kjer se
življenje začne ... nov učbenik
za biologijo v gimnaziji znanje nas dela velike
Pridružite se nam na razburljivem potovanju do začetkov življenja! Biologija je področje znanosti, ki skokovito napreduje. Vse to novo in zapleteno znanje je večinoma že postalo sestavni del učnih načrtov v naših osnovnih in srednjih šolah. Med najtežjimi poglavji učnega načrta biologije so še posebej poudarjene biokemija, molekulska biologija, biologija celice in genetika, saj zaradi zahtevnosti in abstraktnosti presegajo kognitivno raven večine dijakov. V realnosti je to dejstvo povezano s paradoksom, da se otroška prirojena radovednost in ljubezen do narave med šolanjem zelo pogosto popolnoma umakneta odporu in nezanimanju za biologijo, kar je logična posledica nerazumevanja učnih vsebin. Večkrat se celo dogaja, da so prav za predmet biologije potrebne dodatne ure učenja in celo inštrukcije. Vse to pa seveda ne pomeni, da omenjenih vsebin ne bi smelo biti v učnih načrtih za biologijo. Prav nasprotno. Tovrstno znanje je nujno, še posebno za dijake, ki se z biologijo ne bodo nikoli več neposredno srečali, a ga bodo znali uporabiti v svojem poklicu, npr. kot bodoči novinarji z odgovornim pisanjem ali kot bodoči ekonomisti z upoštevanjem naravnih zakonitosti pri poslovnih odločitvah. Sodobne biološke raziskave odpirajo tudi številna etična vprašanja, ki se neposredno tičejo nas vseh. Zaradi nepoznavanja so te tematike v medijih bolj ali manj rumeno obarvane, zato si navaden državljan le težko izoblikuje samostojno mnenje o smiselnosti cepljenj, oploditvi z biomedicinsko pomočjo, uporabi gensko spremenjenih organizmov, pridobivanju matičnih celic in podobnih vprašanjih; posledično so odločitve lahko povezane z vsiljenimi mnenji drugih. Učbenik Kjer se življenje začne vse te obsežne in zahtevne vsebine predstavlja kar se da preprosto, tako da v dijakih ne bi smele vzbujati odpora, a jih hkrati seznanja s temeljnimi koncepti sodobne celične biologije in genetike. Z učbenikom dijake vabimo na razburljivo potovanje po ilustrirani zgodbi življenja celic, ki se dogaja prav od prve do zadnje strani.
prof. dr. Marina Dermastia, urednica in soavtorica
Kjer se življenje začne …
Izide a c mar 1 201
Učbenik je namenjen dijakom v gimnazijah. Zajema vse zahtevane vsebine in je obogaten z ustreznimi primeri iz našega vsakdana ter s povezavami z realnim svetom, s čimer so dijakom približani abstraktni pojmi. Čeprav so nekatere vsebine označene kot del maturitetnega ali izbirnega programa, niso izključene iz zgodbe. Zaradi preprostosti besedila in spremljajočih slik niso le razumljive, temveč predvsem zanimive marsikateremu dijaku. Morda bo prav prebiranje teh vsebin katerega od dijakov motiviralo za izbiro biologije kot maturitetnega ali izbirnega predmeta. Učbenik ne sledi strogo začrtanim alinejam učnega načrta, ampak njegove vsebine smiselno vključuje in povezuje v konceptualno zasnovo učbenika. Besedilo pokriva predvsem gimnazijski program bioloških vsebin, povezanih s celico in genetiko, a se prepleta z nekaterimi vsebinami učnega načrta drugih poglavij. Celoten učbenik je napisan v luči evolucije, vendar teme iz evolucije, zapisane v učnem načrtu, niso posebej poudarjene, temveč integrirane v besedilo. Za smiselnost pripovedovane zgodbe so na začetku in koncu učbenika vključene vsebine učnega načrta iz poglavja Življenje na Zemlji, besedilo pa delno vsebuje tudi teme iz poglavja Zgradba in delovanje organizmov. Učbenik obravnava tudi izbrane teme izbirnega sklopa vsebin poglavja Biotehnologija in mikrobiologija, nekatere kot sestavni del obstoječih poglavij, obsežnejše vsebine pa so predstavljene v jasno označenih samostojnih poglavjih. Podobno velja za maturitetni program vsebin iz biologije celice. Vsebine iz poglavja Kako deluje znanost pa so smiselno vključene v celotno besedilo.
V postopku potrjevanja!
Avtorji: prof. dr. Marina Dermastia, prof. dr. Radovan Komel in prof. dr. Tom Turk
Iz recenzij: »Menim, da gre za odličen in sodoben temeljni učbenik celične biologije in genetike za gimnazije, ki poskuša razmeroma zahtevne naravoslovne vsebine dijakom prikazati privlačno in zanimivo. « Prof. dr. Jože Pungerčar, Inštitut Jožef Stefan in Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani
»Gradivo je izjemno kakovostno, in kolikor vem, v slovenskem prostoru doslej še nismo imeli česa podobnega. Slike, fotografije in besedilo so smiselno urejeni in se medsebojno skladno povezujejo. « Prof. dr. Damjana Drobne, Biotehniška fakulteta Univerze v Ljubljani
»Dodana vrednost učbenika je v tem, da lahko dijak v enem učbeniku spozna najnovejša dognanja na področju ved o življenju, ki so predstavljena preprosto, pri tem pa je ohranjena visoka strokovna raven.« Prof. dr. Ana Plemenitaš, Medicinska fakulteta Univerze v Ljubljani
»Učbenik omogoča kvalitetno delo v razredu in je za učitelje gradivo, ki ga lahko uporabijo v različnih kombinacijah in pri različnih metodah, fazah in oblikah pouka. Jasno in dobro razumljivo besedilo olajša razumevanje vsebine, zahtevnejšim, bolj nadarjenim dijakom pa daje iztočnico za nadaljnje pridobivanje znanja. Ponazoritve in aktualnosti v okvirčkih dobro povezujejo vsebine z vsakdanjim življenjem in pojavi v naravi, ki jih dijaki sicer poznajo, a jih ne umeščajo v koncept razumevanja življenja.« Majda Kamenšek Gajšek, profesorica biologije, Gimnazija Celje - Center
Učbenik prinaša: 296 strani formata 22 x 30 cm 18 poglavji in 57 podpoglavij 175 fotografij 52 fotografij, posnetih s pomočjo mikroskopa 259 ilustracij in shematskih prikazov 62 okvirčkov z dodatno vsebino
120
Fotosinteza
Svetlobna stopnja Ta del procesa že poznate. To je kemiosmotska sklopitev ( Celica kot energijski sistem). Pri fotosintezi jo imenujemo fotofosforilacija, ker jo poganja svetloba. Fotofosforilacija poteka na tilakoidnih membranah v kloroplastu ( Celica in njeni organeli). Poleg prenašalcev elektronov, ki so nujni za kemiosmotsko sklopitev, sta na tilakoidnih membranah tudi posebni fotosintezni enoti, ki ju sestavljajo fotosintezna barvila in beljakovine.
Besedilo je oblikovano v enem stolpcu, tako da mu dijaki lažje sledijo in ne izgubijo niti. Kljub relativni obsežnosti učbenika po številu strani pa posameznih strani nikoli ne preplavlja zgoščeno besedilo.
Fotosintezni enoti sta povezani v nizu, tako kot mi povežemo več baterij, če želimo povečati napetost. To je nujno, saj rastline kot vir elektronov, ki vstopijo v elektronsko prenašalno verigo, uporabljajo vodo. Za iztrganje elektronov iz vode pa je potrebne veliko energije. Prva stopnja reakcij se začne, ko fotoni svetlobe zadenejo molekulo klorofila a v fotosintezni enoti na delu tilakoidne membrane, obrnjenem proti stromi kloroplasta. Z baterijami, ki so povezane v niz, povečamo napetost.
Fotoni iz klorofila a izbijejo elektron, ki vstopi v elektronsko prenašalno verigo. Izpraznjena mesta elektronov nadomestijo elektroni, ki se sprostijo ob cepitvi vode. Vodne molekule se cepijo na tisti strani tilakoidne membrane, ki je obrnjena v notranjost tilakoide. Pri tej cepitvi se sprostijo tudi protoni in nastane kisik. Kisik je tako stranski produkt prvega niza fotosinteznih reakcij. V nadaljevanju se elektroni prenašajo vzdolž elektronske prenašalne verige na drugo fotosintezno enoto, od tod pa do zadnjega člena, ki na zunanji strani tilakoidne membrane reducira NADP+ v NADPH. Spomnite se, da se ob cepitvi vode sprostijo tudi vodikovi protoni, ki začasno ostanejo v notranjosti tilakoide. Preko nekaterih členov v elektronski prenašalni verigi se ti protoni ves čas prenašajo iz strome v tilakoidni prostor. Skupni rezultat cepitve vode, prenosa elektronov po prenašalni verigi in prenosa protonov v tilakoidni prostor je nastanek protonskega gradienta. To pomeni, da je začasna koncentracija protonov na obeh straneh membrane različna in da jih je več v tilakoidnem prostoru kot v stromi. Ne pozabite, da vsak protonski gradient predstavlja potencialno energijo (kot voda na vrhu jeza), ki se lahko sprosti in koristno uporabi ( Celica kot energijski sistem). Pri fotofosforilaciji se ta energija porabi za sintezo ATP v stromi kloroplasta, ko se odpre črpalka – sintaza ATP (deluje kot turbina – Celica kot energijski sistem) na koncu prenašalne verige. Protoni se skoznjo prečrpajo v stromo kloroplasta, od koder se pozneje spet vrnejo v tilakoidni prostor. Ta tok protonov poganja sintezo ATP. Nastala ATP in NADPH se v temotni stopnji porabita za redukcijo CO2 v sladkorje.
Kisik, ki se sprosti v procesu fotosinteze prihaja iz vode. Do začetka 20. stoletja je bila večina znanstvenikov prepričanih, da je kisik, sproščen pri fotosintezi, eden od končnih produktov procesa in da izhaja iz CO2. V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je nizozemsko-ameriški mikrobiolog Cornelis Bernardus van Niel postavil hipotezo, da je kisik produkt razcepa vode pod vplivom sončne svetlobe. Hipoteza je temeljila na podobnih vlogah, ki jih imata žveplovodik in voda ter kisik in žveplo. Njegovo hipotezo so s poskusi potrdili šele dvajset let kasneje.
V besedilu ni klišejskih rubrik, kot sta denimo Nekaj več ali Zanimivosti, so pa dodatne vsebine v barvno ločenih okvirčkih. Tu so predstavljeni posamezni primeri, ki dopolnjujejo glavno besedilo ali natančneje razložijo neko temo. Uporabni so kot izziv za projektno delo, kritično presojo različnih informacij ali spoznavanje soodvisnosti naravoslovnih znanj.
14
Najmanjše oblike
V laboratoriju botaničneg a vrta v Perthu (Zahodna Avstralija, Avstralija) jim je uspelo namnožiti in v tkivni kulturi vzgojiti celice meelupskega malija, ene najredkejših rastlin na svetu. Do danes je znan primerek tega evkalipta en sam rastoč – zaščitnega znaka avstralske flore. Znanstveniki so ugotovili, da je star več kot 6000 let. Čeprav drevo cveti, za zdaj še niso zasledili ne oprašitve ne oploditve in ne razvoja zdravih semen. To pomeni, da naravi rastlina ne bo več imela potomcev v je obsojena na izumrtje. in Celice, zamrznjen v posodi s tekočim e dušikom pri temperatu –196 °C, in tkivne ri kulture, vzgojene iz teh celic, pa vzbujajo upanje, da bo meelupski mali iz teh kultur nekoč zrasel v drevo, ki bo, presajeno na stara rastišča, lahko razveseljev alo tudi generacije zanamcev.
Dva dela Učbenik se deli v dva barvno ločena dela (Biologija celice in Genetika). Uvodna dvojna stran vsakega dela vključuje seznam vseh poglavij in je opremljena z motivacijskim besedilom: s citatom, odlomkom umetniškega besedila ali odlomkom iz zgodovinskih naravoslovnih besedil. Na naslednji dvojni strani so kratki članki, ki zanimivo predstavljajo glavne teme, s katerimi se bodo srečali dijaki v posameznem delu. Temu uvodu sledi več tematskih poglavij.
Prvi del:
življenja
15
Smo v hladni sobi laboratorija, kjer so jeklene posode, njene s tekočim napoldušikom. Pred nami je odprta posoda, se dvigajo ledeno iz katere mrzle meglice. V posodi vlada saj je temperat strašen mraz, ura vedno približno 196 °C pod ničlo. nizki temperaturi Pri tako življenjske oblike, ki za normalno potrebujejo toploto, delovanje vstopijo v stanje mirovanja, vendar mrtve. V posodi niso je na tisoče bitij, ki čakajo Ne jedo in ne spijo. v ledenem objemu. V njih ne poteka niti najpreprostejša mijska reakcija. kePo vseh znanih definicijah življenja – brez njega. Kljub so ta bitja temu se lahko zgodi presenetljiva spremem ba. Iz posode potegnem o eno od hermetič z drobnimi bitji no zaprtih posodic in le-ta segrejem o na sobno temperat nekaj minutah uro. Že v se bodo prebudila iz svojega ledenega znova »vstopila spanja in v življenje«. Nekatera se bodo začela nekatera hraniti premikati, s hranili v zdaj raztoplje nem gojišču, in zadnji dokaz, da kot so res živa, se bodo nekatera začela razmnoževati. deliti in
Življenje ni nič bolj skrivnostno, kot so skrivnost reakcije, na katerih ne kemijske temelji. Čeprav je teh reakcij izjemno so vse logične in veliko, razumljive. Življenje je tako rezultat in kemijskih procesov fizikalnih znotraj celic in med njimi. Vse glede na vrsto organizm celice, ne a, ki ga sestavlja jo, opravljajo enaka osnovna življenjsk a opravila na enak način. Celica v človeških možganih osnovnih življenjskih opravil ne opravlja na nič zapleten način kot enocelično bolj bitjece v ribniku. osnovni procesi, V resnici so vsi potrebni za vzdrževa nje življenja, enaki, tistih v celici amebe od do tistih v celici človeka, prav tako ki osnovni procesi kot enapoganjajo luksuzni ali najcenejši avtomob Razlikujejo se torej le po obliki in nalogah, il. izvirajo. ki iz te različnos ti
Ta drobna bitja v posodicah so celice – osnovne mikroskopske opeke, enote življenja, iz katerih so zgrajeni shranjene v posodica vsi organizmi. Celice, h, so bile odvzete iz teles različnih tudi ljudi. V nekaterih živali, posodicah so pljučne hrčka, v drugih celice kitajskeg različne rakave a celice miši. Najslavn lice HeLa. Izhajajo ejše so ceiz Henriette Lacks, 31-letnice iz Baltimor ZDA, ki je leta 1951 av umrla za rakom. Celice iz njenega so v laboratoriju tumorja razmnožili in danes jih pri raziskava bljajo znanstve h uporaniki po vsem svetu.
Knjiga, ki jo imate pred seboj, vas bo vodila skozi urejeni svet celic. ta logični in Avtorji upamo, da boste ob njej njegovo lepoto spoznali vso in da vam bo odkrila nekatere skrivnost nja. Vseh sicer še i življene razumemo popolnom verjamemo, da a, a dovolj, da lahko bi mogli nekoč spoznati vse.
Ko se temperat ura v posodicah zniža, presnovn jajo čedalje počasnej i procesi postaši. Ko postane dovolj ustavijo. Vse, kar mrzlo, se popolnom ostane od celic, a je res le njihova dokler celice ohranjajo zgradba. A tako nespremenjeno žive. To pomeni, zgradbo, so tudi da življenje obstaja tudi takrat, ko se dogaja, prav tako nič ne kot je avtomob il še vedno motorno čeprav je motor vozilo, ugasnjen. V obeh primerih so glavni sestavni deli, ki dejavniki morajo biti prisotni in pravilno povezani da lahko v pravih , tako razmerah tudi delujejo. vključujejo predvsem Prave razmere pa energijo, katere pomembna oblika toplota. je tudi
Znaki živega Postaviti preprosto definicijo življenja je težko. Seveda rečemo, da je golob lahko živ in da kamen ni. A če želimo natančno opredeliti živi svet nasproti neživemu , lahko kaj hitro na težave. Poglejmo naletimo npr. viruse, ki povzroča prehlad, gripo, jo tako navaden norice, AIDS kot tudi številne bolezni živali, rastlin in drugih celo bakterij. Virusi so tako mikrosko ni delci, da bi jih psko majhv kapljico krvi spravili kar pet milijard. temu, da se nam Kljub zdi zgradba nekaterih virusov zapleten sestavljajo nekateri a in jih enaki kemijski gradniki, ce, pa v resnici kot sestavljajo nimajo sestavnih celidelov, značilnih bitij. V nasprotju za celice živih s celicami ne jedo, ne rastejo, ne presnavlj ali rabijo kisika. Tudi razmnoževati ajo se ne morejo sami. vsega tega znanstve Zaradi niki virusov ne obravnavajo kot nič manjšega od živa bitja in celice ne imenujej o živo. Celice so tako osnov-
e c i l e c a j i g o l Bio
romolekule
e, mak 150 – atomi, molekul
Gradniki življenja
i organeli
Celica in njen
Celica
Celice gojimo v posebnih steklenička h, v katere damo ustrezna gojišča z vsemi snovmi, ki jih celice potrebujejo za rast. Če steno take stekleničke pogledamo pod mikroskopom, vidimo celice, ki so se v posamezni h skupkih pritrdile na podlago. Na sliki so celice HeLa, ki so jih pred 60 leti vzeli iz tumorja ženske, umrle za rakom. Od takrat jih raziskovalci vzgajajo celični kulturi, kakor v celično linijo.
Genetika raziskuje
sport
dedovanje
Genetika je veda, ki raziskuje dedne lastnosti organizmov Ukvarja
Membranski tran
. se s proučevanjem zgradbe in delovanja genov ter načinov, na katere se geni prenašajo iz ene generacije v naslednje. Zanima jo, kako je shranjena in kako se izraža informacija lastnostih nekega organizma, o kako ta informacija prehaja na naslednje generacije in kako nanjo vplivajo spremembe v genetski zasnovi. Spoznati želi, kako je v preteklosti potekala biološka evolucija, kaj se z razvojem vrst dogaja danes in kakšna so predvidevanja za prihodnost.
sistem kot energijski
Drugi del: Celično dihanje
nje? . življe ce ponoči sni Kaj je . sk kre pozimi rijo sapa Je ble čez pre . onova teče Je biz odu m zah ca, ki sončne Je sen ine v 890), in izg 1830–1 ijanskega ind ------ noga (okrog ik iz govorn Vranja ik in v bojevn Črnonožce a plemen
Celična kultura koruze, kot jo vidimo s svetlobnim mikroskop om.
Fotosinteza
Živimo v času velikeg a in tehnološkega napredznanstvenega, ka
Genetika Beljakovine v
akciji
Čas, v katerem živimo, naj bi človeštvu prinesel vsesplošno blaginjo in odprl nove razsežnosti v razumevan ju našega obstajanja in prihodnost i. Mineva šest desetletij, odkar sta James Watson in Francis Crick v znanstveni reviji Nature objavila razkritje dvojnoverižne vijačne zgradbe DNA, osnovne sestavine genomov vseh organizmov na Zemlji, in njene vloge kot informacijske molekule življenja. Že celo desetletje je poznan osnutek nukleotidnega zaporedja dobrih treh milijard nukleotidnih parov velikega človeškega genoma, ki sta ga ločeno, a sočasno v revijah Nature in Science objavila mednarodn i konzorcij »Projekt človeški genom« in zasebna družba Celera Genomics. Objava je napovedala začetek obdobja funkcijske genomike, ki nam bo omogočila, da bomo spoznali vlogo in delovanje vseh človeških genov in tako morda razumeli, kako deluje celica, kako se je začelo in razvijalo življenje ter po katerih poteh bo evolucija potekala naprej.
azumevanje
Medcelično spor
Genetsko inženirstvo je nepogrešljiv del sodobne biotehn ologije Že pred tridesetimi leti so znanstveniki odkrili način rezanja molekul DNA na manjše kose in njihovega združevanja ljubna nova zaporedja. v poKose DNA je mogoče tudi vnašati v različne organizme, kjer se v primeru, ko gre za gene, ti lahko izrazijo v obliki svojih beljakovinskih produktov. Na tej osnovi smo z genetskim inženirstvo m do danes pridobili vrsto rekombinantnih beljakovin, ki jih medicina uporablja za zdravljenje številnih bolezni, pa tudi industrijskih encimov, ki jih mo v kemični, predelovaln uporabljai in živilski industriji. Z vnosom novih genov nam je uspelo ustvariti gensko spremenjen e rastline in živali.
Nove genske tehnolo gije možnosti za nove oblike odpirajo zdravljenja bolezni
Vzorci dedovanjaV medicini je
izbruhnila prava revolucija v diagnostiki bolezni in pri napovedovanju nagnjenj k nekaterim boleznim, veliki pa so tudi obeti na področju tako imenovanega genskega zdravljenja. Seveda se ob vseh teh uspehih pojavljajo tudi dvomi o možnih zlorabah znanstvenih dognanj, ki jih spremljajo etična vprašanja. V številna letu 1997 je škotskim raziskovalcem uspelo prvo znano uspešno kloniranje sesalca – ovce Dolly. Z njenim rojstvom je bil postavljen mejnik v raziskavah kloniranja organizmov in danes imamo že klonirane miši, konje, pse, mule, krave, prašiče, zajce, mačke. Tovrstni znanstveni uspehi pa so odprli tudi vprašanje, zakaj bi živali sploh klonirali, in zdajšnje polemike o možnostih kloniranja človeka ter o raziskavah matičnih celic za tako imenovano terapevtsko kloniranje. naj bi s hitro razvijajočo Slednje se medicinsko oz. celično biotehnologijo medicini prineslo zmagoslavje nad nekaterimi, danes še neozdravljivimi boleznimi. Vse to so dogodki, ki se nas močno dotikajo, saj v njih iščemo odgovore na vprašanja, od kod izviramo in kam gremo.
Celični cikel in delitev celice DNA – njena zgradba in
podvojevanje
Sinteza beljakovin Za ge izde netski la nata materi ne al bi je bilo nčne ko živl nujn pije ta jenj o, sa izbo da e se ko, bi lahk r ne bila mega se ne o živl bi be. rast mogl jenj bi moge Če neur o za skih ---l ejen če -obli izbrat a, Maur i us ti in k. ice nara pešn brit Wilk vni ih ansk ins Fran i mo (191 ciso leku 9–20 1962 m lski 04 prej Cricko biol ), m el og, in Nobe ki lovo Jameso m Wa je skup nagr tson aj ado s om za leta medi cino .
Uravnavanje izražanja
genov
Spremembe genoma
Spolno razmnoževanje
in preureditev genov
Kloniranje rastlin in živali Genetsko inženirstvo in Kjer se življenje začne
…
biotehologija
151
Temeljna odkritja 121
Fotosinteza
tilakoida
Temeljna odkritja v biologiji, ki so bila priznana tudi z Nobelovimi nagradami, so predstavljena v posebnih okvirjih. Okvirji so označeni z znamko nemške pošte, ki predstavlja Alfreda Nobela v laboratoriju in rokopis njegove oporoke, s katero je ustvaril sklad za nagrade.
sladkor
CO2
stroma tilakoidni prostor
temotna stopnja (Calvinov cikel)
–– tok e- –– tok protonov NADP+
H+
– – NADPH
ADP + P 2H+
fotosninottea zna e
šalna prenakovina belja
2H+ H2O
fotosninottea zna e
AtP
2H+
H+
½O2
ATP aza sint
Temeljno od kr citratni cikel itje: je aerobne pres središče nove
ni lipid fosfovosloj d oide tilak
Pri prenašanju elektronov in vodikovih protonov v svetlobni stopnji fotosinteze se preko membrane ustvari protonski gradient, v katerem nastane dovolj energije za sintezo ATP (za nastanek 1 ATP je potreben prenos 2H+ iz tilakoidnega prostora v stromo) in za redukcijo NADP v NADPH. V temotni stopnji ali Calvinovem ciklu nastaja iz CO2 sladkor.
Cikel, ki je znan tudi po d imeni cikel citrons ke kisline, cik el trikarboksilnih kislin ali Kr ebsov cikel, je leta 1937 na osno vi svojih poskusov in poskusov šte vilnih predhodnikov prvi opisal biokemik Hans Kr ebs. Za svoje odkritje je leta 1953 dobil Nobelo vo nagrado. Cikel vključuje vrsto povezanih reakcij , v katerih je produkt zadnje reak cije začetna spojina za prvo reak cijo. Najpog osteje ga imenujemo po citronski kislini (citratu), ki je prva spojin a v ciklu in začne niz reakcij. Citra tni cikel je osrednji cik el metabolizm a. Čeprav ima velik o vlogo v ka tabolični presnovi, pa je skoraj en ako pomemben tudi v anaboličnih poteh ( Celica ko t energijski sistem). Spojine tega cikla so nam reč tudi izhodne spoj ine za sintezo novih molekul. Za to velikokra t rečemo, da ima citra tni cikel am fiboličen (grško: amph i = obojestra nski) ali vsestranski zn ačaj.
V temotni stopnji nastaja sladkor V drugem nizu reakcij je na vrsti redukcija CO2 in nastane sladkor. CO2 v list vstopa skozi reže. Za sintezo sladkorja je potrebna energija, ki jo zagotavljata NADPH in ATP, nastala v svetlobni stopnji. Ključno vlogo v temotni stopnji ima encim rubisko (kratica za ribulozo-1,6-bisfosfat karboksilazo/oksigenazo). Rubisko veže CO2 na sladkor s petimi ogljikovimi atomi (ribuloza-1,6-bisfosfat). Z vezavo CO2 se začne niz cikličnih reakcij, ki jih po odkritelju imenujemo Calvinov cikel. V reakcijah Calvinovega cikla nastajajo izhodne sestavine za glukozo in druge sladkorje. Ti sladkorji nato vstopijo v različne presnovne poti v rastlini. Za vsako novo molekulo glukoze je potrebna vezava šestih molekul CO2.
Rubisko Rubisko je količinsko najbolj zastopana beljakovina na Zemlji. Encim rubisko predstavlja skoraj polovico topnih beljakovin v listu. Zelene rastline ga na leto izdelajo več kot 4 x 1010 ton; povedano drugače – približno 1 tono vsako sekundo.
Uravnavanje
izražanja
genov
le so enake moleku golega polža ja teh V vseh celicah načina izražan bo i geni; a od DNA z enakim odvisno, kakšna zni celici je
Poglavja, ki večinoma pokrivajo maturitet ne ali izbirne vsebine, so na uvodni strani označena s posebno znamko kanadske pošte, ki prikazuje maturanta.
Uravnavanje
v
izražanja geno
ne celice, ejo, tako po celice, maščob celice in vse med seboj razlikuj telesa – mišične oplojene jajčne v sestavlja naša m iz ene same različnih celic v bakterijah tudi nastali med razvoje l DNA. Tako kot celični tipi so o, celice. A vsi ti enake kopije moleku genskega nadzora, ki določaj izmi imajo popolnoma dobijo nastale celice o posebni mehan in organizem organizmih delujej celica, tkivo, organ nemoteno evkariontskih izrazijo. S tem u potrebne za se določeni geni so v nekem trenutk ki vin, kdaj in kje naj specifičnih beljako ravno prave količine ma. organiz delovanje in obstoj
nizirani
geni niso orga
s rom e otor
molekule laktoze Prisotnost laktoze vključi
operon z deaktivacijo represorja.
Uravnava nje lakto znega oper stvenika Fran ona model delo çois Jacob in Jacqu sta prva opisala francoska vanja bakt es Monod znannadzoruje erijskega ter ga pred represor, operona. stavila kot ta način Ker delo mo nega vanje oper uravnava tivno urav nja izraž navanje anja geno ona aktivnost v imenujei operona. V bakterija h so znan ki jim pom stveniki odkrili že agajo prež veliko različ Nekateri iveti v zelo delujejo nih oper hitro se onov tako spreminjaj mi nadz , kot lakto ora drug očem okolj ačni. V neka zni operon, pri genov nadz u. drugih so terih prim orujejo mehanizerih aktivatorj promotor i. To so mole izražanje bakt in polim erijskih erazi Kadar delo kule, ki se vežejo vanje oper RNA pomagajo pred , da začn pozitivno ona nadz e prepisova uravnava ira aktiv ator, se ti gene. nje aktiv ta način Ključni pojmi nosti oper imenuje ona. aktivator induktor laktozni operon nje negativno uravnava aktivnosti operona operator operon nje pozitivno uravnava aktivnosti operona promotor represor dejavnik transkripcijski vzpodbujevalec zaviralec
i, E. col ja za Kar vel i za slona. tud velja 6), 10-197 ------ Monod (19 s log, Jacque za ski bio enec franco raj v nag icino Nobelo in med gijo fiziolo
ča bakterijam, v operon omogo Organizacija genov v okolju. nje celic. jo na spremembe za rutinsko delova da se hitro odzove ni le geni, nujni so ves čas vključe . Pri evkariontih irani v operone ni niso organiz žanja. • Evkariontski ge e genskega izra navanj ziranje in urav • Celično signali
neaktivn
i re presor
rana
receptor
tarčna celica
kovino.
evakriontih ovin je pri delujočih beljak sni že dejstvo, da trando nastanka upoča ali Pot od gena iontih. Pot se mora prepis kot pri prokar v jedru, kjer , in veliko daljša celici poteka molekulo mRNA ja v evakriontski iki i v sporočilno skripci Delovanje zmi ( Gradn preoblikovat laktošele RNA znega opero na ribosomih v citopla transkript a pot je nadzo cijana. ule). Celotn sledi transla , šele temu makromolek ule, je lahko vklopi atomi, molek kjer se izražan življenja – ih točkah, številnih vmesn rovana na sni. ši ali upoča pri tudioper izklopi, pospe on transkripcije izklop ali regulatorni za vklop gen so beljakovine, regulatorne prokariontih ne promotor Tako kot pri operator nujne poseb ih ima večina geni za- lakt transkripciji oz ne pri prokariontsk evkariontski i, da evkari enci drugače kot na DNA. A torje. To pomen me ki se vežejo lastne promo ontske tranh genov svoje e. Nadzor evkari dejavnike, evkariontski zirani v operon ripcijske niso organi –i transk i t v k n geni a ovine r epreso rči vezavo polimeontski beljak Kadar laktoz je posebne omogo e ni je navključu skripci voljo, je Šele ta vezava k transkripcioperon torje. na promo izključen. k transkripcije. Začete ki se vežejo pogostejši začete celici pa so promotor in A ba V evkariontski N raze RNA na Upora orji. R jo. polim er(se vijo repres je vključi aza na p je lahko zausta i ki gensko izražan celicanevklopi aktivatorji, m orejihvezat evkariontska kot represorji saj tipična tisti geni, ki je učinkovita, hkrati. To so ali aktivatorjev n delež genov delov celice e) le majhe za izdelavo cepravi prepiš ku potrebuje nja so v mnogo nem trenut R N A je delova izklopljeni. Ves celica v določe Zaradi aza takega časa celičnih nalog.lim e r geni nje otor opravljanje a p ro mvečino in stalno delova po zmih na n ontskih organi aso za rutinsko z nujni ličnih evkari ki e tr a n s k ri p c i jeni le geni, ja dihanje. čas so vklopl za celično na primer organizma,
v
v molekuli organizir DNA, ki ani v skup predstavl zne meta inah. Geni ja edini bolične , ki kodir kromoreakcije bakterijsk ajo encim pretvorbe a celica, e za posa hranil, na in geni teznih poti, meso organizir , ki kodirajo encim katere je naletela v nekakšne e ani tako , da so razp posameznih biosi nize. To zelo poen nja. Tren nutna priso ostavi urav orejeni drug za drugim tnost neke navanje življenjsko njihovega ga hran potrebne ila oziro izražatnega niza molekule ma odso je znak genov, ki tnost neke Escherichia za hran kodir spro coli žitev izraž ila oziro ma za biosi ajo encime za razg anja celoceloten radnjo ome ntezo man niz geno jkajo njen v lahko nadz če ega ki mu rečem ira eno samo molekule. To pom o eni, da bi imel vsak promotor. Zara di take razp nukleotidno zapo posameze redje, gen v nizu oreditve n gen svoj ni potre uravnava promotor be, da n ločeno zelo hiter in da bi od drug in uskla moral biti ih. Na ta jen odziv kar je za vsak način je celice na bakt omogoče hitro se življenjske erijo in ohranjan n spreminjaj je njene ga pom oče okolj vrste z razm ena. e, noževanje m Transkrip cijsko enot o, sesta kovine, vljeno iz in iz nukl niza geno eotidnega jemo oper v, ki kodir zaporedja on. Nadz ajo belja nadz orno obm beljakovin očje je pred ornega območja, e. Sesta vljata ga imenumed sebo nizom geno promotor j prekrivat v, ki kodirajo in oper a. Na prom s čimer se začne otor se veže ator, ki se pogo transkripc sto beljakovin encim polim ija geno a ( Grad v. Na oper eraza RNA kule), zavir niki življe ator se veže , nja – atom alec ali posebna represor, i, molekule, prepisova ki polim nja makromo erazi RNA gen, ki ima genov. Represor leprepreču izdeluje lasten, nepr je začetek poseben, bo lahko ločen regu začela proc estano delujoč lacijski promotor. es zala drug Polimeraza a molekula transkripcije šele, RNA spremenila ko se bo – vzpodbuj na repre evalec ali oblika repre sor veinduktor. sorja in Z vezavo ga zato sprostila se bo Na opisa z operatorj ni način nja. Bakterije deluje lakto a. Escherichia se nenehno spremi zni oper ki jo coli. Bakt on pri čreve in se razmnožujejo, vljenem erija lahko od vrste hrane, sni iz več vrst organizmi živijo uspeva sestava je odvisna v preproste bakteriji soli in gluko u obkrožene z geni se Okolje, v katerem s hranili; njihova nenehno m gojišču, ze, ki jo bakterije v trenutk ilih so obkrožene za izražajo. razgrajuj drug sladk sestabodo črevesne v naših prebav Če pa nam izražanjem genov e z encim or, o skodelico mleka, oma odzvale z i, katerih jskih celic in toze. Lakto npr. laktozo, se bodo esto glukoze v se bodo nemud pojemo. Če popijem gojišče doda zni oper za hitro rast bakteri vključili jem laktozo. Nanjo nujne on tsko le, me je sladkor geni za mo za razgradn sestavljen ili v moleku mlečnim razgradn , saj bi bilo energe iz treh geno jo laktoze. učinkovito pretvor jo lakkar sama je teh genov ustavilo Namesto izključenih Priso v, z zapis laktoza, encime, ki jo bodo jejo. alo, se bo izražan i za tri encidovoli polim tnost induktorj gene oper laktoze zmanjk ki jih ne potrebu a, ki je v omogočili ona prep erazi RNA delitev. Ko bo tem prim irale beljakovine, jskim celicam iše v eno , nimajo eru ženim bakteri si celice sintetiz celičnega samo skup da opravi trans enako DNA, kar ki bodo razmno potratno, da bi kripcijo jedra in se bo mRN in vse telesne celice je zato njiho no mRNA. Pri bakt vključili tisti geni, A že med lom se celice organizmih imajo erijah, ki genov pa se bodo v kromosom zne belja nastajan genskim navodi tje. V mnogoceličnih jem na ribos kovine. kar kljub enakim koliko organizma. A nadaljnje prežive Pomislite samo, omih prev v citoplazmi, jih opravljajo. vsebuje vse gene ajala v ustre ki h, živčne vsaka da i, naloga celice, pomen kostne zgradbi kot
Evkariontski v operone
207
la signalna moleku
em b celična m
prenos signala
akt i vi r a n t
Tematska poglavja Vsako tematsko poglavje se – podobno kot glavna dva dela – začne z uvodno dvojno stranjo. Na njej so motivacijsko uvodno besedilo, podkrepljeno s citati, fotografija ali ilustracija, ki bralca vpeljuje v vsebine poglavja, pa tudi Ključni pojmi poglavja in vsi podnaslovi. Podnaslovi so večinoma povedni in njihov seznam je že izvleček poglavja.
genov v posame bo goli polž. Organizac in končno kakšen omogoča ija genov v opecelica odzovejo bakterijam, da ron se na sprem embe v hitro Pri bakt okolju erijah so geni som,
celica, v kateri nastane signal
vanje lahko uravna signalne moh organizmih procesa so V mnogocelični i. Primer takega o na uravna med celicam celica, a vplivaj že poteka tudi jih izloča ena a signala ste hormoni, ki Pot prenos e). V lekule, npr. v drugi celici. signaliziranj ga izražanja Medcelično n vanje genske transport, eni v določe Membranski signal sprem vaemb spoznali ( sprem genskem uravna a molekulskih Pri medceličnem a signal njej se v nizu . Pot prenos tarčni celici. v or prepis in njegov celični odgov Signalna moor vklop gena no molekulo. nju je tak odgov na celica izloči signal celice. Vezava rani tarčne signal josti se začne, ko v celični memb ovin v notran na receptor niza beljak Zadnja preko lekula se veže a njo. prenosa signal aktivira nasled aktivira pot ovina v nizu transkripcijo Vsaka beljak ik, ki sproži tarčne celice. ripcijski dejavn cijo v beljaaktivira transk njegovo transla nji stopnji beljakovina gena in v nasled določenega
, je odgovor , skrit v načinu h organizmih etno enake V V mnogocelični strani pa neverj in navodila. e, po drugi informacije Molekule ce tako različn uporabi dedne različni geni. ezna celica kako posam ih časih izrazijo celica, in cese v različn imeti vsaka različnih celicah ul, ki jih mora se vsaka celica seznam molek a. V resnici jiv seznam zmogl DNA niso le tega je del molekul s ga sestavni lica ni le skupek signale iz aparat, katere jev sprejema večnamenski o obnaša kot posebnih senzor in neverjetno količin Z njim preko osti računalnik. ličnejše dejavn ulah DNA. ruje najraz jene v molek okolja, nadzo acij, ki so spravl genskih inform
izražanja genov
jedro Uravnavanje
izražanja
genov
ra
205
transkripcija
mRNA translacija
l n o va b e
j
nskr
nik
Uravnavanje
vključeni le . tih so ves čas celic Pri evkarion rutinsko delovanje za geni, nujni kaj dela celina vprašanje,
izražanja genov
vi na
204
Uravnavanje
ako
206
uravnavanje aliziranje in Celično sign žanja genskega izra izražanja genov
i pc i j s k i d e j a
v
signalni i se začne v med celicam lo. Signalna Signaliziranje signalno moleku celici, ki izloči no receptorsko veže na specifič celice molekula se ani tarčne v celični membr signala beljakovino sproži pot prenosa v to pot. imi in ta vezava vinami, vključen signala beljako med prenosa vina na poti sproži prepis Zadnja beljako dejavnik, ki mRNA je transkripcijski v jedru in translacijo gena specifičnega tarčne celice. v citoplazmi vino v beljako
48
Celica in njeni organe
Kazalka povezuje podobno tematiko v različnih poglavjih.
DNA – njena zgradba in podvojevanje
T
A
C
Besedilo je prekinjeno z zgovornimi ilustracijami ali fotografijami, ki podkrepijo oz. ponazorijo vsebino.
g A
T
T
A
C
g
g
A C
g
T
podvojevalne vilice
Podvojevanje DNA
DNA se podvoji pred delitvijo celice
Podvojevanje DNA ima nekaj tež
Pred delitvijo si mora celica zagotoviti, da ji bosta hčerinski celici genetsko enaki, kar pomeni, da bosta imeli enake molekule DNA. Zato se vse molekule DNA (to so kromosomi) pred delitvijo celice podvojijo. DNA se podvoji v interfazi celičnega cikla ( Celični cikel in delitev celice). Model DNA že nakazuje, kako lahko posamezna veriga DNA predstavlja predlogo za sintezo druge verige. Če poznate zaporedje baz na eni verigi dvojne vijačnice, lahko določite zaporedje baz na drugi po pravilu parjenja baz. Spomnite se, da se adenin pari le s timinom in gvanin le s citozinom.
Kljub elegantnosti dvojne vijačnice DNA predstavlja določene težave pri podvoje nasprotna usmerjenost ali antiparaleln mezno zaporedje nukleotidov lahko be kot zapisano besedo preberemo le v en polimeraza DNA lahko deluje le v eni sm noma razprli, težave ne bi bilo. Ena mol povezovala nukleotide na eni verigi, dru verigi v nasprotni smeri. Vendar sta v je zani, dokler do njiju ne pride polimeraz encimi, in ju razpre. 10 m
T
C
C
T
g
Semikonzervativno ali polohranjeno samopodvojevanje pomeni, da se polovica starševske molekule ohrani, polovica pa se sintetizira na novo. Po samopodvojitvi sta hčerinski molekuli popolnoma enaki, kot je starševska dvojna vijačnica, sestavljeni pa sta iz ene starševske in ene nove verige.
g
g
T
C
A
g
A
g
T
C
T
g
A
T
T g
T
CC
g
C
A
A
T
g
A
C
g
T
T
g
A
C
T
g
C
C
A
g
A
A T
C
C
C
A
Pa poglejmo, kako se obe verigi podvoji predstavljajte vlaka, ki vozita po vzpore S–J in si oglejte sliko na naslednji stran
A
g A
g
Začetno mesto podvojevanja je krajše za kuli DNA, imenovano izvor podvojevanj origin = izvor, začetek). To mesto prepoz pomožnih podvojevalnih beljakovin. Te verigo DNA v dve enojni verigi. Mesto ra imenujemo podvojevalne vilice, zaradi v nove DNA omogoča encim polimeraza D kemijskih vezi med novimi nukleotidi. V zaporedje na odviti verigi DNA. Tako se r šikove baze, ki so komplementarne zapo
Čeprav je postopek polohranjenega samopodvojevanja DNA razmeroma preprost, pa je proces zapletena kombinacija biokemijskih reakcij, ki potekajo bolj ali manj sočasno. Vsako stopnjo katalizira poseben encim. Različni encimi omogočajo odvijanje vijačnice, odprtje obeh verig, dodajanje in povezovanje nukleotidov.
T
A C T
C T
Na koncu poglavja Zadnji strani vsakega poglavja sta grafično oblikovani kot posebna mapa, v kateri so na levi strani povzeta Ključna spoznanja tega poglavja, na desni strani pa je rubrika Uporabite svoje znanje.
C
A
166
Vzorci dedovanja
Ključna spoznanj
Vzorci dedovanja
a v tem poglavju
☞ Dedovanje je prenaš
anje znakov s staršev
potomce.
na
☞ Gregor Mende l je izvedel natanč no načrtovane poskuse, pri katerih je uporab il grah, ki se samooprašuje .
☞ Pri križanju različn
ih znakov so v prvi hčerinski ali filialni generaciji vedno prisotni dominantni znaki.
Rubrika Uporabite svoje znanje je razdeljena na dva dela. V prvem so zastavljena preprosta vprašanja, na katere lahko dijak odgovori po predelavi besedila poglavja. Drugi del, Razmislite skupaj s sošolci in učiteljem, zahteva že nekoliko več sinteze znanja iz različnih poglavij in predvsem samostojnega razmišljanja ter včasih tudi brskanje po dodatni literaturi in spletu.
☞ Recesivni znaki v prvi se znova pojavijo
generaciji niso vidni, a v drugi hčerinski generaciji.
☞ Mendel je odkril,
da je razmerje med dominantnimi in recesiv nimi zanki v drugi generaciji 3 : 1.
☞ Osnovne enote, nosilke so geni.
dedovanja lastnos ti,
☞ Neko lastnost določa
ta različici gena,
vani alela.
imeno-
☞ Oba alela predsta vljata genotip organi zma. Fenotip je videz organizma.
☞ Punettov kvadra t pokaže potomcev.
vse možne genotip
e
☞ Za opis možni h potomcev in verjetn ost njihovega pojavljanja lahko uporabimo verje-
tnostni račun.
odgovorite na
znanje
A
uporabite svoje
g
S povečevalnim st je fižol videti petkr uporabimo dve po povečavo, bo opaz večjizačne (5-krat xv5-kr se iz
V taki dvojni vijačnici so pari komplementarnih baz približno v istih ravninah in so stopničasto razporejeni drug nad drugim. To si lahko predstavljate kot lepo izdelano lestev in jo primerjate s tako, v kateri bi bile prečke različno dolge in pritrjene na ogrodje pod različnimi koti. V molekuli DNA je razdalja med verigama po vsej dolžini enaka in pari komplementarnih baz si sledijo, podobno kot si v polžastem stopnišču v enakih razdaljah in pod enakim kotom druga za drugo sledijo stopnice. Taka zgradba DNA je najbolj stabilna, saj v njej ni napetosti, ki bi jih povzročale neenake razdalje in različni koti, kar bi se zgodilo pri povezavah nekomplementarnih baz. V resnici se vedno poveže ena manjša pirimidinska dušikova baza z večjo purinsko ( Gradniki življenja – atomi, molekule, makromolekule).
A
184
1
2
☞ Pri nepopolni domin
anci posamezen alel ne oma nad drugim .
prevlada popoln
☞ Nekateri geni vplivajo na več
3
kot en znak.
4
5 6
7
8
a) samopomno žuje, b) samooprašuj e, c) spreminja ba rve, d) nič od našte tega.
Razložite razliko m ed samoopraševanj em in navzkrižnim opraševanjem.
Kakšna je razlika m ed lastnostjo in zna Navedite primer za kom? vsak pojem. Prenos znakov s sta ršev na potomce je : a) verjetnost, b) dednost, c) recesivnost.
Kakšna je razlika m ed genom in alelom ? Če križate bel cvet z genotipom rr z rož z genotipom RR, so natim cvetom možni genotipi po tomcev: a) RR in rr, b) vsi Rr, c) vsi RR, d) vsi rr.
Fenotipi pri križanju
, opisanem v 6. vpr ašanju, bi bili: a) vsi beli, b) 3 rožnati in 1 bel, c) vsi rožnati, d) pol belih in p ol rožnatih.
Kaj lahko poveste o alelu za svetle las e, če ima otrok svetl lase, oba starša pa rjave? e
premislite skup 1
vprašanja!
Rastlina, ki im a ženske in moške r azmnoževalne orga se lahko: ne,
aj s sošolci in
učiteljem!
Gregor Mendel je pri svo ki so imele pred prvim jih poskusih uporabljal le rastlin e, križanjem dva enak določen znak lastno a alela za sti. Razmislite in p ojasnite, ali bi odk dominantne in rec ril esivne znake, če bi pri poskusih upora rastline z drugačnim bil i genotipi.
167
eli
Celica in njeni organeli
49
Celice so praviloma majhne Celice so na splošno tako majhne, da jih ne moremo opazovati kar s prostim očesom. Prav zato se nam utegnejo zdeti zelo abstraktne in jih težko razumemo. Če jih želimo bolje spoznati, si moramo dobro predstavljati njihovo velikost in velikost njihovih sestavnih delov v primerjavi s tistim, kar vidimo s prostim očesom.
Povečava in ločljivost
teklom, ki petkratno poveča, rat večji od dejanskega. Če ovečevalni stekli s petkratno zovani fižol videti 25-krat rat = 25-krat). zvoru podvojevanja
a
Velikosti lahko opišemo z metričnimi enotami ali pa s povečavami. Kar vidimo s prostim očesom, nam predstavlja enkratno povečavo. Navadno povečevalno steklo objekte poveča 5-krat. To pomeni, da je objekt videti petkrat večji, kot je v resnici. Če združimo več leč, kot je to v svetlobnem mikroskopu, lahko dosežemo še večjo povečavo. Če imamo v svetlobnem mikroskopu dve leči s 5-kratno povečavo, je skupna povečava mikroskopa 25-kratna (5-krat x 5-krat = 25-krat). DNA – njena zgradba in podvojevanje 185
aporedje nukleotidov v moleja ali ori (iz angleške besede zna in se nanj veže skupina odvijejo in razklenejo dvojno azpiranja dvojne verige DNA viličastega videza. Sintezo DNA, ki katalizira nastanek Vrstni red nukleotidov določa rastoči verigi dodajajo le duoredju baz v starševski verigi.
1x
c
Sodobni svetlobni mikroskopi s svojimi kombinacijami leč omogočajo od 100- do 1.000-kratne povečave. Pri opazovanju objektov je pomembna tudi ločljivost. To je minimalna razdalja, pri kateri še vidimo dve ločeni točki kot ločeni. S prostim očesom ločimo točki, ki sta oddaljeni 0,1 mm. Najboljši svetlobni mikroskop razloči točki, oddaljeni 0,2 mikrometra (µm). Pri taki ločljivosti že vidimo celice in nekatere njihove dele. Največjo ločljivost ima elektronski mikroskop. Z njim lahko opazujemo točke, ki so oddaljene do 0,2 nanometra (nm), kar je 1.000-krat večja ločljivost, kot jo ima najboljši svetlobni mikroskop. Z elektronskim mikroskopom dosežemo do 1.000.000-kratne povečave.
25x
5x
b
Z uporabo različnih mikroskopov vidimo enako strukturo laskov na listih in steblih rastlin vrbovcev različno. Če laske vrbovcev opazujemo s stereomikroskopom, jih vidimo od štiri- do petdesetkrat povečane in imamo vtis tridimenzionalne slike (a). Svetlobni mikroskop poveča objekte do tisočkrat in razlikuje med podrobnostmi, majhnimi 0,2 µm (b). Z vrstičnim elektronskim mikroskopom dobimo tridimenzionalne slike objektov z veliko globinsko ostrino in ločljivostjo med 3 in 20 nm (c). Če primerjamo lasek, posnet s svetlobnim in elektronskim vrstičnim mikroskopom, lahko dobro vidimo omejeno ločljivost svetlobnega mikroskopa.
5x
prosto oko
elektronski mikroskop svetlobni mikroskop
10 mm
1 mm
100 µm
10 µm
1 µm 0,001 mm
100 nm
10 nm
1 nm 0,001 µm
atomi
majhne molekule
lipidi
beljakovine
ribosom
virusi
mitohondrij
večina bakterij
jedro
rastlinske in živalske celice
oreh
višina pšenice
višina človeka
A ji prav njena zgradba evanju. Ena od očitnih je nost. To pomeni, da posaeremo le v eni smeri, tako ni smeri. To tudi pomeni, da meri. Če bi se verigi popollekula polimeraze DNA bi uga molekula pa na drugi edru celice obe verigi poveza DNA, skupaj s pomožnimi 1m 100 mm
sezamovo seme
žav z zgradbo molekule
0.1 nm
ita. Za lažjo ponazoritev si ednih tirih v nasprotni smeri ni.
S
J 280
Upor
abite
svoje
znanje
Gradnik , molek i življenja – ule, ma kromo lek
atomi Odgo
vorite na vp ule Premi rašan slite sku ja! paj s glavn sošolc i elem 1 Če i in uči enti s bi bil o: vod teljem a vod ki p a najg ik, og tempe ! ljik, ki posam olimer je ve ostejš raturi sik in a pri 0 eznih lika m zamr Nena dušik °C, bi molek znila t oleku organ vadno . pri te la, ses ul – m udi v izmu. st vod tempe j tavljen večjih onom e je pr rat globin 3 Bio erov, k a iz ve av v t uri +4 ah. č loški p i se sin pa je em, da °C, vo lažja, olime tetizir da pr je na DNA. in ri so: i 0 °C a v jgoste zato z voda, k celulo (temp jša pr amrzn i ima v za, šk eratur i e le na 4 Og išjo te rob, gl zamrzn a lediš površ ljikovi mpera ikoge e in om ča) ini. G hidra n, enci turo k skorjo ostejš ogoča ogljik ti so s ot mi . Po led , a ne a, vod pojin išče, t dobn pretrg e, sest ika in voda z o je tu ako ne ano ž en at kisika avljen ara di pri t ivljen om og . Na v e iz at je pod empe ljika in je velik di velikega š sak at vodiko omov leden raturi dva a o ene tevila om kis vimi in vreliš o toma v rgije, vod pri ika kisiko ča, – hidr 10 iko pr da se odika saj idejo p 0 °C. Č vih ve vimi at at. te ve . Razm zi (po e bi za o zi pret kot po omi je erje m trebn 5 V r vrela p rgajo) dobn tako edje DNA nih pojmov e ed zapor ri nižji o velik enako zavre linah pri ne dirajočeast Slovarček ključ h tem šele e mole kot v sta to koliko Intron Neko 6 intron 144 lorat pe vodi kule, rno kaza celul višjih Be 27, 63, 143. kem genu; urah ( tropsk težje npr. m oza in temp Stva hidroliza 23, v evkarionts ljakovine 32 tak em po 292 bergovo ravno pred škrob etan), eratur A, a se so lni organizmi dneb Hardy-Wein življen o , v živ mo sesta v mRN voda p se ah, ko hipertermofi nome nem 80, 274 alih gli se prepiše eminjajoče je že repros 227 t jih p ba pasu, rov. iz nje vljene iz raztopina 75, gametofit kogen Stanje nespr oznam v to od tska zgrad 227 različn ne bi hipertonična mRNA iz jedra 7om 2 a) rane 75 ih . Lip generacija lacije, ki je parel 61, 64, 65, izstop o v je bil Genotip Gene 54, celičn ih popu ; stran memb 52, o m genu idi vseh am 49, a. gametofitna 400 ( 160, 161, 162, ogoče inokis populacije hipertonična ionts Seštevek : mkem mikroskop = 20 2 evkar so 153, 157, 159, aščob ina 75, 274 linski , saj b težju. elektronski organizma. ša izreže. Vlip b) 80 ); ov, gen 60, 150, idotop nih intron e, vosk nična raztop 192, 194, 198, h i skem ravno 191, lahko nana hipoto se 71 genet 182, 00 pa 69, rane 78 hrano različ ni vit 66, (= 20 3 215, no več ki dobi 163, 164, 166, stran memb alelov. Izraz amini ga i, steroidi, f c) 16 navad ); 8 To 209, 210, 212, Organizem, hipotonična 262 (A, D osfoli ezen gen ali 0.000 so sp ablja 130, 131, deli kodirajoče 78, 79 Heterotrof 203, 206, 208, Ellis, John jo 239, posam 129, Upor , E, . 202, okolje pid 238, na 98, ločuje (= 44, K) oji nično izmov tudi i, ki jih pre 20 4) . ne, ki 32, 36, hipoto 3 a) alelne 225, 228, 231, niso encim 29, 30, od drugih organ no genov – sno(ekso 217, 220, 224, okolje 92 254, 255, Napačn nepo 137, 272 vn ni). edja manjšo skupi hipotonično ske molekule. zapor 250, 251, 252, proces ivnimsredn ebki a. Last 132, 133, 136, metab ih s pozit 246, 247, 248, lahko le organ 133, 136 59, 174, 274 o ude celicami/os ih. Im nosti različn oliti. kula ali mole histon 47, organizem ležen razlike med belja encimska inhibicija 129, e sest Po ve ičnim enujemo Ion Atom t Diploiden e v (strup 256, 258, 273 47, 69 kovin 86, 87, 272 ne genotipe. čini so ave ko 194, 273 a Heterozigo jih se ki jih hitin 26, 44, eni al elektr 75, 83, 84, itoza name 191, 192, 193, negativnim t tudi v endocso odvis 60, 61, pomenijo različ sestav kund nima alelom ali(vo kaloid 19, 37, 85 mesto na genetski kod ne ta l (ER) 47, 58, njene arni 246, 273 rstne lazem ljajo. (celica) z različ ski in holesterol neom Specifično ko od lokusa). rstvo 151, za ob 223, 224, 225, ga redaski retike Razno jem. smole i), rastlino v endop 253, ejene nabo (genskega Genski lokus kromosom rambo genetsko inženi za neko vrstno (eteri am ) ali s arujejo 145 ga šte 210, 228, 239, nost) homologni 84, nekega gena inokis 47, 67, 73 amino u, kjer je gen nerira 231, 232, 274 čna st j71, lužijo (dege pred vila na 150, 192, 208, uje nepolarne e p73, olja in za, 8, 229, 230, nost lin kromosom 274 genom označ za kis osl ten hipote Izroje po 226,22 Izraz lin pr činov, edtska b) P ra Več kot škodb 9 Or 165, 217, 224, 94, povez ivablj se lokusu je priso Hidrofoben endos na kaimbion ica skora raviln 90, 91, 92, 254, 255, 273 ami anje o 153, 157, 160, ganiztskega kodastlinska ba uje v l molekul, ki lastnost. V rbe 88,j 89, gene a. Ogro tere s homozigot pretvo em te prašev ine ije 216 rvi treh . jske kule ali dele mutac la) e 2 arn edje gena energi mole ske 165, dje riboza . t 17, 71 celičn možno sn zapor 0 alcev a zap genom nukle ovi po 163, 164, 145, 146, eden od alelov Hooke, Rober ali de v vodi. enoih pro 100 ore 106, 99, inskih trebu 158, 160, 161, 95, zaje z dja 139, 141, 142, oksirib cesvov. nov) m Razlika v . a spojina 28, 95, 104, ne raztapljajo in deoks kis genotip 157, 30, 37, 85, vod (kodo pina orfize n lin a p Razto polim hormo Ve oza otido ijo sesta tovrs jsko bogat nukle činomno pri raviln Genski in iriboza nekega 274 energi c) N na raztopina 166, 274 vljajo o delo tne praminokisli a jih p 43, sta sla fosfatne sk 207, 254, 255, em zaporedju Hipertonič eprav 10 virus (HIV) ezno vanje ocese. ntracijo otreb ija 211, 212 ali 119 nukleotidn 170 Lip ciency iln posam dk up konce mutac 109, o dveh a no nodefi oso a. N 219 orja. ine. Ri izem 46, 52, okisli ujejo e gensk 218, mi so aštete DNA p s tako visok ). Prisotnost human immu organ izhajanje ncimi 162, 211, 217, sestaNpr.: amin dušik enocelični boza a ima n navad translaciji. lokusa (gena , ki da povzroči laciji. genska okvara vljeni kodona UAU in ove ba 199, 255 239 no iz amest sladkor 23 topljencev, alelov v popu 218, 220 ikost 213, ata iz dvos ze vse en enostavni kodir neg o urac va bolezen lipido tirozi več genskih genska raznol z osmozo. lojne a sam kar buje R89, 93, 272 pa m s katerim Huntingtono ila tim v so o logija 256 egno vode iz celice embra nje Proces, a flevcin okisli brnamin in. entropija NA, osfoli CUU, Raztopina genska tehno liposo UAC, jeni pr 228, 274 no z ne, Gensko izraža 214 pida. P a raztopina ma, kj 164, 223, 224, oti UUA, UUG, epidemija na celico; navad 204, 279 Hipotoničn olarni ijo genski lokus er kodon 193, 214, 274 tako d je vod ov – zunanjosti gen učinkuje induktor 203, 160, 217 šest deli koncentrac ) 191, 192, ki se nato rfizem 211, a. CCUG. vosloj in no eritrocit 31, 264 RNA (mRNA s tako nizko genski polimo sinteze RNA, 192, 202, 238, in elične m tra, njo vstopanjefos ne str a 19, 38, 40, 207, 214, informacijska CUA vodenjem CUC, alna hranil nje 142, 191, folipi da povzroči uktur sti em celice 198, 204, 206, esenci s specifično izraža ke o ncev, 197, bra ionts ovino di i 196, gensk e, k toplje 195, ne so evkar n derug i jih 183, 273 beljakov Jedrc Del prevede v beljak 274 z osmozo. estrska vez e bjedra stavlja 239, 274 e RNA in prav eljakovribos se omsk izmi 151, 247, ine. O 215, 250, 252, vode v celico 34, 38, 280 jo razl , enjeni organ ine, po bd nastajajo ki jih eterična olja lastnostjo. svetloba 116 gensko sprem izem prav t kjeraja na beljakovina ujejo v ični jo c leg te 258, 274 infrardeča 47, 55, 69 mi povez je 65, ako ob beljakito enjeni organ Histon Majh h pa š plazm ovina mbna nji 136 255, 256, 257, evbakterija 136 56, 58, 60, 133, 254, pome 134, z 55, ho 129, e r m se 54, da o, v 129, or Gensko sprem DNA; vo no geno azličn jajo d 50, 52, inhibit kater note. ovina 30, 128, povezana z kem tranjo v katerega e vos pode evkariont 47, 187, 191, 192, i so v iontsVir 214, 215, 220 lojne omske gibalna beljak st razm Organizem, usni pl ribos , gane 109, 171, 181, ma DNA v evkar insercija 213, 274 mem celice or ke bra 69, 72, 73, 35, 36, 44 273 li, ašč se eju evkarionts pri zvijanju 171, 172, 178, molekulo oziro glicerol 34, nekat ne 208, 266, 268, stavlja od cit Organel jejo smo vnesli interfaza 169, ga v 274 a in u. Jedro eri 44, 145 198, 201, 202, jo belja osoiziran 252 nekega druge organ kromosom 198, 214, 252, glikogen 25, la. dveh lipidi. Viru 110 kovine intron 191, Ena odRN gen 203, 206, em je DNA A. molekule DNA kater 104, 105, 107, sni pla pridobi evkariontski kromosom a 163 in vč 255 glikoliza 103, šč obih. S tem lahko asih t Homologni 72, 108, 109 idni celici invazivna rastlin transkripciji 254, 255 daja v 52, 69, 70, organizma. udi , kromosom evkariontski osoma v diplo 252 105, 107, se 241, 242, 247, iru beljakovina glive 26, 47, 5, 274 kopij krom 27, 78, 103, re). inzulin 30, h organizmih ost oziroma branska sno DNA a 82, 83, 139,14 24, 25, 26, evkariontski novo lastn in ena od mate 150, 154, 163, 22, 62, 79, osti. Kanalček Mem glukoza 19, 134, li 20, očeta lastn 19, 122, skozi od ve ion 36, 274 (ena njego vodno pot izem 227, 228, evolucija 17, 176 ek 83, 142 108, 110, 145, spremenijo ki oblikuje 53, 71, 84, 215, 216, 217, ovina, Diploiden organ ionski kanalč o se (GA) 47, 61, 182, 187, 213, ovina Beljak Homozigot , skozi kater inhibicija 133 Golgijev aparat 77, 268, 273 ma genskima membrano Gibalna beljak ijo, ireverzibilna rane 75, 76, dno ioni) 257, 266, 267, 67 (celica) z enaki n, ki rabi energ stnost memb snovi (nava gostitelj 57, kot je miozi izbirna prepu specifične ja 18 ATP, za višje proti 99 97 aleloma. gradniki življen ki jo pri hidrolizi 159, 166, 174 v smeri od dinukleotid) 78, 82, 86, molekula, kih sproščeno 155, 157, 158, premikajo (flavin adenin čilna ovins 154, 79 FAD 153, Sporo beljak 188 okolje grah vzdolž Hormon 183, 184, ntraciji. izotonično 202, 238, 239, 105 (en organ), premikanje 44, 143, 182, nižji konce FADH2 64, 142, 191, 192, vrsta celic ov gvanin 28, 144 izloča ena izražanje gena . 76, 84 celic tura kromosom t (GDP) 143, fagocitoza filamentov 160, 161, 163, drugo vrsto pot v Kariotip Garni gvanozin difosfa ka slika 274 143, 144, 145 157, 158, 159, genetskega deluje pa na na presnovna . Mikroskops trifosfat (GTP) Sploš eriranost) fenotip 153, zin 273 celice liza (degen 215, gvano neke Gliko ). 214, anih polno izrojenost (drug organ 164, 167, 211, kateri se nepo barvilom obarv 214, 274 A) citosolu, v koda 193, s posebnim 108, 273 a RNA (mRN nastane ov, ki 185, 186 B. S. 263 fermentacija sladkorji in Informacijsk jevanja 181, h kromosom Haldane, John gensko 227, 228, 230, e 104 razgradijo izvor podvo metafazni ki prenaša 217, 223, 226, fiziološko dihanj Vrsta RNA, 172 o (v primeru haploid 216, i Walther 17, ATP. jih razporedim od genov do Flemming, i ogljikovim po parih) is 205 231, 232, 274 informacijo ežje 153, 163, or s šestim organizmov 99, 143 Jacob, Franço se 238, 242, 244 bergovo ravnot v diploidnih fosfataza 98, Glukoza Sladk ga v , na katerih 162, 226, 227, Hardy-Wein ribosomov osrednjo vlogo jajčna celica a vez 183 do najmanjše fosfodiestrsk atomi, ki igra de v zaporedje od največjega 164, 165, 274 v 227 tako se 166 preve tip 226, 156, juje čilo jajčnik 36 Shran sporo cija 155, 274 44, 61, . Človeški kario . fosfolipaza 59, 60, 172, 41, 42, 43, presnovi celic. v hčerinska genera kariogram 176, 178, 184, n beljakovine 36, 37, 40, jedrce 47, 53, ov – 22 173, 175 kot glikogen 169, 170, 171, aminokisli fosfolipid 19, n del kromosom ca 58, 59, 172, hčerinski celici polimerni obliki vsebuje 46 bolično aktive ov in jedrna ovojni nski celici. 230 264, 265, 273 104, 273 a 58, 50 škrob v rastli 187, 222, 229, Interfaza Meta lnih kromosom celica 103, em plazm 98, nespo 97, 178 kater živalski ali jedrna v 89, parov 175, 176, le eno a, X in Y. fosforilacija 58, 59 celičnega cikla, hčerinski jedri izem, ki ima kromosom ovine, 115 jedrna pora oba spolna Haploid Organ e 70, 71 svoje beljak fosilna goriva ni ali rdeči 273 192 64, hemiceluloz osomov v jedru sintetizira 58, 59, 60, jedrni genom 113, 114, 118, se Rumeni, oranž garnituro krom 52, 53, 54, 162, 255 fotoavtotrof juje DNA in ent, ki Karotenoid primer 113, 120, 273 pigm 49, 50, 51, na podvo hemofilija , 97, ki 217 47, kot 89, , raste 117, jedro intets cija 172, 173, 174, 31, celici 29, 30, fotofosforila oziroma v 162, 169, 171, pomožni fotos 273 riji. delitev. hemoglobin 67, 68, 72, 195, 198, 274 . 116, 118, 120, pripravi na celici ali bakte maščobah 67, 113, 114, 185, 191, 192, foton 113, 273 v spermijski heterotrof je topen v 165, 217, 224, 175, 176, 178, 231, 232, sestavljajo 104, 112, 113, 153, 157, 160, 216, 226, 230, organizem fotosinteza 118, 120 heterozigot Haploiden 199, 200, 207, barvila 116, 244 fotosintezna celice. 274 238, 239, 242, haploidne 22 24, 27 1 Šti rje
2 Bio loš
274
Na koncu učbenika Na koncu učbenika so slovarček z zbranimi in razloženimi ključnimi pojmi iz vsega učbenika, pa tudi odgovori na vprašanja iz posameznih poglavij. Učbenik sklenejo seznam uporabljene literature, viri slikovnega gradiva in stvarno kazalo.
fruktoza
24 galaktoza 226, 231, 273 gameta 223,
ovoj 274 hidratacijski 42, 142, 263, 33, 36, 41, hidrofoben
109 jogurt 108, 35 jojobin vosek
O avtorjih Avtorica in avtorja učbenika so redni profesorji na Univerzi v Ljubljani. Njihovo raziskovalno in strokovno delo je neposredno povezano z vsebinami, predstavljenimi v učbeniku. Vse tri povezuje dolgoletna skrb za izboljšanje naravoslovne pismenosti med slovensko mladino, ki se odraža v učbenikih, poljudnih knjigah, poljudnoznanstvenih in mladinskih revijah. Hkrati jih povezuje tudi ljubezen do narave, kateri namenjajo velik del svojega prostega časa. Marina Dermastia je biologinja, ki se ukvarja z molekulskimi raziskavami razvoja koruze in interakcij med rastlinami ter patogenimi mikroorganizmi. Napisala je prvo knjigo v slovenskem jeziku o biokemiji in zgradbi rastlin – številne fotografije iz knjige so vključene tudi v pričujoči učbenik. Kot članica uredniškega odbora National Geographic Slovenija, od začetka izhajanja v slovenskem jeziku, predstavlja vsebine, povezane z rastlinami. Podpisana je pod številnimi strokovnimi in poljudnimi članki o biologiji in molekulski biologiji rastlin. Leta 2006 je skupaj s Tomom Turkom prejela nagrado Prometej znanosti za odličnost v komuniciranju znanosti za gimnazijski učbenik Od molekule do celice Založbe Rokus Klett in leta 2010 priznanje Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani za najboljšo učiteljico na študiju mikrobiologije.
Radovan Komel je biokemik, začetnik molekulske biologije v slovenski biotehnologiji, pionir pri raziskavah genetskih bolezni na molekulski ravni v Sloveniji za potrebe genske diagnostike. Kot predsednik Prirodoslovnega društva Slovenije je tudi odgovorni urednik poljudnoznanstvene revije Proteus, v kateri objavlja poljudne članke s področja molekulske biologije. Za Založbo Rokus Klett je napisal srednješolski učbenik Genetika – od dvojne vijačnice do kloniranja. Za raziskovalne dosežke na področju biokemije in molekulske biologije je prejel državno nagrado, predhodnico današnjih Zoisovih nagrad, s prvo Lapanjetovo nagrado mu je dalo priznanje Slovensko biokemijsko društvo, francoska vlada pa mu je za sodelovanje na področju znanosti in kulture podelila naziv vitez Akademskih palm. Je pomorščak, velik ljubitelj narave, zavzet za ohranjanje naravne dediščine in njenih vrednot.
Tom Turk je biolog. Raziskuje toksine in biološko aktivne naravne spojine iz morskih organizmov. Je dolgoletni predsednik državne maturitetne komisije za biologijo, avtor dveh knjig o podvodnem svetu Jadranskega in Sredozemskega morja ter skupaj z ilustratorko tega učbenika, akademsko slikarko Marjanco Prelog, tudi pisec besedila v njeni knjigi Ambasadorji morja. Je soavtor še dveh osnovnošolskih učbenikov in gimnazijskega učbenika Založbe Rokus Klett Od molekule do celice, za katerega je skupaj z Marino Dermastia leta 2006 prejel nagrado Prometej znanosti za odličnost v komuniciranju znanosti. Od začetka izhajanja revije National Geographic v slovenskem jeziku je član uredniškega odbora revije, kjer je zadolžen za področji biokemije in morske biologije. Je potapljač, podvodni fotograf in pisec številnih poljudnih in strokovnih člankov, ki obravnavajo biologijo morja.
Založba Rokus Klett, d.o.o. Stegne 9 b, 1000 Ljubljana telefon: 01 513 46 00 telefaks: 01 513 46 99 e-pošta: rokus@rokus-klett.si www.rokus-klett.si
Založba Rokus Klett je članica Evropskega združenja šolskih založnikov (EEPG).