БИОЛОГИЈА ЗА ПРВИ РАЗРЕД

БИОЛОГИЈА ЋЕЛИЈЕСви организми су састављени од ћелија. Ћелија се не види голим оком, осим јајне ћелије, мишићне ћелије и дрвенасте ћелије.

Постоје светлосни и електронски микроскопи. За светлосне микроскопе потребна је светлост, а гледамо кроз сочива; док су за електронске микроскопе потребни снопови електрона, а гледамо кроз магнетно поље.

1665. Роберт Хук је видео мртву ћелију плуте, уствари мртве ћелијске зидове1685. Левенхук конструише бољи микроскоп1695. Шван изучава живу ћелију у ствара дефиницију ћелије.

Биохемија изучава хемијски састав и реакције, а молекуларна биологија (у оквриу биохемије) изучава протеине и нуклеинске киселине.

ХЕМИЈСКИ САСТАВ ЋЕЛИЈЕСви елементи који се налазе у саставу ћелије потичу из неживе природе и зову се биогени елементи. Према заступљености, деле се на макрометаболите (макро елементе), који су заступљени у већој мери, и на микрометаболите (микро елементе), којих је мање, али су и једни и други значајни.

Макрометаболити: C, H, O, N, S, P, Na, K, Ca, MgМикрометаболити: Fe, Zn, Cu, Mo, B, Co, Se

Вода је неорганско једињење заступљено око 70% у ћелији. Ћелије млађих организама садрже више воде, док је старији организми имају мање.

Метаболички активније ћелије имају више воде у свом саставу:

плодови биљака (лубеница) – 90%животиње (медуза) – 85%биљке (кикирики) – 5%

Значај воде у ћелији:

1. главни растварач у ћелији2. средина у којој се одвијају биохемијски процеси3. транспортна функција

4. температурни пуфер (спречава прегрејање)

Вода је неутрални молекул, са pH вредношћу седам. pH слака показује однос H+ и ОH- јона, па ако има више H+ јона, средина је кисела; у супротном је базна.1

Иако је H2O неутрални молекул, он показује поларност због велике елетронегативности кисеоника и зато су сви молекули са поларитетом растворљиви у води, док молекули без поларитета нису.

ОРГАНСКА ЈЕДИЊЕЊАОрганска једињења која улазе у састав ћелије су:

1. угљени хидрати или шећери2. липиди3. протеини4. нуклеинске киселине

УГЉЕНИ ХИДРАТИ (ШЕЋЕРИ)Угљени хидрати су изграђени од C, H и O и према сложености молекула, деле се на:

моносахариде, дисахариде, олигосахариде и полисахариде.

Шећери имају градивну и енергетску функцију. Шећери представљају главни извор енергије за ћелију.

1 ...што се на крају испоставило као небулозан податак.

ЛИПИДИ

У липиде спадају просте масти, фосфолипиди и стероиди. Стероиди су слични мастима, најзначајнији стероид је холестерол, који се налази у саставу ћелијске мембране.

ПРОТЕИНИ

Протеини су сложени органски молекули, изграђени од двадесет различитих аминокиселина (данас познато преко 200 аминокиселина). Аминокиселине се међусобно везују пептидном везом, и сваку аминокиселину карактерише централни угљеников атом, за који су везани аминогрупа, водоник, карбоксилна група и R–остатак (различит за сваку аминокиселину).

Број и ред аминокиселина одређује примарну структуру протеина. Поред примарне, протеини имају и секундарну, терцијерну и квартарну структуру, и по њима добијају просторну структуру. Протеини су најзначајнији органски молекули, јер имају многобројне функције:

1. градивна функција,2. биокатализатоска функција (ензими),3. одбрамбена функција (антитела),4. регулаторна фунцкија (неки хормони),5. транспортна функција (хемоглобин, миоглобин) и6. функција рецептора (рецептори у мембрани).

Нуклеинске киселине су дезоксирибонуклеинска киселина и рибонуклеинска киселина (ДНК и РНК). ДНК је израђена од два комплементарна

Моносахариди

три C атомачетири C атомапет C атомарибозадезоксирибозафруктозашест C атомаглукозагалактоза

Дисахариди

сахароза (глукоза + фруктоза)малтоза (глукоза + глукоза)лактоза (глукоза + галактоза)

Олигосахариди

Полисахардиди

градивницелулозахитиненергетскискробгликоген

полинукеотидна антипаралелна ланца. Један нукеоид (дезоксирибонуклеоид) изграђен је од азотне базе (на основу азотне базе се разликују чеитир различита дезоксирибонуклеотида), шећера дезоксирибозе и фосфотне групе (фосфорне киселине).

Азотне базе могу бити пиримидинске и пуринске. Пиримидинске базе су аденин (А) и гуанин (Г), а пурнске базе су цитин (Ц) и тимин (Т).

Нукеотиди су у једном ланцу повезани фосфодиестарском везом. Ако је у једном ланцу А, насправ њега се у другом ланцу налази Т и везани су двоструком водоничном везом, док су Ц и Г везани троструком водоничном везом.

Фосфодиестарске везе чине спољашни скелет ДНК. Број и редослед нукеотида одређује примарну структуру ДНК. Секундарну структуру су први установили Вотсон и Крик 1953. године. У секундарној структури ДНК има изглед завојнице (хеликса).

Пуну завојницу чини десет парова нуклеотида и дужина једне је 0,34 nm (дужина пуне заојнице је стога 3,4 nm), а ширина (тј. пречник) је 2 nm.

У примарној структури ДНК-а је записана информација за синтезу протеина, а од структуре протеина зависи како ће се испољити нека наследна особина, што значи да ДНК има важну улогу у процесу наслеђа.

РНК је примарни продукт ДНК јер се синтетише на секвенци једног ланца. РНК је изграђена од јеног протеина. Један рибонуклеотид је изграђен од азотне базе и шећера рибозе и фосфатне групе (фосфорне киселине). Пиримидинске азотне базе су исте као код дезоксирибонуклеотида (А и Г), док се код пуринских уместо тимина налази урацил (У).

ПРОКАРИОТСКА И ЕУКАРИОТСКА ЋЕЛИЈАПрокариотска ћелија је прва настала и најпростије је грађе. Најстарији фосфилни остаци су нађени у седиментним стенама пре три и по милијарде година, и то су:

модрозелене алге (archeospheroides barbetonesis) бактерије (eubacterium isolatum)

Данас су од прокариотске ћелије изграђене бактерије и диано–бактерије.

На површини ћелије се налази ћелијски зид, а код неких се изнад зида налази капсула. И зид и капсула су изграђени од угљених хидрата и протеина, и представљају живи део ћелије. Испод ћелијског зида налази се ћелијска мембрана. На мембрани се налазе уврати који улазе у цитоплазму који се називају месозоми, и они никад не прожимају читаву цитоплазму.

Цитоплазма је унутрашњост ћелије и то је уствари вода у којој су растворене неорганске и органске материје, као и јони (позитивни – катјони и негативни – анјони). У цитоплазми, обично у средини ћелије, налази се молекул ДНК који је кружног облика и он представља једини хромозом. У овој ћелији ДНК није никаквом мембраном одвојена од цитоплазме и тај део где је ДНК се назива нуклеоид или „примитивно једро“.

У цитоплазми се налазе и рибозоми као једине органеле, најчешће организоване у облику полизома или полирибозома.

Прокариотска ћелија нема цитоскелет и зато изостају процеси ендоцитозе (убацивања), егзоцитозе (избацивања) и циклозис (кретање). Дели се искључиво директном деобом (фисионом деобом), што значи да се не дели митозом и мејозом.

Еукариотска ћелија је настала пре 1 500 000 000 година и сви научници се слажу да је тада настала, али не и како.

Еукариотска ћелија је крупнија од прокатиотске и много је сложеније грађе. У цитоплазми се налази право једро (нуклеус на латинском и карион на грчком) које је двојном мембраном одвојено од цитоплазме. У цитоплазми се, сем нуклеуса, налазе и бројне ћелијске органеле, које обављају специфичне функције у ћелији.

Постоје две хипотезе које објашњавају настанак органела у еукариотској ћелији:

1. Дошло је до увлачења делова ћелијске мембране у цитоплазму и ти делови су затворили делове цитоплазме и створени су одељци у којима је, током времена, дошло до поделе рада.

2. Еукариотска ћелија је настала од прокариотске ћелије путем више узастопних симбиоза.

Еукариотске ћелије могу бити биљне и животињске. На површини и једне и друге се налази ћелијска мембрана и ћелијски зид (од целулозе и пектина) и то је неживи део ћелије.

ГРАЂА ЋЕЛИЈСКЕ МЕМБРАНЕМембрана је изграђена од фосфолипида, протеина и угљених хидрата. Према динамичном флуидном моделу грађе, мембрана има два слоја фосфолипида у које су уроњени протеини.

На фосфолипидном слоју се разликују глава и реп. Глава је глобуларни део са фосфатном групом и она је хидрофилна. Реп је хидокарбоксилан део где су масне киселине и он је хидрофобан.

Репним крајевима су два слоја окренута један према другом (главе су окренуте према периферији).

Протеини могу бити интегрални (трансмембрански) и периферијски. За неке протеине и неке фосфолипиде везани су олигосахариди, који никада не долазе у контант са цитоплазмом.

ФУНКЦИЈЕ ЋЕЛИЈСКЕ МЕМБРАНЕЋелијска мембрана одваја унутрашњи садржај ћелије од околне средине и штити састав (интегритет) ћелије који се разликује од околне средине. Ћелијска мембрана је семипермеабилна (полупропустљива / селективно пропустљива), јер се преко мембране стално врши размена материје.

Начини транспорта могу бити пасивни (дифузија, осмоза и олакшана дифузија) и активни (егзоцитоза, ендоцитоза и пиноцитоза као подврста ендоцитозе) траспорт.

Дифузијом се кроз мембрану преносе ситни молекули и јони и ненаелектрисани липиди из средине са већом у сердину са мањом концентрацијом тих молекула и јона, тј. врши се „низ градијент концентрације“ (у смеру градијента концентрације) у циљу изједначавања концентрације.

Осмозом се кроз мембрану преносе молекули воде из средине са мањом у средину са већом концентрацијом недифузибилних молекула.

Олакшаном дифузијом се преносе, на пример, молекули глукозе и наеклектрисани липиди али су неопходни протеини који су у мембрани јер се траспорт врши кроз канале у протеинима тако да они не долазе у контакт са фосфолипидним слојем.

Пошто се транспорт у сва три случаја обавља низ градијент концентрације, не троши се енергија.

Активним транспортом се преносе молекули и јони из средине са мањом у средину са већом концентрацијом тих молекула и јона, односно врши се уз градијент концентрације и неоходно је присуство протеина који се зову пумпе, а пошто је потребна енергија која се ослобађа разлагањем АТП-а, зову се још и атепеозне (АТП-озне) пумпе.

Ендоцитоза и егзоцитоза су транспорти у којима активно учествује и ћелијска мемврана.

Ендоцитозом се у ћелију уносе молекули, честице (партикуле), бактерије и разликују се пиноцитоза и фагоцитоза.

Пиноцитозом се уносе растворене супстанце и партикуле. Када партикула дотакне ћлијску мембврану, она се ублачи и обухвата партикулу да би се на крају од дела ћелијске мембвране који се увукао формирала везикула у којој је мартикула. Везикула се партикулом спаја са примарним лизозомом и настаје секундарни

лизозом у којем се, под дејством ензимâ, раздрађује партикула и ове корисне материје прелазе у цитоплазму, а непотребне и штетне се обавијају везикулом која се креће ка ћелијској мембрани преко које ће бити избачене уз ћелије (и тај процес се назива егзоцитоза).

Фагоцитозом се у ћелију уносе бактерије и ову способност имају само специјализоване ћелије, фагоците (нпр. леукоцити). Око бактерије се формира везикула фагозом.

ЈЕДРОЈедро је двојном мембраном одвојено од цитоплазме. На местима спајања спољашње и унутрашње мембране се налазе поре преко којих нуклеоплазма комуницира са цитплазмом. Простор између две мембвране се назива перинуклеарни простор и исуњен је перихондријалном течношћу.

Са спољашње стране споњашње мембране налазе се рибозоми, па се спољашња мембрана сматра делом гранулираног ендоплазматичног редукула (GrER), док је унутрашња – права мембрана.

У нуклеоплазми се налази једарце (нуклеолус) које је изграђено од рРНК и протеина и на рачун нуклеолуса настају мање и веће субјединице рибозома, које преко пора и преко нуклеарне мембране прелазе у нукеоплазму и у цитоплазму.

Једро је испуњено нуклеоплазмом која је нешто гушћа од цитоплазме, али има исти састав. У нуклеоплазми се налазе и хромозоми. Пошто се добро боје, зову се хроматин или хроматински материјал. Хроматин се дели на еухроматин (он је некондензован, слабо се боји и транскриптивно је активан) и на хетерохроматин (он је кондензован, интензивно се боји и транскриптивно је неактиван).

Хромозом је изграђен од ДНК, хистонских и нехистонских протеина (више хистонских од нехистонских). На хромозому се налази примарно сужење центронера (кинетичко сужење). На центронери се налази кинетохор, пре којег се хромозоми везују за нити деобеног вретена.

Према положају центронере, разликујемо:

1. метацентричне хромозоме (када центронера дели хромозом на два једнака крака);

2. субметацентричне хромозоме (када центронера дели хромозом на два неједнака крака);

3. агроцентричне хромозоме (када се центронеса налази при самом крају хромозома);

4. теоцентричне хромозоме (центронера се налази на самом крајум, али су они абнормални јер настају после попречне деобе центронеере тако да им недостаје један крак).

Број хромозома је карктеристичан за сваку врсту и не мења се кроз генерације. Код већине врсти се у сомотским (телесним) ћелијама налази диплоидни број хромозома (2n = 46 – код човека) што значи да се у једру налазе две гарнитуре (копије) хромозома (једна од сваког родитеља), тј. хромозоми се налазе у паровима. Ти парови, по облику истих, а по структри веома сличних хромозома, зову се хомологи (хомологни) хромозоми. У гаметским (полним) ћелијама је присутан хаплоидни број хромозома (n), тј. присутна је само једна гарнитура (копија) хромозома, и код човека износи n = 23.

ЋЕЛИЈСКЕ ОРГАНЕЛЕ СА ДВОЈНОМ МЕМБРАНОМ (МИТОХОНДРИЈЕ И ПЛАСТИДИ)

МИТОХОНДРИЈЕ

Митохондрије су једине органеле са двојонм мембраном у анималним ћелијама. То су ситне органеле заступљене у великом броју. Спољашња мембрана је глатка, а на унутрашњој се налазе уврати, који се зову митохондријални гребени (христе) којима се увећава површина. Унутрашњост испуњава матрикс, што је уствари вода са раствореним јонима, огранским и неорганским молекулима. У матриксу се налази мтДНК (митохонтријална ДНК), која је прокариотског типа (тј. има циркуларни облик). У амтриксу се налазе рибозоми у облику полизома (више рибозома на истој иРНК – информационој РНК) и рибозоми су такође прокариотског типа.

мтДНК носи информацију за синтезу протеина чија се синтеза врши у рибозомима (и све то уоквиру саме органеле, тј. органела је независна). Митоходнтрије се независно деле од деобе ћелија. У митохондријама се налазе ензими који каталишу (убрзавају) процесе разградње огранских молекула, до крајнњих продуката, CO2 и H2O, уз постепено ослобађање енергије. Ослобођена енергија омогућује везивање фосфатне групе за АДП (аденин-дифосфат) и настаје АТП (аденин-трифосфат), које је богатије енергијом.

Када је ћелијска енергија потребна, раскида се анхидридна веза фосфатне групе, ослобађа се енергија и настаје енергијом сиромашније једињење, АДП.

АТП: аденин – робиза – PO4 ~ PO4 ~ PO4

АДП: аденин – рибоза – PO4 ~ PO4

АМП: аденин – рибоза – PO4

Процес синтезе у митохрондијама се назива оксидативна фосфорилација. Митоходнрије су енергетски центраћелије („топлане“).

ПЛАСТИДИ

Пластиди се налазе у биљним ћелијама, тако да оне имају две врсте органела са двојном мембраном, тј. у биљним се налазе митохондрије и пластиди, а у анималаним се налазе само митоходнрије. Пластиди се деле на хлоропласте, хромопласте и леукопласте.

Хлоропласти се налазе у зеленим деловима биљке и на њима разликујемо спољашну и унутрашњу мембрану а унутрашњост органеле је испуњена стромом (аналогно са матриксом код анималних ћелија).

У строми се налазе тилакоиди који могу бити поређани као метални новчићи и формирају тилакоидне грануле, а гранули су међусобно везани строминим тилакоидом. Мембрана тилакоида, поред фосфолипида, протеина и олигосахарида, садржи и хлорофил. Хлорофил аопсорбује сунчеву енергију светлости у плавом и црвеном спектру и он омогућује трансформацију светлосне сунчеве енергије у хемијску енергију која је прво везана за органске хранљиве материје.

Процес синтезе АТП-а у хлоропластима се зове фосфосинтетичка фосфорилација. У строми се налазе хлоропласне ДНК, тј. хлДНК прокариотског типа као и рибозоми у облику полизома. Ова органела је такође независна.

ХРОМОПЛАСТИ

Хромопласти се налазе у саставу жућкастих и црвенкастих круничних латица.

ЛЕУКОПЛАСТИ

Леукопласти су безбојни и у њима се складиште резервне хранљиве материје. Ако се складиште протеини, онда су хлоропласти, скроб онда аминопласти, уља онда елејопласти.

ЋЕЛИЈСКЕ ОРГАНЕЛЕ СА ЈЕДНОМ МЕМБРАНОМ (ЕНДОПЛАЗМАТИЧНИ РЕТИКУЛУМ, ГОЛЏИЈЕВ КОМПЛЕКС, ЛИЗОЗОМ, ПЕРИКСИЗОМ, ТОНОПЛАСТ)

ЕНДОПЛАЗМАТИЧНИ РЕТИКУЛУМ

Ендоплазматични ретикулум (ЕР) је систем мембрана које застварају (ограничавају) канале у цитоплазми којима се врши брзи транспорт молекула из једног у други део ћелије.

Разликују се грануларни ЕР и глатки ЕР (грЕР и глЕР). грЕР са спољашне стране има рибозоме и ти рибозоми су уствари грануле. Рибозоми у којима се синтетишу протеини кроз мембрану улазе у шупљине (лумене) ових канала у којима почиње њихова модификација и транспорт ка глЕР-у. грЕР има функцију у синтези протеина. глЕР нема рибозоме са спољашње стране мембране, и он се наставља на грЕР и у

њему се синтетишу фосфолипиди, просте масти, холестерол и стеоидни хормони и заједно са протеинима који су стигли из грЕР-а бивају обухваћени деловима мембране, формирајући везикуле којима се транспортују до Голџијевог апарата (комплекса).

ГОЛЏИЈЕВ КОМПЛЕКС

Голџијев комплекс (ГК) је изграђен од сакула (кесица) које су паралелно поређане једна поред друге и формирају диктиозом. У ГК се складиште и тавршава модификација молекула који су стигли из ЕР. Из ГК се те материје путем транспортних везикула преносе у цитоплазму или сумеравају ка ћелијској мембрани, док се други молекули преко ћелијске мемвране егзоцитозом избацују из ћелије. Ћелије обично имају један ГК, али у секреторним ћелијама може бити и више. Секреторне ћелије продукују супстанце које се избацују, па мора да постоји место где се складиште супстанце.

ЛИЗОЗОМИ

Лизозоми настају на рачун крупних везикула ГК. Лизозоми се деле на примарне, секундарне итерцијарне.

У примарним неактивни ензими типа киселих хидролиза – као што су протеазе, липозе, нуклеазе и гликозилазе – разлажу протеине, масти, нукеинске киселине и шећере. Они су неактивни јер им не одговара pH и немају у себи материјал за разградњу.

Када се примарни лизозом споји са неким молекулом, настаје секундарни лизозом у којима се активирају ензими јер је тада pH = 5 и постоји материјал који ће бити разграђен. Лизозоми представљају дигестилни систем ћелија.

У неким болесним стањима, ензими из лизома прелазе у цитоплазму и разграде сопствену ћелију. Тај процес се назива аутолиза. Међутим, аутолиза се врши и у неким здравим ћелијама кад штеде ћелије млећних жлезда опсле дојења (лактауиди) или ћелија утеруса после порођаја.

ТОНОПЛАСТ

У биљним ћелијама се налази крупна везикула која је одвојена од цитоплазме мембраном која се зове тонопласт.

У вакуоли се налази вакуоларни сок, који чини вода у којој су растоверни јони. Он садржи доста ензима који разлажу органске молекуле тако да бкуола у биљним ћелијама има функцију лизозома који се налазе у анималној ћелији.

ОРГАНЕЛЕ БЕЗ МЕМБРАНЕ(РИБОЗОМИ, ЦЕНТРОЗОМ И ЦИТОСКЕЛЕТ)

РИБОЗОМИ

Рибозоми су изграђени од рРНК и протеина и настају на рачун нуклеолуса и преко пора на нуклеарној мембрани прелази из нуклеоплазме у цитоплазму.

Разликују се мање и веће субјединице рибозома. На прокариотама мање субјединице су од 30 s, а веће су од 50s. Код еукариота мање субјединице су од 40s, а веће од 60s. У рибозомима се врши синтеза протеина и да би тај процес могао да се одвија, мора доћи до повезивања мање и веће субјединице и настали комплекст је код прокариота 70s, а код еукариота је 80s. s је седиментациона (Свитбергова) јединица и она представља брзину седиментације при центрифугирању у нормланим условима.

ЦЕНТРОЗОМИ

Центрозом је изграђенм од две центриоле постављене под правим углом једна у односу на другу. Центриоле су изграђене од микротубула, и имају функцију у деоби ћелије јер представљају центре формирања деобеног вретена. Центрозом је пристутан у анималним ћелијама и ћелијама нижих биљака, док у ћелијама виших биљака нема центрозома, али и ове ћелије формирају деобено вретено, иако немају центрозом. Центриоле имају способност трепликације (удвајања).

ЦИТОСКЕЛЕТ

Цитоскелет прожима цитоплазму и изграђен је од актинских филамената и микротубула.

Филаменти су кончасте (фибиларне) структуре изграђене од протеина актина. Актин је лоптасти (глобуларни) претин чији се молекули везују у виду ланце (перле). Два петле обмотане спирално једна око друге формирају актенски филамент.

Микротубуле су изграђене од протеина тубулина и формирају цевасте структуре. Тубулин је такође глобуларни протеин.

Цитоскелет даје и одржава облик жћелије, обогућује циклозис, омогућује кретање ћелијских органела, омогућује покретним ћелијама кретање променом облика (амебоидно кретање), омогућује процесе ендоцитозе и егзоцитозе.