svojo lego -‐ plavajo v lipidnem dvosloju. Membrana je fluidno -‐ mozaična.
Na zunanji strani so oligosaharidne molekule vezane na beljakovine ali lipide.
Podobno zgradbo imajo tudi vse druge membrane v celici. Vse membrane, ki gradijo celico = BIOTSKE MEMBRANE.
BIOGENI ELEMENTI
ŽIVLJENJETVORNI (BIOGENI) ELEMENTI: ogljik, vodik, kisik, dušik, fosfor, žveplo, kalcij in magnezij
MAKROELEMENTI: ogljik, vodik, kisik, dušik, fosfor, žveplo. CHONFS + Ca, MgTi so v organizmih v velikih količinah.
MIKROELEMENTI: železo, natrij, baker, bor, klor,... Fe,Na,Cu,Br,Cl...Vsi so potrebni za normalen potek življenja. Prisotni v manjših količinah.Pri vseh molekulah je sestavni del ogljik.
VODA
-‐ najpomembnejša anorganska snov v celicah.
V različnih tkivih je vode od 20 do 85% v človeškem telesu. Najmanj je je v kostnem tkivu, največ v možganskih celicah. Vstopa v mnoge reakcije (reaktant) ali pa izstopa (produkt). To se dogaja med celično presnovo, taki sproščeni vodi pravimo metabolna voda. Ta je prosta in lahko spet vstopa v reakcije.
Voda je pomemben vir:-‐ kisika, ki ga s pomočjo sončne energije od nje cepijo fotosintetski organizmi. -‐ vodika, ki se vgrajuje v številne organske molekule.
Voda je POLARNA -‐ ena najpomembnejših lastnosHVsaka molekula vode ima 2 električna pola; poziHvnega in negaHvnega ➔ DIPOLPola nastaneta zaradi neenakomerne porazdelitve elektronov. Kisik bolj privlači vodikova elektrona, zato je na območju kisika negaHvni pol, okrog predela vodikov pa poziHven el. naboj.
Vodne molekule se zaradi polarnosH med seboj privlačijo z nasprotnimi poli in tvorijo VODIKOVE VEZI.
Zaradi polarnosH je voda odlično topilo za druge polarne molekule (sladkorji, aminokisline, soli).
ElektroliK -‐ snovi, ki v vodi razpadejo v ione. Vodne molekule razbijejo iz ionov sestavljene snovi tako, da se vrinejo mednje in jih obdajo. S tem preprečujejo, da bi se ioni ponovno povezali med seboj.
VODIKOVA VEZPri vodni molekuli se zaradi prebitka negaHvnih nabojev na enem delu molekule vzpostavi negaHven, na drugem delu pa poziHven električni naboj. Ker sta električna pola dva, je molekula dipol.
Zaradi nabojev se vodne molekule privlačijo in se med seboj povezujejo z vodikovimi vezmi.
HIDRATACIJSKI OVOJ: ovoj vode okrog ionov. To je vezana voda in se ne more sprosHH in sodelovaH v kemijskih reakcijah.
Prosta voda: ves čas na razpolago.
Voda absorbira in zadržuje precej toplotne energije, zato se počasi segreva in ohlaja. Tako voda varuje celice pred hitrimi temperaturnimi spremembami. ➔ temperaturna stabilnost
Ogrodje organskih molekul iz ogljikovih atomov.
Organske molekule: -‐ ogljikovi hidraK-‐ beljakovine (proteini)-‐ nukleinske kisline-‐maščobe (lipidi)
Te organske molekule se lahko zgrajene iz manjših podenot -‐ monomerov. ➔ BIOMONOMERIEnostavni sladkorji, aminokisline, nukleoHdi.
Biomonomer ➔ biopolimer -‐ polimerizacija, če se odceplja voda: KONDENZACIJABiopolimer ➔ biomonomer -‐ HIDROLIZA
OGLJIKOVI HIDRATI
OGLJIKOVI hidraH so organske molekule, sestavljene iz: 1. Ogljika2. Vodika3. Kisika(v razmerju 1:2:1)
Ogljikovi hidrati so najpomembnejši vir energije za celico. Ločimo:1. monosaharide (enostavni sladkorji), 2. disaharide (sladkorni dimeri) 3. polisaharide (sladkorji, ki spadajo med sladkorne polimere)
Sladkorji so sladkega okusa, topni v vodi, imajo kristalinsko zgradbo, majhne molekule, …
Vloga ogljikovih hidratov:So energijski vir za sprotne potrebe (monosaharidi), energijska zaloga (škrob, glikogen) ter gradbena sestavina (celuloza, hiKn)
MONOSAHARIDI
So enostavni sladkorji, ločimo:1. trioze (imajo 3 ogljikove atome) :
a. gliceroldehid2. pentoze (5 ogljikovih atomov) :
a. riboza (gradi RNA)b. deoksiriboza (gradi DNK)
➔ Sta sestavini nukleinskih kislin
3. heksoze (6 ogljikovih atomov) : a. glukoza (grozdni sladkor), b. fruktoza (sadni sladkor) c. galaktoza
4. heptoze (7 ogljikovih atomov)
DISAHARIDI
Nastanejo iz dveh monosaharidov z odcepom vode, vez med le-‐tema je glikozidna.
SAHAROZA (trsni ali pesni sladkor) : glukoza + fruktozaLAKTOZA (mlečni sladkor) : glukoza + galaktozaMALTOZA (sladni sladkor) : glukoza + glukoza
POLISAHARIDI
• Nastanejo s kondenzacijo (-‐ H2O) več monosaharidov• Imajo veliko molsko maso• Po okusu niso sladki• V vodi niso topni, oziroma so zelo slabo topni (dolge verige)• Nimajo kristalinske zgradbe• Splošna formula: Cx(H2O)4.
ŠKROB :• polimer glukoze• kot rezervna hrana rastlin• zgrajen je iz amilaze (gradijo jo nekaj 1000 glukoz, veriga ni razvejana) in aminopekKna (2×1000
glukoze, veriga je zelo razvejana)
CELULOZA :• polimer glukoze• verige do dolge ravne, med seboj prečno povezane• glavna sestavina rastlinskih celičnih stenles vsebuje do 45% celuloze
GLIKOGEN (živalski škrob):• polimer glukoze• ima najbolj razvejane verige• rezervna snov živalim, glivam• veliko ga je v jetrih (do 18% njihove mase) in mišicah (pri živalih)
HITIN :• polimer glukozamina ➔ glukozni + aminokislinski del• po zgradbi in lastnosH zelo podoben celulozi• gradbena snov členonožcem (ogrodje) in glivam
BELJAKOVINE ali PROTEINI
Beljakovine so najkompleksnejše in najštevilčnejše organske molekule v celicah. Predstavljajo več kot polovico suhe mase celice. So polimere molekule.Nastanejo iz aminokislin (am. so osnovne gradbene podenote beljakovin)
Aminokisline so preprostejše organske molekule, zgrajene iz ogljika, vodika, kisika in dušika, nekatere vsebujejo še žveplo.Zgrajene so iz aminoskupine (-‐NH2) (➔ amini) in karboksilne skupine (-‐COOH) (➔ organske kisline). Obe sta vezani na isH C atom + Radikal + H atom.Radikali so različni, zato so tudi aminokisline med sabo različne.Med seboj se povezujejo z pepKdnimi vezmi ➔ odcepi se voda – kondenzacija Aminokislina ➔ Dipep1d ➔ Polipep1d
50x aminokislina (polipepKd) = beljakovina
Insulin je ena najmanjših beljakovin z 51 aminokislinamiPROTEINI – Enostavne beljakovine so sestavljene samo iz amonokislin. Sestavljene beljakovine so Hste, na katere se vežejo tudi druge skupine (npr. Sladkorji)
Proces, ko beljakovina razpade spet na aminkisline imenujemo hidroliza.V beljakovinah se pojavlja 20 različnih vrst aminokislin.
Zaporedje aminokislin določa obliko in delovanje beljakovine -‐ od zaporedja je odvisno kako se bo veriga zavijala in gubala.
PRIMARNA STRUKTURA Aminokislinsko zaporedje : AK3 – AK4 – AK15 – AK1 – … – AK10V polipepHdni verigi so aminokisline pod različnimi koH, zato polipepHdna veriga ni nikoli ravna
SEKUNDARNA STRUKTURA Nastane zaradi dodatnih vezi (ionskih, vodikovih, kovalentnih) med aminokislinami
TERCIARNA STRUKTURANastane, ko se molekule s sekundarno strukturo zvijejo v klobčič, tako dobi prostorsko, 3D obliko
KVARTARNA STRUKTURAMed seboj več povezani terciarnih struktur
Glede na zgradbo delimo beljakovine na:
• nitaste beljakovin (v telesu imajo gradbeno funkcijo, najdemo jih v kožnih celicah, ter v kožnih strukturah, ker so sestavni del roževina (npr. noh1). Nitaste zgradbe so predvsem mikrotubuli in mikrofilamenK. Nitaste beljakovine niso topne v vodi)
• kroglaste strukture (gradijo encime, hormone, pro1telesa… So topne v vodi)
Mnoge beljakovine sodelujejo pri celičnih procesih kot encimi ali hormoni ali njihov sestavni del.Druge so sestavni gradbeni del celičnih membran in medceličnine, pa tudi kožnih tvorb (perja,dlake).
Ker so vključene v zgradbo (strukturo) celic, jim pravimo STRUKTURNE BELJAKOVINE
DENATURACIJA : Beljakovina izgubi normalno obliko (zaradi različnih dejavnikov, npr. visokih temperatur, kemikalij), s tem pa tudi svoje značilne lastnosti, pomembne za delovanje celice, pravimo da se beljakovina okvari oziroma denaturira.
NUKLEINSKE KISLINE
Nukleinske kisline so v vseh živih celicah, omogočajo prenos dednih sporočil in določajo, katere beljakovine bodo nastale v celici in kdaj. Beljakovine uravnavajo hitrost večine kemijskih reakcij, zato nukleinske kisline preko njih posredno nadzorujejo življenske procese. Dedne informacije so info.o celični zgradbi in njenem delovanju.
ZGRADBA NUKLEINSKE KISLINE
Sestavljene so iz več biomonomerov – nukleoHdov, torej so nukleinske kisline polinukleoKdi.
NukleoKd je sestavljen iz 3 delov : • ostanek fosforne kisline • sladkorja pentoze (riboza ali deoksiriboza) • in organske dušikove baze
V nukleinskih kislinah je pet različnih dušikovih baz: adenin, gvanin, citozin, Kmin in uracil. Vsak nukleoHd vsebuje eno in po njej ga tudi imenujemo (prim. Adenin nukleo1d)
Ločimo dve vrsti nuklinskih kislih :• Deoksiribonukleinska kislina ( DNK) – vsebuje sladkor deoksiribozo • Ribonukleinska klislina (RNK) – vsebuje sladkor ribozo
Če se povežeta dva nukleotida nastane dinukleoKd. V celici je več vrst dinukleotidov, ki sodelujejo pri metabolnih procesih.
RAZLIKA MED DNK IN RNK
DNK RNK
Je v jedru, kloropasHh, mitohondriju
Je v jedru in citoplazmi
Sladkor: deokisiriboza
Sladkor: riboza
Org.dušikove baze: A, G, C in T
Org.dušikove baze: A, G, C, U
ZGRADBA DNK
V molekulah DNK so shranjene informacije o tem kako nej celica oz organizem deluje. Med delitvijo celice se te informacije prenašajo ne hčerinski celici.
L. 1953 so odkrili sestavo DNK.
!
Osnovno ogrodje je iz dveh vzporednih verig nukleoKdov iz sladkorjev in ostanki fosforne kilsine je povezano z močnimi kovalentnimi vezmi; prečno pa sta verigi povezani z organskimi dušikovimi bazami s šibkimi vodikovimi vezmi.
OviH sta ena okoli druge, na podlagi tega je postavljena hipoteza, da ima DNK obliko dvojne vijačnice – dvojnega heliksa.
V vzdolžni verigi se lahko povezujejo katerikoli nukleoHdi, prečno pa samo ustrezajoči – komplementarni nukleoKdi. Zaporedje nukleoHdov v eni verigi določa zaporedje nukleoHdov v drugi verigi.
Ljudje imamo v celici enako število nukleotidov, razlikujejo se v zaporedju, samo enojajčni dvojčki imajo popolnoma enako zgradbo nukleotidov. V tem zaporedju je shranjen zapis kako naj celica deluje, te informacije se prenašajo ne novo nastale celice. Vse telesne celice imajo enako DNK razen spolne.
PODVOJEVANJE DNK
Predno se informacije prenesejo na hčerinski celici se morajo podvojiti.
1. Vezi na dvojni vijačnici se prekinejo, verigi se razpreta2. Ko se vijačnica razpre, postanejo dušikove baze proste in nanje se vežejo komplementarni
– nasprotni nukleoKdi. (➔ iz citoplazme) 3. Na vsaki od verig starševske DNK, nastane ena hčerinska veriga DNK. Obe sta idenHčni.
Pred delitvijo celičnega jedra se DNK najprej podvoji, nato pa se molekule DNK navijejo okoli posebnih beljakovin, ki se nato zvijejo skupaj v kromaKnske niK Te niH pa se dodatno zvijejo, zgubajo in tako nastanejo palčkam podobne strukture – kormosomi Za podvojevanje DNK je potrebna energija in encima ligaza in DNK-‐polimeraza.
DNK NADZORUJE PROCESE V CELICI
Zgradba celice in njeno delovanje je odisno od beljakovin v celici. Zato so za celice najbolj pomembna navodila, katere vrste beljakovin se bodo sinHzirale in kdaj bo potekala siteza the beljakovin.
Katera beljakovina nastaja je odvisno od zaporedja nukleoKdov v DNK.
Zapis za posamezno aminokislino v DNK predstavlja zaporedje 3 nukleotidov (trojček) – kodogen.
Mesto, ki je komplementarno kodogenu DNK in je iz 3 zporednih nukleoHdov imenujemo kodon.
Kodiran zapis za sintezo enega pepKda predstavlja zaporedje kodogenov na DNK -‐ gen. Vse gene v celici imenujemo genom.
➔Kodogen je zaporedje 3 nukleoKdov.➔Kodon je zaporedje 3 nukleoKdov, ki ustrezajo določenemu kodogenu.➔Gen je kodiran zapis za sintezo enega pepHda – zaporedje več kodogenov.➔ Genom so vsi geni v celici.
PREPISOVANJE ALI TRANSKRIPCIJA
Sinteza beljakovin poteka na ribosomih.
Obveščevalna RNK (mRNK) ima vlogo, da se navodila za sitezo beljakovin prenesejo iz niza nukleoHdov DNK na ribosome.
Postopek:1. mRNK nastane ob delu verige DNK, ki ustreza enemu genu. 2.% Pri nastajnju mRNK se dvojna vijačnica odvije in razpre. 3.% Na prosta mesta na bazah DNK se začnejo vezati komplementarni nukleotidi RNK. Te
nukleotidi se nato spomočjo enicima RNK-‐polimeraze vzdolžno povežejo med seboj.
4. mRNK se nato odcepi od DNK in preide skozi poro jedrnega ovoja v citoplazmo, kjer se veže na ribosome s pomočjo ribosomske RNK (rRNK)
➔ je sestavni del ribosomov.
5. AminoKisline, ki se na ribosomih povežejo v beljakovine, pridejo tja s pomočjo prenašalke RNK (tRNK) – na enem koncu vežejo eno AminoKislino, z drugim pa se pritrdijo na določeno mesto mRNK, to mesto je kodon.
6. Trojica nukleoHdov na tRNK, ki se poveže s kodonom, je anitkodon. ➔ Od anHkodona je odvisno, na kateri kodon se bo vezala tRNK.
Vsi kodirani zapisi skupaj, ki so v DNK imenujemo genski kod.
MUTACIJE
Mutacije so spremembe dednega materiala. Spremeni se lahko:
• količina DNK• zgradba DNK
Dejavniki, ki povzročajo mutacije so mutageni. Poznamo:
• fizikalne (sevanja) • kemične mutagene
Mutacije so redke in škodljive, muHrani organizmi (mutanK) propadejo. Lahko so umetne ali pa spontane in se dedujejo. Včasih se zgodi, da imajo mu1rani ogranizmi v okolju prednost pred ostalimi organizmi.
Razlikujemo 3 vrste mutacij:• genske mutacije• kromosomske mutacije• genomske mutacije
Genske mutacije: Sprememba:
• zaporedje in število nukleoHdov v DNK
Posledica:• V celici nastane drugačna beljakovina.
Kromosomske mutacije: Sprememba:
• kromosomov, do nijh pride med delitvijo celic.
➔ Pri ločevanju hčerinskih celic se kromosom pretrga na dveh koncih in srednji kočšek izpade, dela se spojita in nastane nov, krajši kromosom. Lahko pa se pretrgani deli prilepijo na drug kromosom – take mutacije imajo težke posledice.
Genomske mutacjie: Sprememba:
• Spremeni se celoten genom
➔ Lahko se pomnoži število vseh ali nekaterih kromosomov v celici lahko pa izpadejo. Če se v spolnih celicah med mejozo kromosomi ne ločijo in sta v njih prisotni dve garnituri kromosomov so to dipolidne celice.
(Če se diploidna združi z haploidno, nastane triploidna celica. Ko se promnoži celotna garnitura kromosomov pa je to poliploidija.)
VITAMINI
Vitamini so življenjsko pomembne fiziološko učinkovite snovi. Organizem jih ne more tvoriH sam, lahko pa jih sinteHzira iz provitaminov, ki jih dobi s hrano.
Vitamin A Jajčni rumenjak, sadje & zelenjava
Tvorba vidnega pigmenta, pravilna rast krovnih tkiv
Kurja slepota, propadanje kože
Vitamin D Ribje olje, jetra Rast kosH RahiHs – nepravilna rast kosH
Vitamin C (askorbinska kislina)
Limona, sladko zelje Sodeluje pri sintezi kolagena v vezivnem tkivu
Skorbut – izpadanje zob, slabokrvnost(Nezmožnost nastajanja veznega tkiva)
Vitamin B (1,2,6,12)
Neoluščena zrna, mleko, jajca
?? Beriberi – Prizadene živčevje in skeletne mišice (ohromelost)
Vitamin K ?? Strjevanje krvi Nezmožnost strjevanja krvi
Vitamin E Zelenjava Nast. in del. rdečih krvnih telesc
Povečana občutljivost rdečih krvnih telesc
CEPITEV
Iz MATERINSKE CELICE nastaneta dve HČERINSKI, ki imata po koncu delitve enake vse dedne informacije materinske celice oz. vse znanje, kako je zgrajena in kako deluje (sta enaki kot materinska).
Pomeni, da se je dedni material materinske celice moral pred delitvijo PODVOJITI, nato deliH in razporediH na dve hčerinski.
Preprosta zgradba prokarionskih celic omogoča preprosto delitev. Bakterijski kromosom se pritrdi na celično membrano in se začne podvojevaH. Ko se podvoji, začne celična membrana med njima rasH ➔ posledica: kromosoma se razmakneta. S postopno rastjo proH sredini in tvorbo vmesne celične stene se kromosoma zapreta v ločeni celici = CEPITEV.
MITOZA
Dedne informacije se podvojijo (razporejene na več kromosomih) in se pravilno porazdelijo na dve hčerinski celici.Taka delitev zagotavlja, da sta kvaliteta in kvanHteta dednega materiala enaka dvema hčerinskima celicama.
Delitev evkarionskih celice sestoji iz delitve jeder in delitev citoplazme.
Delitev pri kateri sta hčerinski celici enaki materinski = MITOZA in poteka v več zaporednih fazah (stopnjah). Med dvema mitozama je celica v INTERFAZI.
1. PROFAZA: preplet dolgih tankih nerazločnih niH se začne prepletaH (KROMATIN) oz. tvorijo se KROMOSOMI, ki se med to fazo krajšajo in debelijo = večkratno zaporedno zvijanje (najprej v vijačnico, nato še nekajkrat v zanke) = SPIRALIZACIJA.
Kromosomi v profazi so zgrajeni iz dveh enakih vzdolžnih delov = KROMATIDI (kromosomi so dvokromaHdni) vsako tvori ena molekula DNK. Med seboj sta povezani na mestu CENTROMER, ki je na vsakem kromosomu na drugem mestu, zato se kromosomi med seboj razlikujejo.(v celici s centrioli so H že v interfazi podvojeni = v vsaki celici po dva para)
V profazi po dva in dva odpotujeta proH nasprotnima poloma celice. V citoplazmi se začnejo v bližini centriola oblikovaH mikrotuboli nastajajočega delitvenega vretena, ki se podaljšujejo proH nasprotnemu polu.
Območje citoplazme v območju centriolov = ORGANIZACIJSKI CENTER MIKROTUBULOV (podoben center tudi celice višjih rastlin, samo cenHolov ni)
V pozni profazi = PROMETAFAZA, razpade jedrni ovoj na membranske mešičke, niH delitvenega vretena se tako lahko podaljšajo do kromosomov in se nanje pritrdijo niH z obeh polov delitvenega vretena.V pozni profazi jedrce postopno izgine.
2.METAFAZA: NiH delitvenega vretena povlečejo kromosome v ekvatorialno ravnino. Kromosomi so najkrajši in najdebelejši = najlažje prešteH in opazovaH njihovo obliko.
Človek v svojih telesnih celicah po 46 kromosomov.
3. ANAFAZA: KromaHdi se ločita, pri tem se materinski dvokromaHdni kromosom razdeli na enokromaHdnega, ki ju niH delitvenega vretena potegnejo proH nasprotnima poloma. Anafaza je faza razdelitve in potovanja kromosomov.
4. TELOFAZA: Telofaza se začne, ko so kromosomi na nasprotnih polih. Delitveno vreteno postopno izgine, okrog vsake skupine kromosoma se začne oblikovaH jedrni ovoj. Kromosomi se razmotavajo = DESPIRALIZACIJA = postanejo tanjši in daljši ➔ kromaKn. Znotraj jedra se oblikuje jedrce.
Pri mitozi nastaneta dve jedri s haploidnim številom dvokromatidnih kromosomov.
CITOKINEZA
Delitev citoplazme se začne med anafazo mitoze, konča med telofazo.
Ko se delitev jedra konča se konča tudi delitev citoplazme. REZULTAT: dve ločeni hčerinski celici.
1. ŽIVALSKA CELICA:Citoplazma se deli z delitveno brazdo
Celična membrana se začne v predelu evkarionske ravnine delitvenega vretena ugrezaH in se zažemaH proH njenemu središču, dokler celici nista ločeni.
2. RASTLINSKA CELICA:Pri rastlinskih celicah se v evkarionski ravnini delitvenega vretena začnejo zbiraH vezikli (izvirajo iz golgijevega aparata). Ti se združujejo v CELIČNO PLOŠČO, ki se širi od središča celice proH celični membrani in se na koncu združi.
Vezikli vsebujejo snovi, ki gradijo OSREDNJO LAMELO celične stene. Nastaneta dve z membrano ločeni celici, med katerima še nastaja vmesna celična stena.Čye celična plošča celic ne loči popolnoma, ostane citoplazma obeh celic povezana skozi pore v celični plošči. Te povezave imenujemo PLAZMODEZME.
Na osrednjo lamelo celične stene se pozneje naložijo plasH primarne in sekundarne celične stene. Kjer do tega ne pride, citoplazmi razmejuje samo osrednja lamela = PIKNJE. Skoznje poteka izmenjava snovi med sosednjima celicama.
INTERFAZA
V interfazi se dedni zapis podvoji (nekatere se ne delijo več, druge se kmalu spet delijo).
EnokromaHdni kromosomi se v telofazi despiralizirajo in pretvorijo v kromaKn. Kromosomi, ki se v profazi naslednje mitoze izoblikujejo iz kromaHna pa so iz dveh kromaHd.
Torej: V interfazi poteče podvojitev DNK enokromaHdnih kromosomov in s tem podvojitev dednega zapisa. Dedni zapis imajo molekule DNK = zato najpomembnejši del kromosomov. Natančna podvojitev teh molekul je bistveni del podvojitve kromosomov.
KromaHdi dvokromaHdnega kromosoma v profazi in metafazi mitoze sta nastali s podvojitvijo DNK enokromaHdnega kromosoma, vidnega v anafazi in telofazi predhodne mitoze.
Interfaza ima več stopenj: 1. FAZA G1: nastajajo nove celične strukture, zato poteka intenzivna sinteza snovi, ki gradijo celice. 2. FAZA S: dedni zapis se podvoji. 3. FAZA G2: predstavlja pripravo na novo mitotsko delitev.
Mitoza + INTERFAZA ➔ celični cikel
Haploidna celica je celica, katere jedro vsebuje samo en komplet kromosomov.Diploidna celica je celica z dvema kromosomskima kompletoma. Kromosomi so v parih, homologni kromosomi (enaki).
MEJOZA / REDUKCIJSKA DELITEV
Mejoza je delitev, pri kateri dobimo iz materinske celice šKri hčerinske s polovičnim številom kromosomov (materinska 46 kromosomov -‐ hčerinska 23); količina dednega materiala se razpolovi.
S tako delitvijo nastajajo spolne celice.
Za spolno razmnoževanje značilno, da se nov osebek razvije iz celice, nastale z združitvijo dveh spolnih (HAPLOIDNIH) celic, pri čemer je bistvena združitev jeder (zigota).
Brez procesa, pri katerem se pred združitvijo dveh jeder zmanjša količina dednega materiala na polovico, bi jedra po nekaj generacijah vsebovala ogromno dednega materiala.
Proces, ki omogoča ohranjanje enake količine dednega materiala, je delitev jedra.MEJOZA = REDUKCIJSKA DELITEV, ker se v 1. mejotski delitvi število kromosomov zmanjša na pol. Z diploidnega na haploidnega.
V kromosomih spolnih celic so dedni zapisi za vse lastnosH organizma. Položaj zapisov na kromosomih je stalen, pomeni, da je določen dedni zapis vedno na določenem mestu vzdolž določenega kromosoma. Zato sta oblika in velikost kromosomov stalni.
Jedro spolne celice vsebuje en komplet kromosomov = HAPLOIDNA CELICA. Jedro spojka vsebuje dva na videz enaka kompleta kromosomov, s tem tudi po dva dedna zapisa za vsako lastnost. Celica z dvema kromosomskima kompletoma = DIPLOIDNA CELICA.
Kromosoma istega para sta enake oblike, velikosH in imata istovrstne dedna zapise v enakem zaporedju. Kromosomi, ki se ujemajo v navedenih značilnosHh = HOMOLOGNI KROMOSOMI.
Združitev dveh spolnih celic je prehod s haploidnega na diploidno število kromosomov, mejoza omogoča obratno.
1. MEJOTSKA DELITEVProfaza: ➔ enaka kot pri mitozi;
KromaHn se preoblikuje v kromosome.Jedrni ovoj se razkroji, jedrce izgine in izoblikuje se delitveno vreteno.
RAZLIKA: homologni kromosomi se razvrstijo v pare, tako da sta dva po dva homologna kromosoma drug ob drugem. Dvojico združenih homolognih kromosomov imenujemo BIVALENT = KROMATIDNA TETRADA.
Med kromosomoma v bivalentu se izmenjajo istovrstni deli kromatid. Poteka tako, da se kromatidi, ki pripadata različnima kromosomoma na enakih mestih prekineta in se navzkrižno povežeta z ustreznim delom druge kromatide.Nastaneta dve kromatidi z kombiniranim dednim materialom dveh kromosomov = PREKRIŽANJE = crossingover.
Dedni zapis enega kromosoma je kombiniran z dednim zapisom drugega.
Metafaza: BivalenH, ki jih gradijo popolnoma spirilizirani kromosomi, s pomočjo delitvenega vretena uredijo v ekvatorialno ravnino.
Anafaza:Homologna kromosoma vsakega bivalenta se ločita in niti delitvenega vretena ju potegnejo proti nasprotnima poloma.Ne potujejo posamezne kromatide kot pri mitozi, ampak celotni dvokromatidni kromosomi. Proti vsakemu polu potuje polovica kromosomov.
Telofaza:Kromosomi se despirilizirajo, oblikuje se jedrni ovoj in poteče tudi delitev citoplazme.
Po 1. mejotski delitvi nastaneta dve jedri oz. celici s haploidnim številom dvokromatidnih kromosomov.Med 1. in 2. mejotsko delitvijo je kratka interfaza – brez faze S. Dedni material se ne podvoji.
2. MEJOTSKA DELITEV
Enaka mitozi.Pri mejozi nastanejo 4 jedra, vsako s haploidnim številom enokromatidnih kromosomov.
PREHAJANJE SNOVI SKOZI MEMBRANO
Membrane celic izbirno prepuščajo različne snovi.
Snovi prehajajo skozi lipidni dvosloj.Celica deluje kot odprH sistem, čeprav je njena notranjost ločena od okolja s celično membrano. Ta je pregrada za snovi, ki se nenehno pretvarjajo in mora biH njihova izmenjava z okoljem stalna.
Celična membrana je selekKvno prepustna. Celična membrana je za nekatere snovi prepustna, za druge pa ne (odvisno od velikosH molekul te snovi)
Skozi lipidni dvosloj se prebijejo:-‐ kisik-‐ CO2-‐ dušik-‐ majhne organske molekule, npr. glicerol, sečnina
➔ Skozi drobne vezi med fosfolipidnimi molekulami.
Od večjih molekul pridejo skozi lipidni dvosloj zlahka le take, ki se raztapljajo v lipidih, ostale pa zelo težko. ➔ TEŽKO:
-‐ polarni delci, -‐ ioni (H+, HCO3-‐, Na+, K+, Ca2+, Cl-‐), ki niso topni v hidrofilnem delu lipidnega dvosloja.
➔ NAJTEŽJE: -‐ večje polarne molekule (mono in disaharidi, aminokisline)
Ostale snovi, ki jih celica nujno potrebuje za obstoj, pridejo skozi posebne prehode iz beljakovinskih molekul. Z njihovo pomočjo celica izbira, katere bodo šle skozi membrano.
➔ Membrane celičnih struktur so SELEKTIVNO PERMEABILNE. Celice spreminjajo prepustnost membran za isto vrsto delcev; ionov, atomov, molekul.
Z uravnavanjem prometa kemičnih snovi skozi membrano celice uravnavajo svojo kemično sestavo, zato je kemična sestava citoplazme različna od sestave raztopine zunaj celice.
Prehajanje je PASIVNO ali AKTIVNO.
PASIVNO: iz več na manj AKTIVNO: iz manj na več, potrebna dodatna energija, ki se sprošča med celičnim metabolizmom.
DIFUZIJA:Difuzija je usmerjeno gibanje delcev v smeri padajočega koncentracijskega gradienta.
Molekule iz okolja sprejmejo toplotno energijo in jo pretvorijo v kineHčno, ki omogoča nenehno gibanje. Difuzija poteka dokler delci topljenca in topila niso enako razporejeni oz. ko ni več koncentracijske razlike.
Je temeljni način transporta skozi membrane.
OSMOZA:Osmoza je posebna vrsta difuzije.
Voda (topilo) za celico potrebna.Prehaja v celico skozi celično membrano, ni nujno, da pa tudi topljenci v njej. Membrana, ki je večinoma prepustna za eno vrsto snovi = POLPREPUSTNA.
SelekKvna difuzija = OSMOZA, ko prehaja skozi membrano samo topilo, sila, ki nastane zaradi koncentracijskih razlik = OSMOTSKI TLAK.
VODNI POTENCIAL CELICE je sila, ki omogoča vodni tlak skozi membrano, oz. zmožnost, da celica z difuzijo sprejema oz. oddaja vodo.
V celico v zelo HIPOTONIČNEM (raztopina z manjšo koncentracijo različnih snovi kot v celici) okolju, kot je čista voda, vdira voda še hitreje. Živalska lahko zaradi nežne celične membrane, tako nabrekne, da poči. Ta pojav je CELIČNI RAZPAD ali CITOLIZA.-‐-‐-‐ HEMOLIZA
Da se to ne zgodi, so zunanje telesne površine zaščitene z vodoodpornim ogrodjem, ter število osmotsko akHvnih delcev raztopljenih v medceličnini je enako številu isHh delcev v citoplazmi = IZOTONIČNO OKOLJE.
Ko dežuje, je koncentracija topljencev nizka, zaradi snovi raztopljene v citoplazmi je notranjost rastlinske celice HIPERTONIČNA glede na okoliško tekočino. Voda doteka v celico, tlak na celično steno se poveča; to je TRUGORSKI TLAK ali TRUGOR.
Omogoča nabreknjenost celic in rastline se držijo pokonci, če celice izgubljajo vodo, ki vzdržuje TRUGOR, rastlina veni.
Ko je koncentracija topljenca zunaj celice višja, kot znotraj nje začne celica zaradi osmotskih procesov izgubljaH vodo – se manjša. Lahko se tako skrči, da celična membrana odstopi od celične stene = PLAZMOLIZA, če se celice prenesene v HIPOTONIČNO okolje = obraten proces, NABREKNJENJE (DEPLAZMOLIZA).
AKTIVNI TRANSPORT
Za transport snovi proH naraščajočemu koncentracijskemu gradientu potrebuje celica dodatno energijo.
Celica mora za transporHraH mnoge molekule in ione iz notranjosH ven ali obratno. V smeri višje koncentracije.
Črpanje delcev skozi membrane proH višjemu koncentracijskemu gradientu poteka z dotokom dodatne energije. Celica akHvno usmerja delce proH višjemu konc. gra. = AKTIVNI TRANSPORT.
Zanj so potrebne posebne prenašalne beljakovine = MEMBRANSKE ČRPALKE, katerih energijski vir so molekule adenozin trifosfat (ATP), ki se sinteHzirajo pri celičnem metabolizmu. Tak transport zato samo v živih celicah.
Večje količine snovi prehajajo skozi membrano z endocitozo in eksocitozo.
ENDO in EKSOCITOZA sta akHvna procesa, ki potrebujeta energijo iz ATP.
ENDOCITOZA: zajame snovi zunaj nje – ko zajame velike trde delce = FAGOCITOZA ali CELIČNO POŽIRANJE, ko pa zajame tekočino = PINOCITOZA ali CELIČNO PITJE.
Pri sprejemanju in izločanju sodeluje membrana. Membrana objame kapljico ali trdi delček, nastane mehurček, ki se odcepi in nato notranji mehurček = vakuola ali endocitotski vezikel. Združi se s primarnim lizosomom v prebavno vakuolo (sekundarni lizosom), kjer poteka celična prebava (intenzivna endocitoza v belih krvničkah, ki požira bakterije).
EKSOCITOZA: nastane od endocitoze. Izločajo se večje količine uporabnih snovi, ki so se v celici sinteHzirale in nerabne razkrojke presnove (metabolite), ki so zbrani v izločalnih mehurčkih = sekrecijskih vakuolah ali veziklih.V stenah kapilar je način prenosa snovi samo z ENDO in EKSOCITOZO.
ENERGIJSKI SISTEM
Organizmi izkoriščajo pretvarjanje ene oblike energije v drugo za biotsko delo.
Organizmi so ENERGIJSKO ODPRIT SISTEM, ker nenehno sprejemajo, pretvarjajo, shranjujejo in oddajajo energijo, ki jo nujno potrebujejo za življenjske procese oz. ohranjanje življenja.
Za življenjske procese rabijo le Hsto energijo, ki jo lahko porabijo za celično delo, preostala se sprosH kot toplota.
Delo, ki poteka v organizmih = BIOTSKO DELO. Več vrst: prenos molekul skozi membrane, osmotsko nabrekanje celic, sinteze večjih molekul,...
Energijo v različnih oblikah iz okolja pretvarjajo v kemijsko. Shranjujejo jo s sinteHziranjem v večje organske molekule v celici. Molekule, ki vsebujejo energijo = kemijska potencialna energija.
Iz njih sprosHjo energijo, ko jo potrebujejo za delo, pri tem jo pretvarjajo v druge oblike in opravljajo delo.
PROSTA ENERGIJA – HsH del, ki se pri pretvorbi lahko izkorisH za opravljanje dela. Pretvorba kemijske energije v mehansko = delo mišice, pri pretvorbi v električno pa živčno tkivo.
Za opravljanje biotskega dela se nikoli ne izrabi vsa energija, precejšen del uide kot toplota.Ta se zaradi posebnih mehanizmov, ki omogočajo postopno pretvarjanje kemijske energije v primarno obliko za opravljanje biotskega dela, sprošča postopno.
Ko molekule sprejmejo toploto = večja hitrost in hitreje potekajo kemijske reakcije, pri katerih se odvija pretvorba kemijske energije.
TOREJ: del toplotne energije izkorisHjo za pospeševanje kemijskih reakcij. Pri nizkih temperaturah reakcije počasneje potekajo ali pa sploh ne.
Avtotrofen in heterotrofen način pridobivanja energije
AVTOTROFNI: sposobni sami sinteHziraH organske snovi iz anorganskih s pomočjo svetlobe ali z oksidacijo nekaterih organskih snovi. To so RASTLINE in nekatere bakterije.
BIOSINTEZA: procesi, pri katerih se v organizmu sinteHzirajo snovi z višjo energijsko vrednostjo od izhodnih snovi oz. z več proste energije. Najpomembnejša je FOTOSINTEZA, njen končni produkt je veliko proste energije (sladkorji, škrob, olja). Dovolj je je tudi za sintezo drugih molekul, potrebnih za gradnjo in delovanje celic. Prosta energija shranjena v vezeh, ki se sprošča, ko se molekule razgrajujejo v osnovne spojine.
Organske molekule, ki jih sinteHzirajo avtotrofi, so vir energije HETERITROFNIM ORGANIZMOM, ki tega se pomočjo svetlobe,... niso zmožni narediH. Energijo dobijo z zaužitjem energijsko bogaHh molekul.
Dotok in poraba morata biH usklajena.Dotok večji od porabe = energijske zaloge v obliki založnih snovi.Dotok manjši od porabe = izrablja energija iz rezervnih snovi ali pa organizem propade.
Hiter pritok energije za celično delo omogočajo energijsko bogate fosfatne vezi v ATP.
Za sprotno shranjevanje potencialne kemijske energije so najboljše spojine s fosfatnimi vezmi, so najbolj uporabne (ATP), ker potujejo na mesta, kjer je potrebna energija za delo in se tam cepijo.
S tem organizmu omogoči, da se energija sprošča postopoma in v dovolj veliki količini.
Med presnovo se prosta energija veže ali sprošča.Presnova so procesi kjer potekajo snovne energijske pretvorbe v organizmu.Pri presnovi se ene stvari pretvarjajo v druge, kar je povezano s sproščanjem energije.
Presnovni procesi potekajo na določenih mesHh in po določenem zaporedju = METABOLNIH POTEH, pri katerih potekajo kemijske spremembe v številnih zaporedjih in spojinah. -‐
Pri vsaki stopnji se nekaj energije sprosH, ki se porabi za delovanje ali tvorbo mnogih organskih molekul.
2 SKUPINI METABOLNIH POTI: -‐ vse biokemijske reakcije, pri katerih se večje molekule postopoma razgrajujejo – se energija sprošča = RAZGRAJEVANJE -‐ katabolizem
-‐ iz manjših molekul nastajajo večje = IZGRAJEVANJE -‐ anabolizem; za njihovo sintezo je potrebna energija.
Osnovni vir avtotrofov je SVETLOBA ali kemijska energija iz anorganskih molekul. Heterotrofi pa dobijo energijo s katabolizmom.
Katabolne in anabolne reakcije so povezane, večinoma pa ne potekajo v isHh delih celice.Pri rastlinah – ANABOLIZEM ogljikovih hidratov v kloroplasHh, KATABOLIZEM pa v citoplazmi in mitohondrijih.
Za začetek vsake metabolne reakcije je potrebna akKvacijska energija
Molekule udeležene v metabolnih procesih, pri običajnih temperaturah prepočasne, da bi med seboj reagirale (premalo kineHčne energije) in premagale ENERGIJSKO PREGRADO, potrebno za začetek biokemijske reakcije.
AKTIVACIJSKA ENERGIJA = energija, ki jo molekule dodatno potrebujejo, da vstopijo v kemijsko reakcijo. Dobijo jo pri metabolnih reakcijah ali iz okolja v obliki toplote. Zvišanje temperature pospeši metabolne reakcije. Pri mnogih primerih je v organizmih dovolj kineHčne energije za premagovanje energijske pregrade pri običajnih temperaturah, pri številnih pa bi potrebovali zelo visoko temperaturo, pri čemer bi beljakovine v organizmih razpadle.
Da bi to preprečili imamo katalizatorje, ki omogočajo oz. imajo zmožnost zniževanja energijske pregrade, da poteče reakcija – reakcija lahko poteče pri nizkih temperaturah.
KATALIZATOR sodeluje v reakciji, vendar se pri tem ne spremeni, niK porablja. Veže se na regirajočo molekulo, zniža njeno akKvacijsko energijo, da se reakcija lahko začne. Takoj po tem se katalizatorska molekula sprosH in veže z naslednjo regirajočo molekulo.
Katalizator ne vpliva na smer reakcije, le na hitrost.
ENCIMI
Encimi so biokatalizatorji (katalizatorji v živih bitjih)Delujejo v notranjosH ali zunanjosH celic (slina -‐ amilaza, prebavni trakt). TisH, ki delujejo v notranjosH so pogostejši.
Encimi povečajo hitrost reakcij ➔ hitreje se sprošča energija za delo ➔ temperatura se poviša.-‐ premagovanje energijske pregrade
Vrste encimov:-‐ HsH, ki katalizirajo NASTANEK kompleksnejših snovi iz enostavnejših-‐ HsH, ki katalizirajo RAZPAD kompleksnejših snovi na enostavnejše
SUBSTRAT (podlaga) -‐ snov, s katero encim reagiraEncim + molekula substrata = kompleks encim-‐substrat
Dela encima in substrata se prostorsko skladata (ključ -‐ ključavnica), pri taki vezavi se medatomske sile preureijo in akHvacijska energija se zmanjša ➔ reakcija stečeTakoj zatem se encim odcepi od novonastale molekule in se veže v naslednjo molekulo substrata.
AKTIVNO MESTO (center) je HsH del encimske molekule, ki se prostorsko prilega substratni molekuli. Nebeljakovinski del akHvnega mesta je KOENCIM (večina encimov, ne pa vsi), npr. vitamini (npr. B complex), mikroelemenH (Fe, Co, Cu).
Posamezni encimi delujejo samo na eno vrsto substrata, druga pa na več, če so substraH kemijsko zelo podobni med seboj.
Dejavniki, ki vplivajo na akKvnost encimov: -‐ temperatura-‐ pH (v kislem delujejo bolje HsH, ki se vežejo na substrat z neg. nabojem)-‐ koncentracija substrata / encima
Imenovanje:Substrat + AZA
-‐ karbohidraze-‐ lipaze-‐ celulaze-‐ amilaze-‐ nukleaze (nukleinske kisline)-‐ pepHdaze (delujejo na pepHdno vez)
DOLOČANJE HITROSTI PRESNOVE
Bazalni metabolizem je najmanjša hitrost metabolizma, ki je nujna, da se organizem med mirovanjem še ohranja pri življenju. Pri njem se sprošča samo toliko energije, kot je organizem potrebuje za preživetje.
Velik del energije se pri metabolnih procesih sprosH kot toplota, zato lahko toplotne spremebe uporabljamo za ugotavljanje hitrosH metabolizma. Več reakcij ➔ več toploteŽival porablja kisik, izdhani CO2 pa se veže na vezavno sredstvo (adsorbens). Zaradi porabljenega kisika se prostornina zraka v posodi manjša, nastaja podtlak in kapljica zaporne tekočine se pomika proH notranjosH posode. Spremembo odčitamo na pipeH.
Toplokrvne živali -‐ razvile so se zato, ker encimi pri nizkih temperaturah ne morejo več dovolj hitro zniževaH akHvacijske energije, zato se v evoluciji pojavil lasten nadzor telesne temperature (sesalci in pHči). Pregrevanje / podhlajanje ➔ regulacijaMrzlokrvne živali -‐ živali z nestalno telesno temperaturo; njihova telesna temperatura in energijski procesi so odvisni od temperature okolja.
CELIČNI METABOLIZEM
Preden lahko celica izkorisH molekule za sproščanje energije, jih mora razgradiH na manjše enote.
Za svoje ohranjanje in delovanje organizem potrebuje energijo. Ta se sprošča iz energijsko bogaKh snovi.
Enostavnejše (enostavni sladkorji, maščobne kisline, aminokisline) lahko celica dobi neposredno iz okolja z akKvnim transportom. Kompleksneše, večje molekule (polisaharidi, beljakovine, maščobe) pa ne morejo prehajaH skozi celično membrano, zato jih encimi razgradijo na osnovne enote in z akHvnim transportom spravijo v celico. Tam se sproH porabljajo, oz. se v primeru presežka kopičijo v kompleksnejše spojine, ki pa so organizmu lastne snovi (npr. škrob -‐ glukoza ➔ pride v celico -‐ se skladišči kot glikogen). V primeru pomanjkanja energijsko bogaHh snovi celica porabi te energijske zaloge (z encimi razdradi na manjše enote).
OKSIREDUKCIJSKI PROCESI
Oksoredukcijske reakcije -‐ reakcije, pri katerih prehajajo elektroni na oksidant.Večina energije se sprosH iz organskih molekul pri cepitvi vezi H -‐ C.
Enostavna molekula (energijsko bogata) ➔ + poseben encim ➔ odcepita se 2 H➔ 2 H se prenašata iz enega prenašalca na drugega -‐ energija se sprošča postopno (ne kot pri gorenju) ➔ končni prejemnik je O2 ➔ nastane VODA.
Gorenje organskih snovi -‐ vodik se odceplja od C-‐atomov in se veže na O2.Ker se sprošča več energije, kot se je porablja za nastajanje novih vezi H-‐O, se energija sprošča kot toplota in delno kot svetloba.Gre za prehajanje veznih elektronov (H) iz manj stabilnih molekul (visoko energijske) v bolj stabilne (nizko energijske) molekule.
REDUCENT -‐ snov, ki pri reakciji elektron ODDA (glukoza).OKSIDANT -‐ snov, ki pri reakciji elektron SPREJME (kisik).
1. prenašalec H:DinukleoHd; najpomembnejši je nikoKnamid adenin dinukleoKd, NAD+
Nastane iz vitamina -‐ nikoHnske kisline.
Energijski metabolizem je del metabolizma, pri katerem se sprošča energija za delo.
Glikolizi sledijo različne poH energijskega metabolizma, ki jih med seboj razlikujemo po tem, katere snovi so končni prejemniki e-‐ in p+:
-‐ organska spojina: FERMENTACIJA (vrenje) (brez kisika) + nitraH, sulfaH -‐ bakterije-‐ anorganska spojina: CELIČNO DIHANJE (celična respiracija):
-‐ aerobna respiracija (z kisikom)-‐ anaerobna respiracija (brez kisika)
Pri anaerobnih metabolnih poteh se glukoza ne oksidira popolnoma, ob koncu procesa vedno ostanejo manjše organske molekule (npr. etanol), v katerih je še večina proste energije. ➔ organizem iz glukoze ne izkorisH vse energije
Pri aerobnih procesih iz glukoze nastajata voda in CO2, ki vsebujeta zelo malo proste energije, kar pomeni, da je energijski izkoristek veliko večji.
Pri celični respiraciji prehajajo v zadnjem delu energijske metabolne poH vsi elektroni po posebnih elektronskih prenašalcih. Če so pri tem končni prejemniki elektronov: -‐ druge anorganske snovi (npr. sulfat) in ne kisik ➔ anaerobna c. respiracija -‐ kisik ➔ aerobna c. respiracija
GLIKOLIZA -‐ začetni proces sproščanja energije. Encimski proces, med katerim se glukoza razgradi na 2 triozi (piruvata), pri čemer se sprosH nekaj energije.
VRENJE:Piruvat: CH3COCOO-‐
Glukoza se razgradi na 2 piruvata + 6 H, ki jih odnesejo NADH+ H+V citosolu (celični sok) razpade piruvat na etanol + CO2.
Preden se začne razgrajevaH mora postaH molekula čim bolj nestabilna, da jo encimi lažje razgrajujejo.➔ molekula se mora najprej akKviraK
GLIKOLIZA:-‐ Glukoza C6-‐ Pred nadaljno razgradnjo se mora glukoza akHviraH ➔ fosforilacija
-‐ 2x ATP ➔ oddata fosfatni skupini glukozi ➔ nastaneta 2 ADP-‐ P -‐ C6 -‐ P
-‐ Razcep na 2 gliceraldehida -‐ C3-‐ Od gliceraldehida se odcepita po 2 H ➔ NAD+ ➔ NADH H+-‐ Na prosto mesto se vežeta 2 fosfatni skupini iz okolice -‐ se spet fosforilirata-‐ FosfaH se odcepijo -‐ nastanejo 4 molekula ATP; 2 se porabita za glikolizo druge molekule
-‐ nastane PIRUVAT CH3COCOO-‐
= 2 ATP
Glikolizi sledijo različne metabolne poH.
VRENJE:a)Mlečnokislinsko vrenje-‐ vodike sprejme piruvat-‐ NADH + H+ ➔ NAD+ -‐ nastane mlečna kislina-‐ mlečnokislinske bakterije in živali, v primeru pomanjkanja kisikab)Alkoholno vrenje-‐ kvasovke/encimi spreminjajo glukozo v etanol-‐ iz piruvata nastane etanol in CO2-‐ rastline in kvasovke
= 2 ATP
SprosH se pribl. 5% energije glukoze ➔ večina je še vedno shranjena v mlečni kislini ali alkoholu.
CELIČNO DIHANJE
Celično dihanje je dokončna oksidacija organskih snovi v celicah, pri čemer se iz organskih snovi sprošča energija. V kemijskem smislu je celično dihanje zaporedje oksidacij in redukcij.
Pri AEROBNEM DIHANJU (najbolj razširjen Hp) sprejme na koncu elektrone kisik, nato se veže še s protoni in nastane voda. Vodikovi atomi se s pomočjo encimov postopno cepijo od preostankov glukoze in se vežejo na prenašalce vodika. Največkrat so to molekule NAD+ (a ne edine).
Prenašalci prenesejo vodikove atome do drugih, H pa po večini prenašajo naprej le elektrone.➔ Kisik ne dobi elektronov in protonov neposredno od molekule NADH + H+, ampak preko mnogih prenašalcev.
Te molekule sestavljajo ustaljeno zaporedje = DIHALNA VERIGA. Vsaka naslednja molekula v tej verigi je boljši oksidant od prejšnje. Zato elektroni s protoni ali pa sami prehajajo z enega prenašalca na drugega, pri tem se energija postopno sprošča. Molekule dihalne verige so na notranji strani membran mitohondrijev.➔ Do tja prenašajo vodik pretežno molekule NADH + H+.
Da lahko NAD+ in drugi prenašalci prevzamejo vodikove atome in jih prenesejo do dihalne verige, mora potekaH KREBSOV CIKEL.
Celično dihanje poteka v mitohondrijih. Piruvat prihaja iz citoplazme v mitohondrije skozi njihove membrane. Nadaljni metabolni procesi potekajo v dveh stopnjah: 1. -‐ Nastajanje akKvirane ocetne kisline 2. -‐ Krebsov ciklus
1. AkHvirana ocetna kislina nastaja v mitohondrijih tako, da s posebnimi encimi od piruvata odcepijo CO2 in dva vodikova atoma, ki se vežeta na NAD+.
➔ Produkt tega procesa je akt. ocetna kislina, aceKlkoencim A, ki vstopa v 2. metabolni proces
2. Krebsov cikel, kjer med drugim nastaja citronska kislina:a. AceKlkoencim A vstopi v Krebsov cikel. b. Združi se z oksalacetatom (C4), ki je vedno prisoten v celicah.
c. Nastane spojina s 6-‐imi ogljikovimi atomi, citrat.
d. Od nje se encimi postopno odcepljajo po 1 CO2 in 2 H.
e. Najprej nastane spojina s 5 C, kasneje s 4-‐imi C atomi.
f. Ta se združi z novim aceHlkoencimom A in metabolni krog se sklene.
1. 6C + H20 -‐ 2 H -‐ CO2 -‐ citrat -‐ oksalsukcinat2. 5C + H2O -‐ 2 H -‐ CO2 -‐ ketoglutarat3. 4C -‐ 2H -‐ sukcinat -‐ fumarat4. 4C -‐ 2H + H20 -‐ oksalacetat
Bistvo krebsovega cikla je prenos energije iz preostanka sladkorne molekule na molekulo NAD+. Del te energije se pozneje porabi za sintezo molekul ATP.
Pri evkarionskih celicah poteka glikoliza v citoplazmi (citosol), nastajanje aceHlkoencima A in Krebsov cikel pa v mitohondrijih. Zato piruvat, ki nastaja med glikolizo, prehaja iz citosola v mitohondrije.
Tudi v Krebsovem ciklu se med razgrajevanjem ostankov glukoze sprošča CO2, ki prehaja skozi membrane z difuzijo in se izloča iz celic.
Iz ene molekule piruvata se sprosHjo:-‐ 3 molekule CO2-‐ja:
-‐ ena med nastankom akHvirane ocetne kisline iz piruvata, -‐ dve pa v Krebsovem ciklu.
-‐ 8 vodikovih atomov:-‐ 6 se jih veže na NAD+ (nastane NADH + H+), -‐ 2 pa na drug prenašalec FAD (nastane FADH2).
Ker pri glikolizi nataneta 2 molekuli piruvata, ki se pretvori v 2 molekuli akHvirane ocetne kisline, se za njuno razgradnjo Krebsov cikel zavrH 2X.
Elektroni se prenašajo na kisik s prenašalci v dihalni verigi
Energija iz glukoze se v precejšnji meri prenese na PRENAŠALCE VODIKOV.Gre za prenos elektronov in protonov z NADH + H+ in FADH2 na kisik. Pri tem končnem delu dihanja, pri prenosu vodika na kisik se sprosH največ energije. ➔ reakcija spajanja v vodo je močno eksotermna.
V tej verigi prenašalcev se elektroni prenašajo ločeno od protonov zato so to PRENAŠALCI ELEKTRONOV, ki so vgrajeni v notranjo membrano mitohondrija.
Vodikovi atomi se potem, ko jih od NADH + H+ prevzemejo drugi prenašalci, razcepijo v protone in elektrone. Prenašalci nato sprejemajo in oddajajo samo elektrone, protoni pa ostanejo prosH ob membrani. Med prehajanjem elektronov z enega prenašalca na drugega, v dihalni verigi tečejo oksidoredukcijski procesi, kjer se sprošča energija. Zato govorimo o oksidoredukcijski verigi.
Sinteza ATP v oksidoredukcijski verigi:Pri prehajanju elektronov iz enega prenšalca na drugega se sproščena energija najprej porabi za črpanje protonov v prostor med notranjo in zunanjo membrano mitohondrija. ➔ akHvni transportNastane razlika v koncentraciji med matrixom in medmembransko tekočino. Ko protoni difundirajo skozi posebne kanale v notranji membrani nazaj v matrix, se energija tega pretoka porablja za sintezo ATP.
Za vsaka 2 H atoma, ki ju NADH+H+ prenese do prenašalcev dihalne verige, se vzpostavi tolikšen koncentracijski gradient protonov, da se sinteHzirajo 3 molekule ATP:Vodika, vezana na FAD, pa omogočita sintezo 2 molekul ATP.
➔ Elektroni se prenašajo po strogem zaporedju do kisika. Energija, ki se sprošča se porabi za sintezo ATP.
CITOKROMI -‐ najbolj znani prenašalci elektronov. Zadnji iz skupine citokronov odda elektrone kisikovemu atomu, ki hkraH sprejme tudi protona iz membranske tekočine in nastane molekula vode: 2e-‐ + 2H + 1/2O2 → H2O
Z nastankom vode v dihalni verigi končajo procesi sproščanja energije.
Nekatere snovi kot CIANID preprečujejo prehod elektrona na kisik, zato prenašalci ne morejo oddaH elektronov in tok elektrona se ustavi. Postane podobno, kot če bi zmanjkalo kisika -‐ če se ustavi tok elektronov, se ustavi dihalna veriga ➔ osebek izgubi energijo za vzdrževanje procesov in umre zaradi notranje zadušitve. ATP nastane tako, da se na molekulo ADP s pomočjo energije veže anorganski fosfat➔ FOSFORILACIJA.
Pri aerobnem dihanju fosforilacijo omogoči kisik = OKSIDATIVNA FOSFORILACIJA.
Kot posledica oksidacije ene molekule glukoze, vsak od 10 NADH + H+ ustvari koncentracijsko razliko, ki omogoči sintezo treh molekul ATP, vsak od dveh FADH2 da 2 molekuli ATP. Skupaj je to 34 molekul ATP, če prištejemo še 4 molekule ATP, nastale pri glikolizi in Krebsovem ciklu je skupaj 38 molekul ATP.
Celotna aerobna reakcija: C6H1206 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + energija za sintezo 38 molekul ATP
ATP
Energija v ATP shranjena v visokoenergijskih fosfatnih vezeh
V celicah je najpogostejša energijsko bogata molekula ATP, ki s pomočjo encimov posreduje končno fosfatno skupino mnogim večjim organskim molekulam (sladkornim, aminokislinskim, nukleoHdnim).Končna fosfatna skupina je vezana z energijsko bogato vezjo, zato se z vezavo fosfata na druge molekule nanje prenese tudi energija. Tako se molekuli zviša prosta energija in lažje reagirajo.
Molekula ATP je nukleoKd, sestavljen iz organske baze (adenina), sladkorja (riboze) in treh fosfatnih skupin. Večina proste energije je shranjene v vezeh med fosfatnimi skupinami. Fosfatne skupine v molekulah ATP imajo negaHvno nabite kisikove atome, ki se med seboj odbijajo. Potrebna je sila, da vezi držijo ta del molekule skupaj. Za delo potrebno za zbliževanje posameznih fosfatnih skupin se porablja precej energije.
Ko se v ATP prekine ena fosfatna vez, se sprosH več energije kot pri odcepitvi naslednje fosfatne skupine. Pri 1. reakciji nastaneta adenozin difosfat (ADP) + fosfatni ostanek.Če pa se odcepi še druga fosfatna skupina, dobimo adenozin monofosfat (AMP).
ATP → ADP + P ; ATP → AMP + 2P
Da nastane med adenozin difosfatom in dodatnim fosfatom visokoenergijska vez, je potrebno veliko energije.
SHRANJEVANJE ENERGIJE
-‐ Kratkotrajno shranjevanje-‐ Dolgotrajno shranjevanje
Zaloge ATP v celicah zadostujejo le za kratek čas.
Celice ne proizvajajo toliko molekul ATP, da bi imele energijske zaloge. ATP (energija, potrebna za različna dela) se v skladu s sprotnimi potrebami nenehno sinteHzira.
Organizmi lahko po potrebi sinteHzirajo molekule ATP, energija teh pa se porablja sproH. Pri večji mišični akHvnosH = pospešeno nastajanje ATP.
Molekule ATP niso primerne za shranjevanje energije, ker bi količina vplivala na povečanje osmotskega tlaka. Zato shranjujejo celice energijo v velikih polimerih (polisaharidih) in maščobah, ki jo s katabolizmom hitro sprosHjo.HkraH pa je njihovo ogljikovo ogrodje osnova za snovi, potrebne pri nastajanju novih celičnih struktur ali popravilo starih. Te molekule ne vplivajo na osmotski tlak v celicah.
Rastlinske celice shranjujejo energijo v škrobu, ki se v amiloplasHh rezervnih tkiv plastovito nalaga, da nastanejo škrobna zrna.
V živalskih celicah se prvotno energija shranjuje v obliki oljnih kapljic, v mišičnih celicah pa v obliki glikogena v glikogenskih zrnih.
FOTOSINTEZA
Organizmi potrebujejo za procese presnove (metabolizma) energijo, ki jo dobijo s hrano.
HETEROTROFNI organizmi: organizmi, ki pridobivajo energijo za življenjske procese z razgradnjo organskih snovi drugih organizmov (živali, glive, nekatere bakterije) AVTOTROFNI organizmi: organizmi, ki so sposobni zgradiH za življenje potrebne organske molekule iz preprosHh anorganskih spojin (voda, CO2) s pomočjo svetlobne ali kemične energije (nekatere skupine bakterij, modrozelene cepljivke, vse rastline z asimilacijskimi barvili).
Energijo za avtotrofno asimilacijo dobijo od Sonca -‐ fotosinteza je sinteza s pomočjo svetlobe.
Energija lahko nastaja tudi v kemičnih reakcijah (npr. oksidacija FeO2) -‐ kemosinteza, to zmožnost imajo žveplove bakterije.
Avtotrofna asimilacija je življenjsko pomembna za vse organizme na Zemlji. Zelene rastline pridelujejo hrano tudi za druge heterotrofne organizme.
Kratek pregled fotosinteze
Fotosinteza je proces, pri katerem rastline pretvarjajo svetlobno energijo v kemično, ki omogoči pretvorbo CO2-‐ja in vode v sladkor.
Pri fotosintezi nastajajo organske snovi iz anorganskih. Poenostavljena enačba: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Energija potrebna za fotosintezo, prihaja v obliki FOTONOV. To je našemu očesu nevidna bela svetloba, ki jo sestavljajo različne barve. Fotoni sončne svetlobe imajo različno energijo. Za fotosintezo pomembni fotoni rdeče in modre svetlobe.
Energijo rastline shranijo v energijsko bogaKh snoveh ➔ svetlobno energijo pretvorijo v kemično.
Adenozin trifosfat (ATP), je energijsko bogata snov in je vsestranski shranjevalec in prenašalec energije. Energijo lahko ATP vnaša v druge kemične procese, ne da bi sam postal del njihovih končnih produktov.
Del fotosinteze torej sprememba energije. Za to spremembo je potrebna svetloba. ➔ svetlobne reakcije fotosinteze
K tem prištevamo tudi cepitev vode. Kisik se izloča, vodik pa se veže na nikoHnamid adenin dinukleoHd fosfat (NADP), pri čemer nastane NADPH + H+, ki je eno najmočnejših redukcijskih sredstev v živi celici. ATP in NADPH + H+ nujno potrebna za vezavo CO2-‐ja v sladkor.
Za vezavo svetloba ni več potrebna, reakcije lahko potekajo tudi v temi. ➔ temotne reakcije fotosinteze
Svetlobne in temotne reakcije potekajo v kloroplasKh.
KLOROPLASTI
ZGRADBA: središče fotosintetskih reakcij so kloroplasH. Kloroplast je fotosintetski aparat rastlin.
Navzven omejen z dvema membranama, v notranjosH pa so sploščene membranske vrečke = TILAKOIDE. Ležijo v brezbarvni STROMI ali MATRIKSU.
V Hlakoidnih membranah so molekule asimilacijskih barvil razporejene v skupkih = fotosintetske enote.
Te enote vsebujejo molekule klorofila a in b. Razmerje 3 : 1.
Poleg klorofila še druga barvila -‐ oranžni karoten in rumeni ksantofili. Nekatere alge imajo tudi drugačna barvila, rdeče -‐ fikoeritrin.
Vsaka fotosintetska enota vsebuje dva fotosistema:-‐ fotosistem 1 -‐ klorofil a; 700 nm-‐ fotosistem 2 -‐ klorofil a; 680 nm
Ločimo ju po glavnem barvilu v reakcijskem centru fotosistema.
Absorbcijski vrh pove, katero valovno dolžino svetlobe klorofil absorbira v rdečem delu spektra. Absorbira tudi modro svetlobo.
Druga asimilacijska barvila absorbirajo svetlobo drugih valovnih dolžin. Zelene rastline nimajo barvil za absorbcijo zelene svetlobe. V Klakoidnih membranah potekajo svetlobne reakcije, v matriksu kloroplasta pa so encimi, potrebni za potek temotnih reakcij.
SVETLOBNE REAKCIJE FOTOSINTEZE:
Ko svetloba obseva kloroplast, določen elektron klorofilne molekule prevzame energijo svetlobnega fotona. Nato se elektron prenaša prek sprejemnih in oddajnih molekul v Hlakoidni membrani ➔ fotoelektronska transportna veriga.
Končni sprejemnik elektronov je molekula NADP, ki se zato reducira v NADPH + H+. V klorofilni molekuli pa izpraznjeno mesto nadomesH elektron, sproščen ob cepitvi vode.
V elektronski transportni verigi sodelujeta oba fotosistema, ki s sprejeto svetlobno energijo poganjata elektronsko transportno verigo.
Transportni verigi, ki omogoči cepitev vode in nastanek NADOH + H+ pravimo neciklična transportna veriga.Končna produkta neciklične transportne verige torej NADPH + H+ in ATP. Zaradi cepitve vode izhaja kisik.
Ker pa rastlina za vezavo CO2 potrebuje več molekul ATP, poteka v Hlakoidni membrani še ciklična transportna veriga. Elektron glavnega pigmenta v fotosistemu 1, ki je sprejel sončno svetlobo, se prek prenašalnih molekul vrne h klorofilni molekuli, njegova energija pa se porabi za nastanek ATP. Proizvod cikličnega transporta elektronov je le ATP.
Svetlobne reakcije omogočajo nastanek ATP in NADPH + H+. Pri tem razpade voda in se sprosH kisik. Svetlobna energija se je pretvorila v kemično. ATP in NADPH + H+ sta nujno potrebna za nastanek sladkorja v temotnih reakcijah fotosinteze.
TEMOTNE REAKCIJE FOTOSINTEZE:
Za vezavo CO2 svetloba ni več potrebna. Potrebni pa so posebni encimi, ki vezavo omogočajo. Raztopljeni so v matriksu kloroplasta. 1. CO2 se veže na 5C sladkor (ribulozo) + 2x P2. nastane: 2x 3C3. nastane: 1x 6C ➔ porabljata se ATP in NADPH+H+, ki sta nastala pri svetlobnih reakcijah4. fruktoza (1. proizvod)
Vsaka šesta molekula sladkorja zapusH cikel, ostale pa se prek različnih ogljikovih hidratov pretvorijo nazaj v ribulozabifosfat, za kar je spet potreben ATP.
Ves proces = CALVINOV CIKEL.
Pozneje nastane iz fruktoze tudi glukoza.
S povezovanjem molekule nastane v kloroplastu škrob. Proizvodi fotosinteze kloroplast tudi zapusHjo kot triozafosfaH. V citoplazmi iz njih nastanejo sladkorji. Iz glukoze in fruktoze nastane saharoza, ki lahko potuje po rastlini v druge dele, se tam shranjuje ali porabi pri dihanju. Shranjuje se lahko kot saharoza ali pa se pretvori v rezervni škrob.
Vmesne snovi Calvinovega cikla so tudi izhodiščne snovi za sintezo aminokislin in maščobnih kislin ter s tem za nastanek beljakovin in maščob.
C3 rastline -‐ rastline, katerih prvi proizvod je snov z 3 C-‐atomiC4 rastline -‐ rastline, ki rastejo v krajih z veliko sončne svetlobe. CO2 vežejo v snov z 4 C-‐atomi (malat). Koruza, sladkorni trs... (imajo okrog žil obžilne celice, kamor prehaja malat, skladiščijo CO2, da ga lahko porabljajo čez dan, ko imajo listne reže zaprte ➔ manjše izgube vode).
Vpliv zunanjih dejavnikov na fotosintezoSvetlobaKoncentracija CO2 Temperatura ➔ glavni dejavniki, ki vplivajo na fotosintezo.
Na njen potek vplivajo tudi voda in minerali.
Pri nižjih osvetlitvah fotosinteza narašča z intenzivnostjo svetlobe, premočna svetloba pa lahko poškoduje asimilacijska barvila. Svetlobna jakost, pri kateri je fotosinteza enakadihanju = svetlobna kompenzacijska točka. Pri višjih osvetlitvah od te jakosH, rastline proizvajajo več kisika, kot ga porabijo. Ta točka ni enaka za vse rastline. Spreminja se z razvojem rastline in letnim časom. Poznamo tudi sončne in senčne rastline, ki niso enako občutljive za svetlobo. Pri senčnih rastlinah je svetlobna kompenzacijska točka pri nižji svetlobni jakosH.
Z večanjem koncentracije CO2 v ozračju fotosinteza narašča. Pri visokih temperaturah koncentracija CO2 manjša.
Temperatura vpliva tudi na hitrost delovanja encimov Calvinovega cikla. Pri polarnih in visokogorskih rastlinah poteka fotosinteza še pod 0°C. V tropskih krajih pa so prilagojene visokim temperaturam. Tudi do 55°C in več. Alge v vročih termalnih vrelcih, asimilirajo še pri 70°C.
FOTOSINTETSKE BAKTERIJE
Nekatere bak|erije vsebujejo asimilacijsko barvilo (bakterioklorofil), ki jim omogoča fotosintezo.Za vir elektronov porabljajo namesto vode H2S.
6 CO2 + 12 H2S = C6H12O6 + 6 H2O + 12 S
DIHANJE RASTLINE
V koreninskih celicah poteka samo dihanje. Ponoči celotna rastlina samo diha in porablja kisik.
Celično dihanje v glavnem poteka enako kot v živalskih celicah, ko z razgradnjo glukoze v vodo in CO2 nastanejo energijsko bogate vezi (ATP) in se razvije toplota.
Seme ob kalitvi močno diha. V tem razvojnem stanju je rastlina heterotrofna. Ko se razvijejo lisH s kloroplasH v celicah, pride do fotosinteze -‐ rastlina postane avtotrof.