Биологија за средње стручне школе, 21175

Надежда Недељковић • Јелена Ђорђевић • Гордана Цвијић

Александра Кораћ • Драгана Цветковић • Снежана Трифуновић

БИОЛОГИЈА за средње стручне школе

oбразовни профили: I разред – економски техничар, правно-пословни техничар, грађевински

техничар, архитектонски техничар, техничар за хемијску и фармацеутску технологију, туристичко-хотелијерски техничар, администратор рачунарских мрежа, техничар дизајна

одеће; II разред – техничар за обликовање графичких производа, електротехничар обновљивих

извора енергије; II или III разред (изборни предмет) – техничар ваздушног саобраћаја, техничар за безбедност информационих комуникационих система у ваздушном саобраћају, техничар за компјутерско управљање машина, оператер у прехрамбеној индустрији, цвећар-вртлар, индустријски механичар

Рецензенти

проф. др Предраг Вујовић, Биолошки факултет, Универзитет у Београду

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

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

проф. др Радмила Глишић, Природно-математички факултет, Универзитет

у Крагујевцу

Виолета Ђурић, дипломирани биолог, Пета економска школа Раковица, Београд

Уредник

Тамара Бајчета

Одговoрни уредник

др Татјана Костић

Главни уредник

др Милорад Марјановић

За издавача др Милорад Марјановић, в. д. директорa

Министар просвете, науке и

број 650-02-443/2020-03 од 17.02.2021. године, одобрио је овај уџбеник за издавање и употребу.

CIP - Каталогизација у публикацији - Народна библиотека Србије, Београд

37.016:57/59(075.3)

БИОЛОГИЈА : за средње стручне школе : oбразовни профили: I разредекономски техничар, правно-пословни техничар, грађевински техничар, архитектонски техничар, техничар за хемијску и фармацеутску технологију, туристичко-хотелијерски техничар, администратор рачунарских мрежа, техничар дизајна одеће; II разред ... / Надежда Недељковић ... [и др.] ; [илустрације Снежана Трифуновић, Марко Јевремовић]. - 1. изд. - Београд : Завод за уџбенике, 2021 (Београд : АМД Систем). - 278 стр. : илустр. ; 27 cm Тираж 2.000. - Речник појмова: стр. 263-273. - Библиографија: стр. 275-276.

ISBN 978-86-17-20587-2

1. Недељковић, Надежда, 1967- [аутор]

COBISS.SR-ID 42893321

© 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 средње стручне школе намењен је ученицима који

биологију изучавају по важећем наставном плану и програму.

Текст Уџбеника организован је у пет поглавља:

I. Биологија ћелије,

II. Основи физиологије човека,

III. Биологија развића човека,

IV. Наслеђивање биолошких особина,

V. Полно и репродуктивно здравље.

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. Битне речи и појмови, подебљани у тексту, издвојени су са стране у односу на основни текст у сегменту Кључни појмови Проверите научено и Задатак чине питања за проверу знања а задаци подстичу ученике на истраживање и израду пројеката. На маргини се налазе Додатни текстови који служе за допуну знања, а Путоказ знања подсећа ученике шта су до сада научили или их упућује на ново градиво у Уџбенику. У оквиру лекције налазе се и Питања и задаци за проверу знања. Занимљиви текстови могу се прочитати у БИОзабавнику . Ученици могу да провере колико су разумели сваку од тема решавањем тестова који су дати на крају сваке теме, у сегменту Проверите своје знање Речник и Сајтови налазе се на крају Уџбеника, као и Решења тестова и Литература.

Наша намера је била да на једноставан, занимљив и савремен начин ученицима приближимо нека фундаментална знања о биологији ћелије, физиологији човека, развићу човека и наслеђивању особина, полном и репродуктивном здрављу.

Ауторке

I. БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕ

I. БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕ

6 БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕ, ОСОБИНЕ ЖИВИХ БИЋА И НИВОИ ОРГАНИЗАЦИЈЕ БИОЛОШКИХ

7 ХЕМИЈСКА СТРУКТУРА ЋЕЛИЈЕ ...........

СИСТЕМА

15 ГРАЂА ЋЕЛИЈE И ЋЕЛИЈСКИХ ОРГАНЕЛА

24 КЉУЧНИ МЕТАБОЛИЧКИ ПРОЦЕСИ:

ЛЕГЕНДЕ

Кључни појмови Важни појмови издвојени су на крају сваке лекције.

Укратко Садржај градива из лекције.

Проверите научено Питања и задаци дати на крају лекције служе за проверу знања.

Задатак Задаци за пројекте и истраживање.

БИОзабавник Занимљивости за радознале.

Додатни текстови Текстови на маргини служе за допуну знања.

Питања и задаци Питањима и задацима у лекцији проверавамо знање.

Путоказ знања Упућује где ћете у Уџбенику или из ког још предмета научити или сте већ научили о том појму.

У овом поглављу сазнаћете о:

• биологији ћелије као научној дисциплини биологије која проучава организацију ћелије,

• основним карактеристикама живих бића,

• нивоима организације биолошких система,

• хемијској структури ћелије,

• грађи и улогама ћелијске мембране,

• грађи и функцијама ћелијских органела,

• разликама између биљне и животињске ћелије,

• кључним метаболичким процесима: фотосинтези и ћелијском дисању,

• фазама ћелијског циклуса,

• ћелијским деобама: митози и мејози.

I. БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕ

БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕ, ОСОБИНЕ ЖИВИХ

БИЋА И НИВОИ ОРГАНИЗАЦИЈЕ

БИОЛОШКИХ СИСТЕМА

ОТКРИЋЕ ЋЕЛИЈЕ

Енглески научник Роберт Хук (1635 –1703) први је 1665. године употребио израз ћелија. Посматрајући пресек плуте под микроскопом, уочио је бројне коморице. Оне су га подсетиле на пчелиње саће, чије су коморице међусобно одвојене танким преградама. Назив ћелија задржао се до данас.

Реч ћелија потиче од латинског назива cella која означава малу собу (келију) у којој живе монаси.

Роберт Хук је, у ствари, посматрао мртве ћелије плуте, од којих је видео само њихове зидове

Антон ван Левенхук је 1685. године под микроскопом посматрао живе једноћелијске организме са једром. Десет година касније посматрао је и описао бактерије.

Објасните у чему се разликовало проучавање ћелија које су посматрали Р. Хук и А. Левенхук.

Слика 1.2. – Пресек ткива плуте под микроскопом

Слика 1.1. – Роберт Хук

Слика 1.3. – Антон ван ЛевенхукСлика 1.4. – Скице према којима је Левенхук направио микроскоп

Присуство свих наведених особина

карактерише живо

биће. Од тог правила одступају вируси, који немају ћелиј­

ску грађу, као и

неке друге особине живих бића (немају

сопствени метабо­

лизам, не размножавају се ван ћелије домаћина и др.).

ЋЕЛИЈСКА ТЕОРИЈА

Када је формулисан појам ћелија, почела су истраживања њених делова и садржаја. Немачки ботаничар Матијас Шлајден (1804–1881) и зоолог Теодор Шван (1810–1882) независно су један од другог 1839. године поставили основу ћелијске теорије. По овој теорији, сва ткива, сви живи организми, били они биљни или животињски, састављени су из ћелија. Ћелије су основне структурне и функционалне јединице свих живих бића. Ћелије настају деобом постојећих живих ћелија и то је особина која разликује живе организме од неживе материје.

Више о грађи ћелије учићете у наредним лекцијама.

Слика 1.5. – Матијас Шлајден Слика 1.6. – Теодор Шван

Биологија ћелије (цитологија) је грана биологије која се бави проучавањем ћелије. Назив цитологија је замењен новим, проширеним називом биологија ћелије. Цитологија је имала за циљ изучавање структуре ћелије. Нова, модерна биологија ћелије има за циљ разумевање како структуре тако и функције ћелије и њених одељака. Такође, она повезује та сазнања у једну целину.

ОСНОВНЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ ЖИВИХ БИЋА

Заједничке особине живих бића, по којима се разликују од неживог дела природе, су: ћелијска грађа, реаговање на надражај, метаболизам, хомеостаза, раст и развиће, размножавање, еволуција.

Сва жива бића, како једноћелијска, тако и вишећелијска, изграђена су

од ћелија. Према сложености грађе, разликују се два основна типа ћелије: прокариотски и еукариотски

Прокариотске ћелије су једноставније грађе, немају једро и ћелијске

органеле. Бактерије су изграђене од ћелија прокариотског типа.

Еукариотске ћелије су сложене грађе, садрже јасно оформљено једро

и бројне ћелијске органеле и структуре.

ДНК

ћелијски зид ћелијска мебрана

Слика 1.7. – Прокариотска ћелија

ћелијска мембрана гранулисан ендоплазмин ретикулум

цитоплазма

агранулисани ендоплазмин

ретикулум

нуклеус

нук леолус митохондрија

секреторна везикула

рибозом Голџијев апарат

Слике 1.8. – Еукариотска ћелија

Жива бића примају надражаје из спољашње и унутрашње средине и на њих реагују на одговарајући начин. Та особина је кључна за опстанак живих бића у некој средини. Метаболизам представља укупан промет материје и енергије у организму. Све хемијске реакције којима се усвајају енергија и материја из спољашње средине и мењају се на начин који одговара одређеној врсти организма чине његов метаболизам. У тим реакцијама учествују биолошки катализатори, ензими. Живи организми имају способност да одржавају стабилне услове унутрашње средине у одређеним границама независно од промена у спољашњој средини, што представља хомеостазу.

Проучите слике 1.7 и 1.8 и упоредите прокариотску и еукариотску ћелију.

Више о хомеостази учићете у наредном поглављу.

плазмид цитоплазма рибозом

бич

пили

Раст организма резултат је деобе и раста ћелија. Да би порасли, организми користе део енергије створене метаболизмом. Упоредо с растом, организам се развија у одраслу јединку. Развиће ћелија обухвата њихово оспособљавање за обављање одређених функција.

Размножавање је процес при којем организми производе нове организме сличне себи тако што се наследна информација преноси на потомство. Постоје два основна начина размножавања: бесполно и полно. Бесполним размножавањем настаје потомство с идентичним генетичким материјалом који има родитељ. Полним (сексуалним) размножавањем потомци добијају комбинацију гена оба родитеља и личе на њих, али нису потпуно исти као родитељи.

Образложите зашто се кристали соли не сматрају живим системима, иако могу да „расту”. Слика 1.9. –

Објасните предност

полног размножавања над бесполним размножавањем.

сперматозоид (n) јајна

Бесполно размножавање амебе

Еволуција је процес промена генетичког материјала, који захвата чита-

ве групе јединки, популације. Популације се мењају током времена да

би се прилагодиле променама спољашње средине и да би опстале.

НИВОИ ОРГАНИЗАЦИЈЕ БИОЛОШКИХ СИСТЕМА

Ћелија је основна градивна и функционалана јединица сваког живог

бића. Она је први, основни ниво организације биолошких система.

Следећи, сложенији ниво организације јесу ткива. Настају удруживањем

ћелија које имају исту (или сличну) грађу, функцију и ембрионално порекло. Разликују се четири основне врсте ткива животиња: епителско, везивно, мишићно и нервно.

ћелије епитела плућа нервне ћелијекрвне ћелије

ћелије коштаног ткива

ћелије

епителног

ткива јетре

ћелије

епителног ткива бубрега

мишићне ћелије срца

попречно-пругас те мишићне ћелије

ћелије жлезданог

епитела панкреаса

Слика 1.11. – Ћелије ткива у људском организму

Еволуција се дешавала у правцу усложњавања грађе, па се јавио виши

ниво организације у односу на ткива – органи. Орган се састоји од једне

врсте ткива или од више врста ткива, али сва она заједно обављају исту функцију.

Група органа који обављају одређену за живот значајну функцију чини систем органа. У организму човека постоји једанаест система органа: кожни, скелетни, мишићни, систем за дисање, систем за варење, си­

стем за циркулацију, систем за излучивање, чулни, нервни, ендокри­

ни и систем за размножавање.

систем органа за дисање

И ћелија и органи­

зам имају особине

живих система. Уо­

чите разлику између

ћелије и организма.

организам човека

скелетни систем систем за циркулацију

нервни сис темсистем органа за варење

Слика 1.12. – Неки од система органа човека

Највиши ниво организације је организам . Организам је анатомска и функционална целина у којој усклађено раде органи и органски системи.

ћелија

Кључни појмови

ћелијска теорија

биологија ћелија

особине живих бића

ткива

органи

системи органа

организам

УКРАТКО

Енглески научник Роберт Хук први је 1665. године употребио израз ћелија, који се задржао до данас. Ботаничар Матијас Шлајден и зоолог Теодор Шван поставили су, независно један од другог, основу ћелијске теорије. Циљ биологије ћелије јесте разумевање структуре и функционисања ћелије. Заједничке особине живих организама, по којима се разликују од неживог дела природе, су: ћелијска грађа, реаговање на надражај, метаболизам, хомеостаза, раст и развиће, размножавање и еволуција. Нивое организације биолошких система чине: ћелије, ткива, органи, системи

органа и организам.

Нивои организације биолошких

живих бића

ПРОВЕРИТЕ НАУчЕНО

1. Повежите стрелицама научника са открићем у цитологији.

Научник Откриће у цитологији

1 – Теодор Шван А – одрeђивање имена ћелије

2 – Роберт Хук Б – ћелијска теорија

3 – Левенхук В – посматрање бактерија под микроскопом

4 – Матијас Шлајден

2. Објасните зашто се ћелија описује као заједничка структура свих живих бића.

3. Наведите пример усклађеног рада три органска система у организму човека.

4. Наведите основне особине живих бића.

5. Заокружите слово Т ако је тврдња тачна или слово Н уколико тврдња

није тачна.

а) Потомци настали бесполним размножавањем

имају идентичан генетички материјал као родитељ. Т Н

б) Бактерије су изграђене од ћелија које имају формирано једро. Т Н

в) Способност живих организама да одржавају стабилне услове унутрашње средине у одређеним границама независно Т Н

од промена у спољашњој средини представља метаболизам.

г) Организам расте деобама и растом ћелија. Т Н

6. Поређајте нивое организације биолошких система од највишег ка најнижем (упишите број 1 испред највишег, а број 5 испред најнижег нивоа).

ћелије – органи – системи органа – организам – ткива.

Јоргос Папаниколау

БИОЗАБАВНИК

1. У кристалима соли су пронађене споре бактерије у стању мировања. Процењује се да су живеле пре диносауруса. Научници су их 2000. године оживели помоћу воде и једињења која садрже угљеник

2. Цитопатологија је дисциплина којом се на основу изгледа и односа ћелија у размазима распознаје и утврђује постојање одређене болести. Посебан значај цитопатологије, као технике којом се утврђује болест, је у раном откривању канцера, веома заступљене болести савременог човека. Први тест у цитопатологији је Папаниколау тест (скр. ПАПА ­ те ст). Oсмислио га је амерички лекар грчког порекла Јоргос Папаниколау. Користи се последњих педесетак година за откривање рака грлића материце у почетној фази. Тест је почео да се примењује тек 1960. године, иако је Ј. Папаниколау много раније указао на његов значај.

3. Пошто је формулисан појам ћелије почела су истраживања њених делова и садржаја. Шкотски ботаничар Роберт Браун 1883. године први описује једро као саставни део ћелије, али не говори о његовим функцијама. Чешки зоолог Јоханес Пуркиње (1787–1869) први уводи појам протоплазма.

Немачки зоолог Макс Шулц (1825–1884) поставља своју протоплазматичну доктрину. По тој доктрини свака ћелија је састављена од масе протоплазме у којој се налази једро.

4. Макс Кнол и Ернс Руска су 1932. г. направили први електронски микроскоп тако што су уместо стаклених сочива ставили електромагнетска кроз која, уместо светла, пролази сноп електрона. Откриће електронског микроскопа омогућило је истраживање важних делова ћелије, органела и посматрање њихове унутрашње грађе.

ЗАДАТАК

1. Специјализована ћелија у организму човека не може да обавља све улоге које захтева читав организам, али зато све ћелије заједно то могу.

Такође, организам има способност да опстане и у ситуацијама када се

поремети рад појединачних ћелија (нпр. болест). Разговарајте у мањој

групи како би ови сложени односи могли да се примене на функционисање

државе. Напишите кратак извештај и представите га на часу.

ХЕМИЈСКА СТРУКТУРА ЋЕЛИЈЕ

Свака ћелија се налази у одређеној средини, углавном у воденој.

Хемијски елементи који изграђују ћелије живих бића називају се биоге­

ни елементи. Они су присутни у облику неорганских и органских је­

дињења. Међу неорганским једињењима посебно је значајна вода. Ако

изузмемо воду, скоро сви молекули у ћелији садрже угљеник.

Према заступљености у ћелији, биогени елементи се деле на макроеле­

менте и микроелементе (грч. macro = много; micro = мало, ситно).

О биогеним елементима научићете више из хемије.

Проучите слику 1.13 и дефинишите макроелементе и микроелементе.

Слика 1.13. – Подела биогених елемената и њихова процентуална заступљеност у односу на масу тела човека

НЕОРГАНСКИ САСТОЈЦИ ЋЕЛИЈЕ

Вода је идеална средина кроз коју различити молекули могу да се крећу и ступају у међусобне реакције. Вода представља најраспрострањенији молекул у организмима и неопходан услов за њихов опстанак.

Она је један од главних састојака живих система. Чини чак 50–95% тежине ћелије. Осим у самој ћелији, вода се налази у међућелијским просторима, крви и лимфи животиња.

Вода је универзални растварач, што значи да се у њој раствара највећи број супстанци. Она је погодна средина за одвијање биохемијских реакција у ћелији. Транспортна улога воде огледа се у лаком преношењу супстанци које се у њој растварају кроз саму ћелију и из једне ћелије у другу ћелију.

Вода има улогу у терморегулацији (одржавању сталне телесне температуре птица и сисара). Знојењем се снижава телесна температура.

Уочите основну разлику између неорганских и органских састојака ћелије.

Неоргански елементи се налазе у ћелији у облику соли или јона. Неопходни су за одржавање биолошких структура (градивна улога) и биолошке активности једињења (метаболичка улога). Гвожђе је веома важан састојак хемоглобина; калцијум и фосфор граде соли калцијум-фосфате које су главни састојци костију; флуор спречава појаву зубног каријеса; кобалт је саставни део неких витамина итд. Организам не ствара сам

минералне супстанце, већ их уноси храном.

ОРГАНСКИ САСТОЈЦИ ЋЕЛИЈЕ

Органска једињења обавезно садрже угљеник (C) и њиховим разлагањем

се ослобађа мања или већа количина енергије. Разликују се четири гру-

пе тих једињења: угљени хидрати , липиди , протеини и нуклеинске

киселине Осим липида, сва та једињења су полимери (poli – много; mer – део, јединица) изграђени од мономера (mono – један) који су повезани ковалeнтним везама.

УГљЕНИ ХИДРАТИ (ШЕЋЕРИ)

Угљени хидрати су добили назив по томе што садрже угљеник, а однос броја атома водоника и кисеоника је 2 : 1 (као у води).

Угљени хидрати су најраспрострањенија једињења у живом свету. Према степену сложености, деле се на моносахариде, олигосахариде и полисахариде.

Моносахариди (прости шећери) се хидролизом не могу разложити на простија једињења. Ту убрајамо рибозу (улази у састав РНК), дезоксирибозу (изграђује ДНК), глукозу (главни извор енергије у ћелијама човека) и др.

Више о угљеним хидратима учићете из хемије.

Слика 1.14. – Моносахариди – молекули рибозе и дезоксирибозе

Олигосахариди (грч. oligos – мало по броју, сиромашно) су изграђени

од 2 до 10 моносахарида. Значајни су јер изграђују ћелијску мембрану

животињских ћелија.

Полисахариди су макромолекули настали повезивањем бројних моносахарида у дугачке ланце (могу да садрже на стотине и хиљаде моносахарида). Према биолошкој функцији, деле се на резервне и градивне полисахариде. Скроб код биљака и гликоген код животиња представљају молекуле у којима се складишти енергија. Међу градивним полисахаридима најзаступљенији су целулоза (главни је састојак ћелијског зида биљака) и хитин (изграђује спољашњи скелет зглавкара).

Улога полисахаридаБиљкеЖивотиње

Резерва енергијескробгликоген

Градивна улогацелулозахитин

Табела 1. – Подела полисахарида према улози код биљака и животиња

ЛИПИДИ

Липиди су веома разноврсна група једињења која се не растварају у води.

Садрже много више енергије од угљених хидрата. Већину липида граде масне киселине, неразгранати угљоводонични ланци.

Триглицериди се састоје од трохидроксилног алкохола глицерола и три молекула масних киселина. Резерва енергије се у организму човека чува у облику триглицерида у масним ћелијама.

триглицерид

глицерол 3 масне киселине

Упоредите структуру триглицерида и фосфолипида на сликама 1.15 и 1.16 и закључите у чему се ови молекули разликују.

фосфатна група

хидрофилни део глицерол

хидрофобни део

Слика

масне киселине

Слика

1.16. – Структура фосфолипида

1.15. – Структура триглицерида

Материје које имају афинитет према води називају се

хидрофилне („воле воду”), а оне које га немају су хидрофобне („плаше се воде”).

Фосфолипиди се састоје од глицерола, два молекула масних киселина

и фосфатне групе. Један крај фосфолипида, фосфатна група, јесте хидрофилан, а на другом крају су хидрофобне масне киселине. Ћелијска мембрана биљака и животиња изграђена је од два слоја фосфолипида.

Посебна група липида су стероиди, који не садрже масне киселине. Стероидима припада холестерол, од ког се синтетишу женски и мушки полни хормони, као и витамини Де и К. Ћелијска мембрана животиња садржи холестерол, док се у мембрани биљне ћелије налазе фитостероли (молекули слични стеролима) и воскови. Они не пропуштају воду и граде заштитне омотаче биљака и животиња.

Најзначајнија улога липида јесте енергетска улога . Њиховим разлагањем ослобађа се велика количина енергије коју ћелија користи за свој рад. Складиште се у ћелијама масног ткива, одакле се могу користити у складу са потребама организма.

Поред примарне

структуре, протеини образују још три

нивоа структуре: се­

кундарну, терцијар­

ну, а неки протеини и кватернарну.

Протеини представљају најзначајније органске молекуле за живе системе, о чему говори и сам њихов назив – грч. proteus – први, најважнији. Тешко је издвојити неку функцију у организму или ћелији која се одвија без помоћи протеина (они су хормони, ензими, антитела, транспортују супстанце итд.).

ПРОТЕИНИ (БЕЛАНчЕВИНЕ)

Слика 1.17. – Примарна структура протеина

Изграђени су од различитог броја амино­киселина које се повезују пептидним везама и граде полипептидни ланац . Број, врсте и редослед амино-киселина у полипептидном ланцу представљају примарну структуру протеина. Та структура је одређена генима. Сви протеини се граде комбинацијама 20 различитих амино-киселина.

Биљке су једини организми способни да стварају све неопходне амино-киселине. Животиње и човек могу да синтетишу само одређене амино-киселине, док остале морају да уносе храном. Те амино-киселине

називају се есенцијалне

НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ

У природи постоје две врсте нуклеинских киселина: ДНК (дезоксирибонуклеинска киселина) и РНК (рибонуклеинска киселина). Обе су заступљене у свим врстама организама, осим вируса, и веома су значајне за одржавање живота и еволуцију живог света. ДНК се налази у једру и неким ћелијским органелама (митохондрије и хлоропласти), док РНК

има и у једру и у цитоплазми.

Обе врсте изграђене су од нуклеотида. Нуклеотид, било ДНК или РНК, се састоји од:

• једног молекула азотне базе,

• једног молекула шећера (моносахарид) и

• једне фосфатне групе.

Азотне базе у ДНК и РНК

могу бити пуринске (пурини) и пиримидинске (пиримидини). Пуринске базе у

ДНК и РНК су исте, аденин (А) и гуанин (G). Пирими­

динске базе у ДНК су цитозин (C) и тимин (Т), док су у

РНК цитозин и урацил (U).

Шећер у ДНК је дезоксири­

боза, а у РНК је рибоза. Ну-

клеотиди у истом молекулу, било ДНК било РНК, међусобно се ра зликују према

бази коју садрже.

пиримидинске

пуринске базе

Више о липидима и протеинима учићете из хемије.

Слика 1.18. – Азотне базе

базе

Објасните колико

различитих нуклеотида гради нуклеинске киселине.

Слика 1.19. – Нуклеотид ДНК

Нуклеотиди су међусобно повезани тако што граде полинуклеотидни ланац. ДНК има два полинуклеотидна ланца, а РНК један.

Ланци ДНК постављени су један наспрам другог и повезани преко азотних база. Базе које се на тај начин спарују називају се комплементарне. Наспрам аденина (А) у једном ланцу, увек се поставља њему комплементарни тимин (Т) у другом ланцу и обрнуто. Исто правило комплементарности важи и за гуанин (G) и цитозин (C). Наспрамне, комплементарне базе се повезују водоничним везама: А и Т су међусобно повезани са две (А=Т), а G и C са три водоничне везе (G≡C).

Оба полинуклеотидна ланца увијена су у виду двоструке завојнице. Овај

модел грађе ДНК дали су 1953. године Вотсон и Крик и за то су деценију

касније добили Нобелову награду.

окосница ланца

пар база

комплементарне базе

тимин

аденин шећер шећер

гуанинцитозин

шећер

шећер

- водонична веза

Слика 1.20. – Структура ДНК

ДНК има способност самодупликације или репликације (лат. replica –копија). Репликација је процес током којег од једног молекула ДНК настају два потпуно иста молекула ДНК.

Линеарни делови једног ланца ДНК су гени. Неки гени носе упутство за синтезу протеина, док се на основу других синтетишу различите врсте РНК. РНК настају преписивањем гена са ДНК током процеса који се назива транскрипција.

Слика 1.21. – Структура једноланчане РНК

Постоје три основне врсте РНК, а то су: иРНК (информациона РНК), тРНК (транспортна РНК) и рРНК (рибозомална РНК). Све три врсте РНК

учествују у синтези протеина (транслација). Информациона РНК носи

упутство за синтезу протеина, тРНК доноси амино-киселине до рибозома

у којима се врши синтеза. Рибозоми су изграђени од рРНК и протеина.

УКРАТКО

Хемијски елементи у саставу ћелија живих бића називају се биогени елементи. Вода је универзалан растварач и посебно је значајно што се у њој

растварају супстанце укључене у основне животне процесе. Главни извор енергије за ћелију кичмењака је моносахарид глукоза, а резерва енергије

је гликоген. Липиди су органска једињења нерастворљива у води и с највећом количином енергије. Протеини су изграђени од амино­киселина повезаних

Објасните зашто је РНК једноланчани молекул.

Кључни појмови

биогени елементи

вода

неорганске соли

угљени хидрати

липиди

протеини ДНК

РНК

пептидним везама у поли­

пептидне ланце. Поред

структурне улоге, проте ­

ини обављају скоро све

функције у ћелији. ДНК и

РНК су изграђене од ну­

клеотида који се састоји од

три дела: шећера пентозе, фосфата и азотне базе.

Нуклеотиди се повезују у

полинуклеотидне ланце,

РНК има један ланац, а

ДНК два ланца. ДНК садр­

жи гене, а иРНК, тРНК и

рРНК учествују у синтези протеина.

Хемијска структура ћелије

1. Објасните грађу протеина.

2. Зашто је неопходно да у исхрани буде заступљено доста воћа и поврћа?

3. Одредите мономере за следеће полимере: полисахариди, полипептиди и полинуклеотиди.

4. Попуните табелу. Упоредите молекуле ДНК и РНК тако што ћете податке унети у одговарајуће колоне.

Молекул ДНК РНК

Место у ћелији где се налази

Структура молекула

Шећер у саставу нуклеотида

Пуринске базе

Пиримидинске базе

Улога у ћелији

ПРОВЕРИТЕ НАУчЕНО

БИОЗАБАВНИК

1. Приликом репликације, ланци ДНК се прво раздвоје тако што се раски­

ну водоничне везе између њих. Затим сваки од родитељских ланаца служи

као калуп према ком се ствара нови ланац ДНК. Нови ланци се синтетишу

по принципу комплементарности – наспрам аденина родитељског ланца

поставља се тимин новог ланца (и обрнуто), а наспрам гуанина – цитозин

(и обрнуто). Количина ДНК у

ћелији мора да се дуплира пре

деобе како би се равномерно

поделила кћеркама ћелијама.

2. Током транскрипције, ланци

ДНК се раздвајају. Један од њих

служи као калуп на основу којег

се ређају комплементарни нук­

леотиди РНК. Према аденину

из ДНК поставља се урацил

РНК, а према гуанину ДНК –

цитозин у РНК. Гени који садр­

же упутство за синтезу проте­

ина преписују је у иРНК. Када

се препише цео ген, новоство­

родитељски молекул ДНК

раскидање водоничних веза

синтеза нових ланаца

стари ланац

нови ланац

два нова молекула ДНК

Репликација ДНК

рени ланац РНК се одвоји, а ланци ДНК се споје у двоструку завојницу.

3. Процес синтезе протеина на рибозомима назива се транслација (лат. translatio – превођење). У транслацији се редослед нуклеотида иРНК преводи у редослед амино­киселина у полипептиду (протеину). Свака три узастопна нуклеотида у иРНК, називају се кодон, одређују једну амино­киселину Транспортне РНК

преводе кодоне доносећи у рибозом одговарајуће амино­киселине.

ЗАДАТАК

1. Стероиди се у нашем организму стварају из масти које уносимо храном. Организам човека ствара онолико стероида колико му је потребно за нормалну функцију и развој. На интернету (предлог сајтова – страна 276) или

у школској библиотеци пронађите више података о томе зашто је додатно

уношење стероида у организам штетно по здравље. Напишите кратак из­

вештај и разговарајте о овој теми на школском часу.

ГРАЂА ЋЕЛИЈЕ И ЋЕЛИЈСКИХ ОРГАНЕЛА

Упркос разликама између прокариота и еукариота, исти основни механизми управљају животом обе врсте ћелија, што указује на то да данашње

ћелије имају заједничко порекло. Како је настала прва ћелија још увек је

предмет расправе, јер се не може потпуно доказати у експерименту.

Према сложености грађе ћелије, сви ћелијски организми се деле на прокариоте и еукариоте. Прокариотски тип грађе ћелије имају бактерије

и архее, док су еукариоте сви остали једноћелијски и вишећелијски организми. Прокариоти су најраспрострањенији, најбројнији и најстарији

Прокариотске ћелије (грч. pro – пре; karyon – једро; „пре једра”) су мале (1–10 mm), једноставније грађе у односу на еукариотски тип организације. Поседују само ћелијски зид и мембрану, а немају једро, нити ћелијске органеле. Једине уобличене структуре су рибозоми, чија је функција синтеза протеина.

ЕУКАРИОТСКА ЋЕЛИЈА

Еукариотске ћелије (грч. eu – прави, истинит; karyon – једро; „право једро”) имају потпуно оформљен нуклеус (једро), одвојен нуклеусним

овојем од остатка ћелије. Поред нуклеуса, у цитоплазми се налазе бројне и разноврсне органеле и структуре. Кроз цитоплазму се простиру микроскопски ситне структуре у виду конаца, цевчица, углавном изграђене

од протеина. Њихов заједнички назив је цитоскелет (ћелијски скелет).

ЋЕЛИЈСКА МЕМБРАНА (ПЛАЗМИНА МЕМБРАНА)

Ћелијска мембрана је изграђена од липида, протеина и олигосахарида. Уређеност липида и протеина у мембрани је у таквом односу да граде структуру у виду течног мозаика. Липиди граде двослој у који су уроњени молекули протеина. Липиди и протеини се непрекидно померају, крећу, што мембрани даје особину еластичности и савитљивости. Услед тога, она се понаша више као течност него као чврста материја. Олигосахариди се везују за липиде (настају гликолипиди)) и протеине (настају гликопротеини), али само на спољашњој страни ћелијске мембране.

двослој фосфолипида

гликолипид

гликопротеин

протеин на спољашњој страни мембране

холестерол

Течномозаични модел грађе мембране први су предложили 1972. године Сингер и Николсон.

Проучите слику 1.24 и објасните распоред протеина у ћелијској мембрани.

масне

киселине

трансмембрански протеин (са каналом)

протеин уроњен у липиде фосфатна

протеин на уну трашњој страни мембране

Слика 1.24. – Грађа ћелијске мембране

Објасните зашто мембрана сасвим пропушта материје растворљиве у липидима.

Ћелијска мембрана даје облик ћелији и штити је од неповољних утицаја

из спољашње средине. Омогућава размену материја између унутрашњости ћелије и средине у којој она живи захваљујући томе што је селективно пропустљива (семипермеабилна ). То је строго контролисан процес

чиме се одржава сталност састава унутрашње средине (хомеостаза). Гасови као и мали молекули растворљиви у липидима неометано пролазе кроз липидни двослој уколико постоји разлика у концентрацији. За разлику од њих, транспорт наелектрисаних јона и крупних молекула омогућен је посебним протеинима. Уколико је за транспорт неопходна енергија, онда је то активан транспорт, а у суротном је пасиван транспорт.

ЋЕЛИЈСКЕ

ОРГАНЕЛЕ

Како објашњавате то што једна ћелија успева да обави велики број процеса?

У односу на запремину, мембрана еукариотске ћелије је мале површине за смештај ензима неопходних за обављање свих животних функција. Услед тога се, током еволуције, у унутрашњости ћелије образовао систем мембрана које деле ћелију на одељке за обављање различитих функција. Ти одељци су ћелијске органеле. Осим мембрана одвојених одељака, постоје и молекулски комплекси – структуре, попут рибозома или центрозома, који такође у ћелији остварују веома специфичне функције. Ћелијске органеле могу да имају једну или две мембране, док структуре немају мембрану. Цитоплазма представља унутрашњи садржај ћелије, одвојен од нуклеуса, у ком се налазе ћелијске органеле (укључујући ту и нуклеус) и структуре. Цитоплазма је високо уређена цитоскелетна дво и тродимензионална мрежа у чијим се окцима налази водени садржај често означаван

као цитосол.

Рибозоми су ћелијске структуре без мембране које синтетишу протеине. Изграђени су од две подјединице (субјединице) – велике и мале. Да би обављали синтезу протеина, неопходно је да се велика и мала субјединица удруже, повежу молекулом иРНК (садржи упутство за синтезу протеина). Више рибозома повезаних молекулом иРНК образује полирибозом (полизом).

рас тући полипептидни ланац

Проучите слику 1.25

и одредите тачност тврдње: на полирибозому се синтети­

ше већи број једна­

ких полипептидних ланаца. Објасните тврдњу.

рибозом

велик а субјединица

иРНК

мала субјединица

Слика 1.25. – Рибозоми повезани са иРНK, полирибозом

Ендоплазмин ретикулум (скраћено ЕР) се састоји од једне мембранe

којa ограничава унутрашње просторе (цистерне) и пружа се готово кроз

читаву ћелију (попут мреже, па отуда и назив лат. reticulum – мрежа).

Према грађи и улози, разликују се два облика ЕР-а: гранулисани или

храпави ( гЕР ) и агранулисани или глатки (аЕР ). За мембране гЕР су

везани рибозоми, а аЕР је без рибозома. У гЕР-у се обликују протеини

синтетисани у рибозомима. Једна од улога аЕР-a јесте синтеза липида.

Слика 1.26. – Облици ендоплазминог ретикулума: гЕР и аЕР

Молекули синтетисани у ЕР-у допремају се транспортним (преносним)

везикулама до Голџијевог апарата, где сазревају, обележавају се и усмеравају ка тачном одредишту у ћелији.

Састоји се од више спљоштених, дискоидалних мембранских кесица , међусобно скоро паралелно постављених и на крајевима проширених.

Уз њих се налазе мање или веће везикуле у којима су производи Голџијевог апарата.

кесице

Слика 1.27. – Грађа Голџијевог апарата

ATP је скраћеница за аденозинтрифосфат, једињење богато енергијом неопходном за рад ћелије.

цистерна

везикул е

Више о ћелијском дисању и ATP­у научићете у наредној лекцији.

I. БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕ

Лизозоми (lisa – разлагање; soma – тело) јесу мембранске органеле у

облику везикула. Испуњене су ензимима за унутарћелијску разградњу

макромолекула. У њима се разграђују различити молекули, оштећени

делови ћелије, па чак и читаве ћелије (нпр. бактерије).

Митохондрије су органеле које имају две мембране – спољашњу и

унутрашњу, између којих се налази међупростор. Спољашња мембрана

Више о стварању

ATP­а у хлоропластима учићете у лекцији о фотосинтези.

Проучите слику 1.28 и закључите зашто је површина

унутрашње мембране вишеструко

већа од површине

спољашње мембране митохондрија.

је глатка и у контакту је са цитоплазмом. Унутрашња мембрана гради многобројне уврате означене као кристе. На и у унутрашњој мембрани митохондрија налазе се ензими који омогућавају стварање АТР-а у процесу ћелијског дисања. У унутрашњости митохондрија (матрикс) налазе се мали молекули митохондријске ДНК (мтДНК) и рибозоми Слика 1.28. – Грађа митохондрије

Хлоропласти садрже зелени пигмент хлорофил, помоћу ког обављају

фотосинтезу.

Упоредите грађу митохондрија и

хлоропласта на сликама 1.28 и 1.29.

Објасните закључак.

спољашња мембрана унутрашња мембрана

мтДНК

простор Слика 1.29. – Грађа хлоропласта

Хлоропласти су и по грађи и по функцији слични митохондријама. У

њима се, као и у митохондријама, производи АТP, само што се користе

различити извори енергије.

Хлоропласти су органеле изграђене од две мембране, спољашње и

унутрашње, између којих се налази међупростор. Спољашња мембрана

одваја хлоропласт од цитоплазме, а унутрашња ограничава садржај хлоропласта (строму). Унутрашња мембрана гради спљоштене, паралелно

постављене кесице назване тилакоиди (thylacos – кесица). У мембранама

тилакоида налазе се пигменти и ензими који учествују у фотосинтези.

Поред тога, у строми су присутни мали молекули хлоропластне ДНК (хДНК), рибозоми и ензими који учествују у фотосинтези.

Цитоскелет је изграђен од преко 20 врста цитоплазматских протеина који омогућавају промену облика ћелије, кретање органела и саме ћелије, као

и међусобно повезивање ћелија. То је изузетно динамична структура која

веома брзо може да се продужи или скрати, чиме се обезбеђује брзина покрета ћелије.

Центрозом чине две центриоле, постављене међусобно под правим углом и окружене аморфним материјалом. Улога центриола је у организацији деобног вретена. Деобно вретено омогућава кретање хромозома за

време ћелијске деобе и њихову правилну расподелу на кћерке ћелије.

Центриоле су у облику цилиндра чији је зид изграђен од микротубула (микроскопски ситне цевчице).

Микротубуле се удружују у структуре на површини ћелије, као што су

трепље и бичеви.

Трепље (цилије) и бичеви (флагеле) су сличне грађе као центриоле. Помоћу њих се крећу једноћелијски организми (бичари и трепљари), као и

сперматозоиди многих животиња, па и човека.

центрозом

центриола Слика 1.30. – Грађа центрозома

Краћи тилакоиди, који су густо наслагани један уз други (као новчићи у фишеку), јесу тилакоиди грана, а дужи, појединачни, су тилакоиди строме. Тилакоиди строме повезују тилакоиде грана образујући тако један систем у виду мреже.

Проучите слику 1.30 и објасните грађу центриоле по принципу 9x3.

микротубула

Кључни

појмови

прокариотске

ћелије

еукариотске ћелије

ћелијска мембрана

ћелијске органеле

ћелијске структуре

цитоскелет

центриоле

трепље

бичеви

УКРАТКО

Мембрана је у еукариотској ћелији присутна на површини ћелије и у ње­

ној унутрашњости, где организује поједине органеле. Према течно­моза­

ичном моделу грађе мембране, липиди граде двослој у који су уроњени молекули протеина, а за спољашњу страну мембране везани су олигосахариди. Више рибозома повезаних с молекулом иРНК гради полирибозом у коме се синтетишу протеини. Молекули синтетисане у ЕР­у допремају

се транспортним везикулама до Голџијевог апарата, где сазревају, обележавају се и усмеравају ка тачном одредишту у ћелији. Лизозоми су мем­

бранске органеле у облику везикула, испуњене ензимима за унутарћелиј­

ску разградњу макромолекула.У митохондријама и хлоропластима се ствара енергија (ATP) у процесима ћелијског дисања и фотосинтезе. Пар центриола, постављених међусобно под правим углом, организују деобно вретено. Помоћу трепљи и бичева крећу се једноћелијски организми, као и сперматозоиди многих животиња, па и човека.

1. Наведите три дела којe имају сви типови ћелија.

2. Објасните зашто ћелијска мембрана има асиметричну структуру.

3. Попуните табелу. У колоне унесите податке и представите грађу и функције ћелијских органела и структура.

Органела или структура Грађа Главна функција

Рибозом

Ендоплазмин регикулум

Голџијев апарат

Лизозоми

Вакуола

Митохондрија

Хлоропласти

Центриоле – центрозом

Објасните:

– сличности у грађи између органела; – које органеле имају и биљне и животињске ћелије.

Заступљеност (прокариоти, биљке, животиње)

4. На слици је приказан попречни пресек центриоле (9х3) и тела бича

сперматозоида (9x2 +(1+1)).

микротубула

пар микротубула

бич сперматозоида

Слика 1.31. – Попречни пресек центриоле и тела бича сперматозоида

Упоредите слике и закључите: а) које су сличности у грађи центриоле и

бича, б) по чему се разликује грађа тих структура.

БИОЗАБАВНИК

1. Распоред протеина у двослоју фосфолипида карактеристичан је за сва­

ку врсту ћелија. Тако, мембрана еритроцита човека има 50 различитих

врста протеина чији распоред одговара само еритроцитима особе с истом

крвном групом. Такође, сваки тип ћелија има свој јединствени „отисак

прста” угљених хидрата везаних за спољашњу страну ћелијске мембране, који се разликује од других врста ћелија.

2. Сперматозоид нема митохондрије у цитоплазми, већ их има само јајна ћелија, па мтДНК наслеђујемо само од мајке. Митохондријска ДНК се у

последњих 20–25 година користи у доказивању сродности особа по мај­

чиној линији. Осим тога, користи се као поуздан доказ у различитим криминалистичким истраживањима. МтДНК се може изоловати и испитивати из мртвих ћелија косе, зуба и ноктију.

ЗАДАЦИ

1. Радећи у пару направите од пластелина, стиропора или материјала по сопственом избору тродимензионални модел ћелијске мембране. Модел треба да илуструје грађу мембране и њену улогу у размени материја. Представите модел на часу.

2. Нацртајте митохондрију дужине 12 cm, а ширине 5 cm и обележите њене делове. Дебљим концем или канапом „опцртајте” спољашњу и унутрашњу мембрану митохондрије. Исправите конац, па измерите и запишите дужину конца за обе мембране. Упоредите дужину спољашње и унутрашње мембране митохондрија. Размислите и објасните зашто је такав однос у

дужини мембрана.

центриола

Подсетите се шта сте до сада научили о нуклеотидима.

КљУчНИ МЕТАБОЛИчКИ ПРОЦЕСИ:

ЋЕЛИЈСКО ДИСАЊЕ И ФОТОСИНТЕЗА

МЕТАБОЛИЗАМ ЋЕЛИЈЕ

Сва енергија коју користе ћелије, било да су оне биљне, било да су животињске, потиче од енергије Сунца. Енергија Сунца се у биљкама, процесом фотосинтезе, трансформише у хемијску енергију аденозин­трифосфат (ATP). За синтезу органских једињења користи се хемијска енергија (ATP). Органска једињења истовремено служе као храна животињама. Да

би могли да користе енергију за живот, раст и размножавање, организми

морају да је ослободе из хране у облику који је за њих употребљив.

Енергија се из хране добија њеном постепеном оксидацијом која је под контролом ензима. Ензими су протеини који не само да каталишу (покрећу и убрзавају хемијске реакције), већ и регулишу метаболичке процесе у ћелији.

Најзначајније једињење у ћелији богато енергијом је ATP који по својој хемијској грађи спада у нуклеотиде. Молекул АТР-а састоји се од: аденина, рибозе и три фосфатне групе. Везе крајње две фосфатне групе су богате енергијом.

Проучите слику 1.32

и закључите по чему се међусобно разликују ATP, ADP и AMP. Koje једињење међу њима је најбогатије енергијом?

Слика 1.32. – Структурне формуле ATP, ADP (аденозин­дифосфат) и AMP (аденозин­монофосфат)

ЋЕЛИЈСКО ДИСАЊЕ

Ћелијско дисање је процес у ком се органске материје оксидују, а као крајњи производи те оксидације настају угљен-диоксид, вода и енергија

у облику молекула АТР-а. Збирна једначина ћелијског дисања је: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP

У ћелијама човека главни извор енергије је глукоза, чијим се разлагањем (оксидацијом) ослобађа енергија. Ту енергију ћелија чува у облику молекула АТР-а.

Ћелијско дисање одвија се постепено кроз следеће фазе:

1. гликолизу,

2. оксидацију пирувата,

3. Кребсов циклус,

4. оксидативну фосфорилацију (транспорт електрона).

Гликолизом се један молекул глукозе разложи на два молекула пирувата. Ослобођена енергија се употребљава за стварање ATP-a и редукованог коензима. ATP и коензими депонују енергију која је ослобођена током ових оксидација органских једињења. Гликолиза се врши у цитоплазми, у средини без кисеоника (анаеробно).

Остале фазе ћелијског дисања одвијају се у аеробним условима (у средини с кисеоником). У аеробним фазама се ослободи много већа количина енергије (ATP) него у гликолизи.

Прво се пируват оксидише и везује за коензим А, при чему настаје ацетил­коензим А. Из ове реакције ослобађају се угљен­диоксид и редуковани коензим. Ацетил-коензим пролази кроз обе мембране и доспева у матрикс митохондрија.

У матриксу митохондрија одвија се Кребсов циклус. По уласку у овај циклус, ацетил-коензим А се комбинује с једињењем од 4 угљеникова атома и пролази кроз низ реакција оксидације . При томе се ослобађа угљен­диоксид, док се почетно једињење са 4 угљеникова атома обнавља, што овај низ реакција чини циклусом. У Кребсовом циклусу настају ATP и редуковани коензими (NADH+H+ и FADH2).

Коензими су неопходни за нормалан рад ензима који учествују у оксидо­редукционим процесима ћелијског дисања. Редукован коензим је онај који је примио електрон, а оксидован је онај који је изгубио електрон.

NAD је скраћени назив за никотиaнамид­аденин­динуклеотид.

FAD је скраћени назив за флавин­аденин­динуклеотид.

У анаеробним условима пируват може даље да се разлаже млечно­киселинским или алкохолним врењем (ферментацијом). При млечно­киселинском врењу, које могу да врше неке бактерије, пируват се разлаже до млечне киселине (добијање јогурта, сирева и др.). Алкохолним врењем, које врше неки квасци, из пирувата се добија етил­алкохол (добијање пива, вина и сл.) и угљен­диоксид (CO2).

Подсетите се шта сте из хемије научили о структури атома.

Слика 1.33. – Шематски приказ ћелијског дисања кроз фазе

Више о оксидо­ре­

дукционим процесима учићете из хемије.

У унутрашњој мембрани митохондрије налази се низ преносилаца електрона који заједно сачињавају транспортни ланац електрона. Редуковани коензими, створени у претходним фазама, предају електрон првом члану тог ланца, чиме постају оксидовани, а преносилац се редукује.

Електрон се даље преноси кроз ланац од једног ка следећем преносиоцу (од даваоца ка примаоцу електрона). Крајњи прималац електрона је ки­

Објасните шта ће се десити са ћелијом

чије митохондрије не стварају довољну

количину енергије.

сеоник, при чему настаје вода. Истовремено с транспортом електрона протони се транспортују с једне на другу страну мембране. На тај начин, оксидацијом хранљивих материја ослобађа се (јавља) одређена количина

слободне енергије која се употребљава за синтезу АТP-a. Та синтеза се

назива оксидативна фосфорилација

КатаболичКи путеви

Већина организама енергију добија из масти и протеина, а не директно

из глукозе. Масти и протеини се разлажу у органима за варење на моле-

куле који се могу укључити у гликолизу или Кребсов циклус.

ФОТОСИНТЕЗА

Фотосинтеза је процес у ком се, помоћу хлорофила, Сунчева енергија

претвара у хемијску, а затим се та хемијска енергија (АТP) употребља­

ва за синтезу органских материја из неорганских. Способност фо -

тосинтезе имају биљке, алге и неке врсте бактерија.

Фотосинтеза је основни процес у природи зато што обезбеђује органске

материје за све живе организме. Све остале синтезе у живим организми-

ма настављају се на фотосинтезу. Одвија се кроз две фазе – светлу, за коју

је неопходна светлост, и тамну, за чије одвијање није неопходна светлост.

Светла фаза се врши на тилакоидима, док се тамна врши у унутрашњости

хлоропласта.

Фотосинтеза се крајње поједностављено може представити на овај начин: 6C2O + 6H2O → C6H12O6+ 6O2

У светлој фази хлорофил апсорбује (упија) Сунчеву светлост да би се

она искористила за стварање АТP -а и за редукцију носача електрона, коензима.

Молекул хлорофила, који је апсорбовао светлост, губи електрон. Електрон улази у транспортни ланац електрона (на тилакоидима) и преноси се од даваоца ка примаоцу електрона. Крајњи прималац електрона је коензим, који постаје редукован. Низ ових оксидо-редукујућих

реакција омогућава постепено ослобађање енергије која се употребљава за синтезу ATP-а.

Неки преносиоци електрона способни су да преносе протоне (H +) кроз мембрану тилакоида. Тиме се ствара разлика у наелектрисању с једне и друге стране мембране, што обезбеђује енергију за синтезу ATP-а.

Светлосна енергија се тако претвара

у хемијску енергију.

Молекул хлорофила (који је изгубио

електрон и сада је оксидован) надокнађује изгубљени електрон оксидацијом воде. При томе се ствара ки­

сеоник као споредни производ

фотосинтезе. Кисеоник се ослобађа

у атмосферу, што је још један значај

фотосинтезе.

Живот на нашој планети заснива

се на претварању Сунчеве енергије

у хемијску и на коришћењу атмо­

сферског кисеоника за дисање.

Слика

Коензим у фотосин­

тези је NADP (никотинамид­аденин­динуклеотид­фосфат).

1.34. – Светла и тамна фаза фотосинтезе

Кључни појмови

ћелијско дисање гликолиза

оксидација

пирувата ATP

Кребсов циклус оксидативна фосфорилација

светла фаза

транспортни ланац

електрона тамна фаза

коензими Калвинов циклус

У тамној фази се користе АТP и редуковани коензим створени у светлој

фази. ATP служи као извор енергије. Редуковани коензим даје електроне

за редукцију угљеника из угљен-диоксида до шећера. Угљен-диоксид

(биљка га усваја из атмосфере) јесте извор неорганског угљеника који се уграђује у органска једињења. Претварање неорганског угљеника у органски угљеник (шећер) назива се фиксација угљеника и врши се у Калвиновом циклусу . Током сваког циклуса у њега улази један молекул угљен-диоксида и везује се за почетно једињење (шећер с 5 C атома). У

даљем току циклуса, помоћу ATP и редукованог коензима, настају различити шећери и обнавља се почетно једињење.

УКРАТКО

Ћелијско дисање је процес у ком се глукоза оксидује, при чему као крајњи производи те оксидације настају угљен­диоксид, вода и енергија у облику молекула АТР ­а. На и у унутрашњој мембрани митохондрија налазе се ензими транспортног ланца који омогућавају стварање АТР­а у процесу ћелијског дисања. Хлоропласти су органеле у којима се одвија фотосинтеза. Фотосинтеза се одвија кроз две фазе – светлу (Сунчева енергија се претвара у хемијску и ослобађа кисеоник) и тамну (помоћу АТP ­ а и NADPH, створених у светлој фази, синтетишу се органска једињења).

ПРОВЕРИТЕ НАУчЕНО

1. Допуните реченицу одабиром тачног појма.

Примарни даваоци електрона у оксидативној фосфорилацији су ______________.

а) О2 и CO2 б) коензими в) пирувати г) вода и кисеоник.

2. Наведите фазе ћелијског дисања које се врше у цитоплазми.

3. Наведене појмове/процесе везане за фотосинтезу и ћелијско дисање распоредите у Венов дијаграм. Дијаграм попуните уписивањем бројева који су наведени

ћелијско дисање фотосинтеза

1 – хлоропласти

2 – митохондрије

3 – ATP

4 – транспортни ланац електрона

5 – ослобађа се кисеоник

6 – ослобађа се угљен­диоксид

7 – коензими

8 – оксидација глукозе

4. Објасните зашто је за светлу фазу фотосинтезе светлост неопходна, а за тамну није.

БИОЗАБАВНИК

1. Ћелије које троше пуно енергије за рад, као што су ћелије јетре човека, имају велики број митохондрија. Тако ћелије јетре могу да садрже и до 1.000 митохондрија.

2. Кребсов циклус је назван по Хансу Адолфу Кребсу који га је открио 1937. године, да би тек 1953. године за то откриће добио Нобелову награду.

ЗАДАЦИ

1. Извор енергије неопходне за процес фотосинтезе јесте Сунчева светлост. Њу апсорбују пигменти, првенствено хлорофил и каротеноиди. На интеренету (предлог сајтова – стр. 276) или у школској библиотеци пронађите још података о фотосинтетичким пигментима. Током истраживања одговорите на следећа

питања: објасните шта је апсорбована, а шта пропуштена светлост, као и зашто

је лишће зелене боје.

Направите презентацију свог истраживања и прикажите је на школском часу.

2. Само 2% Сунчеве енергије стиже до Земљине атмосфере. Сунчева све­

тлост игра веома велику улогу у нашем опстанку на планети Земљи: сва

храна коју једемо и сва фосилна горива која користимо су производи

фотосинтезе. То је процес који претвара енергију Сунца у облике енергије

који могу да се користе у биолошким системима.

Нацртајте шему како се Сунчева енергија претвара у друге облике енергије

у биљкама и животињама. Објасните у ком облику организам човека може

да користи Сунчеву енергију и да ли се део енергије губи.

БИљНА И ЖИВОТИЊСКА ЋЕЛИЈА –

РАЗЛИКЕ

Структурне разлике на ћелијском нивоу, које постоје између биљних и животињских организама, настале су као резултат начина живота биљака. Биљке су причвршћене за подлогу, док се већина животиња активно креће.

Слика 1.35. – Животињска ћелија

Слика 1.36. – Биљна ћелија

Биљна ћелија се у неколико карактеристичних особина разликује од животињске, а то су: поседовање чврстог ћелијског зида и пластида. Зреле биљне ћелије имају једну крупну, централно постављену вакуолу. Она

потискује цитоплазму с ћелијским органелама уз ћелијски зид. Вакуоле садрже хидролитичке ензиме који могу да разлажу различите материје. Иако је вакуола ендозомско­лизозомска органела, често се убраја у разлике између биљних и животињских ћелија.

Централне вакуоле увећавају укупну површину и запремину ћелијa, а да притом не мора да се увећава цитоплазма, што биљкама омогућава

неограничен раст. Биљке расту читавог живота, док је раст животиња

ограничен на одређени период у животу и генетички је одређен.

Пластиди су органеле биљне ћелије којима припадају хлоропласти .

Животињске ћелије не поседују пластиде. Хлоропласти омогућавају биљци аутотрофан начин исхране. Тиме се биљке, неке аутотрофне бактерије и алге разликују од свих осталих организама који су хетеротрофни

Резервни полисахарид биљака је скроб, док животиње складиште гли­

коген

Биљне ћелије могу да буду у функцији и када су мртве, када потпуно

изгубе унутрашњи садржај и од читаве ћелије остане само ћелијски зид.

Тако, проводни елементи (трахеје и трахеиди), којима се вода и минералне материје проводе од корена до свих делова биљке, јесу мртве ћелије, које имају само ћелијске зидове.

Подсетите се шта сте у основној школи учили о аутотрофном и хетеротрофном начину исхране.

Слика 1.37. – Ћелијски зидови проводних елемента корена

Цитоскелет биљних ћелија је због вакуоле, која се налази у центру, концентрисан уз ћелијску мембрану. Пошто се на површини биљних ћелија

налази ћелијски зид, оне се не могу кретати. Тако цитоскелет омогућава кретање органела (делимично и струјањем цитоплазме) и кретање хромозома за време деобе.

Животињске ћелије углавном садрже центриоле, а биљне ћелије их не садрже. Иако немају структурно формиране центриоле, биљне ћелије могу да граде деобно вретено.

Објасните везу између хлоропласта и аутотрофног начина исхране.

Кључни појмови

ћелијски зид хлоропласти вакуола цитоскелет центриоле

УКРАТКО

Биљна ћелија се у неколико карактеристичних особина разликује од живо­

тињске, а то су: поседовање чврстог ћелијског зида, централне вакуоле и

пластида. Хлоропласти омогућавају биљци аутотрофан начин исхране. Цен­

тралне вакуоле увећавају укупну површину и запремину ћелијa, што биљка­

ма омогућава неограничен раст. Животињске ћелије углавном садрже цен­

триоле, а биљне ћелије их не садрже, али могу да граде деобно вретено.

ПРОВЕРИТЕ НАУчЕНО

1. Објасните како биљне ћелије омогућавају раст биљкама током читавог

живота.

2. Да ли мртве ћелије животиња могу да буду у функцији?

3. Попуните табелу. У колоне упишите особине биљне и животињске ћелије и уочите разлике између њих.

ОсобинеБиљна ћелија Животињска ћелија

4. Издвојте „уљеза”, односно појам који не припада овом скупу: Голџијев апарат, нуклеус, ендоплазмин ретикулум, митохондријa, рибозом, хлоропласт.

БИОЗАБАВНИК

1. Вакуола у биљној ћелији може да заузима и до 90% укупне запремине ћелије.

2. Разликују се три врсте пластида:

хлоропласти (chloros – зелен),

хромопласти (chromos – боја), који садрже пигменте каротеноиде (жути

до црвени пигменти), који дају боју плодовима и цветовима, па је њихова улога еколошка (привлачење инсеката, разношење плодова),

3. леукопласти (leucos – безбојан), који немају пигменте; њихова улога је магационирање хранљивих материја (скроба, уља, протеина).

мембрана

грануле скроба

Амилопласт магационира скроб

Ови типови пластида могу прелазити један у другог у зависности од улоге

ткива у ком се налазе, као и од спољашњих и унутрашњих фактора.

ЗАДАТАК

1. У виду табеле направите преглед градива о ћелијским органелама и

структурама. У табели наведите назив органеле или структуре, опис њихове грађе, функције које врше и које их ћелије садрже (биљне, животињске или обе врсте).

Установите сличности и разлике између: – ћелијских органела и структура, – биљне и животињске ћелије. Представите преглед градива на часу.

амилопласт

Подсетите се шта сте до сада научили о репликацији и транскрипцији.

НУКЛЕУС (ЈЕДРО) И ХРОМОЗОМИ

Значај нуклеуса је да обезбеди несметана и усклађена одвијања свих

животних процеса. Ћелија се тако одржава у животу.

Најупадљивија, велика органела еукариотских ћелија је нуклеус. Сам

латински назив nucleus – језгро говори о његовом значају за ћелију. У

њему се налази ДНК (гени) у којој је записано све што ћелија треба да уради да би се одржала у животу и прилагодила променама у околини. Нуклеус управља свим процесима у ћелији, у њему се и дуплира ДНК (репликација) и синтетишу све врсте РНК (транскрипција).

Нуклеус се састоји од нуклеусног овоја и нуклеоплазме. Нуклеусни овој је изграђен од две мембране, спољашње и унутрашње, између којих се налази перинуклеусни простор. Његова улога је да штити ДНК али и просторно одваја процесе који се одигравају у нуклеусу од процеса који се одигравају у цитоплазми. Спољашња мембрана се наставља на мембрану гранулисаног ендоплазминог ретикулума и за њу су везани рибозоми. Унутрашња мембрана се наслања на нуклеоплазму и за њу су везани протеини који повезују хромозоме с овојем. На нуклеусном овоју постоје поре (нуклеусне поре) преко којих се обавља размена материја између нуклеоплазме и цитоплазме ћелије.

рибозом

спољашња мембрана

унутрашња мембрана

нук леусна пора

Слика 1.38. – Грађа нуклеуса

нук леоплазма перинуклеусни простор

хроматин

нук леолус

Нуклеоплазма је по саставу слична цитоплазми али за разлику од ци­

топлазме, нуклеоплазма испуњава унутрашњост једра. У нуклеоплазми

се налазе хромозоми – хроматин и једарце (нуклеолус).

ХРОМАТИН

Хроматин се уочава у интерфазном једру (то је једро ћелије која није у

деоби, већ се налази у интерфази). Он је у облику хроматинских влакана.

Током ћелијске деобе кондезују се хроматинска влакна, тако да она постају уочљива – хромозоми.

Након бојења, разликују се две врсте хроматина: хетерохроматин и

еухроматин. Хетерохроматин је кондензован, па је због тога тамније

обојен и лако се уочава у једру. Еухроматин је дифузан (расплетен), па

је услед тога светлије обојен. Еухроматин је активан у транскрипцији, док хетерохроматин није. Гени се у РНК преписују у деловима хромозома који садрже еухроматин.

Називи хроматин и хромозом потичу од грч. chromos, што значи боја, односно лепо се боје одређеним бојама.

Хромозоми су структуре карактеристичног облика које се у ћелији могу уочити за време деобе.

Захваљујући томе што се лепо боје, хромозоми се могу у одређеној фази деобе посматрати под светлосним микроскопом. Најбоље се уочавају за време метафазе митозе, па се називају метафазни митотски хромозоми

број хромозома

Број хромозома је сталан, карактеристичан за сваку биолошку врсту и

назива се кариотип. Телесне (соматске) ћелије имају диплоидан (грч. diploos – двострук) број хромозома (обележава се као 2n). Диплоидан број представља две гарнитуре хромозома, при чему једна гарнитура

потиче од мајке, а друга од оца. Хромозоми, који су међусобно слични (по облику, величини, садржају гена), а потичу из различитих гарнитура (један из мајчине, а други из очеве), јесу хомологи хромозоми. Осим у телесним ћелијама, диполоидан број хромозома налази се и у оплођеној јајној ћелији (зиготу). Телесна ћелија човека има 46 хромозома или две гарнитуре по 23 хромозома, при чему једна гарнитура потиче од мајке, а друга од оца.

Објасните зашто ћелија која интензивно синтетише неки протеин садржи више еухроматина него хетерохроматина.

ХРОМОЗОМИ

Проучите слику 1.39

и закључите колико

парова хомологих

хромозома има у кариотипу мушкарца.

Када се хромозоми

фотографишу или нацртају, затим се

поређају у парове по величини, добија се кариограм

Слика 1.39. – Кариограм мушкарца – бројевима су обележени хомологи телесни хромозоми (1–22), са X и Y означени су полни хромозоми, а слова (А–G) означавају групе у које се хромозоми сврставају

Полне ћелије или гамети (код човека су то сперматозоиди и јајне ћелије) садрже упола мањи број хромозома у односу на телесне ћелије. Тај број хромозома назива се хаплоидан и обележава се сa n (грч. haploos – једнострук). Ако телесна ћелија има две гарнитуре хромозома, полна ћелија

имаће једну гарнитуру хромозома. Број хромозома у полним ћелијама човека је 23.

Проучите слику 1.40

и закључите колико копија сваког

хромозома садржи

диплоидна, а колико хаплоидна ћелија.

ГРАЂА МЕТАФАЗНОГ МИТОТСКОГ ХРОМОЗОМА

На сваком метафазном хромозому јасно се уочавају две сестринске хроматиде и центромере. Те делове садрже сви хромозоми, док се само

код неких јавља и секундарно сужење.

Сестринске хроматиде образују се репликацијом ДНК, тако да су потпуно једнаке, садрже исте гене (отуда назив сестринске). Свака хроматида је уздужна половина хромозома и има један молекул ДНК, а цео хромозом има два једнака молекула ДНК. Центромере се виде као сужење хромозома. Сестринске хроматиде се међусобно везују читавом дужином, а најближе су повезане у пределу својих центромера.

Слика 1.42. – Метафазни хромозом

Слика 1.43. – Хромозом (а) с једном хроматидом и (б) с две сестринске хроматиде после репликације ДНК

У нивоу центромере сваке хроматиде налази се протеинска структура – кинетохор (грч. kinethikos – покретно), за коју се везују влакна деобног вретена.

НУКЛЕОЛУС (ЈЕДАРЦЕ)

Нуклеолус се налази у нуклеоплазми од које није одвојен мембраном. Видљив је у интерфазном једру, док привидно нестаје за време деобе. У нуклеолусу се синтетишу делови рибозома. Стога је нуклеолус крупан у једру ћелија које врше интензивну синтезу протеина. Једро може да садржи један нуклеолус или више њих.

Слика 1.44. – Нуклеус (једро)

и нуклеолус (једарце)

Проучите слику 1.43 и израчунајте колико сестринских хроматида има телесна ћелија човека после извршене репликације.

Кључни појмови

нуклеус (једро)

хроматин

хромозоми

диплоидан број хаплоидан број

сестринске

хроматиде

центромере

кинетохор

нуклеолус

УКРАТКО

Нуклеус управља свим процесима у ћелији, у њему се врше репликација и

транскрипција. Нуклеоплазма је унутрашњост једра у којој се налазе хромозо­

ми – хроматин и једарце (нуклеолус). Хроматин се уочава у интерфазном једру

у облику хроматинских влакана која се током ћелијске деобе кондезују тако

да постају уочљиви хромозоми. Број хромозома је сталан, карактеристичан за сваку биолошку врсту и назива се кариотип. Телесне (соматске) ћелије имају

диплоидан број, који представља две гарнитуре хромозома, при чему једна гарнитура потиче од мајке, а друга од оца. Полне ћелије или гамети садрже упола мањи број хромозома у односу на телесне ћелије, назван хаплоидан (грч. haploos – једнострук). На сваком метафазном хромозому јасно се уочавају две сестринске хроматиде и центромере. Нуклеолус се образује у пределу секундарног сужења хромозома и у њему се стварају делови рибозома.

ПРОВЕРИТЕ НАУчЕНО

1. Означите делове нуклеуса приказаног на слици.

нуклеолус бр. _____

спољашња мембрана нуклеусног овоја бр. ____

унутрашња мембрана нуклеусног овоја бр.______

хроматин бр. ____

нуклеусна пора бр. _____

2. Са чиме је у вези перинуклеусни простор?

3. Објасните грађу нуклеусног овоја.

4. Објасните зашто сестринске хроматиде садрже исте гене.

5. Заокружите слово испред тачног одговора.

Метафазни митотски хромозом се састоји од:

а) две сестринске хроматиде,

б) две центромере,

в) два кинетохора,

г) све наведено је тачно,

д) тачно је под а) и в).

6. Заокружите слово испред тачног одговора. Мишићна ћелија човека садржи: а) 44 хромозома, б) 23 пара хромозома, в) две гарнитуре са по 46 хромозома, г) хаплоидан број хромозома.

БИОЗАБАВНИК

1. Телесна људска ћелија има 46 хромозома. Када се измери укупна дужи­

на ДНК у свим хромозома, добија се вредност од око 2 m. Треба имати у

виду да је пречник нуклеуса 5–10 микрометара. Укупна дужина ДНК у свим

ћелијама људског тела износи 2 x 10¹¹ km, што је много пута веће од обима

Земље или растојања између Земље и Сунца. Због тога ДНК мора да се намотава и пакујe на различите начине како би се сместила у сићушно једро.

Томе служе посебни хистонски и нехистонски протеини, око којих се ДНК

намотава. Затим се додатно пакује тако што се згушњава и савија. хромозом

ЗАДАТАК

Нивои паковања ДНК

1. Појава промене броја читавих гарнитура хромозома назива се полиплоидија. Тако полиплоидне телесне ћелије могу да садрже више од две гарнитуре хромозома (3n, 4n, 5n...). Појава је честа код биљака, док се ретко јавља код животиња и људи. На интернету (предлог сајтова – стр. 276) или у школској библиотеци пронађите податке како полиплоидија делује на биљке, животиње и људе. Направите презентацију и прикажите је на школском часу.