BIOLOGIJA SKRIPTA ZA DRŽAVNU MATURU
Marko Galić Kristina Kučanda
2
Autori:
prema:
Marko Galić
Ispitni katalog
[email protected]
za državnu maturu
Kristina Kučanda
u šk. god. 2011/2012.,
[email protected]
Biologija, NCVVO www.ncvvo.hr
Objavljeno na:
Kontakt : info@drzavna–matura.com
www.drzavna–matura.com
Skripta se može koristiti samo za individualne potrebe korisnika uz poštivanje svih autorskih i vlasničkih prava. Zabranjeno je mijenjati, distribuirati, prodavati, licencirati ili koristiti sadržaj u komercijalne ili bilo koje druge svrhe bez dozvole autora. Skripta se koristi na vlastitu odgovornost i autori se ne mogu smatrati odgovornima za bilo kakvu štetu koja na bilo koji način može nastati korištenjem.
Zagreb, 2011.
PAŽNJA: Skripta se kontinuirano usavršava i dorađuje. Najnoviju verziju i prateće materijale možete pronaći na drzavna-matura.com.
3
Sadržaj Uvod ...........................................................................................................................................7
1
BIOLOGIJA STANICE ................................................................................................................. 8 a.
Definicija biologije ............................................................................................................... 8
b. Etape i metode istraživanja u biologiji ............................................................................... 9 c.
Značenje bioloških otkrića za život čovjeka ..................................................................... 13
d. Uloge osoba koje su značajno doprinijele razvoju biologije........................................... 13 e.
Organizacijske razine živog svijeta ................................................................................... 15
f.
Kemijski sastav živih bića te struktura i uloga organskih i anorganskih spojeva u njima 16
g.
Prokariotska i eukariotska stanica, građa i uloga njihovih glavnih organela i struktura 32
h. Stanične diobe (mitoza i mejoza) i njihova uloga u višestaničnom organizmu............. 44 i.
Procesi fotosinteze, staničnoga disanja i vrenja.............................................................. 52
j.
Osnovne etape i procesi razvitka te strukturna i funkcionalna organizacija
višestaničnoga organizma ........................................................................................................ 54 2
MIKROBIOLOGIJA .................................................................................................................. 57 a.
Razlike između virusa i živih bića, mehanizam umnožavanja virusa u živim stanicama 57
b. Biološka raznolikost i sistematska podjela živog svijeta ................................................. 59 c.
Glavni dijelovi prokariotske stanice, njihove uloge i razmnožavanje prokariota.......... 61
d. Uloga prokariota (bakerija) u biosferi i u životu čovjeka ................................................ 68 e. 3
Načini suzbijanja bolesti uzrokovanih bakterijama i virusima........................................ 70 PROTOKTISTA I GLJIVE........................................................................................................... 73
a.
Osobine glavnih skupina heterotrofnih i autotrofnih protoktista i njihova uloga u
biosferi ....................................................................................................................................... 73
4 b. Osobine gljiva i njihova ulogu u biosferi .......................................................................... 86 c.
Osobine i značenje lišaja ................................................................................................... 90
d. Značenje protoktista i gljiva za čovjeka; mjere za suzbijanje bolesti uzrokovanih parazitskim protoktistima i gljivicama..................................................................................... 91 4
BOTANIKA .............................................................................................................................. 93 a.
Zajedničke osobine biljaka i osnovna organizacija biljnoga tijela .................................. 93
b. Glavne skupine biljaka i njihovi predstavnici, usavršavanje njihove građe i uloge s prilagođavanjem životu na kopnu ........................................................................................... 95 c.
Razlike u životnim ciklusima različitih skupina biljaka .................................................. 100
d. Značenje biljaka u biosferi i životu čovjeka.................................................................... 105 e.
Raznolikost flore i vegetacije Hrvatske .......................................................................... 106
f.
Osnovni procesi vezani uz promet vode u biljkama ...................................................... 108
g.
Značenje procesa vezanih uz izmjenu tvari i energije u biljci te utjecaj ekoloških
čimbenika na te procese......................................................................................................... 111 h. Osnovne etape i procesi na kojima se temelji razvitak biljaka te utjecaj vanjskih i unutarnjih čimbenika na te procese ...................................................................................... 119 i. 5
Gibanja biljaka.................................................................................................................. 123 ZOOLOGIJA........................................................................................................................... 125
a.
Zajedničke osobine životinja, osobitosti glavnih skupina ............................................. 125
b. Razvrstati općepoznate životinjske vrste u pripadajuće glavne skupine..................... 126 6
BIOLOGIJA ČOVJEKA ............................................................................................................ 130 a.
Kemijski sastav tijela čovjeka, uloga glavnih anorganskih i organskih spojeva ........... 130
b. Sastav tjelesnih tekućina, sastav i uloge krvi ................................................................. 130 c.
Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada srca i krvožilnoga sustava ........................ 134
d. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada dišnog sustava .......................................... 138 e.
Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada imunološkog sustava................................ 142
f.
Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada probavnog sustava ................................... 145
5 g.
Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada metaboličkog sustava .............................. 150
h. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada sustava za regulaciju sastava tjelesnih tekućina ................................................................................................................................... 153 i.
Smještaj u tijelu građa, uloga i način rada sustava organa za kretanje ....................... 158
j.
Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada endokrinog sustava .................................. 165
k.
Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada spolnog sustava ........................................ 169
l.
Smještaj u tijelu, građa,uloga i način rada osjetilnog i živčanog sustava .................... 176
m.
Značenje pojedinih organa i organskih sustava u održavanju homeostaze organizma 188
n. Glavni poremećaji i bolesti organa i organskih sustava čovjeka; čimbenici koji unaprjeđuju ili narušavaju zdravlje čovjeka .......................................................................... 190 7
GENETIKA ............................................................................................................................. 201 a.
Osnovni genetički pojmovi i njihovi međuodnosi ......................................................... 201
b. Kemijska građa i mehanizam djelovanja gena............................................................... 203 c.
Građa i organizacija nasljedne tvari virusa, prokariota i eukariota ............................. 205
d. Značenje mejoze i križanja za nasljeđivanje .................................................................. 208 e.
Vrste promjena genotipa, uzroci i posljedice ................................................................ 219
f.
Primjena genetike na različitim podružjima ljudske djelatnosti .................................. 222
8
EVOLUCIJA............................................................................................................................ 227 a.
Osnovni pojmovi i etape kemijske i biološke evolucije................................................. 227
b. Dokazi evolucije ............................................................................................................... 229 c.
Osnovne postavke Darwinove selekcijske teorije evolucije te glavne pokretačke sile
evolucijskog procesa ............................................................................................................... 236 d. Evolucija čovjeka .............................................................................................................. 241 9
EKOLOGIJA ........................................................................................................................... 243 a.
Osnovni ekološki pojmovi i njihovi međuodnosi ........................................................... 243
b. Odnosi između živih bića i abiotičkih čimbenika okoliša .............................................. 246
6 c.
Odnosi između živih bića u biocenozi (biotički čimbenici) ........................................... 248
d. Glavne osobine biocenoza i ekosustava ........................................................................ 251 e.
Odnosi ishrane u biocenozi, kruženje tvari i protjecanje energije u ekosustavu........ 253
f.
Štetni utjecaji čovjeka na biosferu i mjere kojima se štetni utjecaji mogu smanjiti
(održivi razvoj u Republici Hrvatskoj i u svijetu) ................................................................... 257 10 NEKI PREPORUČENI POKUSI ............................................................................................... 264 a.
Dokazivanje prisutnosti škroba....................................................................................... 264
b. Dokazivanje koagulacije bjelančevina ............................................................................ 265 c.
Mikroskopsko promatranje plastida .............................................................................. 266 Mikroskopsko promatranje leukoplasta .................................................................................. 266 Mikroskopsko promatranje kromoplasta ................................................................................. 268 Mikroskopsko promatranje kloroplasta ................................................................................... 270
d. Dokazi osmoze u biljnoj stanici....................................................................................... 273
7
Uvod
Namjena je ove skripte ukratko obuhvatiti gradivo navedeno u Ispitnom katalogu za državnu maturu iz biologije, podjelom i redoslijedom kako je ono u tom katalogu navedeno (uz neka manja odstupanja kako bi se smanjilo rascjepkavanje sadržajno povezanog gradiva). Boja teksta i stupanj osjenčanosti upućuje na težinu gradiva, u pravilu istim sistemom kako je ono podijeljeno u ispitnom katalogu: zelenom je napisano ono što je u katalogu navedeno kao "nužno" (za pozitivnu ocjenu), narančastom ono što je navedeno kao "važno" (za više ocjene bilo bi dobro poznavati i to), a tamnocrvenom "vrijedno" (za odličnu ocjenu bilo bi dobro poznavati i to). Ljubičasto su napisani neki sadržaji koji se neće ispitivati, ali pristupnicima mogu biti korisni za razumijevanje sadržaja koji će se ispitivati ili u daljnjem školovanju, i/ili su bili navedeni u ranijim verzijama Ispitnog kataloga. Pristupnicima, osobito onima koji nisu imali prikladnu nastavu biologije u srednjoj školi, preporuča se uz ovu skriptu koristiti i druge izvore, kao što su od MZOŠ odobreni gimnazijski udžbenici.
Napomena: Ovom prvom izdanju skripte nedostaje najveći dio cjeline 5) Zoologija, kao i opisi nekih od pokusa preporučenih u Ispitnom katalogu.
O autorima Marko Galić autor je najvećeg dijela skripte. Kristina Kučanda autorica je prvobitne nedovršene skripte za državnu maturu 2010. na temelju koje je ova skripta djelomično rađena, autorica je poglavlja Ekologija i mikroskopskih crteža u pokusima u ovoj skripti te je ovu skriptu pregledala i uredila.
8
1 BIOLOGIJA STANICE a. Definicija biologije Biologija (grč. bios = život, logos = govor, riječ) → znanost koja proučava život (živa bića i životne procese). Biologija kao znanost o životu osnova je razumijevanja prirode koja nas okružuje, procesa koji se u njoj događaju, poimanja sebe kao organizma i kao dijela prirode.
Zajedničke osobine živih bića: • Sva živa bića izgrađena su od stanica • Kretanje (pokretljivost) • Podražljivost (iritabilnost) • Prilagodljivost (adaptacija) • Metabolizam (izmjena tvari) • Rast i razvitak • Razmnožavanje • Nasljeđivanje • Starenje i umiranje • Jedinstvenost • Evolucija
Osnovne grane biologije GRANA
PROUČAVA:
zoologija
životinje
botanika
biljke
mikrobiologija
mikroorganizme (organizme presitne da bi se promatrali golim okom)
citologija
stanice
fiziologija
funkcije životnih procesa u pojedinim tkivima, organima, sustavima organa i organzimima
9 genetika
nasljeđivanje
evolucija
postanak i razvoj života i pojedinih vrsta organizama
molekularna biologija
životne procese u stanicama na molekularnoj, biokemijskoj razini
biokemija (grana i kemije i biologije)
kemijske reakcije u živim organizmima odnosno među tvarima koje se obično nalaze u živim organizmima
ekologija
odnose među živim organizmima te između živih organizama i njihovog okoliša
anatomija
građu tijela čovjeka
morfologija
oblik i građu organizama
sistematika
svrstava žive organizme u skupine (kategorije) prema sličnosti i razlikama odnosno srodnosti (vrsta i kategorije više i niže od vrste)
b. Etape i metode istraživanja u biologiji
Etape istraživanja u biologiji (osnovni koraci u znanstvenom istraživanju):
Znanstvena metoda → način stjecanja informacija o svijetu predlaganjem mogućih rješenja unutar istraživačke problematike. Neke znanstvene metode u biologiji: • Opažanje
10 • Mikroskopiranje • Seciranje • Stanično frakcioniranje • Kultura stanica • Obilježavanje radioizotopima • Protočna citometrija • Upotreba računala
Opis znanstvenih metoda u istraživanju
Mikroskopiranje – vidi dalje
Stanično frakcioniranje – postupak rastavljanja stanica na sastavne dijelove, izdvajanje pojedinih staničnih organela ili još manjih staničnih dijelova u homogene frakcije. Stanice se u postupku frakcioniranja kidaju, a manje stanične komponente, na osnovi različite gustoće, odvajaju se CENTRIFUGIRANJEM. Centrifuga je uređaj u kojem se kružnom vrtnjom velikom brzinom organela razdvajaju na temelju brzine njihova taloženja. Prvim se centrifugiranjem istalože najveći djelovi stanice, sljedećim centrifugiranjem (na većoj brzini) istalože se nešto manji itd. Najteže se istalože ribosomi budući da su najmanji, najlakši.
Autoradiografija (obilježavanje radioizotopima) – radioizotopi su izotopi elemenata koji imaju nestabilne jezgre, koje se raspadaju uz pojavu ionizirajućeg zračenja. Ugradnjom radioizotopa u neku molekulu može se pratiti, na osnovi zračenja, njegov put po stanici (npr. možemo pratiti put hrane od korijena do lista, ovom je metodom utvrđeno da se DNA replicira u jezgri, ugradnja CO2 iz zraka u molekulu šećera...)
Kultura stanica – uzgoj stanica u posudama, izvan organizma. Posuda s hranjivom podlogom (tvar koja podržava rast i reprodukciju kulture) mora biti sterilna kako mikroorganizmi ne bi uništili kulturu (primjena: proizvodnji cjepiva, antitijela, enzima, hormona, suvremena poljoprivreda, biotehnologija...)
11
Protočna citometrija – metoda pomoću koje se određuje broj, veličina i oblik stanica, prisutnost staničnih pigmenata ili različite faze staničnog ciklusa. Zasniva se na protoku pojedinačnih stanica u odgovarajućoj otopini kroz tanku kapilaru uz koje su postavljeni izvor laserske zrake i detektor. Ova metoda ne uništava stanice i omogućuje njihovu daljnu uporabu
Računala – koriste se u mikroskopiji i kod mnogih medicinskih dijagnostičkih metoda. Pomoću računala znanstvenici obrađuju i objavljuju istraživanja
Građa svjetlosnog mikroskopa i uloga dijelova
Mikroskop → instrument za promatranje predmeta koji su previše mali da bi se mogli vidjeti golim okom. MIKROSKOP
Svjetlosni
Elektronski
mikroskop
mikroskop
Dijelovi mikroskopa: a - podloga b - nepomični dio stalka c - pomični dio stalka d - tubus d1 - prostor za prizmu e - stolić f - "revolver" za objektive
stalak
12 g - objektiv h - okular i - veliki ili makrometarski vijak j - mali ili mikrometarski vijak k - zrcalo (ili drugi izvor svjetla) l - kondenzor m - vijak za vertikalno pomicanje kondenzora n - iris-zaslon o - okvir za filtere p - vijak za horizontalno pomicanje kondenzora Mikroskopi imaju stalak koji se nalazi na čvrstom podnožju. Jednostavniji mikroskopi imaju zrcalo pomoću kojega usmjeravamo snop svjetlosti na predmet promatranja. Noviji imaju ugrađenu rasvjetu. Na stalku se nalazi stolić mikroskopa → na njega postavljamo predmet promatranja. Ispod stolića je kondenzor → sustav leća s ulogom boljeg osvjetljenja. Pomoću iris-zaslona prilagođavamo jačinu osvjetljenja. Objektivi (stvara povećanu sliku predmeta) su pričvršćeni na nosaču objektiva ili revolveru. Gornji dio mikroskopa je tubus, na čijem se kraju nalazi okular → dodatno povećava sliku predmeta. Pomoću makrovijka možemo grublje, a pomoću mikrovijka finije izoštriti sliku
Osnovna pravila mikroskopiranja 1. Pomicanjem zrcala treba pronaći dobro osvjetljenje. 2. Kondenzor pri većim povećanjima podignuti, a pri manjim spustiti. 3. Stavi preparat na mikroskop. 4. Okreni revolver mikroskopa s objektivima na najmanje povećanje. 5. Gledajući sa strane, objektiv pažljivo spusti makrovijkom tako da gotovo dodiruje preparat. 6. Ako nosiš naočale, skini ih i odloži. 7. Lijevim okom ako si dešnjak, a desnim ako si lijevak, gledaj u okular i traži sliku okretanjem makrovijka u smjeru podizanja tubusa. 8. Sliku izoštri mikrovijkom.
13 9. Preparat premještaj palcima po stoliću mikroskopa → traži najbolje vidljiv dio preparata. 10. Okreni revolver na srednje povećanje i mikrovijkom izoštri sliku. 11. Po završetku mikroskopiranja, okreni revolver na najmanje povećanje, skini preparat sa stolića, pažljivo očisti i spremi mikroskop.
ELEKTRONSKI MIKROSKOP → umjesto vidljive svjetlosti i optičkih leća koristi zraku elektrona koju usmjerava fokusirajući elektromagnetko polje (transmisijski elektronski mikroskop – TEM, skenirajući elektronski mikroskop – SEM) Usporedba građe i rada elektronskog mikroskopa sa svjetlosnim mikroskopom Elektronski mikroskop ima daleko veće povećanje od svjetlosnog. Elektronski mikroskop umjesto vidljive svjetlosti i optičkih leća koristi zraku elektrona. Elektronski mikroskop ima oko 1000 puta veću moć razlučivanja (sposobnost mikroskopa da dvije bliske točke prikaže odvojeno). Elektronskim je mikroskopom moguće vidjeti mnogo više detalja u građi stanice.
c. Značenje bioloških otkrića za život čovjeka
Značaj biologije pri proizvodnji hrane i kontroliranju bolesti:
Kultura stanica se koristi u proizvodnji cjepiva, lijekova, antitijela, enzima, hormona. Kultura biljnog tkiva nalazi primjenu u poljoprivredu i biotehnologiji za oplemenjivanje biljaka, za dobivanje biljnih sadnica bez virusnih bolesti te za dobivanje genetski preinačenih biljaka. Stanično frakcioniranje omogućuje detaljnije istraživanje građe i funkcije stanice. Protočna citometrija koristi se pri dijagnostici raznih bolesti, pri tipizaciji tkiva, u mljekarskoj industriji za utvrđivanje ukupnog broja bakterija u sirovom mlijeku i dr.
d. Uloge osoba koje su značajno doprinijele razvoju biologije OSOBA Robert HOOK (17. st.)
DOPRINOS U RAZVOJU BIOLOGIJE promatrao tanke prereze pluta (stijenke mrtvih stanica) pomoću vrlo primitivnoga mikroskopa; prvi
14 uporabio naziv cellula = lat. STANICA Antony van
„otac mikroskopa” – usavršio mikroskop i dobio
LEEUWENHOEK (1632. –
povećanje ~270×; prvi promatrao živi jednostanični
1723.)
organizam (mikroorganizme iz usne šupljine, spermije, krvne stanice…)
Carl LINNÉ (1707. – 1778.)
binarna nomenklatura, osnivač taksonomije ili sistematike
Matthias SCHLEIDEN
STANIČNA TEORIJA – sva su živa bića građena od
(botaničar) i Theodor
stanica
SCHWANN (zoolog) (18. st.) Charles DARWIN (1809. –
teorija evolucije: razvijeniji organizmi razvili su se iz
1882.)
jednostavnijih
Louis PASTEUR (1822. –
dokazao je da mikroorganizmi nastaju iz već
1895.)
postojećih mikroorganizama i da su uzročnici zaraznih bolesti i vrenja, razvio i razjasnio cijepljenje (protiv kokošje kolere, bedrenice, bjesnoće…); osmislio i razvio PASTERIZACIJU
Gregor Johann MENDEL
osnivač znanstvene genetike: postavio zakone
(1822. – 1884.)
nasljeđivanja
Ernest HAECKEL (19. st.)
utemeljio ekologiju
Robert KOCH (1843. – 1910.) otkrio uzročnika tuberkuloze i kolere, usavršio hranjive podloge za uzgoj bakterija i tehnike mikroskopiranja bakterija Alexander FLEMING (1881.
otkrio prvi antibiotik (penicilin)
– 1955.) Dragutin GORJANOVIĆ –
otkrio ostatke neandertalaca (krapinskoga pračovjeka)
KRAMBERGER (1856. –
na Hušnjakovu brdu pored Krapine
1927.) A. OPARIN (1938.)
ruski biokemičar; pretpostavio da su prve organske molekule mogle nastati od plinova u praatmosferi; iznio ideju kemijske evolucije (proces spontane sinteze složenijih organskih molekula iz
15 jednostavnih)
Stanly MILLER (1953.)
pokusom dokazao da su male organske molekule mogle nastati abiotički
J. WATSON i F. CRICK
otkrili strukturu i načelo replikacije DNA
(1953.) Thomas Hunt MORGAN (20.
radio istraživanja na vinskim mušicama; povezao
st.)
genetiku i citologiju i razvio kromosomsku teoriju nasljeđivanja (= morganizam)
Milislav DEMEREC (20. st.)
doprinio masovnoj proizvodnji antibiotika (penicilin), primjenio genetičke metode u tehnologiji (uzgoj korisnih mikroorganizama)
e. Organizacijske razine živog svijeta
16
f. Kemijski sastav živih bića te struktura i uloga organskih i anorganskih spojeva u njima
Biogeni elementi
Sva živa bića izgrađena su od biogenih kemijskih elemenata. U prirodi su otkrivena 92 kemijska elementa od kojih je 60 biogenih elemenata koji izgrađuju živa bića.
Kemijski
Simbol
% u ljudskom
Biološka
element
kemijskog
tijelu
važnost ili
elementa kisik
O
funkcija 65
Potreban za dobivanje energije, sastojak vode i organskih molekula
ugljik
C
18.5
Sastojak svih organskih molekula
vodik
H
9.5
Nosač elektrona, sastojak vode i organskih molekula
dušik
N
3.3
Sastojak proteina i nukleinskih kiselina
kalcij
Ca
1.5
Izgrađuje kosti
17 i zube, potreba za stezanje mišića fosfor
P
1.0
Sastojak nukleinskih kiselina, važan u prijenosu energije
kalij
K
0.4
Važan za funkciju živaca
sumpor
S
0.3
Sastojak nekih proteina
klor
Cl
0.2
Glavni negativni ion u izvastaničnoj tekućini
natrij
Na
0.2
Glavni pozitivni ion u izvanstaničnoj tekućini, važan za funkciju živaca
magnezij
Mg
0.1
Važan dio enzima u prijenosu energije, sastojak klorofila
željezo
Fe
0.05
Sastojak hemoglobina
18 Gotovo 95% mase većine organizama čine ugljik, kisik, vodik i dušik
Razlika u zastupljenosti kemijskih elemenata u živoj i neživoj prirodi
Živi i neživi svijet grade isti kemijski elementi, ali su različito zastupljeni u živoj i neživoj prirodi Najzastupljeniji elementi u neživoj prirodi: O, Si, Al
W/%
ŽIVA PRIRODA
NEŽIVA PRIRODA
C
20
0.2
O
60
50
H
10
1
N
3.5
0.03
Na
0.2
2.5
Fe
0.1
4
Si
0.004
26
Značenje anorganskih soli (minerala) u tjelesnim tekućinama i čvrstim strukturama (zubi, kosti, ljušture):
Veliko značenje imaju u mehanizmu samoregulacije sastava iona u stanici, tzv. natrij/kalij crpka - važno za prijenos živčanih impulsa
Kalcij je važan u strukturi kostiju i zubi Natrij je važanu regulaciji krvnog i osmotskog tlaka tjelesnih tekućina, u mehanizmu provođenja živčanih impulsa, radu srca, mišićnoj kontrakciji
Ugljik kao središnji atom u organskim molekulama
19 Među biogenim elementima ističe se ugljik – nalazi se u svim organskim molekulama Ugljikovi se atomi međusobno vezuju čvrstim kovalentnim vezama u lančaste, razgranjene ili prstenaste molekule. Na ugljikove atome mogu se vezati različite kemijske skupine koje određuju fizikalna i kemijska svojstva pojedinih djelova organske molekule. Ovisno o fizikalno-kemijskim svojstvima, organske molekule mogu ostvarivati različite tipove veza s drugim molekulama u svom neposrednom okolišu. Kemijske veze koje se na taj način ostvaruju često su slabe i povratne. To znači da se lako uspostavljaju, prekidaju i ponovo uspostavljaju → to je iznimno važno u svim životnim procesima
Razlika između organskih i anorganskih molekula
Organske molekule uvijek sadrže ugljik!
ANORGANSKE TVARI: VODA, SOLI, KISELINE
ORGANSKE TVARI: UGLJIKOHIDRATI, LIPIDI, BJELANČEVINE, NUKLEINSKE KISELINE
Međusobni odnos monomera i polimera
Monomeri izgrađuju polimere. Npr. aminokiseline (monomeri) međusobno se vezuju peptidnom vezom u bjelančevine (polimeri), nukleotidi→DNA, monosaharidi→polisaharidi
monomer
oligomer
polimer
Polimerizacija
20 MAKROMOLEKULA
PODJELA I GRAĐA
ULOGA
Lipidi
trigliceridi (glicerol +
-pohranjivanje
više masne kiseline)
energije
fosfolipidi (glicerol +
-izgradnja
više masne kiseline +
membrana
PRIMJER masti, ulja
lecitin
fosfatna skupina) Steroidi
Ugljikohidrati
-sastojak membrana
-kolesterol
-hormoni
-testosteron
monosaharidi
-izvor energije
-glukoza, fruktoza
(heksoze – 6
-gradivni dijelovi
-deoksiriboza, riboza
ugljikovih atoma,
DNA i RNA
pentoze – 5 ugljikovih atoma) disaharidi
šećer u biljaka
saharoza
polisaharidi
-potpora tijela
-hitin, celuloza
-pohranjivanje
-škrob, glikogen
energije Proteini
polimeri
-prijenos tvari
-hemoglobin
aminokiselina
-rad mišića
-miozin i aktin
(karboksilna skupina
-zgrušavanje krvi
-trombin, fibrin
– COOH, amino
-imunitet
-antitijela
skupina –NH2)
-ubrzavanje
-enzimi
kemijskih reakcija Nukleinske kiseline
polimeri nukleotida
-prijenos genske
-deoksiribonukleinska
(dušična baza +
upute s roditelja na
kiseline, DNA
pentoza + fosfatna
potomstvo
- ribonukleinska
skupina)
-sinteza proteina
kiselina, RNA
21
Zajednička svojstva lipida, netopljivost u vodi
Lipidi uključuju velik broj različitih molekula koje se otapaju u organskim otapalima. Zbog nepolarnih veza C – C i C – H NISU topivi u vodi. Lipidi se u vodi rasprše u sitne kapljice stvarajući emulziju. Osnovne biološke uloge lipida su: Pohranjivanje energije Izgradnja bioloških membrana Prijenos signala među stanicama
Uloga masti, ulja, fosfolipida i steroida
MASTI i ULJA su po kemijskom sastavu TRIGLICERIDI, a glavna im je uloga pohranjivanje energije FOSFOLIPIDI – izgrađuju stanične membrane svih živih bića STEROIDI – stanične membrane životinjskih stanica i stanica čovjeka sadrže steroid KOLESTEROL → ishodišna molekula za sintezu spolnih hormona (estrogena, progesterona i testosterona), hormona nadbubrežnih žlijezda (kortizola i aldosterona) i vitamina A, D i E
Značenje zasićenih i nezasićenih masnih kiselina Masne kiseline sastoje se od dugačkih molekula (16-20 C-atoma) koje najednom kraju imaju kiselinsku skupinu –COOH. Razlikujemo zasićene i nezasićene masne kiseline. Zasićene masne kiseline (palmitinska, stearinska) → veze između C – atoma jednostruke, a nezasićene masne kiseline (oleinska) imaju jednu dvostruku vezu. U mastima su zasićene, a u uljima nezasićene masne kiseline. Maslinovo ulje ima nezasićene masne kiseline (linolnu i oleinsku), zato je lako probavljivo i ima veliku prehrambenu vrijednost. Razgradnjom masnih kiselina
22 oslobađa se dvostruko više energije nego razgradnjom jednake mase glukoze, zato masne kiseline spadaju u glavne spremišne molekule stanice
Steroidi – primjeri iz svakodnevnog života Znamo da je kolesterol zapravo steriod. Molekule kolesterola su važne i tijelu moraju stalno biti na raspolaganju. Unosi se putem hrane, ali ga i sam organizam sintetizira u jetri. Ipak, suvišan kolesterol je štetan → suvišak tijelo ne može iskoristiti te ga zadržava u krvi i taloži na stijenkama krvnih žila → ATEROSKLEROZA – ovo stanje može dovesti, zbog začepljenja krvni žila ateromima, do moždanog udara ili koronarnih bolesti srca. Steroidi se ćesto koriste u bodybuildingu → radi povećanja mišićne mase (moguće posljedice: akne, razvoj grudi kod muškarca, oštećenja jetre...). Steroidi su ishodišne molekule za sintezu testosterona, estrogena, progesterona, kortizola, aldosterona.
Podjela ugljikohidrata
MONOSAHARIDI ili jednostavni šećeri koji mogu biti izgrađeni od tri (trioze), pet (pentoze) ili šest (heksoze) međusobno povezanih atoma ugljika. Riboza i deoksiriboza su pentoze. Glukoza, fruktoza i galaktoza su heksoze – imaju istu kemijsku formulu C6H12O6 , ali su različite strukture pa i različitih svojstava OLIGOSAHARIDI ili složeni šećeri koji su izgrađeni od dviju do deset molekula monosaharida. Najznačajniji oligosaharidi su disaharidi (nastaju spajanjem dviju molekula monosaharida kovalentnom vezom → GLIKOZIDNA VEZA, a izdvaja se molekula vode. Disaharidi su saharoza (glukoza + fruktoza), laktoza ili mliječni šećer (glukoza + galaktoza), MALTOZA (glukoza + glukoza) POLISAHARIDI ili složeni šećeri kod kojih je više od deset molekula monosaharida povezano u duge polimerne lance. Polisaharidi mogu biti STRUKTURNI (hitin, celuloza) i REZERVNI (glikogen, škrob)
23
Monosaharidi, disaharidi, polisaharidi
MONOSAHARIDI se dijele na PENTOZE (riboza i deoksiriboza → ulaze u sastav nukelinskih kiselina), HEKSOZE (GLUKOZA → najvažniji izvor energije za živi svijet, nastaje u biljkama kao produkt fotosinteze, a u životinjskom organizmu nalazi se kao krvni šećer. Organizmi iz glukoze oslobađaju energiju kroz proces staničnog disanja ili biološke oksidacije, ima sladak okus, lako topljiva u vodi. FRUKTOZA → vrlo sladak šećer, topljiv u vodi, nalazi se u voću → voćni šećer. Galaktoza se nalazi u mlijeku sisavaca)
DISAHARIDI nastaju spajanjem dviju molekula monosaharida glikozidnom vezom, a izdvaja se molekula vode. Npr. SAHAROZA – sastoji se od glukoze i fruktoze, nalazi se ušećernoj trsci i repi. LAKTOZA – sastoji se od glukoze i galaktoze i nalazi se u mlijeku. Maltoza se sastoji od dvije molekule glukoze i često se naziva slad
POLISAHARIDI su STRUKTURNI (hitin → strukturni polisaharid, polimer glukoze koji sadrži aminoskupinu, ne otapa se u vodi, nije probavljiv, glavni je sastojak oklopa člankonožaca i staničnih stijenki hifa nekih gljiva, ima potpornu i zaštitnu ulogu jer je otporan na vanjske utjecaje. celuloza→ strukturni polisaharid, polimer glukoze, izgrađuje staničnu stijenku biljnih stanica i hife nekih gljiva što im daje čvrstoću. Ima široku primjenu u svakodnevnom životu → pamučna vlakna, drveni namještaj, papir) REZERVNI (škrob → građen od molekula glukoze koje tvore spiralne lance, ima ulogu pričuvne hrane u sjemenkama: pšenice, kukuruza, riže.... Velike količine skroba pohranjenog u škrobnim zrncima nalazi se u gomoljima krumpira, jako važan u prehrani. glikogen →rezervni polisaharid kod čovjeka i životinja, pohranjuje se u jetri i mišićima. Kada je tijelu potrebna energije glikogen se razgrađuje do glukoze) Struktura aminokiselina i peptidna veza
Proteini (bjelančevine) su izgrađene od aminokiselina. Svaka aminokiselina sadrži karboksilnu skupinu –COOH, aminoskupinu NH2 i R-skupinu ili aminokiselinski ogranak. R – skupina specifična je za pojedinu aminokiselinu i može biti različite
24 veličine i kemijske strukture (npr. kod glicina ogranak je vodikov atom, a kod alanina metilna skupina).
Aminokiseline se međusobno vezuju peptidnim vezama u polipeptidne lance. Peptidna veza nastaje između karboksilne skupine jedne aminokiseline i aminoskupine druge aminokiseline, a izdvaja se molekula vode.
Nastajanje peptidne veze Značenje enzima za kemijske reakcije u živim bićima
Bez aktivnosti enzima većina kemijskih reakcija u biološkom sustavu ne bi se odvijala, ili bi bila toliko spora da se ne bi mogla odviti u uvjetima u kojima se odvija život. Za život stanice potrebno je brzo odvijanje kemijskih reakcija – to je svojstvo enzima: ubrzavaju kemijske reakcije više od milijun puta, pritom se ne troše niti mijenjaju svoja kemijska svojstva. Veliku važnosti imaju u razgradnji hrane u probavnom sustavu (ptijalin, pepsin, polipeptidaza, dipeptidaza), pri replikaciji DNA i dr.
Kako enzimi ubrzavaju kemijske reakcije
ENZIMI ili BIOKATALIZATORI su proteini bez čije se aktivnosti većina kemijskih reakcija u biološkom sustavu ne bi odvijala dovoljno brzo za postojanje života. Posebnost djelovanja enzima očituje se u njihovoj specifičnosti, odnosno djeluju samo na određenu vrstu tvari. Lipaze samo na lipide, amilaze samo na ugljikohidrate, peptidaze na proteine (nazivi enzima
25 tvore se tako da se korijenu naziva koji govori o njegovu djelovanju doda nastavak –aza). Tvar na koju enzim djeluje naziva se SUPSTRAT. Mjesto na enzimu na koje se veže supstrat jest AKTIVNO MJESTO. Međudjelovanje enzima može se objasniti na principu ključ–brava u kojem supstrat oblikom odgovara obliku aktivnog mjesta na enzimu. Vezivanje supstrata na aktivno mjesto → PRIJELAZNO RAZDOBLJE. Enzimi ubrzavaju kemijske reakcije sniženjem energije aktivacije molekula. Energija aktivacije je količina energije potrebna molekulama za stupanje u kemijske reakcije. Sniženjem energije aktivacije molekule brže stupaju u kemijske reakcije
Djelovanje ezima
Uzroci raznolikosti bjelančevina kao preduvjeta biološke raznolikosti
Sve biološke vrste i jedinke unutar vrsta međusobno se razlikuju upravo po proteinima Proteini se sastoje od aminiokiselina povezanih peptidnom vezom. Poznato je 20 aminokiselina. Vrsta bjelačevine ovisi o broju, vrsti i redosljedu aminokiselina. Čim se proteinu doda neka nova aminokiselina nastaje novi protein. Npr. ako uzmemo 100 aminokiselina broj različitih proteina koji mogu nastati je 20100 što je ogroman broj. Isto tako polipeptidi lanci se mogu povezivati i savijati i zauzimati određene prostorne rasporede što donosi nebrojeno mnogo kombinacija. Zato su proteini nositelji biološke specifičnosti.
26 Nukleinske kiseline
Nukleinske kiseline su složeni polimeri, tj. izgrađeni su od monomernih jedinica NUKLEOTIDA. Nukleinske kiseline pohranjuju i prenose informacije unutar stanice. Razlikujemo DNA (deoksiribonukleinska kiselina) i RNA (ribonukleinska kiselina). Nukleotidi, koji izgrađuju nukleinske kiseline, sadrže: FOSFATNU SKUPINU, ŠEĆER PENTOZU (deoksiriboza/riboza), DUŠIČNU BAZU (prstenasta molekula koja sadrži dušik )
NUKLEOTIDI DNA u svom sastavu imaju deoksiribozu i jednu od četiri dušične baze: ADENIN (A), GVANIN(A), CITOZIN(C), TIMIN(T)
NUKLEOTIDI RNA u svom sastavu imaju šećer ribozu i dušične baze: adenin, gvanin, citozin, URACIL (U)
Dušične baze:
PIRIMIDINSKE (jedan prsten)
PURINSKE (dva prstena)
CITOZIN
ADENIN
TIMIN
GVANIN
27 URACIL
Molekula DNA izgrađena je od dvaju dugačkih lanaca → POLINUKLEOTIDNI LANCI (taj lanac grade nukleotidi koji se vezuju preko šećera i fosfata). Dva polinukleotidna lanca međusobno se vezuju VODIKOVIM vezama koje se uspostavljaju između komplementarnih baza. Komplementarne baze su adenin-timin te gvanin–citozin u molekuli DNA dok se u molekuli RNA umjesto timina pojavljuje uracil koji je komplementaran adeninu, dakle adenin-uracil u molekuli RNA. tri vodikove veze
GVANIN
CITOZIN
dvije vodikove veze ADENIN
TIMIN
28
Usporedba DNA i RNA
PURINSKE BAZE PIRIMIDINSKE BAZE MONOSAHARID BROJ LANACA POLOŽAJ U EUKARIOTSKOJ STANICI
DNA A,G T,C deoksiriboza 2 jezgra, mitohondriji, kloroplasti
VRSTE
-
RNA A,G U,C riboza 1 jezgra i citoplazma mRNA, tRNA, rRNA
Replikacija DNA i njezino značenje
Molekula DNA ima sposobnost samoumnožavanja ili autoreplikacije → stvaranje vlasitith kopija. Replikacija je semikonzervativna, što znači da jedan polinukleotidni lanac služi kao „kalup“ za sintezu drugog lanca. Tako nastaju dvije molekule DNA od kojih svaka ima jedan stari i jedan novi (novosintetizirani) lanac
Tok replikacije:
1. Kidanje vodikovih veza između dušičnih baza i razdvajanje polinukleotidnih lanaca 2. Komplementarno spajanje slobodnih nukleotida (A=T, G≡C)
Replikacija se odvija uz prisustvo raznih enzima. Npr. enzim DNA–polimeraza katalizira komplementarno povezivanje nukleotida novog i roditeljskog (starog) lanca
29
stari lanac DNA novi lanac DNA
Replikacija DNA Razlika DNA i RNA DNA
RNA
adenin, gvanin, timin,
adenin, gvanin, uracil,
citozin
citozin
broj lanaca
dva
jedan
pentoza
deoksiriboza
riboza
položaj u stanici
jezgra
jezgra i citoplazma
pravilna zavojitost
da
ne
dušične baze
Tri tipa RNA VRSTA RNA
ULOGA
Prijenosna ili
Ribosomska RNA
Glasnička RNA
transportna (tRNA)
(rRNA)
(mRNA)
kroz citoplazmu
zajedno s
iz jezgre izlazi u
prenosi
proteinima
citoplazmu na
odgovarajuće
izgrađuje
ribosome s
aminokisleine do
ribosome
uputom za
glasničke RNA na ribosomu
sintezu proteina
30
Značenje vode za održavanje života (sveukupnog i osobnog)
Voda kao najprisutnija tvar u prirodi velikim udjelom sudjeluje u izgradnji živih bića. Prvi oblici života na zemlji nastali su u vodi jer je izvrstan medij za međudjelovanje atoma i molekula. Oko 3 milijarde godina živa bića provela su u oceanu. Zato vodu nazivamo kolijevkom života
VODA je polarna molekula ili DIPOL (na jednom kraju molekule nalazi se slab negativan naboja, a na drugom kraju slab pozitivan naboja). Ovakav raspored naboja uzrokuje međusobno povezivanje molekula vode vodikovim vezama
Molekula vode SVOJSTVA VODE: o Kohezija–povezivanje istovrsnih molekula o Adhezija –povezivanje s molekulama drugih tvari o Kapilarnost – posljedica adhezije i kohezije → kretanje tekućine protiv sile teže kroz uzak prostor kapilare (npr. kretanje vode kroz kapilarni sustav provodnih žila biljaka) o Površinska napetost – na granici sa zrakom molekule vode stvaraju tanku elsatičnu opnu ili „mrežicu“ koja kukcima omogućuje hodanje po vodenim površinama ili plutanje lista po površini vode. o Velik toplinski kapacitet – Toplinski kapacitet je količina topline koje treba primiti 1 kg tvari da bi mu se tempreatura povisila za 1 °C. Tvari s malim toplinskim kapacitetom brzo se zagriju već kod kratkog izlaganja toplini, dok
31 tvari s velikim toplinskim kapacitetom treba dugo izlagati toplini da bi se temperatura tek malo povisila o Visoka toplina isparavanja - voda na isparavanje troši mnogo energije, zato se isparavanjem organizam hladi (drveće putem lišća, čovjek se znoji…) o Anomalija vode – Ispod 0 °C voda prelazi iz tekućeg u čvrsto stanje – led. U ledu su molekule vode razmaknute (led je „šupljikav“ i male gustoće). Led je zato lakši od vode i pliva na njenoj površini→anomalija vode (gustoća vode najveća je pri 4 °C)
Voda kao otapalo
Voda je vrlo dobro otapalo (za polarne i ionske tvari). Pri otapanju kuhinjske soli (NaCl) dolazi do disocijacije ili razlaganja kristala natrijeva klorida (natrij i klor međusobno su povezani ionskom vezom) na ione natrija (Na+) i ione klora (Cl-). Molekule vode okružuju pozitivno nabijene ione natrija i negativno nabijene ione klora. Vodeni ovoji razdvajaju ione, što im omogućuje nesmetano kretanje u prostoru i vezivanje s drugim česticama.
kristal NaCl
adhezija otapalo vodena otopina soli
kohezija
Otapanje kuhinjske soli u vodi
32
Hidrofilne su tvari koje "vole vodu" – dobro se otapaju u vodi. To su ionske tvari (kao što je NaCl) i polarne molekule, jer je i voda polarna molekula ("slično se otapa u sličnom"). Hidrofobne su tvari koje "se boje vode" – ne otapaju se dobro u vodi. To su uglavnom nepolarne molekule (kao što su ugljikovodici).
g. Prokariotska i eukariotska stanica, građa i uloga njihovih glavnih organela i struktura
Građa stanice prokariota i eukariota
Prokariotske stanice ili protocite nemaju oblikovanu jezgru. Naziv prokariot (grč. pro – prvi, prije; karyon – jezgra), u prijevodu „prije jezgre“ ili „primitivna jezgra“, a označava izostanak ovojnice koja odvaja nasljednu tvar od ostatka stanice. Područje stanice u kojemu se nalazi kružna DNA bez ovojnice zove se nukleoid. Prokariotske stanice nemaju organele (strukture omeđene ovojnicom). Svaka stanica ujedno je i organizam → nikada ne izgrađuju mnogostanični organizam
Eukariotske stanice ili eucite (grč. eu – pravi, dobar) imaju jezgru omeđenu ovojnicom. Ima organele. Znatno je složenija i veća (10-25 puta) od prokariotske stanice. Razlikujemo dva osnovna tipa eukariotske stanice: BILJNA i ŽIVOTINJSKA
Imaju
Nemaju
kloroplaste i
kloroplaste i
mogu obavljati hrane se fotosintezu autotrofi
heterotrofno
33 Razlika građe prokariotske i eukariotske stanice
Obilježja/stanice
protocita
eucita
nukleoid
+
-
jezgra
-
+
organeli
-
+
jednostanični organizmi
+
+
mnogostanični organizmi
-
+
bakterije
+
-
biljne i životinjske stanice
-
+
Organizacija eukatioske stanice
Eukariotska stanica ima oblikovanu jezgru ovojnicom odvojenu od ostatka stanice – citoplazme. Citoplazma je obavijena membranom. Unutarnja struktura je složena → u stanici se nalaze organeli - membranom omeđene strukture koje omogućuju istodobno, usklađeno i neometano obavljanje različitih biokemijskih procesa. Najveći i najistaknutiji organel je jezgra, a ostatak čini koloidna citoplazma (citosol) i organeli. Eukariotske stanice sadrže veliku količinu vode. Mogu sadržavati pohranjene hranjive tvari, minerale i molekule pigmenta Sve eukariotske stanice sadrže veliku količinu proteinskih vlakana (mikrofilamenti) i cjevčica (mikrotubuli) organiziranih u mrežastu strukturu ili citoskelet → stanici daje oblik i drži organele u određenom prostornom rasporedu, poprilično je promjenjiv i dinamičan sustav – prilagođava se potrebama stanice
EUCITA
biljna
životinjska
34 ŽIVOTINJSKA STANICA:
JEZGRA – nepravilnog, kuglastog oblika, smještena u centru stanice gdje je pridržavaju dijelovi citoskeleta i najveći je organel u stanici. Nosi upute za životne aktivnosti stanice u molekulama DNA. Molekule DNA povezane s proteinim čine kromatin koje je smješten u nukleoplazmi. Kromatin je građen od niti koje se u vrijeme diobe spiraliziraju u kromosome U jezgri se sintetizitaju svi tipovi RNA. Okrugle strukture u jezgri stanice su jezgrice (može ih biti jedna, dvije pa i do 100 kod nekih vrsta vodozemaca). Jezgra je obavijena ovojnicom koju čine dvije membrane. Vanjska membrana je povezana s endomembranskim sustavom. Površina jezgre hrapava je zbog otvora – jezgrinih pora → ti otvori su okruženi proteinima koji tvore kanaliće za prolaz tvari. Kroz pore izlaze RNA i podjedinice ribosoma, a ulaze proteini iz citoplazme.
ENDOMEMBRANSKI SUSTAV Sustav membrana koje dijele citoplazmu stanice na odjeljke i usmjeravaju prijenostvari u citoplazmi. Proteže se od jezgrine ovojnice do stanične membrane, a sastoji se od sljedećih dijelova: o ENDOPLAZMATSKI RETIKULUM (ER) – povezana je s jezgrinom ovojnicom i sastoji se od sustava membranskih kanalića, nabor i šupljina. Postoji hrapavi i glatki ER. Hrapavi ER na površini ima ribosome, tj. sintetizira proteini koji zatim ulaze u šupljine gdje ih enzimi dorađuju u npr. glikoproteini ili neke druge složene proteine. Glatki ER se nastavlja na hrapavi ER, a nema ribosoma stoga ne sintetizira proteine, ali sintetizira fosfolipide, steroide i masne kiseline. Glatki ER može obavljati i druge zadaće što ovisi o vrsti stanice (npr. u testisima stvara testosteron, u jetri obavlja detoksikaciju – neutraliziranje otrova). Općenita je zadaća glatkog ER-a stvaranje mjehurića koji prenose velike molekule u druge djelove stanice o GOLGIJEVO TIJELO – nakupina membranskih većica u stanici. Jedna se strana nakupine vezuje uz glatki ER, a druga je smještena uz staničnu membranu. Ovaj organel prima mjehuriće s glikoproteinima i lipidima koji stižu iz glatkog ER-a i sakuplja u cisternama (membranske vrećice)→ tu se obrađuju i razvrstavaju pristigle molekule i opet pakiraju u mjehuriće koji se oslobađaju na rubovima cisterne.
35 Mjehurući ili prenose sadržaj u izvanstanični prostor ili ostaju kao lizosomi ili peroksisomi o LIZOSOMI – membranski mjehurići s enzimima (Golgijevi mjehurići – nastaju na Golgijevom tijelu) – razlažu i uklanjaju stare i oštećene dijelove stanice, mogu uzrokovat i staničnu smrt – razaraju cijelu stanicu o PEROKSISOMI – sadrže enzime za oksidaciju malih organskih molekula. Oni sadrže i vodikov peroksid (H2O2) → toksičan – odmah nakon oslobađanja enzima katalaza razlaže ga na vodu i kisik. Peroksisome proizvodi Golgijevo tijelo u stanicama jetre i stanicama kvasca → mogu oksidirati alkohol
1. jezgrina membrana, 2. pora, 3. hrapavi ER, 4. glatki ER, 5. ribosomi na hrapavom ERu, 6. makromolekule, 7. transport mjehurića (vezikule), 8. Golgijevo tijelo, 9.cis-strana Golgijevog tijela, 10. trans-strana Golgijevog tijela, 11. cisterne Građa stanice
36 MITOHONDRIJI Valjkasti organeli obavijeni dvostrukom membranom. Vanjaska membrana → glatka i manje površine od unutarnje membrane (ona je nabrana). Ti nabori su KRISTE → dijele mitohondrija na dva dijela: MATRIKS i MEĐUMEMBRANSKI PROSTOR. U matriksu → DNA, RNA i ribosoma (sintetiziraju mali broj proteina) Uloga mitohondrija: u njima se odvija proces staničnog disanja (biološke oksidacije) – tako stanica dolazi do potrebne energije Struktura mitohondrija unutarnja membrana vanjska membrana
kriste matriks
RIBOSOMI Nemaju membranu, izgrađeni od ribosomske RNA (rRNA) i većeg broja proteina. Imaju veću i manju podjedinicu. Te se dvije podjedinice spajaju u funkcionalni ribosoma samo kada prihvaćaju mRNA kod sinteze proteina. Ribosomi mogu biti vezani za ER, slobodni u citoplazmi ili organizirani u nakupine → POLIRIBOSOME
mala podjedinica
velika podjedinica
Građa ribosoma
ribosom
37
CENTRIOLI –valjkasta tijela – ima ih samo u životinjskoj stanici. Uvijek su u paru i to okomito postavljeni jedan na drugog te čine CENTROSOM. ULOGA: sudjeluju u stvaranju mikrotubula = oblikuju diobeno vreteno, sudjeluju u stvaranju struktura za pokretanje.
Mikrotubuli
kromatin
jezgra
jezgrica
jezgrina
glikosom
membrana
glatki ER citosol lizosom mitohondrij centrioli centrosom
hrapavi ER ribosomi Golgijevo tijelo
mikrovili
egzocitoza mikrofilamenti mikrotubuli intermedijarni filamenti
peroksisomi Građa životinjske stanice
38
BILJNA STANICA:
Biljne stanice imaju staničnu stijenku izgrađenu od celuloze STANIČNA STIJENKA → obavija staničnu membranu i daje oblik, čvrstoću i štiti stanicu, ali ograničava prijenos tvari kroz membranu.
U središtu biljne stanice nalazi se veliki membranom omeđeni organel – VAKUOLA → prostor vakuole ispunjen je vodenom otopinom u kojoj se nalaze ugljikohidrati, minerali, pigmenti i toksične tvari. Pigmenti u vakuoli daju različitu obojanost dijelova biljke (npr. pigment antocijan daje crvenoljubičastu boju cvjetovima, plodovima, listovima i korijenju nekih biljaka). Toksične tvari u biljci uglavnom štite biljku od biljoljeda. Uloga je vakuole i regulacija staničnog tlaka - turgora. Biljne stanice uz mitohondrije posjeduju i kloroplaste → pretvorba svjetlosne energije Sunca u kemijsku energiju ugljikohidrata što ih stanica koristi kao izvor energije. Kloroplasti su poprilično veliki (ćesto veći od jezgre, dobro vidljivi svjetlosnim mikroskopom) i obavijeni dvoslojnom membranom. Unutrašnjost kloroplasta ispunjava stroma (tekućina s enzimima, ugljikohidratima, DNA, RNA, ribosomima i tilakoidima). Tilakoidi su membranske vrećice na čijoj se površini nalazi klorofil ili zeleni pigment važan za fotosintezu. Naslage tilakoida čine strukturu koju zovemo granum. Uz kloroplaste, biljnoj stanici nalaze se i drugi plastidi, kao što su leukoplasti ili kromoplasti. Leukoplasti su bez pigmenta, nalazimo ih u stanicama korijena i služe kao spremište škroba. Amiloplasti su jako veliki leukoplasti s pohranjenim škrobom (amiloza). Kromoplasti imaju pigmente raznih boja – žute (ksantofil), crvene (likopen), narančaste (karoten) → boja cvijeća, plodova Plastidi imaju sposobnost pretvorbe iz jedne u drugu vrstu plastida → npr. sazrijevanje voća i povrća. Kloroplasti također spadaju u plastide.
39
Građa biljne stanice jezgra
mjehurić (s Golgijeva tijela)
kromatin jezgrina pora
Golgijevo tijelo glatki ER
jezgrina membrana
citoplazma kriste
biljno tkivo
mitohondriji
hrapavi ER ribosomi
lizosomi
vakuola stijenka susjedne stanice
citoskelet
stanična stijenka granum stanična membrana plazmodezmije
naslage škroba kloroplasti Građa biljne stanice
vanjska membrana
međumembranski prostor
granum (nakupna tilakoida)
unutarnja membrana
tilakoidi
stroma
lumen – unutrašnjost lamele tilakoida
Građa kloroplasta
40 Građa i uloga stanične membrane
Stanična membrana ili biomembrana je dvosloj fosfolipida. Fosfolipidi su amfipatske molekule (imaju polarnu hidrofilnu glavu i nepolarne hidrofobne repiće). Stanični i izvanstanični prostor ispunjeni su vodenom otopinom u kojoj se fosfolipidne molekule specifično orijentiraju i organiziraju u dvosloj (upravo zbog toga što su amfipatske). Uz fosfolipide membrane sadrže proteine i ugljikohidrate, glikoproteine, glikolipide Proteini stanične membrane su veliki i nepravilni. Na jednom dijelu proteini su uronjeni u fosfolipidni sloj → PERIFERNI PROTEINI (oni mogu biti citoplazmatski periferni proteini – izviru na unutarnju stranu dvosloja, izvanstanični periferni proteini – izviru na vanjsku stranu. Neki proteini prolaze kroz dvosloj fosfolipida i izlaze na obje (i vanjsku i unutarnju) stranu – INTEGRALNI ili TRANSMEMBRANSKI PROTEINI.
ULOGA PROTEINA: 1) Selektivni prijenos kroz membranu - ide kroz proteinske kanale, a uz pomoć proteinskih prenositelja 2) Enzimska aktivnost membranskih proteina – kataliziraju kemojske reakcije na površini membrane 3) Primanje i prevođenje kemijskih poruka – obavljaju receptorski proteini → oblikom odgovaraju „kemijskom glasniku“ (npr. hormonu) 4) Stanično prepoznavanje – obavljaju neki proteini membrane koji imaju identifikacijske oznake „markere“ (npr. glikoproteine koji služe za prepoznavanje drugih stanica jer određeni tipovi stanica isto tako imaju te specifične markere) 5) Međustanično povezivanje – ovu zadaću obavljaju membranski proteini koji imaju sposobnost vezanja za proteine susjedne stanice i tako tvoriti različite međustanične spojeve 6) Povezivanje citoskeleta i izvanstaničnog prostora – ovu zadaću obavljaju oni proteini koji sudjeluju u održavanju oblika stanice i položaja drugih proteina u membrani,a oni sudjeluju i u prijenosu mehaničkog podražaj između izvanstanične tekućine i citoplazme
41 7) Membranski proteini imaju važnu ulogu u prepoznavanju stranih stanica kod imunološke reakcije organizma → membranski proteini prepoznaju patogene mikroorganizme
Na vanjskoj strani membrane su: UGLJIKOHIDRATI, GLIKOLIPIDI (ugljikohidrati s mastima), GLIKOPROTEINI (ugljikohidrati s proteinima)
Membranski ugljikohidrati također obavljaju međustanično povezivanje ili vezanje stanice za neku podlogu. Ugljikohidrati povezani s lipidima imaju ulogu staničnih markera (omogućuju međusobno prepoznavanje stanica)
Model tekućeg mozaika
Prema tom modelu neki membranski proteini nalaze se na površini, a neki potpuno ili djelomično uronjeni u fosfolipidni dvosloj. Opisani mozaički raspored proteina u membrani može se mijenjati ovisno o potrebama stanice. Membrana je do određene mjere tekuća jer nema jakih veza među molekulama koje grade membranu što proteinima omogućuje klizanje kroz dvosloj fosfolipida i promjenu položaja u membrani. Membrane životnjskih stanica relativno su stabilne i čvrste, upravo zato što kolesterol na membrani ograničava kretanje fosfolipida.
„Model tekućeg mozaika“
42 Način prolaska tvari kroz staničnu membranu
PASIVNI PRIJENOS → odvija se prema fizikalnom zakonu difuzije → gibanje molekula s područja veće koncentracije na područje manje koncentracije. Dva su oblika pasivnog prijenosa kroz membranu: JEDNOSTAVNA DIFUZIJA i OLAKŠANA DIFUZIJA.
Jednostavna difuzija –tako se prenose tvari male molekulske mase topive u vodi (O2, CO 2, N2, ugljikovodici i alkoholi) Olakšana difuzija: pomoću prijenosnih proteina → prenose hidrofilne i polarne molekule. Prijenosni proteini obavljaju selektivan prijenos i specifični su za vrstu molekula koje prenose – mogu biti oblikovani kao proteinski kanali i proteinski prenositelji.
Proteinski prenositelji – molekule prenose tako da ih vežu s jedne strane membrane i prenose ih na drugu (glukoza, galaktoza, aminokiseline se tako prenose). Proteinski kanali – primjer su akvaporini ili proteinski kanali → kroz njih osmozom prolazi voda.
AKTIVNI PRIJENOS → Odvija se uz pomoć proteinskih prenositelja, ali uz utrošak energije – predstavlja gibanje protiv koncentracijskog gradijenta (s područja manje koncentracije na područje veće koncentracije). Energije se dobiva iz fosfatnih veza ATP-a. Ovim načinom stanica održava koncentraciju molekula unutar stanice različitom od koncentracije izvan stanice. Primjer je Na/K pumpa → prijenos kalijevih iona iz okoline u stanicu, a natrijevih iz stanice u okolinu i tako se održava veća koncentracija natrija u izvanstaničnoj tekućini, a kalija u citoplazmi.
43 Endocitoza i egzocitoza
ENDOCITOZA – Mehanizam ulaska velikih molekula i mikroorganizama u stanicu. • Fagocitoza – npr. ameba lažnim nožicama obuhvati bakteriju, ovije je membranom u mjehurić – FAGOSOM → u citoplazmi se spaja s LIZOSOMOM koji enzimima razgradi bakteriju. Fagocitoza služi kao obrana organizma od patogenih organizama i starih, oštećenih dijelova stanice • Pinocitoza – tim načinom stanica uzima tekućinu i male molekule → formira se PINOSOM
EGZOCITOZA – Mehanizam izbacivanja nepotrebnih i suvišnih tvari u izvanstanični prostor.
Endosimbioza
Teorija postanka eukariotske stanice koje je postavila Lynn Margulis. Prema teoriji mitohondriji i kloroplasti su kao organeli nastali iz bakterija koje su ušle u veću stanicu s oblikovanom jezgrom. Pretpostavlja se da su mitohondriji nastali iz aerobnih bakterija (one koje koriste kisik), a kloroplasti iz cijanobakterija ili modrozelenih algi koje vrše fotosintezu. Stanica je, prihvativši, bakteriju stekla određene prednosti (iskorištavanje kisika i proizvodnju organske hrane), tj. stvorena je endosimbioza bakterije i stanice (endo- zato što bakterija živi unutar stanice). DOKAZI: • Mitohondriji i kloroplasti veličinom odgovaraju bakterijama • Mitohondriji i kloroplasti imaju dvostruku membranu (vanjska je nastala ulaskom bakterije u stanicu – stanica je membranom ovila bakteriju endocitoza, a unutarnja je membrana bakterije). Svaka membrana je dvosloj fosfolipida, dakle ako je membrana dvostruka, tada postoje 2 dvosloja fosfolipida.
44 • Mitohondrij i kloroplasti sadrže vlastitu DNA koja se dijeli neovisno o genomu jezgre • Mitohondriji i kloroplasti imaju vlastite ribosome koje proizvode malu količinu proteina, ali odgovaraju veličini prokariotskih proteina
h. Stanične diobe (mitoza i mejoza) i njihova uloga u višestaničnom organizmu
Povezanost građe i uloge DNA s građom kromosoma
DNA je dio strukture komosoma. DNA (eukariotske stanice) pakirana je u kromosome pomoću proteina. Kompleks DNA i proteina → KROMATIN ili NUKLEOPROTEIN. Kada počne dioba, DNA se započne jače spiralizirati i pakirati pomoću proteina. Osnovna jedinica kromatina je nukleosom (dvolančana molekula DNA omotana oko 8 molekula histona, histon je vrsta bjelančevine u jezgri). Tijekom diobe pakiranje, tj. spiralizacija sve je jača. Kromosomi su maksimalno spiralizirani u metafazi
H1 histon
Kondenzacija DNA
histoni
oko 145 parova baza ovija oktamer histona DNA (promjera 2 nm)
nukleosomi
45 Broj, građa i oblik kromosoma su stalni te karakteristični za vrstu (npr. vinska mušica ima 8 kromosoma, grašak 14, miš 40, čovjek 46, indijska paprat 1260...)
Životni ciklus stanice
Životni ciklus → postupni razvoj organizma od nastanka do začeća novog istoga organizma ili smrti. Za jednostanične eukariote životni ciklus ujedno je i stanični ciklus (događaji od početka jedne do početka druge diobe)
STANIČNI CIKLUS: odvija se u 4 faze; 3 obilježava stanični rast, a 4. znači diobu stanice. Razdoblje rasta zove se međufaza ili interfaza i sastoji se od 3 faze: G1, S, G2
INTERFAZA G1 → S → G2
+
STANIČNA DIOBA M (mitoza) i C (citokineza)
početak ciklusa
mitoza priprema za diobu rast stanice
replikacija DNA Stanični ciklus
46
Tijek mitoze
Podijeljenja na 4 faze: profaza, metafaza, anafaza, telofaza PROFAZA: počinje zgušnjavanjem i spiralizacijom kromatina – teži se oblikovanju zbijenih kromosoma koje će se moći kretati po stanici. Kromatin (DNA upakirana u nukleosome) skraćuje se još 1000 puta → oblikuje kromosome koji se sastoje od dviju sestrinskih kromatida spojenih centromerom. Nestaje jezgrica, a počinje se oblikovati diobeno vreteno (pomoću centrosoma koji putuju na suprotne polove stanice). Biljna stanica nema centrosoma, već mikrotubuli oblikuju diobeno vreteno. Profaza završava razgradnjom jezgrine ovojnice PROMETAFAZA: Kretanje kromosoma između središta i polova stanice METAFAZA: Počinje vezivanje niti diobenog vretena za centromere kromosoma →kromosomi se kružno rasporede u sredinu diobenog vretena u metafaznu ploču ANAFAZA: počinje odvajanjem sestrinskih kromatida (prvo se odvoje u području centromera, a zatim čitavom dužinom) → SVAKA KROMATIDA POSTAJE SAMOSTALAN KROMOSOM → skraćuju se niti diobenog vretena i kromosomi putuju na suproten polove stanice TELOFAZA: Kromosomi se na suprotnim polovima stanice odmataju i despiraliziraju i oblikuju kromatin. Od djelova stare jezgrine ovojnice oblikuje se nova ovojnica. Na završetu telofaze stanica na polovima ima oblikovane dvije jezgre čime je završena mitoza
NAKON MITOZE SLIJEDI CITOKINEZA (podjela citoplazme) → Proces u kojem se dijeli citoplazma. U ljudskim i životinjskim stanicama pojavljuje se diobena brazda u području metafazne ploče. Brazda se postupno steže prema unutrašnjosti sve dok se stanice ne podjeli. U biljnih stanica (membranu okružuje stanična stijenka od celuloze) dioba zahtijeva novu staničnu stijenku između stanica kćeri → ona se formira u području metafazne ploče i djeli biljnu stanicu na dvije stanice kćeri
47 profaza sestrinske kromatide centrosom mikrotubuli
prometafaza
interfaza
mikrotubuli iz diobenog vretena vezani za kinetohore
metafaza
telofaza
anafaza
citokineza
ponovno stvaranje jezgrine ovojnice
Tijek mitoze Tijek mejoze
Mejoza je dioba kojom nastajuspolne stanice, a sastoji se od dvije diobe: mejoze I i mejoze II Mejoza I je redukcijska dioba (reducira se broj kromosoma). Sastoji se od profaze I, metafaze I, anafaze I i telofaze I PROFAZA I – nakon spiralizacije i zgušnjavanja kromosoma, koji imaju dvije sestrinske kromatide, slijedi sljubljivanje (konjugacija) homolognih kromosoma i nastaju bivalenti ili tetrade (bivalent znači da je to struktura od dva kromosoma, tetrade da tu strukturu čine 4 kromatide). Sparivanje kromosoma omogućuje krosingover
48 (ujruženje ili prekriženje) → izmjena djelova nesestrinskih kromosoma → kromatide se prelome i dijelovi se međusobno prespoje. Mjesto ukriženja zove se hijazma i vidljivo je svjetlosnim mikroskopom. Krosingoverom se stvaraju nove kombinacije nasljedne tvari i to je jedan od izvora raznolikosti. METAFAZA I: bivalenti se poredaju u metafaznu ravninu i prihvate za niti diobenog vretena. Obje kromatide jednog homologa orijentiraju se prema istom polu stanice, a kromatide drugog homologa zajedno se orijentiraju prema suprotnom polu. ANAFAZA I: odvajaju se homologni kromosomi i putuju na suprotne polove stanice (kromosomi su dvostruki, tj. imaju dvije sestrinske kromatide). TELOFAZA I: na polovima stanice se oblikuju jezgre koje imaju jedan kromosom iz homolognog para građen od dviju sestrinskih kromatida. Slijedi citokineza i nastaju dvije stanice s polovičnim (haploidnim brojem kromosoma). Nakon kratnog razdoblja interkineze slijedi MEJOZA II koja je identična mitozi pa je neću ponavljati. ZAKLJUČAK: Diploidna roditeljska stanica (2n) mejozom stvara 4 haploidne gemete (n).
49 Interfaza
Profaza I bivalenti
gamete Metafaza I
Anafaza I dogodio se krosingover
Metafaza II
Anafaza II
Anafaza II Telofaza II Tijek mejoze Temeljne značajke mejoze
1. Redukcija broja kromosoma: iz diploidne roditeljske stanice nastaju haploidne gamete. Na taj način mejoza osigurava kontinuitet u broju kromosoma neke vrste (2n → n). Stapanjem haploidnih gameta ponovno nastaje diploidna stanica – zigota (n+ n → 2n) Kada ne bi bilo redukcije broja kromosoma u anafazi I broj bi kromosoma nakon svake oplodnje bio dvostruko veći, što bi dovelo do ozbiljne genske neravnoteže. 2. Fizička osnova rekombinacije roditeljskih kromosoma je krosingover (ukriženje, prekriženje) → time nastaju nove kombinacije svojstava, a krosingover je uz nezavisnu orijentaciju i razilaženje kromosoma te slučajnu oplodnju, jedan od izvora genetičke raznolikosti.
50
Sličnosti i razlike mejoze i mitoze
Usporedba mitoze i mejoze MITOZA Replikacija DNA
Broj dioba
MEJOZA
Odvija se u interfazi prije
Odvija se u interfazi prije
početka jezgrine diobe
početka jezgrine diobe
Jedna, sastoji se od profaze,
Dvije, svaka se sastoji od
metafaze, anafaze i telofaze
profaze, metafaze, anafaze i telofaze; Nema replikacije između dvije diobe; u profazi homologni kromosomi se sparuju = bivalenti (tetrade) → događa se krosingover
Broj stanica kćeri i genetički
Dvije diploidne genetički
Četiri haploidne stanice koje
sastav
identične stanice
nisu genetički jednake niti međusobno niti sa stanicom majkom
Važnost za životinjski
Razvitak višestaničnog
Proizvodnja gameta;
organizam
organizma od zigote,
redukcija broja kromosoma;
regeneracija tkiva
genetička raznolikost
Važne razlike: • U profazi I događa se ukriženje ili krosingover, toga nema u mitozi. • U metafazi I u metafaznu (ekvatorijalnu) ploču smještaju se homologni kromosomski parovi, a u metafazi mitoze pojedinačni kromosomi (nisu u paru). • U anafazi I centromere se ne dijele i sestrinske kromatide ostaju zajedno te putuju na isti pol stanice. U mitozi se odvajaju sestrinske kromatide i svaka postaje zaseban kromosom.
51 mejoza I
mejoza II
diploidna stanica
replikacija DNA
homologni parovi kromosoma
mitoza diploidna stanica dvije diploidne stanice
4 haploidne stanice
replikacija DNA
Usporedba mitoze i mejoze Interfaza
Dio staničnog ciklusa od tri faze tijekom kojih se DNA umnožava i stanica priprema za diobu. Interfaza se sastoji od G1, S i G2 faze. G1 – postmitotska faza→slijedi nakon mitoze, a zove se i presintetska→jer prethodi sintezi DNA. U tom razdoblju stanica obavlja aktivnosti: kontrola staničnog metabolizma, aktivna sinteza bjelančevina i RNA, stvaranje novih staničnih tvorbi (ribosomi, mitohondriji, centrosomi), te povećanje volumena i rast stanice. S faza→sinteza DNA i specfičnih proteina histona. Na kraju ove faze stanica ima 2 potpuno jednake kopije DNA. G2→stanica se priprema za diobu: provjerava sintetizirana DNA, popravljaju eventualna oštećenja te sintetizira bjelančevine potrebne za mitozu. G2 faza je postsintetsko, apremitotsko razdoblje interfaze.
52 Nekontrolirana mitoza se odvija u tumorskom tkivu Stanica može izgubiti kontrolu staničnog ciklusa i mitoze, a posljedica je pojava tumora ili raka. Poremećaj regulacije posljedica je promjena (mutacija) DNA zbog kojih stanice nekontrolirano rastu i nakon dodira sa susjednim stanicama nastavljaju se umnožavati u masu koju zovemo tumor.
i. Procesi fotosinteze, staničnoga disanja i vrenja Metabolizam – skup svih biokemijskih procesa u stanici
METABOLIZAM → izmijena tvari. Razlikuje se anabolizam i katabolizam
Anabolizam → biokemijska sinteza manjih molekula u veće (npr. polimeraizacija glukoze u škrob) – energija se troši
Katabolizam → biokemijski proces u kojemu se molekule razlažu na jednostavnije pri čemu se oslobađa energija
Fotosinteza u biljci
Sposobnost fotosinteze imaju aututrofni organizmki koji sadrže zeleni pigment – klorofil (biljke, alge i cijanobakterije ili modrozelene alge).
U procesu fotosinteze svjetlosna energija se preko anorganskih molekula (CO2, H2O) pretvara u kemijsku energiju ugljikohidrata (glukoza, škrob), a oslobađa se kisik.
JEDNADŽBA FOTOSINTEZE: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ili 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
53
Fotosinteza se odvija u kloroplastima nizom redoks – reakcija koje možemo podijeliti na
I.
Reakcije na svjetlu – primarne reakcije fotosinteze → pokreće ih sunčeva svjetlost, a odvija se u tilakoidima kloroplasta na molekulama klorofila (sunčeva svjetlost izbija elektron iz molekule klorofila – elektron primljenu energije prenosi u reakcije neovisne o svjetlu, a događa se razgradanja vode uz oslobađanje kisika)
II.
Reakcije neovisne o svjetlu – sekundarne reakcije fotosinteze (Calvinov ciklus) → odvijaju se u stromi kloroplasta →nakon raspadanja vode (reakcije na svjetlu) oslobađa se vodik (H+) koji reducira molekule CO2 u glukozu – svjetlosna se energija pohranila u kemijsku energiju glukoze
Fotosintezu mogu obavljati svi zeleni dijelovi biljke (najviše listovi).
Stanično disanje
Aerobni organizmi biološkom oksidacijom (staničnim disanjem) dolaze do energije → oslobađa se iz glukoze.
JEDNADŽBA STANIČNOG DISANJA: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP + toplina
Reakcije aerobnog staničnog disanja sastoje se od dvije faze i 3 reakcijska koraka: I.
anaerobna faza • glikoliza
II.
anaerobna faza • Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline • oksidativna fosforilacija
54 Energetska uloga ATP-a
Staničnim disanjem se kemijska veza glukoze prevodi u kemijsku energije fosfatnih veza u molekuli ATP-a. Veze između fosfata bogate se energijom te je ona stanici lako dostupna.
ATP (adenozin trifosfat) + H2O→ ADP (adenozin difosfat) + P (fosfat) + energija
Odvajanjem jedne fosfatne skupine iz ATP-a oslobađa se energija od 34 kJ/mol
Vrenje
Vrenje je proces nepotpune razgradnje organskih tvari. Odvija se anaerobno u citoplazmi stanica mikroorganizama (bakterije, kvasci) i nekim stanicama mnogostaničnih organizama. Vrenjem se oslobađa manje energije nego staničnim disanjem. Vrenje može biti: alkoholno, octeno, mliječno, maslačno i dr. Kvašćeve gljivice procesom alkoholnog vrenja stvaraju alkohol etanol, CO2 i ATP (mala količina energije).
JEDNADŽBA ALKOHOLNOG VRENJA:
C6H12O6
kvasčeve gljivice
2C5H5OH + 2CO2 + 2ATP
j. Osnovne etape i procesi razvitka te strukturna i funkcionalna organizacija višestaničnoga organizma
Uloga mitoze i mejoze u višestaničnom organizmu
55 MEJOZA – dioba kojom nastaju haploidne gamete koje sudjeluju u oplodnji. Mejoza je pogodna za razmnožavanje, genetičku raznolikost.
MITOZA – dioba tjelesnih stanica, mitozom organizam raste i regenerira tkiva.
Zašto je redukcijska dioba preduvjet za oplodnju?
Redukcijom se broj kromosoma smanjuje na polovičan, tj. nastaju gamete s polovičnim brojem kromosoma. Stapanjem gameta u procesu oplodnje ponovo će nastati diploidna stanica – zigota →mitozom se iz zigote razvija organizam. Kada ne bi bilo redukcije nakon svake oplodnje broj bi se kromosoma udvostručio. Tako nastali organizam imao bi drugačiju genetičku uputu – ne bi bio iste vrste, a najčešće ne bi niti preživio zbog genske neravnoteže.
Brazdanje i gastrulacija u životinjskih organizama
Zigota, nastala oplodnjom, dijeli se mitozom u procesu brazdanja→ nastane mnoštvo stanica koji čine morulu (nakupina stanica, nalikuje plodu duda. U nakupini stanica oblikuje se šupljina – blastocel – ispunjena tekućinom → taj razvojni stadij zove se blastula (rubno raspoređene stanice blastule oblikuju blasotderm). Uvlačenjem stanica blastule u njezinu unutrašnjost nastaje udubina (blastopor) i razvija se stadij zvan gastrula – proces nastanka gastrule je gastrulacija → gastrulu izgrađuju 3 zametna listića (ektoderm, mezoderm, endoderm).
ZAMETNI
EKTODERM
MEZODERM
ENDODERM
LISTIĆ ORGANI KOJI
- epiderma (koža,
- kostur
- crijeva
SE IZ NJEGA
kosa, žlijezde)
- mišići
- epitelni dijelovi
RAZVIJAJU
- živčani sustav i
- krvožilni sustav
unutrašnjih organa
osjetila
- sustav za izlučivanje
(jetra, štitnjača, gušterača, pluća)
56 - spolni žlijezde - epitel probanih i dišnih putova
Značaj diferencije stanica u pogledu stvaranja tkiva, organa, višestaničnog organizma
DIFERENCIJACIJA – proces kojim se različito oblikovane stanice (diferencirane stanice) pripremaju za specifične uloge. Nasljedno jednake stanice postaju strukturno i funkcionalno različite. Diferencirane stanice tvore tkiva npr. stanice diferencirane u neurone formiraju živčano tkivo.
57
2 MIKROBIOLOGIJA a. Razlike između virusa i živih bića, mehanizam umnožavanja virusa u živim stanicama Zašto viruse smatramo česticama na granici živoga i neživoga svijeta
Virusi nemaju staničnu građu, nemaju metabolizam, ne odgovaraju na podražaje, kristaliziraju (što je obilježje kemijskih spojeva, a ne žive tvari). Jedina osobina koja povezuje viruse s živim bićima jest sposobnost razmnožavanja, no i po pitanju razmnožavanja nisu samostalni budući da svoje kopije mogu stvarati samo u živoj stanici domaćina, tj. oni su OBLIGATNI STANIČNI PARAZITI – zato kažemo da su na granici žive i nežive tvari.
Osnovna građa virusa na primjeru VMBD (virus mozaične bolesti duhana, engl. TMV = Tobacco Mosaic Virus) Vanjsku ovojnicu – KAPSIDU grade proteini, a u unutrašnjosti se nalazi nukleinska kiselina. Virusi su u osnovi nukleoproteini. Virusi kao nasljednu tvar nose samo jedan tip nukleinske kiseline, DNA ili RNA → ravna ili kružna, jednolančana ili dvolančana (kod VMBD, kao i većine biljnih virusa, RNA). Neki virusi još sadrže i enzime za umnožavanje nukleinske kiseline, a kod nekih je kapsida okružena omotačem od lipida i glikoproteina. Razlikuju se veličinom i oblikom. Ne možemo ih vidjeti svjetlosnim mikroskopom. nukleinska kiselina
proteini
58 Građa bakteriofaga: molekula nukleinske kiseline sklupčana je unutar proteinskog omotača koji ima oblik poliedra, a na tu "glavu" nadovezuje se proteinski "rep" koji završava pločicom s repnim nitima pomoću kojih se pričvrsti na površinu bakterije
Umnožavanje virusa na primjeru bakteriofaga
Svaki tip virusa je specifičan i napada samo određenu vrstu stanica. BAKTERIOFAGI (ili fagi) napadaju bakterije
Pomoću nožica bakteriofag se prihvaća za površinu stanice → ubacuje svoju DNA u citoplazmu stanice → virusna DNA se ugrađuje u DNA bakterije → metabolizam bakterije proizvodi nove viruse → oslobađanje novih bakteriofaga u procesu uništavanja bakterijske stanice (litički ciklus)
59
Litički ciklus
Životni ciklus bakteriofaga
Virusi prema tipu nukleinske kiseline •
DNA virusi
•
RNA virusi
Virusi prema domadaru •
bakterijski (bakteriofagi)
•
biljni
•
animalni
•
humani
b. Biološka raznolikost i sistematska podjela živog svijeta
Velika biološka raznolikost uzrokovana je evolucijskim razvojem i prilagodbama organizama na različite tipove staništa
Sve danas živuće vrste razvile su se tijekom evolucije od jednostavnijih oblika i razvijaju se i dalje, tj. nastavljaju svoj evolucijski put. Evolucija je izvor biološke raznolikosti (evolucijom tijekom vremena nastaje sve više vrsta). Darwin donosi
60 faktor prirodnog odabira (selekcije), prema kojemu preživljavaju samo oni koji se najbolje prilagode okolišu (staništu), dok ostali nestaju.
Značenje dvoimenog nazivlja za bolje snalaženje u biološkoj raznolikosti
Postoje milijuni vrsta organizama koji danas žive na Zemlji. Da bismo ih mogli proučavati i opisivati različite organizme i njihove osobitnosti, neophodno ih je imenovati. Švedski biolog Carl von Linné uveo je DVOIMENO NAZIVLJE ili BINARNU NOMENKLATURU. Binarna nomenklatura vrstama je dala točno određena imena koja omogućuju lagano prepoznavanje, omogućeno je univerzalno i precizno razumijevanje među znanstevenicim i stručnjacima. Svaka vrsta dobiva latinsko ime, koje se jednako koristi u cijelom svijetu, a sastoji se od imenice koja imenuje rod i pridjeva koji pobliže označava vrstu (često se dodaje i inicijal/prezime stručnjaka koji ju je prvi opisao te godina kad je to učinio). Npr. bršljan, Hedera helix L.
Princip raspodjele živog svijeta u 5 carstava
Na temelju osnovnih razlika uočenih među organizmima, carstva su: •
PROKARIOTI (MONERA) – prokariotski jednostanični organizmi (bakterije i cijanobakterije)
•
PROTOKTISTI (PROTISTA) – jednostanični eukarioti i višestanični organizmi jednostavne građe (praživotinje i alge)
•
GLJIVE (FUNGI) – heterotrofni eukariotski organizmi (zato ih izdvajamo od autotrofnih biljaka)
•
ŽIVOTINJE (ANIMALIA) – eukariotski višestanični heterotrofni organizmi
•
BILJKE (PLANTAE) – eukariotski višestanični autotrofni organizmi (fotosinteza)
Danas se u znanosti živi svijet najprije dijeli na temelju molekularnobioloških obilježja na 3 nadcarstva (domene): arheje (arhebakterije, Archaea), bakterije (Bacteria),
61 eukarioti (Eukarya). Carstvo Monera podijeljeno je na prve dvije domene, a sva ostala carstva pripadaju trećoj.
Vrsta = osnovna sistematska kategorija
Vrsta je skupina organizma koji imaju mnogo zajedničkih osobina, međusobno se mogu pariti (razmnožavati) i dati plodno potomstvo. Vrsta je jedina sistematska kategorija koja realno postoji.
Osnovne sistematske kategorija i smještaj čovjeka u njima vrsta (moderni čovjek, Homo sapiens) → rod (ljudi, Homo) → porodica (hominida) → red (primati) → razred (sisavci) → koljeno (svitkovci) → carstvo (životinje) Podvrsta (odlika, sorta, pasmina, rasa) → niže kateogorije od vrste (npr. niža kategorija od vrste Zea mays (kukuruz) je sorta Zea mays convar. saccharata var. Rugosa (kukuruz šećerac) – pripadnici različitih podvrsta mogu se međusobno pariti i dati plodno potomstvo Rod, porodica, red, razred, koljeno, carstvo → više kategorije od vrste (npr. viša sistematska kategorija od vrste Quercus petrae (hrast kitnjak) je carstvo Plantae (biljke)
c. Glavni dijelovi prokariotske stanice, njihove uloge i razmnožavanje prokariota
Organizmi koji pripadaju u carstvo monera U carstvo prokariota (monera) ubrajamo prokariotske jednostanične organizme (bakterije i cijanobakterije,tj. modrozelene alge)
Osnovna građa prokariotske stanice (prokariotska stanica je ujedno i organizam)
62 BAKTERIJE Bakterije su obavijene membranom → unutar nje se nalazi citoplazma bez organela. Nositeljica genetičke upute je jedna dvolnačana molekula DNA prstenastog oblika – nukleoid (bakterijski kromosom). Citoplazma sadrži male, razbacane ribosome – obavljaju sintezu proteina. Neke bakterije imaju jednu ili više malih prstenastih DNA –plazmidi. Stanična membrana obavijena je staničnom stijenkom od peptidoglikana (mureina) – kompleks ugljikohidrata i proteina. Neke bakterije imaju nastavke, pile →omogućuju vezanje bakterije za razne površine. Bakterije mogu imati i jedan ili više bičeva (lat. flagella). Stanična stijenka može biti okružena sluzavim ovojem – glikokaliks → ako je on mekan naziva se sluzavi ovoj, a ako je krut onda kapsula. Prokariotska stanica citoplazma
nukeloid
kapsula Stanična membrana ribosomi
pili bič
Građa bakterijske stanice CIJANOBAKTERIJE Cijanobakterije imaju sposobnost fotosinteze. Zovu se i modrozelene alge*
63 Imaju sustav unutarnjih membrana – tilakoide – na njihovoj se površini nalazi klorofil (proces fotosinteze). Mogu imati i druge pigmente (crvene, žute, smeđe, crne). Veće su od ostalih bakterija. Nikada nemaju bičeve. Neke vrste (zadružne ili kolonijske) posjeduju heterociste, stanice odebljalih stijenki koje osim fotosinteze mogu vršiti i fiksaciju atmosferskog dušika.
*(taj naziv treba izbjegavati jer je on zastarijeo i potječe iz razdoblja kada stanična struktura ovih organizama nije bila poznata, tj. kada ih se povezivalo s biljkama)
ribosom
membrana
stanična stijenka
nukleoid
sluzavi omotač tilakoid citoplazma
Građa cijanobakterije
Uloga pojedinih dijelova prokariotske stanice CITOPLAZMA → u njoj se zbiva većina metaboličkih procesa NUKLEOID → nositelj nasljednih uputa PLAZMIDI → imaju funkciju nasljednog aparata koji je neovisan o jezgrinoj tvari. Najznačajniji plazmidi određuju rezistentnost bakterija na antibiotike (R-plazmidi). Plazmidi omogućuju izmjenu genetičkog materijala bakterija procesom konjugacije (F-plazmidi) RIBOSOMI → mjesta gdje se zbiva sinteza bjelančevina MEMBRANA → Obavlja razne funkcije važne za život bakterijske stanice: regulira ulazak tvari, izlazak proizvoda razgradnje i osmotsku ravnotežu. STANIČNA STIJENKA → regulira izmjenu tvari između bakterije i okoline
64 KAPSULA i GLIKOKALIS → štite bakteriju od djelovanja fagocita, infekcije bakteriofaga i od nepovoljnih utjecaja okoliša. BIČEVI ili FLAGELE (lat. flagellum – bič) – omogućavaju pokretanje nekim bakterijama (najčešće bacilima) PILI → bakterije prijanjaju na stanice makroorganizama te se koloniziraju.
Podjela bakteija prema obliku •
koki – okrugli
•
bacili – štapićasti
•
vibrioni –u obliku zareza
•
spirili – spirale s bičevima
•
spirohete – spirale bez bičeva
•
diplo- – u paru
•
strepto- – u lancu
•
stafilo- – u grozdu
Morfologija bakterija
65
Plazmid i nukleoid (razlika!)
Plazmid – prstenasta molekula DNA (kao i nukleoid), mnogo manja od nukleoida, sadrži svega nekoliko gena koji obično nisu nužni za funkcioniranje bakterije (bakterije mogu i ne moraju imati jedan ili više plazimida) ali mogu nositi posebno povoljna obilježja (npr. otpornost na antibiotike), replicira se neovisno o nukleoidu, plazmidi se neravnomjerno raspoređuju prilikom diobe.
Dioba bakterija Razmnožavaju se dvojnom diobom ili cijepanjem: 1. DNA se prihvaća za membranu 2. Udvostručenje DNA 3. Rast i produžavanje membrane i stanične stijenke, razmicanje DNA 4. Stvaranje procijepa – postupno oblikovanje nove membrane i stijenke 5. Odvojene stanice kćeri jednake roditeljskoj stanici
Prokariotski organizmi (bakterije)
66
DNA nukleoida se prihvaća za membranu
Udvostručavanje DNA
Stvaranje procijepa – postupno oblikovanje nove membrane i stijenke Odvojene stanice kćeri jednake roditeljskoj stanici
Binarna dioba bakterija
Endospora kao oblik u kojem bakterije preživljavaju nepovoljne uvjete na primjeru tetanusa Endospora je oblik u kojem bakterije mogu preživjeti u nepovoljnim uvjetima duže vrijeme. U unutrašnjost bakterije stvara se endospora u kojoj su DNA i mali dio citoplazme okruženi debelim zaštitnim omotačem koji je iznimno otporan (0na visoku temperaturu, suša, kemijska sredstva). Ednospore isključivo stvaraju bakterije roda Baccilus i Clostridium, jedan od primjera je Clostridium tetani koji uzrokuje tetanus
Raznolikost bakterija prema tipu ishrane AUTOTROFNE BAKTERIJE – same sintetiziraju svoje organske spojeve iz jednostavnih anorganskih spojeva. Mogu biti fotosintetske – cijanobakterije (fotosinteza istovjetna fotosintezi algi i biljaka), grimizne
67 sumporne i zelene sumporne bakterije (izvor vodika nije voda nego sumporovodik H2S – ne nastaje kisik, već zrnca sumpora) → ove bakterije svjetlost upijaju bakterioklorofilom. Kemosintetske – energije za biosintetičke procese dobivaju kemijskim reakcijama, tj. oksidacijom anorganskih spojeva (npr. nitrificirajuće) HETEROTROFNE BAKTERIJE – koriste se gotovim organskim spojevima za sintezu svojih organskih spojeva. Mogu biti saprofitske (prehranjuju se razgradnjom uginulih organizama), npr. bakterije vrenja, bacil sijena; ili parazitske (koriste se organskim tvarima iz tjelesnih tekućina ili stanica živih organizama), npr. bakterije koje uzrokuju ljudske bolesti kao što je tuberkuloza.
Načini izmjena gena u bakterija • Transformacija – izmjena gena između DNA iz okoliša i DNA stanice primateljice. • Konjugacija – prijenos gena iz stanice davateljice u stanicu primateljicu u obliku plazmida koji se u stanici davateljici udvostručuje i ta kopija kroz citoplazmatski most prelazi u stanicu primateljicu • Transdukcija – prijenos gena iz jedne bakterije u drugu posredstvom bakteriofaga (bakterijskog virusa)
68 nukleoid
nukleoid
F-plazmid
pilus
donor
recipijent
DNA-polimeraza
F-plazmid
stari donor
F-plazmid
pili
novi donor
Konjugacija kod bakterija
Uzgoj bakterija i važnost sterilnih uvjeta Bakterije se obično uzgajaju u Petrijevim zdjelicama (ili epruvetama ili drugim prikladnim posudama), na tekućim ili čvrstim hranjivim podlogama, važni su sterilni uvjeti da virusi ili druge bakterije ili sl. mikroorganizmi ne unište uzgajane bakterije.
d. Uloga prokariota (bakerija) u biosferi i u životu čovjeka Objasniti pojmove „simbiont’’ i „parazit’’ na primjeru E. coli
SIMBIONT → živi s drugim organizmom na obostranu korist – u ljudskim crijevima, iskorištava tvari (npr. laktozu) iz čovjekove prehrane, a proizvodi čovjeku potrebne vitamine K, B2 i B12.
PARAZIT → živi s drugim organizmom na njegovu štetu – ako dospije u mokraćnospolni sustav – štetna je (izaziva upalu, hrani se epitelom).
69 Važnost cijanobakterija za život na Zemlji Vjerojatno su to prvi organizmi koji su fotosintezom počeli mijenjati sastav atmosfere, tj. obogaćivati je kisikom. Danas imaju pionirsku ulogu u nasljevanju potpuno pustih prostora → nasljevaju staništa nepogodna za ostala živa bića (mogu živjeti u ekstremnijim uvjetima nego ostali fotosintetski organizmi
kozmopoliti su – mogu živjeti na velikom rasponu staništa) → sposobnost
fotosinteze te neke mogu asimilirati atmosferski dušik (heterociste)
Vrenje ili fermentacija na primjeru kiseljenja mlijeka ili kupusa
Vrenja se odvijaju uz prisustvo bakterija vrenja (saprofitske bakterije) Mliječnokiselo vrenje – polazni supstrat je laktoza → razgrađuje se na glukozu i galaktozu, glukoza se razgrađuje glikolizom → pirogrožđana kiselina → mliječna kiselina (koriste ga bakterije roda Lactobacillus i Streptoccocus) → stječe se mala količina energije, ali proces može teći bez kisika.
Uloga bakterija u kruženju dušika u prirodi
NITRIFICIRAJUĆE BAKTERIJE – žive u tlu. Bakterije roda Nitrosomonas oksidiraju amonijak koji nastaje kao krajnji produkt razgradnje bjelančevina biljnih i životinjskih ostataka. Produkt oksidacije amonijaka su soli dušikaste kiseline, nitriti, koje bakterije roda Nitrobacter oksidiraju u soli dušične kiseline, nitrate Ovaj proces obogaćuje tlo nitratima koje biljke iskorištavaju kao izvor dušika
Korisna uloga i primjena bakterija u biosferi i u životu čovjeka
70 Uloge bakterija u biosferi: čimbenik u kruženju tvari, proizvođači (fotosintetske) organske tvari i razlagači, razgrađuju organske tvari, razgrađuju otpadne i otrovne tvari nastale industrijskom proizvodnjom
Korisne uloge bakterija u životu čovjeka: E. coli i druge simbiotske bakterije u probavnom sustavu, vrenje (alkoholno, mliječno), u farmaceutskoj industriji za proizvodnju lijekova, u kemijskoj industriji za proizvodnju organskih spojeva, genetičko inženjerstvo.
Usporedba građe bakterije i cijanobakterija
Cijanobakterije imaju molekule klorofila ugrađene u nabore stanične membrane – tilakoide U citoplazmi cijanobakterije nalaze se uklopine u njima se nalaze zrnca pričuvnih tvari (proteini i polisaharidi) Cijanobakterije koje žive u vodi imaju plinske vakuole– omogućuju im plutanje. Cijanobakterije nikada nemaju bičeve Neke vrste cijanobakterija posjeduju heterociste → fiksacija atmosferskog dušika.
Cvjetanje vodenih površina i cijanobakterije U vodama bogatim organskim tvarima intenzivno razmnožavanje cijanobakterija stvara goleme populacije. Ta se pojava zove "cvjetanje voda". Zbog ugibanja i razgradnje stanica uz oslobađanje otrovnih tvari, cijanobakterijski pokrov može biti vrlo otrovan → može prouzročiti pomor riba i živih bića.
e. Načini suzbijanja bolesti uzrokovanih bakterijama i virusima
Umnožavanje virusa
mehanizam izazivanja bolesti
Svojim umnažanjem virusi uništavaju stanice i iscrpljuju organizam.
71 Virusne bolesti ljudi i životinja su: prehlada, gripa, bjesnoća, AIDS (sindrom stečenog nedostatka imuniteta), ospice, vodene kozice, zaušnjaci (mumps), herpes, dječja paraliza, hepatitis (upala jetre)... Bakterijske bolesti ljudi i životinja su: streptokokna angina, tuberkuloza (TBC), gonoreja, sifilis, akne, tetanus, difterija, guba, karijes, kolera, kuga, legionarska bolest, papagajska bolest, pjegavi tifus, salmoneloza, tifus, trahom... Danas nisu tako veliki problem kao nekada jer se liječe antibioticima (npr. penicilin). Upala pluća može biti i virusna i bakterijska. Danas postoje i primjenjuju se cjepiva protiv mnogih bakterijskih i virusnih bolesti.
Pojam „patogenost“ i putovi ulaska bakterija u organizam PATOGENOST → uzrokovanje bolesti (parazitske bakterije) PUTEVI ULASKA: •
probavni sustav (hrana i voda)
•
dišni sustav (kapljično)
•
spolni sustav
•
ozlijede na koži (krv)
•
različiti vektori (prenositelji – npr. muhe)
Načini zaštite – preventivne mjere protiv zaraznih bolesti
• higijenske navike: pranje ruku, prokuhavanje hrane; pasterizacija, sterilizacija, dezinfekcija... • cijepljenje (protiv npr. gripe, hripavca, velikih boginja) • odgovorno spolno ponašanje
Preventivno cijepljenje (protiv npr. gripe, hripavca, velikih boginja) – primjer
To je zapravo umjetni tip imunizacije, tj oblik aktivno stečene imunosti (organizam sam stvara protutijela) → izaziva se cijepljenjem koje provodi liječnik → u organizam se unose uzročnici bolesti ili njihovi produkti (toksini).
72 Važno je da su mikroorganizmi izgubili patogenost (ne uzrokuju bolesti), ali su zadržali antigeničnost i sposobnost imunizacije – 3. razred imunološki sustav.
Antibiotici i njihova uloga
Antibiotici su tvari koje specifično ometaju određeni fiziološki proces u bakterija (po mogućnosti bez štetnog učinka na zaraženi organizam) → imaju važnu ulogu u liječenju bakterijskih bolesti (ne djeluju na viruse).
Virusi mogu izazvati tumore
Ljudski papilloma virus (HPV) koji se prenosi spolnim putem uzrokuje rak vrata maternice.
Građa viroida i priona; bolesti koje uzrokuju
VIROIDI → gole ribonukleinske kiseline – poznati su kao biljni patogeni. Njihovo postojanje svodi se na replikaciju koju u biljnim stanicama provode domaćinski enzimi. Viroidi ne upravljaju sintezom proteina – suviše mali da nose bilo kakvu genetičku uputu. BOLESTI: uzrokuju biljne bolesti (limun, avokado, artičoka, palme i dr.)
PRIONI → uzročnici bolesti kod biljaka i čovjeka; velike proteinske molekule, ali ipak zarazne, sposobne za samoumnožavanje samo u živim stanicama. BOLESTI: ovčja bolest scrapie, kravlje ludilo, kuru-bolest, staračka demencija i dr.
73
3 PROTOKTISTA I GLJIVE a. Osobine glavnih skupina heterotrofnih i autotrofnih protoktista i njihova uloga u biosferi
Zajedničke osobine protoktista
Eukariotski jednostanični i višestanični organizmi jednostavne građe - nemaju definirana tkiva.
Predstavnici autotrofnih protoktista te njihova građa i način života
Autotrofni protoktisti (alge) sami stvaraju organske tvari procesom fotosinteze. Alge su se nekada svrstavale u steljnjače. Tijelo steljnjača je steljka ili talus, ono može biti jednostanično i višestanično, može biti razlučeno na dijelove slične biljnim organima: rizoidi (ekvivalent korijenu), kauloid (ekvivalent stabljici), filoidi (ekvivalent listovima).
Predstavnici autotrofnih protoktista su: zeleni bičaši (euglena), kremenjašice, zelene (kišna alga, klamidomonas, volvoks, spirogira, morska salata, kaulerpa, klobučić ), smeđe (jadranski bračić, padina, cistozira, bobičarka) i crvene (litotamnij, Ceramium) alge.
ZELENI BIČAŠI (EUGLENA)
GRAĐA: zeleni bičaši (euglena) → tijelo vretenastog oblika, nije obavijeno staničnom stijenkom, već mekanom i prozirnom opnom – pelikula (elastična, euglena ima sposobnost mijenjanja oblika ). Na vršnom dijelu tijele nalaze se dva biča (duži i kraći). U vanjsku sredinu izlazi samo duži bič – steže se od osnove prema vrhu. Bič gradi 11 parova mikrotubula poredanih u stogoj pravilnosti (2 para u sredini biča, a 9 pari uokolo njih). U citoplazmi se nalazi se jezgra s jezgricom. Citoplazma sadrži kloroplaste na čijoj se površini nalaze pirenoidi → bjelačevinasta zrnca za skadištenje pričuvnih tvari.
74 U unutrašnjosti kloroplasta su pigmenti: zeleni – klorofila a i b, narančasti – karoten, žuti – ksantofil. U prednjem dijelu tijela → očna pjega ili stigma – fotoreceptivni organel (sadrži karotene i astaksantin). Eugleda sadrži i kontraktilnu vakuolu → regulira osmotski tlak i služi pri izlučivanju. Zeleni bičaši provode fotosintezu kojom nastaje polimer paramilum (sličan škrobu) Euglena je autotrofna, no u uvjetima pomanjkanja svijetla ona se ponaša kao fakultativni heterotrof (uzima gotovu organsku hranu) → ona je na granici između biljaka i životinja.
NAČIN ŽIVOTA: razmnožavanje – vegetativno, uzdužnim dijeljenjem, žive u slatkoj vodi bogatoj organskom tvari. Neke vrste (crvena euglena) ne podnose organsku tvar pa žive u čistim vodama → bioindikatori za ocijenjivanje čistoće vode.
bič očna pjega
kontraktilne vakuole
jezgra kloroplasti škrobna zrnca
Građa euglene
KREMENJAŠICE
GRAĐA: jednostanični protisti, nemaju bičeve, tijelo – zrakasto simetrično. Tijelo obavija stijenka (izgrađena od silicijeva dioksida (SiO2) → KREMENA LJUŠTURICA). Ljušturica se
75 sastoji od manje i veće polovice koje se odnose kao „kutija“ i „ poklopac“. Gornja polovica je epiteka, a donja hipoteka → polovice se spajaju preko pleure tako da jedna polovica ide preko druge.
SVJETLEĆI BIČAŠI
Fosforesciraju, tj. svjetlucaju u mraku. Predstavnici – peridineje Tijelo peridineja obavijeno je ljušturicom. Na stijenci su dvije brazde – poprečna i uzdužna Poprečna dijeli stijenku na dvije polovice (epivalva – gornja, hipovalva – donja). Uzdužna brazda dijeli stijenku na lijevu i desnu polovicu. Posjeduje dva biča; jedan u poprečnoj brazdi (za pokretanje), drugi u uzdužnoj (za određivanje smjera kretanja). Unutar stijenke (od celuloze) nalazi se citoplazma s jezgrom i kloroplastima (pigmenti: klorofil a i c, karoteni, ksantofili). Produkti fotosinteze – škrob, ulje. Razmnožavanje – vegetativno, običnom diobom. Mogu se razmnožavati sporama, spolan način razmnožavanja je rijedak. NAČIN ŽIVOTA: većina ih živi u morima (čine fitoplankton s kremenjašicama i kokolitinama) → važan dio prehrambenog lanca. Neke vrste izlučuju otrovne alkaloide → mogu uzrokovati pomor riba, nagomilavati se u školjkašima za koje nisu otrovni, no ako se takve školjke koriste za prehranu mogu izazvati teško trovanje pa i smrt. Neke sadrže crveni pigment koji, ako se razvije u velikoj količini može obojiti morsku vodu u crveno. Slatkovodne peridineje su indikatori čistoće vode.
ZELENE ALGE
Izrazito zelene → u kloroplastima prevladavaju zeleni pigmenti – klorofil a i b. Kloroplasti sadrže bjelančevinaste zrnce – PIRENOIDE – oko njih se skuplja škrob kao produkt fotosinteze. OBLICI: jednostanični, kolonijski i višestanični
Jednostanični oblici Predstavnici: Kišna alga – na vlažnim zidovima i kori drveća. Razmnožava se vegetativno, običnom diobom → novonastale jedinke raznosi vjetar ili voda, ili se na mjestu postanka
76 stvara kolonija koja čini zelenu prevlaku. Klamidomonas – ima dva nejednako duga biča, vrčasti kloroplast, kontraktilne vakuole te očnu pjegu. Ne razmnožava se diobom, nego nespolnom putem zoospora i spolno putem izogamije- ta se dva načina izmjenjuju u obliku izmjene generacija. Živi u slatkoj vodi.
Kolonijski oblici Predstavnik: Volvoks – složena kolonija jednostaničnih algi. Jedinke su povezane citoplazmatskim nitima. U toj koloniji postoji podjela rada (veće jedinke služe razmnožavanju, a manje fotosintezi). Razmnožava se nespolno i spolno.
Višestanični oblici Predstavnici: Spirogira – stijenku čine celuloza i pektin. Kloroplast je vrpčast, u obliku spirale. Razmnožava se spolno, konjugacijom. Dvije se stanice („muška“ i „ženska“) spoje preko jarme (citoplazmatski mostić), a zatim cijeli sadržaj muške stanice prijeđe u žensku → obavi se izmjena genetičkog materijala. Parožina – tijelo razlučeno u rizoide (korijenčići kojima se pričvršćuje za podlogu), i kauloid – sastoji se od naizmjence raspoređenih kraćih i dužih stanica. Kladofora – višestanična slatkovodna alga. Kaulerpa – morska, ima steljku razlučenu na rizoide, kauloid i velike filoide. Klobučić – steljku čini kratki kauloid koji na vrhu nosi klobučić sa sporama. Na klobučiću se taloži CaCO3 → bijele naslage. Morska salata– prisutna na mjestima gdje je more onečišćeno, služi kao indikator čistoće mora. Ona razvije 3 steljke, dvije haploidne (predstavljaju gametofit), a jedna diploidna (predstavlja sporofit) → Izmjena generacije je izomorfna (gametofit i sporofit morfološki se ne razlikuju).
spirogira
volvoks
klamidomonas
kremenjašica
77
SMEĐE ALGE Smeđe alge uvijek su višestanične, to su makrofitske alge→ najveće živuće alge, pretežno u hladnim morima. Steljka smeđih algi različita je oblika: listasta, vrpčasta, razgranata ili nerazgranata. Kod većine razlikujemo riozoide, kauloid i filoide. Celulozna stijenka obložena je alginskim kiselinama. Plastidi su fenoplasti (sadrže kolorofile a i c, karotene i ksantofile – smeđi ksantofil – fuksoksantin → od njega potječe smeđa boja). Razmnožavanje – vegetativno, trganjem talusa, nespolno i spolno. Predstavnici: Jadranski bračić – endem Jadrana → steljka je viličasto razgranata, kroz steljku prolazi središnje „rebro“, tj. mehanička žila koja pojačava čvrstoću. Specifičnost su aerociste – mjehurići ispunjeni zrakom koji omogućuju održavanje steljke u vodi. Spolni organi su oogoniji s jajnim stanicama i anteridiji sa spermatozoidima → jadranski se bračić razmnožava spolno oogamijom. Padina – poznata smeđa alga u našem moru. Obična bobičarka– rijetka, živi na velikim dubinama. Sargaška bobičarka živi u Sargaškom moru, ima kuglaste aerociste te se brzo vegetativno razmnožava. Cistozire – naše najveće alge, nitaste i nerazgranate, žive u mirnim vodama, služe kao sklonište ribama.
CRVENE ALGE Žive pretežno u toplim morima, uglavnom su višestanične. Steljka →raznolika oblika :nitasta, člankovita ili krpasta, može biti razločena na rizoide, kauloide i fiolide. Unutrašnji slojevi stijenke izgrađeni su od celuloze, a vanjski od pektina. Plastidi su rodoplasti (klorofil a i d, karoteni, kasnotifili, fikoeritrin → daje crvenu boju, fikocijanin (samo neke vrste)→ daju modru boju. Boja alge ovisi o količini svjetlosti koja do nje dopire → kromatska adaptacija(prema većim dubinama sve su crvenije). Produkt fotosinteze – floridejski škrob (sličan glikogenu)
78 Predstavnici: litotamij– poznate po taloženju vapnenca u stijenkama → ugibanjem taloži se tzv. litotamijski vapnenac; dasija, botriokladija, kilokladija.
padina
jadranski bračić
cistozira
litotamij
Predstavnici heterotrofnih protoktista, njihova građa i način života Predstavnici heterotrofnih protoktista su: praživotinje: korjenonošci – amebe i krednjaci; bičaši – trihomonas; trepetljikaši – papučica; truskovci – plazmodij; niže gljive – algašice (peronospora i sive plijesni)
SLUZAVCI ili KORJENONOŠCI • Krednjaci • Amebe • Sunašca • Zrakaši
AMEBA – pokreću se po podlozi pomoću lažnih nožica ili pseudopodija (mijenjaju oblik tijela). Može biti više pseudopodija, no uglavnom se jedan ističe i određuje smjer kretanja. Gušći dio protoplazme naziva se endoplazma, on je tamniji, a svijetliji i rjeđi dio je ektoplazma. Tijelo obavija lipoproteinska stanična membrana – vrlo elastična. Hranu može uzimati na bilo kojem dijelu tijela (plijen obuhvati lažnim nožicama i uvuče u protoplazmu). Ameba može uzimati tekuću hranu – pinocitoza i krute čestice – fagocitoza
ENDOCITOZA
79 Neprobavljive ostatke ameba izbacuje na bilo kojem dijelu tijela putem EGZOCITOZE DISANJE – aerobno → za disanje se koristi kisik koji u organizam ulazi difuzijom. Površina amebe poprilično je velika u usporedbi s obujmom pa kisik prolazi kratki put do mjesta potrošnje zato nema potrebe za organelima koji bi služili disanju. CO2 koji nastaje kao produkt razgradnje organskih spojeva prolazi difuzijom kroz membranu u okoliš. OSMOREGULACIJA – u tijelu heterotrofnih protista nalaze se kontraktilne vakuole ili stegljivi mjehurići → izbacuje se suvišna tekućina (ne smije se pobrkati s probavnim mjehurićima). Na ovaj način protisti reguliraju količinu vode, otopljenih iona i soli.
RAZMNOŽAVANJE – nespolno, binarnom diobom. Brzina djeljenja ovisi o vanjskim uvjetima, prije svega o temperaturi.
pseudopodij kontraktilna vakuola
probavna vakuola jezgra endoplazma membrana ektoplazma
Građa amebe KREDNJACI – oko tijela izlučuju ljušturicu od kremena (SiO2), vapnenca, a može biti i želatinozna. Nakon što uginu, ljušturice se talože na dno te tvore naslage poput kremena. Najčešće žive na dnu mora (mulj ili pijesak), neki čine planton.
TREPETLJIKAŠI
80 Najveća skupina među heterotrofnim protistima. Površina tijela obavijena je pelikulom → obložena trepetljikama koje služe za pokretanje i uzimanje hrane. Svi trepetljikaši imaju barem dvije jezgre: malu – mikronukleus, veliku – makronukleus, može biti i više jezgara.
Papučica – ima stalan oblik tijela (obavijena pelikulom). Površinu pelikule prekrivaju trepetljike – za pokretanje. HRANJENJE – na jednom mjestu na pelikuli vidi se udubljenje kroz koje papučica prima hranjive tvari → stanična ustaili citostom na njih se nastavlja stanično ždrijelo ili citofarinks na čijem se kraju stvaraju hranidbeni mjehurući. Hranidbeni mjehurići se otkidaju od citofarinksa i putuju po protoplazmi → spajaju se s lizosomima koji sadrže enzime te razgrađuju visokomolekularne spojeve. Nepobravljeni ostaci izbacuju se na točno određenom mjestu na pelikuli – citopig. Disanje aerobno, kisik ulazi i izlazi procesom difuzije. OSMOREGULACIJA – putem kontraktilnih vakuola. Papučica ima dvije kontraktilne vakuole. Vakuole djelomično sudjeluju u ekskreciji → izbacivanje produkata metabolizma. kontraktilne vakuole – prozirni, vodenasti mjehurići, neprestano se pune tekućinom te se u određenim razmacima stegnu i izbace sadržaj kroz pelikulu u okolinu. RAZMNOŽAVANJE – najčešće običnom dvojnom (binarnom) diobom. Zapaženo je i spolno razmnožavanje→izmjena genetskog materijala u jezgrama (to nije „klasično“ spolno razmnožavanje kakvo nalazimo u višestaničnih organizama). Ovaj proces zove se konjugacija → izmjena genetskog materijala mikronukelusa dviju jedinki (npr. papučica). kontraktilna vakuola pelikula makronuklus probavni mjehurići
P
cilija (trepetljika) mikronukleus citosom trihocist citopig Građa papučice
81 BIČAŠI
Mogu se hraniti autotrofno (većina ima plastide s klorofilom) i heterotrofno. Autotrofno se hrane u u uvjetima dovoljnog svijetla. Ako su u tami, prelaze na heterotrofnu ishranu. Neke vrste nemaju plastide s klorofilom i to su tzv. životinjski bičaši → hrane se heterotrofno te su većinom paraziti. Poznata skupina su tripanosomi koji uzrokuju mnoge bolesti čovjeka i životinja. Vrsta Trichomonas vaginalis D. iz roda Trichomonas uzrokuje bolest trihomonijazu → spolno prenosiva bolest.
TRUSKOVCI Nametnički protisti koji žive u stanicama ili međustaničnim prostorima beskralješnjaka i kralješnjaka Za vrijeme razmnožavanja stvaraju spore ili truske. Truskovci su potpuno nametnici. Za čovjeka su najvažnije vrste iz roda Plasmodium koje uzrokuju malariju.
NIŽE GLJIVE
Heterotrofni protisti koji se hrane saprofitski, a rjeđe parazitski. • ALGAŠICE • SLUZNJAČE
ALGAŠICE – u početku svrstavane u carstvo gljiva s kojima ih povezuje heterotrofan način ishrane i stanična stijenka od hitina. RAZLIKE U ODNOSU NA CARSTVO GLJIVA: • Tijekom razvitka imaju pokretne stadije • Živu u vodi i na izrazito vlažnim mjestima (poput alga – otuda naziv) • Miceliji bez poprečnih stijenki s mnogo jezgara (višestanični oblici)
PREDSTAVNICI: kitidrijale i peronospore, sive ili crne plijesni
82 Peronospore – žive kao paraziti na biljkama (peronospora vinove loze i peronospora krumpira) – za razvitak je potrebna voda → tijekom vlažnih godina, ljetnih kiša peronospore uzrokuju velike štete u poljodjelstvu. *Živi u intracelularnim prostorima listova i plodova vinove loze → crpi organske tvari preko haustorija. Nakon nekog vremena razviju se niti sporangiofori koji nose zoosporangije (oni izlaze u vanjski okoliš kroz puči) a u njima su zoospore → zoosporangiji se prenose vjetrom na listove zdravih jedinki, a ako dospiju na kapljicu vode iz njih se oslobađaju zoospore koje će isklijati u novu preonosporu.
Sive ili crne plijesni – prilagođene razmnožavanju izvan vode. Predstavnik je mukor→ može se naći na vlažnim ostacima hrane (živi saprofitski uzimajući gotove organske tvari, a istodobno izaziva truljenje). *tijelo paučinasto, mnogojezgrene niti koje prodiru u supstrat. Na gornjoj površini nalaze se okomiti nositelji sporangija – sporangiofori koji nose kuglaste sporangije (crne ili sive boje) u kojima su nepokretne spore, tj. endospore→ pucanjem stijenke sporangija, endospore se oslobađaju i dospijevaju na novu podlogu na kojoj će isklijati u novu plijesan.
mukor
peronospora vinove loze
Uloga i značaj autootrofnih (fitoplanktonskih) i heterotrofnih (zooplanktonskih) protoktista u hranidbenim lancima
83 Svijetleći bičaši, kremenjašice i kokolitine predstavljaju većinu fitoplanktona i glavni su proizvođači hrane na Zemlji → fitoplankton su najvažniji proizvođači u hranidbenom lancu.
Fitoplanktonom se hrani zooplankton, a veći organizmi filtratori, kao što su kitovi, hrane se zooplanktonom (filtriranjem morske vode).
Razmnožavanje zelenih algi na primjeru morske salate
Morska salata razvije 3 steljke, dvije haploidne (predstavljaju gametofit), a jedna diploidna (predstavlja sporofit)→ Izmjena generacije je izomorfna (sugerira da se gametofit i sporofit morfološki ne razlikuju). mejoza
mitoza
sporofit (2n)
zigota (2n) ženski gametofit (n)
muški gametofit (n)
oplodnja
Izomorfna izmjena generacija
Značajne alge u prehrani, mikrobiologiji i gospodarstvu
ALGE
PREHRANA
MIKROBIOLOGIJA
GOSPODARSTVO
84 smeđe alge
Velike količine
-
Proizvodnja gnojiva
vitamina A, B i C →
i alginskih kiselina
uporebljavaju se
koje se primjenjuju
kao HRANA i
u filmskoj,
ZAČINI
tekstilnoj, prehrambenoj industriji
crvene alge
U prehrani kao
AGAR – rabi se kao
variva, salate,
podloga za
prilozi jelima,
uzgajanje
npr.PORFIRA
mikroorganizama,
-
za proizvodnju kapsula u farmaceutskoj industriji te u prehrambenoj industriji
Štetnost srdoboljne amebe i trihomonasa za čovjekovo zdravlje
Srdoboljna ameba živi u probavilu (ulazi onečišćenom vodom ili vodom u kojoj ima začahurenih ameba) → uzrokuje bolest dizenteriju ili grižu, amebe se hrane crijevnim bakterijama, no mogu razgrađivati i eritrocite u sluznici crijeva. SIMPTOMI: grčevi, proljevi, umor, gubitak teka
Trihomonas – bičaš koji živi u spolno-mokraćnom sustavu, hrani se bakterijama i stanicama sluznice, uzrokuje trihomonijazu (upala čiji simptom je iscjedak, svrbež i bol).
Posljedica širenja algi – pridošlica u Jadranu (kaulerpa)
85
Caulerpa taxifolia – alga pridošlica, vrlo se brzo vegetativno razmnožava, nema prirodnih predatora te stvara zelene livade → potiskuje i uništava ostale organizme u moru.
Kaulerpa – „zelene livade“
Pojam „indikator onečišćenja“ na primjeru morske salate Prisutnost (brojnost) morske salate na nekom mjestu ukazuje na onečišćenost mora na tom mjestu. Zato je morska salata indikator onečišćenja.
Svjetlucanje mora uzrokovano je fitoplanktonom (vrsta Noctiluca miliaris)
Vrsta Noctiluca miliaris spada u odjeljak svjetlećih bičaša, predstavnici fosforesciraju, tj. svjetlucaju u tami → sadrže svjetleću tvar luciferin, a sama pojava zove se bioluminiscencija.
Tipovi plastida po kojima se razlikuju alge kloroplasti → zelene alge feoplasti → smeđe alge rodoplasti→ crvene alge
86 Kako se poznavanje životnih ciklusa patogenih protoktista može upotrijebiti u kontroliranju njihova širenja (na primjeru malarije) Poznato je da truskovci iz roda Plasmodium uzokuju malariju. U čovjeka ih sa slinom unosi komarac malaričar (on je prijenosnik, tj. vektor). Da se umanji broj oboljenih od malarije potrebno je umanjiti broj vektora, tj. komaraca malaričara → npr. isušivanjem močvara (prirodno stanište komarca malaričara), biološkim uništavanje pomoću riba (gambuzija) koje se hrane ličinkama komarca malaričara, primjenom insekticida, repelenata (sredstva koja se nanose na kožu, a odbijaju insekte).
b. Osobine gljiva i njihova ulogu u biosferi
OPĆENITO O GLJIVAMA
Gljive se niti u jednom razdoblju života ne kreću, nemaju bičeve, niti lažne nožice micelij – tijelo gljive – sustav tankih, cjevastih niti – hifa (stijenka od hitina) RAZMNOŽAVANJE: nespolno i spolno, a ta se dva načina izmjenjuju u obliku izmjene generacija (gametofita i sporofita).
klobuk
stručak
plodište
micelij
hifa
Građa gljive
87 Značaljke gljiva koje ih povezuju s biljkama odnosno sa životinjama
S biljkama: • uzimanje organskih tvari vanjskom površinom tijela • izmjena generacija (gametofita i sporofita) tijekom razvitka
Sa životinjama: • heterotrofan način ishrane (saprofitski ili parazitski) • stančina stijenka izgrađena od hitina • rezervni polisaharid glikogen • slična struktura DNA
Tipični predstavnici mješinarki i stapčarki
MJEŠINARKE
STAPČARKE
narančasta zdjeličarka
poljska pečurka (šampinjon)
smrčak
grmašica
tartufi
muhara
zelene plijesni
puhara
pepelnice
zelena pupavka
ražina gljivica
ludara
kvaščeve gljivice
bukova guba ili trud žuta ježevica ili prosenjak vrganj obična krumpirača ljubičasta krunašica hrđe i snijeti – parazitske stapčarke
88
zelena pupavka
pečurka
ludara
muhara
tartufi
bukova guba
obična krumpirača
smrčak
Važnost gljiva u simbiozi
Hife nekih gljiva žive u simbiozi s korijenjem biljaka – mikoriza Gljive dobivaju organsku hranu od biljaka, a zauzvrat biljku opskrbljuju vodom, a ponekad i dušikom. Uništavanje simbioznih gljiva u šumama (zbog onečišćenja zraka) uzrokuje poremećaje šumskih biocenoza → sušenje drveća. Najpoznatiji primjer mikorize jesu orhideje ili kaćuni, čije sjemenke nemogu klijati bez nekih gljiva te simbioza gljiva i mravi. Simbioza gljiva i životinja: gljive i mravi – tropski mravi rezači uzgajaju u svojim podzemnim mravinjacima na podlozi od izgrizenog lišća micelije gljiva i hrane se njima te ih štite od nametnika pesticidom koji izlučuju
Usporedba načina razmnožavanja mješinarki i stapčarki (oblik sporangija, vrsta i broj spora)
89 MJEŠINARKE
Nespolno se razmnožavaju putem različitih vrsta spora, askospora → nastaju unutar sporangija mješinasta oblika, tj. askusa. U jednom se askusu razvija 8 askospora (četiri minus – muške, četiri plus – ženske). Neke mješinarke uz askospore stvaraju i druge vrste spora (konidije).
STAPČARKE
Nespolno se razmnožavaju putem bazidospora, one nastaju na površini sporangija (ne unutar kao kod mješinarki) – bazidiji. Na svakoj se bazidiji razviju 4 bazidospore (dvije minus – muške, dvije plus – ženske) svaka na svojoj stapki (otuda naziv stapčarke).
MJEŠINARKE (askomicete)
STAPČARKE (bazidimicete) (baz idimicete)
naziv spora
askospora
bazidiospora
naziv sporangija
askus
bazidija
broj spora u
8
4
oblik sporangija
mješina
stapka
smještaj sporangija
unutar plodišta
vire iz plodišta
unutar askusa
na površini bazidija
sporangiju
u plodištu smještaj spora u sporangiju
Otrovne i jestive vrste gljiva iz skupina mješinarki i stapčarki JESTIVE MJEŠINARKE: narančasta zdjeličarka, smrčak, tartufi JESTIVE STAPČARKE: vrganj, poljska pečurka (samo su klobuci jestivi), žuta ježevica (jestiva samo u mladosti)
90 OTROVNE I NEJESTIVE STAPČARKE: ludara, zelena pupavka (smrtno otrovna!), muhara, bukova guba, naježena puhara, obična krumpirača, ljubičasta krunašica
Nema znanstvene metode za razlikovanje otrovnih od neotrovnih gljiva. Razlikovanje se temelji na dobrom poznavanju gljiva.
c. Osobine i značenje lišaja Lišaj je simbioza mješinarki i stapčarki s modrozelenim ili zelenim algama
Lišaji su simbioza jedne vrste gljiva i jedne vrste alga koje čine morfološku i fiziološku cjelinu. Od gljiva u simbiozu uglavnom ulaze mješinarke, a od alga ili zelene alge ili cijanobakterije. Alge asimiliraju (vrše fotosintezu) i daju organske tvari gljivama, agljive štite alge i opskrbljuju ih vodom i mineralnim tvarima. alge
gornja kora
srž
asimilacijski sloj
hife Građa lišaja
Lišajevi kao indikatori čistoće zraka
Lišajevi su vrlo osjetljivi na onečišćenje zraka, a posebno na prisutnost SO2 → nema ih u velikim gradovima i u blizini tvornica. Zato su indikatori čistoće zraka.
91
Značenje lišajeva u medicini
Primjenjuju se u farmaciji u proizvodnji vitamina C, ali i u medicini (npr. sirup islandskog lišaja koji se koristi u lječenju kašlja i upalnih stanja ždrijela).
Morfološka raznolikost lišaja Dijele se u 3 skupine o Koraste – korasta izgleda te cijelom donjom površinom pričvršćeni za podlogu o Listaste – imaju oblik lista i za podlogu su vezani jednom tvorbom poput drška, a rubni dijelovi lišaja su slobodni o Grmaste – razgranati poput grma, žive u krošnjama drveća, tijelo gotovo u cjelini slobodno
korasti lišaj
grmasti lišaj
listasti lišaj
d. Značenje protoktista i gljiva za čovjeka; mjere za suzbijanje bolesti uzrokovanih parazitskim protoktistima i gljivicama
Parazitski oblici gljiva
Kandida spada u skupinu nepotpunih gljiva (nisu ni stapčarke ni mješinarke) koje u ljudi izazivaju kože bolest – dermatomikoze. Kandida se može naći na jeziku i spolnim organima.
92 Kao parazitske stapčarke poznate su hrđe (žitna hrđa) i snijeti (kukuruzna snijet), a kao parazitske mješinarke poznate su pepelnice (pepelnica vinove loze).
Primjena gljiva (penicilijum) u zdravstvu (penicilin), industriji (kvaščeve gljivice), poljoprivredi (saprofiti) i prehrani (tartufi – hranidbena vrijednost)
Kistac ili penicilium predstavnik je zelenih plijesni (može se naći na ostacima hrane – limun). Zahvaljujući engleskom lječniku A. Flemingu spoznalo se da kistac ima antibakterijsko djelovanje → ubija i sprječava razvoj bakterija. Kistac je osnova za proizvodnju penicilina (prvi antibiotik). Valja biti oprezan, neki su ljudi osjetljivi na penicilin → alergijska reakcija.
Kvaščeve gljivice sadrže enzime koji omogućuju fermentaciju u proizvodnji vina i piva te dizanje tijesta pri pečenju (CO2), koriste se i u farmaciji jer su bogati vitaminima B.
U poljoprivredi se koriste saprofitske gljive – u tlu gomilaju organske tvari. Tartufi su mješinarke čija se plodišta razvijaju pod zemljom te se njima hrane životinje, a osobito su cijenjeni kao delikatesna hrana.
Štetno djelovanje otrovnih gljiva na probavni i živčani sustavi stanični metabolizam i način hitne pomoći pri trovanju Stupanj otrovnosti ovisi o količini toksina koji uđu u organizam i o načina na koji djeluju. Mogu izazvati degeneraciju jetre i bubrega, mogu djelovati na živčani sustav i sluznicu probavnih organa.
Hitna pomoć: puno vode, aktivni ugljen, hitna medicinska pomoć!
93
4 BOTANIKA a. Zajedničke osobine biljaka i osnovna organizacija biljnoga tijela Podjela biljnog carstva
biljke
stablašice (više biljke)
steljnjače (niže biljke)
alge
vaskularne
nevaskularne
mahovine
papratnjače
golosjemenjače
sjemenjače
kritosjemenjače (cvjetnjače)
Uloge biljnih organa • korijen: upija vodu s otopljenim mineralnim tvarima, učvršćuje biljku u tlu • stabljika: povezuje ostale biljne organe, provodi vodu s otopljenim tvarima. Redovito nosi listove i pupove, a ponekad i druge organe (cvjetove, plodove). • list: fotosinteza, transpiracija
Prilagodbe biljaka na kopnene uvjete života: Napredak sporofta (a redukcija gametofita), razvoj tkiva i organa, sjemenka, grananje (povećana površina tijela)
Povezanost zelenih algi sa stablašicama Imaju iste fotosintetske pigmente (klorofil a i b) i produkt fotosinteze (škrob), stoga se smatra da su se kopnene biljke evolucijski razvile iz zelenih algi.
94
Biljna tkiva
TVORNA TKIVA ili MERISTEMI: Vršni meristem (vegetacijski vršak stabljike i korijena), mitozom omogućuje rast stabljici u visinu, odnosno korijenu u dubinu Bočna tvorna tkiva (razvijaju se naknadno, tvore godove) omogućuju biljci rast u širinu; glavno tkivo je žilni kambij (u presjeku biljke kambijski prsten) koji prema središtu tvori ksilem (drvo), a prema površini floem (liko)
TRAJNA TKIVA: Osnovno tkivo tvore asimilacijski (u njemu se odvija fotosinteza) i spužvasti parenhim (služi za prozračivanje i spremanje tvari) Pokrovno tkivo čine epiderma (stabljika i listovi) te rizoderma (korijen) Provodno tkivo čine ksilem (traheje – mrtve cijevi i traheide – produžene stanice), koji provodi vodu i min. tvari od korijena, i floem (kojeg čine sitaste cijevi – žive stanice), koji provodi asimilate nastale fotosintezom Potporno tkivo osigurava čvrstoću biljke Žljezdano tkivo sadrži žlijezde hidatode (izlučuju vodu kroz puči vodenice), nektarije (izlučuju nektar koji mami kukce), probavne žlijezde (za razgradnju bjelančevina; tvari koje se izlučuju su sekrete (biljkama korisne tvari) i ekskrete, krajnje proizvode – eterična ulja (koje izlučuju žljezdane dlake i uljne žlijezde) smole (koje izlučuju smolenice) i kaučuk
Godovi "crte" na poprečnom presjeku stabla koje raste u području s izmjenom godišnjih doba – svjetliji su proljetni prirast (velike stanice), a tamniji jesenski (manje stanice s debljom stijenkom) – po broju godova može se odrediti starost stabla.
95
Godovi
b. Glavne skupine biljaka i njihovi predstavnici, usavršavanje njihove građe i uloge s prilagođavanjem životu na kopnu
Usporedba golosjemenjača i kritosjemenjača
GLAVNE RAZLIKE GOLOSJEMENJAČE
KRITOSJEMENJAČE
sjemeni zameci (odnosno nakon oplodnje
sjemeni zameci se ne vide izvana jer se
sjemenke) vide se izvana jer se nalaze na
nalaze unutar plodnice tučka, a nakon
sjemenim ljuskama (nemaju plod)
oplodnje se sjemenke nalaze unutar usplođa (ploda)
generativni organi: sjemene ljuske i
generativni organ: cvijet (tučak i prašnici)
prašničke ljuske (nemaju cvijet)
Bolja prilagođenost kritosjemenjača životinim uvjetima u odnosu na golosjemenjače
Za razliku od golosjemenjača, kod kritosjemenjača sjemeni su zameci nevidljivi → nalaze se u plodnici tučka. Nakon oprašivanja i oplodnje se iz sjemenih zametaka razviju sjemenke, a iz stijenki plodnice usplođe (plod – tvori ga usplođe sa sjemenkama).
96 Ukratko, smatraju se naprednijima jer plodnica dodatno štiti sjemene zametke s klicom → bolje su se prilagodine životu na kopnu.
Građa i uloga cvijeta, ploda i sjemenke
Cvijet – generativni organ koji služi razmnožavanju. Sastoji se od 4 dijela: cvjetišta, ocvijeća, prašnika i tučka prašnik prašnica njuška
prašnička nit
tučak vrat latica
plodnica lap
Građa cvijeta CVJETIŠTE – vršni dio cvjetne stapke za koji su pričvršćeni ostali dijelovi cvijeta. OCVIJEĆE – preobraženi listovi koji obavijaju prašnike i tučak – sastoji se od čaške (vanjski dio ocvijeća koji se sastoji od zelenih listova - lapova) i vjenčića (unutarnji dio ocvijeća – sastoji se od obojenih listova - latica) PRAŠNICI (mikrosporofili) – muški generativni organ – sastoje se od prašničke niti i prašnice.
97 U prašnici se nalaze peludnice ili polenovnice, tj. muški sporangiji s peludnim ili polenovim zrncima. TUČAK – ženski generativni organ – sastoji se od plodnice (donji prošireni dio u kojem se nalaze sjemeni zameci), vrata (suženi, izduženi dio tučka, između plodnice i njuške) i njuške (služi za prihvaćanje i klijanje peludnih zrnaca) - uloga cvijeta: razvoj spolnih stanica (gametofita, koji je u kritosjemenjača reduciran na nekoliko stanica) i oplodnja →razmnožavanje
Građa mahovina
Mahovine imaju tijelo nalik na steljku (talus), nemaju prave vegetativne organe nego rizoide, stabalce i listiće (dio gametofita, a ne sporofita), nemaju pravi provodni sustav (nevaskularne). Nisu prave kopnene biljke → za oplodnju (i razvitak) im je nužna voda. Spora proklija u prokličnicu ili protonemu (nitasta tvorevina zelene boje) → iz pupa na prokličnici se razvije stabalce s listićima i rizoidima → taj dio zovemo mahovinom. Razvitak završi stvaranjem spolnih organa, ARHEGONIJA (nastaje 1 jajna stanica) i ANTERIDIJA (nastaje veći broj spermatozoida). Oplodnjom (u kapljici vode) nastaje zigota, a iz nje sporogon → sastoji se od drška i sporangija (tu su spore i kojih će ponovo isklijati prokličnica).
98
Mahovine
Evolucijske prednosti papratnjača u odnosu na mahovine
Papratnjača imaju razvijeni provodni sustav (vaskularne), imaju prave vegetativne organe (korijen, stabljiku i list) tj. jače razvijen sporofit a reduciran gametofit (ali i njima je za oplodnju nužna voda)
Glavni predstavnici papratnjača
psilofiti (prapapratnjače, npr. rinija) crvotočine (npr. obična crvotočina, selagina) preslice (npr. poljska preslica) paprati (npr. bujad, jelenak, oslad, zlatinjak, gospin vlasak; vodene paprati)
Raznolikost golosjemenjača
99
golosjemenjače četinjače
borovi
bor, jela, smreka, ariš
čempresi
perastolisne golosjemenjače
tise
čempresi, tuje, borovice (npr. obična borovica, primorska borovica)
cikasi, kositrenice
npr. šumska tisa, ginko
npr. crni bor, šumski bor, alepski bor, dalmatinski crni bor, bijela jela, visoka smreka, omorika, ariš, cedar
Raznolikost kritosjemenjača
dvosupnice o ŽABNJACI – npr. ljutić, zlatica o BUKVE – npr. kesten, hrast o LEPIRNJAČE – npr. grašak, mimoze o KRSTAŠICE – npr. kupus, uljena repica, velebitska degenija o ŠTITARKE – npr. mrkva, peršin, celer o USNAČE – npr. ružmarin, lavanda, kadulja o GLAVOČIKE – npr. artičoka, kamilica, suncokret
jednosupnice o LJILJANI – npr. luk, šparoga, tulipan, zumbul, kockavica o TRAVE – npr. pšenica, kukuruz, trska
Prilagodbe na različite načine oprašivanja i rasprostiranja sjemenki
100 Kod golosjemenjača peludna zrnca često imaju dva zračna mjehura koji pomažu njihovu raznošenju vjetrom.
U kristosjemenjača plod štiti sjemenku i služi za rasprostranjivanje. Plodovi mogu biti suhi (suho usplođe) i sočni (usplođe bogato hranjivim tvarima). Suhi plodovi mogu biti prilagođeni širenju vjetrom, npr. rasperena njuška u pavitine, krilca u javora, dlake kod maslačka. Mogu se rasprostranjivati životinjama (npr. čičak). Sočni se plodovi mogu rasprostanjivati pticama (ptica izbacuje neprobavljene sjemenke iz probavnog sustava) → tako se rasprostanjuju višnja i glog. Mravi rasprostiru plodove ljubičice. Biljke koje žive u vodi rasprostanjuju se putem vode → najčešće su ispunjeni zrakom u pojedinim djelovima sjemenke ili ploda, to ih čini lakšima → plivaju na vodi (paprika, bundeva, orašac, jagodasta djetelina, kokos).
Jednosupnice i dvosupnice JEDNOSUPNICE
DVOSUPNICE
klice s jednom supkom
klice s dvije supke
čupavo korjenje
razvijen glavni korijen
u stabljici razbacane zatvorene žile
u stabljici otvorene žile raspoređene u krug
nemogućnost sekundarnog rasta u
sekundarni rast u širinu
širinu prugasta nervatura listova
mrežasta nervatura listova
jednostavno ocvijeće (nemaju
dvostruko ocvijeće (lapovi)
lapove) građa cvijeta na temelju broja 3
građa cvijeta na temelju broja 4 ili 5
c. Razlike u životnim ciklusima različitih skupina biljaka Životni ciklus kritosjemenjača
101 biljka sporofit (2n) s muškim i ženskim gametofitima (n) (samooprašivanje ili stranooprašivanje-pogodnije) endosperm (2n)
klica
sjemenka
plod
oprašivanje
oplodnja
klijanje
sekundarni
nova biljka
Životni ciklus kritosjemenjača
Oblici vegetativnog razmnožavanja
korijen – iz pupova na korijenu razvijaju se izbojci – npr. šljiva i još neke voćke (voćarstvo) (nadzemna) stabljika – dijelovi stabljike se otkidaju – vrba (reznicama), jagoda (vriježama) podzemna stabljika – luk (lukovica), krumpir (gomolj), perunika (podanak) list – afrička ljubica, carska begonija (ako otkinemo list ljubičice, zabodemo u zemlju te redovito zaljevamo, razvit će se nova biljka) rasplodni pupovi (bulbili) – nalaze se u pazušcu lista → otpadnu, a zatim isklijaju u novu biljku (npr. lukovičasti ljljan)
102 zimski pupovi (turioni) – specifičnost vodenih biljaka, pupovi su bogati hranjivim tvarima (škrob), u proljeće se hranjive tvari potroše, turion postaje lakši, ispliva na površinu te isklija u novu biljku
Dijelovi cvijeta kritosjemenjača
vidi gore građa cvijeta
Razlika između cvijeta i cvata
Cvijet je jedan, a cvat skup pojedinačno raspoređenih cvjetova na jednoj cvjetnoj stapci
Vrste cvatova
Primjeri cvatova Vrste plodova s obzirom na način rasprostranjivanja
vidi Prilagodbe na različite načine oprašivanja i rasprostiranja sjemenki
103
Primjeri preobrazbe vegetativnih organa
PREOBRAZBE KORIJENA: repast ili vretenast korijen, zračno korijenje Repast korijen → zadebljani glavni korijen (mrkva, peršin, celer), zadebljano može biti i bočno korijenje – korijenski gomolji (npr. georgina) Zračno korijenje → služi za pričvršćivanje biljke za stabljiku (bršljan), za upijanje atmosferske vlage (npr. monstera), potpora razgranatoj krošnji (npr. fikus)
PREOBRAZBE STABLJIKE: podzemne stabljike (lukovice, gomolj, podanak), trn (kratki šiljasti ogranci stabljike, zaštitna uloga), vitica (nitaste tvorevine osjetljive na dodir, za pričvršćivanje i penjanje), filokladij (stabljika u obliku lista koja i obavlja funkciju lista), kladodij (spljoštene stabljike koje obavljaju fotosintezu, npr. božićni kaktus)
PREOBRAZBA LISTOVA: trnovi i vitice (kao i kod stabljike), pricvjetni listovi (brakteje) – obojeni listovi u području cvijeta ili cvata, a služe primamljivanju kukaca
božićna zvijezda – brakteje
Životni ciklus mahovina – izmjena generacija
spora (n)
prokličnica (podsjeća na mnogostaničnu zelenu algu)
spolni organi (arhegoniji-ž, anteridiji-m) na vrhu stabalca zigota (2n)
sporogon (drška i sporangiji)
mejoza
Izmjena generacija (gametofit, sporofit) je heteromorfna
stabalce (listići, rizoidi)
oplodnja u kapljici vode
spore (n)
104
sporofit
rast i razvoj u odrasli sporofit
dio gametofita (haploidan)
zigota u tkivu gametofita
diploidna faza mejoza
oplodnja haploidna faza
razvoj i izlazak spora
oslobađanje spermatozoida rast gametofita
spermato zoid u anteridiju rizoidi
Izmjena generacija u mahovina
Životni ciklus paprati – izmjena generacija spora (n)
protalij (sličan prokličnici u mahovina)
(potrebna voda)
zigota (2n)
klica
arhegoniji i anteridiji
mlada paprat
mejoza
sporangiji
oplodnja spore
- heteromorfna izmjena generacija - redukcija gametofita: protalij = gametofit, odrasla biljka = sporofit – sporofit je razvijeniji nego gametofit – napredak
Osnovne značajke razmnožavanja golosjmenjača – životni ciklus
oprašivanje (prenošenje peludnih zrna na mikropilu sjemenog zametka) isklija u cjevčicu (peludnu mješinicu sa spermijima) jajnom stanicom
oplodnja (voda nije potrebna)
endosperm(n) + sjemena lupina) (ž)
sjemenka
peludno zrnce
prodire u embrionsku vrećicu s zigota (2n)
nova biljka
klica (+primarni
strobili (m) i sjemeni zameci
105 daljnja redukcija gametofita: cijela biljka je sporofit, a gametofit je unutar nje (muški-peludna zrnca, ženski-sjemeni zametak u embrionskoj vrećici)
Značaj ginka i cikasa u filogeniji golosjemenjača
FILOGENIJA - znanost koja proučava srodstvene odnose među organizmima Ginko spada u porodicu tisa, a cikas u perastolisne golosjemenjače. Ginko u u peludnim zrncima umjesto spermalnih stanica ima pokretne spermatoziode (primitivna osobina, imaju ih papratnjače) i zato se naziva ŽIVI FOSIL. Isto vrijedi i za cikas → značajni su kao dokaz da su se golosjemenjače razvile iz papratnjača.
ginko
cikas
d. Značenje biljaka u biosferi i životu čovjeka Značenje kritosjemenjača u životu ljudi • Izvor kisika • Prehrana • Sirovina za odjeću • Ogrjev i graditeljstvo • Medicina i farmacija (lijekovi) • Izrada tehničkih predmeta • Ukrasno bilje
106
Mahovine kao sedrotvorci Mahovine sedrotovrce ubrajamo u prave mahovine. Kod nas žive u krškim vodama (Plitvička jezera, Krka) → pouspješuju stvaranje sedrenih barijera preko kojih se slijevaju slapovi.
Mahovine u nastanku treseta Treset je tamnosmeđe močvarno tlo koje nastaje raspadanjem organskog, prvenstveno biljnog materijala, ponajviše mahovina, u vlažnim područjima. Gospodarski je važan jer je to prvi stadij u nastanku ugljena, može se koristiti kao gorivo, a koristi se i u poljoprivredi za poboljšanje kvalitete tla.
Značanje papratnjača za čovjeka Preslice sadrže puno SiO2 (za glačanje metala) i otrovni alkaloid koji u manjim količinama služi kao lijek (za bubrežne bolesti).
Ekonomska i ekološka važnost golosjemenjača ekonomska: građevinarstvo – drvo; proizvodnja papira, smola; farmaceutska industrija– iglice zasirupe protiv kašlja, efedrin iz kositrenice, gingko; hortikultura; ekološka: crnogorične šume.
Zaštićene, jestive, ljekovite i začinske biljke u flori Hrvatske • povrće: kupus, blitva, grah, endivija • voće: jabuka, višnja, šljiva, jagoda, ribiz, smokva, rogač, dud, pitomi kesten, lješnjak • ljekovite biljke: metvica, majčina dušica, kamilica, lipa, ljekovita kadulja • začinske biljke: ružmarin, lovor, peršin, bosiljak • jestive žitarice: ječam, pšenica
e. Raznolikost flore i vegetacije Hrvatske
Glavni predstavnici flore
107
mahovine: obični vlasak papratnjače: poljska preslica, bujad, jelenak golosjemenjače: bor, jela, smreka, čempres, tisa kritosjemenjače: o dvosupnice: bukva, kesten, hrast, bagrem, kupus, mrkva, kadulja, kamilica, suncokret, maslačak o jednosupnice: luk, ljiljan, trave: pšenica, kukuruz, zob, trska
Glavne značajke i tipovi vegetacija u Hrvatskoj
nizinska Hrvatska – šuma (hrast kitnjak i obični grab, breza, bukva, jela; močvarne šume (hrast lužnjak)) i stepa (trave), uglavnom pretvoreno u poljoprivredne površine gorska Hrvatska – šume (prema visini: bukva i jela, pretplaninska bukova šuma, klekovina bora, planinski travnjaci, planinske rudine i goleti) primorska Hrvatska – šume (hrast medunac, alepski bor, crni bor) i degradirana vegetacija (makija, garig, travna vegetacija, vegetacija kamenjara), kultivirano bilje (vinova loza, masline, lavanda...)
Endemične, zaštićene i rijetke biljke hrvatske flore
Endemične vrste: velebitska degenija, hrvatska sibireja (relikt – vrlo stara, dugo nepromijenjena vrsta koja je nekad bila šire rasprostranjena), dubrovačka zečina (neoendem – endem nastao u novijoj geološkoj prošlosti), hrvatska perunika, krški runolist, hrvatski karanfil Zaštićene vrste: sve navedene endemične vrste + paprat – gospin vlasak; sibirska perunika, kockavica, kaćuni (orhideje), tisa, hrvatska vučja stopa, ciklama, šumarice, božikovina
108
f. Osnovni procesi vezani uz promet vode u biljkama Povezanost strukture vode s njezinom ulogom u biljnom organizmu Voda je polarna (dipolna) molekula, posljedica čega su: •
kohezija – privlačna sila među molekulama vode.
•
adhezija – privlačna sila između molekula vode i tvari koje sadrže kisik (celuloza, staklo...).
•
kapilarnost – kretanje vode u uskom prostoru nasuprot gravitacijskoj sili (omogućuju ju adhezija i kohezija).
•
voda je dobro otapalo za ione (hidratacija) i polarne molekule → transportna uloga.
Mehanizmi primanja vode u biljci
difuzija – kretanje molekula tekućina (vode) ili plinova iz područja njihove veće koncentracije u područje njihove manje koncentracije do izjednačenja koncentracija. brzina difuzije proporcionalna je s temperaturom, površinom i razlikom koncentracija, smanjuje se s vremenom. osmoza – difuzija kroz polupropusnu (semipermeabilnu) ili probirno propusnu (selektivno permeabilnu – stanične membrane propuštaju vodu i male nenabijene molekule, ali veće i nabijene čestice ne) membranu. bubrenje – makromolekularni sustav (tvari koje imaju disocirane hidroksilne, karboksilne i druge skupine na koje se može vezati voda) prima vodu uz povećanje mase i volumena – fizički proces, nije vezan uz pojavu života. ograničeno – škrob i celuloza neograničeno – proteini – raspadaju se u raspršene (koloidne) čestice
Provođenje vode kroz biljku
Biljke upijaju vodu preko korijenovih dlačica jer su im to jedini dijelovi koji nisu prekriveni kutikulom ni plutom – korijenove dlačice ulaze između čestica tla u kapilarnu vodu tla – voda
109 ulazi u njih osmozom i dolazi do središnjeg dijela (endoderma) korijena (provodni cilindar), a iz njega u provodne žile ksilema. Ksilem je tkivo koje provodi vodu i mineralne tvari od korijena prema listovima. U golosjemenjača je građen od traheida, a u kritosjemenjača od traheida i traheja. Aktivnim potiskivanjem vode iz endoderma u provodne žile stvara se korijenov tlak, koji je dovoljan za podizanje vode do 1 m visine; za daljnje podizanje vode služi transpiracijski usis (sila za vučenje vode) koji nastaje jer tlo sadrži mnogo više vode (70%) nego atmosfera (0.2%) i zbog kapilarnosti.
Građa i smještaj puči Puči su otvori na zelenim dijelovima biljke (najviše ih ima na donjoj epidermi lista) koji, otvaranjem i zatvaranjem, reguliraju izmjenu pliniva – kisika, ugljikova(IV) oksida, vodene pare. Građene su od otvora puči, dviju stanica zapornica, i dviju do četiri stanica susjedica. stanice zapornice
otvor puči bočna stijenka
gornja i donja stijenka
stanice susjedice
kloroplasti Građa puči Mehanizam otvaranja puči Na otvaranje i zatvaranje puči utječu čimbenici koji mijenjaju turgor u stanicama zapornicama. Turgor je tlak citoplazme na staničnu stijenku, a ovisi o sadržaju vode u stanici (više vode – veći turgor, manje vode – manji turgor) Stanice zapornice imaju gornju i donju zadebljalu stijenku (nisu savitljive) te bočne savitljive stijenke (one omogućuju otvaranje i zatvaranje puči) → tijekom
110 dana u zapornicama se odvija fotosinteza → raste koncentracija šećera i iona pa stoga raste osmotski tlak → dolazi do osmoze vode u stanice zapornice → primanjem vode raste turgorski tlak → veći turgor rasteže bočne stijenke stanica zapornica → otvaranje puči
Plazmoliza i deplazmoliza Plazmoliza – biljna stanica u hipertoničnoj otopini – voda izlazi iz stanice – povećava se koncentracija citoplazme, smanjuje se volumen vakuole, što prate tonoplast (granica citoplazme i vakuole), citoplazma i plazmalema (granica citoplazme i stanične stijenke) gel-stanje. Deplazmoliza – povratak plazmolizirane biljne stanice u normalno stanje (sol-stanje) – u hipotoničnoj otopini.
Plazmoliza
Deplazmoliza
Razlika transpiracije i gutacije transpiracija – izlučivanje vodene pare sa svih biljnih površina, a najviše s listova (kroz puči)
gutacija – izlučivanje kapljica vode kroz vodenice ili hidatode (skupine malih paremhimskih stanica bez klorofila koje se nalaze ispod puči vodenica na rubovima listova) ili žljezdaste dlake – održava strujanje vode u biljci kad je transpiracija otežana ili onemogućena (u uvjetima visoke vlažnosti zraka, noću).
111
g. Značenje procesa vezanih uz izmjenu tvari i energije u biljci te utjecaj ekoloških čimbenika na te procese
Anatomska građa lista
Dijelovi lista su plojka, peteljka i podina ili lisna baza. Raspored žila na listu je nervatura lista (mrežasta, paralelna, viličasta). Vanjsku površinu lista pokriva sloj gusto poredanih pločastih stanica - EPIDERMA → izlučuje hidrofobne ili lipofilne spojeve (voskove, kutin, suberin) – tvore KUTIKULU. Unutrašnjost lista zove se MEZOFIL ili PARENHIM → kroz njega prolaze provodne žile ksilema i floema (ksilem dovodi vodu i otopljene anorganske soli do listova, a floem organske produkte fotosinteze – asimilate). Ispod gornje epiderme je fotosintetski ili asimilacijski parenhim (tu se nalaze stanice s mnoštvom kloroplasta u kojima se odvija fotosinteza). Uz donju epidermu smješten je transpiracijski ili spužvasti parenhim (mnoštvo šupljina u kojima se prikupljaju vodena para i kisik → difuzijom kroz puči prelaze u atmosferu, a ulazi CO2 potreban za fotosintezu.
112
kutikula gornja epiderma
fotosintetski parenhim voda i mineralne tvari
transpiracijski parenhim
asimilati
donja epiderma O2 CO2 H2O stanica susjedica puč
stanica zapornica
Anatomska građa lista
Biološka oksidacija
Reakcije aerobnog staničnog disanja provode se u 2 faze i 3 rekacijska koraka
I.
anaerobna faza 1. glikoliza
II.
aerobna faza 2. Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline
113 3. oksidativna fosforilacija
Glikoliza je razgradnja glukoze u dvije molekule pirogrožđane kiseline (piruvat). Piruvat ulazi u mitohondrije prolazi kroz proces dekarboksilacije (odcjepljuje se molekula CO2)→ nastaje acetil koenzim A (aktivirana octena kiselina) – sadržava vezu bogatu energijom. Acetat iz acetil–CoA se u ciklusu limunske kiseline povezuje s oksaloctenom kiselinom (C4H4O5) u limunsku kiselinu (C6H8O7). Zatim usljedi oksidacija ugljikovih atoma s pomoću koenzima NAD+ i FAD, a ti se enzimi reduciraju pa nastaju NADH i FADH2 – ti reducirani koenzimi su visokoenergetski. Sad slijedi dekarboksilacija limunske kiseline (izdvajaju se dvije molekule CO2) pa opet nastaje oksaloctena kiselina (C4H4O5) koja se opet može vezati s acetatom iz acetil-CoA. Slijedi oksidativna fosforilacija → prijenos elektrona preko koenzima prenosilaca elektrona do kisika kao konačnog primatelja elektorna. Reducirani koenzimi (NADH, FADH2) oksidiraju se (NAD+, FAD), regeneriraju te vraćaju u Krebsov ciklus. Atomi kisika primaju elektrone od koenzima prenosilaca elektrone te se reduciraju. Znamo da su atome vodika otpustili koenzimi, pa ti atomi vodika s reduciranim atomima kisika daju vodu (H2O). Pri difuziji vodikovih iona (H+) u matriks mitohondrija oslobađa se kemijska energija pohranjena u molekulama ATP-a. Oksidativnom fosforilacijom nastaju najveće količine ATP-a.
Ili jednostavnije: 1. glikoliza – anaerobno, u citosolu, razgradnja glukoze do pirogroždane kiseline uz oslobađanje energije (4 ATP) 2. stanično disanje – aerobno, u mitohondriju, pirogroždana kiselina prelazi u aktiviranu octenu kiselinu (acetil-CoA = acetil-koenzim A) 3. Krebsov ciklus (ciklus limunske kiseline) – aerobno, u mitohondriju, acetil-CoA potpuno se oksidira do CO2 , energija se pohranjuje u malo ATP (2 ATP) 4. dišni lanac (transport elektrona do kisika) – nastaje velika količina ATP-a (32 ATP) i voda ukupno oksidacijom jedne molekule glukoze nastaje 36 molekula ATP-a
Povezanost staničnog disanja i fotosinteze
114 Stanično disanje i fotosinteza su energetski i po sumarnoj jednadžbi suprotni procesi. Fotosinteza omogućuje stanično disanje jer osigurava energiju za nj. Fotosintezom nastaje glukoza (važna u anaerobnoj fazi – glikoliza) i kisik (važan u aerobnoj fazi)
Biogeni elementi potrebni za razvitak biljke: ugljik, vodik, dušik, kisik, fosfor...
Fina struktura kloroplasta i povezanost s fotosintezom
Kloroplasti imaju dvostruku membranu ili ovojnicu. Vanjska je glatka, a unutarnja naborana radi povećanja funkcionalne površine. Nabori unutarnje membrane su tilakoidi → na pojedinim mjestima se slažu u nakupine (zrnca). Unutrašnjost kloroplasta ispunjena je stromom. Na površini tilakoida se nalazi klorofil odgovoran za fotosintezu.
granum vanjska membrana
lumen
unutarnja membrana stroma Građa kloroplasta
tilakoid
115
Kloroplasti: lijevo svjetlosno-mikroskopska slika; desno elektronskomikroskopska slika
Fotosinteza (reakcije na svijetlu i reakcije u tami) 1. reakcije na svjetlu (primarne reakcije) – odvijaju se u grana tilakoidima – sunčeva energija se pretvara u kemijsku: apsorpcija fotona u pobuđeno stanje
klorofil prelazi
kloroplasti hvataju visokoenergizirane elektrone iz
klorofila i privremeno pohranjuju u primarni akceptor elektrona ( NADP+) pri tomu se molekula klorofila oksidira, a molekula NADP+ se reducira u NADPH
u tom se procesu cijepa voda i oslobađa se O2
procesom
fosforilacije nastaje ATP 2. reakcije u tami (sekundarne reakcije, Calvinov ciklus) – odvijaju se u stromi –reducira se CO2 i sintetiziraju se ugljikohidrati: uz utrošak NADPH i ATP-a reducira se CO2 i nastaju ugljikohidrati (glicerolaldehid-3-fosfat – G3P – ishodišni spoj u sintezi glukoze i drugih šećera)
Prijenos asimilata
Asimilati su organski produkti fotosinteze. Floem provodi biljne sokove bogate produktima produktima fotosintezeu dijelove gdje se troše ili pohranjuju. Floem čine
116 sitaste cijevi → građene od sitastih stanica – one su dugačke te imaju mnoštvo pora kroz koje se asimilati mogu transportirati u do svih tkiva biljke.
Heterotrofna ishrana biljnih organizama
saprofiti (metanske bakterije) paraziti •
polunametnici (imela) – sadrže klorofil, od domadara crpe vodu i mineralne tvari
•
potpuni nametnici (volovod, vilina kosa) – ne sadrže klorofil, svu hranu crpe od domadara
simbioza (mahunarke i bakterije) mikoriza – simbioza korijenja višeg drveća s gljivama – orhideje biljke mesožderke – autotrofne (rosika, vrčonoša, venerina muholovka) – žive na staništima siromašnima dušikom i mineralnim tvarima pa ih dobivaju heterotrofno od kukaca kojima se hrane.
Vrenja i uvjeti u kojima se odvijaju
Vrenja se odvijaju u citoplazmi u uvjetima bez prisutnosti kisika Uglavnom su to (osim octenog) anaerobni procesi koje neki organizmi provode nakon glikolize u uvjetima bez prisutnosti (dovoljno) kisika, njima se dobiva znatno manje energije (ukupno 6 ATP skupa s glikolizom) po molu glukoze nego staničnim disanjem (biološkom oksidacijom) – alkoholno (kvaščeve gljivice, nastaje etalnol i CO2), mliječno-kiselinsko (nastaje mliječna kiselina, pri kiseljenju mlijeka i nekih biljaka kao što je kupus, u mišićima ljudi pri prevelikom naporu), octeno (jedino aerobno vrenje, bakterije roda Acetobacter, iz etanola nastaje octena kiselina)
Značaj minerala za život biljaka i posljedica njihova nedostatka
117 Biljke trebaju anorganske tvari (minerale) za asimilaciju, a te tvari primaju iz okoliša u obliku molekula ili iona. Nedostatak pojedinih mineralnih tvari uzrokuje specifične simptome, npr. ugibanje dijela lista, žućenje listova (kleroza), kovrčanje lista, kržljav list. Magnezij je sastojak klorofila, aktivator enzima. Posljedice nedostatka Mg su: kloroza donjih listova, purpurne mrlje. Željezo je sastojak citokroma, potrebno je za sintezu klorofila, aktivator enzima. Posljedica nedostatka Fe je kloroza mladih listova.
ORGANIZMI
IZVOR
ORGAN ZA
MINERALNE
MINERALNIH
PRIMANJE
TVARI
TVARI Kopnene biljke
tlo
korijen
većina mineralnih soli
Vodene biljke
atmosfera
listovi
CO2
atmosfera
zračno korijenje
vodena para
vodeni biotop
cijela površina
tvari otopljene u vodi
tlo
korijen
minerali u tlu
nitrofiksatori
atmosfera
prokariotska stanica
N2
poluparaziti
ksilem domaćina
sisulje (haustorije)
voda i minerali
atmosfera
listovi
CO2
Tipovi biljaka prema pH vrijednosti tla •
ACIDOFILNE - kisela tla (pH 4,5-5,5) – kesten, kiselica, borovnica
•
BAZOFILNE - bazična tla (pH 6.5-7.5) – pšenica, blitva, kupus, luk, cvjetača, kupus, velecvjetni kukurijek, podbjel, klokoč
•
HALOFITI - slana tla – mrižica, petrovac, tamaris
Usporedba fotosinteze i kemosinteze
118
KEMOSINTEZA
ZAJEDNIČKO
način ishrane organizma
autotrofni
metabolički proces
anabolizam
namjena organskih
izgradnja stanice, dobivanje energije, hranjive tvari za
spojeva
ostale organizme
izvor energije za sintezu
oksidacija anorganskih
ATP - a
spojeva
potreba za svjetlošću
ne
da
organizmi koji provode
kemosintetske bakterije
fotosintetske bakterije,
važnost za živi svijet
svjetlost
autotrofni protisti, biljke
procese RAZLIČITO
FOTOSINTEZA
stvaranje mineralnih soli u
izvor kisika i hranjivih
obliku potrebnom zelenim
tvari za ostale organizme
biljkama jednadžbe
2NH3 + 2O2 → 2NO2- +
6CO2 + 12H2O →
karakterističnih reakcija
2H+ + 2H2O + E
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
2NO2- + O2 → 2NO3- + E
Utjecaj vanjskih čimbenika na intenzitet fotosinteze (voda, svjetlost, temperatura, CO2)
SVJETLOST Postupno povećanje intenziteta svjetlosti → povećanje stope fotosinteze (do svjetlosnog zasićenja – kada daljnje povećanje svjetlosti nema učinka).
TEMPERATURA Ovisi o temperaturi samo ako enzimske reakcije određuju brzinu procesa. Biljke mogu fotosintetizirati u rasponu od blizu 0°C pa sve do oko 50°C Stopa fotosinteze može se povećati povećanjem temperature do optimalne vrjednosti.
VODA U uvjetima manjka vode puči se zatvaraju pa CO2 ne može ući u list.
119 Količina vode potrebna za fotosintezu je neznatna.
KONCENTRACIJA UGLJIKOVOG DIOKSIDA Povećanjem koncentracije CO2 može se povećati stopa fotosinteze (normalna koncentracija CO2 u zraku nešto je manja od optimalne za fotosintezu).
Usporedba staničnog disanja i vrenja po količini dobivene energije
Vrenjem nastaju samo dvije molekule ATP-a, a biološkom oksidacijom se sintetizira 38 molekula ATP-a Dakle, staničnim disanjem oslobađa se mnogo više kemijske energije
h. Osnovne etape i procesi na kojima se temelji razvitak biljaka te utjecaj vanjskih i unutarnjih čimbenika na te procese
Mogućnost rasta biljaka tijekom cijelog života – vršnim i bočnim meristemima
Tvorno (embrionsko) tkivo biljke naziva se meristem. Ono zadržava sposobnost dijeljenja tokom cijelog života biljke. Nalazi se na samom vrhu glavne osi stabljike i na krajevima bočnih ogranaka (vršni i bočni pupovi) te na vrhu korijena (korijenov vršak). Dva su tipa mersitema: VRŠNI ili APIKALNI → omogućuju produžen rast (primarni rast). BOČNI ili LATERALNI → omogućuju rast u širinu drvenaste stabljike (sekundarni rast).
Proces rasta i diferencijacije biljke (klijanje sjemenki, stvaranje cvijeta i ploda)
KLIJANJE Kad se uklone svi inhibitori (tvari koje sprečavaju klijanje) i stvori potrebna količina hormona (auksini, giberlini, citokinin) odgovornih za diobu stanica, njihov produženi rast, sintezu enzima, primanjem vode započinju hidrolitički procesi razgradnje škroba (dobiju se građevne jedinice i energija za rast). Pod utjecajem hormona giberlina stvaraju se enzimi proteaze → razgrađuju rezervne bjelančevine.
120 Enzim amilaza → razgrađuje škrob iz endosperma. Osmotsko primanje vode uzrokuje izduživanje stanica klicina korijenka → time završava proces klijanja
STVARANJE CVIJETA Biljka stvara cvjetove kada dosegne određenu „zrelost“ → prelazi iz vegetativne u generativnu fazu. Vršni meristemi umjesto običnih zelenih listova stvaraju čašku, vjenčić, prašnike i plodne listove.
STVARANJE PLODA Plod nastaje nakon oplodnje, a sastoji se od sjemenke i usplođa (usplođe se najčešće razvija iz plodnice tučka).
DIFERENCIJACIJA Kad klica počinje rasti dolazi do razlikovanja (difenercijacije) među stanicama. Najprije se izdiferencira korijen i izdanak, a kao rezultat aktivnosti vršnog meristema, diferenciraju se stabljika i listovi. Naposljetku dolazi do diferencijacije stanica tih tkiva.
Biljni hormoni kao regulatori rasta biljke
AUKSINI → djeluju na produženi rast – potiču rast izdanka, a koče rast bočnih ogranaka i korijena (apikalna dominacija). GIBERLINI → poticanja rasta i razvoja izdanaka (stabljike i listova), stvaranje cvjetova u biljaka s rozetom. CITOKININI → potiču citokinezu (diobu stanica) → nastaju u tkivima koja rastu (najviše vršak korijena, klici i plodovima) APSCIZINSKA KISELINA (ABA) → izlučuje se u završnom dijelu razvoja i „stresnim“ uvjetima, npr. nedostatak vode. Ona usporava metabolizam i rast, a potiče dormanciju( r mirovanje sjemenki i pupova tijekom nepovoljnog klimatskog razdoblja do razdoblja povoljnog za klijanje) sjemenki i pupova ETILEN → C2H4 (jedini plinoviti hormon
djeluje i na druge biljke u blizini) - stvara ga većina
tkiva i organa u starenju – stari listovi, cvjetovi, plodovi. Ubrzava sazrijevanje plodova.
121
Djelovanje ekoloških čimbenika (temperature, intenziteta i trajanja svjetlosti) na rast i razvitak biljaka
Niske temperature potiču: dormanciju, stratifikaciju, vernalizaciju
dormancija – stanje mirovanja, smanjene fiziološke aktivnosti, privremeno prekinut ili jako usporen rast i razvoj zbog nepovoljnih uvjeta u okolišu – u biljaka npr. planinske trave prekidaju rast kad temperatura padne ispod određene vrijednosti, drveće stvara mirujuće zimske pupove obavijene zaštitnim ljuskama kad dani postanu kraći od određene vrijednosti, sjemenke nekih vrsta mogu proklijati i nakon puno vremena kad uvjeti postanu povoljni – poboljšanjem uvjeta (proljeće) dormancija se prekida.
stratifikacija – prekid dormancije sjemenki. Postiže se privremenim izlaganjem sjemenki pozitivnim niskom temperaturama ili djelovanjem hormona giberlina →izlaganje niskim pozitivnim temperaturama u nekoliko tjedana potaknut će lučenje giberlina i stvaranje većeg broja cvjetova – vernalizacija (cvjetanje se stimulira izlaganjem hladnoći)
Utjecaj svjetlosti
U biljkama se zbivaju promjene, ritmično, s izmjenama dana i noći – cirkadijani ritmovi →fotosinteza, gibanje puči, sklapanje listova, zatvaranje cvjetova, položaj cvjetnih glavica na osi izdanka i dr.
Povećanjem intenziteta svjetlosti – povećat će se fotosinteza Prevelikim osvjetljenjem – fotosinteza se prekida (listovi se sklapaju, kloroplasti se pomiču) Uzgojem biljaka u prostoru bez svjetlosti – biljke su nježne, blijede, izdužene, bez potpuno diferenciranih tkiva (biljka teži dosegnuti svjetlo).
122 KONTROLA CVJETANJA
Biljke dugog dana → proljetnice i pšenica, za cvatnju je potrebno više dana osvjetljenosti, a kratko razdoblje mraka Biljke kratkog dana → cvatu u kasno ljeto i jesen (dani kraći, a razdoblje mraka duže) Dnevno neutralne biljke → cvatu tijekom cijele vegetacijske sezone (tratinčice i maslačci).
Načini uzgoja biljaka vegetativnim putem KLONIRANJE – nespolno razmnožavanje; pomoću vegetativnih dijelova biljke → nastaju genetički istovjetne biljke.
REZNICE – razmnožavanje otkidanjem ili rezanjem dijelova stabljike (afrička ljubičica i carska begonija mogu se razmnožavati reznicama listova.
CIJEPLJENJE (KALEMLJENJE) – grančica ili pup jedne biljke (plemka) cijepi se na drugu srodnu biljku (podloga) → omogućuje kombinacije najboljih kvaliteta različitih vrsta ili sorti u jednoj biljci.
KULTURA BILJNIH TKIVA –kloniranje in vitro – iz malih komadića tkiva (eksplanti) izrezanih iz roditeljske biljke moguće jeregenerirati čitavu biljku uzgojem na krutim ili tekućim hranjivim podlogama koje sadrže mineralne soli, organske dodatke i biljne hormone. Pogodno za biljke koje se teško razvijaju iz sjemenke (orhideje), biljke se uzgajaju bez nametnika (sterilni uvjeti). Većnakon nekoliko dana u kontroliranim uvjetima se razvijuju skupine nediferenciranih stanica – kalus.
Različito djelovanje biljnih hormona na rast i razvoj biljaka Vidi Biljni hormoni kao regulatori rasta biljke. Biljni hormoni mogu se podijeliti na hormone rasta (hormoni poticatelji, pozitivni hormoni) koji potiču rast i razvoj biljke (npr. auksin) te
123 inhibirajuće hormone (negativni hormoni) koji uzrokuju procese kao što je otpadanje listova i dozrijevanje plodova (npr. etilen).
Kako nastaju izrasline, šiške
Šiške (cecidije) – izrasline (morfoze) koje nastaju pod utjecajem tvari koje izlučuju virusi, bakterije, gljive i kukci (najpoznatiji: osa ružine šiške) → dolazi do stvaranje neobičnih oblika tkiva i organa (to su zapravo biljni tumori, koji biljkama u pravilu ne štete osim što troše hranjive tvari)
Primjer dormancije u biljaka i njezin prekid (stratifikacija)
Sjemenke nekih biljaka dozriju u jesen i dospiju tlo. Zimi miruju a klijaju tek u proljeće. U razdoblju mirovanja, ako temperature u tlu dosegnu niže pozitivne vrijednosti (+2°C do 9°C), one bubre i njihov se hormonski sustav mijenja. Količina negativnog hormona (abscizinske kiseline) u to se vrijeme postupno smanjuje, a pozitivnoga se (giberelina) povećava. Nakon nekog vremena (nekoliko dana ili tjedana), ako su uvjeti temperature i vlage povoljni, sjemenka počinje klijati – stratifikacija.
Vernalizacija na primjeru dvogodišnjih biljaka Dvogodišnje biljke (npr. kupus, kelj) → u prvoj godini razvitka stvaraju rozetu listova (štiti pup), a tijekom iduće godine se vernaliziraju te cvatu u drugoj godini. Kad bi ih držali u toploj prostoriji one ne bi cvale jer im je za cvjetanje potrebna hladnoća.
i. Gibanja biljaka Značaj gibanja za biljke: bolje iskorištavanje uvjeta staništa, razmnožavanje, zaštita
Podražaji koji potiču gibanja biljaka: o svjetlost
foto-
124 o toplina
termo-
o dodir
tigmo-
o voda
hidro-
o sila teža
geo-
o potresanje
seizmo-
o kemijske tvari
kemo-
Tipovi gibanja
lokomotorna – pomiče se cijeli (jednostanični) organizam – bakterije, modrozelene alge, spermiji / organeli u stanicama viših biljaka – pomoću trepetljika, bičeva, ameboidno, klizanjem o taksije – okolišni čimbenik određuje smjer gibanja. Ovisno o smjeru gibanja mogu biti pozitivne i negativne; kemotaksija, fototaksija, hidrotaksija, tigmotaksija, geotaksija, termotaksija; npr. plivanje spermatozoida. (kemotaksija). o gibanja u stanicama - strujanje plazme, npr. kretanje kloroplasta prema svjetlu.
organomotorna – gibanja organa čvrsto priraslih organizama o tropizmi – smjer određen izvorom podražaja. Organi se mogu gibati prema izvoru podražaja – pozitivni tropizmi ili od izvora podražaj – negativni tropizmi. Ovisno o vrsti podražaja postoje: geotropizmi, fototropizmi, kemotropizmi, tigmotropizmi. o nastije – smjer im je određen građom organa, a ne podražajem – npr. otvaranje cvjetova tulipana pri povišenim temperaturama (termonastija), otvaranje cvjetova danju, a noću zatvaranje (niktinastija=fotonastija i termonastija), sklapanje liski mimoze (seizmonastija).
turgorska gibanja – uzrokovana promjenama turgora (tlaka u biljnim stanicama) – npr. pucanje ploda štrcalice.
125
5 ZOOLOGIJA a. Zajedničke osobine životinja, osobitosti glavnih skupina Zajedničke osobine životinja • mnogostanične • heterotrofan način ishrane
Uloga životinja u biosferi potrošači (biljojedi, mesojedi, svejedi)
Životinjska tkiva – građa i uloge • pokrovno (epitelno) – od gusto zbijenih mnogokutnih (prizmatičnih, cilindričnih, kubičnih ili pločastih) stanica s malo međustanične tvari – pokriva površinu tijela te omeđuje tjelesne šupljine: zaštitna uloga, apsorpcija (unutrašnjost crijeva), izlučevine (žlijezdane stanice) • vezivno – stanice razdvojene izvanstaničnom tvari koju izlučuju: masno tkivo, krv, limfa, hrskavica, kost – podupire i podmazuje druga tkiva • mišićno – mišićna vlakna (nastaju stapanjem nezrelih embrionalnih stanica, u njima se nalaze proteinska vlakna aktin, miozin) koja se mogu stezati na podražaj: poprečnoprugasto, srčano, glatko – voljni i nevoljni pokreti • živčano - živčane stanice (neuroni) i glija-stanice – izgrađuje mozak i leđnu moždinu te periferne živce i ganglije: primanje, provođenje i obrada podražaja iz okoliša
Povezati razlike u tjelesnoj organizaciji životinja s podjelom u 5 skupina: spužve, beskolutićavci, mnogokolutićavci, malokolutićavci i svitkovci Spužve su od mnogostaničnih životinja najednostavnije. Svaka stanica može obavljati više zadaća → spužve su organizacijski na razini stanice, tj. stanice nisu diferencirane.
126 Beskolutićavci – imaju jednostavno beskolutićavo tijelo. U prednjem dijelu tijela su se stopile živčane i osjetne stanice. U nekih se razvila glava. Nemaju organa za pokretanje.
Mnogokolutićavci – Tijelo se sastoji od niza kolutića. Kolutičav raspored prate i unutrašnji organi.
Malokolutićavci - preci kolutićavci koji su prešli na sjedilački (sesilni) način života, kolutićavost je teško uočiti. Svitkovci – Osnovno je obilježje svitak ili horda → pruža se ispod živčane vrpce i iznad crijeva, elastičan, daje potporu duž cijelog tijela.
b. Razvrstati općepoznate životinjske vrste u pripadajuće glavne skupine
Spužve – najjednostavnija (po građi) skupina mnogostaničnih životinja Svaka stanica može obavljati više zadaća (organizacijski na razini stanice), ali su te stanice ipak međuovisne (slično kao kod kolonijskih bičaša, ali nešto više); nemaju usta ni probavilo nego brojne otvore kroz koje struji voda s hranom.
Glavne skupine beskolutićavaca 1. PLOŠNJACI – virnjaci, metilji, trakavice 2. ŽARNJACI – koralji, režnjaci, obrubnjaci 3. OBLENJACI - oblići 4. MEKUŠCI – puževi, školjkaši, glavonošci
Zajedničke osobine beskolutićavaca • jednostavno tijelo bez kolutića • uglavnom bilateralno simetrične životinje (žarnjaci – radijalna simetrija)
127 • pokretne životinje koje nemaju pravih organa za pokretanje ili polusjedilačke i sjedilačke životinje • često nametnički oblici • neki imaju glavu (cefalizacija)
Predstavnici žarnjaka hidra, moruzgva, vlasulja, koralji, ušati klobuk
Skupine i predstavnici mekušaca • puževi: vinogradnjak, balavci • školjkaši: bezupka, dagnja • glavonošci: sipa, lignja, hobotnica
Razlika kolutićavci – člankonošci Osnovno obilježje člankonožaca jest da imaju vanjski skelet ili egzoskelet → noge raščlanjene u članke (člankonošci). Kod člankonožaca su se kolutići spojili u glavu prsa i zadak, to kod kolutićavaca nije slučaj
Skupine člankonožaca rakovi, pauci, škorpioni, krpelji, kukci i stonoge - predstavnici rakova: jastog, hlap, prug, škamp, rakovica - kukci – najraznolikija skupina životinja (najveći broj vrsta) - predstavnici kukaca: skakavci, bogomoljke, leptiri, muhe, komarci, buhe, kornjaši (hrušt, jelenak, bubamara), ose, mravi, bumbari, pčele, vodencvjetovi, vretenca
Bodljikaši – najpoznatija skupina malokolutićavaca Bodljikaši – najpoznatija skupina malokolutićavaca, svi bodljikaši su morske životinje, ima ih oko 6000. Većina ima peterozrakastu simetriju po kojoj su raspoređeni i unutrašnji organi. Ispod epiderme se stvara unutrašnji skelet (od vapnenih pločica)
128 Predstavnici bodljikaša: ježinci, zvjezdače, zmijače, trpovi
Beskralježnjaci – kralježnjaci Kralježnjaci se razlikuju od beskralježnjaka po tome što kao osnovu potpornog sustava imaju koštanu ili hrskavičnu kralježnicu koja se sastoji od niza zglobno povezanih kralježaka
Zajedničke osobine kralježnjaka kralježnica, lubanja (mozak), škrge ili pluća, višeslojna koža, organi za kretanje
Skupine (razredi) kralježnjaka • kružnouste • ribe • vodozemci • gmazovi • ptice • sisavci
Skupine i predstavnici vodozemaca - bezrepci: gatalinka, zelena žaba, žaba krastača, žuti mukač - repaši: vodenjaci, daždevnjak, čovječja ribica
Skupine i predstavnici gmazova - krokodili: nilski krokodil - kornjače: barska kornjača, glavata želva - zmije: bjelouška, kravosas, riđovka, poskok - gušteri: zidna gušterica, zelembać, macaklini
129 Razlika između nižih sisavaca i pravih sisavaca Niži su sisavci primitivniji – aplacentalni – nemaju posteljicu (placentu) u kojoj se razvijaju mladi nego nesu jaja (jednootvori, npr. čudnovati kljunaš) ili kote vrlo nerazvijene mlade koji onda provode mjesece u tobolcu (tobolčari, npr. klokan); imaju nečisnicu (jedan otvor za mokraću, izmet i spolne izlučevine); osobito su rasprostranjeni u Australiji iz evolucijskih razloga. Pravi sisavci ili plodvaši – mladi se razvijaju u maternici obavijeni posteljicom ili placentom. Novorođeni mladi su realtivno dobro razvijeni – majka troši puno energije
Osobine čovjeka iz kojih je vidljiva njegova pripadnost sisavcima, primatima KOŽA: dvoslojna (mnogostanična površinska pousmina i donja usmina) KOSTUR: lubanja, kralješnica s rebrima, kosti oplećja, kukovlje, kosti udova ŽIVČANI SUSTAV: čine ga mozak, kralješnična moždina i periferni živci OSJETILA: Organi za sluh, njuh okus i vid, osjet za dodoir u koži PROBAVA: sjekutići (odgrizanje hrane), očnjaci (komadanje hrane), pretkutnjaci i kutnjaci (žvakanje) Velika je sličnost u hormonalnom, dišnom te sustavu organa za razmnožavanje.
130
6 BIOLOGIJA ČOVJEKA a. Kemijski sastav tijela čovjeka, uloga glavnih anorganskih i organskih spojeva Važnost održavanja osmotske ravnoteže u organizmu: Voda je količinski najzastupljeniji i najvažniji kemijski spoj u organizmu. Nalazi se i u stanicama i oko njih(stanična i izvanstanična tekućina).Vrlo je važno održavanje osmotskog tlaka tjelesnih tekućina – važno je da stanice budu u izotoničnom mediju.
HIPERTONIČNO – zbog osmoze stanica gubi vodu, smežurat će se
Osmotski šok
HIPOTONIČNO – zbog ulaska vode stanice bubre i na kraju pucaju
Kemijski sastav tijela čovjeka MAKROELEMENTI: O (60%), C (20%), H (10%), N (4%), Ca, P, K MIKROELEMENTI: F, Mg, S, Cl, Na, Fe, Mn, Al ULTRAMIKROELEMENTI: Ti, Zn, Se...
b. Sastav tjelesnih tekućina, sastav i uloge krvi Osnovni sastojci krvi: Krvna plazma i krvna tjelešca – eritrociti (crvena krvna tjelešca CO2), leukociti (bijela krvna tjelešca
prenošenje kisika i
obrana organizma), trombociti (krvne pločice
zgrušavanje krvi)
Anemija Stanje u kojem crvene krvne stanice ne funkcioniraju optimalno, stanje niske razina hemoglobina u krvi. - simptomi: umor, pospanost, slabost, bljedoća, gubitak daha, lupanje srca, nesvjestica - uzroci: gubitak veće količine krvi (npr. posljedica obilnih i čestih menstruacija), nasljedni poremećaj u sintezi hemoglobina ili eritrocita, nedostatak željeza, vitamina B6, B9, B12
131
Značenje krvi u liječenju TRANSFUZIJA - prenošenje krvi ili krvnih produkata iz krvnog sustava jedne osobe u krvni sustav druge osobe (koristi se kada osoba izgubi puno krvi prilikom ozlijede ili kirurškog zahvata). Može se koristiti u lječenju anemije ili trombocitopenije, anemije srpastih stanica i hemofilije. Hemoglobin Crveni krvni pigment u eritrocitima koji uz sebe veže kisik (oksihemoglobin) i prenosi ga od pluća do svih stanica te uz sebe veže ugljikov(IV) oksid (karbaaminohemoglobin) i prenosi ga od stanica do pluća. Po sastavu je složeni protein koji sadrži željezo.
Podjela leukocita MONONUKLEARNI GRANULOCITI
POLIMORFNUKLEARNI GRANULOCITI
limfociti, monociti
bazofilni, eozinofilni, neutrofilni
Uloga leukocita – OBRANA ORGANIZMA LIMFOCITI limfociti B – humoralna ili serumska
limfociti T – stanična ili celularna imunost
imunost
MONOCITI – spadaju u makrofage, pokretni su, sudjeluju u imunološkim reakcijama BAZOFILNI LEUKOCITI – luče tvari koje pokreću upalne reakcije (npr. histamin) NEUTROFILNI LEUKOCITI – fagocitoza EOZINOFILNI LEUKOCITI – alergijske reakcije; fagocitiraju i odstranjuju komplekse antigen - antitijelo
ABO i Rh sustav krvnih grupa
Membrane ljudskih eritrocita sadrže specifične bjelančevine – antigene. Najvažniji antigeni na membranama eritrocita su A i B. Zovemo ih aglutinogenima A i aglutinogenima B. Oni daju 4 osnovna tipa krvnih skupina : A, B, AB, O. U krvnoj
132 plazmi pripadnici pojedine krvne grupe imaju specifična protutijela (antitijela) – aglutinine.
KRVNA GRUPA
AGLUTINOGEN ILI
AGLUTININI ILI
ANTIGEN NA MEMBRANI
PROTUTIJELA U KRVNOJ PLAZMI
A
A
anti-B
B
B
anti-A
AB
A, B
NEMA
O
NEMA
anti–A, anti–B
Nakon transfuzije nepodudarne krvne grupe (čiji eritrociti imaju antigene za koje u krvnoj plazmi primatelja postoje protutijela) dolazi do alergijske reakcije koja može uzrokovati smrt. Ta reakcija sastoji se od aglutinacijske i hemolitičke transfuzijske reakcije. AGLUTINACIJA – sljepljivanje eritrocita u nesrodnom serumu → nastaju ugrušci koji mogu začepiti krvne žile HEMOLIZA – raspadanje eritrocita RH–sustav – eritrociti na svojim membranama imaju još jednu skupinu bjelančevina, tzv. Rh–aglutinogene Rh–pozitivna osoba – ima taj antigen Rh–negativna osoba – nema taj antigen na membranama eritrocita
Kod Rh-sustava nema prirođenih antitijela. Do sinteze stečenih protutijela (Rh – aglutinina)dolazi imunizacijom Rh- osobe eritrocitima Rh+ osobe.
Kod pogrešne transfuzije krvi
u tijeku trudnoće
Rh+ osobe u Rh- osobu
Rh- majka nosi Rh+ dijete
Hemolitička bolest novorođenčadi Ukoliko Rh- majka nosi Rh+ dijete, pri dospijeću fetalne krvi u krvotok majke stvaraju se antitijela, koja dospiju u krvotok fetusa te izazivaju hemolizu njegovih eritrocita (najčešće
133 tijekom poroda, svaka sljedeća trudnoća je sve rizičnija, danas se sprečava davanjem injekcije protutijela na Rh-protutijela majci nakon poroda) Uloga trombocita zgrušavanje krvi (sprečavaju iskrvarenje pri oštećenju krvnih žila)
Izmjena tvari između kapilara i tkiva 1) Iz krvi u stanice ulazi O2 i hranjive tvari (C6H12O8) – difuzija 2) Iz stanica u krv ulazi CO2 i produkti metabolizma – difuzija
Razlika između seruma i plazme Ako se iz krvi odstrani fibrinogen (najvažniji protein za zgrušavanje krvi), dobije se defibrinizirana plazma koju zovemo krvnim serumom. Dakle, serum je krvna plazma bez fibrinogena.
Sedimentacija taloženje krvnih stanica nakon centrifugiranja izvađene krvi ili sponatanim taloženjem krvi. Krvne stanice sendimentiraju u usko baždarenoj kapilari od 2-10 mm na sat. To je brzina sendimantacije krvi (SE.) Brzina sedimentacije koja odstupa od normalne pokazatelj je nekih stanja (trudnoća 35mm/h, novorođenče 1-2mm/h) i bolesti (upale, anemije, alergije... tada je u pravilu smanjena).
Sastav i uloga limfe Limfni sustav zaseban je sustav limfnih žila kroz koje protječe limfa. Sastav: slična međustaničnoj tekućini (nastaje tako da dio međustanične tekućine prijeđe u limfne žile). Uloga: 1) iz tkivnih prostora zajedno s međustaničnom tekućinom odstranjuje bjelančevine i velike čestice koje ne mogu izravno ući u kapilare →regulira koncentracije bjelančevina u međustaničnim prostorima te volumen i tlak međustanične tekućine. 2) apsorbira i prenosi masti iz probavnog sustava
Glavna krvotvorna tkiva i organi
134 koštana moždina, prsna žlijezda (timus), slezena, limfni čvorovi
c. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada srca i krvožilnoga sustava Osnovna građa i uloga arterija i vena ARTERIJE– imaju deblje elastične stijenke jer imaju jače razvijen mišićni sloj. One izvode krv iz srca. VENE – imaju tanje stijenke jer im je mišićni sloj slabo razvijen. Zbog toga su vrlo rastezljive i služe kao spremnik krvi. One dovode krv u srce.
Tlak u krvnim žilama Najveći je u velikim arterijama koje su bliže srcu, opada u malim arterijama, arteriolama i kapilarama, najmanji je u venama, osobito šupljim venama (vene koje vode u desnu pretklijetku).
Smještaj srca u čovjeka
U prsnoj šupljini između dva plućna krila, unutar opne (osrčja ili perikarda). Njegova baza okrenuta je prema gore i desno, a njegov vrh dolje lijevo. Najveći je dio srca u sredini prsnog koša.
SRCE GRAĐA
ULOGA
po dužini je podijeljeno na
potiskivanje krvi kroz krvne
lijevo (arterijsko) i desno
žile kako bi se svakoj stanici
(vensko), a svaki taj dio
dopremile dovoljne količine
poprečno je podijeljen na
kisika i hranjivih tvari, a
pretklijetku (atrij) i
otpremio CO2 i
klijetku (ventrikul),
štetne/suvišne tvari
135 između lijeve i desne strane nema neposredne povezanosti pa se arterijska i venska krv ne miješaju, na prijelazu iz pretklijetke u klijetku nalaze se srčani zalisci koji osiguravaju jednosmjeran protok krvi. Ulaz iz desne pretkljetke u desnu klijetku razdvajaju trodijelni, a iz lijeve pretklijetke u lijevu klijetku dvodjelni zalisci. Zalisci pluće arterije i aorte su semilunarni (polumjesečasti) zalisci.
136
aorta donja šuplja vena
plućne arterije plućne vene
plućne vene
lijeva pretklijetka desna pretklijetka dvolisni zalistak polumjesečasti zalisci donja šuplja vena donja šuplja vena
lijeva klijetka
trolisni zalistak mišićna klijetka
desna klijetka
septum Građa srca
Uloga malog i velikog optoka krvi MALI OPTOK KRVI – plućni – deoksigenirana (bogata CO2) krv iz desne klijetke srca potiskuje se u plućnu arteriju koja ju vodi u pluća gdje se oksigenira (obogaćuje kisikom) te se vraća kroz plućne vene u lijevu pretklijetku. VELIKI OPTOKA KRVI – sistemski – oksigenirana krv potiskuje se iz lijeve klijetke u aortu (najveću arteriju), zatim arterijama i arteriolama te arterijskim kapilarama dolazi do stanica (difuzijom se kroz mrežu kapilara izmjene plinovi), deoksigenira se te venskim kapilarama, venulama, venama i šupljim venama dolazi u desnu pretklijetku.
137
Utjecaj živčanog sustava na krvožilni sustav Završeci živaca autonomnog živčanog sustava dopiru do S-A čvora ( primarno središte automacije srce) → mogu promjeniti frekvenciju i jačinu kontrakcije srca. 1) Stimulacija srca simpatikusom zasniva se na neurohormonu noradrenalinu (NA)→srce radi brže i snažnije 2) Parasimpatički živac (vagus) luči neurohormon acetilkolin →srce radi sporije i slabije 3) Arterije su povezane ograncima autonomnog živčanog sustava koji podražuju stijenke arterije i time imaju važnu ulogu u regulaciji protoka krvi kroz pojedine djelove tijela i u regulacijikrvnog tlaka. Simpatičkom stimulacijom nastaje stezanje (vazokonstrikcija), a parasimpatičkom širenje (vazodilatacija) arterija.
138
Ovisnost promjena u intenzitetu tjelesne aktivnosti s promjenama u radu srca i pluća 1) Tijekom fizičke aktivnosti potreba stanica za kisikom raste. Homeostatski mehanizmi ubrzaju rad srca te brzinu i dubinu disanja. Srce se prilagođuje bržim i snažnijim radom simpatičkom stimulacijom. Tako se tok krvi iz srca u tijelo može povećati s 5 na više od 10 litara u minuti 2.) Suprotno tome (npr. dok spavamo) tijelu je potrebno manje kisika i hranidbenih tvari. Srce stimulira vagus, koji na živčanim završecima luči acetilkolin → promet krvi kroz srce smanji se s 5 na samo 3 litre u minuti.
d. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada dišnog sustava
Dijelovi dišnog sustava i njihov položaj u tijelu čovjeka GORNJI DIŠNI PUTOVI: nos, ždrijelo, grkljan DONJI DIŠNI PUTOVI: dušnik, dušnice, dva plućna krila s poplućnicom (opnom)
Građa dišnih organa i njihove uloge NOS – prokrvljena i topla sluznica → grijanje zraka, dlačice i sluz u nosu → pročišćavanje zraka
ŽDRIJELO – otvor jednjaka i početak dušnika = grkljan
GRKLJAN – smješten je između ždrijela i dušnika, oblikuju ga četiri hrskavice. Iznad grkljana pod korijenom jezika nalazi se grkljanski poklopac (epiglotis). Grkljan iznutra oblaže sluznica i oblikuje dva tanka nabora = glasnice – vibriranjem glasnica nastaju glasovi.
DUŠNIK - cijev koja se nastavlja na grkljan. obložen prstenastom hrskavicom → dušnik stalno drži otvorenim (zrak nesmetano ulazi i izlazi iz njega)
139 obložen trepetljikavim epitelom; trepetljike trepere odozdo prema gore (→ ždrijelu; v = 1 cm/min), uz pomoć sluzi odnose čestice prašine i mikrobe iz dušnika u ždrijelo iz kojeg se gutanjem prebacujuu želudac ili se iskašlju (ispljuvak)
DUŠNICE (bronhi) – također obložene prstenastom hrskavicom; granaju se u sve tanje cjevčice → bronhiole koje se proširuju u alveole ili plućne mjehuriće. PLUĆA – nalaze se u plućnoj šupljini, zaštićena su rebrima; ispod se nalazi ošit (dijafragma) – dijeli plućnu i trbušnu šupljinu i sudjeluje u disanju - boja pluća: kod djece – ružičasta; odrasli – siva, pušači - smeđa - građa pluća: 2 PLUĆNA KRILA → DESNO – 3 REŽNJA; LIJEVO – 2 REŽNJA; m = 1,2 kg - svako plućno krilo obavijeno je POPLUĆNICOM (= PLEURA); sastoji se od 2 lista: unutarnji –prileže uz pluća; vanjski – prileže uz rebra = POREBRICA - između vanjskog i unutarnjeg lista – tekućina → sljubi obje opne i oba plućna krila prate pomicanje prsnog koša i ošita pri udisaju i izdisaju - u korijenu pluća (hilusu) → veliki limfni čvor
140
nazofarinks
nos
orofarinks
jezik
laringofarinks ždrijelo jednjak lijevo plućno krilo
dušnik lijevo plućno krilo
bronhi
bronhi bronhioli
dijafragma Građa dišnog sustava
Mehanika i regulacija disanja
U pokretima disanja sudjeluju mišići prsnog koša i dijafragma - primanje (udisaj ili inspirij) i istiskivanje (izdisaj ili ekspirij) zraka u/iz pluća → ritmički živčaniimpulsi koji dolaze iz dišnih središta u mozgu. - živčani impulsi podražuju ošit (dijafragmu) i međurebrene (interkostalne) mišiće.
141 Pluća prate promjenu volumena prsnoga koša → stežu se i rastežu – poplućnicom su pričvršćene zastijenku prsnoga koša. inspiracijski mišići → sudjeluju pri udisaju. ekspiracijski mišići → sudjeluju pri izdisaju. UDISAJ – međurebreni mišići se stežu (kontrahiraju), rebra se podižu, pluća se šire zajedno s povećanjem volumena prsnog koša kontrakcija i spuštanje dijafragme. IZDISAJ – smanjuje se volumen prsnoga koša, pluća se stežu i zrak se istiskuje iz pluća.
Mehanizam izmjene plinova u plućima te između krvi i stanica U plućima se između alveola i kapilara obavlja izmjena plinova → načelo izmjene je difuzija (plinovi se najprije otapaju u tankom sloju tekućine koja oblaže kapilare te potom prolaze kroz epitel plućnih mjehurića i stijenke kapilara) 1. Budući da je parcijalni tlak kisika viši u alveolarnom zraku nego u krvi, postoji koncentracijski gradijent zbog kojeg kisik difundira u krv. Ugljikov(IV) oksid pak iz krvi izlazi u alveolu. Difuzija plinova odvija se neprekidno→cirkulacija krvi i izmjena zraka disanjem u plućima onemogućuje izjednačavanje parcijalnih tlakova O2 i CO2 2. Jednako je načelo izmjene plinova između krvnih kapilara i stanica u organizmu (krvlju se kisik prenosi od pluća do stanica a ugljikov(IV) oksid obratno)
Povezanost plućnog i staničnog disanja Plućnim disanjem tijelo se opskrbljuje kisikom koji je potreban stanicama u procesu biološke oksidacije.
Ovisnost promjena u intenzitetu tjelesne aktivnosti s promjenama u radu dišnoga sustava Pri većem intenzitetu tjelesne aktivnosti (npr. trčanje, sport, fizički rad), povećava se intenzitet rada dišnog sustava (disanje se ubrzava) kako bi (mišićne) stanice bile opskrbljene dovoljnom količinom kisika za povećani intenzitet staničnog disanja koji je potreban zbog
142 pojačane potrebe za energijom. Obrnuto, pri smanjenoj tjelesnoj aktivnosti (npr. spavanje) disanje se normalno usporava (smanjuje se intenzitet aktivnosti dišnog sustava) jer stanicama nije potrebna tolika opskrbljenost kisikom.
e. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada imunološkog sustava Antigen, antitijelo i imunološka reakcija antigen (imunogen) • svaka tvar koja uzrokuje nastanak imunološke reakcije • u organizam najčešće ulaze kroz dišni i probavni sustav, oštećenu sluznicu ili kožu • što je molekula antigena veće molekulske mase, to je u pravilu jači antigen, pokreće jaču imunološku reakciju • najčešće su bjelančevine, lipoproteini, glikoproteini, oligopeptidi i polisaharidi antitijela • • • • • •
bjelančevine kojeimaju važnu ulogu u obrani organizma od antigena sastoji se od 4 bjelančevinasta lanca međusobno povezana bisulfidnim vezama dva lanca imaju manju molekulsku masu (laki lanci), a dva veću molekulsku masu (teški lanci) svako protutijelo sastoji se od konstantnog i varijabilnog dijela plazma stanice proizvode različite vrste protutijela – imunoglobuline mjesto vezanja
mjesto vezanja
antigena
antigena
bisulfidna veza
laki lanac
laki lanac teški lanac
teški lanac
Građa antitijela
143 imunološka reakcija – reakcija koju pokreće imunološki sustav protiv stranih antigena (faze: prepoznavanje, reakcija i uništenje antigena)
ORGANI I TKIVA IMUNOLOŠKOG SUSTAVA SREDIŠNJI – proizvodnja
PERIFERNI – razvijaju se pod
stanica važnih za obranu tijela
kontrolom primarnih
te kasnije održavanje
(središnjih) organa.
imunološkog sustava. To su: timus i koštana moždina.
To su: slezena limfni čvorovi, limfni čvorovi na crijevu (Peyerove ploče), limfatičko tkivo smješteno uz probavilo, dišni i mokraćno-spolni sustav.
Specifična i nespecifična imunost (imunitet)
1) NESPECIFIČNA (PRIROĐENA) – temelji se na fagocitozi, enzimatskoj razgradnji mikroorganizama ili na izravnom razaranju mikroorganizama postojećim antitijelima.
2) SPECIFIČNA (STEČENA) – mnogi virulentni oblici bakterija i drugih mikroorganizama se ne mogu fagocitirati jer teško prijanjaju uz fagocite ili stvaraju antifagocitne tvari – u tom slučaju organizam treba stvoriti (steći) imunost: stvaranjem humoralnih (specifičnih) antitijela( B – limfociti) ili pomoću T-limfocita ( = stanična imunost)
Putovi ulaska antigena u organizam, mjesto prepoznavanja i načini sprječavanja ulaska antigena PUTEVI ULASKA : dišni sustav, probavni sustav, spolni sustav, oštećena koža ili sluznica
144 MJESTO PREPOZNAVANJA: limfoidni organi, od kojih najznačajniju ulogu imaju stanice u limfnim čvorovima. NAČINI SPRJEČAVANJA ULASKA ANTIGENA: redovito pranje ruku, pojačana higijena tokom epidemija, izbjegavati prostore s mnogo ljudi u vrijeme epidemije, odgovorno spolno ponašanje, izbjegavati višestruku uporabu igala i štrcaljki među ljudima, izbjegavati boravak u području bujne vegetacije u vrijeme visoke koncetracije peludi u zragu (kod alergija), kratko provjetravati prostorije u kojima boravimo, smanjiti količinu kućne prašine (grinje)...
Aktivno i pasivno stečena imunost AKTIVNO STEČENA SPECIFIČNA IMUNOST – organizam dolazi u dodir s antigenom koji pokreće imunološku reakciju. 1) PRIRODNI PUT – imunizacija nastala kod ljudi koji su preboljeli neku zaraznu bolest ili su bili u dodiru s antigenom ali nisu oboljeli 2) UMJETNI PUT – imunizacija nastala cijepljenjem – u organizam je unesen oslabljeni (nepatogeni) uzročnik koji će pokrenuti imunološku reakciju, ali ne će izazvati bolest PASIVNO STEČENA SPECIFIČNA IMUNOST – organizam dobiva gotova antitijela protiv određenih antigena 1) PRIRODNI PUT – embrio i fetus dobivaju antitijela kroz posteljicu (Ig-G), novorođenče sisanjem majčina mlijeka – KOLOSTRUMA (Ig-A, Ig-M) 2) UMJETNI PUT – cijepljenjem se u organizam unose gotova antitijela dobivena imunizacijom drugog čovjeka ili životinje, npr. protiv ugriza otrovnica i sl.
Djelovanje imunološkog sustava na tumore U normalnom stanju imunološki sustav razlikuje zdrave stanice od stanica koje su zaražene virusima kao i tumorske stanice. Zbog promjena u takvim stanicama one stvaraju bjelančevine koje imunološki sustav prepoznaje kao antigene i pokreće prema njima imunološku reakciju. Iako takve promjenjene stanice imunološki sustav uništava, katkada se to ne događa i tada nastaju tumori.
145
f. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada probavnog sustava
Probavni organi i njihov položaj u tijelu Probavni organi su: usta, ždrijelo, jednjak, želudac, tanko crijevo, debelo crijevo i analni otvor Probavnom sustavu priključene su žlijezde slinovnice, jetra i gušterača SMJEŠTAJ:
USTA – početni dio probavnog sustava. ŽDRIJELO – križište probavnog i dišnog sustava. Sprijeda se u ždrijelo otvara usna šupljina, a odozgo nosna, a prema dolje jednjak i grkljan. JEDNJAK – cjevasti mišićni organ, obložen sluznicom.Smješten je ispred kralježnice. Donji dio jednjaka zaokreće u lijevo, prolazi kroz ošit i ulazi u želudac. ŽELUDAC - vrećasto mišićno spremište hrane u kojem se hrana istodobno i probavlja. Smješten je visoko u trbuhu na lijevoj na lijevoj strain trbušne šupljine. TANKO CRIJEVO – ima 3 dijela (dvanaesnik ili duodeum, jejunum i ileum) DEBELO CRIJEVO – nastavlja se na tanko crijevo. Dijeli se na početni dio – SLIJEPO CRIJEVO na kojem se nalazi crvuljak. Na slijepo crijevo nastavlja se KOLON, a završava završnim crijevom REKTUMOM ili ČMAROM.
Građa probavnih organa i njihova uloga
146 USTA – sastoje se od gornje nepokretne vilice (maxilla) i donje pokretne vilice (mandibula). Ulaz čine gornja i donja usna. Iza usana → ZUBI (prednji sjekutići i očnjaci – kidaju i odgrizaju komade hrane, stražnji – pretkutnjaci i kutanjci – drobe ih i melju u manje komade). JEZIK – pokreće hranu i potiskuje je na dno usne šupnjine. Ima brojne okusne receptore → jezik određuje kakvoću hrane, a ima i obrambenu ulogu → otkriva niz sastojaka potencijalno štetnih za organizam. ŽLIJEZDE SLINOVNICE – 3 para → podjezične, podvilične i podušne → luče slinu koja se miješa s hranom, oblikuje zalogaj, omekšava hranu i olakšava gutanje. Luče enzima ptijalin (amilaza) → hidrolizira škrob u maltozu i glukozu. Stezanjem mišića ždrijela hrana se potiskuje u jednjak (meko nepce zatvara prolaz prema nosnoj šupljini, a epiglotis zatvara prolaz prema grkljanu i dušniku). Aktivne kontrakcije jednjaka hranu potiskuju prema ŽELUDCU – mišićni, vrećasti organ u obliku slova J, razlikujemo ulazni dio, tijelo i izlazni dio želudca → na ulazu i izlazu malaze se prstenasti mišići – sfinkteri → reguliraju ulaz i izlaz sadržaja iz crijeva. Žlijezdane stanice u želudcu luče: pepsin (prvo u inaktivnom obliku – pepsinogen) → proteolitički enzim (probava proteina); gastrin → potiče obložene gastrične stanice na lučenje HCl, te potiče gastrične žlijezde na lučenje pepsinogena; sluz (mukozu) → luče je sporedne (mukozne) stanice; želučanu lipaza → enzim za razgradnju masti. Pilorusni dio želudca luči unutrašnji faktor → omogućuje apsorpciju vitamin B12 u tankom crijevu. TANKO CRIJEVO: Brunnerove žlijezde → početni dio dvanesnika, luče sluz koja štiti cijevnu stijenku od probavnog djelovanja želučanog soka. Liberkühnove kripte → po cijeloj površini tankog crijeva osim u dvanaesniku. Luče crijevni sok.
Uloga jetre i gušterače u probavi hrane JETRA – razgradnja i dogradnja mnogih biomolekula, stvaranje žučnih soli koje pohranjuje u žučnom mjehuru i izlučuje u dvanaesnik – za raspršivanje masti.
GUŠTERAČA – lučenje probavnih sokova u dvanaesnik, hidorgenkarbonatni ioni za neutralizaciju himusa (želučane kiseline) u dvanaesniku, enzimi tripsin, kimotripsin, karboksipolipeptidaza, pankreazna lipaza, amilaza, nukleaza
147
Građa zubi Zub se sastoji od tri dijela: vanjskog (kruna), srednjeg (vrat), unutarnjeg (korijen). Slojevi zuba od vanjske prema unutrašnjoj stranic su: caklina, zubnina (dentin) i cement, a unutar ta tri tvrda sloja nalazi se mekani dio crvene boje, tj. srčika (tu ulaze ogranci živaca, arteriole i venule, odontoblasti i ogranak V. moždanog živca). PODJELA ZUBI - u četiri skupine: sjekutići (incizivi) – 8 zuba, očnjaci (kanini) – 4 zuba, pretkutnjaci (premolari) – 8 zuba, kutnjaci (molari) – 12 zuba. Zubalo može biti: MLIJEČNO (djeca – 20 zuba) i TRAJNO (odrasli – 32 zuba)
zubna caklina kruna
pulpa dentin ligamenti
vrat
krvne žile i cement
korijen
Građa zuba
Djelovanje ptijalina Ptijalin (α–amilaza) – hidrolitički enzim koji u ustima razgrađuje škrob na maltozu i glukozu. Djeluje brzo, već se u ustima razloži oko 70% škroba.
Uloga žuči Žuč rasprši (emulgira) mast u sitne kapljice koje tada enzim lipaza može razgraditi. Žuč se stvara u jetri.
148
Uloga tankog i debelog crijeva TANKO CRIJEVO – potpuna razgradnja hranjivih tvari, sluz za zaštitu crijeva, sokovi gušterače i jetre ulijevaju se u dvanaesnik, apsorpcija hranjivih tvari (monosaharida, aminokiselina, glicerola, viših masnih kiselina)
DEBELO CRIJEVO – reapsorpcija vode, iona i vitamin, razgradnja celuloze (1%) uz pomoć bakterija, sinteza vitamin K i B12
PREGLED ULOGA ORGANA PROBAVNOG SUSTAVA
Dio probavnog sustava
Uloga
Usta
Usitnjavanje hrane i formiranje zalogaja
Žlijezde slinovnice
Lučenje sline i enzima za razgranju ugljikohidrata
Ždrijelo
Gutanje
Jednjak
Prijenos zalogaja
Želudac
Lučenje inaktivnog pepsinogena, aktiviranje pepsinogena u pepsin koji razgrađuje bjelančevine, lučenje želučane kiseline za aktiviranje enzima i zaštitu od mikroorganizama, lučenje zaštitne sluzi
Jetra
Razgradnja i dogradnja mnogih biomolekula, skladištenje željeza i vitamina, razgradnja starih krvnih stanica, razgradnja toksina, stvaranje žučnih soli koje pohranjuje u žučnom mjehuru i izlučuje u dvanaesnik za raspršivanje masti
149 Gušterača
Regulacija koncentracije glukoze u krvi, lučenje sokova u dvanaesnik, hidrogenkarbonatni ioni za neutralizaciju himusa u dvanaesniku, enzimi: tripsin, kimotripsin, karboksipolipeptidaza, pankreasna amilaza, lipaza, nukleaza
Tanko crijevo
Potpuna razgradnja hranjivih tvari, sluz za zaštitu crijeva, sokovi jetre i gušterače ulijevaju se u dvanaesnik (enzimi, ioni, žučne soli), apsorpcija hranjivih tvari (monosaharida, aminokiselina, glicerola, viših masnih kiselina)
Debelo crijevo
Reapsorpcija vode, iona i vitamin, razgradnja oko 1% celuloze uz pomoć bakterija, sinteza vitamin K i B12
Crvuljak
Sadržava limfatičko tkivo
Zadnje crijevo
Formiranje fecesa
Analni otvor
Regulira pražnjenje crijeva, sfinkter
Peristaltika crijeva: kretnje crijeva kojima se ostaci hrane u njemu miješaju s probavnim enzimima i žuči te pokreću prema rektumu; pod kontrolom je autonomnog živčanog sustava, omogućuju ju uzdužni i kružni (prstenasti) mišići u stijenki crijeva
150
g. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada metaboličkog sustava
Mehanizam termoregulacije Čovjek se ubraja u homeotermne organizma → može održavati svoju temperaturu stalnom (bez obzira na vanjske ili unutrašnje čimbenike) Središta za regulaciju tjelesne temperature - HIPOTALAMUS
AKO JE TIJELO PREGRIJANO: Šire se krvne kapilare (vazodilatacija), povećava se dotok krvi u kožu pa se topline otpušta u okoliš, stezanjem žlijezda lojnica
središte za
središte za
produkciju topline
redukciju topline
Primaju obavijesti o tjelesnoj toplini živčanim putem: 1. Iz termoreceptora za toplo u koži 2. Krvlju koja teče pregrijana ili
oslobađa se znoj → isparavanjem pothlađena kroz hipotalamus hladi kožu, hormonalnim putem regulira se smanjenje razgradnje hranjivih tvari te se time smanji proizvodnja topline
AKO JE TIJELO POTHLAĐENO: Prestaje znojenje, krvne kapilare se stežu (vazokonstrikcija), smanjuje se protok krvi a) u koži, hormonima b) (tiroksin, adrenalin) c)
151
Sastojci hrane koji su izvor energije u organizmu: masti, ugljikohidrati Sastojci hrane koji izgrađuju organizam: bjelančevine, minerali
Regulacija šećera u krvi Važnu ulogu ima gušerača, tj. Langerhansovi otočići → luče hormone inzulin i glukagon. INUZLIN – pojačava process ulaska glukoze u stanice desetak puta, omogućuje oksidativnu razgradnju ili pohranu glukoze u obliku glikogena, ima anaboličko djelovanje (izgradnja proteina i masti). Rezultat djelovanja → smanjenje koncentracije glukoze u krvi. GLUKAGON – potiče razgradnju glikogena (polisaharid u jetri i mišićima) u jetri i uzrokuje povećanje glukoze u krvi.
normglikemija
hiperglikemija
hipoglikemija
GUK
5.55 mmol/L
> 5.55 mmol/L
< 5.55 mmol/L
Aktivnost gušterače
-
lučenje inzulina
lučenje glukagona
(GUK = koncentracija glukoze u krvi)
Bazalni i radni metabolizam - bazalni metabolizam (BM) – količina energije koju tijelo troši dok potpuno miruje (spavanje). Na BM ne možemo djelovati svojom aktivnošću, na njega mogu znatno utjecati hormoni štitnjače. Veći je u djece i mladih ljudi. U muškaraca je viši za oko 10% - radni metabolizam (RM) – količina energije za sve aktivnosti organizma osim za održavanje osnovnih životnih funkcija (BM) → na njega izravno utječu aktivnosti kojima se bavimo. Vitamini VITAMINI – biološki regulatori kemijskih reakcija u organizmu (sinteza enzima, zaštita od zaraza…). Nužni za život (u relativno malim količinama). Dobili su ime kao "životno važni amini", ali nisu svi po kemijskoj vrsti amini. Tijelo ih ne proizvodi ili ih ne proizvodi dovoljno pa ih dobiva hranom ili od bakterija koje žive u debelom crijevu. vitamini topivi u mastima: A, D, E, K
152 vitamini topivi u vodi: B, C
TABLICA: Uloga i posljedica nedostatka vitamina u tijelu VITAMIN
ULOGA
HIPOVITAMINOZA/AVITAMINOZA*
A (retinol)
važan je za vid
noćna ili kokošja sljepoća
B1 (tiamin)
važni za živčane
beri – beri, poremećaj funkcije živčanih
stanice,
stanica
B2 (riboflavin)
hemoglobin,
dermatitis
B3 (niacin)
sudjeluju u
pelagra
B5 (pantetonska
metabolizmu
umor, slabost, drhtanje ruku i nogu
kiselina)
ugljikohidrata,
B6 (piridoksin)
masti i proteina,
nadražaj živčanih stanica, oštećenje
važni za rast B9 (folna kiselina)
stanice
sluznice, slabokrvnost slabokrvnost, problem s probavnim sustavom
B12
slabokrvnost
(cijanokobalamin) C (askorbinska
skorbut
kiselina) D (kalciferol)
rahitis
E (tokoferol)
sterilnost
* Hipovitaminoza – manjak nekog vitamin * Avitaminoza – potpuni nedostatak nekog vitamin
Uloga minerala u organizmu Ca – izgrađuje kosti, zube; sudjeluje u prijenosu živčanih signala, kontrakciji mišića (osobito srca), grušanju krvi, regulaciji aktivnosti brojnih enzima i hormona, transport kroz staničnu membranu P – sastojak kosi i zuba, nukleinskih kiselina, ATP-a, mnogih koenzima, održava pH ravnotežu (fosfatni puferi) Fe – sastojak hemoglobina Na – regulacija krvnog tlaka, osmotskog tlaka tjelesnih tekućina, mehanizam provođenja živčanih impulse, rad srca, mehanizam mišićnih kontrakcija
153 K – važan za održavanje membranskog potencijala stanica u mirovanju I – važan za sintezu hormona štitnjače
h. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada sustava za regulaciju sastava tjelesnih tekućina
Građa kože i njezine uloge Na površini kože → POUSMINA (EPIDERMA), ispod nje USMINA (DERMA), odvaja ih BAZALNA MEMBRANA Ispod epiderme i derme → potkožni sloj stanica EPIDERMA – tanji, površinski sloj kože, u izravnom kontaktu s okolišem, neprestano se troši i ima sposobnost regeneracije. DERMA – deblji, unutarnji sloj kože, važni sastojci → KOLAGEN (daje čvrstoću) i ELASTIN (daje elastičnost). U dermi – krvne kapilare, osjetna tjelešca, žlijezde znojnice i lojnice, korijen dlake, snopovi glatkih mišića. ULOGE KOŽE: zaštitna uloga – štiti od vanjski utjecaja, mehaničkih djelovanja, gubitka vode, prodora mikroorganizama u tijelo, sunčeva zračenja. regulacijska uloga – regulacija tjelesne temperature metabolička uloga – sinteza vitamin D, skladište masti osjetni organ – u njoj se nalaze osjetna tjelešca za dodir, topline, hladnoću i bol
154
Građa kože (sa živčanim završecima) Uloga melanina u zaštiti od UV zračenja Melanin – pigment koji koži daje boju, sintetizira se u melanocitima te upakiran u melanosome putuje do epidermalnih stanica čije jezgre (DNA) štiti od štetnog UV zračenja. Količina melanina u koži ovisi o : • genima • hormonskim faktorima • količini Sunčeve svjetlosti kojoj je koža izložena Pretjerano izlaganje kože UV zračenju može dovesti do pojave tumora – MELANOMA
Osnovna građa i uloga nefrona u filtraciji krvne plazme i stvaranju mokraće NEFRON – osnovna građevna jedinica bubrega. Sastoji se od Bowmanove čahure, silaznog i uzlaznog kraka i sužene petlje koja krakove povezuje, uzlazni krak ulijeva se u zajedničke sabirne kanaliće koji se ulijevaju u bubrežnu čašicu - u čahure nefrona dovodne arteriole dovode krv iz koje se kroz kapilarno klupko (glomerul) filtrira plazma, tijekom prolaska filtrata kroz silazni te uzlasni krak stanice stijenke nefrona upijaju većinu potrebnih tvari iz filtrate netrag u krvotok, a ostatak čini mokraću koja odlazi u mokraćovod – uloga nefrona je pročišćavanje krvi – filtracija krvne plazme i stvaranje mokraće.
155
filtracija odvodna arteriola
reapsorpcija
dovodna arteriola
glomerul
glomerularna kapsula
Građa nefrona
arterija i vena glomerul dovodna arteriola odvodna arteriola Bowmannova čahura kapilare ravne krvne žile
Henlova petlja sabirni kanal kanal bubrežne zdjelice
Henlova petlja; Bowmanova čahura
156 Povezanost nastanka amonijaka i ureje s metabolizmom bjelančevina Aminokiselina prije ulaska u metaboličke puteve moraju proći process DEAMINACIJA → iz njih se izdvaja aminoskupina i nastaje amonijak. Amonijak je otrovan te se spaja s ugljičnim (IV) oksidom (iz Krebsova ciklusa*) i pretvara u manje toksičnu ureu (karbamid ili mokraćevina) → izlučivanje MOKRAĆOM
Deaminacija *ciklus limunske kiseline: acetilkoenzim A oksidira do CO2 i H2O
Djelovanje hormona u regulaciji rada nefrona i regulaciji sastava tjelesnih tekućina Reapsorpciju reguliraju dva hormona: aldosteron i antidiuretski hormon (ADH) ALDOSTERON – hormon kore nadbubrežne žlijezde → održava stalnu razinu iona natrija, klora i kalija. Oslobođen iz žlijezde filtrira se u nefron → to pojačava upijanje natrija u kapilare uz nefron. Poticaj za lučenje aldosterona: niska koncetracija natrija u izvanstaničnoj tekućini
ADTIDIURETSKI HORMON (ADH) – potiče reapsorpciju vode iz bubrežnih kanalića u krv. Luči ga stražnji režanj hipofize (neurohipofiza). Ako u organizmu nedostaje vode → krvna plazma postaje hipertonična → središta za žeđ u mozgu prenose tu informaciju u neurohipofizu → luči se ADH, krvlju dolazi do nefrona, povećava propusnost bubrežnih kanalića za vodu pa se povećava reapsorpcija vode. POSLJEDICA – izlučujemo manje mokraće i ona je koncentriranija.
157 Ako krvna plazma postaje hipotonična → smanji se lučenje ADH, smanji se reapsorpcija vode u nefronima. POSLJEDICA – povećan volume mokraće
Hemodijaliza i nužnost transplantacije kod potpunog zatajivanja bubrega Ukoliko zataje oba bubrega, dolazi do poremećaja homeostaze → u krvi će se nakupljati urea i toksični spojevi (dolazi do stanja koje se naziva uremija) → za nekoliko dana nastupit će smrt zbog poremećaja osmotske ravnoteže i koncentracije iona.
U liječenju prestanka rada bubrega postoje dvije mogućnosti: hemodijaliza (privremeno rješenje) i transplantacija
HEMODIJALIZA – postupak kojim se pročišćava krv bolesnika sa zatajenjem bubrega – krv se iz krvne žile na podlaktici odvodi u hemodijalizator (umjetni bubreg) u kojem štetne tvari kroz polupropusnu membranu prelaze iz krvi u otopinu za dijalizu.
Trajno lječenje za bolesnike s potpunim zatajenjem oba bubrega jest TRANSPLANTACIJA (presađivanje) jednog bubrega.
vena otopina za dijalizu
arterija
izvod
Hemodijalizator
158
eritrociti
proteini
štetne tvari
krv otopina za dijalizu
selektivno propusna membrana
Hemodijaliza
i. Smještaj u tijelu građa, uloga i način rada sustava organa za kretanje
Kostur čovjeka: oblik, veličina i položaj kostiju OBLIK I VELIČINA KOSTIJU: 1. Cjevaste ili duge – većina kostiju udova i kosti trupa 2. Plosnate ili široke kosti – lopatica, zdjelične kosti 3. Kubične ili kratke kosti – kralješci, kosti sake i stopala
POLOŽAJ KOSTIJU: Prema položaju kosti se dijele na tri velike skupine 1. Kosti glave (lubanja i lice) 2. Kosti trupa (kralježnica, prsni koš i zdjelica) 3. Kosti udova – ekstremiteta (ruke i noge)
159 lubanja
donja čeljust lopatica nadlaktična kost rebra kralješci
palčana kost zdjelična kost lakatna kost
kosti pešća
kosti zapešća članci prstiju bedrena kost iver
lisna kost
goljenična kost
kosti donožja
kosti nožja Kostur čovjeka
Promjene u kosturu koje nastupaju tijekom života 1. Gustoća koštane mase, osteoporoza i rahitis 2. Prijelomi kostiju 3. Uganuća i iščašenja
160
OSTEOPOROZA – dolazi do gubitka koštane mase. To je bolest starijih ljudi, češća u žena. Gubi se koštana masa → smanjuje se gustoća kostiju → kosti postaju krhke i lako lomljive. LIJEČENJE: kalcij, vitamin D, a u žena i spolni hormoni. PREVENCIJA: pravilna prehrana i fizička aktivnost.
RAHITIS: u djetinjstvu, zbog nedostatka vitamin D u prehrani i/ili premalog izlaganja sunčevima zrakama – kosti postaju mekane i deformiraju se (X i O oblik nogu)
Rahitične kosti
Koštano tkivo kod osteoporoze
PRIJELOMI KOSTIJU: prevelika opterećenja kostiju → napuknuća ili prijelomi kostiju (mogu biti otvoreni i zatvoreni) ZATVORENI PRIJELOM: potrebno je imobilizirati kosti kako bi mogle zarasti. Oporavak je brži u mlađih osoba. Pri prijelomima bez pomaka dovoljna je imobilizacija gipsom. OTVORENI PRIJELOM: slomljena kost probila je kroz mišiće i kožu, potreban je operativni zahvat kako bi se sanirala ozljeda
161 UGANUĆA i IŠČAŠENJA: uganuće – lakši oblik ozljede → došlo je do istegnuća ligamenata, mišića i čašice zgloba (potrebma je imobilizacija i mirovanje). Ako dođe do potpunog iskakanja kostiju iz zglobne čašice, govorimo o iščašenju (potrebno je pravilno namjestiti kost i imobilizirati zlob i mirovati)
Osobine i vrste mišićnog tkiva OSOBINE MIŠIĆNOG TKIVA: podražljivost, provodljivost, kontraktilnost, elastičnost i mehanički rad VRSTE MIŠIĆNOG TKIVA: glatko, srčano i poprječnoprugasto mišićno tkivo - poprečnoprugasto – pokreću se čovjekovom voljom – sustav organa za kretanje - glatko – pod kontrolom autonomnog živčanog sustava – probavni, dišni, mokraćnospolni, krvožilni sustav - srčano – poprečnoprugasto uzdužno povezano – pod kontrolom autonomnog živčanog sustava
Uloga pojedinih dijelova sustava organa za kretanje ULOGA KOSTURA: unutarnji potporanj koji sudjeluje u kretanju s pomoću mišića, zadržava stalan raspored organa, zaštićuje pojedine osjetljive organe, pohranjuje veće količine minerala (kalcij i fosfor), neki dijelovi kostura sudjeluju u hematopoezi (koštana moždina)
Značenje živčano–mišićne veze za rad mišića Radom skeletnih mišića upravljamo svojom voljom. Impulsi se prenose od središnjeg živčanog sustava, preko mišićnih vlakana do mišića. Mjesto gdje završeci živaca dolaze do mišića je neuromuskularna ili mišićno–živčana veza. Važnu ulogu u prijenosu podražaja preko motorne ploče ima neurotransmitter acetilkolin i ioni kalcija.
162 DENDRITI jezgra stanice
akson
tijelo neurona
akcijski potencijal MOTORIČKI vezikule s acetilkolinom
neuromuskularna veza
završetak aksona
akceptori
Neuromuskularna veza
Brojnost mitohondrija i oslobađanje energije u mišićnim stanicama Mišićje koje je aktivnije, tj. stalno obavlja neki rad (npr. "utrenirani" mišići sportaša), ima više mitohondrija jer su oni glavni izvor energije (ATP-a) za kontrakciju.
Građa mišićne stanice i temeljni principi mišićne kontrakcije Mišićne stanice su duge i tanke i često se zovu mišićnim vlaknima. To vlakno je u biti multinuklearna stanica jer ima veliki broj jezgara. Mišići se sastoje od mišićnih vlakana. Mišićno vlakno sadržava od nekoliko stotina do nekoliko
163 tisuća snopova vlakanaca ili miofibrila. Miofibrili imaju dvije vrste bjelančevina, aktin i miozin (miofibrila ima oko 150 debljih miozinskih i dvostruko manje tanjih aktinskih niti)
Funkcionalni dio miofibrile = SARKOMERA – proteže se od jedne do druge Z– membrane (vidi sliku). Aktinske i miozinske niti rasoređene su unutar sarkomere u naizmjenične redove → mogu uklizivati jedne među druge → to skrati sarkomere, a time i ukupnu duljinu mišića → KONTRAKCIJA sarkomera aktin
miozin
Z - membrana
RELAKSACIJA
KONTRAKCIJA
Z - membrana
Građa sarkomere Građa kosti Kost je s vanjske strane obavijena pokosnicom ispod koje se nalazi kompaktno koštano tkivo → u njemu su stanice poredane gusto u obliku koncentričnih krugova (lamela) oko tzv. Haversovih kanalića kroz koje prolaze krvne žile. Ispod tog sloja → spužvasto koštano tkivo (lamele poredane u svim smjerovima) – važan je zbog elastičnosti i manje mase kostiju
164
hrskavica Haversovi kanalići osteociti kompaktno spužvasto
koštano
koštano tkivo
tkivo
kompaktno koštano
spužvasto
tkivo
koštano pokosnica
tkivo
Struktura kosti Građa i funkcija hrskavice HRSKAVICA – mekši dio kostura – omogućava savijanje kostura – građena od hrskavičnih stanica povezanih elastičnim nitima (elastin i hijalin), sadrži znatno manje anorganskih tvari (kalcija) negoli kost, nalazi se na zglobnim površinama, na svim mjestima gdje se vežu kosti te izgrađuje neke dijelove (uška, vrh nosa), u embrionalnom razvoju prvo nastaje hrskavični kostur koji zatim okoštava.
Uloga vitamina D i minerala Ca u izgradnji kosti Primarna je uloga vitamina D održavanje homeostaze i konstntne koncentracije klacija i fosfata u plazmi. Potiče njihovu apsorpciju iz probavnog sustava te pridonosi jačim kostima i zdravim zubima. Osobito je bitan za djecu u rastu. Kalcij kostima daje mehaničku čvrstoću i stabilnosti. Uloga bjelančevina u sastavu miofibrila Vidi Građa mišićne stanice i temeljni principi mišićne kontrakcije
165
j. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada endokrinog sustava
Endokrine žlijezde i njihov smještaj u tijelu HIPOFIZA – na bazi velikog mozga EPIFIZA – sa stražnje strane između velikog i malog mozga – nejasna uloga ŠTITNA ŽLIJEZDA (štitnjača, tiroidna žlijezda) – neposredno ispod grkljana s obje strane dušnika DOŠTITNE ŽLIJEZDE (paratiroidne žlijezde) – uz štitnu žlijezdu (4 do 6) PRSNA ŽLIJEZDA (timus) – u prsnoj šupljini iznad dušnika, blizu srca a ispod prsne kosti i niže od štitne žlijezde NADBUBREŽNE ŽLIJEZDE – parne, po jedna žlijezda smještena je kao kapa na svakom bubregu GUŠTERAČA (pancreas) – ispod želudca SPOLNE ŽLIJEZDE (gonade)
epifiza hipofiza štitna žlijezda timus
nadbubrežne žlijezde
gušterača
jajnici testisi
Endokrine žlijezde
166 Endokrine i egzokrine žlijezde ENDOKRINE ŽLIJEZDE – žlijezde s unutarnjim lučenjem – izlučuju hormone izravno u krvotok EGZOKRINE ŽLIJEZDE – žlijezde s vanjskim lučenjem – izlučuju hormone kroz kožu ili i probavnu šupljinu (žlijezde slinovnice…)
Hijerarhijski položaj i uloga hipofize HIPOFIZA – žlijezda s nadzornom ulogom. Dijeli se na prednji režanj (adenohipofiza) i stražnji režanj (neurohipofiza). Između ta dva dijela nalazi se poveznica – srednji režanj (pars intermedia)
Adenohipofiza luči stimulacijsko – tropne hormone → upravlja radom spolnih žlijezda (gonadotropni hormoni), kore nadbubrežnih žlijezda (adenokortikotropni hormoni), štitnjače (tireotropni hormoni) i mliječnih žlijezda (prolaktin)
Mehanizam povratne sprege pri lučenju hormona Važan je u održavanju homeostaze → na izlučivanje jednog hormona izravno utječe koncentracija tog istog hormona u krvi. AKO KONCENTRACIJA POJEDINOG HORMONA RASTE – hipotalamus preko krvi prima tu informaciju i s pomoću svojih neurohormona utječe da se izlučivanje tog istog hormona smanji. AKO KONCENTRACIJA POJEDINOG HORMONA PADA (ispod normalnih vrijednosti) – informacija o tome potiče hipotalamus da preko svojih faktora utječe na pojačano lučenje tog hormona. Na taj način hipotalamus pridonosi održavanju homeostaze.
167
štitna žlijezda
doštitne žlijezde (4)
Štitnjača
Hormoni pojedinih žlijezda i njihova uloga
168
ENDOKRINA ŽLIJEZDA
HORMONI
CILJANE STANICE
ULOGA HORMONA
stražnji režanj hipofize (skladište hormona hipotalamusa)
antidiuertski hormone (ADH)
bubrezi
stimulira reapsorpciju vode
oksitocin
maternica, mliječne žlijezde
hormona rasta ili somatotropni hormone (STH)
sve stanice tijela
stimulira kontrakcije pri porođaju i izlučivanju mlijeka stimulira diobu stanica i rast
tireotropni ili tireostimulacijski hormone (TSH)
štitnjača
stimulira endokrinu aktivnost štitnjače
adenokortikotropni hormone (ACTH)
kora nadbubrežne žlijezde
simulira endokrinu aktivnost nadbubrežne žlijezde
gonadotropni hormoni
jajnici
stimuliraju sazrijevanje jajne stanice i lučenje spolnih hormona stimuliraju sazrijevanje spermija i lučenje spolnih hormona
prednji režanj hipofize
u žena: folikulstimulacijski (FSH) i luteinizacijski (LH) u muškaraca: folikulstimulacijski (FSH) i hormone za stimulaciju intersticijskih stanica prolaktin
sjemenici
mliječne žlijezde
produkcija mlijeka
melanocitstimulacijski hormone (MSH) tiroksin, trijodtironin
stanice kože
tireokalcitonin
kosti, bubrezi, krv, probavilo
doštitne žlijezde
parathormon
kora nadbubrežnih žlijezda
kortizol
kosti, bubrezi, krv, probavilo sva tkiva
aldosteron
bubrezi
raspodjela kožnog pigmenta melanina regulira metabolizam i utječe na rast i razvoj regulira koncentraciju iona kalcija (Ca2+) regulira promet kalcija i fosfata rast koncentracije glukoze stimulira reapsorpciju iona natrija i izlučivanje iona kalcija
srednji režanj štitnjača
sva tkiva
169 androgeni hormoni
spolni organi, koža i mišići
srž nadbubrežnih žlijezda
adrenalin – hormone stresa
srčani i ostali mišići
gušterača
inzulin
jetra, mišići, masne stanice
glukagon
sjemenici (testisi)
androgeni hormone (npr. testosterone)
spolni organi, koža i mišići
jajnici (ovariji)
estrogen i progesteron
organi, koža i mišići
epifiza
malatonin
brojna tkiva
stimuliraju razvoj primarnih i sekundarnih spolnih obilježja rekacija “bori se ili bježi”, povećava koncentraciju glukoze u krvi snižava koncentraciju glukoze u krvi podiže razinu glukoze u krvi razgradnjom glikogena stimuliraju spermatogenezu, razvoj primarnih i sekundarnih spolnih obilježja stimuliraju oogenezu, ravoj primarnih i sekundarnih spolnih obilježja uključen u regulaciju bioritma, moguće da utječe na sazrijevanje i spolne organe
k. Smještaj u tijelu, građa, uloga i način rada spolnog sustava
Organi muškog i ženskog spolnog sustava MUŠKI SPOLNI ORGANI – vanjski (mošnje – u kojima se nalaze sjemenici, spolni ud – penis), unutarnji (sjemenici, dosjemenici, sjemena vrećica, prostate, sjemenovodi, mokraćno – spolna cijev) SJEMENICI (TESTISI) – u njima se odvija spermatogeneza, a luče i spolne hormone. Sjemenici su smješteni u mošnji → položaj izvan tijela važan zbog razlike u temperature (tjelesna temperatura u sjemenicima je za 1.5 – 2 stupnja niža nego u trbušnoj šupljini). Spuštanje sjemenika važno je za normalno odvijanje spermatogeneze. Ako sjemenici zaostanu u trbušnoj
170 šupljini, neće se normalno razvijati i stvarati spolne stanice – ta se pojava zove KRIPTORHIZAM DOSJEMENIK (PASJEMENIK) – u njemu spermiji sazrijevaju i dobivaju mogućnost pokretanja. Nakon toga sjemene stanice prelaze u SJEMENOVOD do sjemene vrećice gdje se mogu pohraniti. Sjemenovod se spaja s mokraćnom cijevi i čini tzv. MOKRAĆNO – SPOLNU CIJEV u koju se ulijeva i sekret prostate – sekret prostate zajedno sa sjemenim stanicama čini spermu – taj sekret sadržava hranjive tvari i blago je lužnat. Dio muškog spolnog sustava je i spolni ud ili penis → građen je od mišićnog tkiva i spužvastih tijela, dobro je opskrbljen krvnim žilama i živcima. Mokraćno – spolna cijev je uložena u penis, a kroz nju se izlučuje mokraća te izbacuje sjemena tekućina (ejakulacija). Prije spolnog odnosa dolazi do erekcije spolnog uda → uzrokuju je živčani podražaji koji dovode do promjene u prokrvljenosti spužvastih tijela u penisu.
ŽENSKI SPOLNI ORGANI – vanjski (stidnica koju čine velike i male usne, dražica), unutarnji ( jajnici, jajovod, maternica i rodnica) JAJNICI – parne spolne žlijezde zadužene za oogenezu i lučenje spolnih hormona (estrogen i progesteron). U njima se od rođenja nalazi veliki broj mjehurića (folikula) – oni sadržavaju zametne jajnce stanice – tijekom života sazrije manji broj jajnih stanica. JAJOVODI – cjevasti (duljine 15 cm), nalaze se uz svaki jajnik. Prema jajniku su prošireni (lijevak s trepetljikavim epitelom). Uloga: privući i prenijeti jajnu stanicu do maternice – trepetljikavi epitel omogućava kretanje oocite (ona inače nema tu sposobnost). MATERNICA – mišićni organ u kojemu se razvija plod prije trudnoće. Sastoji se od dna, tijela i vrata (ulazi u rodnicu). Sluznica maternici ciklički se svaki mjesec priprema za prihvat zigote. RODNICA – cjevasta oblika, duga 10 cm, ujedno je i porođajni kanal, vrlo elastična (važno za porod). U rodnici se nalazi himen (djevičnjak) → tanka opna koja pri prvom spolnom odnosu puca uz krvarenje. STIDNICA – sastoji se od malih i velikih usana – između je otvor rodnice, mokraćne cijevi i
171 DRAŽICA (KLITORIS) – građena od spužvastih tijela, velik broj osjetnih tjelešaca → utječu na osjećaj ugode tokom spolnog odnosa (orgazam)
ejakulatorni kanal
mokraćni mjehur sjemenovod
prostata
mokraćnica (uretra)
anus pasjemenik
penis glava penisa
sjemenik (testis)
prepucij
mošnja (skrotum)
mokraćovod (ureter) mokraćni mjehur ejakulatorni kanal
prostata
pasjemenik
sjemenovod
sjemenik sjemenik (testis) penis glava penisa
uretra Muški mokraćno–spolni sustav
172 jajovodi
ušće jajovoda jajnik
resice endometrij
mišić tijelo maternice
jajne stanice Graafov mjehurić
grlić maternice rodnica ili vagina
Ženski mokraćno–spolni sustav
Dijelovi menstrualnog ciklusa FOLIKULARNA FAZA – započinje mjesečnicom i traje oko 12 dana – u toj fazi u jajniku počinje sazrijevanje nove jajne stanice u Graafovu mjehuriću. OVULACIJSKA FAZA – dolazi do pucanja Graafova mehurića na jajniku i iu njega se izbacuje zrela jajan stanice prema jajovodu = OVULACIJA – ova faza traje 2-3 dana. SEKRECIJSKA FAZA – traje 13-14 dana i završava MENSTRUACIJOM – tijekom ove faze na mjestu Graafova mjehurića stvaar se ŽUTO TIJELO - luči estrogen i progesteron → sluznica maternice je deblja i prokrvljenija. AKO NE DOĐE DO OPLODNJE → žuto tijelo prelazi u BIJELO TIJELO – prestaje lučiti spolne hormone → dolazi do ljuštenja sluznice maternice, tj. do menstruacije (28. dan ciklusa). Propadanjem bijelog tijela na jajniku ostaje ožiljak.
Termin ovulacije s obzirom na dužinu trajanja menstruacijskog ciklusa U pravilu od ovulacije do nove menstruacije prođe 14 dana. Tako ovulaciju možemo odrediti ako od ukupnog ciklusa oduzmemo 14 dana. Ako je ciklus pravilan i traje 28 dana, ovulacija bi trebala biti 14. dan ciklusa. Ako ciklus traje 32 dana, onda se može prepostaviti da je ovulacija 18. dana ciklusa. Isto
173 tako, nagli skogo temperature tijela upućuje na dan ovulacije (neposredno prije ovulacije, poraste razina progesterona → poveća se bazalni metabolizam i povisi temperature 0.2 – 0.4 °C) – Knaus – Oginova metoda.
Proces oplodnje Sjedinjenje spermija i jajne stanice, obično u jajovodu – spermij prodire kroz membranu jajne stanice uz pomoć enzima koji luči (akrozin), membrane nakon toga zadeblja kako bi bio spriječen ulazak ostalih spermija, iz glave spermija se oslobađa haploidna predjezgra (rep otpada), haploidne predjezgre jajašca i spermija udružuju se u jezgru zigote – oplođene jajne stanice.
Značenje dojenja Nekoliko sati nakon poroda stvara se prvo mlijeko, koje izgleda kao prozirna žućkasta tekućina – zove se kolostrum – važan je za dijete jer sadrži hranjive tvari i veliku količinu protutijela. Majčino mlijeko bogato je masnoćama (važne za razvoj živčanih stanica), sadržava bjelančevine, minerale, vitamije, šećer laktozu – sve hranjive tvari koje dojenčetu trebaju u prikladnim omjerima (ako je majka zdrava i pravilno se hrani).
Faze brazdanja, implatacije blastociste i razvoj zametka Zigota odmah nakon začeća započinje s nizom mitotičkih dioba – BRAZDANJE. Za 3 dana nastaje MORULA – nalikuje plodu duda. Daljnjim diobama nastaje BLASTOCISTA – sastoji se od dva sloja (vanjski = TROFOBLAST, unutarnji = EMBRIOBLAST). Kada se blastocista priljubi uz sluznicu maternice – trofoblast luči enzim koji omogućuje IMPLATACIJU
174 (ugniježđenje) blastociste (5-7 dana nakon oplodnje) - Iz embrioblasta nastaje EMBRIJ, a iz trofoblasta KORION, a zatim posteljica. Prvih 12 tjedana zametak se prehranjuje preko trofoblasta (dobiva hranjive tvari iz endometrija). Poslije se zametak hrani preko POSTELJICE. Nakon brazdanja slijedi GASTRULACIJA – nastaje GASTRULA – u njoj razlikujemo zametna listića: 1. vanjski ili egzoderm 2. srednji ili mesoderm 3. unutarnji ili endoderm Iz njih će se u sljedećoj fazi – ORGANOGENEZI – razviti skupine organa. U trećem mjesecu razvoja zametka govorimo o PLODU ili FETUSU – nalazi se u amnionu ili vodenjaku.
Tijek trudnoće, uloga i osnovna građa posteljice Trudnoća započinje začećem, a završava porođajem – traje 280 dana (počevši od prvog dana zadnje menstruacije)
TRUDNOĆA EMBRIONALNA -
FETALNA
traje osam tjedana razvoj embrija
-
traje sve do porođaja razvija se fetus ili plod
Fiziološke i psihičke promjene u pubertetu PUBERTET – razdoblje spolnog sazrijevanja čovjeka. Pod utjecajem hormona razvijaju se primarna i sekundarna spolna obilježja.
PROMJENE FIZIČKE
DJEČACI promjena glasa
DJEVOJČICE rast dojki, razvoj ženske
175 (mutiranje), rast dlaka na
dlakavosti, nakupljanje
licu i tijelu, povećanje
masti u potkožnom tkivu
mišićne mase, pojačan rad žlijezda znojnica i lojnica FIZIOLOŠKE
stvaranje sperme i noćne
prva menstruacija -
polucije (nesvjesna
menarha
ejakulacija sperme tokom spavanja) PSIHIČKE
nesigurnost, sklonost promjenama raspoloženja, interes za suprotni spol, agresivniji oblik ponašanja, višak testosterona u dječaka), “sukob generacija”
Hormonska regulacija menstrualnog ciklusa FSH (folikulstimulirajući hormon) – potiče folikul da započne svoj razvoj u jajniku. Jajašce u razvoju svara ESTROGEN. Njegova je razina najviša neposredno prije menstruacije. LH (luteinizacijski hormon) – naglo povećanje razine LH potiče ovulaciju otprilike 14. dan menstruacijskog ciklusa. PROGESTERON – prazan folikul stvara progesteron koji djeluje na sluznicu maternice (ona odeblja)
Hormonska regulacija porođaja i dojenja POROĐAJ - dijete se spušta prema vratu maternice → taj pritisak preko hipotalamusa potiče lučenje hormona OKSITOCINA iz neurohipofize. Oksitocin potiče kontrakcije maetrnice. Hormoni PROSTAGLANDINI (luče ih fetusove ovojnice) potiču kontrakcije maternice. Prije poroda razina estrogena raste, a progesterona pada. DOJENJE – hormon PROLAKTIN (luči ga adenohipofiza) → potiče laktaciju, tj. stvaranje mlijeka (hormon počinje djelovati u trećem porođajnom dobu). Na
176 kontrakcije mliječnih žlijezda utječe i hormon OKSITOCIN (luči ga neurohipofiza)
Porođajna doba 1. porođajno doba – dolazi do rastezanja vrata maternice i širenja u porođajni kanal. Kraj 1. porođajnog doba trebalo bi biti pucanje vodenjaka. 2. porođajno doba – kontrakcije maternice – učestalije i jača, dolazi do istiskivanja ploda kroz porođajni kanal (uobičajen je položaj djeteta glavom prema dolje). 3. porođajno doba – dolazi do ljuštenja posteljice – treba voditi računa da iz maternice izađe cijela posteljica (ostatak može prouzročiti upalu i krvarenja). Građa i uloga posteljice: organ prožet bogatom mrežnom krvnih žila koji predstavlja vezu maternice i zametka (spaja zametak s krvožilnim sustavom majke); za zametak ima značenje pluća i probavnog sustava.
l. Smještaj u tijelu, građa,uloga i način rada osjetilnog i živčanog sustava
Dijelovi živčanog sustava i njihova uloga Živčani sustav sastoji se od središnjeg živčanog sustava i perifernog živčanog sustava Središnji živčani sustav sastoji se od mozga i kralježnične moždine. Periferni živčani sustav čine 12 pari moždinskih živaca i 31 par živaca kralježničke moždine. Živce čine povezani snopovi nastavaka živčanih stanica. Razlikujemo osjetne i motoričke živčane putove. Periferni živčani sustav sastoji se od somatskog i autonomnog živčanog sustava Autonomni živčani sustav nije pod kontrolom naše volje i uglavnom nadzire rad unutarnjih organa. Dijelimo ga na simpatikus i parasimpatikus.
Periferni živčani sustav čine mozak i kralježnična moždina.
177 Mozak je središnji dio tog sustava i odgovoran je za sve voljne i nevoljne aktivnosti. Obavijen je moždanim ovojnicama koje oko njega zadržavaju tanki sloj tekućine, tzv. likvor ili moždana tekućina. U središnjem dijelu mozga također se nalaze šupljine, moždane komore, ispunjene likvorom. Likvor pruža mehaničku, ali i biološku zaštitu Mozak dijelimo na prednji, srednji i stražnji mozak. Anatmoski mozak dijelimo na: veliki mozak, mali mozak, moždano deblo (međumozak) i produženu moždinu Veliki mozak se sastoji od lijeve i desne polovice (hemisfere). Površinu velikog mozga čine tijela živčanih stanica – siva tvar ili kora (cortex). Unutar velikog mozga nalaze se nastavci živčanih stanica i čine bijelu tvar. Koru velikog mozga dijelimo na režnjeve: čeoni, tjemeni, sljepoočni i zatiljni.
Mali mozak– u stražnjem dijelu lubanje, siva tvar se nalazi izvana, a bijela iznutra, građen od dvije polovice. Uloga: funkcioniranje skeletnih mišića i održavanje tonusa (napetosti) mišića, ima glavnu ulogu u vremenskom slijedu pokreta i brzom nadovezivanju jednog pokreta na drugi, osigurava ravnotežu.
Moždano deblo ili međumozak – između velikog i malog mozga. Obuhvaća talamus i hipotalamus. Hipotalamus povezuje endokrini i živčani sustav te usklađuje njihovo djelovanje.
Produžena moždina – prijelaz prema kralježničnoj moždini. Bijela tvar izvana. Tu su smještena vitalna središta za održavanje životnih funkcija: disanje, žvakanje, gutanje, kašljanje, regulacija arterijskog tlaka, rad srca.
Kralježnična moždina – smještena u kanalu kralježnice . U središtu se nalazi kanal ispunjen moždanokralježničnom tekućinom. Siva tvar izvana, a bijela iznutra. Iz kralježnične moždine izlaze živčana vlakna koja tvore živce.
Princip nastanka osjeta
178 Osjetila za vid, sluh, okus, miris i dodir → osnovni izvori informacija o okolišu. Nakupine usko specijaliziranih živčanih stanica čine osjetila. Osjetila djeluju kao receptori, nakon toga osjetilno živčano vlakno osjet prenosi u specifično središte velikog mozga gdje postajemo svjesni osjeta.
Dijelovi oka Oko se sastoji od očne jabučice i očnog živca. Očna jabučica obavijena je slojem bjeloočnice, žilnice i mrežnice, a unutar nje se nalazi staklovina (prozirna želatinozna tvorba). Bjeloočnica s prednje strane prelazi u prozirnu rožnicu. Ispred rožnice je prednja očna komorica iza koje se nalazi šarenica – na njoj se nalazi otvor zjenica. Ispod šarenice smještena je očna leća.
Dijagram presjeka ljudskog oka: A - staklasto tijelo (staklovina), B - leća, C - rožnica, D - zjenica, E - šarenica, F - bjeloočnica, G - očni živac, H - mrežnica
Građa živčane stanice Živčana stanica (neuron) ima tijelo i niz nastavaka. Kratke nastavke zovemo dendriti (pomoću njih stanica prima signale). Dugačak nastavak zove se akson (neurit) –
179 pomoću njega stanica odašilje signale. Oko nekih aksona nalaze se Schwannove stanice koje čine mijelinsku ovojnicu. Na mjestima gdje se sastaju Schwannove stanice ovojnica je tanja (Raniverova suženja) dendrit završne nožice
soma
Raniverovo suženje
akson
Schwannova stanica mijelinska ovojnica jezgra Građa neurona
Građa mozga i leđne moždine Mozak se sastoji od velikog i malog mozga, međumozga i produžene moždine. Na površini velikog mozga nalazi se siva tvar, a unutar bijela tvar. Za razliku od velikog mozga, kod kralježnične (leđne) moždine siva tvar se nalazi u središtu, a bijela na površini.
180
veliki mozak
mali mozak
produžena moždina
Središnji živčani sustav
181
siva tvar
bijela tvar
Prerez kralježnične moždine
Vrste živaca Postoje osjetilni (senzorni) i motorički živci Motorički živci se sastoje od motoričkih neurona i prenose informacije iz središnjeg živčanog sustava prema perifernim organima Osjetilni živci građeni su od osjetnih neurona te primaju informacije od nekog osjetnog receptora na periferiji organizma i prenose ih prema leđnoj moždini i dalje prema mozgu
Povezanost naboja stanične membrane i aktivnog transporta iona kroz membranu s nastankom podražaja (depolarizacija-repolarizacija) Na membranama svih živih stanica postoji razlika potencijala, a promjena tih potencijala važna je za provođenje živčanih impulsa. Ta se promjena odvija u 3 faze: faza mirovanja, faza depolarizacije i faza repolarizacije
FAZA MIROVANJA: Na vanjskoj strani membrane je pozitivan naboj, a s citoplazmatske strane negativan. Membranski potencijal održava se zahvaljujući aktivnom transportu iona kroz membranu stanice → mehanizam natrij-kalij
182 crpke (iz stanice se izbacuju 3 natrijeva, a unose 2 kalijeva iona). Negativan potencijal s unutarnje stane membrane iznosi -70 mV
FAZA DEPOLARIZACIJE: Slijedi nakon faze mirovanja. Membrana stanice je podražena pa se otvaraju kanali koji omogućuju ulazak velikog broja iona natrija → unutarnja strana membrane postaje pozitivno nabijena (s -70 mV prelazi na +30 mV) → tu naglu promjenu potencijala zovemo akcijski potencijal.
FAZA REPOLARIZACIJE: Nakon prolaska vala depolarizacije membrana stanice se repolarizira zatvaranjem kanala za ulazak iona natrija u stanicu i uključivanjem natrij-kalij crpke (naboj se vraća na -70mV)
Funkcionalna podjela kore velikog mozga Pojedini dijelovi mozga čine funkcionalne dijelove mozga Većina ulaznih informacija iz tijela stiže u osjetilno područje smješteno u tjemenom režnju. Pokretačko ili motoričko središte nalazi se u stražnjem dijelu čeonog režnja. U čeonom režnju nalaze se središta misaonih funkcija. U sljepoočnom režnju nalazi se područje za sluh, a u zatiljnom područje za vid. U dnu sljepoočnog režnja je područje za njuh.
183
tjemeni režanj
čeoni režanj
zatiljni režanj
sljepoočni režanj mali mozak
Funkcionalna podjela kore velikog mozga
Građa pužnice i uloga pojedinih dijelova pri nastanku osjeta sluha Uho – osjetilni organ za sluh i ravnotežu. Sastoji se od vanjskog, srednjeg i unutarnjeg uha. Vanjsko čine ušna školjka i ušni kanal. U središnjem uhu su bubnjić i slušne koščice (čekić, nakovanj, stremen). U unutarnjem uhu su slušni organi i organ za ravnotežu Unutarnje uho je labirint koji se sastoji od pužnice, dva mjehurića i tri polukružna mjehurića. U pužnici je slušni organ → zavijeni kanal u obliku puževe kućice koji je dvjema tankim membranam podijeljen u 3 hodnika. Oni su ispunjeni endolimfom u srednjem kanalu i perilimfom u ostalim kanalićima. Na pregradi (bazilarna membrana) nalazi se organ za sluh s receptorima, tzv. Cortijevim stanicama s dlačicama → receptori podražaje prenose ograncima slušnog živca → sljepoočni režanj velikog mozga u središte za sluh
184 prednji polukružni stražnji polukružni
kanalić
kanalić kesica (utrikul) pužnica
postrani polukružni kanalić predvorje vrećica (sakul) Građa pužnice
Akomodacija oka; poremećaji u funkciji oka (kratkovidnost, dalekovidnost) Na leći se lomi svjetlost koja ulazi u oko pa je ona važna za stvaranje slike. Oblik leće može se mijenjati ovisno o stezanju mišića leće – AKOMODACIJA OKA spljoštena leća
gledanje udaljenog objekta
ispupčena (konveksna) leća
gledanje bliskog objekta
DALEKOVIDNOST – zbog spljoštene očne jabučice slika pada iza mrežnice. Ispravlja se bikonveksnim lećama KRATKOVIDNOST – očna jabučica izdužena – zrake svjetlosti se skupljaju u žarištu ispred mrežnice. Ispravlja se bikonkavnim lećama
185 Prijenos svjetlosnih podražaja Zrake svjetlosti koje ulaze u oko lome se na leći i prolaze do mrežnice na stražnjem dijelu očne jabučice (stvara se umanjena i obratna slika). Na tom dijelu mrežnice nalaze se fotoreceptori koje dijelimo na štapiće (osjetljivi na intenzitet svijetla) i čunjiće (zamjećujemo boje). Na svijetlo je najosljetiljivija žuta pjega (na tom mjestu nastaje slika). Mjesto na mrežnici, gdje vidni živac izlazi iz oka, nema fotoreceptora, to je slijepa pjega. Vidnim živcem iz svakog oka slika putuje u središte za vid u zatiljni režanj velikog mozga. Mozak usklađuje dvije slike (tek u mozga nastaje stvarna slika)
Smještaj osnovna četiri okusa na jeziku Na površini jezika nalaze se okusni pupoljci s okusnim receptorskim stanicama. Postoje različite vrste okusnih pupoljaka pomoću kojih osjećamo: slatko, kiselo, gorko i slano. Područja s najviše receptorskih stanica pojedine vrste raspoređena su: gorko
kiselo
kiselo slano slano
slano
slatko
Razmještaj okusa na jeziku
186 Provođenje živčanog impulsa i procesi u sinapsi SINAPSA – mjesto prelaska živčanog impulsa s jednog neurona na drugi neuron ili na mišićnu ili žijezdanu stanicu. Impuls se duž aksona prenosi električnim putem (širenjem akcijskog potencijala) → preko sinapsi se prenosi kemijskim putem pomoću neurotransmitera. Akcijski potencijal dolazi do završnih nožica aksona → poveća se propusnost za iona kalcija → spajanje mjehurića ispunjenih neurotransmiterom sa staničnom membranom → otpuštanje neurotransmitera u sinaptičku pukotinu → difuzija neurotransmitera kroz sinaptičku pukotinu→ vezanje za receptore postsinaptičkog neurona ili neke druge stanice → otvaranje kanala za natrij na membrani postsinaptičkog neurona → depolarizacija postsinaptičkog neurona (širi se akcijski potencijal na drugi neuron)
smjer živčanog impulsa neurotransmiter Sinaptički mjehurić
sinaptički mjehur
akson
mitohondrij polarizirana i dendrit
sinaptička pukotina
depolarizirana membrana
Prijenos živčanog impulsa kroz sinapsu
Prirođeni (sisanje, disanje, kašljanje) i stečeni refleksi (Pavlovljevi refleksi) Postoje prirođeni refleksi (sisanje, gutanje, kašljanje, kihanje) te stečeni refleksi → nastaju tijekom života zbog određenih iskustava. Jednu vrstu stečenih refleksa čine uvjetovani ili Pavlovljevi refleksi → javljaju se kada povežemo dva podražaja od kojih jedan izaziva refleksnu reakciju, a drugi je neutralan, a nakon određenog vremena organizam počinje reagirati i na neutralan podražaj (jer je povezan s podražajem koji samostalno uzrokuje
187 refleksnu reakciju). Pas luči slinu na podražaj hranom. Ukoliko povežemo taj podražaj s nekim neutralnim podražajem, npr. zvukom zvečke, nakon nekoliko izlaganja psa hrani i neutralnom podražaju istodobno, pas će početi lučiti slinu samo na neutralni podražaj, tj. zvuk zvečke jer je „naučen“ da taj podražaj uvjetuje hranu.
Analiza refleksne reakcije Refleksi – brze, nesvjesne i svrsihodne reakcije tijela na neki podražaj. Odvijaju se preko kralježnične moždina, a kora velikog mozga pritom ne sudjeluje. Jedna od vrsta refleksa jest refleks uklanjanja (uloga je zaštita organizma). Živčana vlakna koja sudjeluju u provođenju impusla stvaraju refleksni luk →sastoji se od osjetnog neurona koji prima podražaj i prenosi ga do kralježnične moždine i motoričkog neurona koji potiče samu reakciju. Npr. nakon udarca liječničkim čekićem po tetivi ivera osjet se prenosi (preko osjetnih neurona) do stražnjeg roga kralježnične moždine → sinaptički se prespajaju na motorički neuron (ili može posredovati međuneuron) → pokretački živčani impulsi stižu na motoričku pločicu mišićnih vlakana i potiču ih na pojedinačno trzanje.
Djelovanje neurotransmitera i uloga enzima pri njihovoj razgradnji Neurotransmiteri su neurohormni koji podražuju postsinaptički neuron i na taj način prenose živčani impuls. Kako neurohormoni ne bi predugo podraživali postsinaptički neuron oslobađa se enzim za razgradnju neurohormona.
Značenje sna za normalno funkcioniranje organizma Tijekom sna mozak se energetski obnavlja, sintetizira nove količine ATP-a i neurohormona, fiksira se pamćenje.
Osjetilo njuha i prijenos signala do mozga Receptori za njuh smješteni su u mirisnoj – olfaktornoj regiji nosa → smještena u sluznici gornjeg dijela nosnog hodnika. Mirisni receptori pripadaju skupini
188 kemoreceptora. Mirisne molekule moraju se otopiti u nosnoj sluzi i podražiti dlačice mirisnih stanica → nastali potencijali se prenose u mirisnu regiju mozga
Položaj organa za ravnotežu Nalazi se u unutrašnjem uhu. Sastoji se od dva mjehurića i 3 polukružna kanalića ispunjenih tekućinom, tzv. endolimfom. Polukružni mjehurići smješteni su u prostoru pod pravim kutom. Unutar kanalića nalaze se specijalizirane osjetne stanice s dlačicama koje se podražuju kretanjem endolimfe, podražaj se živcem prenosi u primozak i dalje u mali i veliki mozak.
m. Značenje pojedinih organa i organskih sustava u održavanju homeostaze organizma
Pojam homeostaza Ljudski organizam ima niz mehanizama kojima održava organizam u ravnoteži, npr. tjelesnu temperaturu, arterijski tlak, pH, koncentraciju glukoze u krvi...
HOMEOSTAZA
Homeostaza je, dakle, ravnoteža optimalnih bioloških (biokemijskih) uvjeta funkcioniranja organizma.
Značenje vode za održavanje života Voda je najzastupljeniji spoj u ljudskom organizmu (čini oko 60% ljudskog tijela) Ima različite i važne uloge u organizmu: dobro otapalo, prenosi tvari, služi kao medij u kojima se zbivaju biokemijske reakcije, štiti organe od ozljeda, sudjeluje u regulaciji tjelesne temperature, održavanje osmotske ravnoteže i dr.
189 Zastupljnost vode u organizmu ovisi o dobi (fetus ima 90% vode), spolu i udjelu masti u tijelu čovjeka.
Uloga bubrega u održavanju homeostaze Regulacija tjelesnih tekućina, ekskrecija (izlučivanje štetnih i suvišnih tvari), regulacija krvnoga tlaka i eritropoeza (luče hormon eritropoetin koji stimulira koštanu moždinu na proizvodnju eritrocita)
Važnost stalnih pH vrijednosti tjelesnih tekućina
Izvanstanične tekućine većinom imaju pH 7.4, a stanične oko 7.0 – promjenom pH ne mogu se odvijati kemijske rekcije nužne za život (prvenstveno zato što većina enzima djeluje u uskom rasponu pH).
Disanje i regulacija pH Smanjenom frekvencijom disanja u tijelu se nakuplja CO2 On reagira s H2O stvarajući karbonatnu kiselinu koja disocira CO2 + H2O → H2CO3 → H++HCO3Oslobođeni H+ ioni snizuju pH tjelesnih tekućina – ACIDOZA
Dubljim i bržim disanjem moguće je postići oslobađenje u atmosferu veću količinu CO2 – a dio potječe iz karbonantne kiseline u krvnoj plazmi - ALKALOZA H+ + HCO3- → H2CO3 → CO2 + H2O
Ozbiljnija acidoza i alkaloza su rijetke jer se u krvi nalaze puferi za održanje pH
190
n. Glavni poremećaji i bolesti organa i organskih sustava čovjeka; čimbenici koji unaprjeđuju ili narušavaju zdravlje čovjeka
Pozitivni i negativni utjecaji na srce i krvožilni sustav POZITIVNI: Redovito spavanje (7-8 h), redoviti obroci, redovita tjelesna aktivnost, razborita prehrana (ne s previše energije, masnoća, soli, više povrća i voća), umjerena tjelesna težina.
NEGATIVNI: Pušenje, konzumiranje alkohola, prekomjerna tjelesna težina, prekomjeran unos masne hrane, stres.
Način života i pojava visokog tlaka i ateroskleroze Ateroskleroza i visoki tlak češći su u osoba koje obilnije jedu masnu hranu te kod pušača i pretilih osoba, osoba koje se nedovoljno kreću ("sjedilački način života").
Najčešće bolesti i poremećaji dišnog sustava i njihova povezanost s rizičnim čimbenicima za zdravlje Prehlada – najčešća bolest uzrokovana različitim virusima; infekcija gornjih dišnih puteva: nos, grlo. Simptomi: kihanje, suzenje, grlobolja, promuklost, kašalj, curenje iz nosa.
Akutni bronhitis – upala sluznice bronha i bronhiola; uzrokovana djelovanjem virusa. Simptomi: kašalj s žućkastim ili sivkastim ispljuvkom, otežano disanje, hripanje, povišena tjelesna temperatura. Češće oboljevaju pušači, asmatičari, osobe koje žive u onečišćenoj atmosferi.
191 Kronični bronhitis – učestalo podraživanje dišnih puteva ili infektom ili drugim iritativnim čimbernicima. Najčešći uzrok jest pušenje i onečišćen zrak. Simptomi: otežano disanje, izlučivanje sluzi...
Emfizem pluća: oštećenje alveola; pluća gube funkciju zbog oštećenja i smanjenja broja alveola. Tijelo dobiva malo kisika je ugljikov dioksid zaostaje u tijelu (plave usne), mogu se javiti problem s radom srca (proširenje desnog dijela srca, tzv. plućno srce). Uzroci su isti kao i za bronhitis
Upala pluća (pneumonija) – uzrokovana infekcijom nekom vrstom bakterija, virusa i mikoplazmi; Simptomi: vrućica, kašalj, teško i otežano disanje; najčešće je uzrokovana bakterijom (pneumokok).
Rak pluća (bronhalni karcinom) – u 99% slučajeva se susreće kod pušača. Dim cigarete oštećuje stanice sluznice dušika, a oštećene stanice su početni stadij razvoj tumora. Tumor se širi na pluća te metastazira u druge dijelove tijela (npr. mozak, jetru, kosti, kožu) → nastaju sekundarni tumori. Simptomi: početno kašalj, ispljuvak može biti sukrvav, a disanje otežano, kasnije se javlja bol u prsima koja je različita za vrijeme udisaja i izdisaja.
Tuberkuloza (TBC) – izaziva je bacil →može tjednima preživjeti u prašini (ne podnosi svjež zrak i sunčevu svjetlost). Preventiva: Pravilne higijenskim navike te preventivno cijepljenje. Danas je izlječiva zahvaljujući antibioticima.
Rizični čimbenici: Pušenje, život u onečišćenoj atmosferi, nepravilne higijenske navike...
AIDS: uzročnici, način zaraze HIV-om, način zaštite AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) – sindrom stečene imunodeficijencije (skup simptoma zbog razvoja nedostatne funkcionalnosti
192 imunološkog sustava) – uzrokuje ga virus HIV (virus humane imunodeficijencije) – prenosi se krvlju i spolnim odnosom, injekcijskim iglama te s majke na dijete kroz posteljicu ili sisanjem – zaštita: izbjegavanje nezaštićenog spolnog odnosa (upotreba kondoma), izbjegavanje dijeljenja igala među intravenskim ovisnicima.
Alergija i alergeni
Imunološki sustav može reagirati na tvari koje inače nisu štetne za organizam →imunološka preosjetljivost (alergije) Najčešći alergeni su: prašina (grinje), perje, pelud različitih biljaka, pojedine namirnice, neke vrste ljekova (npr. penicilin)
Nastanak karijesa i načini zaštite zubi
Erozija zuba do koje dolazi nakon oštećenja zubne cakline. Nastajanje karijesa pouspješuju bakterije (Streptococcus mutans). Prvo se na zubima javlja zubni plak (naslaga hrane, sline i bakterija) → bakterije u plaku razgrađuju ostatke hrane i pritom stvaraju kiseline koje otapaju caklinu (ovom procesu pogoduje hrana bogata ugljikohidratima i neredovita higijena zuba). Prevencija je upravo suprotna: redovita higijena zuba, prehrana bez puno ugljikohidrata, uzimanje manje količine fluora (caklina postaje otpornija na otapanje), redovit odlazak stomatologu.
Štetnost alkohola
Alkohol (etanol) izaziva ovisnost, brzo se iz probavnog sustava apsorbira ukrvotok, krvlju se trasnportira u jetru gdje se pretvara u acetaldehid → vrlo toksičan spoj, oštećuje jetru → ciroza jetre. Pretjerana konzumacija alkohola može dovesti do gastritisa (upala želučane sluznice), oštećenja mozga, pankreatitisa (akutna upala gušterače), oštećenja srca, ima negativan utjecaj na pamćenje, kronični alkoholizam dovodi do gubitka na tjelesnoj težini (iako je alkohol kaloričan, ali se zanemaruje ostala hrana) i dr.
193
Pojava proljeva i zatvora; osnova samopomoći
Proljev – posljedica prebrzog gibanja sadržaja crijeva kroz debelo crijevo. Stolica je česta i izrazito tekuća. Može nastati uslijed nepravile prehrane, bakterijske ili virusne infekcije probavnog sustava, antibiotici, a može biti i psihogen (pri povećanoj psihičkoj napetosti). Proljevom se može u vrlo kratkom vremenu izgubiti velika količina tekućine → narušavanje homeostaze Proljev najčešće traje dan-dva, ako potraje dulje, treba posjetiti liječnika. SAMOPOMOĆ: uzimanje dovoljne količine izotonične tekućine
Zatvor – posljedica sporog gibanja fecesa debelim crijevom. Uzrok mogu biti patološke promjene debelog crijeva i smanjena sposobnost kretanja muskulature crijeva. Češće je uzrok neodgovarajuća prehrana te neredovito pražnjenje crijeva. SAMOPOMOĆ: Uzimati hranu s više vlakana (kruh od cjelovitih žitarica, žitne pahuljice, voće, lisnato povrće, krumpirova kora, grah i suhi grašak), smanjiti uzimanje visokoprerađenih namirnica (bijeli kruh i sir), povećati uzimanje tekućine, ali izbjegavati kofein i alkohol, redovito pražnjenje crijeva, redovita tjelovježba.
Osnova zdrave prehrane
Za zdravlje čovjeka bitna je uravnotežena prehrana → tijelu osigurava sve potrebne tvari za normalno funkcioniranje i optimalnu količinu energije. Dnevno bi u obrocima odrasle osobe prosječno trebalo biti oko 50% ugljikohidrata, 30% bjelančevina i oko 15% masnoća. U djece udio bjelačevina treba biti veći zbog intenzivnog rasta i razvoja.
194
šećer, ulje i masnoće
mlijeko i niskomasni mliječni proizvodi, meso male masnoće, jaja i riba
voće i povrće
integralne žitarice, kruh i tjestenina
Piramida pravilne prehrane
Rizični čimbenici za zdravlje i rad bubrega Bubrezi su vrlo osjetljivi i treba ih čuvati od prehlade i štetnih (nefrotoksičnih) tvari. Posebno su osjetljivi na teške metale, pojedine lijekove i veće količine alkohola. Kod oštećenih bubrega toksične tvari zaostaju u tijelu te se koncentriraju do količina koje uzrokuju trovanje pa i smrt.
Spolno prenosive bolesti: HIV*, hepatitis, herpes, papiloma (HPV**), trihomonas, klamidija, gonoreja, sifilis
195 *HIV kao bolest navode sami sastavljači kataloga iako HIV nije bolest, nego virus koji uzrokuje AIDS **isto tako, HPV (humani papiloma virus) je virus koji uzrokuje rak grlića maternice
Povezanost spolno prenosivih bolesti s rizičnim ponašanjem Ove bolesti uglavnom su posljedica neodgovornog spolnog ponašanja: izbjegavanje kontracepcije (posebice prezervativa), promiskuitetno ponašanje (često mijenjanje seksualnih partnera).
Metode kontracepcije (sprečavanja začeća); važnost planiranja obitelji PRIRODNE METODE: Ne rabe se sredstva za sprječavanje trudnoće, već se pokušava odrediti vrijeme ovulacije – na taj se način može pretpostaviti moguće vrijeme začeća (odrediti tzv. plodni dani) → u to se vrijeme izbjegava spolni odnos. Jedan od načina određivanja ovulacije (ne baš pouzdan) jest prema kalendaru menstruacije. U pravilu od ovulacije do nove menstruacije prođe 14 dana te ovulaciju možemo odrediti tako da od ukupnog ciklusa oduzmemo 14 dana. U slučaju pravilnog ciklusa koji traje 28 dana, ovulacija bi trebala biti 14. dana ciklusa. Ako ciklusa traje 32 dana, pretpostavka je da će se ovulacija dogoditi 18. dana ciklusa. Ako se želi izbijeći trudnoća, spolni odnos treba izbjegavati 4 dana prije i 3 dana poslije ovulacije. Najpoznatije prirodne metode su Knaus-Oginova metoda – temelji se na određivanju trenutka ovulacije mjerenjem tjelesne temperature. Bilingsova metoda cervikalne sluzi – temelji se na promjenama konzistencije sluzi u cerviksu. Prekinuti snošaj – najstarija prirodan metoda, spolni odnos se prekida prije ejakulacije sjemene tekućine u rodnicu (nepouzdano). Sve su prirodne metode kontracepcije poprilično nepouzdane.
KEMIJSKE METODE: Korištenje sredstava koje sadrže tzv. spermicidne tvari (ubijaju spermije ili smanjuju njihovu pokretljivost). Spermicidna sredstva se neposredno pije odnosa stave u rodnicu, a najčešće su u obliku krema, gela ili pjene.
196
MEHANIČKE METODE: Sprječavaju prolazak spermija u spolni sustav žene. Najpoznatije mehaničko sredstvo zaštite su kondomi (za razliku od ostalih navedenih metoda, daju i određeni stupanj zaštite od spolno prenosivih bolesti). Prezervativ se stavlja na penis prije spolnog odnosa te sprječava ejakulaciju sjemene tekućine u rodnicu žene. Postoje i ženski kondomi – femidomi – stavljaju se u rodnicu i djeluju na isti način. Spirala ili maternički uložak - sprječava prolazak spermija, ali ako se oplodnja ipak dogodi, spirala djeluje kao abortivno sredtvo → sprječava imaplantaciju zametka u sluznicu maternice. Dijafragma – elastična kapica, stavlja se u rodnicu prije snošaja.
BIOLOŠKO-HORMONSKE METODE: Uglavnom sprječavaju ovulaciju – ne može doći do oplodnje. Mogu biti u obliku pilula, flastera, injekcija, implantata. Pilula za „dan poslije“ → sprječava implantaciju oplođene jajne stanice u sluznicu maternice.
TRAJNE METODE: Sterilizacija → u muškaraca vazektomija (presijecanje sjemenovoda), a u žena podvezivanje jajnika.
PLANIRANJE OBITELJI - svjesno i slobodno odlučivanje žene i muškarca o najpovoljnijem vremenu za roditeljstvo, za rođenje željenog broja djece te o vremenu i razmaku između poroda. Cilj planiranja obiteiji je rođenje zdrave i željene djece te odgovorno i svjesno roditeljstvo. Planiranje obitelji je jedno od osnovnih ljudskih prava i sloboda.
Ovisnosti: vrste i štetne posljedice Ovisnost je duševno i tjelesno stanje osobe koje nastaje kao posljedica međudjelovanja organizma i sredstava ovisnosti. Može biti fizička: kada se zbog prilagodbe organizma na sredstva ovisnosti pojave fizički poremećaji ako se prekine
197 uzimanje tih sredstava. Takvu ovisnost izazivaju alkohol, opijati, barbiturati i drugi sedativi, to mogu biti i neki lijekovi (uslijed dugotrajne primjene). Općenito sredstva ovisnosi možemo podijeliti na: • Socijalno prihvaćena sredstva ovisnosti - alkohol, duha, kava, čak se ne smatraju „drogama“, a nerijetko se njihovo konzumiranje potiče (reklame). • Socijalno neprihvaćena sredstva ovisnosti – prave „droge“, uživatelje zovemo narkomanima. Te se droge ne mogu legalno kupiti. Ovisnici ih nabavljaju ilegalno (nerijetko kriminalnim radnjama), vrlo su skupe. Tu ubrajamo: morfin i njegove derivate, marihuanu, hašiš, kanabis, kokain, sintetičke halucinogene, hlapljive pare organskih otapala (snifanje). • Sredstva ovisnosti o kojima nema jasnih moralnih stajališta u društvu – prekomjerno uzimanje nekog lijeka (tabletomanija).
VRSTE ovisnosti: alkoholizam, amfetaminski tip, kanabisni tip (marihuana, hašiš), kokain, halucinogeni (LSD, meskalin, skopolamin), opijatni tip (heroin), duhanski tip
POSLJEDICE (mogu se podijeliti na psihološke i fiziološke): Amfetamini uzrokuju depresiju, pospanost, glad, osjećaj straha. Kanabis uzrokuje bolesti organa za disanje, smanjuje spermatogenezu, izaziva izostanak ovulacije. Kokain može dovesti čak do moždanog udara, izaziva strah, razdražljivost, depresiju, suicidalne misli, Heroin uzrokuje suzenje očiju, curenje nosa, intenzivno znojenje, proširenje zjenica, proljev, grčeve u trbuhu, bolove u mišićima i kostima. Nikotin (iz duhanskog dima) uzrokuje oštećenje krvožilnog sustava, kronične bolesti dišnog sustava, može dovesti do raka. U razdoblju apstinencije (prestanka uzimanja sredstava ovisnosti) javlja se apstinencijska kriza (neugodni tjelesni simptomi, loše psihičko stanje zbog jake želje za sredstvom ovisnosti).
198 Bolesti koje se prenose krvlju Najčešće su AIDS i hepatitis i to posebice uporabom već korištenih igala pri ubrizgavanju sredstava ovisnosti. Hepatitis je virusna upala jetre koja dovodi do oštećenja ili uništenja njezinih stanica. Može biti kratkotrajan (akutni) i dugotrajan (kronični). Razlikujemo hepatitis A – uvijek akutan; hepatitis B – serumski hepatitis, nalazi se u krvi, slini i spermi, a prenosi se transfuzijom krvi, zaraženim iglama ili spolnim kontaktom; hepatitis C – može se prenjeti transfuzijom krvi, spolnim odnosom, zaraženim iglama, preko ozljeda na koži. Rizičnu skupinu čine ovisinici o drogama, promiskuitetne osobe, osobe koje su se podvrgnule piercingu.
Dijabetes: rizični čimbenici, liječenje Dijabetes – šećerna bolest – gušterača ne luči inzulin ili on ne djeluje ispravno pa se u krvi nakuplja previše šećera – oboljeli moraju primati injekcije inzulina i/ili (ovisno o tipu bolesti – inzulin ovisni tip I ili inzulin neovisni tip II) se pridržavati posebnog režima prehrane i tjelesne aktivnosti, može se liječiti transplantacijom gušterače ili izoliranih Langerhansovih otočića. Rizični čimbenici za nastanak: naslijeđe i okolina (pretilost, nepravilna prehrana, nedostatna tjelesna aktivnost)
Leukemija Veliko povećanje broja nenormalnih leukocita u krvi. Leukociti nisu funkcionalni, ne obavljaju svoju zadaću obrane organizma. Mogu biti akutne ili kronične. Ako bolest zahvaća limfocite → limfatična leukemija, a ako zahvaća neutrofilne leukocite – mijeloična leukemija.
199 Hemofilija Nemogućnost zgrušavanja krvi od koje uglavnom boluju muškarci (objašnjeno u genetici). Lječenje se provodi ubrizgavanjem faktora zgrušavanja koji nedostaje.
Značenje programa imunizacije djece Trajnom i programiranom imunizacijom (cijepljenjem) iskorijenjene su neke teške bolesti na svjetskoj razini (npr. velike boginje). Imunizacijom se sprječava razvoj brojnih zaraznih bolesti.
Važnost transplantacije i doniranja organa Presađivanje ili transplantacija organa → širom svijeta prihvaćena i uspješna metoda liječenja bolesnika kod kojih je došlo do nepovratnog zatajenja funkcije organa. Uspješno presađivanje, i kada nije od vitalnog značaja, doprinosi poboljšanju kvalitete života primatelja.
Povezanost nastanka bolesti s poremećajima u radu endokrinih žlijezda Hipotireoza – smanjeno lučenje hormona štitnjače – usporavaju se tjelesne i metalne funkcije. Jedna vrsta hipotireoze može biti uzrokovana nedostatkom joda u hrani (jod je nužan za sintezu hormona štitinjače). Dolazi do smanjenog lučenja hormona štitnjače, a njeno tkivo buja → gušavost Postoji i hipertireoza – pojačano lučenje hormona štitnjače. Gigantizam – posljedica prevelike količine hormona rasta. Patuljasti rast – smanjeno lučenje hormona rasta. Dijabetes – gušterača ne luči hormon inzulin.
Moždana kap; rizični čimbenici Propadanje dijela mozga koji ostane bez opskrbe krvlju zbog poremećaja u krvotoku mozga Rizični čimbenici: pušenje, trajno povišeni kolesterol, šećerna bolest.
200
Degenerativne bolesti živčanog sustava Postupno propadanje neurona u mozgu Parkinsonova bolest, Alzheimerova bolest (senilna demencija), multipla skleroza
Opasnost buke za zdravlje Jaki zvukovi mogu uzrokovati bol u ušima, vrtoglavicu, mučninu, razdražljivost i umor, a dugotrajna izloženost buki uzrokuje trajno oštećenje sluha. Jedinica za jačinu zvuka izražava se u decibelima (dB). Opasnosti za sluh nema u rasponu od 10-80 dB, od 80-110 dB postoji opasnost za sluh, a u rasponu od 120-140 dB moguće je oštećenje sluha već pri kratkom izlaganju.
201
7 GENETIKA a. Osnovni genetički pojmovi i njihovi međuodnosi Definicija genetike i povezanost s ostalim biološkim disciplinama Genetika je znanost koja se bavi istraživanjem svih aspekata nasljeđivanja. Nasljeđivanje se može proučavati na raličitim organizacijskim razinama života – na razini molekula, kromosoma, stanica, jedinki, populacija, vrsta itd. Predmeti proučavanja genetike jesu struktura, prijenos i djelovanje njasljedne tvari u stanici.
Proučavanje nasljeđivanja na razini jedinki bavi se KLASIČNA ili MENDELOVA GENETIKA
Područje genetike koje istražuje nasljeđivanje na razini stanica i kromosoma jest CITOGENETIKA
Područje genetike koje se bavi nasljeđivanjem na razini populacija jest POPULACIJSKA GENETIKA
Istraživanje nasljeđivanja na razini molekula jest MOLEKULARNA GENETIKA
Područje genetike koje na temelju strukture i funkcije genetičkog materijala te analize nasljeđivanja na razini populacija i vrsta potvrđuju evolucijske postavke jest EVOLUCIJSKA GENETIKA
Razvojem tehnika molekularne genetike utemeljeno je najnovije područje genetike GENETIČKO INŽENJERSTVO
Genetika je povezana sa svim biološkim disciplinama koje proučavaju pojedine skupine organizama (botanika, zoologija, biologija čovjeka, mikrobiologija...) jer se s genetičkog stajališta istražuju sve skupine organizama. Genetika je najdublje povezana s biologijom stanice (
citogenetika – proučava promjene broja i oblika kromosoma vidljive
mikroskopom) i molekularnom biologijom (
molekularna genetika – proučava
202 naslijeđivanje na razini molekule DNA odnosno RNA). Izvan biologije, genetika je najdublje povezana s biotehnologijom (genetičko inženjerstvo), medicinom (najviše nas zanima naša vlastita genetika, genetika čovjeka, kako bismo spriječili i liječili genetske poremećaje) i statistikom (populacijska genetika).
Nasljedna tvar i nasljedna svojstva Nasljeđuje se uputa za izgradnju i funkcioniranje organizma, a ta je uputa sadržana u genima. Dakle, nasljeđuju se geni koji određuju svojstva (FENOTIP→ svaka morfološka osobina vidljiva okom). Skup svih gena jednog organizma naziva se GENOTIP. Gen je dio molekule DNA koja sadrži uputu za strukturu određenog polipeptida (bjelančevine). Gen je dio molekule DNA koje se zajedno prepisuje u RNA (najčešće mRNA). Nasljedna je tvar, dakle, DNA.
Nasljedna svojstva → značajke organizma koje su rezultat nasljeđivanja (prijenosa nasljedne tvari s roditelja na potomke). Ona nisu fizička osnova nasljeđivanja, nego su to geni koji određuju ta svojstva.
Genotip i fenotip GENOTIP – svi geni nekog organizma; genetička struktura jedinke. FENOTIP – izgled i funkcija organizma kao rezultat međudjelovanja njegova genotipa i okoliša.
Odnos gena i okoline u oblikovanju fenotipa Na fenotip utječu i geni i okolina (dostupnost hranjivih tvari, izloženost štetnim tvarima, kod ljudi odgoj...). Geni određuju okvire unutar kojih okoliš može utjecati na fenotip. Ponekad su okviri široki, a ponekad izrazito uski. Uglavnom su okviri poligenskih svojstava (fenotipska značajka pod kontrolom većeg broja gena) širi u odnosu na monogenske okvire (jedno svojstvo – jedan gen).
203 Klon i populacija KLON – populacija stanica ili organizama koji su nastali mitozom od jedne stanice ili zajedničkog pretka. Kloniranje je vrsta nespolnog razmnožavanja. Tako se razmnožavaju biljke, mnogi mikroorganizmi i neke jednostavne životinje. Primjeri: jagoda se klonira vriježama, krumpir gomoljima, afrička ljubičica i carska begonija listovima... POPULACIJA – skup jedinki iste vrste koje žive na određenom prostoru u određenom vremenu (mogu se međusobno razmnožavati). Svi su pripadnici iste populacije povezani nizom svojstava: sličan genotip i fenotip, razmnožavanjem, način prehrane i ponašanje. Primjeri: svi maslačci na jednoj livadi, šišmiši u jednoj spilji...
b. Kemijska građa i mehanizam djelovanja gena Građa, uloga i svojstva nukleinskih kiselina (vidi više o nukleinskim kiselinama u 1. poglavlju Biologija stanice) Podjela nukleinskih kiselima: DNA (deoksiribonukleinska kiseline, dvolančana), RNA (ribonukleinska kiselina, uglavnom jednolančana) → može biti mRNA („messenger RNA“ ili „glasnička RNA“), tRNA („transfer RNA“ ili „transportna RNA“), rRNA („ribosomal RNA“ ili „ribosomska RNA“) DNA (deoksiribonukleinska kiselina) – čine je dva polinukleotidna lanca omotana oko zamišljene osi u dvolančanu zavojnicu. Osnovna jedinica strukture molekule DNA je NUKLEOTID. Svaki nukleotid čine: ŠEĆER (pentoza – deoksiriboza), FOSFATNA SKUPINA i DUŠIKOVA BAZA (purinske dušikove baze jesu adenin i gvanin, a pirimidinske timin i citozin). Baza je vezana za šećer preko 1C atoma. Fosfatna je skupina vezana za šećer preko 5C atoma. Novi se nukleotidi vežu na hidroksilnu skupinu ( -OH) na atomu šećera. To je 3' kraj polinukleotidnog lanca. Drugi kraj lanca jest 5' kraj. Polinukleotidni lanci su antiparalelni, a međusobno su povezani vodikovim vezama između komplementarnih dušikovih baza (adenin s timinom, gvanin s citozinom). Uloga nukleinskih kiselina: pohranjivanje i nasljedni prijenos upute za građu i funkcioniranje organizma. Svojstva nukleinskih kiselina: Pohranjivanje informacije, sposobnost udvostručivanje, stabilnost strukture, mogućnost promjene.
204 RNA – građena je od ribonukelotida povezanih u lanac na isti način kao u molekuli DNA. Šećer je riboza. Ona sadrži na atomu 2C OH–skupinu koje nema u deoksiribozi. To je jedina razlika između ta dva šećera. U strukturi RNA umjesto timina dolazi uracil.
Uloga molekula RNA
Tip RNA
Uloga
mRNA
Donosi prijepis upute s molekule DNA za redoslijed aminokiseline u proteinu
tRNA
Donosi odgovarajuću aminokiselinu na ribosom tijekom sinteze proteina
rRNA
Sudjeluje u građi ribosoma i povezivanju aminokiselina peptidnom vezom u lanac
Upravljanje gena životnim procesima (biosinteza proteina)
Glasnička ili mRNA – prenosi genetički informaciju iz jezgre u citoplazme. Proces sinteze mRNA na polinukleotidnom lancu kalupu DNA naziva se PREPISIVANJEM ili TRANSKRIPCIJOM (na principu komplementarnih baza s pomoću enzima RNA–polimeraze.) Molekula mRNA nosi informaciju u obliku tripleta baza koje nazivamo KODON. Nakon što je transkripcija završena, mRNA prolazi kroz pore jezgrine membrane u citoplazmu do ribosoma. Prijenosna ili tRNA – prenosi aminokiseline do ribosoma, MJESTA BIOSINTEZE BJELANČEVINA. Postoji najmanje 20 tRNA, po jedna za svaku aminokislinu. Molekula tRNA je jednolančana, a jedan kraj sadrži triplet nukleotida – ANTIKODON – on je komplementaran jednom ili više kodona u molekuli mRNA. Drugi kraj molekule tRNA nosi mjesto za prihvaćanje aminikiseline.
205 Ribosomska RNA ili rRNA – sastavni je dio ribosoma Nakon transkirpcije u citoplazmi dolazi do sinteze bjelačevina kroz proces PREVOĐENJA ili TRANSLACIJE → ribosom se kreće duž molekule mRNA (ona sadrži kodon), a u citoplazmi se nalaze i molekule tRNA (one na jednom kraju sadrže antikodon, a na drugom neku aminokiselinu) → antikodon je komplementaran kodonu, a prepoznaju se na temelju vodikovih veza koje se uspostavljaju među njima. Npr. jedan od kodona za aminokiselinu fenilalanin je UUU, dakle komplementarni antikodon na molekuli tRNA je AAA. U citoplazmi postoji enzim koji će tu aminokiselinu vezati za tRNA s antikodonom AAA, a kada se u području prevođenja prijepisa (na ribosomima) pojavi kodon UUU, s njime će se, na principu komplemetarnosti, vezati antikodon AAA koji čini jedan kraj tRNA, te aminokiselina fenilalanin koja je vezana na drugom kraju tRNA → zatim će molekula rRNA omogućiti vezivanje fenilalanina s prethodnom kiselinom (stvara se peptidna veza), a mRNA će se pomaknuti za jedan triplet u svrhu vezivanje neke nove aminokiseline → taj se proces ponavlja sve dok se u području prevođenja pojavi jedan od STOP kodona (UAA, UAG, UGA), dok je prvi kodon kojega ribosom prevodi START kodon (AUG).
c. Građa i organizacija nasljedne tvari virusa, prokariota i eukariota
Kromosomska teorija nasljeđivanja U sintetskoj (S) fazi životnog ciklusa stanice, pomoću enzima DNA polimeraze odvija se semikonzervativna replikacija DNA (na svakom lancu sintetizira se novi, komplementaran tako da se svaka nova DNA sastoji od jednog roditeljskog i jednog novosintetiziranog lanca), kod eukariota svaka udvostručena DNA čini dvije kromatide kromosoma međusobno povezane centromerom (pričvrsnicom pomoću koje se pričvršćuju za diobeno vreteno) – eukariotski kromosom sastoji se od DNA omotane (pakirane) oko bjelančevina, to je transportni oblik DNA koji je najjače spiraliziran (najgušće pakiran) u metafazi diobe (prije razdvajanja kromatida koje je time
206 olakšano). Sva biološka svojstva stanice određena su genima tj. dijelovima molekula DNA koje se prenose iz roditeljske stanice na stanicu potomak u obliku kromosoma (1 molekula DNA
1 kromosom – ali kromosom prije diobe sadrži 2 iste molekule DNA jer se DNA
udvostručila), kromosom je gusto pakirani oblik u kojem se molekula DNA nalazi za vrijeme stanične diobe.
Temeljna građa, broj i vrsta kromosoma, kromosomske garniture S obziroma na staničnu građu razlikujemo prokariotski i eukariotski kromosom. o PROKARIOTSKI: kružna dvolančana molekula DNA. Takve kromosome imaju bakterije, virusi i organeli eukariotske stanice (plastidi i mitohondriji). o EUKARIOTSKI: štapićasta struktura koja se nalazi u jezgri i ima linearno poredane gene, nastaje zgušnjavanjem tankih niti kromatina za vrijeme stanične diobe. Izgrađen od DNA i proteina. GRAĐA KROMOSOMA 1. Kromatida 2. Centromera (pričvrsnica) 3. Kraći krak 4. Duži krak
207
Razlika između genskog sustava bakterije i virusa i eukariota VIRUSI – nemaju staničnu organizaciju, sadrže jednu molekulu nukelinske kiseline (DNA ili RNA, jednolančana ili dvolančana, linearna ili kružna) koja im čini cijeli genom – ona se nalazi unutar bjelančevinastog omotača, tj. kapside. Virusi su obligatni paraziti, tj. nemaju vlastitu izmjenu tvari, niti se mogu sami razmnožavati → ovise o živoj stanici koju napadaju (koriste njene mehanizme za replikaciju DNA te transkripciju i translaciju).
BAKTERIJE – nositeljica genetičke upute jest kružna prstenasta molekula – NUKLEOID (bakterijski kromosom). Uz bakterijski se kromosom u stanici mogu
a
208 nalaziti i plazmidi, male kružne molekule DNA – one su nezavisne samoreplicirajuće čestice, sadrže mali broj gena, često važnih za bakterijsku otpornost na antibiotike i druge funkcije koje nisu nužne za preživljavanje bakterije u normalnim uvjetima, ali mogu omogućiti preživljavanje u promijenjenim, nepovoljnim uvjetima (npr. Fplazmid omogućuje izmjenu genetičkog materijala između bakterija konjugacijom).
EUKARIOTI - genetski materijal je organiziran u KROMOSOM - svaki sadrži jednu molekulu linearne DNA koja je povezana s HISTONIMA (proteini) – koji formiraju KROMATIN – sadrži ponavljajuće jedinice – NUKLEOSOME. Kada se stanica ne dijeli DNA i udruženi proteini pojavljuju se kao vlakanasta masa – KROMATIN
d. Značenje mejoze i križanja za nasljeđivanje Osnovna načela određivanja spola (u čovjeka i drugih sisavaca)
Čovjek u tjelesnim stanicama ima 46 kromosoma (2n=46): 22 para autosoma (tjelesnih kromosoma) i jedan par spolnih kromosoma. Po spolnim se kromosomima razlikuju kromosomski setovi muškarca i žene:
kariotip žene (nema Y kromosoma) ŽENE: 44+X+X MUŠKARCI: 44+X+Y
kariotip muškarca
209 Nakon gametogeneze u ženke svaka jajna stanica sadrži jedan X kromosom – homogametan spol Nakon gametogeneze u mužjaka ½ spermija ima X kromosoma, a ½ ima Y kromosoma (heterogametan spol). Ako jajnu stanicu oplodi spermij s X kromosomom, iz novonastale zigote kromosomske garniture 44 +X+X razvit će se jedninka ženskog spola. Ako jajnu stanicu oplodi kromosom s Y kromosomom, zigota će imati kromosomsku garnituru oblika 44+X+Y pa će se razviti jednika muškog spola.
Uzroci varijabilnosti ( = raznolikosti genotipa i fenotipa različitih organizama iste vrste)
MUTACIJE – iznenadna promjena nasljedne tvari → mogu biti genske (točkaste) i kromosomske. GENSKE – događaju se unutar jednog gena → nastaju novi oblici alela. Promjene u molekuli mogu nastati u tjelesnim stanicama (somatske mutacije), ali i u gametama (germinativne mutacije). Somatske mutacije nisu nasljedne → nisu nastale u gametama. Primjeri: bijeli pramen kose u ljudi, šarolikost cvjetova i listova u nekih biljaka, ali se pretpostavlja da maligne bolesti (tumori) započinju kao somatske mutacije. Geminativne su mutacije nasljedne i utječu na gensku varijabilnost vrsta. Mutacije mogu nastati SPONTANO (same od sebe), a mogu biti INDUCIRANE (nastaje djelovanjem nekog čimbenika). Molekularna osnova i spontanih i inuciranih mutacije je ista → nastaju zbog grešaka u replikaciji DNA, tj. mogu nastati supstitucijom (zamjena jednog nukleotida i njegova para u lancu), adicijom (umetanje jednog ili više parova nukleotida), delecijom (gubitak jednog ili više parova nukleotida). Kromosomske mutacije obuhvaćaju promjenu broja ili promjenu strukture kromosoma (kromosomske aberacije) Promjene broja kromosoma: Može zahvaćati sve kromosome u kromosomskom setu (euploidija) ili pojedine kromosome (aneuploidija)
210 EUPLOIDIJA MONOPLOIDI ILI HAPLOIDI
POLIPLOIDI
Imaju jedan set kromosoma(n).
Tri ili više setova korosoma:
Nastaju iz neoplođene jajne stanice i
triploid(3n), tetraploid(4n),
vrlo su rijetki u viših organizama. Npr. pentaploid(5n)... mužjaci pčele, tj. trutovi su haploidi
Ograničeno na biljno carstvo
jer se razvijaju iz neoplođene jajne
Npr. kultivirani krumpir je tetraploid,
stanice
a kultivirana pšenica heskaploid.
Promjene strukture kromosoma (kromosomske aberacije) Posljedica su loma kromosoma ili pogrešaka tokom krosingovera. Kromosomske aberacije djelimo na delecije, duplikacije, inverzije i translokacije
Kromosomske aberacije: a) delecija b)duplikacija c) inverzija d) translokacija MODIFIKACIJE – nenaslijedne promjene nastale uslijed utjecaja okoliša. Nastaju najčešće djelovanjem klimatskih utjecaja (temperatura, vlaga, svjetlost, nadmorska visina i dr.). Pocrnjela koža na suncu je primjer privremene modifikacije.
211 REKOMBINACIJE – 3 su izvora odgovorna za genetičku raznolikost, a to su: • nezavisna orijentacija i razilaženje kromosoma • krosingover • slučajna oplodnja
Rekombinacija se javlja i u bakterija (prokarioti) – to su procesi transformacije, konjugacije i transdukcije.
KRIŽANJE – miješanje genskog materijala dvaju roditelja, još se naziva i hibridizacija.
Značenje nezavisnog razdvajanja homolognih kromosoma i krosingovera U profazi I. prilikom sparivanja homolognih kromosoma u bivalente može doći do izmjene genetičkog materijala (crossing-over = ukriženje) između nesestrinskih kromatida, a u anafazi I. i II. svaki bivalent odnosno homologni kromosom razdvaja se neovisno o ostalima (postoji slučajnost poput bacanja novčića na koji će pol stanice otići majčin odnosno očev kromosom) – sve to doprinosi varijabilnosti, jer zbog tih procesa gamete nisu identične stanici od koje su nastale niti međusobno, nego mogu nastati razne kombinacije.
Dominantna i recesivna svojstva, roditeljska (parentalna) i generacija potomaka (filijalna) DOMINANTNA (PREVLADAVAJUĆA) SVOJSTVA: dolaze do izražaja u fenotipu ako su prisutna u genotipu.
RECESIVNA (POTISNUTA) SVOJSTVA: dolaze do izražaja u fenotipu samo ako u genotipu nisu prisutni odgovarajući dominantni aleli. RODITELJSKA (PARENTALNA) LINIJA: P-generacija, to su jednike kojima počinjemo križanje. GENERACIJA POTOMAKA (FILIJALNA): F1-generacija (prva filijalna generacija), te jedinke predstavljaju potomke. Ako potomke, odnosno jedinke F1-generacije križamo
212 međusobno ili se oni samooplode (grašak je samooplodna biljka, tj. u svakom se cvijetu nalaze i muški i ženski rasplodni organi pa se redovito jajna stanica oplodi peludom istog cvijeta), dobit ćemo drugu filijalnu generaciju, tj. F2-generaciju.
Alel, homozigotni i heterozigotni organizmi Svaki gen u diploidnoj (tjelesnoj) stanici dolazi u paru, a nazivamo ih aleli. Aleli se nalaze na oba homologna kromosoma. Točan položaj gena na kromosomu naziva se lokus. Za svaku karakteristiku jednika nasljeđuje dva alela: jedan od oca, drugi od majke. Jedinka koja nosi iste alele za određeno svojstvo jest homozigot (KK ili kk). Jedinka koja nosi različite alele za neko svojstvo je hetrozigot (Kk ili kK).
Primjeri monohibridnog, dihibridnog i intermedijarnog križanja
MONOHIBRIDNO KRIŽANJE: Praćenje jednog svojstva križanjem generacije F1. U ovom primjeru križamo visoku jedinku graška (AA) s niskom jednikom graška (aa) Kao rezultat monohibiridnog križanja javljaju se dominantni i recesivni oblici u približnom omjeru 3:1
213
DIHIBRIDNO KRIŽANJE: križanje u kojemu istodobno pratimo nasljeđivanje dvaju svojstava, primjerice oblika i boje sjemenke graške.
Npr. križamo grašak okruglih i žutih sjemenki (OOŽŽ) s graškom naboranih i zelenih sjemenki (oožž) – dakle to jeP-generacija koju predstavljaju homozigoti za ove dvije osobine. Očito je da aleli „O“ i„Ž“ predstavljaju dominantne alele, a„o“ i „ž“ recesivne.
214
Dihibridno križanje
Kao rezultat dihibridnog križanja javljaju se dominantni i recesivni oblici u približnom omjeru 9:3:3:1. Ovdje Mendel uočava da se svojstva nasljeđuju neovisno jedno o drugom.
INTERMEDIJARNO KRIŽANJE: Nasljeđivanje u kojemu nema dominacije i recesivnosti, a može se prikazati na primjeru križanja biljke zijevalice crvenog (C1C1) i bijelog cvijeta (C2C2). U generaciji F1 sve su jedinke bile ružičaste boje. U generaciji F2 križanjem ružičastih zijevalica (samooplodnja) fenotipski omjer iznosi 1(crvena zijevalica) : 2(ružičaste zijevalice) : 1 (bijela zijevalica). Dakle, očekivali bi da se u F1 generaciji pojave crveni cvjetovi, ali to nije slučaj! Naime alel C1 nije dovoljan za proizvodnju dovoljne količine crvenog pigmenta, pa su cvjetovi u F1 generaciji svjetliji
215 u usporedbi s roditeljom. Tu govorimo o NEPOTPUNOJ DOMINACIJI (alel C1 ne dominira u potpunosti nad alelom C2) Između pojedinih alela može postojati križanje s dominacijom (monohibridno križanje), a mogu postojati i aleli bez dominacije (intermedijarno križanje).
Mendelovi zakoni u riješavanju različitih tipova zadataka križanja Mendelovi zakoni: • 1. Mendelov zakon ili zakon o jednoličnosti generacije F1 govori da križanjem čiste linije jedinki, tj. homozigotnih roditelja (AA, aa) nastaju potomci generacije F1 koji su međusobno jednaki. Dakle, ako križamo niski grašak s niskim graškom, svi su potomci niski, ta je karakteristika recesivna, a da bi bila vidljiva u fenotipu oba alela moraju biti recesivna (aa)
216 • 2. Mendelov zakon ili zakon segregacije (odvajanja alela tijekom mejoze) u generaciji F2. Omjeri pojedinih svojstava konstantni su. Kod monohibridnog križanja s dominacijom promatra se jedno svojstvo koje se nasljeđuje, s tim da jedna biljka nosi dva dominantna alela (AA), a druga dva recesicna za isto svojstvo (aa). Križanjem će se u F1 generaciji pojaviti samo dominantna karakteristika, dok će u F2 generaciji doći u omjeru 3:1 • 3. Mendelov zakon ili zakon neovisnog nasljeđivanja govori da se pojedina svojstva (nasljeđuju se odvojeno) prilikom križanja dviju jedinki raspoređuju slučajno, bez vidljivih pravila. Zato kod dihibridnog križanja imamo 16 mogućih kombinacija alela.
1. zadatak Križanjem miševa crne boje dobiveno je deset crnih i tri bijela miša. Koje je svojstvo dominantno, a koje je recesivno? Koji je genotip parentalne generacije? Rješenje: Iz omjera 10:3 što možemo svesti na približan omjer 3:1 proizlazi da je crna boja dominantno svojstvo, a bijela recesivno. Isto tako, riječ je o monohibridnom križanju s dominacijom Genotip parentalne generacije jest Cc x Cc
P
gamete
F1
Cc
C
C
x
Cc
c
C
c
Cc
Cc
cc
Crni miševi 3
2. zadatak
Bijeli miš :
1
217 U rajčice plod može biti crvene i žute boje. Križane su biljke sljedećih fenotipova Roditelji x
crveni
crveni
Potomci → svi crveni plod
Roditelji crveni
x
žuti plod
Potomci → 33 (crveni plod) : 36 (žuti plod)
a) Koji je fenotip dominantan? b) Koji su genotipovi roditelja i potomaka? Rješenje: Dominantna je crvena boja ploda! U prvom primjeru gdje se križaju dvije rajčice crvenih plodova genotipi mogu biti (dvije kombinacije): CC x CC CC x Cc U drugom primjeru da bi dobili približni fenotipski omjer 1:1 roditelji trebaju biti genotipa: Cc x cc
3. zadatak Kakvi će se genotipovi i fenotipovi pojaviti u potomstvu nakon križanja ružičaste i bijele jedinke noćurka (isto kao i kod biljke zijevalice → intermedijarno križanje)? 4. zadatak Križanjem visoke ljubičaste jedinke s niskom ljubičastom jedinkom dobiveno je 40 visokih ljubičastih i 40 niskih ljubičastih potomaka (boja se odnosi na boju cvijeta).
218 Prikaži križanje služeći se simbolima V, v, A, a i odredi moguće genotipove roditelja i potomaka
Multipli aleli (primjeri) Postoje slučajevi kada je veći broj alela odgovoran za jedno svojstvo – MULTIPLI ALELI Primjer je AB0 – sustav krvnih grupa. Tri alela na jednom genu (I) kontroliraju naslijeđe: IA, IB, I0. Aleli IA i IB su kodominantni, što znači da nema ni dominacije jednog alela nad drugim ni intermedijarnog fenotipa, već do izražaja dolaze oba dominantna alela. Krvnu grupu određujemo po antigenima koji se nalaze na eritrocitima, tako osobe krvne grupe A imaju na eritrocitima antigen A. Osobe krvne grupe B imaju antigen B, a osobe krvne grupe 0 na eritrocitima nemaju antigena. Osobe krvne grupe AB na eritrocitima imaju i antigen A i antigen B (jer su aleli IA i IB kodominantni). Istodobno, aleli IA i IB su dominantni u odnosu na alel I0
KRVNA
GENOTIP
GRUPA (FENOTIP)
homozigot
A
IAIA, IAI0
B
IBIB, IBI0
AB
IAIB
0
I0I0
heterozigot
1. zadatak Ako otac ima krvnu grupu A, a majka krvnu grupu B, koje krvne grupe mogu imati njihova djeca? Roditelji su za svojstvo krvne grupe heterozigoti.
Rješenje:
219 Budući da su heterozigoti genotipovi su im oblika: IAI0
P IA
gamete
F1
I0
IAIB
IAI0
IBIO
x IB
I0
IBI0
I0I0
Dakle, bit će zastupljene sve krvne grupe (A, B, AB, O)
2. zadatak Ako otac ima krvnu grupu AB, a majka krvnu grupu A, koje krvne grupe mogu imati njihova djeca? Majka je za svojstvo krvne grupe homozigot.
e. Vrste promjena genotipa, uzroci i posljedice
Mutacije, primjeri mutacija, vrste mutacija
Vidi Uzroci varijablinosti
Uzroci mutacija
1.
Ionizirajuća zračenja – X-zračenje, zračenje iz svemira te različitih radioaktivnih izvora → uzrokuju lomove molekula DNA ili lomove u drugim molekulama koje zatim postaju reaktivne (slobodni radikali) i oštećuju DNA
2.
Neionizirajuća zračenja – UV-zračenja
3.
Kemijski mutageni – alkilirajući spojevi, analozi baza, akridinske boje, fenoli, pesticidi, metali, azbestna vlakna i dr.
Učestalost korisnih i štetnih mutacija Podrazumijevamo javljanje mutacije u uzroku stanica ili jedinki, a izražava se kao broj mutacija na milijun gameta. Stopa mutacija varira od organizma do organizma i od gena do gena. Spontane mutacije su rjeđe od induciranih, a
220 korisne su rjeđe od štetnih. Čimbenici koji utječu na stopu mutacije su: veličina gena (što je gen veći, veća je mogućnost mutacije), genotip, temperatura, starenje, mutageni. Općenito, svaka određena mutacija je jako rijetka, ali budući da organizmi imaju jako puno gena, mutacije općenito su česta pojava.
Nasljedne bolesti uzrokovane genima smještenim na spolnim kromosomima Spolni kromosomi određuju spol, no oni nose i druge gene. Nasljeđivanje tih gena vezano je uz spol pa su to SPOLNO VEZANI GENI → njihovo je nasljeđivanje različito od nasljeđivanja gena na autosomima (tjelesnim kromosomima). Kada se govori o spolno vezanom nasljeđivanju, u prvom se redu misli na nasljeđivanje X kromosoma (jer je X kromosom puno veći nego Y kromosom, X kromosom ima puno više gena) Npr. gen za sintezu crvenog ili zelenog pigmenta u osjetilnim stanicama mrežnice nalazi se na kromosomu X (XD ili Xd). Da bi se kod žene očitovao daltonizam (neraspoznavanje boja), oba njezina X kromosoma moraju nositi recesivni alel (XdXd). Da bi bila zdrava može biti dominantni homozigot (XDXD) ili heterozigot (XDXd) – jer ima alel XD za sintezu pigmenta. Muškarac će biti zdrav samo ukoliko na X kromosomu ima dominantan alel (XDY), a muškarac daltonist ima recesivni alel (XdY) → to je zato što na Y kromsomu nema alela za sintezu pigmenta koji bi „prekrio“ recesivni alel Xd. Zato je daltonizam puno češći u muškaraca nego u žena. Isto se događa kod hemofilije (nemogućnost zgrušavanja krvi) i mišićne distrofije (slabljenje i propadanje mišića), to su SPOLNO VEZANE BOLESTI.
1. zadatak Daltonizam je spolno vezano recesivno svojstvo. Zdrava žena (nositeljica) udaje se za muškarca daltonista. a) Kakav je genotip majke tog muškarca? b) Hoće li njihovo dijete biti daltonist?
Rješenje:
221 a) Ako je muškarac daltonist tada on na X kromosomu ima recesivni alel (XdY). Majka je morala biti ili nositeljica (XDXd) ili bolesna (XdXd) → križajte s zdravim, a zatim s bolesnim ocem. Dobit ćete uvijek bolesnog muškog potomka! b) Moguće potomstvo je: gameta od majke
XD
Xd
XDXd zdrava
XdXd bolesna
gameta od oca ↓ Xd
žena nositeljica žena Y
XDY zdrav
XdY bolestan
muškarac
muškarac
Dakle, njihovo dijete, bez obzira na spol, ima 50% šanse da bude daltonist.
Kromsomske aberacije u čovjeka
Downov sindrom spada u kromosomske aberacije, točnije to je primjer aneuploidije (promjena broja kromosoma koja zahvaća pojedine kromosome u setu) u čovjeka (vidi Uzroci varijabilnosti – mutacije), Downom sindrom još se naziva i trisomija 21. kromosoma → javljaju se 3 kopije kromosoma 21 (2n+1). Fenotipski se javlja mentalna retardacija, mongoloidno smještene oči, nizak rast, široka i kratka lubanja, zdepasti udovi, srčane mane i dr. Uz Downov sindrom primjer je Turnerov sindrom. To je jedini primjer monosomije kod koje čovjek preživljava. Kromosomska garnitura oboljele osobe je 44+X0 (2n-1), riječ je dakle o ženskim osobama s jednim X kromosomom, koje su spolno nezrele i sterilne
Povezanost mutacije i malignih oboljenja, rizični čimbenici i ponašanje Somatske mutacije mogu uzrokovati tumore. Tumor nastaje zbog nekotrolirane diobe stanica koja je posljedica poremećaja regulacije staničnog ciklusa. U svim stanicama nalaze se onkogeni, a aktivni su samo tijekom embrionalnog razvoja.
222 Ukoliko se aktiviraju, dolazi do nekotrolirane diobe stanica. Geni supresori inhibiraju staničnu diobu, no ako dođe do mutacije u supresorima, poremeti se njihova funkcija te dolazi do nekotrolirane diobe stanica i njihove transformacije u tumorske stanice. Tumor je rezultat serije genetičkih događaja, mutacija u genima koji kontroliraju stanični ciklus. Neke od tih mutacija su nasljedne, a neke nastaju zbog oštećenja molekule DNA uslijed različitih tvari iz okoliša koje nazivamo kancerogenima. Svi kancerogeni izazivaju mutacije pa ih zovemo i mutagenima → zračenja, pesticidi, duhanski dim, neki konzervansi i dr. Stoga treba izbjegavati izloženost takvim tvarima.
f. Primjena genetike na različitim podružjima ljudske djelatnosti
Metode proučavanja nasljeđivanja u ljudi Budući da nije moguće provoditi eksperimente križanja na ljudima, u genetici čovjeka koriste se druge metode: proučavanje rodoslovlja i citogenetska istraživanja. Rodoslovlje ili obiteljsko stablo grafički je prikaz nekoliko generacija rodbinskog odnosa između predaka i potomaka. Koristi se za praćenje učestalosti nekih dominantnih/recesivnih svojstava, nasljednih bolesti i nepravilnosti. Svojstva određena jednim genom nasljeđuju se Mendelovim pravilima monohobridnog križanja i mogu se pratiti rodoslovnim stablom. Citogenetska istraživanja - analiza genetičke upute čovjeka općenito te pojedinaca radi otkrivanja mogućih genetskih poremećaja
Nasljeđivanje hemofilije pomoću rodoslovlja Zadatak: Prikaži rodoslovlje obitelji kod koje 16. potomak treće generacije ima hemofiliju ako se zna da su 14. i 15. potomak ženskog spola jednojajčani blizanci također bolesni. Isto tako, zna se da su djedovi bili bolesni, a bake nositeljice recesivnog svojstva. Rješenje:
223 1. Generacije se u rodoslovnom stablo označavaju rimskim brojevima (I, II, III, IV...) 2. Svakom se pojedincu pridaje redni broj počevši s 1 kojeg dajemo jedinki prve generacije, pazeći da broj pridajemo s lijeva na desno (predstavnik prve generacije koji se nalazi lijevo, ima broj 1) 3. Rodoslovlje koristi simboliku
muškarac
žena
oboljeli
oboljela
muškarac
žena
nositeljica
brak
Preminulo
Jednojajčani
dijete
blizanci
I. generaciju čine bake i djedovi, djedovi su bolesni (XhY), a bake nositeljice (X hXH) Križanje bolesnog djeda i bake nositeljice: Xh Y
P Xh
gamete
Xh Xh oboljela žena
x
XhXH
Y
Xh
XH
Xh XH
Xh Y
XH Y
oboljeli
Zdrav
muškarac
muškarac
nositeljica
Dakle nastaju 4 potomka (oboljela žena, nosteljica, oboljeli muškarac, zdrav muškarac), potpuno će iste potomke imati drugi baka i djed jer je i drugi djed bolestan, a i druga baka nositeljica. Dakle, ovi potomci baka i djedova predstavljat će II. generaciju. Sada moramo provjeriti križanjem kojih jedinki druge generacije ćemo dobiti oboljele jednojajčane blizance i oboljelog muškog potomka.
224 To će biti ako križamo bolesnu ženu i bolesnog muškarca (križate na isti način kao i gore). Točnije tada ćete dobiti sve bolesne potomke, tj. oboljele jednojajčane blizance i dva bolesna muškarca. 1
4
3
2
I
II 5
6 13
9
8
7 14
10
15
11
12
16
III
Xh Y
Xh Xh
Xh Xh
Xh Y
Primjena DNA u tehnologiji •
Proizvodnja velikih količina bjelančevina koje je teško dobiti na drugi način (hormon rasta, inzulin, interferon, faktor zgrušavanja, cjepiva) – organizmi, najčešće bakterije ili plijesni, genetski se modificiraju tako da ih proizvode i izlučuju.
•
Primjena u kartiranju humanog genoma, genska savjetovališta za planiranje obitelji
•
Genska terapija – unošenje zdravog gena u pacijentove stanice koje su pogođene bolešću uzrokovanom nedostatkom tog gena. Danas se primjenjuje na monogenskim bolestima (cistična fibroza, hemofilija, srpasta anemija i dr.)
•
Trasngenični ili genetički modificirani organizmi (GMO) – BILJKE→ otporne na razne nametnike, herbicide. ŽIVOTINJE → krupnije, meso bolje prehrambene kvalitete (svinje, krave, kunići, ovce)
•
Industrija – proizvodnja bakterija za razgradnju toksičnog otpada, uzgoj algi u marikulturi radi proizvodnje hrane i ostalih sastojaka, poboljšanje metoda u proizvodnji hrane, genetski preinačeni kvasci koji celulozu mogu pretvarati u alkohol i dr.
225
DODATNO: Zadaci iz genetike
1.
U istoj bolnici rođene su četiri bebe. Došlo je do zamjene njihovih identifikacijskih brojeva. Svaka je beba imala drukčiju krvnu grupu (A, B, AB, 0). Krvne grupe roditeljski parova su sljedeće Anić
♂A
Papić♂
B
Babić♂0♀ Nikolić♂
♀B ♀0
0
AB
♀0
Koje dijete treba dobiti koji bračni par? (Rj: Babići: dijete krvne grupe 0, Papići: dijete krvne grupe B, Anići: dijete krvne grupe AB, Nikolići: dijete krvne grupe A)
2.
Jedna vrsta anemije u ljudi, talasemija, determinirana je Tm alelom. Homozigot Tm Tm uzrokuje vrlo jak oblik anemije (talasemija major) dok je kod heterozigota (Tm Tn) anemija izražena u blažem obliku (talasemija minor)
1. Kakav je genotip zdrave osobe? 2. Pod pretpostavkom da osobe koje boluju od od talasemije major umru prije nastupanja spolne zrelosti, koji se postotak anemičnih osoba očekuje križanjem: a) anemične i normalne osobe b) anemične i anemične osobe (Rj: 1. TnTn; a) 50%; b) 75%) 3. Uzgajivač miševa zapazio je da križanjem čistih linija miševa sa repom dugim 100mm i sa kratkim repom od 50 mm dobiva potomstvo dužine repa 75mm. Kako bi biološki objasnio ovaj rezultat?
226 4. Djevojka čiji je otac imao hemofiliju udaje se za zdravog muškarca. Kolika je mogućnost pojave hemofilije kod njihove djece? Hoće li ženski potomci bolovati od hemofilije? Objasni.
(Rj.: vjerojatnost pojave hemofilije kod njihovih muških potomaka je 50%; ženski potomci neće bolovati od hemofilije – imaju samo 50% šanse da budu nositeljice)
5. Križanjem jedinki graška visokog rasta i okrugle sjemenke sa jedinkama niskog rasta i naborane sjemenke dobiveno sveukupno 384 potomaka. Koliko je broj recesivnih homozigota?
(Rj: 24)
Simboli koje genetika koristi razrađeni su u katalogu (na kraju)
227
8 EVOLUCIJA a. Osnovni pojmovi i etape kemijske i biološke evolucije Definicija evolucije Evolucija je znanost o postanku i razvoju života na Zemlji
Razlikovati kemijsku i biološku evoluciju Kemijska evolucija → postanak prvih jednostavnih pa sve složenijih molekula na novonastalom planetu (Zemlja) – preduvjet za biološku evoluciju Biološka evolucija → tijek razvoja živih organizama (od prve prave stanice do modernog čovjeka)
Miller-Ureyev pokus; objašnjenje kemijske evolucije električno izbijanje
H2O, H2, CH4, NH3 izlaz vode (hladilo) ulaz vode
zagrijana voda
voda s organskim tvarima
Millerov pokus
228 Miller je u laboratoriju oponašao uvjete koji su vjerojatno vladali u prvobitnoj atmosferi. Ta atmosfera je sadržavala H2O, H2, CH4, NH3, a znanstvenici su tijekom 7 dana električnim iskrenjem oponašali munje koje su sijevale u takvoj atmosferi. Istodobno je sustav lagano zagrijavan pa je dolazilo do kondenzacije vodenih para (kiša) i isparavanja iz tako nastalog „praoceana“ → analizom te otopine utvrdili su postojanje organskih spojeva (među njima i aminokiselina) → ovaj se pokus smatra potvrdom kemijske evolucije (dolazi do pojave prvih složenih kemijskih spojeva) – preduvjet za biološku evoluciju (pojava prvih stanica)
Oparinov pokus; koacervatne kapljice
Koacervatne kapljice su nakupine polimernih molekulakoje se drže zajedno u malim kapljicama okruženima tekućinom. Koacervati mogu nastati od proteina, ugljikohidrata ili nukleinskih kiselina. Mogu rasti – pasivno koncentriraju tvari iz okoliša, a kada dosegnu kritičnu masu podijele se. Ruski biokemičar A. Oparin prvi je dobio koacervatne kapljice u pokusima → smatra se da su one prijelazni oblik između organske materije i žive tvari
Postanak i procjena starosti Svemira, Sunčevog sustava i Zemlje Svemir je imao svoj početak i prošao je tzv. kozmičku evoluciju → ona je započela tzv. Velikim praskom prije oko 13 milijardi godina. Starost sunčevog sustava je oko 5 milijardi godina. Zemlja je vjerojatno nastala spajanjem nekoliko manjih planeta koji su se oblikovali od prašine i plinova prije 4.8 milijardi godina.
Protobionti Probionti su kuglaste nakupine organskih makromolekula s dvoslojnom membranom. Smatra se da je takav mogao biti prvi oblik života. Osobine probionta: probionti su "jednostanični" (prostor obavijen membranom može se smatrati prvobitnom stanicom), "prokarioti" (nisu unutrašnjim membranama podijeljeni na odjeljke – organele), heterotrofni (mogu kroz membranu uzimati tvari iz okoliša, mogu sadržavati enzime koji razgradnjom nekih od tih tvari oslobađaju energiju), anaerobni (opstaju u okolišu u kojem nema molekula kisika).
229
Filogenija je znanost (grana biologije) koja proučava evolucijske odnose između vrsta, prati postanak živih bića od zajedničkoga pretka. Organizmi su se uglavnom razvijali od jednostavnijih prema složenijima: prvo prokarioti pa eukarioti, jednostanični pa višestanični, beskralješnjaci pa kralješnjaci, vodeni pa kopneni, poikilotermni (ribe, vodozemci, gmazovi) pa homeotermni (sisavci, ptice), čovjek je jedna od najmlađih vrsta. Za detaljniji filogenijski prikaz biološke evolucije vidi Geološke ere Zemljine prošlosti.
b. Dokazi evolucije Dokazi evolucije i objašnjenje na primjerima
Dokazi iz biogeografije: Biogeografija proučava raspored živih organizama na Zemlji. Geografska rasprostrajenost upućuje na događanja u prošlosti. Npr. tigrove nalazimo samo u Aziji, lavove samo u Africi, ljenjivce u Americi. Specifična je fauna Australije i Novog Zelanda (ti su se dijelovi rano odvojili od ostalih) → bogata fauna tobolčara i jednootvora
Dokazi iz paleontologije Paleontologija je znanost koja proučava fosilne ostatke živih bića na Zemlji (fosile) – „opipljivi“ dokazi evolucije → ostaci nekad živućih organizama i njihovih aktivnosti (ljuske, jaja, izmet, otisak stopala) Fosili nastaju procesom fosilizacije koja se manifestira na više načina • Okamenjivanje (petrifikacija) – zamjena organskih tvari anorganskim (CaCO3, SiO2) • Pougljenjivanje (karbonizacija) – nepotpuna oksidacija tvari pod visokim tlakom. Tako često nastaju fosili biljaka • Bitumenizacija – biljni materijal prekrije voda, bez kisika • Konzerviranje – očuvanje materijala pri visokim (mumificiranje) ili niskim (smrzavanje) temperaturama • Otiskivanje – nastanak otiska u stijeni • Inkrustacija – na površini organskog ostatka se istaloži mineralna kora od aragonita, kalcita ili kremena
230 Princip određivanja starosti fosila: najpouzdanija metoda je određivanje udjela radioaktivnih izotopa u fosilu – npr. udio radioaktivnog izotopa ugljika 13C u ukupnoj količini ugljika u organizmu u živih organizama je stalan jer ga stalno unose u sebe prehranom (kruženje tvari u prirodi), no nakon uginuća organizam više ne unosi u sebe 13C nego se taj izotop u njemu samo raspada, vrijeme poluraspada (vrijeme potrebno da mu se količina smanji na polovicu početne količine) pojedinog radioaktivnog izotopa je konstanta pa se određivanjem količine tog izotopa u fosilnom uzorku (npr. udjela 13C u ukupnoj količini ugljika u uzorku) može odrediti koliko je vremena proteklo od uginuća organizma
PRIJELAZNI OBLICI – vrste u razvoju. Imaju karakteristike pretpostavljenog pretka i potomka te povezuju te dvije skupine. Prijelazni oblici omogućuju praćenje tijeka evolucije pojedinih skupina npr. Arhaeopteryx – prijelazni oblik između gmazova i ptica.
ŽIVI FOSILI – vrste ili skupine organizama koje se nisu uopće ili su se vrlo malo mijenjale tijekom milijuna godina. Životinjski predstavnici: resoperke, crvene pande, krokodili, indijska lađica; biljni: ginko, neke paprtati, velvičija, cikade
RAZVOJNI NIZ – uzastopni prijelazni oblici →mogu se pratiti postpune promjene neke vrste ili skupine organizama. Poznati su razvojni nazovi konja i slona. Razvojni niz barskog puža ogrca: stariji oblici imaju glatku kućicu, a mlađu sve kvrgaviju
231
Razvojni niz barskog puža ogrca Dokazi iz poredbene anatomije Dokazi na osnovi organa istog podrijetla – potiču od zajedničkog pretka, tj. razvijaju se djelovanjem istih gena. Organe različitih uloga, a istog podrijetla zovemo homologni organi (prednji udovi kitovima služe za plivanje, a psima za hodanje) Organi koji imaju istu funkciju, ali su različitog podrijetla zovemo analogni organi ( krila kukaca i krila ptica: služe za letenje, ali nisu istog podrijetla) Još su važni zakržljali (rudimentarni) organi – nemaju aktivnu ulogu, ali upućuju na srodnost pojedinih vrsta (trtična kost – ostatak repa, crvuljak – upućuje na prehranu biljnom hranom, dlake i mišići dlaka), javljaju se u svih pripadnika neke vrste. Atavizmi – pojavljivanje osobina koje su svojstvene pretcima (npr. u ljudi prekobrojan broj zubi, abnormalna dlakavost, razvijen (mekani) rep, prekobrojne mliječne žlijezde i dr.) samo kod nekih pripadnika neke vrste
Dokazi iz poredbene embriologije U vrlo ranima fazama embrionalnog razvoja gotovo pa i nema razlike u zamecima svih skupina kralježnjaka → upućuje na podrijetlo od zajedničkog pretka
232
Faze embrionalnog razvoja Dokazi iz molekularne biologije Na osnovi sličnosti i razlika sljedova baza DNA može se ustvrditi srodnost organizama, tj. kada je živio najmlađi zajednički predstavnik nekih dviju vrsta. Važno je odrediti i stopu pojedinih mutacija i koje su to mutacije dovele do razlika među vrstama, a koje su dovele do nastanka novih vrsta.
Geološke ere Zemljine prošlosti (tablica ide od starijeg prema mlađem odozdo prema gore)
GEOLOŠKA RAZDOBLJA
značajni oblici živih bića
eon
era
period
epoha
kenozoik
kvartar
holocen pleistocen
tercijar
pliocen
prvi hominidi (čovjek) sisavci se naglo razvijaju i
233 miocen
postaju
oligocen
dominantni
eocen paleocen mezozoik
kreda
izumiru mnoge vrste; cvjetnice, vrhunac
F
dinosaura
A
jura
N
širenje dinosaura
E
trijas
R O
prve ptice,
prvi dinosauri i sisavci
paleozoik
perm
izumiru trilobiti i
Z
mnoge druge
O
morske životinje karbon
I
šire se insekti; javljaju se prvi
K
gmazovi; velike primitivne drvenaste biljke (prapapratnjače) devon silur
prvi vodozemci prvi fosili kopnenih biljaka
ordovcij
prve ribe
kambrij
prvi organizmi s oklopom, dominiraju trilobiti
P
proterozoik
eukarioti i pred
R
kraj prvi
E
višestanični
234 K
organizmi
A
(beskralješnjaci)
M B
arheozoik
prva pojava
R
života:
I
prokarioti;
J
jednostavna jednostanična bića i alge *Eoni i epohe se neće ispitivati
Provodni fosili (amoniti, trilobiti)
PROVODNI FOSILI – značajni za točno određeno razdoblje TRILOBITI – izumrli člankonošci - paleozoik AMONITI – veliki glavonošci s kućicom - mezozoik
trilobiti
amoniti
Značajke resoperki i dvodihalica u evoluciji kopnenih kralježnjaka
Resoperke su ribe koštunjače koje prve pokazuju razvoj prema kopnenim životinjama, kostur prsne peraje resoperke ima sličnosti s kosturom prednje noge vodozemaca
235
Dvodihalice u normalnim uvjetima dišu škrgama, ali kada se okolišni uvjeti pogoršaju (mala količina vode i kisika, suša) prelaze na disanje plućima (moguć život na kopnu)
Usporedba brojnosti i raznolikosti današnjih gmazova sa svijetom gmazova u prošlosti (mezozoik) Gmazovi se se pojavili krajem paleozoika (karbon), ali kao era gmazova poznat je mezozoik, tada su gmazovi naselili sve raspoložive biotope. Postojali su leteći, kopneni i morska gmazovi. Pretpostavlja se da je njihova brojnost i raznolikost danas značajno manja
Zajedničko podrijetlo ptica i gmazova na primjeru fosila praptice Praptica je zapravo prijelazni oblik između ptica i gmazova. Od karakteristika svojstvenih pticama imao je krila, kljun i perje, ali imao je i zube i kandže na prednjim udovima i dugačak rep sastavljen od kralježaka, što su karakteristike gmazova. kandže na prednjim udovima zubi
perje dugačak rep s kralješcima praptica
236
Postanak sisavaca Prvi sisavci su se mogli razviti iz drevnih gmazova (zvjerogmazova) – oni su bili maleni poput miša, a hodali su četveronoške. Prvi sisavci pojavili su se nešto prije nego praptice.
c. Osnovne postavke Darwinove selekcijske teorije evolucije te glavne pokretačke sile evolucijskog procesa
Osnovne postavke darvinizma
• među jedinkama iste vrste postoje razlike (morfološke, fiziološke, u ponašanju...
varijabilnost)
• obično se pri spolnom razmnožavanju pojavljuje veći broj potomaka nego što ih može iz okoliša dobiti dovoljno životnih resursa (hrana, prostor...) • među potomstvom nastaje nadmetanje, "borba za opstanak" • opstaju oni koji su najpodobniji zahtjevima okoliša, oni mogu imati potomstvo i prenijeti na njega svoje podobne osobine
prirodni odabir
• zaključak: gomilanjem sitnih nasljednih varijacija tijekom duljeg vremena nastane velika promjena pa se pojavi nova vrsta (pripadnici srodnih populacija više ne daju plodno potomstvo)
Temeljne sile evolucije: mutacije, genetički (genski) drift (skretanje), izolacija i prirodna selekcija. Mutacije dovode do promjena u genomu pojedinih organizama koje mogu uzrokovati promjene osobina tih organizama. Te promjene su nasljedne i mogu se održati i proširiti u populaciji prirodnom selekcijom ako svojim nositeljima olakšavaju preživljavanje i razmnožavanje u uvjetima okoliša (nositelji neke mutacije duže preživljavaju i imaju više potomaka, od kojih mnogi također nose tu mutaciju) ili genetičkim driftom ako se od glavne populacije odvoji manja populacija u kojoj slučajno većina ili svi nose neku mutaciju. Izolacija
237 neke populacije od ostalih pripadnika te vrste (tako da imaju potomstvo samo međusobno, a ne s ostatkom izvorne vrste) tijekom puno generacija dovodi do nakupljanja sve više različitih mutacija u izoliranoj populaciji, koja zbog toga postupno postane nova vrsta (više se ne može dati plodno potomstvo parenjem s izvornom vrstom).
Genetički drift i izolacijski mehanizmi
GENETIČKI DRIFT Događa se u malim populacijama u kojima se neki mutirani gen može održati ili izgubiti suprotno pravilima selekcije. Genetičko skretanje (drift) dovodi do neočekivanih i skokovitih promjena u učestalosti pojedinih alela. Genetički drift je čest uslijed promjene okolišnih uvjeta, tj. zbog promjene okoliša može se dogoditi da aleli koji nisu bili posebno „popularni“ najednom postanu izrazito povoljni te mogu osigurati preživljavanje populacije ili čak vrste.
Na crtežu je prikazana populacija kornjača. Zelena boja određene je dominantnim alelom B, a crna recesivnim alelom b. Ako ishodišnu populaciju (a) napuste jedinke koje ne sadrže alel B i utemelje novu populaciju (b), u genskoj zalihi nove populacije neće biti alela B. IZOLACIJSKI MEHANIZMI Niz mehanizama kojima su vrste izolirane u procesu reprodukcije. Izolacijski mehanizmi zaštićuju „genetički integritet“ vrste. Ona sprječavaju križanje raznih vrsta.
238 Izolacijske mehanizme djelimo na: • Vanjski izolacijski mehanizmi (mehanizmi prije parenja) – oni mogu biti ekološki (životinje preferiraju različita staništa prilikom parenja, npr. neke se žabe vole pariti u dubokoj, a neke pak u plićoj vodi). Mogu biti morfološki (npr. mužjak je jednostavno premalen ili preslab da bi mogao uhvatiti ženku prilikom parenja, to može biti i različita struktura spolnih organa pojedinih vrsta – kukci). Mogu biti etološki (parenje onemogućeno zbog različitog ponašanja) • Unutarnji izolacijski mehanizmi (mehanizmi nakona parenja – kada prestanu djelovati vanjski izolacijski mehanizmi, tada će unutarnji pokušati spriječiti hibridizaciju – jaja i spermiji se jednostavno ne mogu spariti (dviju različitih vrsta), hibridi ugibaju prije zrelosti, hibridi su sterilni
Konvergentna i divergentna evolucija
KONVERGENTNA EVOLUCIJA Pojava da pripadnici nesrodnih vrsta u istim uvjetima okoliša stječu slične prilagodbe (analogne organe) – npr. morski pas (riba) i dupin (sisavac): oblik tijela, peraje
DIVERGENTNA EVOLUCIJA Razvoj nekoliko različitih vrsta iz jedne – npr. Darwin je na otočju Galapagos otkrio mnogo vrsta zeba koje su se razvile iz zajedničkog pretka koji je doletio s kopna, a razlikuju se oblikom kljuna ovisno o ishrani (kukci, sjemenke, nektar...)
Alopatrijska i simpatrijska specijacija
SPECIJACIJA – proces nastajanja novih vrsta
ALOPATRIJSKA SPECIJACIJA Događa se kod populacija koje se ne miješaju jer ih razdvaja neka prirodna barijera (rijeka, planina). S vremenom genetske promjene u prostornu izoliranih populacija jedne vrste sve su veće pa dolazi i do reproduktivne izolacije → u tom slučaju kažemo da je nastala nova vrsta.
239 U svakoj odvojenoj populaciji mutacijama i rekombinacijima javljaju se nove osobine nastaju nove vrste
SIMPATRIJSKA SPECIJACIJA Populacije čiji se životni prostori preklapaju, ali među njima nema kontakta → zbog različitog ponašanja ili vremena sazrijevanja gonada, npr. u nekih Drosophila (vinskih mušica) koje žive na istom području, zbog različite frekvencije zvuka, nema parenja između dviju populacija → hibridi su rijetki. U biljaka simpatrijske specijacije nastaju polipolidijom, npr. križanjem su u prirodi (ili djelovanjem čovjeka u začecima poljoprivrede) nastale tetraploidne pa heksaploidne vrste pšenice koje nisu mogle dati potomstvo s roditeljskim diploidnim vrstama, ali daju potomstvo same sa sobom.
geografska barijera
alopatrijska specijacija
simpatrijska specijacija
240
Usporedba Lamarckove i Darwinove teroije evolucije Lamarckova teorija evolucije prethodi Darwinovoj. Razlikuje se od nje po tome što je Lamarck smatrao (pogrešno) da se organi razvijaju ili kržljaju zbog intenzivne ili nedostatne upotrebe te se takve stečene promjene prenose na potomstvo (npr. da su žirafe stekle dugi vrat jer su ga kroz mnogo generacija istezale kako bi dosegle lišće), i da se tako vrste samo usavršavaju, a nove vrste ne nastaju iz postojećih nego uvijek iznova iz nežive tvari. Darwin shvaća da su sva živa bića na Zemlji u dubokoj srodstvenoj povezanosti → sve biljke i životinje potekle su od nekog prvog oblika života. Darwin će, isto kao i Lamarc, tvrditi da je okoliš promjenjiv, ali ne i da mu se organizmi moraju prilagoditi, nego kaže da će oni koji su najpodobniji zahtjevima okoliša ostati, a ostali nestati – prirodni odabir.
Prirodna i umjetna selekcija (odabir) Selekcija u evoluciji je pojava da samo neki pripadnici vrste preživljavaju do reproduktivne dobi i imaju potomstvo. O tome koji pripadnici, s kojim genima, imaju potomstvo, ovise geni i osobine potomstva a time i daljnja evolucija vrste. U cijeloj biološkoj evoluciji odvija se prirodna selekcija – najčešće preživljavaju i imaju najbrojnije potomstvo organizmi koji su najbolje prilagođeni uvjetima okoliša i (u viših organizama) najprivlačniji spolnim partnerima, a oni slabo prilagođeni češće umiru bez potomstva pa se time vrste postupno mijenjaju. Čovjek od početka uzgoja domaćih životinja i biljaka vrši umjetnu selekciju – sadi sjeme najpogodnijih primjeraka biljaka (veći, ukusniji, zdraviji plodovi...) i omogućava parenje najpogodnijih primjeraka životinja (više mlijeka, ukusnije meso, pouzdaniji psi čuvari...). Na taj način nastale su i nastaju razne podvrste (sorte, pasmine...) željenih osobina.
Sukcesivna evolucija Sukcesivna evolucija označava kolebanja u sastavu gena, tj. male nasljedne promjene u genofondu (zaliha gena) neke populacije → iz naraštaja u naraštaj dolazi do kolebanja omjera homozigotnih i heterozigotnih jedinki. Ovim tipom evolucije ne nastaju nove vrste, nego samo nestabilni genotipovi. Ipak na duže vrijeme može doći do značajne fenotipske razlike
241
d. Evolucija čovjeka Primati Rod čovjeka (Homo) ubraja se u razred sisavaca (Mammalia). Primati su red razreda sisavaca. Dokazi da čovjek potječe od izumrlih primata: sličnost u građi tijela, dokazi iz paleontologije, dokazi molekularne biologije (čimpanze su genetski i po nekim bjelančevinama sličniji ljudima nego drugim primatima)
Najvažnije pojave u evoluciji čovjeka: razvoj mozga (povećanje veličine i složenosti velikog mozga), govora (mogućnost međusobne komunikacije složenih ideja omogućio razvoj ljudskog društva), kulture, izrade oruđa i oružja.
Etape u razvoju čovjeka
ETAPA Australopitek
OSOBINE Prije 4 milijuna godina, hodali uspravno (Australopithecus africanus), volumen mozga kao viši majmuni, nepce izduženo kao u majmuna, zdjelica široka i plosnata, nisu izrađivali oružje, ali su ga upotrebljavali
Homo habilis
Izrađuje oružje, počinje se razvijati govor
Homo erectus
Viši od 1.50 metra, posve uspravni, bolje izrađuje oružje, grade nastambe, veliki mozak usporedive veličine s današnjim, neke primitivne karakteristike (nisko čelo, jaki nadočni lukovi, masivne lubanje)
Neandertalac
Izrađuje oruđe, upotrebljava vatru, mrtve sahranjiva uz posebne obrede
Kromanjonac
Današnji čovjek njegov je neposredni
242 potomak; izrađuje finije oruđe (kamen, kosti, slonovača), oruđa i crteži pronađeni u pećinama; kromanjnca odjevenog u modernu odjeću ne bi mogli prepoznati
Nastanak rasa Na različitim krajevima svijeta zasebno su se razvile genotipski i fenotipski djelomično različite populacije ljudi ovisno o klimatskim uvjetima, ne zna se kad su se točno odvojile od zajedničkog pretka, nisu različite vrste (vjerojatno čak ni prave podvrste), među njima je u svim razdobljima bilo razmjene gena. Ne postoji biološka osnova koja bi upućivala da su ljudi različitih rasa različito vrijedni – rasizam nije biološki opravdan. Među ljudima s različitih krajeva svijeta koje smatramo pripadnicima iste rase mogu postojati i veće biološke razlike nego među onima koje smatramo pripadnicima različitih rasa.
Sličnosti i razlike između hominida i čovjekolikih majmuna Čovjekoliki majmuni, majmuni, opice ili hominoidi, dijele se na dvije porodice: Hylobatidae i
Hominidae (Hominidi) → orangutani, čimpanze, gorile i čovjek. Hominidi su veći, nemaju rep, većinom su arborealne, tj. kreću se po krošnjama drveća, svežderi. Hylobatidae također nemaju rep, no znatno su manji od hominiti, isključivo su arborealni, uglavnom uglavno m svežderi, a imaju istu zubnu formula kao hominidi.
243
EKOLOGIJA a. Osnovni ekološki pojmovi i njihovi međuodnosi Ekologija je znanost o međusobnim ovisnostima i utjecajima živih bića i njihovog okoliša Osnovni ekološki pojmovi Populacija je skupina jedinki iste vrste koje žive na istom prostoru i međusobno se razmnožavaju – npr. svi mungosi na jednom otoku koji se mogu međusobno pariti (a ne mogu se pariti s mungosima s drugih, predalekih otoka niti sa psima na istom otoku) Životna zajednica = biocenoza (biotička komponenta ekosustava) je skup populacija živih organizama na određenom prostoru (staništu) – npr. jezerska biocenoza (sve biljke i životinje itd. u jednom jezeru), bentoska biocenoza (sve biljke i životinje itd. koje žive na dnu i pri dnu u nekom dijelu mora) Stanište = biotop je prostor (dio nežive prirode) s određenim skupom nebioloških ekoloških uvjeta (fizikalnih i kemijskih), na kojem živi neka jedinka, populacija ili životna zajednica – npr. morsko dno u plićaku oko jednog otoka Ekosustav je skup životne zajednice i njenog staništa – npr. jezerski ekosustav = jezerska biocenoza zajedno sa samom vodom i dnom jezera i slojem zraka nad njegovom površinom – vodeni ekosustavi: jezerski, riječni, morski (bentoski, pučinski), podzemnovodeni... – kopneni ekosustavi: šumski, travnati, polupustinjski, pustinjski... ekosustav = životna zajednica + stanište Biom je skup ekosustava koji čine cjelinu na dijelu Zemlje Biomi se dijele i nazivaju prema klimazonalnoj zajednici na kopnu: tundra, tajga, travnjak, pustinja, šume umjerenog pojasa, mediteranska vegetacija, tropske vlažne šume... Biosfera je prostor na Zemlji naseljen živim bićima Dijelovi biosfere su: hidrosfera (voda), litosfera (stijene i tlo), atmosfera (zrak)
244
populacija
populacija
populacija
životna zajednica (biocenoza)
stanište (biotop)
ekosustav
ekosustav
biom
biom
ekosustav
biom
biosfera
hidrosfera
litosfera
atmosfera
Ekološka niša je položaj neke vrste (ili populacije, jedinke itd.) u ekosustavu, način na koji ona živi i ostvaruje svoje životne potrebe, uloga u prometu tvari i energije (pojednostavljeno je definirana samo kao položaj vrste u hranidbenoj mreži, ali puna definicija uključuje sve životne aspekte). Može se definirati i kao skup svih ekoloških valencija neke vrste. Primjer: djetlić se hrani kukcima iz kore drveta, gnijezdi se u rupi koju pritom izdubi, živi samo u određenom rasponu temperatura, nadmorskih visina... Biljna zajednica (fitocenoza) je skup populacija biljnih organizama na određenom prostoru (dio biocenoze koji čine samo biljke) – npr. svo drveće i nisko raslinje u nekoj šumi Životinjska zajednica (zoocenoza) je skup populacija životinjskih organizama na određenom prostoru (dio biocenoze koji čine samo životinje) – npr. sve ribe, vodozemci, puževi, kukci itd. u nekom jezeru Fauna je skup svih životinjskih vrsta nekog područja (sistematski pojam) Flora je skup svih biljnih vrsta nekog područja (sistematski pojam) Vegetacija je skup svih biljnih zajednica (fitocenoza) nekog područja (ekološki pojam)
245 Areal ili područje rasprostranjenosti (određene vrste ili druge sistematske kategorije ili životne zajednice) je skup svih staništa na kojima ta vrsta itd. živi Endem je vrsta (ili druga sistematska kategorija) koja naseljava samo malo, ograničeno područje – npr. u dijelovima Hrvatske biljke dubrovačka zečina, hrvatska sibireja, velebitska degenija; vodozemac čovječja ribica
dubrovačka zečina
hrvatska sibireja
velebitska degenija
čovječja ribica Kozmopolit je vrsta (ili druga sistematska kategorija) koja naseljava vrlo široki raspon staništa. Kozmopolit ima vrlo široku ekološku valenciju – može živjeti u raznolikim životnim uvjetima. Primjeri kozmopolita: lišajevi, lisica, maslačak Ekološki minimum je donja granica intenziteta jednog ekološkog čimbenika (npr. temperatura, vlažnost, svjetlost) pri kojoj je još moguća egzistencija određene organske vrste – npr. 0°C je ekološki minimum temperature za slatkovodne organizme jer se ispod te temperature voda smrzne pa oni ne mogu preživjeti Ekološki maksimum je gornja granica intenziteta jednog ekološkog čimbenika pri kojoj je još moguća egzistencija određene organske vrste – npr. maksimalna koncentracija iona nekog teškog metala u vodi pri kojoj neka vodena vrsta može opstajati u toj vodi
246 Ekološki optimum je stupanj intenziteta jednog ekološkog čimbenika pri kojemu je njegovo djelovanje na određenu organsku vrstu najpovoljnije – npr. bakterije koje žive u ljudskim crijevima najbrže se množe na ljudskoj tjelesnoj temperaturi (36–37°C) Ekološka valencija je amplituda kolebanja jednog ekološkog čimbenika u čijim je granicama moguć opstanak određene vrste (skup svih vrijednosti između ekološkog minimuma i ekološkog maksimuma za taj čimbenik)
b. Odnosi između živih bića i abiotičkih čimbenika okoliša Glavni abiotički čimbenici su: – temperatura – voda i vlaga – svjetlo Poikilotermne životinje su životinje s nestalnom tjelesnom temperaturom (tjelesna temperatura ovisi o temperaturi okoliša): beskralješnjaci, ribe, vodozemci, gmazovi. Biljke i gljive su poikilotermne, kao i prokarioti. Homeotermne životinje su životinje sa stalnom tjelesnom temperaturom (održavaju stalnu tjelesnu temperaturu djelovanjem metabolizma bez znatnog utjecaja temperature okoliša): ptice, sisavci. Prednosti homeotermnih u odnosu na poikilotermne životinje: veća rasprostranjenost na Zemlji (homeotermne životinje mogu živjeti pri nižim temperaturama jer mogu održavati svoju tjelesnu temperaturu iznad temperature okoliša, dovoljno visoko za odvijanje
247 metabolizma, npr. polarni medvjedi i sl. u polarnim područjima), bolje podnošenje sezonskih klimatskih promjena, npr. mogućnost prezimljavanja u umjerenim područjima bez prekida aktivnosti i zavlačenja u skrovita mjesta (npr. ptice stanarice kao što su kod nas vrabac i golub) Važnost temperature za odvijanje životnih procesa u organizmima: većina enzima nužnih za metaboličke procese aktivni su samo u uskom temperaturnom rasponu pa se ako se temperatura unutar organizma previše snizi ili povisi životni procesi ne mogu odvijati i organizmi ugibaju Primjeri prilagodbi stablašica umjerenog područja na preživljavanje hladnog razdoblja godine: odbacivanje listova (listopadno drveće), preživljavanje u podzemnim organima (trajnice = dvo– i višegodišnje zeljaste biljke) ili u obliku sjemenke (jednogodišnje biljke) Prilagodbe homeotermnih životinja na sezonsku promjenu temperature u okolišu: – mitarenje (ptice – gube dio perja) / linjanje (sisavci – gube dio dlaka) – u proljeće kad temperature postaju više – zimski san – mirovanje tijekom najhladnijeg dijela godine (usporavanje metabolizma radi štednje energije) Prilagodbe biljaka na količinu vode i vlage u staništu: – biljke vlažnih staništa – npr. žabnjak – veliki listovi, vrlo tanke epiderme, mnogo puči, puči često izbočene – biljke sušnih staništa – npr. kaktusi, agave – mali, dlakavi, kožasti listovi ili bodlje umjesto lišća, pohrana pričuvne vode u zadebljaloj nadzemnoj stabljici (biljke koje imaju takvu stabljiku nazivaju se sukulenti) ili u podzemnom dijelu (primjeri podzemnih stabljika: lukovica, gomolj), puči u udubinama Prilagodbe kopnenih životinja za život na kopnu: – organi za disanje kisika iz zraka (kukci – uzdušnice, kopneni kralježnjaci – pluća) – zaštita površine tijela od isušivanja (kukci – hitinska kutikula, kopneni kralježnjaci – koža) – organi za kretanje po tlu (i zraku) (noge, krila) Prilagodbe životinja različitim svjetlosnim uvjetima u okolišu:
248 – dnevne (diuralne) životinje – aktivne danju – npr. gušterice, većina ptica – dobro razvijen dnevni vid, mehanizmi za hlađenje tijela ako žive u vrućim područjima – noćne (nokturalne) životinje – aktivne noću – npr. šišmiš, sova – imaju oči posebno osjetljive na svjetlo (često vrlo velike), vide u infracrvenom području i/ili imaju osobito razvijena druga osjetila a ne vid – životinje koje mogu biti aktivne i danju i noću – npr. voluharica, mačka – oči koje se mogu prilagoditi i velikoj i maloj osvjetljenosti (veliki raspon regulacije veličine zjenice) * životinje aktivne samo u sumrak/zoru – npr. srna – životinje koje žive u prostorima do kojih ne dopire svjetlo (morske dubine, spilje) – npr. čovječja ribica – slijepe, neobojene, razvijena druga osjetila (njuh, sluh)
c. Odnosi između živih bića u biocenozi (biotički čimbenici) Glavni biotički čimbenici = odnosi između živih bića – odnosi razmnožavanja – između jedinki iste vrste – simbioza – odnos između jedinki različitih vrsta iz kojeg obje vrste crpe korist (ili jedna crpi korist, a nijedna ne trpi štetu)
simbioza: leptir oprašuje cvijet pri čemu se hrani nektarom iz njega – nametništvo – odnos nametnika i domaćina (domadara)
249
nametništvo: trakavica živi parazitski u probavilu sisavaca – predatorstvo – odnos grabežljivca i plijena
predatorstvo: zmija lovi i jede male glodavce Kako odnosi između jedinki različitih vrsta utječu na brojnost/ gustoću populacija u biocenozi: kretanje brojnosti grabežljivca s određenim zakašnjenjem prati kretanje brojnosti plijena (jer povećanje brojnosti plijena omogućuje povećano razmnožavanje grabežljivca, odnosno smanjenje brojnosti plijena smanjuje razmnožavanje grabežljivca) Mimikrija je pojava da organizmi oblikom, bojom itd. nalikuju na druge žive ili nežive stvari. Primjeri mimikrije: bogomoljka (grančica), leptir letilist (list)
250
bogomoljka
letilist Prilagodbe grabežljivaca: – ptica grabljivica (jastreb): razvijen vid osobito za određene obrasce boja i oblika (plijen), kljun, pandže – zvijer (vuk): razvijen njuh osobito za miris plijena, lovi u čoporu, zubi Prilagodbe plijena za zaštitu od grabežljivaca: – sisavci biljojedi (zec, srna): razvijena osjetila (vid, njuh, sluh), brzo kretanje, život u skupinama, zaštitna obojenost (stapanje s okolišem), nepotpuno spavanje Načini izražavanja gustoće populacije – brojem (ili masom – biomasom) jedinki na jedinici površine (ili volumena u vodenim ekosustavima) – brojkama od 1 (rijetka vrsta) do 5 (vrlo brojna vrsta) Kako odnosi između jedinki iste vrste utječu na brojnost/ gustoću populacije – reproduktivni potencijal (sposobnost razmnožavanja) i kompeticija (nadmetanje za hranu, životni prostor i sl.): na jednom staništu može živjeti samo ograničeni broj jedinki neke vrste (koliki je taj broj, ovisi o raspoloživoj hrani i drugim uvjetima staništa)
251
d. Glavne osobine biocenoza i ekosustava Razlike u osobinama vodenih i kopnenih ekosustava: – u vodenim ekosustavima život se prostire kroz sve slojeve (od dna do površine) zbog velike gustoće vode – u vodenim ekosustava manje su temperaturne promjene zbog velikog toplinskog kapaciteta vode – u vodenim ekosustavima s dubinom vrlo brzo raste tlak Bentos čine svi vodeni organizmi pričvršćeni za podlogu ili načinom života vezani uz podlogu (dno) – dijele se prema stupnju pokretljivosti: – pričvršćeni za podlogu (npr. alge, koralji, spužve) – slabo pokretni (ježinci, trpovi, neki školjkaši – npr. periska) – s velikim radijusom kretanja (pridnene vrste riba – zubatac, cipal i sl.) Nekton čine svi slobodnoplivajući organizmi – primjeri: srdela, morski pas, dupin Plankton čine svi slobodnolebdeći vodeni organizmi (ne pokreću se vlastitim snagama plivanjem, nego ih nosi gibanje vode), većina planktona su vrlo sitni organizmi Značenje planktona u vodenim ekosustavima: fitoplankton vrši oko 90% sveukupne fotosinteze na Zemlji, plankton je hrana za veće organizme (npr. kitovi) Fitoplankton je autotrofni ("biljni") plankton Zooplankton je heterotrofni ("životinjski") plankton Glavni čimbenici koji utječu na raspored organizama (biocenoza) u moru: osvjetljenost (prozirnost), gustoća morske vode, slanost, sastav (hranjivost) morske vode, temperatura, izmjena plime i oseke U osvijetljenom sloju u vodenim (morskim) ekosustavima (maksimalno do 200 m dubine) žive autotrofni (fotosintetski) organizmi (proizvođači), a na većim dubinama u neosvijetljenom sloju mogu živjeti samo heterotrofni (i kemoautotrofni) Šumske biocenoze (osobito tropske vlažne šume) su najsloženiji (najveća raznolikost vrsta) i organskom proizvodnjom najbogatiji (najveći intenzitet fotosinteze među kopnenim biocenozama) tip kopnenih biocenoza Slojanje (vertikalni raspored vrsta) u šumskoj biocenozi
252 visoko drveće srednje visoko drveće nisko drveće grmolika vegetacija zeljaste biljke tlo – organski ostaci (ponajviše otpalo lišće) – tropske šume imaju najviše slojeva Sukcesija je niz promjena biocenoza na nekom staništu u određenom vremenskom razdoblju. Primjeri sukcesija su: zaraštavanje jezera (prirodni proces, ali unos fosfata i nitrata iz umjetnih gnojiva i sl. može ga prekomjerno ubrzati; povećava se količina organskih tvari u vodi, raste sve više algi i vodenih biljaka, čijim odumiranjem nastaje tlo, jezero postaje pliće i naposlijetku nestaje), obnavljanje šume nakon požara (postupno izrasta prvo nisko raslinje pa grmlje pa drveće) Sukcesije nastaju prirodno, ali često i djelovanjem čovjeka (krčenje šuma, melioracija, požari, zagađenje voda...) Sezonske promjene u biocenozi u skladu s klimatskim promjenama – jesen/zima (zahlađenje) – gubitak klorofila (zelene boje) i odumiranje te opadanje lišća s drveća, ugibanje jednogodišnjih biljaka i nadzemnih dijelova višegodišnjih zeljastih biljaka – proljeće/ljeto (zatopljenje) – pupanje, listanje, cvjetanje, klijanje Glavni tipovi (kopnenih) bioma i klimatske prilike područja na kojima se prostiru: – tundra – polarna klima – tajga – šume četinjača – hladna kontinentalna klima – šuma umjerenog pojasa – vazdazelene i kontinentalne – umjerena kontinentalna klima – mediteranska vegetacija – u suhim ili polusuhim primorskim područjima umjerenog pojasa (mediteranska klima) – travnjak – travnjaci umjerenog pojasa (stepa, prerija, pampa) i tropskog pojasa (savana) – tropska kišna šuma – topla i vlažna tropska (ekvatorijalna) klima – pustinja – u područjima s vrlo malom količinom padalina (vlage) u svim klimatskim pojasevima (tople i hladne pustinje)
253 Horizontalni (ovisno o geografskoj širini; na visini 0–100 m nad morem) raspored biljnog pokrova ovisno o klimatskim prilikama (od polova prema ekvatoru): ledenjaci (bez biljnog pokrova), tundre (mahovine, lišajevi), tajge (crnogorične šume), listopadne šume umjerenog pojasa (odnosno stepe, polupustinje, pustinje – ovisno o vlažnosti) i primorske vazdazelene šume, oko ekvatora tropske vlažne šume (prašume) Vertikalni (ovisno o nadmorskoj visini; u umjerenom pojasu, npr. Hrvatska) raspored biljnog pokrova ovisno o klimatskim prilikama (odozdo prema gore): travnjaci, hrastove šume, bukove šume, miješane šume bukve i jele , pretplaninske bukove šume, planinske šikare, planinski bor (krivulj), planinski travnjaci (pašnjaci), zona vječnog snijega i leda (bez biljnog pokrova)
e. Odnosi ishrane u biocenozi, kruženje tvari i protjecanje energije u ekosustavu Proizvođači su svi autotrofni organizmi (prvenstveno zelene biljke) koji proizvode organsku tvar koristeći Sunčevu energiju (fotosintezom) Potrošači su heterotrofni organizmi koji se hrane proizvođačima ili drugim potrošačima i koriste dio tako dobivene energije za svoje metaboličke procese (ta energija u obliku topline napušta ekosustav) Glavni tipovi potrošača: biljojedi (primarni potrošači), mesojedi i svejedi Razlagači su saprofiti koji razgrađuju tijela uginulih organizama – tako vraćaju hranjive tvari u ciklus, čime omogućuju rast i razvoj proizvođača. Razlagači su prvenstveno bakterije. Prehrambena piramida s obzirom na broj i biomasu te količinu energije na pojedinoj prehrambenoj razini: na nižim razinama (proizvođači pa primarni potrošači...) veći je broj organizama, biomasa i količina energije
254
tercijarni potrošači sekundarni potrošači primarni potrošači broj organizama, proizvođači
biomasa, količina energije...
Kruženje tvari: autotrofni organizmi, heterotrofni organizmi – primarni potrošači, sekundarni potrošači, tercijarni potrošači, razlagači
255
primarni
proizvođači
potrošači
(autotrofni)
sekundarni potrošači
razlagači
tercijarni potrošači
Protjecanje energije: autotrofi vežu dio Sunčeve energije u organske molekule, na svakom se stupnju dio energije "gubi", pretvara u toplinu (troši za životne procese organizama)
sunce primarni proizvođači
potrošači
(autotrofni)
sekundarni potrošači razlagači
tercijarni potrošači
256
– analizirati ulogu i ovisnost pojedinih članova hranidbenih lanaca na konkretnim primjerima (treba znati prepoznati "tko koga jede" tj. u zadanom hranidbenom lancu tko su proizvođači, primarni potrošači... razlagači) Biogeokemijski ciklus ugljika (ne treba znati shemu/sliku napamet nego ju treba znati objasniti) CO2 disanje
disanje
fotosinteza zelene (autotrofne) biljke
ishrana životinja uginuli organizmi
bakterije (saprofiti)
životinje (heterotrofni organizmi)
257 Hranidbena mreža – skup svih isprepletenih hranidbenih lanaca u nekom ekosustavu
Primarnu organsku proizvodnju čine proizvođači (autotrofni) Sekundarnu organsku proizvodnju čine potrošači (heterotrofni)
f. Štetni utjecaji čovjeka na biosferu i mjere kojima se štetni utjecaji mogu smanjiti (održivi razvoj u Republici Hrvatskoj i u svijetu) Štetno djelovanje čovjeka na biosferu: krčenje šuma, isušivanje močvara, regulacija vodotoka, gradnja naselja, industrijskih zona, povećavanje prometa i širenje prometne mreže te onečišćenje vode, zraka i tla – ugrožava staništa živih organizama i/ili izravno njihovo zdravlje i život Posljedice krčenja šuma: erozija (degradacija) tla (gubi plodnost), izumiranje biljnih i životinjskih vrsta, poremećaj regulacije kolebanja temperature, vlažnosti i vjetra (sve to doprinosi širenju pustinja) Posljedice isušavanja močvara (melioracije): izumiranje vodenih biljaka i životinja, drastična promjena ekosustava Posljedice onečišćenja voda: izumiranje biljnih i životinjskih vrsta (ne samo onih u vodi), opasnost za čovjeka (uzročnici zaraznih bolesti, kancerogene tvari) Potreba pročišćavanja otpadnih voda Prirodne vode (osobito tekućice) imaju veliku sposobnost samopročišćavanja (autopurifikacije), ali nedovoljnu da bi se samim tim poništio utjecaj čovjeka (industrije), pa je industrijske i komunalne otpadne vode potrebno prije ispuštanja u
258 vodotoke propustiti kroz uređaje za pročišćavanje (mehaničko (fizikalno), kemijsko i biološko) jer nepročišćene otpadne vode sadrže tvari (otrove, teške metale, infektivne organizme...) koje štete živim organizmima. Izvori onečišćavanja zraka: plinovi (sumporov dioksid, dušikovi oksidi, ugljikov monoksid, ozon, amonijak, ugljikovodici, sumporovodik, halogenovodici, freoni) i krute čestice (teški metali, čađa). Izvori onečišćavanja zraka su prirodni (vulkanske erupcije, požari) i antropogeni (spaljivanje fosilnih goriva, industrija). Pojava efekta staklenika: ugljikov dioksid (i još neki plinovi) u atmosferi sprečava da toplinsko zračenje odlazi sa Zemlje u svemir tj. reflektira ga natrag na Zemlju – prirodni efekt staklenika omogućuje život na Zemlji (bez njega bi bilo mnogo prehladno), ali razvojem industrije naglije se povećao udio CO2 i drugih "stakleničkih plinova" u atmosferi te stoga i prosječna temperatura na Zemlji, što uzrokuje podizanje razine mora (otapanje ledenjaka), narušava prirodnu ravnotežu i štetno je za organizme jer se odvija puno brže nego što bi se vrste mogle evolucijski prilagoditi Onečišćenje zraka koje uzrokuje pojavu kiselih kiša: industrijski plinovi koji otapanjem u vodi tvore kiseline (sumporov dioksid, dušikovi oksidi, klorovodik
sumporna, dušična i
klorovodična kiselina) Štetne posljedice kiselih kiša: usporavaju rast drveća, uzrokuju ugibanje vodenih organizama, lišajeva i nekih biljaka (četinjače), povećavaju zagađenje teškim metalima Značenje ozonskog sloja u atmosferi: apsorbira najveći dio ultraljubičastog zračenja koje dopire iz svemira (ponajviše sa Sunca) i štetno je za zdravlje (npr. u čovjeka i drugih sisavaca uzrokuje rak kože i sivu mrenu oka) Onečišćenje zraka koje uzrokuje nastajanje ozonskih rupa (područja na kojima je ozonski sloj znatno prorijeđen): – let nadzvučnih zrakoplova – halogenirani ugljikovodici (freoni) – detonacija nuklearnog oružja Glavni načini onečišćavanja tla i njihove posljedice: – gnojenje
promjene u kemijskom sastavu i kiselosti tla
– pesticidi
akumulacija otrovnih tvari u živim organizmima
– teški metali (iz industrije i otpada)
–||–
259 Ugrožene biljne i životinjske vrste te ekosustav u cjelini treba štititi zakonom jer većina ljudi neće na to samovoljno paziti nauštrb profita i udobnosti. Ugrožene vrste treba štititi kako bi se sačuvala bioraznolikost (danas je ugrožen jako velik broj vrsta) i prirodna ravnoteža (ispražnjene ekološke niše zbog izumiranja mogu narušiti ravnotežu tj. negativno utjecati na druge vrste koje su s tom vrstom u međuodnosima). Odnosi u ekosustavu tako su sveobuhvatni i složeni da uvijek treba štititi ekosustav u cjelini, tako je hrvatskim zakonom o zaštiti prirode propisano da se zaštita prirode provodi na 100% površine Republike Hrvatske. Izvori hrane (npr. plodno tlo), pitke vode, energije (npr. fosilna goriva) i sirovina (npr. metala) na Zemlji su ograničeni (neće ih biti dovoljno za sve ako ljudi bude još više – za sada su nedostaci uzrokovani samo time što nisu pravilno raspoređeni), pa stoga u novije doba nagli rast ljudske populacije i urbanizacija sve više ugrožavaju budućnost ljudske i drugih vrsta – nagli rast ljudske populacije – vidi utjecaji na brojnost ljudske populacije – urbanizacija – porast gradova i povećanje udjela gradskog stanovništva – gradovi su ovisni o unosu sirovina izvana (prehrambeni proizvodi, materijal za izgradnju, električna energija...) i veliki izvor onečišćenja (otpada) pa lokalno i globalno opterećuju kruženje tvari i energije te nepovoljno utječu na biosferu Važnost zamjene fosilnih izvora energije alternativnim (vjetar, solarna energija i sl.): fosilna goriva (ugljen, nafta, zemni plin) su neobnovljivi izvori energije (nastaju vrlo dugotrajnim procesima u Zemljinoj kori pa kad ih čovječanstvo jednom iscrpi, više ih u ljudskim razmjerima neće biti) a potrebna su i za druge industrijske potrebe (npr. proizvodnja plastike iz nafte) i stoga predragocjena za izgaranje koje nije niti osobito energetski učinkovito, te njihovim izgaranjem nastaju štetni plinovi i čađa koji zagađuju okoliš (učinak staklenika, kisele kiše), zato treba raditi na unapređivanju tehnologija i širenju upotrebe alternativnih, prvenstveno obnovljivih izvora energije (vjetar, Sunce, gibanja vode, biogoriva...) Ekonomska i ekološka važnost izdvajanja sekundarnih sirovina iz otpada (papir, staklo, metal, tekstil): takve se sirovine onda mogu ponovo iskoristiti (reciklirati) za daljnju proizvodnju što smanjuje troškove (ekonomska važnost) i potrebu za uzimanjem primarnih sirovina (drvo, voda, rude...) iz prirode te onečišćenje pri proizvodnji (ekološka važnost)
260 Zaštita voda i zraka je globalni problem jer su kruženjem vode i gibanjem zračnih struja sve svjetske vode odnosno svi dijelovi zračnog omotača povezani, onečišćenje se tako može daleko proširiti Nacionalni parkovi Hrvatske: Plitvička jezera, Paklenica, Risnjak, Mljet, Kornati, Brijuni, Krka, Sjeverni Velebit Parkovi prirode u Hrvatskoj: Telaščica, Velebit, Kopački rit, Vransko jezero, Žumberak i Samoborsko gorje, Biokovo, Lonjsko polje, Papuk, Učka, Lastovsko otočje, zapadni dio Medvednice Primjeri zakonom zaštićenih biljaka u Hrvatskoj: visibaba, ciklama, velebitska degenija, dubrovačka zečina) Primjeri zakonom zaštićenih životinja u Hrvatskoj: vuk, vidra, sredozemna medvjedica, ptice grabljivice i močvarice
sredozemna medvjedica Posljedice unošenja stranih vrsta: strane vrste mogu se prekomjerno razmnožiti (jer u novom okolišu nemaju prirodnih neprijatelja – predatora i parazita) i narušiti prirodnu ravnotežu na štetu autohtonih vrsta – primjeri: mungos na Mljetu (početkom 20. st. doveden iz Indije kao prirodni neprijatelj zmija (poskoka), ali proširio se i na druge otoke i kopno te se prehranjuje i drugim životinjama i biljkama), kaulerpa u Jadranu (vidi zelene alge)
261
mungos
kaulerpa
Održivi razvoj je razvoj ljudskog društva uz što manji negativni utjecaj na prirodu Akumuliranje štetnih tvari u lancima ishrane: organizmi na nižim stupnjevima hranidbenog lanca (biljke, plankton, kukci...) u sebe prehranom unose manje količine štetnih tvari (teških metala, pesticida) i preživljavaju bez znatnih posljedica, a viši organizmi (sisavci, ptice) hraneći se njima nakupljaju u sebi veće količine tih tvari, što uzrokuje teške posljedice (neplodnost, smrt) Prednosti ekološke proizvodnje hrane: ako se u uzgoju biljaka ne koriste umjetna gnojiva i pesticidi, izbjegava se njihov štetan utjecaj na okoliš (vidi agrokemijske metode); ako se u uzgoju životinja ne koriste preventivne doze antibiotika, smanjuje se širenje bakterija otpornih na antibiotike Tehnološka voda = voda koja je prošla kroz industrijske ili druge procese u ljudskoj djelatnosti te stoga više nije dovoljne kakvoće za ljudsku prehranu (piće, kuhanje), ali je dovoljne kakvoće za neke druge svrhe, npr. daljnju upotrebu u industriji, pranje ulica... – važno je za te svrhe kad je to moguće upotrebljavati tehnološku umjesto pitke vode kako bi se ograničene količine pitke vode sačuvale za one svrhe za koje je nužna Suvremene metode u poljoprivredi i njihovi nedostaci: – monokultura (uzgoj samo jedne biljne vrste na određenoj poljoprivrednoj površini) – tako uzgajane biljke osjetljivije su na štetnike (kukce, gljivice) i epidemije bolesti pa je potrebno koristiti više pesticida i žetva može biti manja, tlo se iscrpljuje od nekih sastojaka pa je potrebno koristiti više umjetnih gnojiva
262 – agrotehničke metode (upotreba strojeva u poljoprivredi) – strojevi troše naftu (neobnovljivo fosilno gorivo) koja se može i izlijati u okoliš (pri nesrećama) pa ga zagaditi – agrokemijske metode: umjetna gnojiva (mogu uzrokovati prekomjerno gomilanje nekih mineralnih tvari u tlu, uključujući i teške metale, mogu nepovoljno utjecati na pH tla, mogu dospjeti u vodotoke i uzrokovati pretjerano bujanje vodenog bilja), pesticidi (tvari koje ubijaju štetnike, npr. herbicidi ubijaju biljke–korov, insekticidi kukce – nisu selektivni, nego ubijaju i neutralne ili korisne vrste, smanjuju bioraznolikost) Djelovanje čovjeka (onečišćenje, krčenje šuma, isušivanje voda, potapanje dolina za akumulacijska jezera hidroelektrana...) uzrokuje smanjenje brojnosti i izumiranje mnogih biljnih i životinjskih vrsta, ali djelovanje čovjeka može uzrokovati i (prekomjerno) povećanje brojnosti neke vrste (npr. unošenje stranih vrsta) „Crvene knjige biljnih i životinjskih vrsta” su popisi ugroženih i rijetkih vrsta neke skupine (npr. sisavci) na nekom području (npr. u Hrvatskoj), sadrže sve podatke o tim vrstama (opis i fotografija, rasprostranjenost, uzroci ugroženosti, postojeće i predložene mjere zaštite). Važne su kao stručna podloga za omogućavanje zakonske zaštite ugroženih vrsta Važno je uspostavljati i poštivati međunarodne ugovore o zaštiti prirode i okoliša jer onečišćenje ne poznaje državne granice, zagađivanje i neodgovorno iskorištavanje prirode u jednoj državi može imati dalekosežne posljedice u susjednima pa i u udaljenima (vidi: zaštita vode i zraka je globalni problem) Utjecaji na brojnost ljudske populacije: Poboljšanje zdravstvene zaštite zbog napretka u medicini i povećanje proizvodnje hrane zbog mehanizacije u poljoprivredi doveli su do naglog porasta brojnosti čovječanstva u zadnja dva stoljeća (a osobito od tzv. zelene revolucije 1960–ih – početak upotrebe suvremenih poljoprivrednih metoda). U novije vrijeme u većini razvijenih država populacija održava podjednaku brojnost ili postupno pada (zbog modernog stila života koji smanjuje natalitet), ali u mnogim nerazvijenim i siromašnim državama populacija prekomjerno raste sve brže tako da ukupna ljudska populacija još uvijek naglo raste. Čovjek je jedina živa vrsta na Zemlji na čiju brojnost u velikom dijelu staništa više ne utječu prvenstveno okolnosti u njegovom živom i neživom okolišu (prirodne (ne)pogodnosti, grabežljivci/plijen) nego više odnosi unutar vlastite vrste (razmnožavanje, ratovi...).
263 Kretanje svjetske populacije Milijarde
ukupna svjetska populacija
zemlje u razvoju razvijene zemlje
Prije izgradnje proizvodnih, prometnih i drugih objekata (tvornice, ceste, naselja...) potrebno je izraditi ekološku studiju – istraživanje mogućih utjecaja tog objekta (samog procesa izgradnje i njegove kasnije funkcije) na ekosustav, kako bi se pri izgradnji i upotrebi objekta uzele u obzir mjere kojima se nepovoljni utjecaji što više smanjuju (ugradnja uređaja za pročišćavanje otpadne vode, ograđivanje cesta kako divljač ne bi istrčavala na njih, sječa samo onoliko šume koliko je nužno...) ili u slučaju prevelike neotklonjive ekološke opasnosti od izgradnje odustalo
264
9 NEKI PREPORUČENI POKUSI a. Dokazivanje prisutnosti škroba CILJEVI POKUSA: -
utvrditi dvije vrste škroba (asimilacijski i rezervni) u biljkama utvrditi prisutnost škroba u namirnicama objasniti da se škrob dokazuje Lugolovom otopinom u namirnicama uočiti promjenu boje opisati nastanak škroba u biljkama
MATERIJAL I PRIBOR: Šećer, riža, sjemenka graha, gomolj krumpira, tjestenina, kruh, komadić margarina, Lugolova otopina, kapaljka, Petrijeve zdjelice
POSTUPAK: Navedeni materijal rasporedite na poklopcu Petrijeve zdjelice, kapnite nekoliko kapi Lugolove otopine. Reakciju označite znakom (-) ako se boja ne promijeni, a znakom (+) ako se pojavi druga boja.
REZULTAT: Unesite (-) ili (+) ovisno o promjeni boje šećer
-
riža
+
sjemenka graha
+
gomolj krumpira
+
tjestenina
+
kruh
+
margarin
-
PITANJA: 1. Koje od navedenih tvari sadrže škrob? Po čemu ste to zaključili? Škrob sadrže riža, sjemenka graha, gomolj krumpira, tjestenina i kruh. To se zaključuje po promjeni boje Lugolove otopine (otopine joda i kalijeva jodida) iz žutosmeđe u tamnoplavu.
265
b. Dokazivanje koagulacije bjelančevina CILJ POKUSA: -
utvrditi koji su uzroci zgrušavanja ili koagulacije bjelančevina u mlijeku i bjelanjku povezati koagulaciju s denaturacijom bjelančevina
MATERIJAL I PRIBOR: Epruveta, drvena štipaljka, 2 satna stakla, kapaljka, stakleni štapić, plamenik, bjelanjak, mlijeko, razrijeđena octena kiselina (ocat) (ili limunov sok).
POSTUPAK: 1. Na jedno satno staklo stavite malo mlijeka, a na drugo malo bjelanjka. Zatim na oba kapnite nekoliko kapi octene kiseline i promješajte staklenim štapićem. 2. U epruvetu stavite malo bjelanjka zagrijavajte ga držeći epruvetu štipaljkom iznad plamena. To ponovite i s miljekom. PITANJA: 1. Što se dogodilo s mlijekom i bjelanjkom djelovanjem kiseline, a što djelovanjem visokih temperatura? U oba slučaja dogodila se koagulacija (denaturacija) bjelančevina. 2. Kako nazivamo bjelančevine iz mlijeka? Najzastupljenija bjelančevina u mlijeku je kazein (po funkciji emulgator – omogućuje stabilnost emulzije vode i masti od koje se mlijeko sastoji). 3. Zašto je mlijeko visokovrijedna namirnica? Koji mineral sadrži mlijeko? Jer sadrži važne bjelančevine, masti, mliječni šećer, vitamine i minerale. Ponajviše kalcij. 4. Što može dovesti do denaturacije bjelančevina? Jake kiseline i lužine, ioni teških metala, visoke temperature, neka organska otapala i drugi otrovi, mehanički rad ("tučenje" bjelanka).
266
c. Mikroskopsko promatranje plastida Mikroskopsko promatranje leukoplasta
CILJ POKUSA: -
Promatrati leukoplaste u biljnom materijalu, opisati njihov oblik i nacrtati ih Navesti biljne dijelove u kojima se nalaze leukoplasti Pronaći i opisati amiloplaste
MATERIJAL I PRIBOR: Gomolj krumpira, Lugolova otopina, alkohol, pokrovna i predmetna stakalca, mikroskop, britvica
POSTUPAK: S krumpirova gomolja odstružite periderm tamne boje i od staničja koje se nalazi ispod njega načinite tanke prereze. Osim nježnih leukoplasta, opažaju se mala zrnca škroba, a katkad i kristaloidi bjelančevina u obliku kocke. Slika: škrobna zrnca (neobojena i obojena Lugolovom otopinom)
267
PITANJA: 1. Mogu li leukoplasti prelaziti u druge plastide? U kojim uvjetima? Leukoplasti mogu prelaziti u druge plastide, npr. u kloroplaste kad su stanice u kojima se nalaze izložene sunčevoj svjetlosti (ozelenjavanje gomolja krumpira). 2. Gdje se stvaraju škrobna zrnca? U plastidima (u kloroplastima fotosintezom nastaje glukoza, koja se polimerizira u škrob najviše u amiloplastima).
268
Mikroskopsko promatranje kromoplasta
CILJ POKUSA: -
Promatrati kromoplaste u biljnom materijalu, opisati njihov oblik i nacrtati ih Navesti biljne dijelove u kojima se nalaze kromoplasti Navesti bojila u kromoplastima
MATERIJAL I PRIBOR: Plod rajčice i plod ruže (ili korijen mrkve ili cvat ili cvijet ljekovitog maslačka), britvica, pokrovna i predmetna stakalca, mikroskop
POSTUPAK: Izrežite komadić ploda zrele rajčice, ogulite joj koru, zgnječite je i malo zgnječene mase razmutite u kapljici vode na predmetnom stakalcu. Poklopite pokrovnicom i mikroskopirajte. Načinite sličan preparat s plodom ruže.
PITANJA: 1. Mikroskopski usporedi kromoplaste u plodu rajčice i plodu ruže. Kromoplasti u plodu rajčice i šipku ruže razlikuju se oblikom: kod rajčice su okrugli, a kod šipka različita nepravilna oblika.
269 2. Mogu li kromoplasti prelaziti u druge plastide? U kojim uvjetima? Kromoplasti mogu prelaziti u druge plastide, npr. u kloroplaste pri izloženosti sunčevom svjetlu (ozelenjavanje dijela korijena mrkve koji viri iz zemlje).
270
Mikroskopsko promatranje kloroplasta
CILJ POKUSA: -
Promatrati kloroplaste u biljnom materijalu, opisati njihov oblik i nacrtati ih Navesti biljne dijelove u kojima se nalaze kloroplasti Navesti bojila u kloroplastima
MATERIJAL I PRIBOR: Mahovina, neka alga (Spirogira) ili bilo koji zeleni dio biljke (npr. vrlo mladi list šparoge), britvica, pinceta, kapaljka, pokrovna i predmetna stakalca, mikroskop
POSTUPAK: S bilo kojeg dijela neke zelene biljke napravite tanki prerez, stavite ga u kap vode na predmetno stakalce, poklopite pokrovnim stakalcem i mikroskopirajte pod malim i srednjim povećanjem.
PITANJA: 1. Usporedite izgled i građu kloroplasta pod svjetlosnim i elektronskim mikroskopom. Pod svjetlosnim mikroskopom vide se cijeli kloroplasti kao zelene kuglice u stanicama, a pod elektronskim mikroskopom vidi se unutrašnja struktura (ultrastruktura) kloroplasta.
271
kloroplasti pod svjetlosnim mikroskopom
kloroplasti pod elektronskim mikroskopom 2. Koje stanice imaju kloroplaste? Kloroplaste imaju stanice (zelenih biljaka i algi) u kojima se odvija fotosinteza, a to su stanice svih zelenih dijelova biljke. Najviše kloroplasta imaju stanice na gornjoj površini listova. 3. Mogu li kloroplasti prelaziti u druge plastide? Kloroplasti mogu prelaziti u druge plastide, npr. u kromoplaste pri sazrijevanju plodova (djelovanjem biljnih hormona kao što je etilen) ili u leukoplaste pri nedovoljnoj izloženosti sunčevoj svjetlosti.
272 4. Zašto se kloroplasti mogu samoumnažati? Jer sadrže vlastitu DNA (nukleoid). Smatra se da su evolucijski nastali endosimbiozom iz samostalnih prokariotskih autotrofnih (fotosintetskih) organizama.
273
d. Dokazi osmoze u biljnoj stanici
CILJ POKUSA: -
usporediti osmozu i difuziju objasniti osmozu na temelju pokusa s mrkvom utvrditi promjene u različitim koncentracijama otopina
MATERIJAL I PRIBOR: korijen mrkve, nož, čaša, sol
POSTUPAK: Izdubite korijen mrkve. Pažljivo stavite korijen u posudu (čašu) s vodom tako da pri postavljanju pokusa voda ne uđe u udubinu. Udubinu ispunite solju. Očitajte rezultate nakon pola sata.
PITANJA: 1. Što se dogodilo u udubini korijena mrkve? Sol se otopila i udubina se ispunila vodom. 2. Zašto mrkva gubi čvrstoću? Zbog izlaska vode iz stanica smanjuje se turgorski tlak u njima.
274
