CELICABIOLOGIJA  je  veda  in  znanost  o  življenju  in  živih  bitjih.  Naravoslovna

Veda  =  vse  znanje  človeštva  o  nekem  tematskem  področju.Znanost  =  načrtno  odkrivanje  novih  spoznanj,  iskanje  splošno  veljavnih  resnic  z  znanstvenimi  metodami.Stroka  =  uporabno  znanje  s  področja  neke  vede.  

Življenje  je  proces  samoohranjevanja  živih  bi1j.  Prepoznamo  ga  biotskih  procesih  (življenjskih  dogajanjih):  

Za  življenje  so  pomembni  4  pogoji:1. prisotnost  izbirno  prepustnih  membran  -­‐  kontrolirano  prehajajo  različne  snovi  v  in  iz  celice2. biokemijske  reakcije  -­‐  izgradnja  in  razgradnja  organskih  molekul3. geni  s  kodiranimi  sporočili  -­‐  zgradba  beljakovin,  potrebnih  za  reakcije4.mehanizmi,  ki  preprečujejo  škodljive  reakcije.

Naravoslovje  je  obsežno  področje  človekove  vednosH  in  raziskovanja  narave  -­‐  vsega  kar  obstaja  neodvisno  od  človeškega  delovanja.  

Biologija  spada  med  TEMELJNE  oz.  BAZIČNE  znanosK  ali  vede.  -­‐ kemija-­‐ fizika-­‐ biologija-­‐ geologija+ matemaHka  -­‐  z  njo  si  pomagamo  pri  razumevanju  bazičnih  znanosH,  razvila  se  je  kasneje.

Biologija  je  osnova  drugim  panogam:  medicini,  veterini,  gospodarstvu,  agronomiji.

Temeljna  /  bazična  znanost  =  izsledki  nimajo  v  času  odkrivanja  uporabne  vrednosH,  le  potešijo  znanstvenikovo  radovednost;  ko  se  izsledki  podrobneje  raziščejo  ali  se  odkrije  še  kaj  novega  se  bazična  znanosH  spremeni  v  aplikaKvno  znanost  =  izsledki  so  uporabni  v  vsakdanjem  življenju.  Mnogo  bazičnega  znanja  ne  moremo  nikoli  vključiH  v  vsakdanje  življenje,  je  pa  zarazumevanje  delovanje  sveta  nujno  potrebno.  

• prehranjevanje • rast

• presnavljanje • razvoj

• izločanje • čutnost

• razmnoževanje • odzivanje  in  privajanje  na  dražljaje

• dednost • pri  višjih  organizmih:

                 -­‐  dihanje

                 -­‐  učenje

(npr.  SPUŽVE  –  njihovo  prehranjevanje  nas  v  vsakdanjem  življenju  ne  zanima,  vendar  z  odkritjem,  da  proizvajajo  anHbioHke  se  zanimanje  zanje  povečuje.  Kaj  bi  šele  bilo,  če  bi  proizvajale  naWo?)  Nikoli  ne  vemo,  kdaj  ima  neko  znanje  tudi  prikrito  (potencialno)  prakHčno  vrednost.  

Čeprav  je  biologija  bazična  znanost,  pa  je  kljub  temu  podlegla  številnim  aplikaHvnim  vedam  in  znanosHm  z  biotehničnega  področja:  gozdarstvu,  poljedelstvu  (agronomija),  živinoreji  in  biotehnologiji.

DELITEV BIOLOGIJE4  kraljestva:  glive,  cepljivke,  živali  rastline  ➔  ločijo  se  po  temeljnih  značilnosHh  (npr.  po  celici)

*temeljna  Hpa  celic:     -­‐  prokariontska  celica  (nima  jedra  -­‐  cepljivke)

-­‐ evkarionstska  celica  (ima  jedro  -­‐  rastline,  živali  glive)karion  -­‐  jedro    pro  -­‐  pred   ev  -­‐  pravo

4  PODROČJA:  ZOOLOGIJA:  živali           ANTROPOLOGIJA:  človekBOTANIKA:  raztline           MIKROBIOLOGIJA:  mikroorganizmi

➔  delomo  na  panoge  (discipline)

PANOGA SMERI (primeri)

taksonomija prepoznavanje  skupin  sorodnih  organizmov

taksonomija  in  sistemaHka  živali        taksonomija  in  sistemaHka  rastlin

sistemaKka razvrščanje  biHj  v  pregledne  prikaze  glede  na  njihovo  medsebojno  sorodnost...

taksonomija  in  sistemaHka  živali        taksonomija  in  sistemaHka  rastlin

morfologija proučuje  oblike  živih  biHj citologija  (celice)    ➔  s  pomočjo  opH.  pr.histologija  (tkiva)anatomija  (notranje  obli.  in  zgradbe  or.)

fiziologija proučuje  delov.  posameznih  delov  živih  biHj  -­‐  celic,  tkiv,  organov  ali  celotnih  organizmov

fiziologija  živalifiziologija  rastlinfiziologija  človekacelična  fiziologijanevrofiziologija

geneKka veda  in  znanost  o  pojavih  v  zvezi  z  dednostjo

bakterijska  geneHkamolekularna  biologija  (o  molekulah  in  njegovih  pretvorbah  v  živih  bitjih)biokemija  hormnov

ekologija proučuje  razmerja  med  živimi  bitji  in  njihovim  okoljem,  povezana  z  varstvom  okolja

ekologija  morjaekologija  celinskih  vodaekologija  kopnega

embriologija veda  o  vsem  v  zvezi  z  zarodki embriologija  vretenčarjev

paleontologija raziskuje  živa  bitja  iz  preteklih  geoloških  obdobij

paleobotanika

PANOGA SMERI (primeri)

evolucija ugotavlja  sorodstvene  vezi  med  skupinami  živih  biHj  in  njihov  razvoj  v  geološki  preteklosH

evolucija  človeka

biofizika pojavi  v  živih  bitjih  na  ravni  fizikalnih  procesov

biokemija pojavi  na  ravni  kemijskih  procesov

 ALGOLOGIJA – veda o algah DENDROLOGIJA – veda, ki proučuje drevesa ENTOMOLOGIJA – veda, ki proučuje žuželke MIKOLOGIJA – veda o glivah, gobah ORNITOLOGIJA – veda o pticah IHTIOLOGIJA – veda o ribah

REŠEVANJE ZNANSTVENEGA PROBLEMA

PROBLEM

ZBIRANJE  PODATKOV

Znanstvena  raziskava  se  začne  z  domnevo  /  HIPOTEZO.       ➔  nepreverjen  sklep  na  podlagi  znanih  dejstev,  s  katerimi  skušamo  na  razumen       način  opisa1  zakonitos1  v  okviru  izbranega  znanstvenega  problema.       Če  želimo  postaviH  hipotezo,  moramo  o  problemu  poznaH  več  dejstev

Dejstvo  /  FAKT  je  vsaka  utemeljena  ugotovitev  o  tem,  kar  je  ali  je  obstajalo  v  preteklosH.  PODATEK  je  dejsto,  ki  ga  upoštevamo  pri  reševanju  nekega  problema.  Podatki  se  nanašajo  na  kakovost  in  količino:

-­‐ kvalita1vni  podatki  -­‐  zbiramo  s  opazovanjem  oz.  s  čuHli  (+  pripomočki,  indik.)  -­‐ kvan1ta1vni  podatki  -­‐  teža,  velikost,  pH,  tok...

METODE

METODA  je  postopek  za  načrtno  razreševanje  problema.  1. opazovanje2.meritve3. poskus  /  experiment

Eksperiment  je  namenska  dejavnost,  s  katero  skušajo  znanstveniki  kaj  ugotoviH  ali  preveriH.  Poskusi  morajo  biH  ponovljivi  (lahko  jih  ponovijo  in  preverijo  drugi  znanstveniki)

Kontrolni  poskus:  ne  spreminjamo  poskusnih  pogojev,  kot  pri  osnovnem  poskusu.Dokažemo,  da  spremenljivke  vplivajo  na  potek  poskusa,  ne  pa  snovi,  ki  so  prisotne  pri  vseh  poskusih.  

HIPOTEZA

Če  imamo  povsem  nov  problem,  ne  pričakujemo  konkretnih  rešitev  –  začnemo  »  iz  ničle«  -­‐  govorimo  o  NIČELNI  HIPOTEZI  –  če  se  izkaže  za  pravilno,  lahko  v  naprej  povemo,  kako  bo  najverjetneje  potekal  nek  pojav,  če  pa  je  napačno  jo  ovržemo  in  postavimo  novo.

Hipoteze  so  lahko  v  določenem  obdobju  dokončne,  pozneje  pa  jih  na  osnovi  novih  podatkov  ovržejo.  Hipokrat:  možgani  producirajo  sluz,  ki  uravnava  telesno  temperaturo

Hipoteze,  ki  jih  ne  moremo  dokazaH  s  poskusom  imajo  omejeno  znanstveno  vrednost.  Kljub  temu  pa  jih  ni  dobro  zavreči,  saj  jih  lahko  preverimo  pozneje,  ko  napredujejo  tudi  druge  znanstvene  panoge.  Kako  so  izumrli  dinozavri?

ZAKON  je  dejstvo,  ki  se  ga  da  na  kakeršenkoli  način  vedno  dokazaH.DOGME  so  zakoni  “brez  odstopanj”.TEORIJA  je  urejen  splet  znanstvenih  spoznanj,  ki  temeljijo  na  dokazanih  dejstvih,  a  so  povezana  v  celoto  le  z  miselnim  procesom.  Teorija  je  splošno  priznano  znanstveno  spoznanje,  ki  ga  dokončno  ne  moremo  potrdiH,  vendar  se  znanstveniki  strinjajo  o  njegovi  pravilnosH.  NAUK  je  splošno  priznana  teorija.    

MIKROSKOP

ODKRITJE  CELICE

Odkritje  celice  je  povezano  z  odkritjem  in  izpopolnjevanjem  mikroskopa.

Lastnost  izobčenih  (konveksnih)  leč  je  zbudilo  zanimanje  šele  v  17.  stol.  Ugotovili  so,  da  dajeta  2  leči  nameščeni  v  primerni  medsebojni  razdalji  večjo  povečavo  kot  samo  ena.  

To  je  bil  temelj  za  sestavo  prvega  svetlobnega  (opHčnega)  mikroskopa.  Osnovna  zgradba  je  takšna  kot  današnja,  le  leče  prvih  mikroskopov  niso  bile  natančno  brušene.

Mikroskop  z  dvema  lečama  je  izboljšal  angleški  fizik  ROBERT  HOOKE.  Med  biološkimi  preparaH  je  opazoval  tudi  rezine  plute.  Videl  je,  da  pluto  gradijo  številni  prostorčki,  ločeni  z  vmesnimi  stenami.  Imenoval  jih  je  CELICE.  Svoja  opazovanje  je  objavil  1665  v  delu  MICROGRAPHIA  (drobnorisje).

Hooke  ni  opazoval  celic  v  današnjem  pomenu  besede.  Pluta  je  preostanek  odmrlega  tkiva,  od  katerega  so  ohranjene  samo  celične  stene.  Kljub  temu  danes  izraz  celica  uporabljamo  za  osnovno  živo  gradbeno  enoto  vsakega  organizma.

Mikroskop  je  sestavljen  iz  MEHANSKIH  in  OPTIČNIH  DELOV.

K  opHčnim  delom  spadajo  leče  oziroma  sistemi  leč.  

OPTIČNI  DELI:  OKULAR  –  poveča  sliko  iz  objekHva,  poveča  sliko,  a  ne  pripomore  k  ločljivosH;  okular  lahko  razstavimo  in  vanj  vložimo  merilni  vložekOBJEKTIV  –  sistem  leč,  ki  poveča  ločljivost  in  sliko  objekta  KONDENZOR  –  sistem  leč,  pod  mizico,  ki  izostri  svetlobo  iz  sveHla  in  jo  usmeri  k  preparatu.

MEHANSKI  DELI:TUBUS  –  vodi  žarke  od  objekHva,  določa  razdaljo  med  okularjem  in  objekHvom,  premikanja  tubusa  z  lečji  izostri  sliko  objekta.  REVOLVER  –  nosi  2,  3  ali  4  objekHve;  z  obračanjem  izberemo  objekHv  z  ustrezno  povečavo.  MIKRO  in  MAKROMETRSKI  VIJAK  –  sta  za  ostrino  slike,  spreminjata  razdaljo  med  objekHvom  in  mizico.MIZICA  –  drži  preparat  pravokotno  na  opHčno  os  mikroskopa  ZASLONKA  –  spreminja  količino  svetlobe,  ki  doseže  preparat;  uravnava  kontrast.  Najboljši  kontrast  dosežemo  pri  bolj  zaprH  zaslonki.VIR  SVETLOBE  –  najpogosteje  je  uporabljena  »bela«  svetloba.  Svetloba  krajših  valovnih  dolžin  (npr.  modra),  ki  jo  dosežemo  z  ustreznimi  filtri  izboljša  ločljivost  slike.  Svetloba  mora  presvetliH  objekt  od  spodaj,  ne  z  vrha.  PREPARAT  /  OBJEKT  –  nameščen  je  med  objekHvnim  in  krovnim  stekelcem.

Na  okularju  in  objekHvu  so  podatki  o  njuni  povečavi.  Povečavo  mikroskopa  izračunamo  tako,  da  pomnožimo  povečavo  okularja  in  povečavo  objekHva.  

Povečava  okularja  x  povečava  objekKva  =  povečava  mikroskopa  (preparata)  

Močno  povečana  mikroskopska  slika  nam  ne  pomaga  dosH,  če  na  njej  ne  moremo  hkraH  odkriH  tudi  drobnejših  struktur.  Zato  je  poleg  povečave  pomembna  lastnost  mikroskopa  tudi  ločljivost.  

Ločljivost  je  najmanjša  razdaljo  med  dvema  pikama,  pri  kateri  ju  še  zaznamo  kot  dve  ločeni  točki.  (oko  ima  ločljivost  0,1  mm  pri  idealnih  pogojih,  večinoma  0,4  mm)

Ločljivost  mikroskopa  je  omejena  z  valovno  dolžino  svetlobe,  ki  jo  uporabljamo  pri  mikroskopiranju.  Najboljša  ločljivost  svetlobnega  mikroskopa  je  0,2  um.  Zato  so  lahko  povečave  tudi  1500  –  2000  kratne;  0,2µm  poveča  na  0,4mm  (ločljivost  očesa).  

IMERZIJSKI  OBJEKTIV  -­‐  imerzijsko  olje  ima  enak  lomni  količnik  kot  steklo,  zato  s  tem  dosežemo  opHčno  homogenizacijo  ➔  ni  tako  velikega  loma  žarkov  med  opHčno  gostejšim  in  redkejšim  okoljem  ➔  manj  napak  Pri  povečavi  1000x  je  najboljša  ločljivost.

S  svetlobnim  mikroskopom  vidimo:  KLOROPLASTE,  MITOHONDRIJE,  CELIČNO  STENO,  MEMBRANO,  JEDRO,  VAKUOLE.

ELEKTRONSKI  MIKROSKOP-­‐ transmisijski  elektronski  mikroskop  -­‐  TEM  -­‐  presevni  mikroskop;  

-­‐ potrebujemo  ultra  tanke  rezine-­‐mikrotom  -­‐  naprava  za  rezanje  preparatov

-­‐  scanning  elektronski  mikroskop  -­‐  SEM  -­‐  le  površina-­‐ preparate  je  potrebno  obdelaH  z  zlatom  ali  plaHno-­‐ elektroni  se  od  preparata  odbijajo  in  ustvarjajo  sliko.  

Vir  podatkov  so  elektroni.Z  elektronskimi  mikroskopi  ne  moremo  opazovaH  živih  preparatov,  ker  jih  treba  dobro  obdelaH  +  vakuum  v  komori.  Curek  elektronov,  pospešen  z  visoko  napetostjo  ima  veliko  krajšo  valovno  dolžino  od  svetlobe,  zato  je  ločljivost  veliko  večja  od  0,2  µm.  Povečave  so  do  500.000  kratne.  

S  svetlobnim  mikroskopom  ne  moremo  videH  struktur,  manjših  od  0,2  µm.  

CELIČNA TEORIJA

Rojstvo  celične  teorije  je  povezano  z  odkritjem  mikroskopa.

Okoli  leta  1838  sta  nemški  botanik  Ma\hias  SCHLEIDEN  in  zoolog  Theodor  SCHWANN  postavila  celično  teorijo:  Da  so  vsa  živa  bitja  zgrajena  iz  celic.  Z  nadaljnimi  raziskavami  so  ugotovili,  da  se  celice  delijo.

Leta  1855  je  nemški  zdravnik  in  biolog  Rudolf  VIRCHOW  to  spoznanje  jedrnato  izrazil  in  sicer  rekel  je,  da  celica  nastane  iz  druge  celice.  Celice  se  razmnožujejo  z  delitvijo.

Ob  koncu  1870  sta  Eduart  STRASBURGER  in  Walther  FLEMMING  natančno  opisala  delitev  jedra  MITOZA.  Še  v  istem  stoletju  je  E.  von  BEMDEN  odkril  drugi  način  delitve  pri  spolnih  celicah  živali  –  MEJOZA.

CELIČNA  TEORIJA  –  celica  je  temeljna  gradbena  in  dejavna  enota  živih  biKj  in  delitev  celic  omogoča  prenos  dednih  informacij  iz  materinske  v  hčerinsko  celico.

Endosimbiotska  teorija  –  nastanek  evkariontov  iz  prokariontovEvkarionH  so  nastali  s  spojitvijo  (endosimbiozo)  različnih  prokariontov.Teza  (kloroplasH  in  mitohondriji  so  bili  prvotno  prokariontski  simbionH)  je  bila  priznana  ob  opažanju,  da  so  kloroplasH  in  mitohondriji  zmožni  produciraH  svoj  lastni  DNK.Bakterijske  celice  nenehno  sprejemajo  in  oddajajo  gene  ter  se  hitro  prilagodijo  spremembam  okolja,  npr.  z  odpornostjo  proH  anHbioHkami.  Ta  značilnost  je  omogočila  spremembe  pri  razvoju.  Pred  3  milijardimi  leH  se  je  iz  prokariontov  (brez  jedra)  razvil  enoceličar,  ki  vsebuje  jedro.  Potem  so  zelenomodre  bakterije  omogočile  nastanek  kisika  in  ogljikovih  hidratov  v  atmosferi  ob  uporabi  ogljikovega  dioksida,  vode  in  sončne  svetlobe.  V  tem  času  so  praevkarionH  pogoltnili  aerobno  škrlatno  bakterijo  (purpurbacterium),  ki  je  ni  mogel  prebaviH.  Ta  bakterija  je  postala  celični  organel,  mitohondrij,  ki  je  danes  odgovoren  za  celično  dihanje.    Pozneje,  pa  se  zgodi  s  cianobakterijo.  Ta  bakterija  postane  kloroplast,  ki  je  odgovoren  za  fotosintezo.

CELIČNA ZGRADBA

PROKARIONTSKE:  (bakterije)  ni  jedra,  manjšeEVKARIONTSKE:  imajo  jedro,  so  večje

Fotosintetske  bakterije:  edine  prokariontske  celice,  imajo  membranske  strukture  (modrozelene  cepljivke).

Prokariontska celica Evkariontska celica

Velikost  celice 0,5 - 8 µm 10 - 100 µm

Dedni  zapis v  1  krožno  oblikovani  molekuli  DNK,  ni  povezana  z  beljakovinami

v  več  linearno  oblikovanih  molekulah  DNK,  ki  so  povezane  s  histoni  (belj.)

Jedrni  ovoj - da

Jedrce - da

Delitev cepitev mitoza, mejoza (del. vret.)

Ribosomi manjši večji

ER,  Golgijev  aparat - da

Mitohondriji - da

PlasHdi - pri rastlinah

Nitaste  citoplazemske  str. - µtubuli, µfilamenti, int. fil.

RAZLIKE Živalska celica Rastlinska celica

PlasHdi - da

Vakuola manjša večja,  z  celičnim  sokom

Citosomi da -

Centriol - da

Celična  stena - da

Lizosomi da -

Zaloge  energije škrobna zrna glikogenska zrna

Zunanjost  obeh  celic  tvori  celična  membrana.  Pri  rastlinskih  pa  je  okrog  nje  še  celična  stena,  ki  ni  živa.

ZGRADBA JEDRA

Jedro  –  informacijsko  središče  celiceJedro  je  v  obeh  vrstah  celice,  njegov  zunanji  del  je  jedrni  ovoj.  

JEDRNI  OVOJ:  iz  2-­‐eh  membran  in  OBJEDRNEGA  PROSTORA  med  njima.  Zunanja  membrana  povezana  z  membrano  ERja,  objedrni  prostor  pa  z  prostorom  ERja.  

Ribosomi  so  na  površini  zunanje  membrane  jedrnega  ovoja  (kot  pri  ER-­‐ju).  Pore  omogočajo  nadzorovano  izmenjavo  snovi  med  jedrom  in  citoplazmo.

V  jedrni  DNK  je  večina  dednega  zapisa  =  informacija  celice.  Molekule  DNK  so  povezane  z  jedrnimi  beljakovinami  –  HISTONI.  V  jedru,  ki  se  ne  deli,  so  tanke  DNK  povezane  v  nitast  preplet  KROMATIN.  V  začetku  jedrne  delitve  se  te  niH  zvijejo  v  krajše  in  debelejše  strukture  –  KROMOSOME.

JEDRCE:  celična  tvorba,  v  kateri  se  sinteHzirajo  sestavni  deli  za  kromosome.VLOGA  JEDRA:  Na  podlagi  informacij  v  molekuli  DNK,  usmerja  dogajanje  v  celici.  Te  informacije  se  med  delitvijo  celice  prenašajo  v  novonastale  celice.

ZGRADBA CITOPLAZME

Nahaja  se  med  jedrom  in  celično  membrano.  V  njej  lahko  opazimo  številne  zrnate  celične  tvorbe,  npr.  zrnca  glikogena.  V  bližini  jedra  živalskih  celic  je  struktura  centriol,  rastlinska  celica  ga  nima.

V  citoplazmi  rastlinskih  celic  so  VAKUOLE:➔  večji  prostori,  ki  so  obdani  z  membrano  in  napolnjeni  z  vodno  raztopino  različnih  snovi.  CITOSOL:  tekoča  vsebina  vakuole,  celični  sok.TONOPLAST:  membrana  vakuole.

Vakuola  lahko  zavzema  osrednji  del  celice  (jedro  in  citoplazma  sta  poHsnjena  ob  celično  membrano)  ali  pa  je  jedro  v  osrednjem  delu  celice  in  je  več  manjših  vakuol  ob  njenem  robu.➔  takrat  je  citoplazma,  ki  obdaja  jedro,  s  citoplazmo  ob  celični  membrani  povezana  s  citoplazmatskimi  trakovi.

PLASTIDI!!  Samo  v  rastlinski  celici  (+  nekatere  bakterije)  !!Kloroplast  -­‐  klorofilLevkoplasK:  (brezbarvni)

-­‐ amiloplast:  škrob

CELIČNA STENA

Neživa  celična  stena  iz  več  plasH.V  njej  so  PORE  (skozi  njih  povezane  citoplazme  sosednjih  celic)  -­‐  mosHčki,  ki  povezujejo  citoplazme  sosednjih  celic  se  imenujejo  PLAZMODEZME.  Rastlinska  celica  brez  celične  stene  (odstranjena)  =  PROTOPLAST

Nekatere  celice  imajo  na  površini  gibljive  nitaste  izrastke  -­‐  bičke  in/ali  migetalke.

V  citoplazmi  so  ORGANSKI  ORGANELI  –  iz  membran,  vsak  ima  svojo  zgradbo  in  vlogo,  njihove  membrane  delijo  citoplazmo  na  med  seboj  ločene  prostore  =  PREDELKE.

Enomembranske struktureENDOPLAZMATSKI RETIKULUM

ER  je  splet  različno  oblikovanih  prostorov  obdanih  z  membranami.  Ti  so  cevaste  ali  sploščene  mehurjaste  tvorbe  –  CISTERNE.  Cistern  je  več,  ležijo  ena  nad  drugo.  Prostori  med  seboj  povezani  in  tvorijo  mrežasto  strukturo.  Če  so  na  površju  endoplazmatskega  reHkuluma  zrnaH  organeli  =  RIBOSOMI,  je  to  zrnaH  endoplazmatski  reHkulum,  brez  ribosomov  pa  gladki  ER.

RIBOSOMI:  so  iz  RNK  in  beljakovin.  Omogočajo  sintezo  beljakovin  (v  citoplazmi  tudi  prosH  ribosomi).  Na  zrnatem  ER  se  sinteHzirajo  beljakovine,  ki  jih  celica  izloča  ali  pa  vgrajuje  v  svoje  tvorbe.

GOLGIJEV APARAT

Golgijev  aparat    je  membranski  organel.  Membrane  tvorijo  sploščene  cisterne,  ki  ležijo  ena  nad  drugo.  V  njem  poteka  priprava  produktov,  ki  jih  celica  izloča  in  priprava  membran  za  obnavljanje  celične  membrane.

Od  cisterne  najdlje  od  jedra,  se  odcepijo  mehurčki  (vezikli),  s  temi  snovmi  in  potujejo  do  celične  membrane,  se  z  njo  zlijejo  in  vsebina  se  izprazni  ven.  

LIZOSOMI:  vezikli  z  prebavnimi  encimi.  Nastanejo  z  odcepljanjem  od  GOLGIJEVEGA  APARATA,  tako  kot  vezikli,  ki  jih  celica  izloča.  Sodelujejo  pri  celični  prebavi.  Snovi,  ki  jih  celica  sprejme  kot  hrano  so  obdane  z  membrano,  ki  je  po  izvoru  del  celične  membrane.  Tako  nastane  ENDOCITOTSKI  VEZIKEL.  

Ta  se  zlije  z  enim  ali  več  lizosomi  ➔  v  istem  veziklu  hrana  in  prebavni  encimi  ➔  nastala  struktura  =  PREBAVNA  VAKUOLA  ali  SEKUNDARNI  LIZOSOM  ➔  v  njih  poteka  tudi  prebava  celičnih  struktur  –    poškodovanih  ali  takih,  ki  jih  celica  več  ne  rabi.

Dvomembranske struktureMITOHONDRIJ

Zunanja  membrana  brez  gub,  notranja  močno  nagubana.  Navznoter  usmerjene  gube  so  grebenaste  ali  cevaste  oblike.  2. ločena  prostora:

-­‐ prostor  med  zunanjo  in  notranjo  membrano  -­‐ prostor  znotraj  notranje  membrane

Vsebina  osrednjega  dela  je  MITOHONDRIJSKI  MATRIKS.  

Osnovna  funkcija  je  celično  dihanje,  pri  čemer  se  sinteHzirajo  energijsko  bogate  molekule  ATP.  V  njih  tudi  mDNK  in  ribosomi,  zato  se  nekatere  beljakovine  sinteHzirajo  samostojno.

PLASTIDI - kloroplast

PlasHdi  so  značilni  za  rastlinske  celice.Po  zgradbi  podobni  mitohondrijem.  

Najpomembnejši  so  HsH  v  katerih  poteka  fotosinteza  (KLOROPLASTI).  V  notranjosH  kloroplastov  so  številne  TILAKOIDE  –  cevaste  ali  diskasto  razširjene  strukture,  nastajajo  z  gubanjem  notranje  membrane  kloroplasta.  

Skladovnice  diskasHh  delov  =  GRANA,  vsebina  prostora  med  Hlakoidami  =  STROMA.  

V  Hlakoidnih  membranah  so  fotosintetska  barvila  (KLOROFIL)  in  snovi,  ki  med  fotosintezo  omogočajo  prenos  elektronov,  v  njih  tudi  encimi  (za  fotosintezo),  drugi  encimi  pa  so  v  notranjem  prostoru  kloroplasta,  tam  je  tudi  kloroplastna  DNK  in  ribosomi.

KloroplasK  so  različnih  velikosH  in  oblik  -­‐  pri  višjih  rastlinah  lečaste  oblike  =  KLOROFILNA  ZRNA  LevkoplasK:  plasHdi,  kjer  celica  shranjuje  rezervne  snovi.         -­‐  V  HsHh,  ki  se  nalaga  škrob  =  AMILOPLASTI

Nitaste citoplazemske strukture

Sodelujejo  pri  gibanju  znotraj  celic  (potovanja  veziklov,  premeščanje  kromosomov  med  delitvijo  jedra).  Gibanje  znotraj  celic  lahko  povzroči  premikanje  celic  samih.  

Nitaste  strukture  gradijo  tudi  notranje  ogrodje  celice  =  CITOSKELET  =  omrežje  nitasHh  tvorb.

MIKROTUBULICevkaste  tvorbeR=  25  nmZgrajeni  iz  molekul  beljakovine  TUBOLINA

MIKROFILAMENTINitkeR=  7  nmZgrajeni  iz  molekul  beljakovine  AKTINA

INTERMEDIARNI FILAMENTINitkeR=  10  nm

Nekatere  nitaste  strukture  nastajajo  z  zdrževanjem  manjših  beljakovinskih  molekul.  Ko  se  te  molekule  razdružujejo,  nitaste  strukture  začasno  izginjajo.  

Pri  delitvi  jedra  se  v  začetku  pojavi  delitveno  vreteno  iz  mikrotubulov,  ob  koncu  delitve  pa  izgine.

Biček  in  migetalke:  s  celično  membrano  obdana  skupina  mikrotubulov.  Njuna  zgradbaje  enaka,  razlika  le  v  dolžini  (biček  je  eden,  daljši,  migetalk  je  več).  Bički  in  migetalke  v  citoplazmo  zasidrani  z:

BAZALNIM  TELESOM:  Iz  mikrotubulov,  nujno  za  razvoj  bička  oz.  migetalke.  CENTRIOL:  Popolnoma  enaka  zgradba  kot  bazalno  telo,  značilen  le  za  živalske  celice,  v  celici  navadno  2  v  bližini  jedra,  sodeluje  pri  celični  delitvi.

CITOSOL:  tekoč  del  citoplazme  med  celičnimi  strukturami.  V  njem  potekajo  kemijske  reakcije.  Sestoji  iz  vode,  ionov,  molekul,  aminokislin,  sladkorjev,...  V  njem  so  encimi,  vmesni  in  končni  produkH  presnove.

CELIČNA MEMBRANA

CELIČNA  MEMBRANA  je  zunanji  del  celice.  

Skozi  njo  prehajajo  snovi  v  celico  in  ven.  Je  iz  lipidnega  dvosloja  in  beljakovinskih  molekul,  ki  so  razporejene  mozaično  in  stalno  spreminjajo  svojo  lego  -­‐  plavajo  v  lipidnem  dvosloju.  Membrana  je  fluidno  -­‐  mozaična.

Na  zunanji  strani  so  oligosaharidne  molekule  vezane  na  beljakovine  ali  lipide.

Podobno  zgradbo  imajo  tudi  vse  druge  membrane  v  celici.  Vse  membrane,  ki  gradijo  celico  =  BIOTSKE  MEMBRANE.

BIOGENI ELEMENTI

ŽIVLJENJETVORNI  (BIOGENI)  ELEMENTI:  ogljik,  vodik,  kisik,  dušik,  fosfor,  žveplo,  kalcij  in  magnezij  

MAKROELEMENTI:  ogljik,  vodik,  kisik,  dušik,  fosfor,  žveplo.  CHONFS  +  Ca,  MgTi  so  v  organizmih  v  velikih  količinah.

MIKROELEMENTI:  železo,  natrij,  baker,  bor,  klor,...    Fe,Na,Cu,Br,Cl...Vsi  so  potrebni  za  normalen  potek  življenja.  Prisotni  v  manjših  količinah.Pri  vseh  molekulah  je  sestavni  del  ogljik.

VODA

-­‐ najpomembnejša  anorganska  snov  v  celicah.

V  različnih  tkivih  je  vode  od  20  do  85%  v  človeškem  telesu.  Najmanj  je  je  v  kostnem  tkivu,  največ  v  možganskih  celicah.  Vstopa  v  mnoge  reakcije  (reaktant)  ali  pa  izstopa  (produkt).  To  se  dogaja  med  celično  presnovo,  taki  sproščeni  vodi  pravimo  metabolna  voda.  Ta  je  prosta  in  lahko  spet  vstopa  v  reakcije.

Voda  je  pomemben  vir:-­‐ kisika,  ki  ga  s  pomočjo  sončne  energije  od  nje  cepijo  fotosintetski  organizmi.  -­‐ vodika,  ki  se  vgrajuje  v  številne  organske  molekule.

Voda  je  POLARNA  -­‐  ena  najpomembnejših  lastnosHVsaka  molekula  vode  ima  2  električna  pola;  poziHvnega  in  negaHvnega  ➔  DIPOLPola  nastaneta  zaradi  neenakomerne  porazdelitve  elektronov.  Kisik  bolj  privlači  vodikova  elektrona,  zato  je  na  območju  kisika  negaHvni  pol,  okrog  predela  vodikov  pa  poziHven  el.  naboj.  

Vodne  molekule  se  zaradi  polarnosH  med  seboj  privlačijo  z  nasprotnimi  poli  in  tvorijo  VODIKOVE  VEZI.

Zaradi  polarnosH  je  voda  odlično  topilo  za  druge  polarne  molekule  (sladkorji,  aminokisline,  soli).  

ElektroliK  -­‐  snovi,  ki  v  vodi  razpadejo  v  ione.  Vodne  molekule  razbijejo  iz  ionov  sestavljene  snovi  tako,  da  se  vrinejo  mednje  in  jih  obdajo.  S  tem  preprečujejo,  da  bi  se  ioni  ponovno  povezali  med  seboj.

VODIKOVA  VEZPri  vodni  molekuli  se  zaradi  prebitka  negaHvnih  nabojev  na  enem  delu  molekule  vzpostavi  negaHven,  na  drugem  delu  pa  poziHven  električni  naboj.  Ker  sta  električna  pola  dva,  je  molekula  dipol.

Zaradi  nabojev  se  vodne  molekule  privlačijo  in  se  med  seboj  povezujejo  z  vodikovimi  vezmi.  

HIDRATACIJSKI  OVOJ:  ovoj  vode  okrog  ionov.  To  je  vezana  voda  in  se  ne  more  sprosHH  in  sodelovaH  v  kemijskih  reakcijah.

Prosta  voda:  ves  čas  na  razpolago.

Voda  absorbira  in  zadržuje  precej  toplotne  energije,  zato  se  počasi  segreva  in  ohlaja.  Tako  voda  varuje  celice  pred  hitrimi  temperaturnimi  spremembami.  ➔  temperaturna  stabilnost

Ogrodje  organskih  molekul  iz  ogljikovih  atomov.

Organske  molekule:  -­‐ ogljikovi  hidraK-­‐ beljakovine  (proteini)-­‐ nukleinske  kisline-­‐maščobe  (lipidi)

Te  organske  molekule  se  lahko  zgrajene  iz  manjših  podenot  -­‐  monomerov.             ➔  BIOMONOMERIEnostavni  sladkorji,  aminokisline,  nukleoHdi.

Biomonomer  ➔  biopolimer  -­‐  polimerizacija,  če  se  odceplja  voda:  KONDENZACIJABiopolimer  ➔  biomonomer  -­‐  HIDROLIZA

OGLJIKOVI HIDRATI

OGLJIKOVI  hidraH  so  organske  molekule,  sestavljene  iz:  1.   Ogljika2.   Vodika3.   Kisika(v  razmerju  1:2:1)

Ogljikovi hidrati so najpomembnejši vir energije za celico. Ločimo:1.   monosaharide  (enostavni  sladkorji),  2.   disaharide  (sladkorni  dimeri)  3.   polisaharide  (sladkorji,  ki  spadajo  med  sladkorne  polimere)

Sladkorji  so  sladkega  okusa,  topni  v  vodi,  imajo  kristalinsko  zgradbo,  majhne  molekule,  …

Vloga  ogljikovih  hidratov:So  energijski  vir  za  sprotne  potrebe  (monosaharidi),  energijska  zaloga  (škrob,  glikogen)  ter  gradbena  sestavina  (celuloza,  hiKn)

MONOSAHARIDI

So enostavni sladkorji, ločimo:1.   trioze  (imajo  3  ogljikove  atome)  :  

a.   gliceroldehid2.   pentoze  (5  ogljikovih  atomov)  :  

a.   riboza  (gradi  RNA)b.   deoksiriboza  (gradi  DNK)

➔      Sta  sestavini  nukleinskih  kislin

3.   heksoze  (6  ogljikovih  atomov)  :  a.   glukoza  (grozdni  sladkor),  b.   fruktoza  (sadni  sladkor)  c.   galaktoza

4.   heptoze  (7  ogljikovih  atomov)

DISAHARIDI

Nastanejo  iz  dveh  monosaharidov  z  odcepom  vode,  vez  med  le-­‐tema  je  glikozidna.

SAHAROZA  (trsni  ali  pesni  sladkor)  :  glukoza  +  fruktozaLAKTOZA (mlečni sladkor)  :  glukoza  +  galaktozaMALTOZA  (sladni  sladkor)  :  glukoza  +  glukoza

POLISAHARIDI

• Nastanejo  s  kondenzacijo  (-­‐  H2O) več monosaharidov• Imajo  veliko  molsko  maso• Po  okusu  niso  sladki• V  vodi  niso  topni,  oziroma  so  zelo  slabo  topni  (dolge  verige)• Nimajo  kristalinske  zgradbe• Splošna  formula:  Cx(H2O)4.

ŠKROB  :• polimer  glukoze• kot  rezervna  hrana  rastlin• zgrajen  je  iz  amilaze  (gradijo  jo  nekaj  1000  glukoz,  veriga  ni  razvejana)  in  aminopekKna  (2×1000  

glukoze,  veriga  je  zelo  razvejana)

CELULOZA  :• polimer glukoze• verige do dolge ravne, med seboj prečno povezane• glavna sestavina rastlinskih celičnih stenles  vsebuje  do  45%  celuloze

GLIKOGEN  (živalski  škrob):• polimer  glukoze• ima  najbolj  razvejane  verige• rezervna  snov  živalim,  glivam• veliko  ga  je  v  jetrih  (do  18%  njihove  mase)  in  mišicah  (pri  živalih)

HITIN  :• polimer  glukozamina  ➔  glukozni  +  aminokislinski  del• po  zgradbi  in  lastnosH  zelo  podoben  celulozi• gradbena snov členonožcem (ogrodje)  in  glivam

BELJAKOVINE ali PROTEINI

Beljakovine so najkompleksnejše in najštevilčnejše organske  molekule v celicah. Predstavljajo več kot polovico suhe mase celice.  So  polimere  molekule.Nastanejo  iz  aminokislin  (am.  so  osnovne  gradbene  podenote  beljakovin)  

Aminokisline  so  preprostejše  organske  molekule,  zgrajene  iz  ogljika,  vodika,  kisika  in  dušika,  nekatere  vsebujejo  še  žveplo.Zgrajene  so  iz  aminoskupine  (-­‐NH2)  (➔  amini)  in  karboksilne  skupine  (-­‐COOH)                  (➔  organske  kisline).  Obe  sta  vezani  na  isH  C  atom  +  Radikal  +  H  atom.Radikali so različni, zato so tudi aminokisline med sabo različne.Med  seboj  se  povezujejo  z  pepKdnimi  vezmi  ➔  odcepi  se  voda  –  kondenzacija    Aminokislina  ➔  Dipep1d  ➔  Polipep1d

50x  aminokislina  (polipepKd)  =  beljakovina

Insulin  je  ena  najmanjših  beljakovin  z  51  aminokislinamiPROTEINI  –  Enostavne  beljakovine  so  sestavljene  samo  iz  amonokislin.  Sestavljene  beljakovine  so  Hste,  na  katere  se  vežejo  tudi  druge  skupine  (npr.  Sladkorji)

Proces,  ko  beljakovina  razpade  spet  na  aminkisline  imenujemo  hidroliza.V  beljakovinah  se  pojavlja  20 različnih vrst aminokislin.

Zaporedje  aminokislin  določa  obliko  in  delovanje  beljakovine  -­‐    od  zaporedja  je  odvisno  kako  se  bo  veriga  zavijala  in  gubala.  

PRIMARNA STRUKTURA Aminokislinsko  zaporedje  :  AK3  –  AK4  –  AK15  –  AK1  –  …  –    AK10V  polipepHdni  verigi  so  aminokisline  pod  različnimi  koH,  zato  polipepHdna  veriga  ni  nikoli  ravna

SEKUNDARNA STRUKTURA Nastane  zaradi  dodatnih  vezi  (ionskih,  vodikovih,  kovalentnih)  med  aminokislinami

TERCIARNA STRUKTURANastane,  ko  se  molekule  s  sekundarno  strukturo  zvijejo  v  klobčič,  tako  dobi  prostorsko,  3D  obliko

KVARTARNA STRUKTURAMed  seboj  več  povezani  terciarnih  struktur

Glede na zgradbo delimo beljakovine na:

• nitaste  beljakovin  (v  telesu  imajo  gradbeno  funkcijo,  najdemo  jih  v  kožnih  celicah,  ter  v  kožnih  strukturah,  ker  so  sestavni  del  roževina  (npr.  noh1).  Nitaste  zgradbe  so  predvsem  mikrotubuli  in  mikrofilamenK.  Nitaste  beljakovine  niso  topne  v  vodi)

• kroglaste  strukture  (gradijo  encime,  hormone,  pro1telesa…  So  topne  v  vodi)

Mnoge  beljakovine  sodelujejo  pri  celičnih  procesih  kot  encimi  ali  hormoni  ali  njihov  sestavni  del.Druge  so  sestavni  gradbeni  del  celičnih  membran  in  medceličnine,  pa  tudi  kožnih  tvorb  (perja,dlake).  

Ker so vključene v zgradbo  (strukturo)  celic,  jim  pravimo  STRUKTURNE  BELJAKOVINE

DENATURACIJA   :  Beljakovina izgubi normalno obliko (zaradi različnih dejavnikov, npr. visokih temperatur, kemikalij), s tem pa tudi svoje značilne lastnosti, pomembne za delovanje celice, pravimo da se beljakovina okvari oziroma denaturira.  

NUKLEINSKE KISLINE

Nukleinske  kisline  so  v  vseh  živih  celicah,  omogočajo  prenos dednih sporočil  in  določajo, katere beljakovine bodo nastale v celici in kdaj.  Beljakovine uravnavajo hitrost večine kemijskih reakcij, zato nukleinske kisline preko njih posredno  nadzorujejo  življenske  procese. Dedne informacije so info.o celični zgradbi in njenem delovanju.

ZGRADBA NUKLEINSKE KISLINE

Sestavljene so iz več biomonomerov  –  nukleoHdov,  torej  so  nukleinske  kisline  polinukleoKdi.  

NukleoKd  je  sestavljen  iz  3  delov  :  • ostanek  fosforne  kisline  • sladkorja  pentoze  (riboza  ali  deoksiriboza)  • in  organske  dušikove  baze  

V nukleinskih kislinah je pet različnih dušikovih  baz:  adenin,  gvanin,  citozin,  Kmin  in  uracil.  Vsak  nukleoHd  vsebuje  eno  in  po  njej  ga  tudi  imenujemo  (prim.  Adenin  nukleo1d)

Ločimo dve vrsti nuklinskih kislih :• Deoksiribonukleinska  kislina  (  DNK)  –  vsebuje  sladkor  deoksiribozo  • Ribonukleinska  klislina  (RNK)  –  vsebuje  sladkor  ribozo

Če se povežeta dva nukleotida nastane dinukleoKd. V celici je več vrst dinukleotidov, ki sodelujejo pri metabolnih procesih.

RAZLIKA  MED  DNK  IN  RNK

DNK RNK

Je  v  jedru,  kloropasHh,  mitohondriju

Je  v  jedru  in  citoplazmi

Sladkor:  deokisiriboza

Sladkor:  riboza

Org.dušikove  baze:  A,  G,  C  in  T

Org.dušikove  baze:  A,  G,  C,  U

ZGRADBA  DNK  

V  molekulah  DNK  so  shranjene  informacije  o  tem  kako  nej  celica  oz  organizem  deluje.  Med  delitvijo  celice  se  te  informacije  prenašajo  ne hčerinski  celici.

L.  1953  so  odkrili  sestavo  DNK.  

!

Osnovno  ogrodje  je  iz  dveh  vzporednih  verig nukleoKdov  iz  sladkorjev  in  ostanki  fosforne  kilsine  je  povezano  z  močnimi  kovalentnimi  vezmi;  prečno pa  sta  verigi  povezani  z  organskimi  dušikovimi  bazami  s  šibkimi  vodikovimi  vezmi.  

OviH  sta  ena  okoli  druge,  na  podlagi  tega  je  postavljena  hipoteza,  da  ima  DNK  obliko  dvojne  vijačnice  –  dvojnega  heliksa.

V  vzdolžni  verigi  se  lahko  povezujejo  katerikoli  nukleoHdi,  prečno  pa  samo  ustrezajoči  –  komplementarni  nukleoKdi.  Zaporedje  nukleoHdov  v  eni  verigi  določa  zaporedje  nukleoHdov  v  drugi  verigi.  

Ljudje imamo v celici enako število nukleotidov, razlikujejo se v zaporedju, samo enojajčni dvojčki imajo popolnoma enako zgradbo nukleotidov. V tem zaporedju je shranjen zapis kako naj celica deluje, te informacije se prenašajo ne novo nastale  celice.  Vse  telesne  celice  imajo  enako  DNK  razen  spolne.

PODVOJEVANJE  DNK

Predno se informacije prenesejo na hčerinski celici se morajo podvojiti.

1.   Vezi  na  dvojni vijačnici  se  prekinejo,  verigi  se  razpreta2.   Ko  se  vijačnica  razpre,  postanejo  dušikove  baze  proste  in  nanje  se  vežejo  komplementarni  

–  nasprotni  nukleoKdi.  (➔  iz  citoplazme)  3.   Na  vsaki  od  verig  starševske  DNK,  nastane  ena  hčerinska  veriga  DNK.  Obe  sta  idenHčni.  

Pred  delitvijo  celičnega  jedra  se  DNK  najprej  podvoji,  nato  pa  se  molekule  DNK  navijejo  okoli  posebnih  beljakovin,  ki  se  nato  zvijejo  skupaj  v  kromaKnske  niK  Te  niH  pa  se  dodatno  zvijejo,  zgubajo  in  tako  nastanejo  palčkam  podobne  strukture  –  kormosomi    Za  podvojevanje  DNK  je  potrebna  energija  in  encima  ligaza  in  DNK-­‐polimeraza.

DNK  NADZORUJE  PROCESE  V  CELICI

Zgradba  celice  in  njeno  delovanje  je  odisno  od  beljakovin  v  celici.  Zato  so  za  celice  najbolj  pomembna  navodila,  katere  vrste  beljakovin  se  bodo  sinHzirale  in  kdaj  bo  potekala  siteza  the  beljakovin.

Katera  beljakovina  nastaja  je  odvisno  od  zaporedja  nukleoKdov  v  DNK.  

Zapis  za  posamezno  aminokislino v DNK predstavlja zaporedje 3 nukleotidov (trojček) – kodogen.  

Mesto,  ki  je  komplementarno  kodogenu  DNK  in  je  iz  3  zporednih  nukleoHdov  imenujemo  kodon.  

Kodiran  zapis  za  sintezo  enega  pepKda  predstavlja  zaporedje  kodogenov  na  DNK  -­‐  gen.  Vse  gene  v  celici  imenujemo  genom.

➔Kodogen  je  zaporedje  3  nukleoKdov.➔Kodon  je  zaporedje  3  nukleoKdov, ki ustrezajo določenemu  kodogenu.➔Gen  je  kodiran  zapis  za  sintezo  enega  pepHda  –  zaporedje  več  kodogenov.➔  Genom  so  vsi  geni  v  celici.

PREPISOVANJE  ALI  TRANSKRIPCIJA

Sinteza  beljakovin  poteka  na  ribosomih.  

Obveščevalna RNK (mRNK) ima  vlogo,  da  se  navodila  za  sitezo  beljakovin  prenesejo  iz  niza  nukleoHdov  DNK  na  ribosome.  

Postopek:1.   mRNK  nastane  ob  delu  verige  DNK,  ki  ustreza  enemu  genu.  2.% Pri nastajnju mRNK se dvojna vijačnica odvije  in  razpre.  3.% Na prosta mesta na bazah DNK se začnejo vezati komplementarni nukleotidi RNK. Te

nukleotidi se nato spomočjo enicima  RNK-­‐polimeraze  vzdolžno  povežejo  med  seboj.  

4.   mRNK  se  nato  odcepi  od  DNK  in  preide  skozi  poro  jedrnega  ovoja  v  citoplazmo,  kjer  se  veže  na ribosome s pomočjo ribosomske  RNK  (rRNK)

  ➔ je  sestavni  del  ribosomov.  

5.   AminoKisline,  ki  se  na  ribosomih  povežejo  v  beljakovine,  pridejo  tja s pomočjo  prenašalke  RNK  (tRNK)  –  na  enem  koncu  vežejo  eno  AminoKislino, z drugim pa se pritrdijo na določeno mesto mRNK, to mesto je kodon.  

6.   Trojica  nukleoHdov  na  tRNK,  ki  se  poveže  s  kodonom,  je  anitkodon.   ➔  Od  anHkodona  je  odvisno,  na  kateri  kodon  se  bo  vezala  tRNK.  

Vsi  kodirani  zapisi  skupaj,  ki  so  v  DNK  imenujemo  genski  kod.

MUTACIJE

Mutacije  so  spremembe  dednega  materiala.  Spremeni  se  lahko:

• količina  DNK• zgradba  DNK

Dejavniki, ki povzročajo mutacije so mutageni.  Poznamo:

• fizikalne  (sevanja)  • kemične mutagene

Mutacije  so  redke  in  škodljive,  muHrani  organizmi  (mutanK)  propadejo.  Lahko  so  umetne  ali  pa  spontane  in  se  dedujejo.  Včasih se zgodi,  da  imajo  mu1rani  ogranizmi  v  okolju  prednost  pred  ostalimi  organizmi.

Razlikujemo  3  vrste  mutacij:• genske  mutacije• kromosomske  mutacije• genomske  mutacije

Genske  mutacije:  Sprememba:

• zaporedje  in  število  nukleoHdov  v  DNK

Posledica:• V  celici  nastane  drugačna beljakovina.

Kromosomske  mutacije:  Sprememba:

• kromosomov,  do  nijh  pride  med  delitvijo  celic.  

➔  Pri  ločevanju hčerinskih celic se kromosom pretrga na dveh koncih in srednji kočšek izpade, dela se spojita in nastane nov, krajši kromosom. Lahko pa se pretrgani deli prilepijo na drug kromosom – take mutacije imajo težke posledice.

Genomske  mutacjie:  Sprememba:

• Spremeni  se  celoten  genom

➔  Lahko  se  pomnoži  število  vseh  ali  nekaterih  kromosomov  v  celici  lahko  pa  izpadejo.  Če se v spolnih celicah med mejozo kromosomi ne ločijo in sta v njih prisotni dve garnituri kromosomov so to dipolidne  celice.  

(Če se diploidna združi z haploidno,  nastane  triploidna  celica.  Ko  se  promnoži  celotna  garnitura  kromosomov  pa  je  to  poliploidija.)

VITAMINI

Vitamini  so  življenjsko  pomembne  fiziološko  učinkovite  snovi.  Organizem  jih  ne  more  tvoriH  sam,  lahko  pa  jih  sinteHzira  iz  provitaminov,  ki  jih  dobi  s  hrano.

Vitamin  A Jajčni rumenjak, sadje & zelenjava

Tvorba  vidnega  pigmenta,  pravilna  rast  krovnih  tkiv

Kurja  slepota,  propadanje  kože

Vitamin  D Ribje  olje,  jetra Rast  kosH RahiHs  –  nepravilna  rast  kosH

Vitamin  C  (askorbinska  kislina)

Limona,  sladko  zelje Sodeluje  pri  sintezi  kolagena  v  vezivnem  tkivu

Skorbut  –  izpadanje  zob,  slabokrvnost(Nezmožnost  nastajanja  veznega  tkiva)

Vitamin  B  (1,2,6,12)

Neoluščena zrna, mleko, jajca

?? Beriberi – Prizadene živčevje in skeletne mišice (ohromelost)

Vitamin  K ?? Strjevanje  krvi Nezmožnost  strjevanja  krvi

Vitamin  E Zelenjava Nast. in del. rdečih krvnih telesc

Povečana občutljivost rdečih krvnih telesc

CEPITEV

Iz  MATERINSKE  CELICE  nastaneta  dve  HČERINSKI,  ki  imata  po  koncu  delitve  enake  vse  dedne  informacije  materinske  celice  oz.  vse  znanje,  kako  je  zgrajena  in  kako  deluje  (sta  enaki  kot  materinska).  

Pomeni,  da  se  je  dedni  material  materinske  celice  moral  pred  delitvijo  PODVOJITI,  nato  deliH  in  razporediH  na  dve  hčerinski.

Preprosta  zgradba  prokarionskih  celic  omogoča  preprosto  delitev.  Bakterijski  kromosom  se  pritrdi  na  celično  membrano  in  se  začne  podvojevaH.  Ko  se  podvoji,  začne  celična  membrana  med  njima  rasH  ➔  posledica:  kromosoma  se  razmakneta.  S  postopno  rastjo  proH  sredini  in  tvorbo  vmesne  celične  stene  se  kromosoma  zapreta  v  ločeni  celici  =  CEPITEV.

MITOZA

Dedne  informacije  se  podvojijo  (razporejene  na  več  kromosomih)  in  se  pravilno  porazdelijo  na  dve  hčerinski  celici.Taka  delitev  zagotavlja,  da  sta  kvaliteta  in  kvanHteta  dednega  materiala  enaka  dvema  hčerinskima  celicama.

Delitev  evkarionskih  celice  sestoji  iz  delitve  jeder  in  delitev  citoplazme.  

Delitev  pri  kateri  sta  hčerinski  celici  enaki  materinski  =  MITOZA  in  poteka  v  več  zaporednih  fazah  (stopnjah).  Med  dvema  mitozama  je  celica  v  INTERFAZI.

1. PROFAZA:  preplet  dolgih  tankih  nerazločnih  niH  se  začne  prepletaH  (KROMATIN)  oz.  tvorijo  se  KROMOSOMI,  ki  se  med  to  fazo  krajšajo  in  debelijo  =  večkratno  zaporedno  zvijanje  (najprej  v  vijačnico,  nato  še  nekajkrat  v  zanke)  =  SPIRALIZACIJA.  

Kromosomi  v  profazi  so  zgrajeni  iz  dveh  enakih  vzdolžnih  delov  =  KROMATIDI  (kromosomi  so  dvokromaHdni)  vsako  tvori  ena  molekula  DNK.  Med  seboj  sta  povezani  na  mestu  CENTROMER,  ki  je  na  vsakem  kromosomu  na  drugem  mestu,  zato  se  kromosomi  med  seboj  razlikujejo.(v  celici  s  centrioli  so  H  že  v  interfazi  podvojeni  =  v  vsaki  celici  po  dva  para)  

V  profazi  po  dva  in  dva  odpotujeta  proH  nasprotnima  poloma  celice.  V  citoplazmi  se  začnejo  v  bližini  centriola  oblikovaH  mikrotuboli  nastajajočega  delitvenega  vretena,  ki  se  podaljšujejo  proH  nasprotnemu  polu.  

Območje  citoplazme  v  območju  centriolov  =  ORGANIZACIJSKI  CENTER  MIKROTUBULOV  (podoben  center  tudi  celice  višjih  rastlin,  samo  cenHolov  ni)

V  pozni  profazi  =  PROMETAFAZA,  razpade  jedrni  ovoj  na  membranske  mešičke,  niH  delitvenega  vretena  se  tako  lahko  podaljšajo  do  kromosomov  in  se  nanje  pritrdijo  niH  z  obeh  polov  delitvenega  vretena.V  pozni  profazi  jedrce  postopno  izgine.

2.METAFAZA:  NiH  delitvenega  vretena  povlečejo  kromosome  v  ekvatorialno  ravnino.  Kromosomi  so  najkrajši  in  najdebelejši  =  najlažje  prešteH  in  opazovaH  njihovo  obliko.

Človek  v  svojih  telesnih  celicah  po  46  kromosomov.

3. ANAFAZA:  KromaHdi   se   ločita,   pri   tem   se   materinski   dvokromaHdni   kromosom  razdeli   na   enokromaHdnega,   ki   ju   niH   delitvenega   vretena   potegnejo  proH  nasprotnima  poloma.  Anafaza  je  faza  razdelitve  in  potovanja  kromosomov.

4. TELOFAZA:  Telofaza  se  začne,  ko  so  kromosomi  na  nasprotnih  polih.  Delitveno  vreteno  postopno  izgine,   okrog  vsake  skupine  kromosoma  se  začne  oblikovaH  jedrni  ovoj.  Kromosomi  se  razmotavajo  =  DESPIRALIZACIJA  =  postanejo  tanjši  in  daljši  ➔  kromaKn.  Znotraj  jedra  se  oblikuje  jedrce.

Pri mitozi nastaneta dve jedri s haploidnim številom dvokromatidnih kromosomov.

CITOKINEZA

Delitev  citoplazme  se  začne  med  anafazo  mitoze,  konča  med  telofazo.  

Ko  se  delitev  jedra  konča  se  konča  tudi  delitev  citoplazme.  REZULTAT:  dve  ločeni  hčerinski  celici.

1.   ŽIVALSKA  CELICA:Citoplazma  se  deli  z  delitveno  brazdo

Celična  membrana  se  začne  v  predelu  evkarionske  ravnine  delitvenega  vretena  ugrezaH  in  se  zažemaH  proH  njenemu  središču,  dokler  celici  nista  ločeni.

2. RASTLINSKA  CELICA:Pri  rastlinskih  celicah  se  v  evkarionski  ravnini  delitvenega  vretena  začnejo  zbiraH  vezikli  (izvirajo  iz  golgijevega  aparata).  Ti  se  združujejo  v  CELIČNO  PLOŠČO,  ki  se  širi  od  središča  celice  proH  celični  membrani  in  se  na  koncu  združi.  

Vezikli  vsebujejo  snovi,  ki  gradijo  OSREDNJO  LAMELO  celične  stene.  Nastaneta  dve  z  membrano  ločeni  celici,  med  katerima  še  nastaja  vmesna  celična  stena.Čye  celična  plošča  celic  ne  loči  popolnoma,  ostane  citoplazma  obeh  celic  povezana  skozi  pore  v  celični  plošči.  Te  povezave  imenujemo  PLAZMODEZME.  

Na  osrednjo  lamelo  celične  stene  se  pozneje  naložijo  plasH  primarne  in  sekundarne  celične  stene.  Kjer  do  tega  ne  pride,  citoplazmi  razmejuje  samo  osrednja  lamela  =  PIKNJE.  Skoznje  poteka  izmenjava  snovi  med  sosednjima  celicama.            

INTERFAZA

V  interfazi  se  dedni  zapis  podvoji  (nekatere  se  ne  delijo  več,  druge  se  kmalu  spet  delijo).  

EnokromaHdni  kromosomi  se  v  telofazi  despiralizirajo  in  pretvorijo  v  kromaKn.  Kromosomi,  ki  se  v  profazi  naslednje  mitoze  izoblikujejo  iz  kromaHna  pa  so  iz  dveh  kromaHd.  

Torej:  V  interfazi  poteče  podvojitev  DNK  enokromaHdnih  kromosomov  in  s  tem  podvojitev  dednega  zapisa.  Dedni  zapis  imajo  molekule  DNK  =  zato  najpomembnejši  del  kromosomov.  Natančna  podvojitev  teh  molekul  je  bistveni  del  podvojitve  kromosomov.

KromaHdi  dvokromaHdnega  kromosoma  v  profazi  in  metafazi  mitoze  sta  nastali  s  podvojitvijo  DNK  enokromaHdnega  kromosoma,  vidnega  v  anafazi  in  telofazi  predhodne  mitoze.

Interfaza  ima  več  stopenj:  1.  FAZA  G1:  nastajajo  nove  celične  strukture,  zato  poteka  intenzivna  sinteza  snovi,  ki  gradijo  celice.  2.  FAZA  S:  dedni  zapis  se  podvoji.  3.  FAZA  G2:  predstavlja  pripravo  na  novo  mitotsko  delitev.

Mitoza  +  INTERFAZA  ➔  celični  cikel

Haploidna  celica  je  celica,  katere  jedro  vsebuje  samo  en  komplet  kromosomov.Diploidna  celica  je  celica  z  dvema  kromosomskima  kompletoma.  Kromosomi  so  v  parih,  homologni  kromosomi  (enaki).

MEJOZA / REDUKCIJSKA DELITEV

Mejoza  je  delitev,   pri  kateri  dobimo  iz  materinske  celice  šKri   hčerinske   s  polovičnim   številom  kromosomov  (materinska  46  kromosomov  -­‐  hčerinska  23);  količina  dednega  materiala  se  razpolovi.  

S  tako  delitvijo  nastajajo  spolne  celice.

Za  spolno  razmnoževanje  značilno,  da  se  nov  osebek  razvije  iz  celice,  nastale  z  združitvijo  dveh  spolnih  (HAPLOIDNIH)  celic,  pri  čemer  je  bistvena  združitev  jeder  (zigota).

Brez  procesa,  pri  katerem  se  pred  združitvijo  dveh  jeder  zmanjša  količina  dednega  materiala  na  polovico,  bi  jedra  po  nekaj  generacijah  vsebovala  ogromno  dednega  materiala.

Proces,  ki  omogoča  ohranjanje  enake  količine  dednega  materiala,  je  delitev  jedra.MEJOZA  =  REDUKCIJSKA  DELITEV,  ker  se  v  1.  mejotski  delitvi  število  kromosomov  zmanjša  na  pol.  Z  diploidnega  na  haploidnega.

V  kromosomih  spolnih  celic  so  dedni  zapisi  za  vse  lastnosH  organizma.  Položaj  zapisov  na  kromosomih  je  stalen,  pomeni,  da  je  določen  dedni  zapis  vedno  na  določenem  mestu  vzdolž  določenega  kromosoma.  Zato  sta  oblika  in  velikost  kromosomov  stalni.

Jedro  spolne  celice  vsebuje  en  komplet  kromosomov  =  HAPLOIDNA  CELICA.  Jedro  spojka  vsebuje  dva  na  videz  enaka  kompleta  kromosomov,  s  tem  tudi  po  dva  dedna  zapisa  za  vsako  lastnost.  Celica  z  dvema  kromosomskima  kompletoma  =  DIPLOIDNA  CELICA.

Kromosoma  istega  para  sta  enake  oblike,  velikosH  in  imata  istovrstne  dedna  zapise  v  enakem  zaporedju.  Kromosomi,  ki  se  ujemajo  v  navedenih  značilnosHh  =  HOMOLOGNI  KROMOSOMI.

Združitev  dveh  spolnih  celic  je  prehod  s  haploidnega  na  diploidno  število  kromosomov,  mejoza  omogoča  obratno.

1.  MEJOTSKA  DELITEVProfaza:  ➔  enaka  kot  pri  mitozi;  

KromaHn  se  preoblikuje v kromosome.Jedrni ovoj se razkroji, jedrce izgine in izoblikuje se delitveno vreteno.

RAZLIKA: homologni kromosomi se razvrstijo v pare, tako da sta dva po dva homologna kromosoma drug ob drugem. Dvojico združenih homolognih kromosomov imenujemo BIVALENT = KROMATIDNA  TETRADA.

Med kromosomoma v bivalentu se izmenjajo istovrstni deli kromatid. Poteka tako, da se kromatidi, ki pripadata različnima kromosomoma na enakih mestih prekineta in se navzkrižno povežeta z ustreznim delom druge kromatide.Nastaneta dve kromatidi z kombiniranim  dednim  materialom  dveh  kromosomov = PREKRIŽANJE = crossingover.

Dedni zapis enega kromosoma je kombiniran z dednim zapisom drugega.

Metafaza: BivalenH, ki jih gradijo popolnoma spirilizirani  kromosomi, s pomočjo delitvenega vretena uredijo v ekvatorialno ravnino.

Anafaza:Homologna kromosoma vsakega bivalenta se ločita in niti delitvenega vretena ju potegnejo proti nasprotnima poloma.Ne potujejo posamezne kromatide kot pri mitozi, ampak celotni dvokromatidni kromosomi. Proti vsakemu polu potuje polovica kromosomov.

Telofaza:Kromosomi se despirilizirajo, oblikuje se jedrni ovoj in poteče tudi delitev citoplazme.

Po 1. mejotski delitvi nastaneta dve jedri oz. celici s haploidnim številom dvokromatidnih kromosomov.Med 1. in 2. mejotsko delitvijo je kratka  interfaza – brez faze S. Dedni  material  se  ne  podvoji.

2.  MEJOTSKA  DELITEV

Enaka  mitozi.Pri mejozi nastanejo 4 jedra, vsako s haploidnim številom enokromatidnih kromosomov.

PREHAJANJE SNOVI SKOZI MEMBRANO

Membrane  celic  izbirno  prepuščajo  različne  snovi.

Snovi  prehajajo  skozi  lipidni  dvosloj.Celica  deluje  kot  odprH  sistem,  čeprav  je  njena  notranjost  ločena  od  okolja  s  celično  membrano.  Ta    je  pregrada  za  snovi,  ki  se  nenehno  pretvarjajo  in  mora  biH  njihova  izmenjava  z  okoljem  stalna.

Celična  membrana  je  selekKvno  prepustna.  Celična  membrana  je  za  nekatere  snovi  prepustna,  za  druge  pa  ne  (odvisno  od  velikosH  molekul  te  snovi)  

Skozi  lipidni  dvosloj  se  prebijejo:-­‐ kisik-­‐ CO2-­‐ dušik-­‐ majhne  organske  molekule,  npr.  glicerol,  sečnina

➔  Skozi  drobne  vezi  med  fosfolipidnimi  molekulami.

Od  večjih  molekul  pridejo  skozi  lipidni  dvosloj  zlahka  le  take,  ki  se  raztapljajo  v  lipidih,  ostale  pa  zelo  težko.   ➔  TEŽKO:  

-­‐ polarni  delci,  -­‐ ioni  (H+,  HCO3-­‐,  Na+,  K+,  Ca2+,  Cl-­‐),  ki  niso  topni  v  hidrofilnem  delu  lipidnega  dvosloja.  

  ➔  NAJTEŽJE:           -­‐  večje  polarne  molekule  (mono  in  disaharidi,  aminokisline)

Ostale  snovi,  ki  jih  celica  nujno  potrebuje  za  obstoj,  pridejo  skozi  posebne  prehode  iz  beljakovinskih  molekul.  Z  njihovo  pomočjo  celica  izbira,  katere  bodo  šle  skozi  membrano.

➔  Membrane  celičnih  struktur  so  SELEKTIVNO  PERMEABILNE.  Celice  spreminjajo  prepustnost  membran  za  isto  vrsto  delcev;  ionov,  atomov,  molekul.

Z  uravnavanjem  prometa  kemičnih  snovi  skozi  membrano  celice  uravnavajo  svojo  kemično  sestavo,  zato  je  kemična  sestava  citoplazme  različna  od  sestave  raztopine  zunaj  celice.

Prehajanje  je  PASIVNO  ali  AKTIVNO.  

PASIVNO:  iz  več  na  manj  AKTIVNO:  iz  manj  na  več,  potrebna  dodatna  energija,  ki  se  sprošča  med  celičnim  metabolizmom.

DIFUZIJA:Difuzija  je    usmerjeno  gibanje  delcev  v  smeri  padajočega  koncentracijskega  gradienta.  

Molekule  iz  okolja  sprejmejo  toplotno  energijo  in  jo  pretvorijo  v  kineHčno,  ki  omogoča  nenehno  gibanje.  Difuzija  poteka  dokler  delci  topljenca  in  topila  niso  enako  razporejeni  oz.  ko  ni  več  koncentracijske  razlike.

Je  temeljni  način  transporta  skozi  membrane.

OSMOZA:Osmoza  je  posebna  vrsta  difuzije.

Voda  (topilo)  za  celico  potrebna.Prehaja  v  celico  skozi  celično  membrano,  ni  nujno,  da  pa  tudi  topljenci  v  njej.  Membrana,  ki  je  večinoma  prepustna  za  eno  vrsto  snovi  =  POLPREPUSTNA.

SelekKvna  difuzija  =  OSMOZA,  ko  prehaja  skozi  membrano  samo  topilo,  sila,  ki  nastane  zaradi  koncentracijskih  razlik  =  OSMOTSKI  TLAK.  

VODNI  POTENCIAL  CELICE  je  sila,  ki  omogoča  vodni  tlak  skozi  membrano,  oz.  zmožnost,  da  celica  z  difuzijo  sprejema  oz.  oddaja  vodo.

V  celico  v  zelo  HIPOTONIČNEM  (raztopina  z  manjšo  koncentracijo  različnih  snovi  kot  v  celici)  okolju,  kot  je  čista  voda,  vdira  voda  še  hitreje.  Živalska  lahko  zaradi  nežne  celične  membrane,  tako  nabrekne,  da  poči.  Ta  pojav  je  CELIČNI  RAZPAD  ali  CITOLIZA.-­‐-­‐-­‐  HEMOLIZA

Da  se  to  ne  zgodi,  so  zunanje  telesne  površine  zaščitene  z  vodoodpornim  ogrodjem,  ter  število  osmotsko  akHvnih  delcev  raztopljenih  v  medceličnini  je  enako  številu  isHh  delcev  v  citoplazmi  =  IZOTONIČNO  OKOLJE.

Ko  dežuje,  je  koncentracija  topljencev  nizka,  zaradi  snovi  raztopljene  v  citoplazmi  je  notranjost  rastlinske  celice  HIPERTONIČNA  glede  na  okoliško  tekočino.  Voda  doteka  v  celico,  tlak  na  celično  steno  se  poveča;  to  je  TRUGORSKI  TLAK  ali  TRUGOR.  

Omogoča  nabreknjenost  celic  in  rastline  se  držijo  pokonci,  če  celice  izgubljajo  vodo,  ki  vzdržuje  TRUGOR,  rastlina  veni.

Ko  je  koncentracija  topljenca  zunaj  celice  višja,  kot  znotraj  nje  začne  celica  zaradi  osmotskih  procesov  izgubljaH  vodo  –  se  manjša.  Lahko  se  tako  skrči,  da  celična  membrana  odstopi  od  celične  stene  =  PLAZMOLIZA,  če  se  celice  prenesene  v  HIPOTONIČNO  okolje  =  obraten  proces,  NABREKNJENJE  (DEPLAZMOLIZA).

AKTIVNI TRANSPORT

Za  transport  snovi  proH  naraščajočemu  koncentracijskemu  gradientu  potrebuje  celica  dodatno  energijo.

Celica  mora  za  transporHraH  mnoge  molekule  in  ione  iz  notranjosH  ven  ali  obratno.  V  smeri  višje  koncentracije.  

Črpanje  delcev  skozi  membrane  proH  višjemu  koncentracijskemu  gradientu  poteka  z  dotokom  dodatne  energije.  Celica  akHvno  usmerja  delce  proH  višjemu  konc.  gra.  =  AKTIVNI  TRANSPORT.  

Zanj  so  potrebne  posebne  prenašalne  beljakovine  =  MEMBRANSKE  ČRPALKE,  katerih  energijski  vir  so  molekule  adenozin  trifosfat  (ATP),  ki  se  sinteHzirajo  pri  celičnem  metabolizmu.  Tak  transport  zato  samo  v  živih  celicah.

Večje  količine  snovi  prehajajo  skozi  membrano  z  endocitozo  in  eksocitozo.

ENDO  in  EKSOCITOZA  sta  akHvna  procesa,  ki  potrebujeta  energijo  iz  ATP.  

ENDOCITOZA:  zajame  snovi  zunaj  nje  –  ko  zajame  velike  trde  delce  =  FAGOCITOZA  ali  CELIČNO  POŽIRANJE,  ko  pa  zajame  tekočino  =  PINOCITOZA  ali  CELIČNO  PITJE.

Pri  sprejemanju  in  izločanju  sodeluje  membrana.  Membrana  objame  kapljico  ali  trdi  delček,  nastane  mehurček,  ki  se  odcepi  in  nato  notranji  mehurček  =  vakuola  ali  endocitotski  vezikel.  Združi  se  s  primarnim  lizosomom  v  prebavno  vakuolo  (sekundarni  lizosom),  kjer  poteka  celična  prebava  (intenzivna  endocitoza  v  belih  krvničkah,  ki  požira  bakterije).  

EKSOCITOZA:  nastane  od  endocitoze.  Izločajo  se  večje  količine  uporabnih  snovi,  ki  so  se  v  celici  sinteHzirale  in  nerabne  razkrojke  presnove  (metabolite),  ki  so  zbrani  v  izločalnih  mehurčkih  =  sekrecijskih  vakuolah  ali  veziklih.V  stenah  kapilar  je  način  prenosa  snovi  samo  z  ENDO  in  EKSOCITOZO.

ENERGIJSKI SISTEM

Organizmi  izkoriščajo  pretvarjanje  ene  oblike  energije  v  drugo  za  biotsko  delo.

Organizmi  so  ENERGIJSKO  ODPRIT  SISTEM,  ker  nenehno  sprejemajo,  pretvarjajo,  shranjujejo  in  oddajajo  energijo,  ki  jo  nujno  potrebujejo  za  življenjske  procese  oz.  ohranjanje  življenja.  

Za  življenjske  procese  rabijo  le  Hsto  energijo,  ki  jo  lahko  porabijo  za  celično  delo,  preostala  se  sprosH  kot  toplota.  

Delo,  ki  poteka  v  organizmih  =  BIOTSKO  DELO.  Več  vrst:  prenos  molekul  skozi  membrane,  osmotsko  nabrekanje  celic,  sinteze  večjih  molekul,...

Energijo  v  različnih  oblikah  iz  okolja  pretvarjajo  v  kemijsko.  Shranjujejo  jo  s  sinteHziranjem  v  večje  organske  molekule  v  celici.  Molekule,  ki  vsebujejo  energijo  =  kemijska  potencialna  energija.  

Iz  njih  sprosHjo  energijo,  ko  jo  potrebujejo  za  delo,  pri  tem  jo  pretvarjajo  v  druge  oblike  in  opravljajo  delo.  

PROSTA  ENERGIJA  –  HsH  del,  ki  se  pri  pretvorbi  lahko  izkorisH  za  opravljanje  dela.  Pretvorba  kemijske  energije  v  mehansko  =  delo  mišice,  pri  pretvorbi  v  električno  pa  živčno  tkivo.

Za  opravljanje  biotskega  dela  se  nikoli  ne  izrabi  vsa  energija,  precejšen  del  uide  kot  toplota.Ta  se  zaradi  posebnih  mehanizmov,  ki  omogočajo  postopno  pretvarjanje  kemijske  energije  v  primarno  obliko  za  opravljanje  biotskega  dela,  sprošča  postopno.

Ko  molekule  sprejmejo  toploto  =  večja  hitrost  in  hitreje  potekajo  kemijske  reakcije,  pri  katerih  se  odvija  pretvorba  kemijske  energije.  

TOREJ:  del  toplotne  energije  izkorisHjo  za  pospeševanje  kemijskih  reakcij.  Pri  nizkih  temperaturah  reakcije  počasneje  potekajo  ali  pa  sploh  ne.

Avtotrofen in heterotrofen način pridobivanja energije

AVTOTROFNI:  sposobni  sami  sinteHziraH  organske  snovi  iz  anorganskih  s  pomočjo  svetlobe  ali  z  oksidacijo  nekaterih  organskih  snovi.  To  so  RASTLINE  in  nekatere  bakterije.

BIOSINTEZA:  procesi,  pri  katerih  se  v  organizmu  sinteHzirajo  snovi  z  višjo  energijsko  vrednostjo  od  izhodnih  snovi  oz.  z  več  proste  energije.  Najpomembnejša  je  FOTOSINTEZA,  njen  končni  produkt  je  veliko  proste  energije  (sladkorji,  škrob,  olja).  Dovolj  je  je  tudi  za  sintezo  drugih  molekul,  potrebnih  za  gradnjo  in  delovanje  celic.  Prosta  energija  shranjena  v  vezeh,  ki  se  sprošča,  ko  se  molekule  razgrajujejo  v  osnovne  spojine.

Organske  molekule,  ki  jih  sinteHzirajo  avtotrofi,  so  vir  energije  HETERITROFNIM  ORGANIZMOM,  ki  tega  se  pomočjo  svetlobe,...  niso  zmožni  narediH.  Energijo  dobijo  z  zaužitjem  energijsko  bogaHh  molekul.

Dotok  in  poraba  morata  biH  usklajena.Dotok  večji  od  porabe  =  energijske  zaloge  v  obliki  založnih  snovi.Dotok  manjši  od  porabe  =  izrablja  energija  iz  rezervnih  snovi  ali  pa  organizem  propade.

Hiter  pritok  energije  za  celično  delo  omogočajo  energijsko  bogate  fosfatne  vezi  v  ATP.

Za  sprotno  shranjevanje  potencialne  kemijske  energije  so  najboljše  spojine  s  fosfatnimi  vezmi,  so  najbolj  uporabne  (ATP),  ker  potujejo  na  mesta,  kjer  je  potrebna  energija  za  delo  in  se  tam  cepijo.

S  tem  organizmu  omogoči,  da  se  energija  sprošča  postopoma  in  v  dovolj  veliki  količini.

Med  presnovo  se  prosta  energija  veže  ali  sprošča.Presnova  so  procesi  kjer  potekajo  snovne  energijske  pretvorbe  v  organizmu.Pri  presnovi  se  ene  stvari  pretvarjajo  v  druge,  kar  je  povezano  s  sproščanjem  energije.  

Presnovni  procesi  potekajo  na  določenih  mesHh  in  po  določenem  zaporedju  =  METABOLNIH  POTEH,  pri  katerih  potekajo  kemijske  spremembe  v  številnih  zaporedjih  in  spojinah.  -­‐

Pri  vsaki  stopnji  se  nekaj  energije  sprosH,  ki  se  porabi  za  delovanje  ali  tvorbo  mnogih  organskih  molekul.

2  SKUPINI  METABOLNIH  POTI:  -­‐ vse  biokemijske  reakcije,  pri  katerih  se  večje  molekule  postopoma  razgrajujejo  –  se  energija  sprošča  =  RAZGRAJEVANJE  -­‐  katabolizem

-­‐ iz  manjših  molekul  nastajajo  večje  =  IZGRAJEVANJE  -­‐  anabolizem;  za  njihovo  sintezo  je  potrebna  energija.  

Osnovni  vir  avtotrofov  je  SVETLOBA  ali  kemijska  energija  iz  anorganskih  molekul.  Heterotrofi  pa  dobijo  energijo  s  katabolizmom.

Katabolne  in  anabolne  reakcije  so  povezane,  večinoma  pa  ne  potekajo  v  isHh  delih  celice.Pri  rastlinah  –  ANABOLIZEM  ogljikovih  hidratov  v  kloroplasHh,  KATABOLIZEM  pa  v  citoplazmi  in  mitohondrijih.

Za  začetek  vsake  metabolne  reakcije  je  potrebna  akKvacijska  energija

Molekule  udeležene  v  metabolnih  procesih,  pri  običajnih  temperaturah  prepočasne,  da  bi  med  seboj  reagirale  (premalo  kineHčne  energije)  in  premagale  ENERGIJSKO  PREGRADO,  potrebno  za  začetek  biokemijske  reakcije.  

AKTIVACIJSKA  ENERGIJA  =  energija,  ki  jo  molekule  dodatno  potrebujejo,  da  vstopijo  v  kemijsko  reakcijo.  Dobijo  jo  pri  metabolnih  reakcijah  ali  iz  okolja  v  obliki  toplote.    Zvišanje  temperature  pospeši  metabolne  reakcije.  Pri  mnogih  primerih  je  v  organizmih  dovolj  kineHčne  energije  za  premagovanje  energijske  pregrade  pri  običajnih  temperaturah,  pri  številnih  pa  bi  potrebovali  zelo  visoko  temperaturo,  pri  čemer  bi  beljakovine  v  organizmih  razpadle.

Da  bi  to  preprečili  imamo  katalizatorje,  ki  omogočajo  oz.  imajo  zmožnost  zniževanja  energijske  pregrade,  da  poteče  reakcija  –  reakcija  lahko  poteče  pri  nizkih  temperaturah.  

KATALIZATOR  sodeluje  v  reakciji,  vendar  se  pri  tem  ne  spremeni,  niK  porablja.  Veže  se  na  regirajočo  molekulo,  zniža  njeno  akKvacijsko  energijo,  da  se  reakcija  lahko  začne.  Takoj  po  tem  se  katalizatorska  molekula  sprosH  in  veže  z  naslednjo  regirajočo  molekulo.

Katalizator  ne  vpliva  na  smer  reakcije,  le  na  hitrost.

ENCIMI

Encimi  so  biokatalizatorji  (katalizatorji  v  živih  bitjih)Delujejo  v  notranjosH  ali  zunanjosH  celic  (slina  -­‐  amilaza,  prebavni  trakt).  TisH,  ki  delujejo  v  notranjosH  so  pogostejši.

Encimi  povečajo  hitrost  reakcij  ➔  hitreje  se  sprošča  energija  za  delo  ➔  temperatura  se  poviša.-­‐ premagovanje  energijske  pregrade

Vrste  encimov:-­‐ HsH,  ki  katalizirajo  NASTANEK  kompleksnejših  snovi  iz  enostavnejših-­‐ HsH,  ki  katalizirajo  RAZPAD  kompleksnejših  snovi  na  enostavnejše

SUBSTRAT  (podlaga)  -­‐  snov,  s  katero  encim  reagiraEncim  +  molekula  substrata  =  kompleks  encim-­‐substrat

Dela  encima  in  substrata  se  prostorsko  skladata  (ključ  -­‐  ključavnica),  pri  taki  vezavi  se  medatomske  sile  preureijo  in  akHvacijska  energija  se  zmanjša  ➔  reakcija  stečeTakoj  zatem  se  encim  odcepi  od  novonastale  molekule  in  se  veže  v  naslednjo  molekulo  substrata.

AKTIVNO  MESTO  (center)  je  HsH  del  encimske  molekule,  ki  se  prostorsko  prilega  substratni  molekuli.  Nebeljakovinski  del  akHvnega  mesta  je  KOENCIM  (večina  encimov,  ne  pa  vsi),  npr.  vitamini  (npr.  B  complex),  mikroelemenH  (Fe,  Co,  Cu).

Posamezni  encimi  delujejo  samo  na  eno  vrsto  substrata,  druga  pa  na  več,  če  so  substraH  kemijsko  zelo  podobni  med  seboj.  

Dejavniki,  ki  vplivajo  na  akKvnost  encimov:  -­‐ temperatura-­‐ pH  (v  kislem  delujejo  bolje  HsH,  ki  se  vežejo  na  substrat  z  neg.  nabojem)-­‐ koncentracija  substrata  /  encima

Imenovanje:Substrat  +  AZA

-­‐ karbohidraze-­‐ lipaze-­‐ celulaze-­‐ amilaze-­‐ nukleaze  (nukleinske  kisline)-­‐ pepHdaze  (delujejo  na  pepHdno  vez)

DOLOČANJE HITROSTI PRESNOVE

Bazalni  metabolizem  je  najmanjša  hitrost  metabolizma,  ki  je  nujna,  da  se  organizem  med  mirovanjem  še  ohranja  pri  življenju.  Pri  njem  se  sprošča  samo  toliko  energije,  kot  je  organizem  potrebuje  za  preživetje.

Velik  del  energije  se  pri  metabolnih  procesih  sprosH  kot  toplota,  zato  lahko  toplotne  spremebe  uporabljamo  za  ugotavljanje  hitrosH  metabolizma.  Več  reakcij  ➔  več  toploteŽival  porablja  kisik,  izdhani  CO2  pa  se  veže  na  vezavno  sredstvo  (adsorbens).  Zaradi  porabljenega  kisika  se  prostornina  zraka  v  posodi  manjša,  nastaja  podtlak  in  kapljica  zaporne  tekočine  se  pomika  proH  notranjosH  posode.  Spremembo  odčitamo  na  pipeH.  

Toplokrvne  živali  -­‐  razvile  so  se  zato,  ker  encimi  pri  nizkih  temperaturah  ne  morejo  več  dovolj  hitro  zniževaH  akHvacijske  energije,  zato  se  v  evoluciji  pojavil  lasten  nadzor  telesne  temperature  (sesalci  in  pHči).  Pregrevanje  /  podhlajanje  ➔  regulacijaMrzlokrvne  živali  -­‐  živali  z  nestalno  telesno  temperaturo;  njihova  telesna  temperatura  in  energijski  procesi  so  odvisni  od  temperature  okolja.  

CELIČNI METABOLIZEM

Preden  lahko    celica  izkorisH  molekule  za  sproščanje  energije,  jih  mora  razgradiH  na  manjše  enote.  

Za  svoje  ohranjanje  in  delovanje  organizem  potrebuje  energijo.  Ta  se  sprošča  iz  energijsko  bogaKh  snovi.  

Enostavnejše  (enostavni  sladkorji,  maščobne  kisline,  aminokisline)  lahko  celica  dobi  neposredno  iz  okolja  z  akKvnim  transportom.  Kompleksneše,  večje  molekule  (polisaharidi,  beljakovine,  maščobe)  pa  ne  morejo  prehajaH  skozi  celično  membrano,  zato  jih  encimi  razgradijo  na  osnovne  enote  in  z  akHvnim  transportom  spravijo  v  celico.  Tam  se  sproH  porabljajo,  oz.  se  v  primeru  presežka  kopičijo  v  kompleksnejše  spojine,  ki  pa  so  organizmu  lastne  snovi  (npr.  škrob  -­‐  glukoza  ➔  pride  v  celico  -­‐  se  skladišči  kot  glikogen).  V  primeru  pomanjkanja  energijsko  bogaHh  snovi  celica  porabi  te  energijske  zaloge  (z  encimi  razdradi  na  manjše  enote).  

OKSIREDUKCIJSKI PROCESI

Oksoredukcijske  reakcije  -­‐  reakcije,  pri  katerih  prehajajo  elektroni  na  oksidant.Večina  energije  se  sprosH  iz  organskih  molekul  pri  cepitvi  vezi  H  -­‐  C.

Enostavna  molekula  (energijsko  bogata)  ➔  +  poseben  encim  ➔  odcepita  se  2  H➔  2  H  se  prenašata  iz  enega  prenašalca  na  drugega  -­‐  energija  se  sprošča  postopno  (ne  kot  pri  gorenju)  ➔  končni  prejemnik  je  O2  ➔  nastane  VODA.

Gorenje  organskih  snovi  -­‐  vodik  se  odceplja  od  C-­‐atomov  in  se  veže  na  O2.Ker  se  sprošča  več  energije,  kot  se  je  porablja  za  nastajanje  novih  vezi  H-­‐O,  se  energija  sprošča  kot  toplota  in  delno  kot  svetloba.Gre  za  prehajanje  veznih  elektronov  (H)  iz  manj  stabilnih  molekul  (visoko  energijske)  v  bolj  stabilne  (nizko  energijske)  molekule.

REDUCENT  -­‐  snov,  ki  pri  reakciji  elektron  ODDA  (glukoza).OKSIDANT  -­‐  snov,  ki  pri  reakciji  elektron  SPREJME  (kisik).

1. prenašalec  H:DinukleoHd;  najpomembnejši  je  nikoKnamid  adenin  dinukleoKd,  NAD+

Nastane  iz  vitamina  -­‐  nikoHnske  kisline.

Energijski  metabolizem  je  del  metabolizma,  pri  katerem  se  sprošča  energija  za  delo.  

Glikolizi  sledijo  različne  poH  energijskega  metabolizma,  ki  jih  med  seboj  razlikujemo  po  tem,  katere  snovi  so  končni  prejemniki  e-­‐  in  p+:

-­‐ organska  spojina:  FERMENTACIJA  (vrenje)  (brez  kisika)  +  nitraH,  sulfaH  -­‐  bakterije-­‐ anorganska  spojina:  CELIČNO  DIHANJE  (celična  respiracija):

-­‐ aerobna  respiracija  (z  kisikom)-­‐ anaerobna  respiracija  (brez  kisika)

Pri  anaerobnih  metabolnih  poteh  se  glukoza  ne  oksidira  popolnoma,  ob  koncu  procesa  vedno  ostanejo  manjše  organske  molekule  (npr.  etanol),  v  katerih  je  še  večina  proste  energije.       ➔  organizem  iz  glukoze  ne  izkorisH  vse  energije

Pri  aerobnih  procesih  iz  glukoze  nastajata  voda  in  CO2,  ki  vsebujeta  zelo  malo  proste  energije,  kar  pomeni,  da  je  energijski  izkoristek  veliko  večji.  

Pri  celični  respiraciji  prehajajo  v  zadnjem  delu  energijske  metabolne  poH  vsi  elektroni  po  posebnih  elektronskih  prenašalcih.  Če  so  pri  tem  končni  prejemniki  elektronov:       -­‐  druge  anorganske  snovi  (npr.  sulfat)  in  ne  kisik  ➔  anaerobna  c.  respiracija       -­‐  kisik  ➔  aerobna  c.  respiracija  

GLIKOLIZA  -­‐  začetni  proces  sproščanja  energije.  Encimski  proces,  med  katerim  se  glukoza  razgradi  na  2  triozi  (piruvata),  pri  čemer  se  sprosH  nekaj  energije.

VRENJE:Piruvat:  CH3COCOO-­‐

Glukoza  se  razgradi  na  2  piruvata  +  6  H,  ki  jih  odnesejo  NADH+  H+V  citosolu  (celični  sok)  razpade  piruvat  na  etanol  +  CO2.

Preden  se  začne  razgrajevaH  mora  postaH  molekula  čim  bolj  nestabilna,  da  jo  encimi  lažje  razgrajujejo.➔  molekula  se  mora  najprej  akKviraK

GLIKOLIZA:-­‐ Glukoza  C6-­‐ Pred  nadaljno  razgradnjo  se  mora  glukoza  akHviraH  ➔  fosforilacija

-­‐ 2x  ATP  ➔  oddata  fosfatni  skupini  glukozi  ➔  nastaneta  2  ADP-­‐ P  -­‐  C6  -­‐  P

-­‐ Razcep  na  2  gliceraldehida  -­‐  C3-­‐ Od  gliceraldehida  se  odcepita  po  2  H  ➔  NAD+  ➔  NADH  H+-­‐ Na  prosto  mesto  se  vežeta  2  fosfatni  skupini  iz  okolice  -­‐  se  spet  fosforilirata-­‐ FosfaH  se  odcepijo  -­‐  nastanejo  4  molekula  ATP;  2  se  porabita  za  glikolizo  druge  molekule

-­‐ nastane  PIRUVAT  CH3COCOO-­‐

=  2  ATP

Glikolizi  sledijo  različne  metabolne  poH.  

VRENJE:a)Mlečnokislinsko  vrenje-­‐ vodike  sprejme  piruvat-­‐ NADH  +  H+  ➔  NAD+  -­‐ nastane  mlečna  kislina-­‐ mlečnokislinske  bakterije  in  živali,  v  primeru  pomanjkanja  kisikab)Alkoholno  vrenje-­‐ kvasovke/encimi  spreminjajo  glukozo  v  etanol-­‐ iz  piruvata  nastane  etanol  in  CO2-­‐ rastline  in  kvasovke

=  2  ATP

SprosH  se  pribl.  5%  energije  glukoze  ➔  večina  je  še  vedno  shranjena  v  mlečni  kislini  ali  alkoholu.

CELIČNO DIHANJE

Celično  dihanje  je  dokončna  oksidacija  organskih  snovi  v  celicah,  pri  čemer  se  iz  organskih  snovi  sprošča  energija.  V  kemijskem  smislu  je  celično  dihanje  zaporedje  oksidacij  in  redukcij.

Pri  AEROBNEM  DIHANJU  (najbolj  razširjen  Hp)  sprejme  na  koncu  elektrone  kisik,  nato  se  veže  še  s  protoni  in  nastane  voda.  Vodikovi  atomi  se  s  pomočjo  encimov  postopno  cepijo  od  preostankov  glukoze  in  se  vežejo  na  prenašalce  vodika.  Največkrat  so  to  molekule  NAD+  (a  ne  edine).

Prenašalci  prenesejo  vodikove  atome  do  drugih,  H  pa  po  večini  prenašajo  naprej  le  elektrone.➔  Kisik  ne  dobi  elektronov  in  protonov  neposredno  od  molekule  NADH  +  H+,  ampak  preko  mnogih  prenašalcev.

Te  molekule  sestavljajo  ustaljeno  zaporedje  =  DIHALNA  VERIGA.  Vsaka  naslednja  molekula  v  tej  verigi  je  boljši  oksidant  od  prejšnje.  Zato  elektroni  s  protoni  ali  pa  sami  prehajajo  z  enega  prenašalca  na  drugega,  pri  tem  se  energija  postopno  sprošča.  Molekule  dihalne  verige  so  na  notranji  strani  membran  mitohondrijev.➔  Do  tja  prenašajo  vodik  pretežno  molekule  NADH  +  H+.

Da  lahko  NAD+  in  drugi  prenašalci  prevzamejo  vodikove  atome  in  jih  prenesejo  do  dihalne  verige,  mora  potekaH  KREBSOV  CIKEL.

Celično  dihanje  poteka  v  mitohondrijih.  Piruvat  prihaja  iz  citoplazme  v  mitohondrije  skozi  njihove  membrane.  Nadaljni  metabolni  procesi  potekajo  v  dveh  stopnjah:                          1.    -­‐  Nastajanje  akKvirane  ocetne  kisline                          2.    -­‐  Krebsov  ciklus

1. AkHvirana  ocetna  kislina  nastaja  v  mitohondrijih  tako,  da  s  posebnimi  encimi  od  piruvata  odcepijo  CO2  in  dva  vodikova  atoma,  ki  se  vežeta  na  NAD+.  

➔  Produkt  tega  procesa  je  akt.  ocetna  kislina,  aceKlkoencim  A,  ki  vstopa  v  2.  metabolni  proces

2. Krebsov  cikel,  kjer  med  drugim  nastaja  citronska  kislina:a. AceKlkoencim  A  vstopi  v  Krebsov  cikel.  b. Združi  se  z  oksalacetatom  (C4),  ki  je  vedno  prisoten  v  celicah.  

c. Nastane  spojina  s  6-­‐imi  ogljikovimi  atomi,  citrat.  

d. Od  nje  se  encimi  postopno  odcepljajo  po  1  CO2  in  2  H.

e. Najprej  nastane  spojina  s  5  C,  kasneje  s  4-­‐imi  C  atomi.  

f. Ta  se  združi  z  novim  aceHlkoencimom  A  in  metabolni  krog  se  sklene.

1. 6C  +  H20  -­‐  2  H  -­‐  CO2    -­‐  citrat  -­‐  oksalsukcinat2. 5C  +  H2O  -­‐  2  H  -­‐  CO2    -­‐  ketoglutarat3. 4C  -­‐  2H          -­‐  sukcinat  -­‐  fumarat4. 4C  -­‐  2H  +  H20      -­‐  oksalacetat

Bistvo  krebsovega  cikla  je  prenos  energije  iz  preostanka  sladkorne  molekule  na  molekulo  NAD+.  Del  te  energije  se  pozneje  porabi  za  sintezo  molekul  ATP.

Pri  evkarionskih  celicah  poteka  glikoliza  v  citoplazmi  (citosol),  nastajanje  aceHlkoencima  A  in  Krebsov  cikel  pa  v  mitohondrijih.  Zato  piruvat,  ki  nastaja  med  glikolizo,  prehaja  iz  citosola  v  mitohondrije.

Tudi  v  Krebsovem  ciklu  se  med  razgrajevanjem  ostankov  glukoze  sprošča  CO2,  ki  prehaja  skozi  membrane  z  difuzijo  in  se  izloča  iz  celic.  

Iz  ene  molekule  piruvata  se  sprosHjo:-­‐ 3  molekule  CO2-­‐ja:  

-­‐ ena  med  nastankom  akHvirane  ocetne  kisline  iz  piruvata,  -­‐ dve  pa  v  Krebsovem  ciklu.  

-­‐ 8  vodikovih  atomov:-­‐ 6  se  jih  veže  na  NAD+  (nastane  NADH  +  H+),  -­‐ 2  pa  na  drug  prenašalec  FAD  (nastane  FADH2).

Ker  pri  glikolizi  nataneta  2  molekuli  piruvata,  ki  se  pretvori  v  2  molekuli  akHvirane  ocetne  kisline,  se  za  njuno  razgradnjo  Krebsov  cikel  zavrH  2X.

Elektroni  se  prenašajo  na  kisik  s  prenašalci  v  dihalni  verigi

Energija  iz  glukoze  se  v  precejšnji  meri  prenese  na  PRENAŠALCE  VODIKOV.Gre  za  prenos  elektronov  in  protonov  z  NADH  +  H+  in  FADH2  na  kisik.  Pri  tem  končnem  delu  dihanja,  pri  prenosu  vodika  na  kisik  se  sprosH  največ  energije.       ➔  reakcija  spajanja  v  vodo  je  močno  eksotermna.  

V  tej  verigi  prenašalcev  se  elektroni  prenašajo  ločeno  od  protonov  zato  so  to  PRENAŠALCI  ELEKTRONOV,  ki  so  vgrajeni  v  notranjo  membrano  mitohondrija.

Vodikovi  atomi  se  potem,  ko  jih  od  NADH  +  H+  prevzemejo  drugi  prenašalci,  razcepijo  v  protone  in  elektrone.  Prenašalci  nato  sprejemajo  in  oddajajo  samo  elektrone,  protoni  pa  ostanejo  prosH  ob  membrani.  Med  prehajanjem  elektronov  z  enega  prenašalca  na  drugega,  v  dihalni  verigi  tečejo  oksidoredukcijski  procesi,  kjer  se  sprošča  energija.  Zato  govorimo  o  oksidoredukcijski  verigi.

Sinteza  ATP  v  oksidoredukcijski  verigi:Pri  prehajanju  elektronov  iz  enega  prenšalca  na  drugega  se  sproščena  energija  najprej  porabi  za  črpanje  protonov  v  prostor  med  notranjo  in  zunanjo  membrano  mitohondrija.         ➔  akHvni  transportNastane  razlika  v  koncentraciji  med  matrixom  in  medmembransko  tekočino.  Ko  protoni  difundirajo  skozi  posebne  kanale  v  notranji  membrani  nazaj  v  matrix,  se  energija  tega  pretoka  porablja  za  sintezo  ATP.

Za  vsaka  2  H  atoma,  ki  ju  NADH+H+  prenese  do  prenašalcev  dihalne  verige,  se  vzpostavi  tolikšen  koncentracijski  gradient  protonov,  da  se  sinteHzirajo  3  molekule  ATP:Vodika,  vezana  na  FAD,  pa  omogočita  sintezo  2  molekul  ATP.  

➔  Elektroni  se  prenašajo  po  strogem  zaporedju  do  kisika.  Energija,  ki  se  sprošča  se  porabi  za  sintezo  ATP.

CITOKROMI  -­‐  najbolj  znani  prenašalci  elektronov.  Zadnji  iz  skupine  citokronov  odda  elektrone  kisikovemu  atomu,  ki  hkraH  sprejme  tudi  protona  iz  membranske  tekočine  in  nastane  molekula  vode:                                                            2e-­‐  +  2H  +  1/2O2  →  H2O

Z  nastankom  vode  v  dihalni  verigi  končajo  procesi  sproščanja  energije.

Nekatere  snovi  kot  CIANID  preprečujejo  prehod  elektrona  na  kisik,  zato  prenašalci  ne  morejo  oddaH  elektronov  in  tok  elektrona  se  ustavi.  Postane  podobno,  kot  če  bi  zmanjkalo  kisika  -­‐  če  se  ustavi  tok  elektronov,  se  ustavi  dihalna  veriga  ➔  osebek  izgubi  energijo  za  vzdrževanje  procesov  in  umre  zaradi  notranje  zadušitve.    ATP  nastane  tako,  da  se  na  molekulo  ADP  s  pomočjo  energije  veže  anorganski  fosfat➔  FOSFORILACIJA.

Pri  aerobnem  dihanju  fosforilacijo  omogoči  kisik  =  OKSIDATIVNA  FOSFORILACIJA.

Kot  posledica  oksidacije  ene  molekule  glukoze,  vsak  od  10  NADH  +  H+  ustvari  koncentracijsko  razliko,  ki  omogoči  sintezo  treh  molekul  ATP,  vsak  od  dveh  FADH2  da  2  molekuli  ATP.  Skupaj  je  to  34  molekul  ATP,  če  prištejemo  še  4  molekule  ATP,  nastale  pri  glikolizi  in  Krebsovem  ciklu  je  skupaj  38  molekul  ATP.

Celotna  aerobna  reakcija:                      C6H1206  +  6O2  +  6H2O  →  6CO2  +  12H2O  +  energija  za  sintezo  38  molekul  ATP

ATP

Energija  v  ATP  shranjena  v  visokoenergijskih  fosfatnih  vezeh

V  celicah  je  najpogostejša  energijsko  bogata  molekula  ATP,  ki  s  pomočjo  encimov  posreduje  končno  fosfatno  skupino  mnogim  večjim  organskim  molekulam  (sladkornim,  aminokislinskim,  nukleoHdnim).Končna  fosfatna  skupina  je  vezana  z  energijsko  bogato  vezjo,  zato  se  z  vezavo  fosfata  na  druge  molekule  nanje  prenese  tudi  energija.  Tako  se  molekuli  zviša  prosta  energija  in  lažje  reagirajo.

Molekula  ATP  je  nukleoKd,  sestavljen  iz  organske  baze  (adenina),  sladkorja  (riboze)  in  treh  fosfatnih  skupin.  Večina  proste  energije  je  shranjene  v  vezeh  med  fosfatnimi  skupinami.  Fosfatne  skupine  v  molekulah  ATP  imajo  negaHvno  nabite  kisikove  atome,  ki  se  med  seboj  odbijajo.  Potrebna  je  sila,  da  vezi  držijo  ta  del  molekule  skupaj.  Za  delo  potrebno  za  zbliževanje  posameznih  fosfatnih  skupin  se  porablja  precej  energije.

Ko  se  v  ATP  prekine  ena  fosfatna  vez,  se  sprosH  več  energije  kot  pri  odcepitvi  naslednje  fosfatne  skupine.  Pri  1.  reakciji  nastaneta  adenozin  difosfat  (ADP)  +  fosfatni  ostanek.Če  pa  se  odcepi  še  druga  fosfatna  skupina,  dobimo  adenozin  monofosfat  (AMP).

                                                                     ATP  →  ADP  +  P  ;                    ATP  →  AMP  +  2P

Da  nastane  med  adenozin  difosfatom  in  dodatnim  fosfatom  visokoenergijska  vez,  je  potrebno  veliko  energije.

SHRANJEVANJE  ENERGIJE

-­‐  Kratkotrajno  shranjevanje-­‐  Dolgotrajno  shranjevanje

Zaloge  ATP  v  celicah  zadostujejo  le  za  kratek  čas.

Celice  ne  proizvajajo  toliko  molekul  ATP,  da  bi  imele  energijske  zaloge.  ATP  (energija,  potrebna  za  različna  dela)  se  v  skladu  s  sprotnimi  potrebami  nenehno  sinteHzira.

Organizmi  lahko  po  potrebi  sinteHzirajo  molekule  ATP,  energija  teh  pa  se  porablja  sproH.  Pri  večji  mišični  akHvnosH  =  pospešeno  nastajanje  ATP.

Molekule  ATP  niso  primerne  za  shranjevanje  energije,  ker  bi  količina  vplivala  na  povečanje  osmotskega  tlaka.  Zato  shranjujejo  celice  energijo  v  velikih  polimerih  (polisaharidih)  in  maščobah,  ki  jo  s  katabolizmom  hitro  sprosHjo.HkraH  pa  je  njihovo  ogljikovo  ogrodje  osnova  za  snovi,  potrebne  pri  nastajanju  novih  celičnih  struktur  ali  popravilo  starih.  Te  molekule  ne  vplivajo  na  osmotski  tlak  v  celicah.

Rastlinske  celice  shranjujejo  energijo  v  škrobu,  ki  se  v  amiloplasHh  rezervnih  tkiv  plastovito  nalaga,  da  nastanejo  škrobna  zrna.

V  živalskih  celicah  se  prvotno  energija  shranjuje  v  obliki  oljnih  kapljic,  v  mišičnih  celicah  pa  v  obliki  glikogena  v  glikogenskih  zrnih.

FOTOSINTEZA

Organizmi  potrebujejo  za  procese  presnove  (metabolizma)  energijo,  ki  jo  dobijo  s  hrano.

HETEROTROFNI  organizmi:  organizmi,  ki  pridobivajo  energijo  za  življenjske  procese  z  razgradnjo  organskih  snovi  drugih  organizmov  (živali,  glive,  nekatere  bakterije)  AVTOTROFNI  organizmi:  organizmi,  ki  so  sposobni  zgradiH  za  življenje  potrebne  organske  molekule  iz  preprosHh  anorganskih  spojin  (voda,  CO2)  s  pomočjo  svetlobne  ali  kemične  energije    (nekatere  skupine  bakterij,  modrozelene  cepljivke,  vse  rastline  z  asimilacijskimi  barvili).

Energijo  za  avtotrofno  asimilacijo  dobijo  od  Sonca  -­‐  fotosinteza  je  sinteza  s  pomočjo  svetlobe.  

Energija  lahko  nastaja  tudi  v  kemičnih  reakcijah  (npr.  oksidacija  FeO2)  -­‐  kemosinteza,  to  zmožnost  imajo  žveplove  bakterije.

Avtotrofna  asimilacija  je  življenjsko  pomembna  za  vse  organizme  na  Zemlji.  Zelene  rastline  pridelujejo  hrano  tudi  za  druge  heterotrofne  organizme.

Kratek pregled fotosinteze

Fotosinteza  je  proces,  pri  katerem  rastline  pretvarjajo  svetlobno  energijo  v  kemično,  ki  omogoči  pretvorbo  CO2-­‐ja  in  vode  v  sladkor.

Pri  fotosintezi  nastajajo  organske  snovi  iz  anorganskih.  Poenostavljena  enačba:  6CO2  +  12H2O  →  C6H12O6  +  6H2O  +  6O2  

Energija  potrebna  za  fotosintezo,  prihaja  v  obliki  FOTONOV.  To  je  našemu  očesu  nevidna  bela  svetloba,  ki  jo  sestavljajo  različne  barve.  Fotoni  sončne  svetlobe  imajo  različno  energijo.  Za  fotosintezo  pomembni  fotoni  rdeče  in  modre  svetlobe.  

Energijo  rastline  shranijo  v  energijsko  bogaKh  snoveh  ➔  svetlobno  energijo  pretvorijo  v  kemično.  

Adenozin  trifosfat  (ATP),  je  energijsko  bogata  snov  in  je  vsestranski  shranjevalec  in  prenašalec  energije.  Energijo  lahko  ATP  vnaša  v  druge  kemične  procese,  ne  da  bi  sam  postal  del  njihovih  končnih  produktov.  

Del  fotosinteze  torej  sprememba  energije.  Za  to  spremembo  je  potrebna  svetloba.     ➔  svetlobne  reakcije  fotosinteze

K  tem  prištevamo  tudi  cepitev  vode.  Kisik  se  izloča,  vodik  pa  se  veže  na  nikoHnamid  adenin  dinukleoHd  fosfat  (NADP),  pri  čemer  nastane  NADPH  +  H+,  ki  je  eno  najmočnejših  redukcijskih  sredstev  v  živi  celici.  ATP  in  NADPH  +  H+  nujno  potrebna  za  vezavo  CO2-­‐ja  v  sladkor.  

Za  vezavo  svetloba  ni  več  potrebna,  reakcije  lahko  potekajo  tudi  v  temi.     ➔  temotne  reakcije  fotosinteze

Svetlobne  in  temotne  reakcije  potekajo  v  kloroplasKh.

KLOROPLASTI

ZGRADBA:  središče  fotosintetskih  reakcij  so  kloroplasH.  Kloroplast  je  fotosintetski  aparat  rastlin.  

Navzven  omejen  z  dvema  membranama,  v  notranjosH  pa  so  sploščene  membranske  vrečke  =  TILAKOIDE.  Ležijo  v  brezbarvni  STROMI  ali  MATRIKSU.  

V  Hlakoidnih  membranah  so  molekule  asimilacijskih  barvil  razporejene  v  skupkih  =  fotosintetske  enote.  

Te  enote  vsebujejo  molekule  klorofila  a  in  b.  Razmerje  3  :  1.

Poleg  klorofila  še  druga  barvila  -­‐  oranžni  karoten  in  rumeni  ksantofili.  Nekatere  alge  imajo  tudi  drugačna  barvila,  rdeče  -­‐  fikoeritrin.  

Vsaka  fotosintetska  enota  vsebuje  dva  fotosistema:-­‐ fotosistem  1  -­‐  klorofil  a;  700  nm-­‐ fotosistem  2  -­‐  klorofil  a;  680  nm

Ločimo  ju  po  glavnem  barvilu  v  reakcijskem  centru  fotosistema.  

Absorbcijski  vrh  pove,  katero  valovno  dolžino  svetlobe  klorofil  absorbira  v  rdečem  delu  spektra.  Absorbira  tudi  modro  svetlobo.

Druga  asimilacijska  barvila  absorbirajo  svetlobo  drugih  valovnih  dolžin.  Zelene  rastline  nimajo  barvil  za  absorbcijo  zelene  svetlobe.  V  Klakoidnih  membranah  potekajo  svetlobne  reakcije,  v  matriksu  kloroplasta  pa  so  encimi,  potrebni  za  potek  temotnih  reakcij.

SVETLOBNE REAKCIJE FOTOSINTEZE:

Ko  svetloba  obseva  kloroplast,  določen  elektron  klorofilne  molekule  prevzame  energijo  svetlobnega  fotona.  Nato  se  elektron  prenaša  prek  sprejemnih  in  oddajnih  molekul  v  Hlakoidni  membrani  ➔  fotoelektronska  transportna  veriga.  

Končni  sprejemnik  elektronov  je  molekula  NADP,  ki  se  zato  reducira  v  NADPH  +  H+.  V  klorofilni  molekuli  pa  izpraznjeno  mesto  nadomesH  elektron,  sproščen  ob  cepitvi  vode.  

V  elektronski  transportni  verigi  sodelujeta  oba  fotosistema,  ki  s  sprejeto  svetlobno  energijo  poganjata  elektronsko  transportno  verigo.  

Transportni  verigi,  ki  omogoči  cepitev  vode  in  nastanek  NADOH  +  H+  pravimo  neciklična  transportna  veriga.Končna  produkta  neciklične  transportne  verige  torej  NADPH  +  H+  in  ATP.  Zaradi  cepitve  vode  izhaja  kisik.  

Ker  pa  rastlina  za  vezavo  CO2  potrebuje  več  molekul  ATP,  poteka  v  Hlakoidni  membrani  še  ciklična  transportna  veriga.  Elektron  glavnega  pigmenta  v  fotosistemu  1,  ki  je  sprejel  sončno  svetlobo,  se  prek  prenašalnih  molekul  vrne  h  klorofilni  molekuli,  njegova  energija  pa  se  porabi  za  nastanek  ATP.  Proizvod  cikličnega  transporta  elektronov  je  le  ATP.

Svetlobne  reakcije  omogočajo  nastanek  ATP  in  NADPH  +  H+.  Pri  tem  razpade  voda  in  se  sprosH  kisik.  Svetlobna  energija  se  je  pretvorila  v  kemično.  ATP  in  NADPH  +  H+  sta  nujno  potrebna  za  nastanek  sladkorja  v  temotnih  reakcijah  fotosinteze.

TEMOTNE REAKCIJE FOTOSINTEZE:

Za  vezavo  CO2  svetloba  ni  več  potrebna.  Potrebni  pa  so  posebni  encimi,  ki  vezavo  omogočajo.  Raztopljeni  so  v  matriksu  kloroplasta.  1. CO2  se  veže  na  5C  sladkor  (ribulozo)  +  2x  P2. nastane:  2x  3C3. nastane:  1x  6C   ➔  porabljata  se  ATP  in  NADPH+H+,  ki  sta  nastala  pri  svetlobnih  reakcijah4. fruktoza  (1.  proizvod)

Vsaka  šesta  molekula  sladkorja  zapusH  cikel,  ostale  pa  se  prek  različnih  ogljikovih  hidratov  pretvorijo  nazaj  v  ribulozabifosfat,  za  kar  je  spet  potreben  ATP.  

Ves  proces  =  CALVINOV  CIKEL.

Pozneje  nastane  iz  fruktoze  tudi  glukoza.  

S  povezovanjem  molekule  nastane  v  kloroplastu  škrob.  Proizvodi  fotosinteze  kloroplast  tudi  zapusHjo  kot  triozafosfaH.  V  citoplazmi  iz  njih  nastanejo  sladkorji.  Iz  glukoze  in  fruktoze  nastane  saharoza,  ki  lahko  potuje  po  rastlini  v  druge  dele,  se  tam  shranjuje  ali  porabi  pri  dihanju.  Shranjuje  se  lahko  kot  saharoza  ali  pa  se  pretvori  v  rezervni  škrob.  

Vmesne  snovi  Calvinovega  cikla  so  tudi  izhodiščne  snovi  za  sintezo  aminokislin  in  maščobnih  kislin  ter  s  tem  za  nastanek  beljakovin  in  maščob.

C3  rastline  -­‐  rastline,  katerih  prvi  proizvod  je  snov  z  3  C-­‐atomiC4  rastline  -­‐  rastline,  ki  rastejo  v  krajih  z  veliko  sončne  svetlobe.  CO2  vežejo  v  snov  z  4  C-­‐atomi  (malat).  Koruza,  sladkorni  trs...  (imajo  okrog  žil  obžilne  celice,  kamor  prehaja  malat,  skladiščijo  CO2,  da  ga  lahko  porabljajo  čez  dan,  ko  imajo  listne  reže  zaprte  ➔  manjše  izgube  vode).

Vpliv  zunanjih  dejavnikov  na  fotosintezoSvetlobaKoncentracija  CO2  Temperatura  ➔  glavni  dejavniki,  ki  vplivajo  na  fotosintezo.  

Na  njen  potek  vplivajo  tudi  voda  in  minerali.  

Pri  nižjih  osvetlitvah  fotosinteza  narašča  z  intenzivnostjo  svetlobe,  premočna  svetloba  pa  lahko  poškoduje  asimilacijska  barvila.  Svetlobna  jakost,  pri  kateri  je  fotosinteza  enakadihanju  =  svetlobna  kompenzacijska  točka.  Pri  višjih  osvetlitvah  od  te  jakosH,  rastline  proizvajajo  več  kisika,  kot  ga  porabijo.  Ta  točka  ni  enaka  za  vse  rastline.  Spreminja  se  z  razvojem  rastline  in  letnim  časom.  Poznamo  tudi  sončne  in  senčne  rastline,  ki  niso  enako  občutljive  za  svetlobo.  Pri  senčnih  rastlinah  je  svetlobna  kompenzacijska  točka  pri  nižji  svetlobni  jakosH.  

Z  večanjem  koncentracije  CO2  v  ozračju  fotosinteza  narašča.  Pri  visokih  temperaturah  koncentracija  CO2  manjša.

Temperatura  vpliva  tudi  na  hitrost  delovanja  encimov  Calvinovega  cikla.  Pri  polarnih  in  visokogorskih  rastlinah  poteka  fotosinteza  še  pod  0°C.  V  tropskih  krajih  pa  so  prilagojene  visokim  temperaturam.  Tudi  do  55°C  in  več.  Alge  v  vročih  termalnih  vrelcih,  asimilirajo  še  pri  70°C.

FOTOSINTETSKE  BAKTERIJE

Nekatere  bak|erije  vsebujejo  asimilacijsko  barvilo  (bakterioklorofil),  ki  jim  omogoča  fotosintezo.Za  vir  elektronov  porabljajo  namesto  vode  H2S.

6  CO2  +  12  H2S  =  C6H12O6  +  6  H2O  +  12  S

DIHANJE  RASTLINE

V  koreninskih  celicah  poteka  samo  dihanje.  Ponoči  celotna  rastlina  samo  diha  in  porablja  kisik.  

Celično  dihanje  v  glavnem  poteka  enako  kot  v  živalskih  celicah,  ko  z  razgradnjo  glukoze  v  vodo  in  CO2  nastanejo  energijsko  bogate  vezi  (ATP)  in  se  razvije  toplota.

Seme  ob  kalitvi  močno  diha.  V  tem  razvojnem  stanju  je  rastlina  heterotrofna.  Ko  se  razvijejo  lisH  s  kloroplasH  v  celicah,  pride  do  fotosinteze  -­‐  rastlina  postane  avtotrof.