Biologija srednja škola prvi razred gimnazije

Luka Đorđević

BIOLOGIJA

ZA PRVI RAZRED GIMNAZIJE po zavodu za udžbenike

BIOLOGIJA ĆELIJE

(PRVO POGLAVLJE)

Svi živi organizmi sačinjeni su od ćelija. Zbog toga slobodno možemo reći da je živi svet, u stvari, svet ćelija. Ćelije imaju sve osnovne karakteristike koje odlikuju i organizme koji su izgrađeni od njih. Ćelije se mogu upoznavati i izučavati na nekoliko nivoa. Morfološki nivo podrazumeva upoznavanje spoljašnjeg oblika ćelije i oblika struktura koje se nalaze u njenoj unutrašnjosti. Nauka koja se bavi izučavanjem ćelije ovim nivoom naziva se Citologija. Drugi nivo izučavanja ćelija podrazumeva upoznavanje njihovog hemijskog sastava, jedinjenja koja učestvuju u izgradnji ćelijskih struktura i u odvijanju procesa koje te strukture odlikuju. Ovim nivoom izučavanja ćelija bavi se biohemija i jedan deo molekularne biologije. Sa druge strane procesima koji obezbeđuju održavanje i prenošenje svih osobina koje odlikuju ćeliju sa generacije na generaciju bave se genetika i molekularna biologija. De bi se upoznale morfološke odlike ćelije neophodno ih je posmatrati. Postoje ćelije različitih veličina i oblika. Neke su toliko velike da ih čak možemo i videti kao npr. ženska polna ćelija a nervne ćelije mogu biti dukačke i do jednog metra. Ali su ćelije, obično vrlo male i ne mogu se videti golim okom. Ove ćelije možemo posmatrati samo pomoću mikroskopa. Za posmatranje ćelija osim uveličanja koje nam pružaju mikroskopi potrebna je i veelika količina svetlosti kako bi jasno videli ćeliju. Mikroskopi kod kojih se za uveličavanje koriste optička sočiva a svetlost je prirodna, dnevna ili veštačka, nazivaju se svetlosni mikMikroskopi koji za uveličavanje koriste elektromagnetna polja a kao izvor sbvetlosti snop elektrona nazivaju se elektronski mikr-. Elektronski mikroskopi daleko su jači i detaljniji od svetlosnih mikroskopa. Elektronskli mikroskopi podrazumevaju i porodicu mikroskopa. Jedan član te porodice jeste trodimenzionalni elektronski mikroskop (eng. scanning). Prvi korak u ovoj priči načinio je pre oko trista godina (1665) Robert Huk. Posmatrajući na dalekom pretku današnjeg svetlosnog mikroskopa komadiće plute, uočio je sitne komorice koje je nazvao ćelijama. Dvadeset godina kasnije (1685) Levenhuk je na malo boljem mikroskopu posmatrao i opisao jednoćelijske organizme. Deset godina kasnije (1695.) Levenhuk je zapazio i bakterije. Otac ćelijske teorije smatra se Teodor Švan koji je 1843. godine opisao ćeliju kao osnovnu, funkcionalnu i gradivnu jedinicu života. Sadašnja znanja o ćeliji zasnovana su na stalnom napretku u konstruisanju svetlosnih mikroskopa i pojavom elektronskih (1931.).

HEMIJSKI SASTAV ĆELIJE Sva ziva bica izgrađena su od istih hemijskih elemenata od kojih je izgrađena i neživa priroda, ali se koncentracija pojedinih elemenata razlikuje. Živi organizmi, samim tim i njihove ćelije, sastavljeni su u velikom procentu od atoma: vodonika, ugljenika, kiseonika i azota. Ovi elementi sa druge strane se nalaze i u prirodi ali u mnogo manjoj koncentraciji. (izuzetak je kiseonik). Neživa priroda, na primer Zemljina kora, sastavljena je u velikoj koncentraciji od atoma metala, kiseonika ima tu i sumpora... U izgradnji živog sveta osim atoma vodonika, kiseonika, ugljenika i azota, učestvuju i atomi sumpora, fosfora, joda, kalcijuma, magnezijuma, natrijuma, kalijuma, selenijuma, cinka, bakra, mangana... Ovi elementi koji ulaze u naš sastav i koji su esencijalni za život nazivaju se biogeni elementi. Oni elementi koji su najzastupljeniji u ćelijama, a to su kiseonik, vodonik, ugljenik i azot, u ćeliji se nalaze u vidu jedinjenja. Ta jedinjenja mogu biti organskog ili neorganskog porekla. Najvažnije neorgansko jedinjenje koje je sastav ćelije jeste voda. Molekul vode sastoji se od dva atoma vodonika i jednog atoma kiseonika. Voda je vrlo važno jedinjenje jer čini 2/3 našeg tela i ona učestvuje u mnogim reakcijama a u ćeliji služi i za prenos raz. supstanci. Voda je i glavni rastvarač u ćeliji i ima ulogu u olakšavanju hemijskih reakcija (kao katalizator). Šta su to organska jedinjenja? Organska jedinjenja koja sadrže atome ugljenika, a pritom nisu njegove soli, oksidi ili kiseline. Ugljenik je gradivni elemenat svih živih bića. Zahvaljujući svojim svojstvima ugljenik može da se povezuje na različite načine kako međusobno tako i sa drugim atomima. Pri međusobnom vezivanju ugljenikovi atomi mogu formirati razgranate i nerazgranate nizove, kao i prstenove. Zbog različitog načina povezivanja, ugljenik obrazuje osnovu velikog broja različitih organskih jedinjenja. Najvažnija organska jedinjenja koja učestvuju u izgradnji ćelija jesu: ugljeni hidrati, masti, proteini i nukleinske kiseline.

UGLJENI HIDRATI (ŠEĆERI) Ugljeni hidrati su organska jedinjenja izgrađena od atoma vodonika, ugljenika i kiseonika. U ugljenim hidratima odnos vodonika i kiseonika je 2:1 kao u molekulu vode te je njihova opšta formula Cx(H2O)y. U zavisnosti od toga koliko molekula ugljenika ulazi u sastav ugljenih hidrata, razlikujemo: trioze, tetroze, pentoze i heksoze. Ovi šećeri nazivaju se monosaharidi i oni imaju najjednostavniju strukturu. Najvažniji monosaharidi su pentoze i heksoze (sa 5 ili 6 atoma ugljenika). Najpoznatijimonosaharidi koji su sastavni deo ćelije jesu, fruktoza (pentozni) glukoza (heksozni) i galaktoza (heksozni). Ako se dva molekula monosaharida spoje nastaje nova vrsta ugljenih hidrata - disaharidi. Najpoznatiji disaharidi jesu: saharoza, laktoza i maltoza. Saharoza se sastoji od jednog molekula glukoze i jednog molekula fruktoze. Laktoza se sastoji od jednog molekula glukoze i jednog molekula galaktoze. Maltoza se sastoji od dva molekula glukoze. Vezivanjem 3-10 monosaharida u dugačke linijske ili razgranate lance nastaju oligosaharidi. I poslednju grupu ugljenih hidrata cine polisaharidi. Polisaharidi su polimeri tj. makromolekuli koji su izgrađeni od ogromnog broja međusobno povezanih molekula monosaharida. Polisaharidi mogu imati strukturalnu ulogu ali mogu biti i izvor energije. Najvažniji polisaharidi jesu celuloza, skrob i klikogen. Celuloza je u stvari molekul sastavljen linearnim povezivanjem velikog broja molekula glukoze. Skrob se može naći u skrobnim zrncima biljaka i predstavlja izvor energije u ćelijama biljke. Glikogen se kod životinja može naći u jetri i mišićima i predstavlja izvor energije.

LIPIDI (MASTI) Lipidi su organska jedinjenja koja nisu rastvorna u vodi. Lipidi se sastoje od atoma ugljenika, vodonika i kiseonika. Jedinicu građe lipida predstavljaju masne kiseline. Najznačajniji lipidi koji izgrađuju ćelije jesu: fosfolipidi, steroidi i masti. Ova jedinjenja u ćelijama imaju različite uloge. Fosfolipidi su izgrađeni od dve masne kiseline i izmenjenog glicerola kome je dodata fosfatna grupa. Fosfolipidi učestvuju u izgradnji ćelijske membrane. Holesterol je izgrađen od četiri spojena ugljenikova prstena i on je steroidni lipid koji ulazi u sastav ćelijske membrane. Masti, u čiji sastav ulaze 3 masne kiseline i glicerol, u organizmu predstavljaju rezervu hrane.

PROTEINI Proteini su organska jedinjenja koja su izgrađena od atoma ugljenika, vodonika, kiseonika ali i atoma azota. Osnovnu jedinicu građe proteina čine amino-kiseline. U formiranju proteina najčešće učestvuju 20 različitih amino-kiselina. Svaka amino-kiselina ima 2 funkcionalne grupe: karboksilnu (COOH) i amino (NH2) grupu. Ono po čemu se one međusobno razlikuju jeste ugljovodonični niz. (on se često označava kao R-grupa) Amino-kiselina imaju svojstvo da se međusobno povezuju i tako stvaraju proteine. Pri spajanju amino-kiselina između -COOH grupe jedne amino kiseline i -NH" grupe druge amino-kiselina formira se peptidna veza. Tako nastaju dipeptidi, molekuli koji se sastoje od dve amino-kiseline. Na isti način, uspostavljanjem peptidnih veza između susednih amino-kiselina nastaju polipeptidi. Polipeptidni niz je prvi i primarni nivo organizacije proteina. Polipeptidni nizovi u nekim slučajevima mogu se spiralno uvrteti i dobijati drugačije strukture. Ako se polipeptidni niz malo uvrti nastaje drugostepena, sekundarna struktura proteina. Ali ako se polipeptidni niz potpuno uvrti i dobije trodimenzionalni oblik kažemo da je to tercijarna struktura prote. Ovako formirani proteini mogu se podeliti u dve grupe: - vlaknasti ili fibrilarni i - loptasti ili globularni proteini. Pričali smo o polipeptidnom nizu koji kada se uveje predstavlja tercijarnu strukturu proteina, e pa, globularni proteini nastaju spajanjem većeg broja ovakvih proteina. (ovi proteini imaju kvaternernu strukturu)

Osim što se razlikuju po obliku ove dve grupe proteina imaju i drugačije uloge u telima živih bića. Vlaknasti proteini imaju gradivnu ulogu i oni izgrađuju našu kožu, kosu, nokte.... Ovi proteini koji imaju gradivnu ulogu nazivaju se - gradivni proteini. Loptasti proteini sa druge strane učestvuju u raznim hemijskim reakcijama u ćeliji. Ovi proteini nazivaju se i - enzimni proteini (enzimi).

NUKLEINSKE KISELINE U nukleinske kiseline spada, dezoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina (RNK). Dezoksiribonukleinska kiselina je nosilac naslednih informacija u ćeliji. Ribonukleinska kiselina učestvuje u prenošenju tih informacija i njihovom prevođenju u proteine. Nukleinske kiseline su makro molekuli koji su izgrađeni od manjih gradivnih jedinica - nukleotida. Nukleotidi su izgrađeni od jednog pentoznog šećera za koji je vezana fosfatna grupa i jedna azotna ( purinska ili pirimidiska) baza. Nukleotidi se međusobno povezuju tako što se uspostave veze između fosfata i šećera i tada se formora lanac. Nukleotidi koji izgrađuju dezoksiribonukleinsku kiselinu sastoje se od: pentoznog šećera dezoksiriboze i purinske baze (adenin i guanin) ili pirimidinske baze (citozin i timin). Dezoksiribonukleinska kiselinu čine dva spiralno uvijena antiparalelna polinukleotidna lanca. NA spoljašnjosti molekula nalaze se fosfatne grupe i pentozni šećer, a sa unutrašnje strane nalaze se azotne baze okrenute jedna ka drugoj. Ove baze međusobno su povezane vodoničnim vezama, i to uvek jedna purinska sa jednom pirimidinskom bazom. (tj. jadenin sa timinom i guanin sa citozinom) Polinukleotidni lanci koji izgrađuju molekul DNK su jedan oko drugog spiralno uvijeni. Na svakih 10 baznih parova dezoksiriboze sa fosfatnim grupama dva lanca se jedan oko drugoga obavijaju i tako dovode do spiralnog uvrtanja molekula DNK. U izgradnji molekula ribonukleinske kiseline učestvuju: pentozni šećer riboza, purinske baze adenin i guanin i pirimidinske baze citozin i uracil. Postoje različite vrste ribonukleinskih kiselina, ali one koje učestvuju u prenošenju informacija sa molekula DNK su linijskog oblika. Purinske baze i pentozni šećeri ne učestvuju samo u formiranju nukleinskih kiselina. Npr: adenin, riboza i 3 fosfatne grupe formiraju molekul adenozin-trifosfat (ATP) Ovaj molekul je glavni nosilac hemijske energije neophodne za odvijanje brojnih procesa u ćeliji.