BIOLOGIJA

Gradniki življenja - atomi in molekule

Biogeni elementi

Vse okoli nas je zgrajeno iz snovi, ki pa so zgrajene iz kemijskih elementov. V naravi obstaja 94 elementov, le 25 pa jih je bistvenega pomena za življenje. To so biogeni elementi.

Makroelementi - nad 1%

Najpogostejši makroelementi:
Kisik (O) 65%
Ogljik (C) 18%
Vodik (H) 10%
Dušik (N) 3,3%

Mikroelementi - pod 1%

Mikroelementi v sledovih so:
Kalcij 1,5%
Fosfor 1,0%
Kalij 0,4%
Žveplo 0,3%
Natrij 0,2%
Klor 0,2%
Magnezij 0,1%

Voda

Voda je bistvenega pomena za življenje na zemlji. Voda sestavlja 70% mase celice. Molekula vode je polarna. Elektroni so razporejeni tako, da so bližje atomu kisika, zato v obeh vodikovih atomih prevladuje pozitivni naboj, na kisiku pa negativni. Zaradi take razporeditve električno nabitih delcev v molekuli vode, pravimo, da je polarna. Ker ima molekula vode dva električna pola, taki strukturi pravimo dipol.

Molekule vode so med seboj povezane s šibkimi privlačnimi silami, ki se imenujejo vodikove vezi.

Slika: Molekula vode, vodikove vezi in hidratacijski ovoj

Ena molekula vode lahko tvori vodikove vezi z največ štirimi sosednjimi molekulami vode. Vodikove vezi najdemo tudi v molekuli DNA. Kadar v vodi raztopimo nabite delce (ione) se ion obda s plaščem molekul vode, ki ga imenujemo hidratacijski ovoj.

Vezana voda so molekule vode, ki so vezane v hidratacijske ovoje, da voda ni na voljo za kemijske reakcije. Prosta voda pa imenujemo molekule vode, ki niso vezane v ovoje.

Lastnosti vode

• Velika specifična toplota - V primerjavi z drugimi snovmi je za segrevanje 1kg vode potrebno veliko energije. (Temperatura oceanov se le malo spremeni).

• Površinska napetost - (nekatere živali lahko “hodijo” po vodi)

• Nenavadno spreminjanje gostote - Voda ima največjo gostoto pri 4°C. Led ima manjšo gostoto in plava na vodi. (Led deluje kot izolator in prepreči, da bi zamrznila vsa voda v jezeru).

Organske molekule v celici

Glavna značilnost orgasnkih molekul je ogljikovo ogrodje (različno dolge verige ogljikovih atomov).

Razdelimo jih na 4 glavne skupine:

• Ogljikovi hidrati
• Beljakovine
• Lipidi
• Nukleinske kisline

Slika: monomer in polimer

Organske molekule v celici so večinoma makromolekule (polimeri) zgrajene iz večjega števila povezanih manjših molekul (monomerov).

Makromolekule v celici so:

• Beljakovine oz. proteini kot verige aminokislin
• Polisaharidi kot dolge verige enostavnih sladkorjev ali monosaharidov
• Nukleinske kisline kot verige nukleotidov

Majhne molekule se s kondenzacijo povezujejo v makromolekule. To je odstranitev vode.

Slika: dehidracijska sinteza in hidroliza

Ogljikovi hidrati

• So viri energije (npr. saharoza - namizni sladkor ali škrob).
• So gradbeni elementi celice.

Zgradba

• Zgrajeni so iz ogljika, vodika, kisika in največkrat v razmerju 1:2:1
• Splošna formula: (CH₂O)_n

Delimo jih na:

• Monosaharide (glukoza in fruktoza)
• Disaharide (saharoza)
• Polisaharide (amiloza in amiloplektin - škrob, glikogen, celuloza)

Lastnosti ogljikovih hidratov

Vrsta	Topnost v vodi	okus	kristalizacija
Monosaharid	+	sladek	+
Disaharid	+	sladek	+
Polisaharid	?	?	?
Škrob	-	ni sladek	-
Lititn	-	ni sladek	-
Celuloza	-	ni sladek	-

Saharoza je disaharid sestavljen iz molekul glukoze in fruktoze. Trsni sladkor, pesni sladkor.

Fruktoza je sadni sladkor, monosaharid.

Laktoza je disaharid, ki ga najdemo v mleku.

Maltoza je disaharid, ki ga dobimo pri razgradnji škroba.

Glukoza je monosaharid.

Polisaharidi

Vrsta	založni / strukturni	gradbena enota	biološki pomen
Amiloza (škrob)	založni	glukoza	zaloge z energijo
Aminopterin (škrob)	založni	glukoza	zaloge z energijo
Celuloza	strukturni	glukoza	?
Glikogen	?	?	?
Litin	?	?	?

Amiloza se razlikuje od aminopterina, ker je amiloza bolj enakomerna se vijačnica, aminopterin pa je bolj razvejan. Amiloza je manjša. Celuloze ne moremo jesti, ker nimamo potrebnih encimov za razgradnjo celuloze. Termiti jih imajo, zato se lahko prehranjujejo z lesom. Celulozo lahko prebavijo tudi krave, ovce, jeleni, zaradi simbiotičnih mikroorganizmov ki jih imajo v prebavilih. Če bi kravi dali antibiotik, ki pobije vse simbiotske mikroorganizme, nebi mogle jesti trave, ker nebi mogle prebaviti celuloze. Zato rabimo encim celulaza.

Beljakovine

Beljakovine opravljajo večino nalog pomembnih za vzdrževanje življenja. V človeškem telesu najdemo 10,000 različnih beljakovin. Vsak organizem ima svoje lastne beljakovine.

Je to dobro ali slabo?

• DOBRO - beljakovine so označevalci (celice lahko prepoznajo lastne celice). So na celični membrani. Če pride tujek v telo ga lahko prepoznajo in uničijo.

• SLABO - če želimo presaditi organe, saj je težko najti ustrezne beljakovine.

Izjeme so enojajčni dvojčki, ki imajo enake beljakovine. Beljakovine sestavlja 20 aminokislin. To pomeni, da lahko imamo “neskončno” možnih kombinacij. Za številne beljakovine v celici sploh, ne vemo zakaj so potrebne za celico.

Zgradba

Beljakovine so sestavljene iz monomerov - aminokislin. Poznamo 20 različnih aminokislin. Običajno ena molekula vsebuje od 50 do 2000 animokislin. Devet aminokislin mora človek zaužiti s hrano, te imenujemo esencialne aminokisline.

Sp. f. aminokislin

manjka slika neka

Primeri različnih aminokislin:

manjka malo vec kot neka slika

Biološki pomen beljakovin

• Encimi - rubisko - pri fotosintezi veže CO₂.
• Hormoni - inzulin - sodeluje pri uravnavanju krvnega sladkorja.
• Transportne beljakovine - hemoglobin - prenaša kisik po krvi.
• Založne beljakovine - jajčni beljak - zarodku zagotavlja vir dušika.
• Gibalne beljakovine - miozin - sodeluje pri krčenju mišic.
• Strukturne beljakovine - kolagen - daje trdnost vezivnemu tkivu (koža…)
• Obrambne beljakovine - protitelesa - ščitijo organizem pred tujki.

Primarna, sekundarna, terciarna in kvartarna zgradba beljakovin

Primarna zgradba

Pove nam zaporedje aminokislin, ki jih beljakovina vsebuje.

Slika: primarna zgradba beljakovin

Sekundarna zgradba

Nastane, ko se polipeptidna veriga zloži v trakove ali zvije v obliki vijačnice. Med posameznimi deli molekule nastanejo vodikove in ionske vezi. Kolagen je v obliki trojne vijačnice.

Slika: sekundarna zgradba beljakovin

Terciarna zgradba

Molekula se prostorsko oblikuje, najpogosteje se vije v klopčič. Nastane z dodatnim zvijanjem in gubanjem verige, deli se med seboj povežejo še z novimi disulfidnimi mostički.

Slika: terciarna zgradba beljakovin

Kvartarna zgradba beljakovin

Nekatere beljakovine vsebujejo več verig aminokislin, ki se imenujejo podenote. Takšne beljakovine imajo kvartarno zgradbo.

Slika: kvartarna zgradba beljakovin

Denaturacija beljakovin

Pod vplivom visoke temperature ali močnih kemikalij se lahko spremeni prostorska zgradba beljakovin (sekundarna in terciarna). Razcepijo se vezi med stranskimi aminokislinami. Beljakovina ne more več opravljati svoje naloge. Ta reakcija je lahko reversibilna ali ireversibilna.

POSKUS: beljak zlijemo v segreto ponev. Opazujemo reakcijo beljaka na toploto. Beljak bo zakrknil, postal bo bele barve, trden. Reakcija je ireversibilna.

Visoka temperatura je nevarna za naše telo, ker bi naše beljakovine denaturiralo. Kritična temperatura za naše telo je 40 - 41°C, takrat smo že v bolnici. Ko imamo visoko temperaturo se moramo ohladiti, najbolje je iti pod hladen tuš.

Lipidi

Lipidi so izredno raznolika skupina. Njihova skupna lastnost je, da so hidrofobni (ne topijo se v vodi ali so zelo slabo topni). Večina lipidov je nepolarnih. V tej skupini ne najdemo polimerov. Sem prištevamo:

• maščobe
• steroide
• fosfolipide

Maščobe

To so predvsem trigliceridi. Molekula je sestavljena iz alkohola glicerola, na katerega se vežejo tri molekule maščobnih kislin.

manjkajo slike

Gre za reakcijo esterja. Nasičene maščobe so tiste, ki imajo v maščobni kislini samo enojne vezi. Tvorijokristale. V sobnih temperaturah so trdne. Večinoma so to živalske maščobe (svinjska mast, maslo), vendar so tudi izjeme (kakavovo maslo).

Nenasičene maščobe imajo tudi dvojne in trojne vezi. Ne tvorijo kristalov. V sobni temperaturi so tekoče. Večinoma so to rastlinske maščobe (sončnično in oljčno olje), vendar so tudi izjeme (ribje olje).

Pomen maščob

So dober vir energije, ki jo organizem dobi s hrano (rezervna energija v živalih). Če poješ enako težek kos kruha in masla, ti maslo da 2x toliko energije kot kruh.

(olje, mast: 900kcal / 100g)

Fosfolipidi

Slika: Zgdarba fosfolipida

Celična membrana lažje prepušča maščobe, zato ker so glave hidrofilne. Če bi bilo obratno bi se celice odbijale. Voda je zunaj in znotraj celice.

Liposom

Če fosfolipide zmešamo z vodo, se z nepolarnimi deli (repi) obrnejo k nepolarnim, polarne glave pa se obrnejo k vodi. To je dvoplastna struktura in se imenuje liposom. So podobne celicam, saj jih voda obdaja, in je voda v njih. Domnevajo, da so fosfolipidi med prvimi organskimi spojinami. Uporabljamo jih v krmah.

Steroidi

Sem uvrščamo več naravnih in umetnih snovi.

Naravni steroidi

• Holesterol: je pomembna sestava membran, ki omejuje naše celice, in jim daja nekoliko večjo trdnost. Nastaja v jetrih, se prenaša po krvi. Iz njega telo izdeluje testosteron in progesteron.
• Testosteron: moški spolni hormon.
• Progesteron: ženski spolni hormon, pripravi maternico na zanos.

Umetni steroidi

Reče se jim tudi anabolični steroidi / anabolik

So sintetične različice moškega hormona. Testosteron povzroči povečanje mišične mase in kostne mase v puberteti (in jo vzdržuje). Anabolični pšosnemajo le lastnosti (učinke), zato jih športniki uporabljajo.

Lahko imajo hude posledice (telesne in mentalne) kot so napadi nasilja, depresija, poškodbe jeter, zmanjšanja moda, zmanjšan spolni nagon in nespolnost. S steroidi se pomanjša normalna proizvodnja spolnih hormonov.

Doping

Je doseganje boljših rezultatov na nedovoljen način.

• anabolični doping
• krvni doping
• premik na višji nadmorski nivo (več krvnih celic)
• eritropetin (stimulira krvne celice)

Če ženskam dodamo moške hormone dobijo motnje v menstrualnem ciklusu, neplodnost, oblika postave se spremeni, nižji glas.

• genski doping (spremenijo, da prevajamo več kisika - več energije)

Vitamini

Vitamini so orgasnek molekule z različno kemijsko zgradbo. Nujne so za potek presnovnih procesov. (holoencimi). V majhnih količinah so nujni za normalno delovanje organizma. Nekateri vitamini so topni v maščobah, nekateri pa v vodi. V maščobah so topni vitamini A, D, E. Vitamini topni v vodi so B2, B1, nikotinska kislina, pantotenska kislina, folna kislina, B6, B12, C, H.

VITAMIN	VIR	BIO. VLOGA	BOLEZNI
A	ribje olje	vid	močna slepota
B	belj. ovoj. žito, riž, jetra, meso	izhodna spojina za koencime	beriberi
C	zelenjava, sadje (sveže)	antioksidant	skorbut
D	v kosti pod vplivom UV žarkov	prevzem kalcija	rahitis
E	kalčki, zelje, solata, zelena	antioksidant	sterilnost, majhna porodna teža novorojenčkov

Celica in njeni organeli

Velikost celice

Živalska celica je velika 30μm, rastlinska pa 100μm. Celice so majhne, ker bi jedro težko nadzorovalo oddaljene dele celice. Upočasnil bi se transport molekul znotraj celice (npr. molekula, ki bi celico veliko 50μm prepotovala v 1s, bi rabila 8 let za prepotovanje meter široke celice).

Ločljivost človeškega očesa

Ločljivost:

Stvar	Ločljivost
človeško oko	0,1 mm
svetlobni mikroskop	0,001 mm
elektronski mikroskop	0,1 nanometer

Ločljivost je do katere razdalje vidimo točki še narazen.

Zgradba prokarionske celice

Plazmid - krožna molekula DNA. Celična stena je na zunanji strani, znotraj je celična membrana.

Prokarionske celice so zelo majhne, dolge le nekaj mikrometrov (1 - 5μm). Nimajo jedra, dedni zapis je v obliki krožne molekule DNA, ki ji rečemo bakterijski kromosom. Vsebujejo tudi majhne koščke DNA - plazmite. Celice imajo še ribosome; obdani so s celično steno, lahko imajo tudi bičke.

Bakterije so lahko različnih oblik:

• okrogle - koki - streptokoki
• paličaste - bacili
• spiralaste - kolera npr.

Slika: Oblike bakterij

Evkariontska celica

Vsi bolj zapleteni organizmi pa so evkarionti. Celice imajo jedro, v notranjosti celice so z membrano obdani razdelki, ki jih imenujemo organeli. Sem prištevamo glive, rastline in živali.

Slika: Rastlinska, živalska, bakterijska in glivna celica in njihovi deli.

Evkariontske celice so v povprečju velike 10 - 20μm, s prostim očesom jih ne moremo videti. S svetlobnim mikroskopom (povečava do 2000x) vidimo celico kot vrečasto tvorbo, ki je obdana s celično membrano, je izpolnjena s celično tekočino imenovano cirosol in ima celično jedro.

Z elektronskim mikroskopom (povečava do 1,000,000x) lahko opazujemo podrobno zgradbo organelov (ribosom, endoplazemski retikulum, golgijev aparat, mitohondrij…), ki opravljajo različne naloge.

Primerjava živalske in rastlinske celice

Večje so rastlinske celice (Robert Hook gledal pluto).

Za rastlinske celice je značilno:

• vakuola
• kloroplast (plastidi)
• celična stena

Za živalske celice je značilno:

• centrioli

Celico je odkril Robert Hook v 17. stoletju. Bil je angleški znanstvenik, preučeval je rezino plute pod preprostim mikroskopom.

Celica - majhen prostor.

Celični organeli

Celična membrana - plazmalema

Slika: Sestava celične membrane

Model celičnega mozaika

Beljakovine nekako štrlijo iz membrane (fosfoliptidov) in ustvarjajo mozaik. Tekoč je zato ker se neprestano premikajo.

Jedro

Jedro je nadzorno središče celice. V jedru je shranjena večina DNK evkariontske celice. Jedro je kroglaste oblike, obdaja pa ga jedrna ovojnica, ki je sestavljena iz dveh membran (zunanje in notranje). V njej so jedrne pore, ki omogočajo prenos določenih molekul iz jedra v citoplazmo in obratno. Temnejši del jedra je jedrce. Jedrska ovojnica se povezuje z ER…??

Slika: Jedro celice

TU NEKI MANJKA - nevem tocno kolko

Kromosomski 23. par določa spol človeka. Imenujemo jih spolni kromosomi. Če sta dva X je osebek ženski. Če sta X in Y je osebek moški.

Spolne celice:

• Semenčica: (22+X) (22+Y)
• Jajčna celica: (22+X) (22+X)

Imamo 2 vrsti semenčic. Spol določa moški.

Vakuola

Ima ovojnico (tonoplast), znotraj tekočine - celični sok. Vakuola ustvari turgorski tlak, ko v njo vstopi voda, in s tem ustvari pomemben tlak, ki daje oporo celici. Če vode primanjkuje, celica izgubi oporo in oveni.

Slika: Vakuola

Plastidi

Poznamo kloroplaste, kromoplaste in amiloplaste.

• kloroplast - proizvaja barvilo za fotosintezo (zelena)
• amiloplast - shranjuje škrob
• kromoplast - vsebujejo barvila za fotosintezo (rumena, oranžna, rdeča)

Slika: Plastidi

Vsi plastidi imajo enako osnovo. Na zečetku so proplastidi. Nato se razvijejo v ostale plastide.

Listje jeseni spremeni barbo, ker se spremenijo v kloroplaste.

Izvor kloroplastidov in mitohondrijev

Endosimbiotska hipoteza: znanstveniki menijo, da so kloroplasti nekoč bili samostojni organizmi.

Dokazi za hipotezo:

• kloroplasti in mitohondriji imajo lastno DNK
• njihova velikost ustreza velikosti bakterijam
• ribosomi so majhni in podobni bakterijskim
• imajo dvojno membrano, notranja je podobna bakterijski membrani

Slika: Endosimbioza

V vsaki živalski celici sta dva centriola (eden pravokoten na drugega).

Celična stena

Glavni nalogi celične stene sta opora in zaščita celice.

Glive - sestavljena iz hitina in drugih polisaharidov, vendar ne iz celuloze.

Rastline - imajo primarno steno (tiste, ki imajo le primarno steno, lahko spreminjajo obliko). Ko se celica preneha deliti, se ustvari še debela sekundarna stena (glavna sestavina je celuloza).

Bakterije - sestavljena iz polisaharidov, ki so med seboj povezani s peptidi.

Antibiotik deluje tako, da prepreči povezovanje peptidov do glikana (iz česar je sestavljena celična stena). Zato je stena šibka in razpade.

CITOPLAZME = CITOSOL + ORGANELI

Delitev celice

Delitev prokariontske celice

Delitev prokariontske celice imanujemo cepitev (je preprosta, ni deli levega vretena).

Slika: Delitev bakterijskih celic

Delitev evkariontske celice

Delitev evkariontske celice je bolj zapletena. Delimo jo na:

Delitev jedra

• Mitoza - nastanek telesnih celic (povsod po telesu).
• Mejoza - nastanek spolnih celic (v jajčnikih in modih).

Delitev plazme - citokineza

• Pri rastlinski celici se citoplazma deli s celično ploščo.
• Pri živalskih pa z delitveno brazdo.

Slika: Delitev živalske in rastlinske celice

Metafaza