StanicaStanična teorija:

Sva živa bića su građena od stanica

Stanica je osnovna građevna i funkcionalna jedinica živih bića

Po građi stanice

2 osnovna organizacijska tipa stanica:

prokariotske

eukariotske

Archea i Eubacteria: 3000 vrstaJednostanični organizmi

4 carstva: milijuni vrstaJednostanični ili višestanični

Klasifikacija u 5 carstava

Prokarioti (monera) Prokariotski jednostanični organizmi (bakterije, cijanobakterije)

Protoktisti (protisti) Eukariotski jednostanični i višestanični organizmi jednostavne građe (praživotinje, alge)

Gljive Heterotrofni organizmi koji apsorbiraju organsku hranu

Životinje Heterotrofni organizmi koji se hrane drugim organizmima

Biljke Autotrofni organizmi koji fotosintetiziraju (pretvaraju anorganske molekule u organske pomoću Sunčeve energije)

NukleoidStanična stjenka

JezgraStanična membrana

CitoplazmaCitoskelet

Po građi i broju stanica

• Jednostanični organizmi: u 1 stanici se događaju svi biokemijski procesi koji

omogućuju život --- prokarioti i eukarioti• Višestanični organizmi: stanice su osnovne građevne jedinice čije funkcije

se nadopunjuju u svrhu održanja života na razini organizma --- eukarioti;

stanice su specijalizirane za određene funkcije, koegzistiraju i kooperiraju

izuzetak

Protozoa - Euglena

Jednostanični heterotrofni protisti

• Protisti ili protoktisti su carstvo jednostaničnih eukariota, ne spadaju ni u biljke ni u životinje

• Čine ih heterotrofni protozoe + autotrofne alge

• Metazoe = višestanične životinje

protos zoon, prve životinje: love i hvataju bakterije

AmoebaPlasmodium

• Kolonijalne vrste:

postoji podjela rada;

to su nakupine stanica koje teže životu u skupinama sa stanicama specijaliziranim za reprodukciju;

mogu živjeti neovisno tj.kao jednostanični organizmi

Prethodnik višestaničnih organizama u evoluciji

pr. Zelena alga Volvox- živi u koloniji

Prokariotska stanica (protocit)• Grč.pro= prije, karyon= jezgra• Veličina 0,2-10µm• Nemaju jezgru • Nemaju organele

• Prokariotski organizmiNalaze se u tlu, zraku, vodiObilježava ih brzi rast i reprodukcijaKoriste se velikim spektrom organske i anorganske tvari kao izvorom

energije

• Prokarioti su uvijek jednostanični, pripadaju carstvu monera kojeg čine arhebakterije, eubakterije i cijanobakterije

• Eukarioti mogu biti jednostanični ili višestanični, pripadaju carstvima protista, gljiva, biljaka, životinja

Prokariotska/ bakterijska stanica

Sitni jednostanični organizmi

Veličina u prosjeku 1 mm

Vidljivi svjetlosnim mikroskopom

Oblik: kuglaste, štapićaste, spiralne

Površina:• Stanična membrana- granica ali i veza prema okolišu (prenosi

podražaje, transportira tvari); građena od dvosloja fosfolipida u koji su uklopljene bjelančevine.

• Stanična stijenka- čvrsta struktura, štiti stanicu od rasprsnuća, određuje oblik stanice, građena je od peptidoglikana ili mureina (dugački polisaharidni lanci poprečno umreženi peptidnim lancima); upravo stjenka je važna u otrovnom djelovanju bakterije na domaćina.

• Kapsula ili čahura- sluzava tvar (šećeri ili bjelančevine) sa zaštitnom ulogom i omogućuje stanici da se pričvrsti na podlogu.

• Bičevi- služe za pokretanje; i pili- omogućuju prianjanje na stanice domaćina i konjugaciju.

Unutrašnjost:• Citoplazma-

voda- oko 80%, organske makromolekule (zrnca glikogena, lipida), male molekule, anorganski ioni;

nema organela, nema strujanja, nema kostura;

molekula DNA, ribosomi, pričuvne tvari.

Nasljedna tvar bakterija:

• Genetička uputa nalazi se u prstenastoj DNA smotanoj u središnjem dijelu citoplazme - NUKLEOID.

• Nukleoid ulogom odgovara jezgri ali nema ovojnicu.• Osim DNA organizirane u bakterijski “kromosom”,

bakterija još posjeduje plazmide= prstenasta DNA koja sadrži tek nekoliko gena.• Za preživljavanje bakterije u normalnim okolnostima,

dovoljan je kromosom, koji sadrži potpunu genetičku informaciju. Geni na plazmidima određuju dodatne osobine bakterije koje omogućuju preživljavanje u posebnim uvjetima.

http://library.thinkquest.org/3564/Cells/cell91.gif

Razmnožavanje bakterija:

• Nespolno • Dvostrukom diobom: kromosomi se udvostruče,

primaknu se polovima, a u sredini stanice stvara se pregrada kojom se stanica majka podijeli u 2 stanice kćeri.

• Neovisno o replikaciji bakterijskog kromosoma, istovremeno se zbiva i replikacija plazmidne DNA.

• Potencijal razmnožavanja bakterije je vrlo velik

http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/imgsep00/DIVIDING_BACTERIUM_02.jpg

• U bakterija ne postoji spolni oblik razmnožavanja.

• Ipak je moguća izmjena gena.

Izmjena genetičkog materijala između bakterija: • Konjugacija- 2 bakterije prihvate se spolnim

pilima, stanica davateljica preda dio genetičkog materijala primateljici zahvaljujući genu koji se nalazi na plazmidu.

• Prenosi se upravo plazmid, a on se ugradi u kromosomsku DNA primateljice.

Izmjena genetičkog materijala između bakterija: • Transformacija- dio DNA iz raspadnute bakterije

ulazi u drugu bakteriju i ugradi se u njen kromosom.

• Transdukcija- virus ugrađuje svoju DNA u bakteriju; pri izrezivanju iz bakterije, izreže se i dio bakterijske DNA; prilikom širenja virusa- širi se i ugrađena bakterijska DNA.

Preživljavanje nepoželjnih uvjeta (visoka T):

• Neke bakterije mogu stvoriti endospore- imaju višeslojni omotač koji omogućuje preživljavanje u nepovoljnim okolnostima;

• U toj fazi nema metaboličkih procesa; kad nastupe povoljni uvjeti, endospora proklije u stanicu, sposobnu za rast i razmnožavanje.

Prehrana bakterija:

(prehrana= način kojim organizam dolazi do energije, te elemenata (C i N) za sintezu organskih molekula)

• Autotrofne bakterije: same sintetiziraju organske spojeve iz jednostavnih anorganskih spojeva: fotoautotrofi i kemoautotrofi.

• Heterotrofne: koriste gotove organske spojeve koje su sintetizirali autotrofi: saprofiti, paraziti, simbionti.

Autotrofi

• Fotoautotrofi: u procesu fotosinteze svjetlosna energija pretvara se u kemijsku te se ugrađuje u kemijske veze šećera glukoze koji u istom procesu nastaje iz CO2 i H2O. Osim šećera nastaje i kisik.

• Kemoautotrofi: sintetiziraju organske spojeve koristeći se energijom koja se oslobađa pri kemijskim reakcijama u kojima kisik reagira s anorganskim spojevima.

Heterotrofi: svoje složene UH grade iz

glukoze, svoje složene proteine iz AK • Većina heterotrofnih bakterija su saprofiti:• Saprofiti: razgrađuju složene organske molekule

mrtvih organizama, pa iz jednostavnih oganskih molekula sintetiziraju vlastite složene

• Mogu uzimati hranu i iz živih organizama:• Paraziti: bakterije koje uzimaju hranu iz stanica

živih organizama, na njegovu štetu• Simbionti: bakterije koje žive s drugim

organizmima u obostrano korisnoj zajednici

E.coli u ljudskim crijevima

Energija za životne procese

Sintetski procesi odvijaju se uz pomoć energije koja se oslobađa razgradnjom glukoze:

to je ona ista energija koju su u molekulu glukoze autotrofni organizmi ugradili prilikom fotosinteze

• Aerobno disanje: uz utrošak kisika glukoza se razgrađuje (potpuno-do CO2 i H2O), uz oslobađanje energije

• Vrenje ili fermentacija: nepotpuna razgradnja glukoze (do alkohola ili mliječne kiseline), bez kisika, energetski dobitak malen

• Uz pomoć enzima

Respiracija bakterija

• Aerobne- troše kisik: bakterija octenog vrenja za pretvorbu etilnog alkohola iz vina u vinski ocat troši kisik

• Anaerobne- žive bez kisika- bakterija koja laktozu pretvara u mliječnu kiselinu ne treba kisik

Važnost/ uloga bakterija

• Važan čimbenik u kruženju kemijskih elemenata životno važnih, proizvođači/ razlagači organske tvari

• Uzročnici vrenja• Koriste se u kemijskoj industriji- u proizvodnji

hrane i organskih spojeva; u farmaceutskoj- lijekovi; u genetičkom inženjeringu za umnožavanje

bakterijama stranih gena od posebnog interesa za potrebe čovjeka- lijekovi.

• Razgrađuju otpadne industrijske tvari• Uzročnici bolesti

Praktično značenje bakterija/ primjeri

• Paraziti: kao proizvod metabolizma bakterija nastaju otrovi- ili je otrov u stijenci- koji uzrokuju bolest-smrt domaćina.

• Baktericidi: dezinfekcijska sredstava ili antibakterijski lijekovi- djeluju na bakterijske enzime.

• Simbionti: E. coli u ljudskim crijevima proizvodi vitamine, bakterije u crijevima biljojeda koje omogućuju razgradnju celuloze.

• Umjetni uzgoj - bakterijske kulture!

Bakteriologija- mikrobiologija

• 17.st. Van Leeuwenhoek - mikroskop

• 19.st. L. Pasteur, R. Koch• Pasteur – dokazao da su

bakterije uzročnici bolesti i uzročnici vrenja, razvio cijepljenje

• Koch – otkrio uzročnika tuberkuloze i kolere

• 20.st. A. Fleming - penicilin

Eukariotska stanica (eucit)

• Grč.eu= pravi, karyon= jezgra• 10-100X veće od prokariotskih: 10-200µm• Imaju pravu jezgru (sadrži nasljednu tvar)• Imaju organele (membranama razgraničeni

prostori u kojima se odvijaju određene biokemijske reakcije)

• Prokarioti su uvijek jednostanični, pripadaju carstvu monera

• Eukarioti mogu biti jednostanični ili višestanični, pripadaju carstvima protista, gljiva, biljaka, životinja.

Svi višestanični organizmi građeni su od eukariotskih stanica.

Strukture, biljna i životinjska stanica:

1. Jezgra i jezgrica

2. Mitohondrij

3. Ribosom

4. Endoplazmatski retikulum

5. Gologijevo tjelešce

6. Centrioli

7. Mikrotubuli i mikrofilamenti

1. Smještaj nasljednog materijala 2. Tvorba energije3. Tvorba proteina

4. 5. Prerada proteina6. Organizacija diobenog vretena

•

ŽCitoplazmatska membrana

Bič200 specijaliziranih

BStanična stjenka

VakuoleKloroplast

10ak specijaliziranih

Jezgra, lat.nucleus

• To je najveći organel, veličine oko 5 µm, okrugla ili ovalna, u središtu najčešće

• Većina st.ima 1 jezgru (papučica i neke gljive imaju više jezgara, eritrocit nema jezgru)

• Stanice bez jezgre ne mogu se dijeliti

• 3 glavne funkcije jezgre:

pohrana genoma, regulacija genske ekspresije, stvaranje ribosoma

• Nukleoplazma, obavijena ovojnicom, na ovojnici pore• U njoj je nasljedna tvar – genska informacija – DNA,

organizirana u kromosome• Jezgrica- dio jezgre koji oblikuje ribosome

• U jezgri je pohranjena nasljedna uputa (genetički informacija):

cjelokupni plan građe i funkcije organizma sadržan je u DNA, tj.u genima- jedinicama nasljeđivanja

• Iz jezgre odlaze u citoplazmu molekule glasnici koji određuju sintezu proteina u citoplazmi,

funkcionalnih i strukturnih,

koji dalje reguliraju metaboličke procese. • Jezgra prima informacije iz citoplazme o tome koje

gene potaknuti na aktivnost.

• Za razliku od bakterija, eukariotska stanica sadrži veći broj molekula DNA-

one su zajedno s proteinima organizirane u kromosome

• Broj kromosoma karakterističan je za svaku vrstu živih bića

• Za vrijeme diobe, DNA je sažeta i skraćena, pa i vidljiva svjetlosnim mikroskopom

• Nakon diobe se razlabavi u tanke niti- kromatin

• U jezgri su najčešće 2 jezgrice (nukleolus)- u jezgrici se stvara ribosomske RNA koja s

proteinima tvori u citoplazmi ribosome• Jezgrina ovojnica ima 2 membrane s prostorom

između njih, i s porama: svaka je dvosloj lipida s uronjenim bjelančevinama.

• Uz unutarnju membranu je sloj bjelančevina koji omogućuje potporu, oblik jezgre i oblikovanje jezgrine ovojnice nakon diobe. Uz vanjsku su ribosomi.

Citoplazma i citoskelet

• Nekada se sav stanični sadržaj osim jezgre nazivao – citoplazma

• Danas se zna da je citoplazma puna membranskih prostora i da se kroz nju provlače proteinske niti (stanični kostur)

• Citoskelet- 3 vrste niti: mikrofilamenti, mikrotubuli, intermedijarni filamenti- omogućuju kretnje, održavaju oblik stanice, transportiraju organele

• Danas je to naziv za polutekući sadržaj stanice (70% voda, ostalo proteini i molekule) u koji su uronjene sve stanične strukture.

• Tekući dio stanice= citosol.

Organele

• Pregrađivanje membranama i oblikovanje organela omogućuje bolju organizaciju stanice: različite kemijske reakcije odvijaju se u zasebnim prostorima,

što omogućuje i specijalizaciju stanica i udruživanje u tkiva

Sustav unutarnjih membrana

• Obavljaju sintezu, pohranu, transport, razgradnju, izlučivanje proteina i drugih proizvoda

Endoplazmatski retikulum• Sustav vrećica i kanala koji se

pruža kroz citoplazmu• Zrnati ER je prekriven

ribosomima: to su čestice koje se sastoje od proteina i rRNA. Na površini ER pomoću ribosoma sintetiziraju se proteini, koji putuju prema periferiji stanice.

• Glatki ER ima enzime koji kataliziraju sintezu UH i lipida, steroidnih hormona. Tu se otrovne tvari kemijski mjenjaju.

Golgijevo tijelo

• Vezikule ER nastavljaju se na GT• Sastoji se od plosnatih šupljina- cisterna omeđenih

membranom, naslagane su jedna na drugu, ima ih 3-8. • Bjelančevine dolaze u GT iz ER, tu se koncentriraju,

prerađuju i raspoređuju u mjehuriće za izlučivanje u druge organele ili van stanice.

• Također, modificiraju i lipide i UH

ultrastrukture

Organele

• Ribosomi• Endoplazmatski retikulum

• Golgijevo tijelo

• Lizosomi

• Mitohondrij

• Centrioli

• Sinteza proteina• Sinteza proteina, transport

tvari, sinteza steroida, dijelova membrana

• Vezanje šećera za proteine, pakiranje molekula

• Stanična probava

• Stanično disanje

• Organizacija diobenog vretena

Lizosomi

• Oni Golgijevi mjehurići koji sadrže probavne enzime kojima stanica razgrađuje molekule nazivaju se lizosomi

• Razgrađuju istrošene dijelove stanice

• U lizosomu je pH5: kisela sredina omogućuje brže djelovanje enzima

Mikrotjelešca

• Također membranozne vezikule

• Peroksisom- sadrži enzim katalazu

Mitohondrij

• 1-nekoliko stotina/ 1 stanicu• Mogu se vidjeti i svjetlosnim

mikroskopom (1-8μ)• Obavijeni su ovojnicom s 2

membrane, u unutrašnjosti je matriks; unutarnja membrana je naborana, sadrži enzime i proteine, a nabori ulaze duboko u matriks

• U matriksu je prstenasta molekula DNA, ribosomi i enzimi

• Mitohondrijska DNA podsjeća na onu u prokariotske stanice.

• Stvaraju kemijsko gorivo za stanične aktivnosti

• Razlažu male ugljikove molekule u CO2 i H20, uz pomoć kisika, pri čemu se oslobađa energija pohranjena u molekulama ATP (=aerobno disanje)

• Život je moguć jer postoji stalni dotok tvari i energije

potrebne za izgradnju staničnih struktura i za održanje složene stanične organizacije

• Organeli koji imaju glavnu ulogu u pretvorbi energije su

mitohondriji i kloroplasti

Dodatne organele/ strukture u biljnim stanicama

• Stanična stijenka – štiti stanicu, daje joj čvrstoću, građena od celuloze, primarna i sekundarna

• Plastidi – kloroplasti: tu se zbiva fotosinteza – pretvorbom Sunčeve energije stvaraju organske molekule

(kromoplasti, leukoplasti)

• Velike vakuole- pohranjuju tvari i vodu

Kloroplast

• Zelena okrugla tjelešca promjera 4-8 µm, sadrže zeleni pigment klorofil, lako se uočavaju zbog boje.

• Građeni od ovojnice s 2 membrane,

3. membranski sustav su tilakoidi- spljoštene membranske vreće, (svaka nakupina tilakoida zove se granum)

nalaze se u osnovnoj tvari stromi koja sadrži ribosome i DNA.

• U tilakoidnim membranima događa se fotosinteza:

Sunčeva energija dolazi u obliku svjetlosnih zraka, pretvara se u kemijsku, i pohranjuje u sintetiziranim organskim molekulama (ATP);

ATP odlazi u stromu• U tom procesu iz molekule

vode i ugljikova dioksida proizvodi se glukoza

• Šećer u sebi sadrži energiju koju svi organizmi koriste za život

• Sav život na Zemlji ovisi o zelenoj biljci jer ona jedina proizvodi organsku tvar koja je hrana za sve organizme, a atmosferu obogaćuje kisikom, koji je također potreban za život aerobnih organizama

• Kloroplasti sadrže vlastitu DNA- oni i mitohondriji potječu od autotrofnih bakterija- stanica ih je progutala: endosimbioza

Međustanični matriks

• Međustanične veze

• Matriks

• Kanalići

• Dezmosomi

• Plazmodezmije

Stanična membrana

• Plazmatska membrana- na granici stanice i okoliša: razdvaja, ali i spaja - kontrolira prolaz molekula

• Drži štetne tvari izvan, korisne unutar stanice, regulira protok tvari u i iz stanice, propušta korisne, ispušta štetne, prima i stvara signale komuniciranja

• S vanjske strane membrane, neke eukariotske stanice imaju staničnu stjenku koja podupire i štiti stanicu.

Biomembrane

• Plazmatska ili stanična membrana obavija stanicu.

• Membrane omeđuju organele.• Membrane su pregrade, ali omogućuju i izmjenu

tvari i energije.• Sjedište su enzima i signalnih molekula.• Debljina oko 8nm- vide se tek elektronskim

mikroskopom.

• Sve membrane imaju jednak plan građe (model sendviča : model tekućeg mozaika).

Organizacija membrane

• Membrana je građena od dvostrukog sloja lipida, u njega su uronjeni proteini, ili se nalaze na rubu membrane

• S vanjske strane nekih membrana nalaze se ugljikohidrati kovalentnim vezama vezani za proteine ili lipide

• Lipidi su odgovorni za građu, proteni za funkciju, UH za označivanje i prepoznavanje stanica

• Membrane nisu krute i statičke, lipidi i proteini mogu se bočno pomicati

• Fosfolipidi imaju

hidrofilni – prema van,

i hidrofobni dio – prema unutra

• Lipidni dvosloj ima zaštitnu ulogu: polarne tvari i velike hidrofilne molekule ne mogu ući

• Proteini su prolazni putevi za tvari

• Membrana je selektivno propusna/ semipermeabilna

• Tvari prolaze pasivno, same od sebe, ili aktivno, potreban je utrošak energije.

Pasivan prolaz:

• difuzija (od mjesta veće koncentracije prema mjestu manje),

• osmoza (difuzija vode iz vodene otopine preko membrane iz hipotonične u hipertoničnu),

• olakšana difuzija (uz pomoć prenositelja na membrani).

http://iweb.tntech.edu/mcaprio/diffusion-animated.gif

Aktivan prolaz:

• proteini u membrani prenose tvari protivno koncentracijskom gradijentu- time stanica održava svoj kemijski sastav;

prijenos je omogućen odcjepljenjem fosfatne skupine iz ATP-a čime se oslobađa energija.

• Endocitoza

Membrana se uvrne i obuhvati sadržaj za unošenje,

zatim se zatvara i okruži sadržaj, koji tako okružen ulazi u stanicu, i ostaje odvojen od citoplazme

• Izbacivanje je egzocitoza

• Prokariotske stanice su evolucijski starije, jednostavnije, ali izvrsno prilagođene uvjetima života na Zemlji.

• Prijelaz iz prok.u euk.st. – skokovit: preteče eukariotskih st.preuzele su neke organele kao već izgrađene strukture: plastidi i mitohondriji su nekad bili prokariotski organizmi.

• Jezgra i ER su nastali uvrtanjem plazmatske membrane.• Prijelaz s prokariotske st.na eukariotsku omogućio je

razvoj mnogostaničnih organizama, jer samo eukariotske st.imaju sposobnost združenog djelovanja.

Subjekti bez stanične organizacije

• Virusi= submikroskopski stanični paraziti,

vide se samo elektronskim mikroskopom/ veličine nm

• Nemaju stanični ustroj, to su složene makromolekule sastavljene od DNA ili RNA i proteina: nukleinska kiselina je nosilac genetičke informacije, a protein je zaštitni omotač

Neki virusi imaju još i dodatnu vanjsku ovojnicu

• Virusi su na granici živoga i neživoga:

oni su neživa organska tvar sve dok se ne nađu u domaćinskoj stanici

Virusi su obvezatni paraziti na molekularnoj razini• Svojstvo nežive tvari kojom se odlikuju virusi:

sposobnost kristaliziranja• Svojstvo žive tvari: razmnožavanje i prijenos

genetičke informacije na potomstvo

• Virusni genetički program zapisan je u njihovoj nukleinskoj kiselini

• Stanični molekularni mehanizam prihvaća taj virusni genetički program, te - vođen njime – pokreće sintezu virusnih spojeva,

što je preteča za stvaranje novih virusnih čestica• Na staničnim ribosomima iz staničnih aminokiselina, sintetiziraju se proteini virusnog omotača, virusni enzimi

koji upravljaju umnožavanjem virusne nukleinske kiseline, koje se sintetiziraju iz staničnih nukleotida, uz utrošak stanične ATP!!!

Posljedica:

• Zaražena stanica proizvodi virusne molekule umjesto da provodi vlastite sintetske procese

• Pri tome još dodatno (neki) virusi razaraju stanicu domaćina

Porijeklo virusa:

• Potječu iz stanica – oni su podivljali genetički materijal koji je izašao iz stanice i postao loš prijelazom u nekog drugog domaćina.

• Virusi su uzročnici zaraznih bolesti u čovjeka, biljaka i životinja

• Virologija – dio mikrobiologije

• Antivirusni lijekovi djeluju i na stanicu domaćina

Uzročnici bolesti manji od virusa

• Viroidi- molekule RNA bez proteinskog omotača koje se mogu razmnožavati u biljnim stanicama. Ne upravljaju sintezom proteina jer su premali da bi bili genetski materijal.

• Satelitne RNA- gole RNA koje uzrokuju biljne bolesti, repliciraju se u domaćinskoj stanci uz pomoć određenog, specifičnog virusa.

• Prioni- male proteinske molekule, ne sadrže nukleinske kiseline; uvjetuju povećanje broja svojih molekula u stanicama zaraženog organizma, uzrokujući bolesti.