БИОЛОГИЈА ЗА 1. РАЗРЕД ГИМНАЗИЈЕ - 21164

Рецензенти

проф. др Јелка Црнобрња Исаиловић, Природно-математички факултет, Универзитет у Нишу

доц. др Ксенија Величковић, Биолошки факултет, Универзитет у Београду

Снежана Пешић, дипломирани биолог, Гимназија, Велика Плана

Уредник

Тамара Бајчета

Одговoрни уредник

др Татјана Костић

Главни уредник

др Милорад Марјановић

За издавача

др Милорад Марјановић, в. д. директора

Министар просвете, науке и технолошког развоја Републике Србије, решењем број 650-02-426/2020-03 од 3. 2. 2021. године, одобрио је овај уџбеник за издавање и употребу.

CIP – Каталогизација у публикацији Народна библиотека Србије, Београд

37.016:57/59(075.3)

ТРИФУНОВИЋ, Снежана, 1956Биологија : за 1. разред гимназије / Снежана Трифуновић, Анита Лазаревић, Драгана Цветковић ; [илустрације Ивона Крижак, Марко Јевремовић, Снежана Трифуновић]. - 2. изд. - Београд : Завод за уџбенике, 2021 (Земун : Бирограф). - 235 стр. : илустр. ; 27 cm Тираж 3.000. - Речник појмова: стр. 224-230. - Решења тестова: стр. 234-235. - Библиографија: стр. 231-233.

ISBN 978-86-17-20652-7

1. Лазаревић, Анита, 1962- [аутор] 2. Цветковић, Драгана, 1961- [аутор]

COBISS.SR-ID 52727817

ISBN 978-86-17-20652-7

© ЗАВОД ЗА УЏБЕНИКЕ, Београд (2021) Ово дело не сме се умножавати, фотокопирати и на било који други начин репродуковати ни у целини, ни у деловима, без писменог одобрења издавача.

ПРЕДГОВОР

Уџбеник Биологија за први разред гимназије намењен је ученицима првог разреда гимназије који биологију изучавају по важећем наставном

плану и програму.

Текст Уџбеника обухвата неколико поглавља. То су:

1. Биологија као природна наука,

2. Особине живих бића,

3. Биолошки макромолекули,

4. Ћелија – грађа и функција,

5. Ћелијска деоба и ћелијски циклус,

6. Филогенија и принципи класификације.

Редослед излагања градива у овом уџбенику у потпуности се поклапа

с редоследом наставних тема и наставних јединица у програму наведених

смерова, па га наставници могу користити у изради наставних планова.

У

Уџбенику основни текст прате слике, шеме, цртежи и табеле. Свака

лекција сажета је у сегменту под називом „Укратко”. Важне речи и појмови, подебљани у тексту, издвојени су са стране у односу на основни текст у сегменту „Кључне речи”. „Проверите научено” и „Задаци” чине питања за проверу знања научене лекције и задаци који подстичу ученике на истраживање и израду пројеката. На маргини се налазе „Додатни текстови”, који служе за допуну знања, а „Путоказ знања” упућује ученике на оно што су до сада научили или на оно шта ће научити у уџбенику.

У оквиру лекција налазе се и „Питања и задаци” за проверу знања. Занимљиви текстови могу се прочитати у „БИОзабавнику”. Ученици могу да провере колико су разумели теме решавањем тестова, који су на крају сваке теме, у сегменту „Проверите своје знање”. „Речник” и „Сајтови на

интернету за истраживање” налазе се на крају уџбеника, као и Решења

тестова и Литература.

Ауторке

САДРЖАЈ

БИОЛОГИЈА КАО ПРИРОДНА НАУКА

У овом поглављу стећи ћете знања о:

• биологији као науци;

• месту, улози и задацима биологије у систему

наука;

• појму научних теорија;

• научној методологији;

• утицају биологије на развој технологије;

• утицају биологије на свакодневни живот.

Биологија као природна наука

БИОЛОГИЈА КАО ПРИРОДНА НАУКА

Кључне речи

• основне науке

• природне науке

• примењене науке

• ћелијска теорија

• електронски

микроскоп

• теорија

еволуције

• закони

наслеђивања

• структура ДНК

• пројекат Хумани геном

Човек од давнина настоји да проучи свет око себе, да разуме његову при­

роду и да стечена знања употреби за сопствене потребе. Биологија проуча­

ва живот, у свим облицима, од једноћелијских организама микроскопске величине, попут бактерија, до организама огромних размера, попут кита (који садржи 1.000 билиона ћелија). Она пружа одговоре на питања ве­

зана за живи свет: како организми функционишу, како комуницирају са животном средином и како се током времена мењају. Заједничке особине по којима се жива бића разликују од неживог дела природе јасно су дефинисане: ћелијска грађа, реаговање на надражај, метаболизам, хомеостаза, раст и развиће, размножавање и еволуција.

Биологија је наука о животу. Сам назив ове науке је кованица настала

од две грчке речи: bios, што значи живот, и logos – учење, наука. Живи свет на планети Земљи обухвата милионе врста које ова наука

Подсетите се

које сте биолошке дисциплине до сада изучавали.

треба да разуме и објасни. Биолошка знања омогућавају да се схвати велика разноврсност и међусобна повезаност живих бића, како се она прилагођавају на различите услове у животној средини и како опстају. Биологија је природна наука која проучава и разјашњава грађу и функцију живих бића, њихово порекло, еволуцију, настанак и развој, њихову међусобну везу и прилагођеност животној средини. Зато се живот проучава на много различитих нивоа организације, почев од градивних биомоле­

кула, комуникационих електричних сигнала у мозгу, механичке контракције мишића, затим на нивоу организације ћелија, ткива и органа, нивоу јединке и популација, екосистемa и животне средине.

Жива бића су грађена од молекула који се владају према законима хемије, физике и физичке хемије, због чега се биологија сврстава у природне науке. Природне науке се баве изучавањем и разумевањем природних појава коришћењем научних метода.

Биологија, хемија и физика су основне (фундаменталне) природне науке. Међусобно су уско повезане. С обзиром на то да се у основи биолошких појава и процеса налазе физичке и хемијске реакције, тешко је раздвојити подручја истраживања ових на­

Слика 1.1. – Сликовни приказ повезаности фундаменталних природних наука: биологије, хемије и физике

Проучите слику 1.1 и објасните како изучавање неке ћелијске функције, нпр. контракција мишићне ћелије, обједињује знања из ове три науке.

ука. Повезаност постоји и с другим природним наукама, као што су биохемија, физичка хемија, геологијa и друге. Многе науке користе знања из основних природних наука. Те науке се заједнички називају примењене науке. У њих спадају медицина, фармација, пољопривреда, ветерина, архитектура, шумарство и др. Такође, за многе друштвене науке биологија представља извор основних научних информација. Тако су за области педагогије, психологије и андрагогије неопходна знања из генетике, физиологије, биологије развића.

На основу нивоа проучавања, то јест на основу величине онога што је предмет проучавања, биологија је подељена на основне дисциплине. То су: а) молекуларна биологија и биохемија, које проучавају жива бића на молекулском нивоу; б) ћелијска биологија, која проучава ћелијски ниво; в) хистологија, анатомија, морфологија и физиологија − проучавају

ткива, органе, органске системе и организме; г) биологија развића и генетика, које се баве настанком, развићем и

растом организама; д) систематика − проучава разноврсност организама и бави се њиховом класификацијом, сврставајући их у систем таксономских категорија;

ђ) еволуциона биологија − проучава порекло организама и њихово

прилагођавање условима средине; е) екологија – проучава везу и интеракцију живих бића са животном

средином.

С обзиром на развој науке и технологије и на развој човечанства у целини, сигурно ће се отварати многа друга поља, попут космичке биологије, чија ће сфера истаживања бити пут и боравак у свемиру и др.

Преглед основних биолошких открића

Историја биолошких истраживања почиње пажљивим посматрањем спољашње морфологије организама, а наставља се истраживањем функција и међусобних односа живих бића. Старогрчки филозоф Аристотел је заслу­

жан за успостављање посматрања и анализе као основних приступа науч­

ном истраживању.

Енглески научник Роберт Хук (1635–1703) први је, 1665. године, упо­

требио израз ћелија. Посматрајући пресек плуте под микроскопом уочио

је бројне коморице. Оне су га подсетиле на пчелиње саће, чије су комори­

це међусобно одвојене танким преградама и личе на манастирске собе –

ћелије. Назив ћелија задржао се до данас. Хук је, дакле, посматрањем до­

шао до сазнања. Посматрање се и данас користи као један од првих корака у научном истраживању.

После открића ћелије велики број научника наставља да ради на њеном

проучавању. Антон ван Левенхук је 1685. године под микроскопом посматрао и описао једноћелијске организме, а десет година касније и бактерије.

Објасните по чему се разликују Хуково и Левенхуково проучавање ћелија.

као природна наука

Са усавршавањем микроскопа обезбеђена је већа способност уве­

личања и истраживање ћелијске структуре. Немачки ботаничар Матијас

Шлајден (1804–1881) и зоолог Теодор Шван (1810–1882), независно један

од другог, поставили су 1839. године основу ћелијске теорије. По овој те­

орији, сва ткива, сви живи организми, били они биљни или животињски, састављени су од ћелија. Ћелије настају деобом постојећих живих ћелија и обављају све животне функције.

Слика 1.2. – Чарлс Дарвин (1809–1882) рођен је исте године када

је Ламарк објавио књигу у којој је дао прву теорију еволуције.

Макс Кнол и Ернс Руска су 1932. направили први електронски микроскоп, тако што су уместо стаклених ставили електромагнетска сочива кроз која, уместо светла, пролази сноп електрона. На тај начин је способност увеличања знатно повећана у односу на светлосни микроскоп и тиме је омoгућено истраживање делова ћелије, органела, унутрашње организације, које раније није било могуће видети. Француски природњак Жан Батист Ламарк је почетком 19. века дао прву целовиту теорију еволуције живог света на планети Земљи. Његова теорија, иако не сасвим тачна, утицала је на развој еволуционих мисли других научника, укључујући и Чарлса Дарвина. Главно дело Чарлса Дарвина, а истовремено једно од најважнијих дела у историји науке, јесте Постанак врста. У њему је Дарвин саопштио ставове о основним механизмима еволуције (природна селекција) и тиме поставио основе савременој теорији еволуције.

Постављање основних закона наслеђивања, за шта је заслужан Грегор Мендел, отац генетике, омогућило је развој генетике и разумевање механизама наслеђивања. Наслеђивање подразумева да су особине одређене генима (Мендел их је називао наследним факторима, јер се тада није знало за постојање гена). Приликом преношења с родитеља на потомство, гени се при настанку гамета прво раздвајају, а затим независно комбинују у процесу оплођења. Менделови закони се и данас примењују, уз одређене промене према савременим сазнањима у генетици.

Слика 1.3. – Биста Френсиса Крика с моделом ДНК

Додатни текст Нуклеотид је основна градивна јединица нуклеинских киселина.

У

биологији 20. века једно од најзначајнијих открића јесте разјашњење структуре ДНК. Џејмс Вотсон и Френсис Крик су дефинисали структуру ДНК у облику двоструке завојнице. Тиме су допринели данашњем разумевању генетике и синтезе протеина, молекула који су неопходни у функционисању ћелије и организма. Двадесет први век обележио је завршетак међународ­

ног пројекта Хумани геном. ,,Ишчитавањем књиге живота” утврђен је та­

чан редослед (тачна секвенца) око три милијардe база у ДНК, колико их се налази у геному човека. Одређивање тачног редоследа нуклеотида у ДНК од непроцењивог је значаја за развој не само биологије већ и других сро­

дних научних области.

Од 19. века до данас огроман број истраживања

допринео је много­

бројним открићима из биологије, па их је тешко све и поменути. Данас су

у великом успону молекуларна биологија и генетички инжењеринг.

Укратко

Биологија је наука о животу, о чему говори и сам назив ове науке, који је кованица од две грчке речи: bios – живот и logos – учење, наука. Биологија је природна наука која проучава и разјашњава грађу и функцију живих бића, њихово порекло, еволуцију, настанак и развој, њихову међусобну везу и прилагођеност животној средини. Биологија, хемија и физика су основне (фундаменталне) природне науке. Међусобно су уско повезане, а повезане су и с другим природним наукама. Многе науке користе сазнања из основних природних наука. Те науке се заједнички називају примењене науке. Историја биолошких истраживања почиње пажљивим посматрањем спољашње морфологије организама и наставља се истраживањем

функција и међусобних односа живих бића.

Проверите научено

Повежите научнике с њиховим открићима.

1 – Џејмс Вотсон и

Френсис Крик А – теорија еволуције

2 – Матијас Шлајден и

Теодор Шван Б – структура ДНК

3 – Грегор МенделВ – ћелијска теорија

4 – Чарлс Дарвин Д – закони наслеђивања

БИОзабавник

Дефинишите предмет истраживања биологије на основу примера из окружења.

Објасните однос биологије са другим наукама.

Објасните разлику између фундаменталних и примењених наука.

Ботаничар, лекар и зоолог Карл Лине (1707–1778) осмислио је систем именовања, рангирања и класификације организама, који се и данас користи. Његова колекција узорака биљака, животиња и минерала навела га је да осмисли начин груписања и именовања врста. Класификациону шему Лине је назвао Систем природе (Systema naturae) и у том систему жива бића је сврстао у два краљевства: животиње и биљке. Класификовао је укупно 7.700 биљних и 4.400 животињских врста и дао им називе. Његово биноминално именовање (номенклатура), којим врста има два латинска назива, од којих је прво име рода, а друго име описује врсту, и данас се користи. Ознака L. на крају научног назива врсте значи да јој је Лине дао име. Велики број биљних и животињских врста и данас носи ту ознаку.

Задатак

Истражите на интернету или у школској библиотеци три открића у биологији према сопственом

избору. Образложите:

– како је дошло до тих открића, шта је подстакло научнике да истражују; – у чему је њихов значај за науку и свакодневни живот човека; – зашто сте издвојили баш та открића.

Напишите кратак извештај и представите га на часу.

Биологија као природна наука

НАУЧНЕ ТЕОРИЈЕ

Кључне речи

• нау чна теорија

• нау чна метода

• експеримент

• систематично

посматрање

• истраживачко

питање

• хипотеза

• анализа података

Наука се заснива на доказима, а не на уверењима. У науци се реч теорија

користи сасвим другачије него у свакидашњем говору. Када неко каже да ,,има теорију” о нечему, то у већини случајева значи да се ради о нагађању.

Научне теорије су поуздана, добро проверена научна објашњења природ­

них појава која су резултат дуготрајних посматрања и података прикупље­

них из многобројних експеримената (научних метода).

Научна теорија почиње као идеја која треба да се докаже (хипотеза).

Пут доказивања хипотезе јесте организован, систематичан приступ, начин истраживања – научна методологија. Не постоји јединствена научна метода, али основни принципи и поступци су јединствени за све методе. Резултати и подаци из многих истраживања користе се за разумевање начина на који природа функционише и за развој научних теорија.

Научна теорија

Свака научна теорија мора бити заснована на пажљивом испитивању чињеница. У научној методологији постоји јасна разлика између чињеница које се могу посматрати и/или измерити и теорија. Теорије су научна објашњења чињеница на основу огромног броја запажања и експеримен­

талних података.

Научна теорија није крајњи резултат научне методе; теорије могу бити доказане или одбачене, баш као и хипотезе. Теорије се могу побољшати или допунити када се у науци долази до нових информација. Тако је Дарвинова теорија еволуције допуњена и унапређена сазнањима из молекуларне биологије и генетике, која у Дарвиново време нису постојала. Теорије су основа за унапређивање научних сазнања и за њихову практичну употребу. Научници користе теорије како би развили неки изум или пронашли лек за неку болест. Тако је пронађен антибиотик као лек против болести изазваних бактеријама.

Истражите како је Александар Флеминг пронашао антибиотик и како су Хауард Флори и Ернст Борис Чејн допринели лечењу бактеријских инфекција. Објасните како је научна теорија повезана с проналаском антибиотика.

Научна

Додатни текст Методологија је наука која се бави проналажењем метода, путева и начина научног истраживања.

Научну методу чине два основна елемента: одређено знање о природној

појави и методски поступак којим се може доћи до нових знања о тој поја­

ви. Да би се сазнало како функционишу живи организми, користе се

зличите методе. Основна методологија која се примењује у скоро свим природним наукама јесте експеримент.

И НАУЧНА МЕТОДОЛОГИЈА

методологија

Научне методе се користе у свим наукама (физици, хемији, психоло­

гији и др.), тако што научници постављају различита питања и врше ра­

зличита испитивања да би дошли до одговора на постављена питања. Иако

међусобно различите, све научне методе се заснивају на истом приступу

како би се пронашли логични одговори поткрепљени доказима. У већини

случајева научна метода је цикличан процес, јер резултат једног експери­

мента често постаје повратна информација за више других експеримената. Утврђен је јединствен редослед основних корака приликом истражи­

вања:

1. систематично посматрање, запажање и описивање природних појава;

2. формулисање истраживачког питања;

3. постављање хипотезе;

4. провера хипотезе (експериментом, систематичним прикупљањем великог броја података, мерењем и др.);

5. анализа резултата добијених експерименталном провером и извођење закључка;

6. објављивање резултата у научним круговима и јавности.

Слика 1.4. – Шематски приказ научне методологије

Биологија као природна наука

Научна метода углавном почиње систематичним посматрањем природних појава и њиховим описивањем, мада се то користи и током читавог истраживања.

На основу посматрања и описивања, које треба да спроводи више људи у научном тиму, долази се до објективних података о појави која се истражује.

Објасните зашто је за добијање објективних података у посматрању неке природне појаве потребно да учествује више људи.

После тога научници формулишу истраживачко питање (или питања) на које ће у даљим корацима покушати да одговоре. Ако желимо да утврдимо који фактори и како утичу на конкретну природну појаву, потребно je да формулишемо питање. Истраживачко питање мора да буде прецизно формулисано.

Следећи корак јесте постављање хипотезе. Хипотеза је претпоставка, објашњење узрока неке природне појаве. Она не мора да буде исправно објашњење већ објашњење које је могуће тестирати, проверити, како би се утврдило да ли јесте или није тачно. Провера хипотезе може да се врши у контролисаном експерименту или у природним условима, систематичним посматрањем, прикупљањем података, мерењима и сл. Контролисани експеримент је такав експеримент у коме се мења само један фактор (независна променљива или варијабла) за који се претпоставља да утиче на појаву (зависна променљива или варијабла) која се истражује. Остали фактори који могу да утичу на природну појаву која се истражује се не мењају (константни су).

Када је експеримент завршен, подаци се анализирају и изводи се закључак о томе да ли је хипотеза потврђена или није. Ако је хипотеза

потврђена, раде се додатни експерименти како би се она прецизније потврдила. Ако се утврди да хипотеза није тачна, онда се формулише нова хипотеза и поступак се понавља.

Резултати се саопштавају научној јавности у оба случаја, било да је хипотеза потврђена или није. Потврђену хипотезу проверавају и други научници. Резултати одбачених хипотеза се објављују да се оне не би беспотребно поново проверавале и тако губили време и новац. Наука се у

већини случајева заснива на потврђеним хипотезама које се стално проверавају. Хипотеза коју је потврдила научна јавност на основу непобитних доказа постаје теорија. У науци се и хипотезе и теорије, на основу нових научних сазнања, стално проверавају.

Пример научне методе за истраживање

клијавости семена биљака

Клијање семена биљака може да послужи као пример за објашњавање ко­

рака научне методе. Научници су пажљивим посматрањем и праћењем

дошли до закључка да на клијање семена утичу различити фактори

спољашње средине.

Истраживачка питања би могла да гласе:

– да ли је за клијање семена неопходно да дође до његовог бубрења?

који спољашњи фактори утичу на бубрење семена?

Будући да су познати зако­

ни осмозе (вода се креће кроз ће­

лијску мембрану из средине с

мањом концентрацијом у средину

с већом концентрацијом), хипоте­

за би могла да се формулише на

следећи начин: за бубрење семе­

на неопходно је да количина воде

у земљишту буде већа него у семе­

ну, како би семе упијало воду.

Зна се да на клијање семена

утичу и други фактори спољашње

средине, као што су температу­

ра, светлост, кисеоник и особи­

не земљишта (нпр. концентрација

соли). У контролисаном експери­

менту мења се количина воде у

земљишту, док се остали факто­

ри одржавају константним. Дакле, мењамо количину воде и меримо клијавост семена док темпера­

тура, светлост, кисеоник и соли у

земљишту одржавамо констант­

кисеоник светлост вода концентрација соли у земљишту

Слика 1.5. – На клијање семена утичу фактори спољашње средине.

ним. Тако долазимо до резултата, то јест до сазнања о томе колико је воде у земљишту потребно за добру клијавост семена.

На основу експеримента доказана је хипотеза да семе бубри када се у земљишту налази већа количина воде од оне у самом семену.

У истраживачком поступку клијавости семена поставите другачију хипотезу и проверите је у експерименту. Анализирајте резултате и изведите закључак.

Биологија као природна наука

Укратко

Научна теорија почиње као идеја која треба да се докаже (хипотеза). Пут доказивања хипотезе јесте организован, систематичан приступ, начин истраживања – научна методологија. Не постоји јединствена научна метода, али основни принципи и поступци су јединствени за све методе.То су: систематично посматрање и описивање природних појава; постављање истраживачког питања; формулисање хипотезе; провера хипотезе, експериментом или на други начин; анализа резултата добијених експерименталном провером; извођење закључка о томе да ли је хипотеза потврђена или није; објављивање резултата у научним круговима и јавности. Хипотеза коју је на основу непобитних доказа потврдила научна јавност постаје научна теорија. У науци се и хипотезе и теорије, на основу нових научних сазнања, стално проверавају.

Проверите научено

Наведите исправан редослед корака који се примењују у научној методи.

Дефинишите научну методу.

Употребите појмове посматрање, хипотеза и експеримент у истој реченици.

Објасните везу између хипотезе и научне теорије.

Суштински вид научног истраживања јесте рад научника који раде заједно, често у истраживачким тимовима или једноставно деле резултате истраживања с другим научницима. Резултати истраживања се објављују или се истраживање представља у научним часописима. Интернет омогућава брзу размену података и њихову општу доступност. Дељење информација омогућава другима који раде независно да верификују налазе или да наставе рад на утврђеним резултатима. Сарадња међу научницима у вези с њиховим методама и резултатима истраживања помаже у спречавању неискрености и пристрасности у науци. Истраживачки радови се објављују у научним часописима у писаном и/или електронском облику. Типични истраживачки рад има четири дела. Први део је увод, у коме се постављају питања и хипотезе које треба истражити. Следећи део су материјали и методе, у којем се описује како су истраживачи спровели експеримент. У трећем делу се саопштавају резултати експеримента. Завршни део је дискусија, у којој се објашњава значај експеримента, као и правац даљег истраживања.

Спроведен је оглед у коме су изоловане животињске ћелије у епрувети изложене дејству

детерџента за судове. Ћелије су угинуле. Да ли се на основу тога могу извести следећи

закључци: детерџент за судове убија ћелије; детерџент је лек за карцином? Образложите свој одговор.

Лабораторија за биолошка

БИОзабавник

истраживања

Примените научну методу у истраживању алкохолног врења. Подсетите се шта сте до сада научили о

алкохолном врењу (шта се разлаже, у којим условима се врење врши, који су производи тог процеса).

Желимо да сазнамо који организми имају способност да врше врење и формулишемо истраживачко питање: који живи организми могу да врше врење шећера?

Постављамо хипотезу: врење врше квасци.

Материјал потребан за оглед: две пластичне флаше са затварачима, сок од грожђа, комадић квасца и термометар.

Поступак

(Упозорење: постепено отворите флаше како се накупљени угљен-диоксид не би нагло ослободио и с њиме и садржај флаше.)

Сипајте у флаше по 100 ml сокa од грожђа. У једну од њих додајте комадић уситњеног квасца и добро промешајте како би се ћелије квасца распршиле у соку. Флашу без квасца обележите бројем 1, а ону с квасцем бројем 2. Измерите температуру у обе флаше и затворите их. Држите их на собној температури. Мерите температуру у флашама на сваких осам сати током два дана (48 сати). Податке мерења унесите у графиконe 1 и 2, који одговарају обележеним флашама. (Графикон можете да направите на милиметарском папиру или у електронској форми на часу информатике и рачунарства. Упоредите криве у графиконима.

Графикон 1 Графикон 2

На часу упоредите своје резултате с резултатима других ученика у разреду. Анализирајте на часу добијене резултате огледа.

Задатак

Истражите да ли има разлика између значења термина теорија у биологији и у свакодневном животу. Анализирајте податке коришћењем литературе из историје науке, интернета и коришћењем ИКТ. Разговарајте на часу о резултатима истраживања.

Примена научнe методe у истраживању алкохолног врења

Биологија као природна наука

УТИЦАЈ БИОЛОГИЈЕ НА РАЗВОЈ ТЕХНОЛОГИЈЕ И НА СВАКОДНЕВНИ ЖИВОТ ЉУДИ

Кључне речи

• технологија

• проблеми

савременог света

• традиционална

биотехнологија

• молекуларна

биотехнологија

Биолози истражују појаве које утичу на човека и његов начин живота.

Проучавају која храна је здрава, колико човек треба да вежба како би био

здрав, како може да се разболи и друго. Човек примењује биолошка знања у животу тако што, на пример, сваког дана бира врсту хране. Свакодневно

су новине, телевизија и интернет препуни биолошких информација: о за­

гађењу животне средине, о томе како загађење утиче на здравље, о новим технологијама које се користе у биологији у сврху лечења, повећању производње хране и другим. Биолошка знања се користе за решавање друштвених проблема (нпр. наркоманије, алкохолизма) и за објашњење појава у свакодневном живо­

ту људи. У основи примене тих знања јесте жеља човека да буде здрав и

да живи дуго.

Наука и технологија

Технологија је наука о вештинама и занатима чија је сврха прерада природних сировина за људску употребу. Научним истраживањима се долази до објашњења природних појава. Производи примене тих знања су обично неке технологије. То могу да буду различити уређаји (рачунари, роботи, аутомобили и др.), индустријски производи, гајење биљака и животиња, прерада хране, производња лекова и још много тога. С друге стране, напредак технологије често доприноси развоју научних сазнања (нпр., светлосним микроскопом дошло се до сазнања о ћелији).

савременог света

Основни услови за живот, енергија, храна и вода, од пресудног су значаја не само за квалитет живота људи већ и за опстанак човечанства. Неки од

горућих проблема савременог света које наука треба да реши јесу: – потрошња енергије коришћењем необновљивих извора,

– климатске промене, – безбедност хране и – несташица воде за пиће.

Подсетите се шта сте до сада научили о наведеним глобалним еколошким проблемима. Истражите која могућа решења нуде савремена наука и технологија. Разговарајте о томе на часу.

Проблеми

Биотехнологија – технологија заснована на биологији

Биотехнологија је научна дисциплина која проучава и користи живе орга­

низме у циљу стварања неког производа или за прибављање различите ко­

ристи од тих организама за човека. Дели се на традиционалну и савремену Традиционална биотехнологија обухвата оплемењивање биљака и

домаћих животиња, коришћење микроорганизама за производњу хране (нпр. сира, јогурта) и пића (нпр. пива, вина) и др. Савремена, молекулар­

на биотехнологија заснива се на техникама генетичког инжењеринга који­

ма се стварају ,,биолошке фабрике” (нпр. овце чије млеко садржи проте­

ине за лечење болести људи), преносе гени из једног организма у други (ГМО) и др.

Молекуларна биотехнологија је значајна за

производњу хране, различите врсте индустрије (добијање енергије и сировина), решавање еко­

лошких проблема (употреба секундарних сировина у индустрији, пречишћавање отпадних

вода и др.), у научним истраживањима, као и другим областима људске делатности. У меди­

цини је значајна у области здравствене зашти­

те јер омогућава производњу нових антибиоти­

ка, вакцина, лекова, дијагностичких средстава.

Овом технологијом се унапређује пољопривред­

Слика 1.6. – Апарат за магнетну резонанцу, дијагностичку методу приказа стања органа и унутрашњости организма

на производња тако што се добијају ђубриво органског порекла, сточна

храна, мање опасни пестициди и сл.

Молекуларна биотехнологија нуди велике могућности у производњи

хране, које, међутим, могу бити колико позитивне толико и негативне. Од

научника се тражи одговор на питање да ли је генетички модификова­

на (ГМ) храна штетна по здравље људи, животиња и животну средину. Од

посебне важности је да се испоштују све законске процедуре рада с гене­

тички модификованим организмима (ГМО) и да се спроведу све неопходне провере пре њиховог пуштања у производњу и употребу. На тај начин ризици од испољавања негативног деловања ГМО биће сведени на минимум.

Истражите које се генетички модификоване (ГМ) биљке најчешће користе у људској исхрани.

Међу најновијим проналасцима

свакако је тродимензионални биоштампач. Ова маши­

на штампа људска ткива у три димензије. За сада су

Слика 1.7. – Модел срца направљен тродимензионалним (3D) штампачем

технологије

Биологија као природна наука

то једноставна ткива, попут крвних судова, која опстају веома кратко. У будућности ће бити могуће штампање било ког органа. Тиме ће се решити проблем недостатка органа за трансплантацију и спасти животи многих људи.

Укратко

Технологија је наука о вештинама и занатима чија је сврха прерада природних сировина за људску

употребу. Научним истраживањима се долази до објашњења природних појава. Производи примене тих

знања су обично неке технологије. Биотехнологија је научна дисциплина која проучава и користи живе организме у циљу стварања неког производа или за прибављање различите користи од тих организама за човека. Дели се на традиционалну и савремену. Молекуларна биотехнологија је значајна за производњу хране, различите врсте индустрије (добијање енергије и сировина), решавање еколошких проблема (употреба секундарних сировина у индустрији, пречишћавање отпадних вода и др.), у научним истраживањима, као и другим областима људске делатности. Међу најновијим проналасцима технологије свакако је тродимензионални биоштампач, машина која штампа људска ткива у три димензије.

БИОзабавник

ГМО се могу користити за добијање нових материјала, као што је, на пример, „биочелик”. Овај материјал добијен је из млека ГМ козе којој је уграђен ген паука одговоран за стварање свилених влакана. Из млека таквих коза издвајају се свилена влакна, упредају се и тако настаје биочелик, који је чврст, лаган и растегљив. Једна трансгена коза може дневно да створи 7 g свилених влакана. Због таквих особина биочелик је могуће употребити за израду вештачких тетива и кукова, као и у астронаутици, војној индустрији и др.

Проверите научено

Дефинишите биотехнологију.

Опишите како биолошка знања утичу на свакодневни живот људи.

Опишите бар један начин на који биологија утиче на развој људског друштва.

Објасните узајамни однос науке и технологије.

Замислите да радите у Министарству здравља Србије. Треба да расподелите одређена финансијска средства за истраживања у молекуларној биологији. Истраживања треба да се спроведу у

три области:

– развој ГМО, – развој нових вакцина и – развој нових антибиотика.

Како бисте расподелили новац? Образложите своју одлуку на часу и разговарајте о тој теми.

Задатак

Заокружите слово испред тачног одговора.

Која од наведених тврдњи није тачна?

а) Хипотеза је претпоставка о узроцима неке природне појаве.

б) Хипотеза је исто што и научна теорија.

в) Хипотеза је објашњење које је могуће проверити у контролисаном експерименту.

г) Хипотеза не мора да буде исправно објашњење природне појаве.

Заокружите слово испред тачне тврдње.

Примењеним наукама припадају:

а) медицина и биологија, б) фармација и медицина, в) пољопривреда и хемија, г) ветерина и биологија, д) биологија и хемија.

Заокружите слово испред тачне тврдње.

Научници који су изумели електронски микроскоп су: а) Макс Кнол и Ернс Руска, б) Хук и Левенхук, в) Матијас Шлајден и Теодор Шван, г) Џејмс Вотсон и Френсис Крик.

Повежите научне дисциплине биологије с нивоима њиховог проучавања.

а) хистологија

б) систематика

1. молекули

2. ткива

3. организација живих бића г) биохемија

в) анатомија

4. органски системи и организам

5. ћелија

Уписивањем бројева од 1 до 7 поређајте по реду кораке научне методе, од првог до последњег. хипотеза, анализа, експеримент, истраживачко питање, посматрање, закључак, објављивање резултата

У табели су дати подаци о количини CO2 у атмосфери и просечној годишњој температури. Објасните како количина угљен-диоксида утиче на промену температуре ваздуха.

Година

Количина СО2 у атмосфери

Просечна годишња температура у °С

ОСОБИНЕ ЖИВИХ БИЋА

У овом поглављу стећи ћете знања о:

• живим системима;

• заједничким особинама живих бића;

• нивоима организационе сложености и организационим ступњевима живих организама;

• хемијском саставу живих бића.

ЖИВА БИЋА СУ ЖИВИ СИСТЕМИ

Жива бића представљају системе који су организовани и функционишу

по истим законима као сваки систем у универзуму. Живот је нераскиди­

во повезан са неживом природом и без ње не би могао да постоји. Систем

је уређени скуп међусобно повезаних елемената. Он поседује особине које

се разликују од особина његових елемената, и може се посматрати као це­

лина у односу на околину.

Слика 2.1. – Нивои организованости материје у системима: (а) систем субатомских честица; (б) живи систем Volvox aureus; (в) звездани систем

Систем је, на пример, атом, молекул, ћелија, популација, екосистем, биосфера, Сунчев систем, галаксија, а системи су и различите машине. Више информација пронађите на следећим сајтовима: http://www.dr-ralf-wagner.de/Bilder/ Volvox-aureus-DF.jpg и https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/hubblelooks-at-leda-89996.

Сваки систем поседује:

1) елементе,

2) везе између елемената и

3) границу.

Елементи су материјална основа система и могу бити, на пример, атоми, молекули, предмети, живи објекти, процеси итд. Елементи система међусобно су повезани тако да остварују нова својства, различита од својстава појединих елемената. Систем има границу која га одваја од околине. Физичка граница система може бити стварна или замишљена.

Блок мотора, мембрана ћелије, наша кожа – то су све примери систе­

ма са стварним физичким границама

Екосистем или Сунчев систем јесу примери система са замишљеним

физичким границама.

Околина система је све оно што је ван њега. Универзум, или универ­

зални систем, чини систем са околином.

Кључне речи

• жива бића

• систем

• околина система

• универзум

• живи систем

• одржавање динамичке равнотеже

• биокатализатори

• генетичке информације

Додатни текст

Oсобине заједничке свим системима изучава систематологија. Реч систем је грчког порекла и значи састављено из делова.

a) б) в)

Додатни текст

Реч универзум

води порекло из латинског језика (universum од unus (један) + versus (окренут, наспрам)) и значи:

све ствари, као целина, претворене

или комбиноване

у једно. У астрономији означава јединство свеукупне материје, енергије и простора.

Системи могу бити елементи

другог система. На пример, моле­

кул H2O jе систем који као елемен­

те има два атома водоника и атом

кисеоника. Везе између ових еле­

мената у молекулу дају нова свој­

ства овом систему, која се разли­

кују од појединачних својстава

водоника и кисеоника. Молекули

H2O међусобно се повезују и дају

воду, која има својства различита

од појединачног молекула H2O.

У

односу на састав, систем

може бити хомоген и хетероген.

Хомоген систем у свим дело­

вима има исте особине или се те

СИСТЕМ

ОКОЛИНА елемент система

граница система

везе између елемената система

Слика 2.2. – Систем + околина = универзум

особине континуирано (равномерно, без прекида) мењају у свим делови­

ма. Пример су гасови и чисте течности.

Хетероген систем нема исте особине у свим деловима или се особи­

не нагло мењају, то јест, особине су различите од дела до дела система. Хе­

терогени систем може да се састоји из хомогених делова. Пример за хетерогени систем су течности које се не мешају, као што су уље и вода. Живи системи (организми) су хетерогени системи.

По броју елемената и сложености веза систем може бити: прост, сложен и компликован.

Прост систем има мали број елемената повезаних на једноставан начин, који се може описати.

Сложени систем има велики број сложено повезаних елемената.

Компликован систем има велики број елемената и сложених веза и не може се тачно описати. Организам (живи систем) јесте пример веома

компликованог система.

Систем са околином може да размењује материју и енергију кроз границе система. Могућност размене зависи од степена пропустљивости границе система. Према степену пропустљивости границе, систем може бити: отворен, затворен и изолован. Отворени системи размењују енергију и

материју са околином. Затворени системи размењују само енергију са околином. Изоловани системи не размењују ни енергију ни материју са околином. Идеално изолован систем не постоји.

У природи су сви системи отворени, размењују енергију и материју

између појединих својих делова или са околином. Уобичајено је да се под

називом материја подразумева само оно што има масу. Иако материја по­

дразумева и масу и енергију, употребљаваћемо појмове материја (за све што има масу) и енергија

Живи системи

Живи системи су уређени системи који захтевају енергију за одржавање

своје уређености. Живи систем одржава своју уређеност на рачун по­

већања неуређености околине.

Живи систем је отворен, самоорганизован изотермални систем биомолекула. У њему су сви процеси прецизно повезани и регулисани ензимима (биокатализаторима), које сам синтетише. Живи систем је „хемијска машина” која, процесима циклуса енергије, „извлачи”, претвара и складишти део слободне енергије хемијских реакција.

Живи систем поседује наследни материјал, који се умножава и пре­

носи информације на основу којих се тај систем одржава, прилагођава условима околине, саморепродукује, адаптира и на основу којих еволуира.

Грађа живих система

Живи системи су веома сложене молекулске грађе. Молекули живих система називају се био­

молекули и грађени су од истих хемијских елеме­

ната као и нежива материја. Сви биомолекули, сви процеси унутар живих система и сваки рад који врше живи системи подлежу истим физичким и хемијским законима који описују и понашање неживе материје.

Живи системи поседују границу и могу да се посматрају као целина у односу на околину, с којом комуницирају. На пример, амеба је ограничена и заштићена ћелијском мембраном, а људско тело кожом.

Живи системи су хетерогени системи са сложеним везама између елемената система. Садрже мноштво биомолекула, прецизно повезаних и

организованих у подсистеме. У оквиру ћелија по­

стоје бројни унутарћелијски делови, а у сваком од

њих постоје молекуларни системи. У оквиру на­

шег тела, као система, постоје ћелије, ткива и органи, као подсистеми.

Слика 2.4. – Амеба (Amoeba proteus). Ћелијска мембрана амебе је граница која амебу као живи систем одваја од околине и преко које она комуницира са околином.

Шта омогућује рад „хемијске машине”?

Активности у свим деловима система, од микроскопског до макроскопског, савршено су организоване и сви ти делови, тако усаглашени, чине организам. Већ смо нагласили да живи системи имају способност да приме, трансформишу и ускладиште енергију из околине. Енергија је неопходна за

изградњу и одржавање система, као и за сваки рад који систем врши (меха­

нички, хемијски, осмотски и електрични).

Уређеност живог система

Живи систем одржава своју уређеност на рачун повећања ентропије (неуређености) околине. Такође, константно захтева енергију за одржа­

вање своје уређености. Ентропија је мерило неуређености система. Про­

цеси унутар живог система одвијају се у циклусима, као кружни процеси, тако да систем пролази кроз низ стања и враћа се у почетно стање. Смисао циклуса је одржавање динамичке равнотеже

Повећање ентропије околине на примеру оксидације глукозе

Живи систем добија енергију оксидацијом глукозе помоћу кисеоника (O2), који преузима из околине. Слободну енергију, ослобођену у овој реакцији, живи систем користи за одржање своје уређености. Крајњи производи ове реакције, CO2 и H2O, враћају се у околину. Последица овог процеса јесте повећање ентропије околине, док живи систем остаје у стању динамичке равнотеже.

Промена агрегатног стања такође указује на повећање ентропије

околине. Молекули супстанце у чврстом агрегатном стању су уређенији, имају мању ентропију, од молекула супстанци у течном и гасовитом агрегатном стању (највећа ентропија).

Процес оксидације глукозе може да се прикаже следећом једнакошћу: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O.

Живи систем је „хемијска машина”.

Живи систем врши рад на константној температури, при константном

притиску и константној запремини.

Грађа и процеси унутар живог система веома су осетљиви на промене температуре. Биомолекули су стабилни и функционални на само одређеној температури и при одређеној pH вредности. Такође, запремина

и притисак не смеју се мењати. Зато живи систем не може да обавља животне процесе преносом и трансформацијом топлотне енергије, попут то­

плотне машине.

Хемијске реакције унутар живог система одвијају се на температу­

рама знатно нижим од 100°C (код човека на 36–37°C), при атмосферском

притиску и у скоро неутралној средини (pH приближно 7). У таквим ус­

ловима хемијске реакције не би могле да се одвијају без биокатализатора,

то јест, ензима. Ензим је специфичан, а то значи да делује само на једно

једињење или серију сличних једињења – супстрата. Осим тога што омогућују хемијску реакцију, ензимски катализоване реакције одвијају се вео­

ма великом брзином и без отпадних продуката. Из хемијске реакције ен­

зим излази непромењен и у новом циклусу каталише хемијску реакцију.

Ензимске реакције су међусобно повезане, тако да продукт једне реакције

може бити супстрат за други ензим: А→Б→В→Г. У зависности од потребе, реакције и не морају да буду повезане: А→Б В→Г.

Живи систем складишти (депонује) енергију

Сам ток енергије у живом систему не би имао смисао ако се део енер­

гије не би сачувао. У живим системима слободна енергија (ΔG), ослобође­

на из хемијских реакција, користи се за биосинтезу аденозин­трифосфа­

та (ATP­a), који је основни енергетски биомолекул. Живи

систем, по потреби, разграђује ATP, а ослобођену хемијску

енергију користи за све врсте рада: за синтезу биомоле­

кула, за механички рад, за транспорт кроз мембрану итд.

При томе ATP се разграђује на ADP и Pi (неоргански фосфат), који поново улазе процесе биосинтезе ATP­a. Живи систем везује слободну енергију (ΔG) хемијских реакција у молекулу ATP­a. Ту енергију молекул ATP­a ослобађа у процесима у којима је она потребна.

ATP је главни посредник енергетског метаболизма јер повезује процесе који дају енергију с процесима којима је она потребна.

Живи систем поседује, умножава и преноси информацију о својој уређености

ATP ADP Pi

ПРОТОК ЕНЕРГИЈЕ

ADP + Pi + ΔG →ATP + H2O

Слика 2.5. – Упрошћени приказ енергетског циклуса живих система

Живи системи, организовани на нивоу ћелије и организма, поседују дуге биомолекуле (макромолекуле). Они садрже информације на основу којих

се они сами прецизно умножавају и на основу којих се образују сви остали елементи живог система, обезбеђује његова уређеност и јединство грађе и функције. Савршено просторно организовани макромолекули су ланци дезоксирибонуклеинских киселина (ДНК) и рибонуклеинских киселина (РНК). Информације које носе ДНК и РНК молекули називају се генетичке информације

Многе бактерије имају скоро исту величину, облик и унутрашњу

грађу као бактерије које су живеле пре скоро четири милијарде година.

Ова особина ДНК омогућава да се живи систем одржава и прилагођава

условима околине, да се саморепродукује, адаптира и да еволуира. Репро­

дукција је најзначајнија особина живог система коју неживи системи не

поседују.

Особине живих бића

Укратко

Живи системи су изграђени од истих хемијских елемената као и нежива материја. Молекули од којих

су они изграђени називају се биомолекули. Живи системи су хетерогени и имају границу. Они су уређени системи који одржавају своју уређеност на рачун повећања неуређености (ентропије) околине. Да би одржали своју уређеност неопходна је енергија. Они имају способност да приме, трансформишу и ускладиште енергију. Енергија ослобођена из хемијских реакција користи се за биосинтезу аденозин-трифосфата (ATP-a), који је основни енергетски биомолекул. Сви процеси унутар живог система одигравају се на константној температури и при константном притиску у присуству биокатализатора (ензима).

Живи системи садрже наследни материјал – ДНК, који носи генетичке информације на основу којих се они сами прецизно умножавају и на основу којих се образују сви остали елементи живог система. ДНК омогућава да се живи систем одржава и прилагођава условима околине, да се саморепродукује, адаптира и да еволуира.

Проверите научено

Како називамо молекуле који су саставни

делови живих система?

Наведите особине ензима.

Како живи систем користи енергију?

Која је улога наследног материјала?

Заокружите слово испред нетачне тврдње.

а) Живи систем је затворен систем, с јасно израженим границама.

б) Живи системи могу да преводе материју и енергију из једног облика у други.

в) У живим системима ослобођена енергија из хемијских реакција користи се за синтезу АТР-а.

Задатак

Допуните реченицу уписујући одговарајућу реч.

Основни енергетски биомолекул у организму је

Заокружите слово Т ако је тврдња тачна или

Н ако тврдња није тачна.

а) Ензими су биокатализатори. Т Н

б) Ензими делују на собној температури.

Т Н

в) Ензими имају специфично дејство. Т Н

г) Све претходне тврдње се односе на ензиме. Т Н

Објасните шта је ентропија.

2.6. – Повећање ентропије околине приликом

глукозе

На основу слике закључите како се ентропија околине повећала приликом оксидације глукозе. Колико молeкула глукозе и колико молекула кисеоника улази у реакцију оксидације глукозе? Колики је укупан број молекула који из околине улази у реакцију? Наведите који молекули излазе из реакције (враћају се у околину). Колико молекула излази из реакције? Колико укупно молекула улази у реакцију, а колико је молекула који излазе из реакције?

НИВОИ ОРГАНИЗАЦИЈЕ ЖИВИХ СИСТЕМА

Први живи системи су се развили пре око четири милијардe година. Као

и све остало у нама познатом универзуму, грађени су од материје, органи­

зовани као отворени системи и функционишу у складу са свим физичким

и хемијским законима као и остала материја. Од првобитних живих си­

стема до данас се развило мноштво организама. У сагледавању нивоа ор­

ганизованости живих система треба имати у виду да је живи систем отво­

рен систем и да комуницира са околином. Та комуникација је двосмерна – околина утиче на развој живог система, а живи систем мења околину.

Живи систем организован на

Молекули који граде организме су хемијска једињења угљеника и нази­

вају се биомолекули. У састав биомолекула улазе атоми 27 од око 90 хе­

мијских елемената нађених у природи. У организмима је, међутим, у зна­

чајним количинама присутно само 11 елемената.

Молекули су грађени од атома повезаних хемијским везама. Атом

је најмања честица материје која задржава своја хемијска и физичка својства. Атоми граде све супстанце (хемијске елементе и једињења). Ако се молекул састоји од истих атома, назива се молекул елемента (хемијски елемент). Ако се састоји од различитих атома, назива се молекул једињења (хемијско једињење).

Основни градивни елемент биомолекула је угљеник. Разноврсност биомолекула у живим системима заснива се на хемијским особинама ато­

ма угљеника.

Атом се састоји од позитивно

наелектрисаног језгра и негативно

наелектрисаних електрона. Језгро

се састоји од неутралних неутро­

на и позитивних протона, које на

окупу држе нуклеарне силе. Елек­

трони се крећу око језгра по тачно

одређеним путањама, електрон­

ским орбиталама. Што је орбитала

удаљенија од језгра, поседује виши

ниво енергије. Електрони одређују

хемијска својства атома.

Кључне речи

• живи систем

• биомолекули

• атоми

• макромолекули

• супрамолекулске структуре

• органеле

• прокариотска

ћелија

• еукариотска ћелија

молекулском нивоу

Слика 2.7. – Атом угљеника C12

Додатни текст интермедијери – метаболички међупроизводи

Хијерархија у организацији биомолекула

Ћелија за изградњу биомолекула, помоћу којих гради и одржава свој систем, користи мале молекуле из околине (прекурсоре). Својом активно­

шћу усложњава биомолекуле до градивних блокова, макромолекула, сложених молекулских структура (супрамолекулске структуре) и органела.

Неки од примера Нивои организације у ћелији

Органеле

Супрамолекулске структуре Макромолекули

једро митохондрије хлоропласти Голџијев апарат

хромозоми рибозоми ензимски комплекси контрактилни системи микротубуле

нуклеинске киселине протеини полисахариди липиди

Градивни блокови Метаболички интермедијери Прекурсори из средине

нуклеотиди амино-киселине моносахариди масне киселине + глицерол

пируват оксалат цитрат малат изоцитрат

Ћелија као основни ниво организације организма

Сви данашњи организми имају ћелијску грађу. По броју ћелија организме

делимо на једноћелијске и вишећелијске. Већина организама су једноће­

лијски организми, а то значи да су грађени само од једне ћелије. По грађи, ћелије делимо на прокариотске и еукариотске. Сви организми који имају прокариотски тип ћелије су једноћелијски, а то су бактерије и архее. Орга­

низми који имају еукариотски тип ћелије могу бити једноћелијски или ви­

шећелијски, а то су сви остали организми.

Прокариотска ћелија истовремено је и организам. Прокариотски

организми су најсличнији првобитним живим системима. Микроскопске

су величине – нису видљиви голим оком. Њихова основна одлика је да

немају једро, а наследни материјал, у виду циркуларне ДНК, налази се у цитоплазми. Размножавају се једноставном деобом (бинарном фисијом). Неки прокариоти могу да живе и без присуства кисеоника (анаеробни организми).

Еукариотска ћелија може бити самосталан, једноћелијски организам, а у вишећелијским организмима представља јединицу грађе и функције. Еукариотска ћелија је много већа од прокариотске, може бити веома различитих облика и сложеније је унутрашње грађе. За разлику од

прокариотске ћелије, еукариотска ће­

лија поседује једро, у коме се нала­

зи ДНК. Једро је одвојено од цито­

плазме са две мембране, а ДНК је организована у структуре које називамо хромозоми. У процесу размно­

жавања ћелије еукариота се деле митозом или мејозом. Размножавање једноћелијских еукариота је деоба ће­

лије, док је код вишећелијских веома

разноврсно и сложено. Сви еукариот­

ски организми су аеробни – не могу

да живе без присуства кисеоника. Организми (живи системи) међусобно су и с неживом природом (околином) организовани у системе вишег реда. Ћелије вишећелијских организама разликују се по облику, положају, грађи и функцији. Ћелије исте грађе и функције образују ткива. Ткива граде органе, а органи граде системе органа. Јединке једне врсте (живи систем) које настањују неки простор (околину) међусобно могу да се укрштају и чине систем који се назива популација. Популације различитих организама образују животну заједницу, биоценозу. Сва жива бића која живе на једном станишту, међусобно повезана с неживом природом, чине екосистем. Сви организми и сав простор који они насељавају чине биосферу, део наше планете у коме се одвија живот.

Слика 2.8. – Прокариотска и еукариотска ћелија: (1) микрографија бактерије Escherichia, (2) епителне ћелије човека. У центру ћелија види се једро.

Особине живих бића

ћелија

организам

популација биоценоза

ћелијска органела

Слика 2.9. – Хијерархија у организацији живих система од атома до биосфере Сви организми воде порекло од заједничког претка. Заједничко порекло организама види се у грађи кључних биомолекула. Градивни блокови информационих макромолекула идентични су у свим организмима. Сви организми садрже протеине грађене од истих 20 амино­киселина и нуклеинске киселине (ДНК и РНК) грађене од истих пет нуклеотида.

Укратко

Живи системи су организовани на молекулском нивоу. Молекули који их изграђују називају се биомолекули. Основну јединицу грађе биомолекула чине атоми угљеника. Ћелија својом активношћу усложњава биомолекуле до градивних блокова, макромолекула, сложених молекулских структура (супрамолекулских структура) и органела. Ћелија је основна јединица грађе и функције свих живих бића. Организми могу бити једноћелијски и вишећелијски. Код вишећелијских организама ћелије исте грађе и функције образују ткива, која граде органе, а органи граде системе органа. Јединке једне врсте (живи систем) које настањују неки простор (околину) међусобно могу да се укрштају и чине систем – популацију. Популације различитих организама образују животну заједницу, биоценозу. Сва жива бића која живе на једном станишту, међусобно повезана с неживом природом, чине екосистем. Сви организми и сав простор који они насељавају чине биосферу, део наше планете у коме се одвија живот.

Проверите научено

Заокружите слово испред тачне тврдње.

а) Биомолекули су сви молекули који улазе у састав живих бића.

б) Угљеникови атоми који изграђују биомолекуле повезани су ковалентним везама.

в) Једињења угљеника која имају исту молекулску формулу увек имају исту структурну формулу.

г) Све претходно наведене тврдње су тачне.

Задатак

Поређајте у растући низ следеће нивое организације организама: биоценоза, орган, екосистем, ткиво, ћелија, систем органа, популација, организам.

Објасните тачност дате тврдње. Прокариотске ћелије истовремено су и организми, док су еукариотске ћелије увек јединице грађе и функције вишећелијског организма.

Атоми су у молекулу повезани хемијским везама које су резултат привлачења супротних наелек-

трисања или дељења електрона.

Слика 2.10. – Хемијске везе у различитим молекулима: а) у молекулу кухињске соли (Na+Cl-), б) у молекулу воде (H2O) и в) у раствору кухињске соли Одредите тип хемијских веза приказаних на слици 2.10. Истражите: а) која веза настаје као последица привлачења супротних наелектрисања атома; б) које везе су присутне у биомолекулима, који учествују у грађи организама; в) које везе учествују у стварању међумолекулских веза у живим системима.

a) б) в)

Кључне речи

• хомеостаза

• екстрецелуларна течност

• интерстицијска

течност

• позитивна

повратна спрега

• негативна

повратна спрега

ЗАЈЕДНИЧКЕ ОСОБИНЕ ОРГАНИЗАМА

Постоји огромна разноврсност организама у погледу величине, облика, начина живота, начина размножавања итд. Организми настањују веома различита станишта, од океанских дубина до врхова Хималаја. Посебне адаптације поседују организми који живе у животној средини са екстремним условима (као што су, нпр., висока температура, висок салинитет, висок притисак). Величина организама се креће од микроскопских, какве су бактерије, до изузетно великих, попут стометарских секвоја. Постоје организми који насељавају водену средину, а на копну и они који су освојили ваздушни простор. Које заједничке особине деле тако различити организми?

Заједничке особине организама јесу оне особине које их разликују од неживих система. Организми су развили широк спектар специфичних

биохемијских адаптација на различите услове животне средине, па увек има изузетака када се говори о особинама заједничким свим организмима. Особине по којима се организми разликују од неживих система јесу: хомеостаза; метаболизам – исхрана, дисање и излучивање; раст, развиће и размножавање; осетљивост и покретљивост; адаптација и еволуција.

Хомеостаза

Хомеостаза је способност организма да регулише своју унутрашњу средину. Када се говори о хомеостази, треба посматрати организам (живи систем) и његово окружење (околину). Организам је отворен живи систем који, размењујући материју и енергију са околином, одржава стање динамичке равнотеже. При томе унутрашња средина организма остаје у релативно стабилном стању, а то значи да мења свој састав унутар уских граница. На стабилност (састав) унутрашње средине непрекидно утиче како спољашња средина тако и активност ћелија самог организма. Губитак хомеостазе може довести до оштећења ћелија, њихове смрти и смрти организма.

Организми су развили регулаторне механизме којима региструју промене своје унутрашње средине и којима реагују на њих, тако што поново успостављају стабилно стање. Регулаторне механизме хомеостазе поседују сви организми, како једноћелијски тако и вишећелијски.

Унутрашња средина за једноћелијске организме јесте унутрашњост

ћелије, а за вишећелијске је то ванћелијска течна средина. Ванћелијска течност вишећелијских организама назива се екстрацелуларна течност. Код животиња које имају крвни систем део те течности је крвна плазма, а остатак је међућелијска течност (интерстицијска течност). У међућелијској

течности се налази свака ћелија ор­

ганизма. Преко ње ћелије добијају

хранљиве материје, а у њу излучују от­

падне производе. Ванћелијска течност

је унутрашња средина и њен састав

је релативно сталан – мења се уну­

тар прихватљивих граница. Хомеоста­

за омогућује да унутрашња средина

остане стабилна чак и када се услови

спољашње средине драстично проме­

не. Због тога су ћелије вишећелијског

организма заштићене од промена или

неповољних услова спољашње средине.

Стабилна унутрашња средина

је омогућила специјализацију ћелија

и већу величину и шире распро­

страњење вишећелијских организа­

ма. У стабилним условима унутрашње

средине ћелије нису морале саме да

обезбеде задовољење свих својих по­

треба. То је омогућило специјализа­

цију ћелија и образовање ткива, орга­

на и система органа. Специјализоване

Укупна маса људског тела (100%)

Унутарћелијска

течна средина (око 2/3)

Чврсте супстанце (око 40%)

Вода (око 60%)

Међућелијска

течна средина (око 4/15)

Ванћелијска

течна средина (око 1/3)

Крвна плазма (око 1/15)

Слика 2.11. – Унутрашња средина човека. Око 60 посто људског организма чини вода. Две трећине те воде је садржано унутар ћелија, а једна трећина чини ванћелијску течност. Ова течност је наша унутрашња средина. Око 3 l (око 20%) те ванћелијске течности је крвна плазма, која се налази у нашим крвним судовима. Остатак, од око 12 l, јесте међућелијска течност, у којој се налази свака ћелија нашег тела.

ћелије обављају поједине функције значајне за све остале ћелије организма. Поједине ћелије су се специјализовале за пренос и обраду информа­

ција из спољашње и унутрашње средине, друге за транспорт хранљивих

материја, избацивање отпадних материја, размену гасова са спољашњом

средином, кретање итд.

Развој регулаторних механизама хомеостазе омогућио је да вишеће­

лијски организми постану већи, сложенији и да населе различита ста­

ништа. Вишећелијски организам може да живи у условима у којима не би

могле да опстану његове ћелије појединачно.

Регулаторни меха­

низми делују као повра­

тне спреге. Свака про­

мена услова у околини

или унутрашњости орга­

низма јесте стимуланс

(С) који доводи до одре­

ђене биохемијске реакци­

је (Р). Производ реакције

(П) изазива промену уну­

трашње средине и покре­

Слика 2.12. – Шематизован приказ негативне и позитивне повратне спреге: (1) негативна повратна спрега, (2) позитивна повратна спрега; С – стимуланс, Р – реакција, П – производ реакције, РМ – регулаторни механизам

ће механизам за регулацију (РM) дате биохемијске реакције. Дакле, повратна спрега подразумева да сам производ покреће регулацију своје био­

хемијске реакције. Постоје два механизма регулације који делују као повратне спреге. Негативна повратна спрега јесте спрега у којој производ

реакције покреће регулаторни механизам који смањује или зауставља ре­

акцију. Позитивна повратна спрега јесте спрега у којој производ реакције покреће регулаторни механизам који подстиче да се реакција и даље одвија.

Ако стимуланс схватимо као улазни сигнал, негативна повратна

спрега делује као пригушивач – смањује или потпуно пригушује улазни сигнал. Позитивна повратна спрега делује као појачивач – појачава улазни сигнал.

Хомеостазу одржавају регулаторни механизми који делују као негативна повратна спрега. Ти регулаторни механизми су повезани и контролисани на молекулском нивоу: унутар ћелије, унутар органа, између органа и система органа. Код животиња, нервни и ендокрини (хормонални) системи повезују све органе и регулишу активност целог организма, самим тим и хомеостазу.

Регулаторни механизми који делују као негативна повратна спрега јесу основни механизми којима организми одржавају стабилност унутрашње средине, односно хомеостазу. Позитивне повратне спреге не могу да одрже хомеостазу јер подстичу реакције које доводе до промене унутрашње средине, али имају значајну улогу у другим животним процесима. Код човека, регулаторни механизми који делују као позитивна повратна спрега контролишу пражњење бешике и црева, сексуално узбуђење, крварење, рађање итд. На ћелијском нивоу организације механизми повратне спреге, негативне и позитивне, регулишу активацију ензима.

Пример негативне повратне спреге у регулацији нивоа глукозе у крви

Ћелије људског организма имају сталну потребу за енергијом. Основ­

ни извор енергије је глукоза, коју добијају путем крви. Веома је важно да

ниво глукозе у крви буде стабилан, то јест, да буде унутар граница хомеостазе. Ниво глукозе у крви зависи од два хормона, које лучи панкреас, а то су инсулин и глукагон. После узимања хране, инсулин подстиче ћелије тела да усвајају глукозу из крви и тако снижава ниво глукозе. Активност организма такође снижава ниво глукозе. Глукагон стимулише разградњу гликогена у јетри, а глукозу, која је производ разградње, јетра излучује у крв и тако повећава ниво глукозе. Ова супротна деловања инсулина и глу­

кагона регулишу ниво глукозе у крви и одржавају хомеостазу.

Ниво глукозе опада.

Ниво глукозе расте.

Ниво глукозе опада.

АКТИВНОСТ

Неке ћелије панкреаса

Повећано лучење инсулина

Повећано лучење глукагона

Ниво глукозе расте.

Ћелије тела разграђују глукозу.

Слика 2.13. – Регулација нивоа глукозе у крви

Пример позитивне повратне спреге у појачању контракција материце

приликом порођаја

Процес порођаја је прецизно регулисан активношћу хормона и нервног система. Пред порођај беба, својом величином, врши притисак на зид материце. То надражује рецепторе у зиду материце. Надражај се нервним системом преноси до центара у мозгу и долази до појачаног лучења хормона окситоцина. Овај хормон, крвотоком, долази до ћелија материце и изазива њену контракцију. Контракција повећава притисак и надраженост рецептора, што доводи до повећања лучења окситоцина и још јачих контракција. Циклус се понавља док контракције не истисну бебу напоље. Након порођаја нема више притиска на зид материце и контракције престају.

Појачана нервна надражљивост

Ћелије јетре разграђују гликоген.

Центри у мозгу

Рецептори у зиду материце

Притисак бебе на зид материце

Појачанo лучење окситоцина

Појачано грчење мишића материце (контракција)

Слика 2.14. – Позитивна повратна

контракција материце приликом порођаја

негативном повратном спрегом

спрега у појачању

Особине живих бића

Укратко

Заједничке особине организама јесу оне које их разликују од неживих система.Те особине су: хомеостаза; метаболизам – исхрана, дисање, излучивање; раст, развиће и размножавање; осетљивост и покретљивост; адаптација и еволуција. Способност организма да одржава стабилне услове (унутар уских граница) у унутрашњој средини назива се хомеостаза. Одржавање стабилних услова у организму омогућавају регулаторни механизми.Ти механизми делују као негативна повратна спрега. Осим негативне спреге, у организму делују и позитивне повратне спреге. Позитивне повратне спреге не могу да одрже хомеостазу јер подстичу реакције које доводе до промене унутрашње средине, али имају значајну улогу у другим животним процесима.

Проверите научено

Заокружите слово испред тачне тврдње. Способност организма да регулише своју унутрашњу средину назива се: а) хомеостаза, б) метаболизам, в) адаптација, г) ентропија.

Наведите особине које су заједничке за све организме.

Помоћу којих механизама организам одржава хомеостазу?

Шта ће се десити уколико се повећа концентрација глукагона у крви? Заокружите слово

испред тачног одговора.

а) Ниво глукозе у крви ће се повећати.

б) Концентрација инсулина у крви ће се повећавати.

в) Гликоген ће се разграђивати у ћелијама јетре.

Објасните шта је хомеостаза.

Наведите примере одржавања хомеостазе

код једноћелијских и вишећелијских орга-

низама.

Истражите који ће се механизми повратне спреге активирати у случају:

а) када је глукоза производ процеса варења (биоразградње) хране, коју човек повремено уноси; б) када између оброка ниво глукозе пада као последица активности човека.

Истражите који од хормона панкреаса је задужен за повећање нивоа глукозе у крви, а који омогућава смањење нивоа глукозе у крви. Истражите: а) који ће се механизам активирати у случају контракције материце приликом порођаја; б) који хормон ће се лучити и шта је последица појачаног лучења тог хормона.

Задаци

МЕТАБОЛИЗАМ

Организми су сложени, отворени, изотермални, самоорганизовани и са­

морегулишући системи биомолекула. Особина свих организама да кори­

сте енергију и материју из околине, цикличним биохемијским процеси­

ма, прецизно повезаним и ензимски регулисаним, назива се метаболизам

Циклус енергије повезује све процесе метаболизма, а чине га биохемијски

процеси добијања хемијске енергије у облику ATP­а. У метаболичким про­

цесима размене енергије ATP је основни енергетски биомолекул у свим

организмима. Повезани биохемијски процеси чине метаболичке путеве.

Метаболичке путеве који пове­

Кључне речи

• метаболизам

• катаболизам

• анаболизам

• амфиболизам

• ау тотрофи

• хетеротрофи

• фототрофи

• хемотрофи

• гликолиза

остали ћелијски рад

храна

резервне материје Сунчева енергија

катаболички путеви

механички рад биосинтеза

хомеостаза

зују процесе оксидације и разградње биомолекула, при чему се ослобађа енергија, називамо катабо­

лиз ам. Процесе биосинтезе био­

молекула, који захтевају енергију, називамо анаболизам, а процесе који повезују путеве катаболи­

зма и анаболизма – амфиболизам.

Управо повезаност свих ових про­

цеса, катаболичких, анаболичких

и амфиболичких, чини метаболи­

• аеробно дисање

• анаеробно дисање

• излучивање

• секреција

зам.

P i

ADP АТР

анаболички

путеви

Исхрана

Метаболизам омогућује да орга­

низам користи енергију и мате­

рију за све своје потребе: хомео­

стазу, раст, развиће, размножава­

ње, кретање, дисање, излучивање, терморегулацију.

Усвајање материје и енерги­

је из спољашње средине и њихо­

во превођење из једног облика

у други, за све потребе органи­

зма, назива се исхрана.

амфиболизам

Слика 2.15. – Кључна улога АТР-а у метаболизму. АТР је енергетски биомолекул свих организама који повезује метаболичке путеве ослобађања енергије и метаболичке путеве који троше енергију.

Материја коју организми усва­

јају из спољашње средине, разгра­

ђују, користе за изградњу свога

тела и као извор енергије за своје животне процесе назива се храна.

прости биомолекули

Сви организми су изграђени од угљоводоникових једињења, а сви живот­

ни процеси унутар једног организма одвијају се у воденој средини. Угље­

ник и вода су основне супстанце потребне за живот и сваки организам

мора да их обезбеди исхраном.

У односу на извор угљеника, организми се деле на аутотрофе и хетеротрофе.

Аутотрофни организми имају способност да, као извор угљеника, користе неорганско једињење угљеника, угљен­диоксид (CO2). Везујући угљен­диоксид, аутротрофи могу да синтетишу све своје биомолекуле. Аутотрофи не зависе од других организама у погледу извора угљеника. Сами стварају храну за себе, па отуда и назив аутотроф – сам ствара храну. Хетеротрофни организми као извор угљеника користе органска једињења настала активношћу аутотрофа. Биоразградњом органских је­

дињења добијају енергију и прекурсоре за изградњу својих биомолекула. Хетеротрофи зависе од аутотрофа, јер их користе као храну (извор и угљеника и енергије).

Основни и неопходни извор енергије за готово све организме јесте енергија Сунца. Веома мали број организама (неке бактрије) као извор енергије користи неорганска или органска једињења.

У односу на извор енергије, организми се деле на фототрофе и хемотрофе.

Фототрофни организми користе светлосну (електромагнетску) енергију Сунца за везивање угљен­диоксида и синтезу молекула шећера, најчешће глукозе. Овај начин коришћења енергије назива се фотосинтеза. Фотосинтетички организми разликују се у погледу извора угљеника. Фотоаутотрофи као извор угљеника користе угљен­диоксид, док фотохетеротрофи као извор угљеника користе органске молекуле.

Хемотрофи су организми који као извор енергије користе слободну енергију хемијских веза органских или неорганских једињења. Овај начин коришћења енергије назива се хемосинтеза. Хемоаутотрофи као извор енергије користе неорганске молекуле, као што су H2, H2S, NH3 Хемохетеротрофи као извор хемијске енергије користе органске молекуле. Према начину исхране, већина организама спада у фотоаутрофе и хемохетеротрофе.

Извор угљеника

Извор енергије

ФОТОТРОФИ

Користе енергију Сунца (фотосинтеза).

ХЕМОТРОФИ

Користе енергију ослобођену разградњом хемијских једињења (хемосинтеза).

АУТОТРОФИ Користе угљен-диоксид.

Фотоаутотрофи

Биљке и сви остали фотосинтетички организми

Хемоаутотрофи Неке бактерије

ХЕТЕРОТРОФИ Користе угљеник из органских једињења.

Фотохетеротрофи Неке бактерије

Хемохетеротрофи Животиње и сви остали хетеротрофи

Исхрана аутотрофа

Највећи број аутотрофних организама су фотоаутотрофи. Ови организми

користе енергију Сунца и угљен­диоксид за изградњу свога тела и живо­

тне процесе. То су биљке, алге, модрозелене бактерије (цијанобактерије), неке пурпурне и зелене бактерије. Ови организми, процесом фотосинтезе, производе храну у биосфери и као извор хране користе их сви хетеротрофи.

Мали број аутотрофних организама, а то су неке бактерије, јесу хемоаутотрофи. Ови организми могу да живе на местима где нема Сунчеве светлости, као што је океанско дно на великој дубини. Они процесом хемосинтезе, производе храну и омогућују живот других организама, оних

који их користе као извор хране.

Фотосинтеза је процес у коме фототрофи користе светлосну енер­

гију Сунца и претварају је у хемијску енергију. Фотосинтеза одржава

живот на планети Земљи јер је главни извор (1) све хране, (2) кисеоника и (3) енергије (за људе). Заснива се на способности фототрофних органи­

зама да користе и претворе енергију Сунца у хемијску енергију у облику енергетских молекула, у првом реду ATP­а. Даљим метаболичким процесима енергија енергетских молекула користи се за везивање неорганског

угљен­диоксида и његово претварање у органске молекуле угљених хидрата. Фотосинтезом фототрофи обезбеђују храну и енергију не само за себе већ и за све остале организме, и зато се налазе у основи ланаца исхране. Способност фотосинтезе имају биљке, алге, модрозелене бактерије и

неке пурпурне и зелене бактерије. У процесу фотосинтезе биљака, алги

и модрозелених бактерија учествује вода, чијим разлагањем (фотолизом)

настаје кисеоник: nCO2 + nH2O → (CH2O)n + nO2 .

Сунчева енергија (светлост)

фотосинтеза

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

угљен- диоксид

вода

глукозакисеоник

Слика 2.16. – Општа шема фотосинтезе код биљака и модрозелених бактерија

Неке пурпурне и зелене бактерије у процесу фотосинтезе не користе воду већ водоник­сулфид (H2S). Водоник­сулфид је гас који је за човека веома отрован. У процесу фотосинтезе ових бактерија не ослобађа се кисеоник већ сумпор.

nCO2 + nH2S → (CH2O)n + nH2O + 2nS.

Слика 2.17. – Општа формула фотосинтезе код пурпурних и зелених бактерија

Исхрана хетеротрофа

Као што највећи број аутотрофних организама чине фотоаутотрофи, највећи број хетеротрофних организама су хемохетеротрофи. У хемохе­

теротрофе спадају животиње, гљиве и већина једноћелијских еукариота и

бактерија. Ови организми потребну материју и енергију добијају из хране. Хетеротрофни организми као храну користе друге организме, живе, мртве и њихове остатке. Да би искористили храну, хетеротрофи катаболичким процесима разграђују биомолекуле хране помоћу биокатализатора (ензима) и користе их за све животне активности.

Према начину уноса хране и начину живота, разликујемо хетеротрофе који се хране паразитски, оне који се хране сапротрофно и хетеротрофе чија је исхрана холозојска.

Организми који се хране паразитски (паразити) добијају храну од других живих организама, званих домаћини. Они живе на телу (ектопаразити) или унутар тела (ендопаразити) домаћина. Храну усвајају на веома различите начине, апсорпцијом површином тела, или преко различитих, специјализованих структура. Паразита има међу једноћелијским еукариотима (Plasmodium, узрочник маларије), гљивама (медњача), биљкама (имела) и животињама (пантљичаре, пијавице, комарци). Сапротрофни организми (сапротрофи) добијају храну из распаднутих (мртвих или отпадних) органских материја. Распаднута органска материја назива се детритус. Неки сапротрофи луче ензиме који, изван њиховог тела, разграђују детритус у једноставне молекуле, које усвајају апсорпцијом. На овај начин се хране многе гљиве и многе бактерије. Други сапротрофи, нпр. кишна глиста, гутају детритус и разлажу га у свом цревном систему.

Под холозојским начином исхране (грчки: holo − цела; zoikos − животиња) подразумева се уношење хране у организам. Храна су други цели организми, делови других организама и распадајуће органске материје. На овај начин храну узима највећи број животиња и неки једноћелијски еукариоти. Одвија се у неколико фаза:

1. гу тање – уношење хране кроз уста, код животиња; фагоцитоза, код једноћелијских еукариота (амеба, парамецијум);

2. варење (дигестија) – физичко уситњавање крупних делова хране и ензимско разлагање сложених органских једињења на једноставне биомолекуле;

3. апсорпција – транспорт биомолекула у друге делове тела или цитоплазму;

4. асимилација – употреба апсорбованих биомолекула за метаболичке процесе;

5. дефекација – избацивање неискоришћених делова хране.

Дисање

Дисање је особина свих организама. Дишу сви једноћелијски организми

(прокариотски и еукариотски), а дише и свака ћелија вишећелијских ор­

ганизама. За хетеротрофне организме то је основни извор енергије. Ау­

тотрофни организми дисањем разлажу резерве хране које су сами про­

извели. Да би добили енергију, организми процесима катаболизма оксидују

органска једињења. Део слободне хемијске енергије, ослобођене оксида­

цијом, користи се за синтезу енергетских биомолекула, првенствено ATP­a.

Дисање представља процесе катаболизма органских једињења то­

ком којих се ослобођена хемијска енергија користи за синтезу ATP­a.

Енергију, у виду ATP­а, организам користи у процесима анаболизма

за биосинтезу потребних једињења, као и за све врсте рада (кретање и

други механички рад, транспорт, пренос информација итд.).

Дисање је процес који повезује путеве катаболизма и анаболизма (амфиболизам).

Скоро сви организми користе органска једињења као извор енергије. Само неке бактерије (хемоаутотрофи)

неорганска једињења (H2, H2S, NH3), чијом оксидацијом добијају енергију.

Гликолиза

Процес дисања подељен је на више фаза. Прва фаза дисања, код свих организама, јесте биоразградња органског молекула глукозе на два мања молекула, при чему се део енергије користи за биосинтезу енергетских

биомолекула. Ова фаза се назива гликолиза (грчки: glyco− шећер; lysis− разградња).

Процес гликолизе не захтева кисеоник. Све реакције гликолизе се одвијају у цитоплазми и нису повезане ни са једном органелом или мем­

бранском структуром ћелије. Сви организми могу да врше гликолизу.

У односу на неопходност присуства кисеоника, дисање може бити

аеробно или анаеробно.

Аеробно дисање

Сви организми којима је за дисање неопходан кисеоник називају се аеро­

би. Након гликолизе, продукти разградње глукозе се, уз обавезно прису­

ство кисеоника, оксидују и разграђују до угљен­диоксида, а кисеоник се

редукује до воде. Овај процес је везан за мембранске структуре ћелије и

код еукариота се одвија унутар митохондрија. Потпуна разградња орган­

ског молекула до угљен­диоксида и воде назива се ћелијско дисање.

(CH2O)n + nO2 → nCO2 + nH2O + ΔG.

Слика 2.18. – Формула биоразградње органских једињења процесом аеробног дисања: (CH2O)n – органски молекул (најчешће глукоза), O2 – кисеоник, CO2 –угљен-диоксид, H2O – вода, ΔG – слободна хемијска енергија коју организам користи за биосинтезу АТР-а

Врења (ферментације) јесу процеси непотпуне разградње орган­

ских молекула у условима одсуства или нискe концентрацијe кисеоника. Аеробни организми или неке њихове ћелије у недостатку кисеоника (или уз његову ниску концентрацију) могу да заврше процес дисања. Тим процесима не долази до потпуне оксидације органских молекула, а као крајњи производи настају мање редукована органска једињења, по којима ови процеси добијају име. Најпознатија врења су млечнокиселинско и алкохолно врење. Аеробни организми који могу да живе и у средини без присуства кисеоника називају се факултативни анаероби

Фотосинтеза и дисање су међусобно повезани процеси.

Сунчева енергија (светлост)

6CO2 + 6H2O

фотосинтеза

C6H12O6 + 6O2

угљен- диоксид вода глукозакисеоник

Хемијска енергија (ATP) + топлота

Слика 2.19. – Повезаност процеса фотосинтезе и дисања

Фотоаутотрофни организми фотосинтезом производе храну за себе

и, директно или индиректно, за све остале организме. Споредни производ фотосинтезе, али не мање значајан, јесте кисеоник. Фотосинтетички организми годишње претворе неколико стотина милијарди тона угљен­диоксида у сложена органска једињења и ослободе преко сто милијарди тона кисеоника у атмосферу. Кисеоник, ослобођен процесом фотосинтезе, аеробни организми користе за дисање, а угљен­диоксид, настао процесом дисања, враћају у атмосферу. Везивање угљен­диоксида (CO2) процесом фотосинтезе и његово ослобађање процесом дисања могу се приказати као циклус угљеника. Повезаност фотосинтезе и дисања може се приказати и као циклус кисеоника. Вода (H2O) процесом фотосинтезе разлаже се на кисеоник (O2), који се редукује процесом аеробног дисања и поново даје воду.

живих бића

CO2 (у гасовитом стању или растворен у води)

топлотна енергија

ДИСАЊЕ / ТРУЉЕЊЕ / САГОРЕВАЊЕ

H2O CO2 CH2O O2 O2

H2O

ФОТОСИНТЕЗА

Живи организми, фосилна горива

Слика 2.20. – Циклус угљеника. Однос између дисања и фотосинтезе и кружење CO2 и O2

Анаеробно дисање

Малом броју организама кисеоник није неопходан за дисање. Штавише, отрован је за њих. Ти организми могу да живе само у средини без при­

суства кисеоника, па се називају облигатни (обавезни) анаероби. Овај

тип дисања имају само неке бактерије. Као и код аеробног дисања, и анаеробним дисањем органски молекули се потпуно оксидују и разграђују до угљен­диоксида. Уместо кисеоника, ови организми за оксидацију органских молекула користе нитратне (NO3­) или сулфатне (SO42­) анјоне. Зато

као продукт анаеробног дисања, осим угљен­диоксида, настају азот (N2)

или сумпор (S).

Размена гасова

Да би могли да дишу, сви организми морају да врше размену гасова са

спољашњом средином. Једноћелијски и вишећелијски организми једно­

ставне грађе обављају размену гасова преко површине тела. Вишећелиј­

ски организми сложене грађе поседују органе и системе органа за размену гасова. Биљке врше размену гасова преко стома. Копнени кичмењаци по­

седују системе органа за дисање и циркулацију. Тим системима обезбеђено је да све ћелије организма и организам у целини размењују кисеоник и угљен­диоксид са спољашњом средином.

Излучивање

Организам је отворени живи систем који непрекидно размењује материју

и енергију са спољашњом средином. Као и сваки други систем, органи­

зам за своје потребе не може да искористи сву материју и енергију коју

унесе из спољашње средине. Процесима метаболизма организам део енер­

гије ослободи у виду топлотне енергије, а део материје се трансформише

у производе који могу бити некорисни или отровни ако се нагомилају у

ћелијама. Ти производи метаболизма називају се отпадне материје. Организам сакупља отпадне материје и избацује их у спољашњу средину, а тај

процес се назива излучивање Излучивање је процес којим организми избацују отпадне производе метаболизма.

Осим што се ослобађа отпадних материја, организам излучивањем одржава стабилност своје унутрашње средине (хомеостаза). Овај процес је значајан за осморегулацију, којом се регулише количина воде и електролита у организму.

Организми су развили различите начине излучивања, у зависности од степена сложености њихових тела и услова животне средине. Једноћелијски организми избацују отпадне материје површином свога тела или путем посебних органела. Код вишећелијских организама појединачне ћелије избацују отпадне материје у ванћелијску течну средину, оне се сакупљају у посебним ткивима или органима, а затим се избацују из организма у спољашњу средину.

Секреција

Једноћелијски организми или посебне ћелије вишећелијских организама излучују активне материје, које испољавају своју улогу када се нађу у спољашњој средини или у ванћелијској течној средини. Те активне материје називају се секрети, а процес њиховог излучивања је секреција. У ове активне материје спадају, на пример, хормони, феромони, ензими и др. Сврха излучивања је ослобађање организма од непотребних и штет­

них материја, а сврха секреције јесте контрола раста и развића (хормони), привлачење јединки супротног пола ради парења (феромони), варење хра­

не ван ћелије (ензими) итд.

Укратко

Процесе оксидације и разградње биомолекула, при чему се ослобађа енергија, називамо катаболизам.

Процесе биосинтезе биомолекула, који захтевају енергију, називамо анаболизам. Процесе који повезују путеве катаболизма и анаболизма називамо амфиболизам. Повезаност свих ових процеса, чини метаболизам.

Усвајање материје и енергије из спољашње средине назива се исхрана. Угљеник и вода су основне супстанце потребне за живот. У односу на извор угљеника, организми се деле на аутотрофе и хетеротрофе.

Основни извор енергије за готово све организме јесте енергија Сунца. У односу на извор енергије, организми се деле на фототрофе и хемотрофе.

Дисање представља катаболичке процесе током којих се ослобођена хемијска енергија користи за синтезу ATP-a. У односу на неопходност присуства кисеоника, дисање може бити аеробно или анаеробно. Сви организами којима је за дисање неопходан кисеоник називају се аероби. Анаеробним организмима

кисеоник није неопходан за дисање, чак је и отрован за њих. Излучивање је процес којим организми избацују отпадне производе метаболизма. Осим што се ослобађа отпадних материја, организам излучивањем одржава стабилност своје унутрашње средине (хомеостаза). Секрети су активне материје које испољавају своју улогу када се нађу у спољашњој средини или у ванћелијској течној средини. Процес њиховог излучивања назива се секреција.

Проверите научено

Шта је ћелијско дисање?

Заокружите слово испред тачног одговора.

Који од наведених процеса захтева утрошак

енергије?

а) анаболизам

б) катаболизам

в) дисање

Заокружите слово испред тачног одговора.

Која од наведених група организама као извор угљеника користи неоргански угљеник?

а) фотохетеротрофи

б) хемохетеротрофи

в) аутотрофи

г) сапрофити

Заокружи слово испред тачне тврдње. У процесу аеробног дисања: а) није потребан кисеоник, б) ослобађа се енергија, в) појачани су анаболички процеси. г) Све претходно наведене тврдње су тачне.

Наведите разлике између катаболичких и анаболичких процеса.

Како смо извршили поделу организама у односу на извор угљеника који користе?

Kоја је разлика између фотоаутотрофа и фотохетеротрофа?

Објасните разлику између излучивања и секреције.