BIOLOGIJA SKRIPTA ZA DRŽAVNU MATURU. Marko Galić Kristina Kučanda. listopad 2012.

Transkript

1 BIOLOGIJA SKRIPTA ZA DRŽAVNU MATURU Marko Galić Kristina Kučanda listopad 2012.

2 2 Autori: Marko Galić Kristina Kučanda prema: Ispitni katalog za državnu maturu u šk. god. 2011/2012., Biologija, NCVVO 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

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 ureñaj 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 utvrñeno 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 odreñuje 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 vidje golim okom. MIKROSKOP Svjetlosni mikroskop Elektronski mikroskop Dijelovi mikroskopa: a - podloga b - nepomični dio stalka c - pomični dio stalka d - tubus d1 - 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 NH2) -ubrzavanje -enzimi kemijskih reakcija Nukleinske kiseline polimeri nukleotida (dušična baza + pentoza + fosfatna skupina) -prijenos genske upute s roditelja na potomstvo -sinteza proteina -deoksiribonukleinska kiseline, DNA - ribonukleinska 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 C6H12O6, 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 NH2 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 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 (H2O2) toksičan odmah nakon oslobađanja enzima katalaza razlaže ga na vodu i kisik. Peroksisome proizvodi Golgijevo tijelo u stanicama jetre i stanicama kvasca mogu oksidira 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 prevoñenje 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 odreñeni tipovi stanica isto tako imaju te specifične markere) 5) Meñustanično povezivanje ovu zadaću obavljaju membranski proteini koji imaju sposobnost vezanja za proteine susjedne stanice i tako tvoriti različite meñustanične 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 izmeñu 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 takoñer obavljaju meñustanično povezivanje ili vezanje stanice za neku podlogu. Ugljikohidrati povezani s lipidima imaju ulogu staničnih markera (omogućuju meñusobno 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 (O2, CO2, N2, 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: G1, S, G2 INTERFAZA + STANIČNA DIOBA G1 S G2 M (mitoza) i C (citokineza) mitoza početak ciklusa priprema za diobu rast stanice replikacija DNA Stanični ciklus

46 46 Tijek mitoze Podijeljenja na 4 faze: profaza, metafaza, anafaza, telofaza PROFAZA: počinje zgušnjavanjem i spiralizacijom kromatina teži se oblikovanju zbijenih kromosoma koje će se moći kretati po stanici. Kromatin (DNA upakirana u nukleosome) skraćuje se još 1000 puta oblikuje kromosome koji se sastoje od dviju sestrinskih kromatida spojenih centromerom. Nestaje jezgrica, a počinje se oblikovati diobeno vreteno (pomoću centrosoma koji putuju na suprotne polove stanice). Biljna stanica nema centrosoma, već mikrotubuli oblikuju diobeno vreteno. Profaza završava razgradnjom jezgrine ovojnice PROMETAFAZA: Kretanje kromosoma između središta i polova stanice METAFAZA: Počinje vezivanje niti diobenog vretena za centromere kromosoma kromosomi se kružno rasporede u sredinu diobenog vretena u metafaznu ploču ANAFAZA: počinje odvajanjem sestrinskih kromatida (prvo se odvoje u području centromera, a zatim čitavom dužinom) SVAKA KROMATIDA POSTAJE SAMOSTALAN KROMOSOM skraćuju se niti diobenog vretena i kromosomi putuju na suproten polove stanice TELOFAZA: Kromosomi se na suprotnim polovima stanice odmataju i despiraliziraju i oblikuju kromatin. Od djelova stare jezgrine ovojnice oblikuje se nova ovojnica. Na završetu telofaze stanica na polovima ima oblikovane dvije jezgre čime je završena mitoza NAKON MITOZE SLIJEDI CITOKINEZA (podjela citoplazme) Proces u kojem se dijeli citoplazma. U ljudskim i životinjskim stanicama pojavljuje se diobena brazda u području metafazne ploče. Brazda se postupno steže prema unutrašnjosti sve dok se stanice ne podjeli. U biljnih stanica (membranu okružuje stanična stijenka od celuloze) dioba zahtijeva novu staničnu stijenku između stanica kćeri ona se formira u području metafazne ploče i djeli biljnu stanicu na dvije stanice kćeri

47 47 mikrotubuli interfaza centrosom profaza sestrinske kromatide prometafaza mikrotubuli iz diobenog vretena vezani za kinetohore metafaza telofaza anafaza citokineza ponovno stvaranje jezgrine ovojnice Tijek mitoze Tijek mejoze Mejoza je dioba kojom nastajuspolne stanice, a sastoji se od dvije diobe: mejoze I i mejoze II Mejoza I je redukcijska dioba (reducira se broj kromosoma). Sastoji se od profaze I, metafaze I, anafaze I i telofaze I PROFAZA I nakon spiralizacije i zgušnjavanja kromosoma, koji imaju dvije sestrinske kromatide, slijedi sljubljivanje (konjugacija) homolognih kromosoma i nastaju bivalenti ili tetrade (bivalent znači da je to struktura od dva kromosoma, tetrade da tu strukturu čine 4 kromatide). Sparivanje kromosoma omogućuje krosingover

48 48 (ujruženje ili prekriženje) izmjena djelova nesestrinskih kromosoma kroma de se prelome i dijelovi se međusobno prespoje. Mjesto ukriženja zove se hijazma i vidljivo je svjetlosnim mikroskopom. Krosingoverom se stvaraju nove kombinacije nasljedne tvari i to je jedan od izvora raznolikosti. METAFAZA I: bivalenti se poredaju u metafaznu ravninu i prihvate za niti diobenog vretena. Obje kromatide jednog homologa orijentiraju se prema istom polu stanice, a kromatide drugog homologa zajedno se orijentiraju prema suprotnom polu. ANAFAZA I: odvajaju se homologni kromosomi i putuju na suprotne polove stanice (kromosomi su dvostruki, tj. imaju dvije sestrinske kromatide). TELOFAZA I: na polovima stanice se oblikuju jezgre koje imaju jedan kromosom iz homolognog para građen od dviju sestrinskih kromatida. Slijedi citokineza i nastaju dvije stanice s polovičnim (haploidnim brojem kromosoma). Nakon kratnog razdoblja interkineze slijedi MEJOZA II koja je identična mitozi pa je neću ponavljati. ZAKLJUČAK: Diploidna roditeljska stanica (2n) mejozom stvara 4 haploidne gemete (n).

49 49 Interfaza Profaza I bivalenti gamete Metafaza I Anafaza I dogodio se krosingover Metafaza II Anafaza II Telofaza II Anafaza II Tijek mejoze Temeljne značajke mejoze 1. Redukcija broja kromosoma: iz diploidne roditeljske stanice nastaju haploidne gamete. Na taj način mejoza osigurava kontinuitet u broju kromosoma neke vrste (2n n). Stapanjem haploidnih gameta ponovno nastaje diploidna stanica zigota (n+ n 2n) Kada ne bi bilo redukcije broja kromosoma u anafazi I broj bi kromosoma nakon svake oplodnje bio dvostruko veći, što bi dovelo do ozbiljne genske neravnoteže. 2. Fizička osnova rekombinacije roditeljskih kromosoma je krosingover (ukriženje, prekriženje) me nastaju nove kombinacije svojstava, a krosingover je uz nezavisnu orijentaciju i razilaženje kromosoma te slučajnu oplodnju, jedan od izvora genetičke raznolikosti.

50 50 Sličnosti i razlike mejoze i mitoze Usporedba mitoze i mejoze Replikacija DNA Broj dioba Broj stanica kćeri i genetički sastav Važnost za životinjski organizam MITOZA Odvija se u interfazi prije početka jezgrine diobe Jedna, sastoji se od profaze, metafaze, anafaze i telofaze Dvije diploidne genetički identične stanice Razvitak višestaničnog organizma od zigote, regeneracija tkiva MEJOZA Odvija se u interfazi prije početka jezgrine diobe Dvije, svaka se sastoji od profaze, metafaze, anafaze i telofaze; Nema replikacije između dvije diobe; u profazi homologni kromosomi se sparuju = bivalenti (tetrade) događa se krosingover Četiri haploidne stanice koje nisu genetički jednake niti međusobno niti sa stanicom majkom Proizvodnja gameta; redukcija broja kromosoma; genetička raznolikost Važne razlike: U profazi I događa se ukriženje ili krosingover, toga nema u mitozi. U metafazi I u metafaznu (ekvatorijalnu) ploču smještaju se homologni kromosomski parovi, a u metafazi mitoze pojedinačni kromosomi (nisu u paru). U anafazi I centromere se ne dijele i sestrinske kromatide ostaju zajedno te putuju na isti pol stanice. U mitozi se odvajaju sestrinske kromatide i svaka postaje zaseban kromosom.

51 51 mejoza I mejoza II diploidna stanica replikacija DNA homologni parovi kromosoma mitoza diploidna stanica dvije diploidne stanice 4 haploidne stanice replikacija DNA Usporedba mitoze i mejoze Interfaza Dio staničnog ciklusa od tri faze tijekom kojih se DNA umnožava i stanica priprema za diobu. Interfaza se sastoji od G1, S i G2 faze. G1 postmitotska faza slijedi nakon mitoze, a zove se i presintetska jer prethodi sintezi DNA. U tom razdoblju stanica obavlja aktivnosti: kontrola staničnog metabolizma, aktivna sinteza bjelančevina i RNA, stvaranje novih staničnih tvorbi (ribosomi, mitohondriji, centrosomi), te povećanje volumena i rast stanice. S faza sinteza DNA i specfičnih proteina histona. Na kraju ove faze stanica ima 2 potpuno jednake kopije DNA. G2 stanica se priprema za diobu: provjerava sintetizirana DNA, popravljaju eventualna oštećenja te sintetizira bjelančevine potrebne za mitozu. G2 faza je postsintetsko, apremitotsko razdoblje interfaze.

52 52 Nekontrolirana mitoza se odvija u tumorskom tkivu Stanica može izgubiti kontrolu staničnog ciklusa i mitoze, a posljedica je pojava tumora ili raka. Poremećaj regulacije posljedica je promjena (mutacija) DNA zbog kojih stanice nekontrolirano rastu i nakon dodira sa susjednim stanicama nastavljaju se umnožavati u masu koju zovemo tumor. i. Procesi fotosinteze, staničnoga disanja i vrenja Metabolizam skup svih biokemijskih procesa u stanici METABOLIZAM izmijena tvari. Razlikuje se anabolizam i katabolizam Anabolizam biokemijska sinteza manjih molekula u veće (npr. polimeraizacija glukoze u škrob) energija se troši Katabolizam biokemijski proces u kojemu se molekule razlažu na jednostavnije pri čemu se oslobađa energija Fotosinteza u biljci Sposobnost fotosinteze imaju aututrofni organizmki koji sadrže zeleni pigment klorofil (biljke, alge i cijanobakterije ili modrozelene alge). U procesu fotosinteze svjetlosna energija se preko anorganskih molekula (CO2, H2O) pretvara u kemijsku energiju ugljikohidrata (glukoza, škrob), a oslobađa se kisik. JEDNADŽBA FOTOSINTEZE: 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ili 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

53 53 Fotosinteza se odvija u kloroplastima nizom redoks reakcija koje možemo podijeliti na I. Reakcije na svjetlu primarne reakcije fotosinteze pokreće ih sunčeva svjetlost, a odvija se u tilakoidima kloroplasta na molekulama klorofila (sunčeva svjetlost izbija elektron iz molekule klorofila elektron primljenu energije prenosi u reakcije neovisne o svjetlu, a događa se razgradanja vode uz oslobađanje kisika) II. Reakcije neovisne o svjetlu sekundarne reakcije fotosinteze (Calvinov ciklus) odvijaju se u stromi kloroplasta nakon raspadanja vode (reakcije na svjetlu) oslobađa se vodik (H + ) koji reducira molekule CO2 u glukozu svjetlosna se energija pohranila u kemijsku energiju glukoze Fotosintezu mogu obavljati svi zeleni dijelovi biljke (najviše listovi). Stanično disanje Aerobni organizmi biološkom oksidacijom (staničnim disanjem) dolaze do energije oslobađa se iz glukoze. JEDNADŽBA STANIČNOG DISANJA: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38 ATP + toplina Reakcije aerobnog staničnog disanja sastoje se od dvije faze i 3 reakcijska koraka: I. anaerobna faza glikoliza II. anaerobna faza Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline oksidativna fosforilacija

54 54 Energetska uloga ATP-a Staničnim disanjem se kemijska veza glukoze prevodi u kemijsku energije fosfatnih veza u molekuli ATP-a. Veze između fosfata bogate se energijom te je ona stanici lako dostupna. ATP (adenozin trifosfat) + H2O ADP (adenozin difosfat) + P (fosfat) + energija Odvajanjem jedne fosfatne skupine iz ATP-a oslobaña se energija od 34 kj/mol Vrenje Vrenje je proces nepotpune razgradnje organskih tvari. Odvija se anaerobno u citoplazmi stanica mikroorganizama (bakterije, kvasci) i nekim stanicama mnogostaničnih organizama. Vrenjem se oslobađa manje energije nego staničnim disanjem. Vrenje može biti: alkoholno, octeno, mliječno, maslačno i dr. Kvašćeve gljivice procesom alkoholnog vrenja stvaraju alkohol etanol, CO2 i ATP (mala količina energije). JEDNADŽBA ALKOHOLNOG VRENJA: C6H12O6 kvasčeve gljivice 2C5H5OH + 2CO2 + 2ATP j. Osnovne etape i procesi razvitka te strukturna i funkcionalna organizacija višestaničnoga organizma Uloga mitoze i mejoze u višestaničnom organizmu

55 55 MEJOZA dioba kojom nastaju haploidne gamete koje sudjeluju u oplodnji. Mejoza je pogodna za razmnožavanje, genetičku raznolikost. MITOZA dioba tjelesnih stanica, mitozom organizam raste i regenerira tkiva. Zašto je redukcijska dioba preduvjet za oplodnju? Redukcijom se broj kromosoma smanjuje na polovičan, tj. nastaju gamete s polovičnim brojem kromosoma. Stapanjem gameta u procesu oplodnje ponovo će nastati diploidna stanica zigota mitozom se iz zigote razvija organizam. Kada ne bi bilo redukcije nakon svake oplodnje broj bi se kromosoma udvostručio. Tako nastali organizam imao bi drugačiju genetičku uputu ne bi bio iste vrste, a najčešće ne bi niti preživio zbog genske neravnoteže. Brazdanje i gastrulacija u životinjskih organizama Zigota, nastala oplodnjom, dijeli se mitozom u procesu brazdanja nastane mnoštvo stanica koji čine morulu (nakupina stanica, nalikuje plodu duda. U nakupini stanica oblikuje se šupljina blastocel ispunjena tekućinom taj razvojni stadij zove se blastula (rubno raspoređene stanice blastule oblikuju blasotderm). Uvlačenjem stanica blastule u njezinu unutrašnjost nastaje udubina (blastopor) i razvija se stadij zvan gastrula proces nastanka gastrule je gastrulacija gastrulu izgrađuju 3 zametna listića (ektoderm, mezoderm, endoderm). ZAMETNI LISTIĆ EKTODERM MEZODERM ENDODERM ORGANI KOJI - epiderma (koža, - kostur - crijeva SE IZ NJEGA RAZVIJAJU kosa, žlijezde) - živčani sustav i osjetila - mišići - krvožilni sustav - sustav za izlučivanje - epitelni dijelovi unutrašnjih organa (jetra, štitnjača, gušterača, pluća)

56 56 - spolni žlijezde - epitel probanih i dišnih putova Značaj diferencije stanica u pogledu stvaranja tkiva, organa, višestaničnog organizma DIFERENCIJACIJA proces kojim se različito oblikovane stanice (diferencirane stanice) pripremaju za specifične uloge. Nasljedno jednake stanice postaju strukturno i funkcionalno različite. Diferencirane stanice tvore tkiva npr. stanice diferencirane u neurone formiraju živčano tkivo.

57 57 2 MIKROBIOLOGIJA a. Razlike između virusa i živih bića, mehanizam umnožavanja virusa u živim stanicama Zašto viruse smatramo česticama na granici živoga i neživoga svijeta Virusi nemaju staničnu građu, nemaju metabolizam, ne odgovaraju na podražaje, kristaliziraju (što je obilježje kemijskih spojeva, a ne žive tvari). Jedina osobina koja povezuje viruse s živim bićima jest sposobnost razmnožavanja, no i po pitanju razmnožavanja nisu samostalni budući da svoje kopije mogu stvarati samo u živoj stanici domaćina, tj. oni su OBLIGATNI STANIČNI PARAZITI zato kažemo da su na granici žive i nežive tvari. Osnovna građa virusa na primjeru VMBD (virus mozaične bolesti duhana, engl. TMV = Tobacco Mosaic Virus) Vanjsku ovojnicu KAPSIDU grade proteini, a u unutrašnjosti se nalazi nukleinska kiselina. Virusi su u osnovi nukleoproteini. Virusi kao nasljednu tvar nose samo jedan tip nukleinske kiseline, DNA ili RNA ravna ili kružna, jednolančana ili dvolančana (kod VMBD, kao i većine biljnih virusa, RNA). Neki virusi još sadrže i enzime za umnožavanje nukleinske kiseline, a kod nekih je kapsida okružena omotačem od lipida i glikoproteina. Razlikuju se veličinom i oblikom. Ne možemo ih vidjeti svjetlosnim mikroskopom. nukleinska kiselina proteini

58 58 Građa bakteriofaga: molekula nukleinske kiseline sklupčana je unutar proteinskog omotača koji ima oblik poliedra, a na tu "glavu" nadovezuje se proteinski "rep" koji završava pločicom s repnim nitima pomoću kojih se pričvrsti na površinu bakterije Umnožavanje virusa na primjeru bakteriofaga Svaki tip virusa je specifičan i napada samo određenu vrstu stanica. BAKTERIOFAGI (ili fagi) napadaju bakterije Pomoću nožica bakteriofag se prihvaća za površinu stanice ubacuje svoju DNA u citoplazmu stanice virusna DNA se ugrađuje u DNA bakterije metabolizam bakterije proizvodi nove viruse oslobađanje novih bakteriofaga u procesu uništavanja bakterijske stanice (litički ciklus)

59 59 Litički ciklus Životni ciklus bakteriofaga Virusi prema tipu nukleinske kiseline DNA virusi RNA virusi Virusi prema domadaru bakterijski (bakteriofagi) biljni animalni humani b. Biološka raznolikost i sistematska podjela živog svijeta Velika biološka raznolikost uzrokovana je evolucijskim razvojem i prilagodbama organizama na različite tipove staništa Sve danas živuće vrste razvile su se tijekom evolucije od jednostavnijih oblika i razvijaju se i dalje, tj. nastavljaju svoj evolucijski put. Evolucija je izvor biološke raznolikosti (evolucijom tijekom vremena nastaje sve više vrsta). Darwin donosi

60 60 faktor prirodnog odabira (selekcije), prema kojemu preživljavaju samo oni koji se najbolje prilagode okolišu (staništu), dok ostali nestaju. Značenje dvoimenog nazivlja za bolje snalaženje u biološkoj raznolikosti Postoje milijuni vrsta organizama koji danas žive na Zemlji. Da bismo ih mogli proučavati i opisivati različite organizme i njihove osobitnosti, neophodno ih je imenovati. Švedski biolog Carl von Linné uveo je DVOIMENO NAZIVLJE ili BINARNU NOMENKLATURU. Binarna nomenklatura vrstama je dala točno određena imena koja omogućuju lagano prepoznavanje, omogućeno je univerzalno i precizno razumijevanje među znanstevenicim i stručnjacima. Svaka vrsta dobiva latinsko ime, koje se jednako koristi u cijelom svijetu, a sastoji se od imenice koja imenuje rod i pridjeva koji pobliže označava vrstu (često se dodaje i inicijal/prezime stručnjaka koji ju je prvi opisao te godina kad je to učinio). Npr. bršljan, Hedera helix L. Princip raspodjele živog svijeta u 5 carstava Na temelju osnovnih razlika uočenih među organizmima, carstva su: PROKARIOTI (MONERA) prokariotski jednostanični organizmi (bakterije i cijanobakterije) PROTOKTISTI (PROTISTA) jednostanični eukarioti i višestanični organizmi jednostavne građe (praživotinje i alge) GLJIVE (FUNGI) heterotrofni eukariotski organizmi (zato ih izdvajamo od autotrofnih biljaka) ŽIVOTINJE (ANIMALIA) eukariotski višestanični heterotrofni organizmi BILJKE (PLANTAE) eukariotski višestanični autotrofni organizmi (fotosinteza) Danas se u znanosti živi svijet najprije dijeli na temelju molekularnobioloških obilježja na 3 nadcarstva (domene): arheje (arhebakterije, Archaea), bakterije (Bacteria),

61 61 eukarioti (Eukarya). Carstvo Monera podijeljeno je na prve dvije domene, a sva ostala carstva pripadaju trećoj. Vrsta = osnovna sistematska kategorija Vrsta je skupina organizma koji imaju mnogo zajedničkih osobina, međusobno se mogu pariti (razmnožavati) i dati plodno potomstvo. Vrsta je jedina sistematska kategorija koja realno postoji. Osnovne sistematske kategorija i smještaj čovjeka u njima vrsta (moderni čovjek, Homo sapiens) rod (ljudi, Homo) porodica (hominida) red (primati) razred (sisavci) koljeno (svitkovci) carstvo (životinje) Podvrsta (odlika, sorta, pasmina, rasa) niže kateogorije od vrste (npr. niža kategorija od vrste Zea mays (kukuruz) je sorta Zea mays convar. saccharata var. Rugosa (kukuruz šećerac) pripadnici različitih podvrsta mogu se međusobno pariti i dati plodno potomstvo Rod, porodica, red, razred, koljeno, carstvo više kategorije od vrste (npr. viša sistematska kategorija od vrste Quercus petrae (hrast kitnjak) je carstvo Plantae (biljke) c. Glavni dijelovi prokariotske stanice, njihove uloge i razmnožavanje prokariota Organizmi koji pripadaju u carstvo monera U carstvo prokariota (monera) ubrajamo prokariotske jednostanične organizme (bakterije i cijanobakterije,tj. modrozelene alge) Osnovna građa prokariotske stanice (prokariotska stanica je ujedno i organizam)

62 62 BAKTERIJE Bakterije su obavijene membranom unutar nje se nalazi citoplazma bez organela. Nositeljica genetičke upute je jedna dvolnačana molekula DNA prstenastog oblika nukleoid (bakterijski kromosom). Citoplazma sadrži male, razbacane ribosome obavljaju sintezu proteina. Neke bakterije imaju jednu ili više malih prstenastih DNA plazmidi. Stanična membrana obavijena je staničnom stijenkom od peptidoglikana (mureina) kompleks ugljikohidrata i proteina. Neke bakterije imaju nastavke, pile omogućuju vezanje bakterije za razne površine. Bakterije mogu imati i jedan ili više bičeva (lat. flagella). Stanična stijenka može biti okružena sluzavim ovojem glikokaliks ako je on mekan naziva se sluzavi ovoj, a ako je krut onda kapsula. Prokariotska stanica citoplazma nukeloid kapsula Stanična membrana ribosomi pili bič Građa bakterijske stanice CIJANOBAKTERIJE Cijanobakterije imaju sposobnost fotosinteze. Zovu se i modrozelene alge*

63 63 Imaju sustav unutarnjih membrana tilakoide na njihovoj se površini nalazi klorofil (proces fotosinteze). Mogu imati i druge pigmente (crvene, žute, smeđe, crne). Veće su od ostalih bakterija. Nikada nemaju bičeve. Neke vrste (zadružne ili kolonijske) posjeduju heterociste, stanice odebljalih stijenki koje osim fotosinteze mogu vršiti i fiksaciju atmosferskog dušika. *(taj naziv treba izbjegavati jer je on zastarijeo i potječe iz razdoblja kada stanična struktura ovih organizama nije bila poznata, tj. kada ih se povezivalo s biljkama) ribosom membrana stanična stijenka nukleoid sluzavi omotač tilakoid citoplazma Građa cijanobakterije Uloga pojedinih dijelova prokariotske stanice CITOPLAZMA u njoj se zbiva većina metaboličkih procesa NUKLEOID nositelj nasljednih uputa PLAZMIDI imaju funkciju nasljednog aparata koji je neovisan o jezgrinoj tvari. Najznačajniji plazmidi određuju rezistentnost bakterija na antibiotike (R-plazmidi). Plazmidi omogućuju izmjenu genetičkog materijala bakterija procesom konjugacije (F-plazmidi) RIBOSOMI mjesta gdje se zbiva sinteza bjelančevina MEMBRANA Obavlja razne funkcije važne za život bakterijske stanice: regulira ulazak tvari, izlazak proizvoda razgradnje i osmotsku ravnotežu. STANIČNA STIJENKA regulira izmjenu tvari između bakterije i okoline

64 64 KAPSULA i GLIKOKALIS š te bakteriju od djelovanja fagocita, infekcije bakteriofaga i od nepovoljnih utjecaja okoliša. BIČEVI ili FLAGELE (lat. flagellum bič) omogućavaju pokretanje nekim bakterijama (najčešće bacilima) PILI bakterije prijanjaju na stanice makroorganizama te se koloniziraju. Podjela bakteija prema obliku koki okrugli bacili štapićasti vibrioni u obliku zareza spirili spirale s bičevima spirohete spirale bez bičeva diplo- u paru strepto- u lancu stafilo- u grozdu Morfologija bakterija

65 65 Plazmid i nukleoid (razlika!) Plazmid prstenasta molekula DNA (kao i nukleoid), mnogo manja od nukleoida, sadrži svega nekoliko gena koji obično nisu nužni za funkcioniranje bakterije (bakterije mogu i ne moraju imati jedan ili više plazimida) ali mogu nositi posebno povoljna obilježja (npr. otpornost na antibiotike), replicira se neovisno o nukleoidu, plazmidi se neravnomjerno raspoređuju prilikom diobe. Dioba bakterija Razmnožavaju se dvojnom diobom ili cijepanjem: 1. DNA se prihvaća za membranu 2. Udvostručenje DNA 3. Rast i produžavanje membrane i stanične stijenke, razmicanje DNA 4. Stvaranje procijepa postupno oblikovanje nove membrane i stijenke 5. Odvojene stanice kćeri jednake roditeljskoj stanici Prokariotski organizmi (bakterije)

66 66 DNA nukleoida se prihvaća za membranu Udvostručavanje DNA Stvaranje procijepa postupno oblikovanje nove membrane i stijenke Odvojene stanice kćeri jednake roditeljskoj stanici Binarna dioba bakterija Endospora kao oblik u kojem bakterije preživljavaju nepovoljne uvjete na primjeru tetanusa Endospora je oblik u kojem bakterije mogu preživjeti u nepovoljnim uvjetima duže vrijeme. U unutrašnjost bakterije stvara se endospora u kojoj su DNA i mali dio citoplazme okruženi debelim zaštitnim omotačem koji je iznimno otporan (0na visoku temperaturu, suša, kemijska sredstva). Ednospore isključivo stvaraju bakterije roda Baccilus i Clostridium, jedan od primjera je Clostridium tetani koji uzrokuje tetanus Raznolikost bakterija prema tipu ishrane AUTOTROFNE BAKTERIJE same sintetiziraju svoje organske spojeve iz jednostavnih anorganskih spojeva. Mogu biti fotosintetske cijanobakterije (fotosinteza istovjetna fotosintezi algi i biljaka), grimizne

67 67 sumporne i zelene sumporne bakterije (izvor vodika nije voda nego sumporovodik H2S ne nastaje kisik, već zrnca sumpora) ove bakterije svjetlost upijaju bakterioklorofilom. Kemosintetske energije za biosintetičke procese dobivaju kemijskim reakcijama, tj. oksidacijom anorganskih spojeva (npr. nitrificirajuće) HETEROTROFNE BAKTERIJE koriste se gotovim organskim spojevima za sintezu svojih organskih spojeva. Mogu biti saprofitske (prehranjuju se razgradnjom uginulih organizama), npr. bakterije vrenja, bacil sijena; ili parazitske (koriste se organskim tvarima iz tjelesnih tekućina ili stanica živih organizama), npr. bakterije koje uzrokuju ljudske bolesti kao što je tuberkuloza. Načini izmjena gena u bakterija Transformacija izmjena gena između DNA iz okoliša i DNA stanice primateljice. Konjugacija prijenos gena iz stanice davateljice u stanicu primateljicu u obliku plazmida koji se u stanici davateljici udvostručuje i ta kopija kroz citoplazmatski most prelazi u stanicu primateljicu Transdukcija prijenos gena iz jedne bakterije u drugu posredstvom bakteriofaga (bakterijskog virusa)

68 68 nukleoid F-plazmid nukleoid donor pilus recipijent DNA-polimeraza F-plazmid F-plazmid stari donor pili novi donor Konjugacija kod bakterija Uzgoj bakterija i važnost sterilnih uvjeta Bakterije se obično uzgajaju u Petrijevim zdjelicama (ili epruvetama ili drugim prikladnim posudama), na tekućim ili čvrstim hranjivim podlogama, važni su sterilni uvjeti da virusi ili druge bakterije ili sl. mikroorganizmi ne unište uzgajane bakterije. d. Uloga prokariota (bakerija) u biosferi i u životu čovjeka Objasniti pojmove simbiont i parazit na primjeru E. coli SIMBIONT živi s drugim organizmom na obostranu korist u ljudskim crijevima, iskorištava tvari (npr. laktozu) iz čovjekove prehrane, a proizvodi čovjeku potrebne vitamine K, B2 i B12. PARAZIT živi s drugim organizmom na njegovu štetu ako dospije u mokraćnospolni sustav štetna je (izaziva upalu, hrani se epitelom).

69 69 Važnost cijanobakterija za život na Zemlji Vjerojatno su to prvi organizmi koji su fotosintezom počeli mijenjati sastav atmosfere, tj. obogaćivati je kisikom. Danas imaju pionirsku ulogu u nasljevanju potpuno pustih prostora nasljevaju staništa nepogodna za ostala živa bića (mogu živjeti u ekstremnijim uvjetima nego ostali fotosintetski organizmi kozmopoliti su mogu živjeti na velikom rasponu staništa) sposobnost fotosinteze te neke mogu asimilirati atmosferski dušik (heterociste) Vrenje ili fermentacija na primjeru kiseljenja mlijeka ili kupusa Vrenja se odvijaju uz prisustvo bakterija vrenja (saprofitske bakterije) Mliječnokiselo vrenje polazni supstrat je laktoza razgrađuje se na glukozu i galaktozu, glukoza se razgrađuje glikolizom pirogrožđana kiselina mliječna kiselina (koriste ga bakterije roda Lactobacillus i Streptoccocus) stječe se mala količina energije, ali proces može teći bez kisika. Uloga bakterija u kruženju dušika u prirodi NITRIFICIRAJUĆE BAKTERIJE žive u tlu. Bakterije roda Nitrosomonas oksidiraju amonijak koji nastaje kao krajnji produkt razgradnje bjelančevina biljnih i životinjskih ostataka. Produkt oksidacije amonijaka su soli dušikaste kiseline, nitriti, koje bakterije roda Nitrobacter oksidiraju u soli dušične kiseline, nitrate Ovaj proces obogaćuje tlo nitratima koje biljke iskorištavaju kao izvor dušika Korisna uloga i primjena bakterija u biosferi i u životu čovjeka

70 70 Uloge bakterija u biosferi: čimbenik u kruženju tvari, proizvođači (fotosintetske) organske tvari i razlagači, razgrađuju organske tvari, razgrađuju otpadne i otrovne tvari nastale industrijskom proizvodnjom Korisne uloge bakterija u životu čovjeka: E. coli i druge simbiotske bakterije u probavnom sustavu, vrenje (alkoholno, mliječno), u farmaceutskoj industriji za proizvodnju lijekova, u kemijskoj industriji za proizvodnju organskih spojeva, genetičko inženjerstvo. Usporedba građe bakterije i cijanobakterija Cijanobakterije imaju molekule klorofila ugrađene u nabore stanične membrane tilakoide U citoplazmi cijanobakterije nalaze se uklopine u njima se nalaze zrnca pričuvnih tvari (proteini i polisaharidi) Cijanobakterije koje žive u vodi imaju plinske vakuole omogućuju im plutanje. Cijanobakterije nikada nemaju bičeve Neke vrste cijanobakterija posjeduju heterociste fiksacija atmosferskog dušika. Cvjetanje vodenih površina i cijanobakterije U vodama bogatim organskim tvarima intenzivno razmnožavanje cijanobakterija stvara goleme populacije. Ta se pojava zove "cvjetanje voda". Zbog ugibanja i razgradnje stanica uz oslobađanje otrovnih tvari, cijanobakterijski pokrov može biti vrlo otrovan može prouzročiti pomor riba i živih bića. e. Načini suzbijanja bolesti uzrokovanih bakterijama i virusima Umnožavanje virusa mehanizam izazivanja bolesti Svojim umnažanjem virusi uništavaju stanice i iscrpljuju organizam.

71 71 Virusne bolesti ljudi i životinja su: prehlada, gripa, bjesnoća, AIDS (sindrom stečenog nedostatka imuniteta), ospice, vodene kozice, zaušnjaci (mumps), herpes, dječja paraliza, hepatitis (upala jetre)... Bakterijske bolesti ljudi i životinja su: streptokokna angina, tuberkuloza (TBC), gonoreja, sifilis, akne, tetanus, difterija, guba, karijes, kolera, kuga, legionarska bolest, papagajska bolest, pjegavi tifus, salmoneloza, tifus, trahom... Danas nisu tako veliki problem kao nekada jer se liječe antibioticima (npr. penicilin). Upala pluća može biti i virusna i bakterijska. Danas postoje i primjenjuju se cjepiva protiv mnogih bakterijskih i virusnih bolesti. Pojam patogenost i putovi ulaska bakterija u organizam PATOGENOST uzrokovanje boles (parazitske bakterije) PUTEVI ULASKA: probavni sustav (hrana i voda) dišni sustav (kapljično) spolni sustav ozlijede na koži (krv) različiti vektori (prenositelji npr. muhe) Načini zaštite preventivne mjere protiv zaraznih bolesti higijenske navike: pranje ruku, prokuhavanje hrane; pasterizacija, sterilizacija, dezinfekcija... cijepljenje (protiv npr. gripe, hripavca, velikih boginja) odgovorno spolno ponašanje Preventivno cijepljenje (protiv npr. gripe, hripavca, velikih boginja) primjer To je zapravo umjetni tip imunizacije, tj oblik aktivno stečene imunosti (organizam sam stvara protutijela) izaziva se cijepljenjem koje provodi liječnik u organizam se unose uzročnici bolesti ili njihovi produkti (toksini).

72 72 Važno je da su mikroorganizmi izgubili patogenost (ne uzrokuju bolesti), ali su zadržali antigeničnost i sposobnost imunizacije 3. razred imunološki sustav. Antibiotici i njihova uloga Antibiotici su tvari koje specifično ometaju određeni fiziološki proces u bakterija (po mogućnosti bez štetnog učinka na zaraženi organizam) imaju važnu ulogu u liječenju bakterijskih bolesti (ne djeluju na viruse). Virusi mogu izazvati tumore Ljudski papilloma virus (HPV) koji se prenosi spolnim putem uzrokuje rak vrata maternice. Građa viroida i priona; bolesti koje uzrokuju VIROIDI gole ribonukleinske kiseline poznati su kao biljni patogeni. Njihovo postojanje svodi se na replikaciju koju u biljnim stanicama provode domaćinski enzimi. Viroidi ne upravljaju sintezom proteina suviše mali da nose bilo kakvu genetičku uputu. BOLESTI: uzrokuju biljne bolesti (limun, avokado, artičoka, palme i dr.) PRIONI uzročnici bolesti kod biljaka i čovjeka; velike proteinske molekule, ali ipak zarazne, sposobne za samoumnožavanje samo u živim stanicama. BOLESTI: ovčja bolest scrapie, kravlje ludilo, kuru-bolest, staračka demencija i dr.

73 73 3 PROTOKTISTA I GLJIVE a. Osobine glavnih skupina heterotrofnih i autotrofnih protoktista i njihova uloga u biosferi Zajedničke osobine protoktista Eukariotski jednostanični i višestanični organizmi jednostavne građe - nemaju definirana tkiva. Predstavnici autotrofnih protoktista te njihova građa i način života Autotrofni protoktisti (alge) sami stvaraju organske tvari procesom fotosinteze. Alge su se nekada svrstavale u steljnjače. Tijelo steljnjača je steljka ili talus, ono može biti jednostanično i višestanično, može biti razlučeno na dijelove slične biljnim organima: rizoidi (ekvivalent korijenu), kauloid (ekvivalent stabljici), filoidi (ekvivalent listovima). Predstavnici autotrofnih protoktista su: zeleni bičaši (euglena), kremenjašice, zelene (kišna alga, klamidomonas, volvoks, spirogira, morska salata, kaulerpa, klobučić ), smeđe (jadranski bračić, padina, cistozira, bobičarka) i crvene (litotamnij, Ceramium) alge. ZELENI BIČAŠI (EUGLENA) GRAĐA: zeleni bičaši (euglena) jelo vretenastog oblika, nije obavijeno staničnom stijenkom, već mekanom i prozirnom opnom pelikula (elastična, euglena ima sposobnost mijenjanja oblika ). Na vršnom dijelu tijele nalaze se dva biča (duži i kraći). U vanjsku sredinu izlazi samo duži bič steže se od osnove prema vrhu. Bič gradi 11 parova mikrotubula poredanih u stogoj pravilnosti (2 para u sredini biča, a 9 pari uokolo njih). U citoplazmi se nalazi se jezgra s jezgricom. Citoplazma sadrži kloroplaste na čijoj se površini nalaze pirenoidi bjelačevinasta zrnca za skadištenje pričuvnih tvari.

74 74 U unutrašnjosti kloroplasta su pigmenti: zeleni klorofila a i b, narančasti karoten, žuti ksantofil. U prednjem dijelu tijela očna pjega ili stigma fotoreceptivni organel (sadrži karotene i astaksantin). Eugleda sadrži i kontraktilnu vakuolu regulira osmotski tlak i služi pri izlučivanju. Zeleni bičaši provode fotosintezu kojom nastaje polimer paramilum (sličan škrobu) Euglena je autotrofna, no u uvjetima pomanjkanja svijetla ona se ponaša kao fakultativni heterotrof (uzima gotovu organsku hranu) ona je na granici između biljaka i životinja. NAČIN ŽIVOTA: razmnožavanje vegetativno, uzdužnim dijeljenjem, žive u slatkoj vodi bogatoj organskom tvari. Neke vrste (crvena euglena) ne podnose organsku tvar pa žive u čistim vodama bioindikatori za ocijenjivanje čistoće vode. očna pjega bič kontraktilne vakuole jezgra kloroplasti škrobna zrnca Građa euglene KREMENJAŠICE GRAĐA: jednostanični protisti, nemaju bičeve, tijelo zrakasto simetrično. Tijelo obavija stijenka (izgrađena od silicijeva dioksida (SiO2) KREMENA LJUŠTURICA). Ljušturica se

75 75 sastoji od manje i veće polovice koje se odnose kao kutija i poklopac. Gornja polovica je epiteka, a donja hipoteka polovice se spajaju preko pleure tako da jedna polovica ide preko druge. SVJETLEĆI BIČAŠI Fosforesciraju, tj. svjetlucaju u mraku. Predstavnici peridineje Tijelo peridineja obavijeno je ljušturicom. Na stijenci su dvije brazde poprečna i uzdužna Poprečna dijeli stijenku na dvije polovice (epivalva gornja, hipovalva donja). Uzdužna brazda dijeli stijenku na lijevu i desnu polovicu. Posjeduje dva biča; jedan u poprečnoj brazdi (za pokretanje), drugi u uzdužnoj (za određivanje smjera kretanja). Unutar stijenke (od celuloze) nalazi se citoplazma s jezgrom i kloroplastima (pigmenti: klorofil a i c, karoteni, ksantofili). Produkti fotosinteze škrob, ulje. Razmnožavanje vegetativno, običnom diobom. Mogu se razmnožavati sporama, spolan način razmnožavanja je rijedak. NAČIN ŽIVOTA: većina ih živi u morima (čine fitoplankton s kremenjašicama i kokolitinama) važan dio prehrambenog lanca. Neke vrste izlučuju otrovne alkaloide mogu uzrokova pomor riba, nagomilavati se u školjkašima za koje nisu otrovni, no ako se takve školjke koriste za prehranu mogu izazvati teško trovanje pa i smrt. Neke sadrže crveni pigment koji, ako se razvije u velikoj količini može obojiti morsku vodu u crveno. Slatkovodne peridineje su indikatori čistoće vode. ZELENE ALGE Izrazito zelene u kloroplas ma prevladavaju zeleni pigmen klorofil a i b. Kloroplasti sadrže bjelančevinaste zrnce PIRENOIDE oko njih se skuplja škrob kao produkt fotosinteze. OBLICI: jednostanični, kolonijski i višestanični Jednostanični oblici Predstavnici: Kišna alga na vlažnim zidovima i kori drveća. Razmnožava se vegetativno, običnom diobom novonastale jedinke raznosi vjetar ili voda, ili se na mjestu postanka

76 76 stvara kolonija koja čini zelenu prevlaku. Klamidomonas ima dva nejednako duga biča, vrčasti kloroplast, kontraktilne vakuole te očnu pjegu. Ne razmnožava se diobom, nego nespolnom putem zoospora i spolno putem izogamije- ta se dva načina izmjenjuju u obliku izmjene generacija. Živi u slatkoj vodi. Kolonijski oblici Predstavnik: Volvoks složena kolonija jednostaničnih algi. Jedinke su povezane citoplazmatskim nitima. U toj koloniji postoji podjela rada (veće jedinke služe razmnožavanju, a manje fotosintezi). Razmnožava se nespolno i spolno. Višestanični oblici Predstavnici: Spirogira stijenku čine celuloza i pektin. Kloroplast je vrpčast, u obliku spirale. Razmnožava se spolno, konjugacijom. Dvije se stanice ( muška i ženska ) spoje preko jarme (citoplazmatski mostić), a zatim cijeli sadržaj muške stanice prijeđe u žensku obavi se izmjena genetičkog materijala. Parožina tijelo razlučeno u rizoide (korijenčići kojima se pričvršćuje za podlogu), i kauloid sastoji se od naizmjence raspoređenih kraćih i dužih stanica. Kladofora višestanična slatkovodna alga. Kaulerpa morska, ima steljku razlučenu na rizoide, kauloid i velike filoide. Klobučić steljku čini kratki kauloid koji na vrhu nosi klobučić sa sporama. Na klobučiću se taloži CaCO3 bijele naslage. Morska salata prisutna na mjestima gdje je more onečišćeno, služi kao indikator čistoće mora. Ona razvije 3 steljke, dvije haploidne (predstavljaju gametofit), a jedna diploidna (predstavlja sporofit) Izmjena generacije je izomorfna (gametofit i sporofit morfološki se ne razlikuju). spirogira volvoks klamidomonas kremenjašica

77 77 SMEĐE ALGE Smeđe alge uvijek su višestanične, to su makrofitske alge najveće živuće alge, pretežno u hladnim morima. Steljka smeđih algi različita je oblika: listasta, vrpčasta, razgranata ili nerazgranata. Kod većine razlikujemo riozoide, kauloid i filoide. Celulozna stijenka obložena je alginskim kiselinama. Plastidi su fenoplasti (sadrže kolorofile a i c, karotene i ksantofile smeñi ksantofil fuksoksantin od njega potječe smeña boja). Razmnožavanje vegetativno, trganjem talusa, nespolno i spolno. Predstavnici: Jadranski bračić endem Jadrana steljka je viličasto razgranata, kroz steljku prolazi središnje rebro, tj. mehanička žila koja pojačava čvrstoću. Specifičnost su aerociste mjehurići ispunjeni zrakom koji omogućuju održavanje steljke u vodi. Spolni organi su oogoniji s jajnim stanicama i anteridiji sa spermatozoidima jadranski se bračić razmnožava spolno oogamijom. Padina poznata smeđa alga u našem moru. Obična bobičarka rijetka, živi na velikim dubinama. Sargaška bobičarka živi u Sargaškom moru, ima kuglaste aerociste te se brzo vegetativno razmnožava. Cistozire naše najveće alge, nitaste i nerazgranate, žive u mirnim vodama, služe kao sklonište ribama. CRVENE ALGE Žive pretežno u toplim morima, uglavnom su višestanične. Steljka raznolika oblika :nitasta, člankovita ili krpasta, može biti razločena na rizoide, kauloide i fiolide. Unutrašnji slojevi stijenke izgrađeni su od celuloze, a vanjski od pektina. Plastidi su rodoplasti (klorofil a i d, karoteni, kasnotifili, fikoeritrin daje crvenu boju, fikocijanin (samo neke vrste) daju modru boju. Boja alge ovisi o količini svjetlosti koja do nje dopire kromatska adaptacija(prema većim dubinama sve su crvenije). Produkt fotosinteze floridejski škrob (sličan glikogenu)

78 78 Predstavnici: litotamij poznate po taloženju vapnenca u stijenkama ugibanjem taloži se tzv. litotamijski vapnenac; dasija, botriokladija, kilokladija. padina jadranski bračić cistozira litotamij Predstavnici heterotrofnih protoktista, njihova građa i način života Predstavnici heterotrofnih protoktista su: praživotinje: korjenonošci amebe i krednjaci; bičaši trihomonas; trepetljikaši papučica; truskovci plazmodij; niže gljive algašice (peronospora i sive plijesni) SLUZAVCI ili KORJENONOŠCI Krednjaci Amebe Sunašca Zrakaši AMEBA pokreću se po podlozi pomoću lažnih nožica ili pseudopodija (mijenjaju oblik tijela). Može biti više pseudopodija, no uglavnom se jedan ističe i određuje smjer kretanja. Gušći dio protoplazme naziva se endoplazma, on je tamniji, a svijetliji i rjeđi dio je ektoplazma. Tijelo obavija lipoproteinska stanična membrana vrlo elastična. Hranu može uzimati na bilo kojem dijelu tijela (plijen obuhvati lažnim nožicama i uvuče u protoplazmu). Ameba može uzimati tekuću hranu pinocitoza i krute čestice fagocitoza ENDOCITOZA

79 79 Neprobavljive ostatke ameba izbacuje na bilo kojem dijelu tijela putem EGZOCITOZE DISANJE aerobno za disanje se koris kisik koji u organizam ulazi difuzijom. Površina amebe poprilično je velika u usporedbi s obujmom pa kisik prolazi kratki put do mjesta potrošnje zato nema potrebe za organelima koji bi služili disanju. CO2 koji nastaje kao produkt razgradnje organskih spojeva prolazi difuzijom kroz membranu u okoliš. OSMOREGULACIJA u tijelu heterotrofnih protista nalaze se kontraktilne vakuole ili stegljivi mjehurići izbacuje se suvišna tekućina (ne smije se pobrkati s probavnim mjehurićima). Na ovaj način protisti reguliraju količinu vode, otopljenih iona i soli. RAZMNOŽAVANJE nespolno, binarnom diobom. Brzina djeljenja ovisi o vanjskim uvjetima, prije svega o temperaturi. pseudopodij kontraktilna vakuola probavna vakuola jezgra membrana endoplazma ektoplazma Građa amebe KREDNJACI oko tijela izlučuju ljušturicu od kremena (SiO2), vapnenca, a može biti i želatinozna. Nakon što uginu, ljušturice se talože na dno te tvore naslage poput kremena. Najčešće žive na dnu mora (mulj ili pijesak), neki čine planton. TREPETLJIKAŠI

80 80 Najveća skupina među heterotrofnim protistima. Površina tijela obavijena je pelikulom obložena trepetljikama koje služe za pokretanje i uzimanje hrane. Svi trepetljikaši imaju barem dvije jezgre: malu mikronukleus, veliku makronukleus, može biti i više jezgara. Papučica ima stalan oblik tijela (obavijena pelikulom). Površinu pelikule prekrivaju trepetljike za pokretanje. HRANJENJE na jednom mjestu na pelikuli vidi se udubljenje kroz koje papučica prima hranjive tvari stanična ustaili citostom na njih se nastavlja stanično ždrijelo ili citofarinks na čijem se kraju stvaraju hranidbeni mjehurući. Hranidbeni mjehurići se otkidaju od citofarinksa i putuju po protoplazmi spajaju se s lizosomima koji sadrže enzime te razgrañuju visokomolekularne spojeve. Nepobravljeni ostaci izbacuju se na točno odreñenom mjestu na pelikuli citopig. Disanje aerobno, kisik ulazi i izlazi procesom difuzije. OSMOREGULACIJA putem kontraktilnih vakuola. Papučica ima dvije kontraktilne vakuole. Vakuole djelomično sudjeluju u ekskreciji izbacivanje produkata metabolizma. kontraktilne vakuole prozirni, vodenasti mjehurići, neprestano se pune tekućinom te se u određenim razmacima stegnu i izbace sadržaj kroz pelikulu u okolinu. RAZMNOŽAVANJE najčešće običnom dvojnom (binarnom) diobom. Zapaženo je i spolno razmnožavanje izmjena genetskog materijala u jezgrama (to nije klasično spolno razmnožavanje kakvo nalazimo u višestaničnih organizama). Ovaj proces zove se konjugacija izmjena genetskog materijala mikronukelusa dviju jedinki (npr. papučica). kontraktilna vakuola makronuklus probavni mjehurići pelikula mikronukleus citosom cilija (trepetljika) citopig trihocist Građa papučice

81 81 BIČAŠI Mogu se hraniti autotrofno (većina ima plastide s klorofilom) i heterotrofno. Autotrofno se hrane u u uvjetima dovoljnog svijetla. Ako su u tami, prelaze na heterotrofnu ishranu. Neke vrste nemaju plastide s klorofilom i to su tzv. životinjski bičaši hrane se heterotrofno te su većinom paraziti. Poznata skupina su tripanosomi koji uzrokuju mnoge bolesti čovjeka i životinja. Vrsta Trichomonas vaginalis D. iz roda Trichomonas uzrokuje bolest trihomonijazu spolno prenosiva bolest. TRUSKOVCI Nametnički protisti koji žive u stanicama ili međustaničnim prostorima beskralješnjaka i kralješnjaka Za vrijeme razmnožavanja stvaraju spore ili truske. Truskovci su potpuno nametnici. Za čovjeka su najvažnije vrste iz roda Plasmodium koje uzrokuju malariju. NIŽE GLJIVE Heterotrofni protisti koji se hrane saprofitski, a rjeđe parazitski. ALGAŠICE SLUZNJAČE ALGAŠICE u početku svrstavane u carstvo gljiva s kojima ih povezuje heterotrofan način ishrane i stanična stijenka od hitina. RAZLIKE U ODNOSU NA CARSTVO GLJIVA: Tijekom razvitka imaju pokretne stadije Živu u vodi i na izrazito vlažnim mjestima (poput alga otuda naziv) Miceliji bez poprečnih stijenki s mnogo jezgara (višestanični oblici) PREDSTAVNICI: kitidrijale i peronospore, sive ili crne plijesni

82 82 Peronospore žive kao paraziti na biljkama (peronospora vinove loze i peronospora krumpira) za razvitak je potrebna voda jekom vlažnih godina, ljetnih kiša peronospore uzrokuju velike štete u poljodjelstvu. *Živi u intracelularnim prostorima listova i plodova vinove loze crpi organske tvari preko haustorija. Nakon nekog vremena razviju se niti sporangiofori koji nose zoosporangije (oni izlaze u vanjski okoliš kroz puči) a u njima su zoospore zoosporangiji se prenose vjetrom na listove zdravih jedinki, a ako dospiju na kapljicu vode iz njih se oslobañaju zoospore koje će isklijati u novu preonosporu. Sive ili crne plijesni prilagođene razmnožavanju izvan vode. Predstavnik je mukor može se naći na vlažnim ostacima hrane (živi saprofitski uzimajući gotove organske tvari, a istodobno izaziva truljenje). *tijelo paučinasto, mnogojezgrene niti koje prodiru u supstrat. Na gornjoj površini nalaze se okomiti nositelji sporangija sporangiofori koji nose kuglaste sporangije (crne ili sive boje) u kojima su nepokretne spore, tj. endospore pucanjem stijenke sporangija, endospore se oslobañaju i dospijevaju na novu podlogu na kojoj će isklijati u novu plijesan. mukor peronospora vinove loze Uloga i značaj autootrofnih (fitoplanktonskih) i heterotrofnih (zooplanktonskih) protoktista u hranidbenim lancima

83 83 Svijetleći bičaši, kremenjašice i kokolitine predstavljaju većinu fitoplanktona i glavni su proizvođači hrane na Zemlji fitoplankton su najvažniji proizvođači u hranidbenom lancu. Fitoplanktonom se hrani zooplankton, a veći organizmi filtratori, kao što su kitovi, hrane se zooplanktonom (filtriranjem morske vode). Razmnožavanje zelenih algi na primjeru morske salate Morska salata razvije 3 steljke, dvije haploidne (predstavljaju gametofit), a jedna diploidna (predstavlja sporofit) Izmjena generacije je izomorfna (sugerira da se gametofit i sporofit morfološki ne razlikuju). mejoza mitoza sporofit (2n) zigota (2n) oplodnja ženski gametofit (n) muški gametofit (n) Izomorfna izmjena generacija Značajne alge u prehrani, mikrobiologiji i gospodarstvu ALGE PREHRANA MIKROBIOLOGIJA GOSPODARSTVO

84 84 smeđe alge Velike količine vitamina A, B i C uporebljavaju se kao HRANA i ZAČINI - Proizvodnja gnojiva i alginskih kiselina koje se primjenjuju u filmskoj, tekstilnoj, prehrambenoj industriji crvene alge U prehrani kao AGAR rabi se kao - variva, salate, podloga za prilozi jelima, uzgajanje npr.porfira mikroorganizama, za proizvodnju kapsula u farmaceutskoj industriji te u prehrambenoj industriji Štetnost srdoboljne amebe i trihomonasa za čovjekovo zdravlje Srdoboljna ameba živi u probavilu (ulazi onečišćenom vodom ili vodom u kojoj ima začahurenih ameba) uzrokuje bolest dizenteriju ili grižu, amebe se hrane crijevnim bakterijama, no mogu razgrađivati i eritrocite u sluznici crijeva. SIMPTOMI: grčevi, proljevi, umor, gubitak teka Trihomonas bičaš koji živi u spolno-mokraćnom sustavu, hrani se bakterijama i stanicama sluznice, uzrokuje trihomonijazu (upala čiji simptom je iscjedak, svrbež i bol). Posljedica širenja algi pridošlica u Jadranu (kaulerpa)

85 85 Caulerpa taxifolia alga pridošlica, vrlo se brzo vegetativno razmnožava, nema prirodnih predatora te stvara zelene livade potiskuje i uništava ostale organizme u moru. Kaulerpa zelene livade Pojam indikator onečišćenja na primjeru morske salate Prisutnost (brojnost) morske salate na nekom mjestu ukazuje na onečišćenost mora na tom mjestu. Zato je morska salata indikator onečišćenja. Svjetlucanje mora uzrokovano je fitoplanktonom (vrsta Noctiluca miliaris) Vrsta Noctiluca miliaris spada u odjeljak svjetlećih bičaša, predstavnici fosforesciraju, tj. svjetlucaju u tami sadrže svjetleću tvar luciferin, a sama pojava zove se bioluminiscencija. Tipovi plastida po kojima se razlikuju alge kloroplasti zelene alge feoplasti smeđe alge rodoplasti crvene alge

86 86 Kako se poznavanje životnih ciklusa patogenih protoktista može upotrijebiti u kontroliranju njihova širenja (na primjeru malarije) Poznato je da truskovci iz roda Plasmodium uzokuju malariju. U čovjeka ih sa slinom unosi komarac malaričar (on je prijenosnik, tj. vektor). Da se umanji broj oboljenih od malarije potrebno je umanjiti broj vektora, tj. komaraca malaričara npr. isušivanjem močvara (prirodno stanište komarca malaričara), biološkim uništavanje pomoću riba (gambuzija) koje se hrane ličinkama komarca malaričara, primjenom insekticida, repelenata (sredstva koja se nanose na kožu, a odbijaju insekte). b. Osobine gljiva i njihova ulogu u biosferi OPĆENITO O GLJIVAMA Gljive se niti u jednom razdoblju života ne kreću, nemaju bičeve, niti lažne nožice micelij tijelo gljive sustav tankih, cjevastih niti hifa (stijenka od hitina) RAZMNOŽAVANJE: nespolno i spolno, a ta se dva načina izmjenjuju u obliku izmjene generacija (gametofita i sporofita). klobuk plodište stručak micelij hifa Građa gljive

87 87 Značaljke gljiva koje ih povezuju s biljkama odnosno sa životinjama S biljkama: uzimanje organskih tvari vanjskom površinom tijela izmjena generacija (gametofita i sporofita) tijekom razvitka Sa životinjama: heterotrofan način ishrane (saprofitski ili parazitski) stančina stijenka izgrađena od hitina rezervni polisaharid glikogen slična struktura DNA Tipični predstavnici mješinarki i stapčarki MJEŠINARKE narančasta zdjeličarka smrčak tartufi zelene plijesni pepelnice ražina gljivica kvaščeve gljivice STAPČARKE poljska pečurka (šampinjon) grmašica muhara puhara zelena pupavka ludara bukova guba ili trud žuta ježevica ili prosenjak vrganj obična krumpirača ljubičasta krunašica hrđe i snijeti parazitske stapčarke

88 88 zelena pupavka muhara ludara bukova guba pečurka tartufi obična krumpirača smrčak Važnost gljiva u simbiozi Hife nekih gljiva žive u simbiozi s korijenjem biljaka mikoriza Gljive dobivaju organsku hranu od biljaka, a zauzvrat biljku opskrbljuju vodom, a ponekad i dušikom. Uništavanje simbioznih gljiva u šumama (zbog onečišćenja zraka) uzrokuje poremećaje šumskih biocenoza sušenje drveća. Najpoznatiji primjer mikorize jesu orhideje ili kaćuni, čije sjemenke nemogu klijati bez nekih gljiva te simbioza gljiva i mravi. Simbioza gljiva i životinja: gljive i mravi tropski mravi rezači uzgajaju u svojim podzemnim mravinjacima na podlozi od izgrizenog lišća micelije gljiva i hrane se njima te ih štite od nametnika pesticidom koji izlučuju Usporedba načina razmnožavanja mješinarki i stapčarki (oblik sporangija, vrsta i broj spora)

89 89 MJEŠINARKE Nespolno se razmnožavaju putem različitih vrsta spora, askospora nastaju unutar sporangija mješinasta oblika, tj. askusa. U jednom se askusu razvija 8 askospora (četiri minus muške, četiri plus ženske). Neke mješinarke uz askospore stvaraju i druge vrste spora (konidije). STAPČARKE Nespolno se razmnožavaju putem bazidospora, one nastaju na površini sporangija (ne unutar kao kod mješinarki) bazidiji. Na svakoj se bazidiji razviju 4 bazidospore (dvije minus muške, dvije plus ženske) svaka na svojoj stapki (otuda naziv stapčarke). MJEŠINARKE (askomicete) STAPČARKE (bazidimicete) naziv spora askospora bazidiospora naziv sporangija askus bazidija broj spora u sporangiju 8 4 oblik sporangija mješina stapka smještaj sporangija u plodištu smještaj spora u sporangiju unutar plodišta unutar askusa vire iz plodišta na površini bazidija Otrovne i jestive vrste gljiva iz skupina mješinarki i stapčarki JESTIVE MJEŠINARKE: narančasta zdjeličarka, smrčak, tartufi JESTIVE STAPČARKE: vrganj, poljska pečurka (samo su klobuci jestivi), žuta ježevica (jestiva samo u mladosti)

90 90 OTROVNE I NEJESTIVE STAPČARKE: ludara, zelena pupavka (smrtno otrovna!), muhara, bukova guba, naježena puhara, obična krumpirača, ljubičasta krunašica Nema znanstvene metode za razlikovanje otrovnih od neotrovnih gljiva. Razlikovanje se temelji na dobrom poznavanju gljiva. c. Osobine i značenje lišaja Lišaj je simbioza mješinarki i stapčarki s modrozelenim ili zelenim algama Lišaji su simbioza jedne vrste gljiva i jedne vrste alga koje čine morfološku i fiziološku cjelinu. Od gljiva u simbiozu uglavnom ulaze mješinarke, a od alga ili zelene alge ili cijanobakterije. Alge asimiliraju (vrše fotosintezu) i daju organske tvari gljivama, agljive štite alge i opskrbljuju ih vodom i mineralnim tvarima. gornja kora alge asimilacijski sloj srž hife Građa lišaja Lišajevi kao indikatori čistoće zraka Lišajevi su vrlo osjetljivi na onečišćenje zraka, a posebno na prisutnost SO2 nema ih u velikim gradovima i u blizini tvornica. Zato su indikatori čistoće zraka.

91 91 Značenje lišajeva u medicini Primjenjuju se u farmaciji u proizvodnji vitamina C, ali i u medicini (npr. sirup islandskog lišaja koji se koristi u lječenju kašlja i upalnih stanja ždrijela). Morfološka raznolikost lišaja Dijele se u 3 skupine o Koraste korasta izgleda te cijelom donjom površinom pričvršćeni za podlogu o Listaste imaju oblik lista i za podlogu su vezani jednom tvorbom poput drška, a rubni dijelovi lišaja su slobodni o Grmaste razgranati poput grma, žive u krošnjama drveća, tijelo gotovo u cjelini slobodno korasti lišaj grmasti lišaj listasti lišaj d. Značenje protoktista i gljiva za čovjeka; mjere za suzbijanje bolesti uzrokovanih parazitskim protoktistima i gljivicama Parazitski oblici gljiva Kandida spada u skupinu nepotpunih gljiva (nisu ni stapčarke ni mješinarke) koje u ljudi izazivaju kože bolest dermatomikoze. Kandida se može naći na jeziku i spolnim organima.