I temat 3 listopada Cytologia

Dyscyplina samodzielna od XIX w.

Hooke. 1665 - wprowadził termin komórka opisując teksturę korka

Grew - badał komórki roślinne opisując jamki, pęcherzyki otoczone ścianą celulozową

Leeuwenhoek , 1674 - odkrył komórki nieosłonięte błoną, a w nich różne struktury

Teoria komórkowa - Schleiden 1838, Schwann 1839

-Wszystkie istoty żywe budowane są z komórek i ich wytworów -Każda komórka powstaje i innej komórki przez jej podział

• Wszystkie komórki charakteryzuje podobieństw składu chemicznego i aktywności enzymatycznej

• Organizm jest wynikiem aktywności i współdziałania komórek

Rozwój biologii komórkowej zadecydowały: -zastosowanie mikroskopu elektronowego techniki badania ugięcia promieni Roentgena

• Współdziałania i zazębienie się nauk biologicznych i innymi dziedzinami wiedzy (genetyka, fizjologia, biochemia)

Komórki- miniaturowe laboratorium

Metabolizm - suma wszystkich przemian chemicznych jakie zachodzą w komórce

Katabolizm procesy prowadzące do rozkładu substancji, reakcje egzoergiczne tj, wyzwalające energię.

Anabolizm procesy, w których syntetyzowane są nowe związki chemiczne, reakcje endoergiczne tj, pochłaniające energie.

Enzymy

>enzymy katalizatory biologiczne przyspieszające reakcje chemiczne zachodzące w komórce. Białka posiadające jedno lub więcej miejsc adsorpcji (grup czynnych) w cząstce, doktorach przyłączony jest substrat.

>Substrat substancja na której działa enzym.

>Produkt efekt przekształcania substratu.

>Podział enzymów

W zależności od prowadzącej reakcji

-Oksydoreduktazy (reakcja oksydoredukcyjne)

-Transferazy (przenoszenie grup)

-Hydrolazy (rekacje hydrolistyczne)

-Liazy (dołączanie lub usuwanie grup)

-Izomerazy (Kataliza izomeryzacji)

-Ligazy i syntetazy (kondensacja dwóch cząsteczek przed hydrolizę wiązania fostoranowego)

Aktywność enzymu zależy od częstości zderzeń między cząsteczkami enzymu i substratu. Czynniki wpływają cena aktywność enzymu:

>pH ( dla każdego enzymu optymalne)

>Temperatura (dla organizmów stałocieplnych optymalna jest norma temperatury ciała >56- inaktywacja)

>Względne stężenie enzymu u substratu

W zależności od specyficzności względem substratu:

>Absolutna- enzym działa tylko na jeden substrat

>Stereochemiczna- działanie zależne od konformacji stereochemicznej substratu

>Względne enzym oddziałuje z wieloma związkami danego typu Komórka

Prokaryota (bakterie, sinice).Żywe organelle

1. Cytoplazma

2. Robosomy

3. Membrany fotosyntetyzujące (organizmy auto czy heterotroficzne)

4. Mezosomy

Eukarota (pozostałe).Żywe organelle:

1. Cytoplazma

2. Rybosomy

3. Plastydy (obecne lub nie)

4. Mitochondria

5. Retikulum endoplazma tyczne

6. Struktury Golgiego

7. Lizosomy, sferosomy

8. Wici, rzęski (obecne lub nie)

9. Jądro komórkowe

Komórka-Martwe organelle

1. Substancje zapasowe (sok wakuolarny)

2. Wydzieliny

3. Wydaliny

Komórka prokariotyczna

(Wirusy, bakterie, sinice)

Brak błony jądrowej; Substancja jądrowa zmieszana zresztą cytoplazmy lub zostaje z nią w bezpośrednim kontakcie; Komórka otoczona ścianą komórkową, zawierającą cząsteczki białka, polisacharydów, lipidów; Błona komórkowa- struktura lipoproteinowa; Cytoplazma;

Rybosomy (RNA + białka: miejsce syntezy białek); Membrany fotosyntetyzujące

Nukleoid- obszar nie oddzieloną błoną jądrową, w których obecny jest chromosom bakteryjny w postaci pojedynczych cząsteczek kwasu dezoksyrybonukleinowego

Kształt komórki: Zmienny (ameby, leukocyty); Typowy (wielościany mniej lub bardziej ustalony); Specyficzny (plemniki, rzęski, erytrocyty komórki nabłonkowe, komórki nerwowe itd.)

Kształt komórki zależy od: Adaptacji czynnościowej komórek; Napięcia powierzchniowego; Lepkości protoplazmy; Mechanicznego oddziaływania sąsiednich komórek; Stopnia sztywności błony komórkowej

Wielkość komórek Wielkość kilka pm Najmniejsze ok. 4pm Jaja ptaków- kilka, kilkadziesiąt cm

Jądro komórkowe Brown 1831 (pręciki trzykrostki); Występuje w komórkach grzybów, roślin i zwierząt; Wielkości i ilości jąder w komórce jest cechą gatunkową; Erytrocydy ssaków oraz dojrzale człony rurek sitowych nie posiadają jąder (komórki bezjądrzaste)

Struktura jądra komórkowego:

>Otoczka- podwójna błona (wewnętrzna gładka, zewnętrzna przechodzi w błony RE granularnego) poprzecinana porami;

>Kariolimfa (sok jądrowy)- koloid białkowy .płynne środowisko, w których zanużone są: chromatynai jąderko

>Chromatyna - interfaza postać materiału genetycznego (Chromo centry czyli gatunki chromatydy; Chromonemy czyli nici chromatydy; Fibryle chromatynowe= chromocentry+ chromonemy

>Jąderko- jedno lub kilka, nieobłonone, zawiera RNA i białka (polimeraza RNA)

Budowa fibryli

>DNA- ilość stała dla gatunku >Histony- zasadowe białka proste ( arginina, lizyna)

>Białka niehistonowe - cząsteczki o różnym odczynie pH, rola regulatorowa i stabilizująca w chromosomach

>RNA( z wyjątkiem RNA organelli autonomicznych)

Stadia rozwojowe ściany komórkowej:

>Blaszka środkowa-pektyny

>Ściana pierwotna

*Składnik konstrukcji- polisacharydy lub ich pochodne tworzące mikrofibryle (u roślin - celuloza; grzybów z wyjątkiem glonowców-

Chityna; u bakterii i sinic-kwasy: pimelinowy i muraminowy)

*składniki podłoża- wypełnienie konstrukcji matrix

(pektyny, hemicelulozy, białka)

>Ściana wtórna powstaje powstaję przez chemiczne i fizyczne zmiany ścian pierwotnych

Sposoby zmiany ściany pierwotnej

>Inkrustacja- odkładanie się związków chemicznych wewnątrz istniejącej ściany. Między elementy szkieletowe

{-lignina (drzewnik)-proces drewnienia (lignifikacja)

{-węglan wapnia, krzemionka- mineralizacja

>Adkrustacja- odkładanie związków na zewnętrzną powierzchnie ściany pierwotnej

{-polisacharydy (Śluz Gumy)

{-tłuszczowce (Kutyna- proces kutynizacja; Suberyna proces suberynizacja ; Sporopolenina- proces sporopolenizacja)

Fosfolipidy-cząsteczki mają charakter amfipatyczny (jeden koniec rozpuszcza się w wodzie drugi w tłuszczach) Sterole- u zwierząt cholesterol Glikolipidy- zawierają polarne grupy węglowodanowe Sfingolipidy- zamiast glicerolu sfingozyna

Gerebrozydy- zawierają zarówno węglowodany jak i sfingozynę

Białka- klasyfikacja oparta na stopień zawiązania z lipidami

1. Białka integralne- trudno usuwalne z błony, zawierają część hydrofilową hydrofobową często wystaje z błony

2. białka powierzchniowe usuwane z błony

-hydrofilowe (liofobowe) zbudowane głównie a aminokwasów kwaśnych np. kwas glutaminowy

-hydrofobowe (lipofilne) aminokwasy, których łańcuchy boczne mogą tworzyć nietrwałe wiązania z łańcuchami węglowodorowymi kwasów tłuszczowych

Struktura błony komórkowej Półpłynny, podwójny zrąb utworzony przez dwie warstwy lipidów

Główki- hydrofilowe, na zewnątrz Ogonki- hydrofobowe, do wnętrza Mozaikowo rozmieszczone w zrębie i na powierzchni białka

Cytoplazma - półpłynna, galaretowata substancja o niejednolitej strukturze Faza rozpraszająca - woda 60- 90%

Faza rozproszona

• białko 50%

• tłuszcze 12-25%

• węglowodany 15-20%

• nukleoproteidy 5%

• aminokwasy

• sole mineralne: Ca, Mg, K, Na, P itp.

• mikrotubule, mikrofilamenty

Mikrotubule (mikrorureczki)- Sr 25 pm - luźno rozmieszczone w cytoplazmie, odpowiadają za przemieszczenia i ruch cytoplazmy, wchodzą w skład wrzeciona kariokinetycznego, rzęsek, wici, centrioli

Mikrofilamenty (mikrowłokienka) O śr 10-12 |jm, keratynowe w nabłonkach pełnią funkcję podporową

O śr 4-8 jjm, odpowiedzialne za ruchy i zmianę kształtu komórek, we włóknach mięśniowych aktynowe i miozynowe, w innych komórkach aktynowe Mitochondrium

Morfologia mitochondriów różni się w zależności od rodzaju komórki, ale jest mniej więcej stała w komórkach podobnego typu Kształt - zasadniczo podłużny lub kulisty czasami pałeczka lub pęcherzyk

Wielkość - zmienna, szerokość stosunkowo stała ok. 0,5m, długość największa 7 m - zależna od stanu fizjologicznego komórki, ciśnienia i pH

Rozmieszczenie- w obrębie cytoplazmy równomierne chociaż mogą się skupiać wokół jądra lub w cytoplazmie obwodowej ( patologia)

Liczebność- waha się w zależności od typu komórki i jej stanu czynnościowego Budowa mitochondrium Błona zewnętrzna - gładka Błona wewnętrzna - tworzy poprzeczne wpuklenia - grzebienie mitochondrium

Płytkowate - mitochondria grzebieniaste Rurkowate - mitochondria rurkowate

Przestrzeń pery mitochondrialna - strefa między błonami Matrix mitochondrialna - koloid w skład, którego wchodzą enzymy cyklu Krebsa, P-oksydacji Genofor mitochondrialny - mitDNA Rybosomy Aparaty Golgiego Aparaty Golgiego (1881) - zespół pęcherzyków, ułożonych jeden na drugim, otoczonych błoną białkowo- lipidową

Spłaszczone cysterny Zgrupowania gęstych pęcherzyków ściśle związanych z cysternami Duże jasne wakuole na brzegach układu

Czasem elementy pęcherzykowe połączone z RE

U bezkręgowców i glonów pojedynczy dictiosom (spłaszczony pęcherzyk). U wyższych organizmów - 4-8 spłaszczonych woreczków ułożonych w stos, wokół pęcherzyki i kanaliki Lokalizacja, wielkość aparatu Golgiego - różne w zależności o typu komórek i stanu fizjologicznego komórki

Wodniczka

Przestrzeń ograniczona tonoplastem i wypełniona sokiem wakuolarnym, martwy składnik komórki ( błona wodniczki zaliczana do protoplastu) Składniki wodniczki Nieorganiczne

• woda 90%

• K, Na, Ca, Mg, Zn, Cl, SO, PO i inne

• związki wytrącone z roztworu ( rafidy i druzy)

Organiczne -aminokwasy, białka, rozpuszczalne kwasy organiczne

• cukry rzadko tłuszcze

• metabolity wtórne

1. glikozydy (antocyjany, flawony)

2. alkaloidy (nikotyna, chinina, morfina, strychnina, kofeina, kokaina, skopolamina

3. garbniki - pochodne cukrów i polifenoli

Retikulum endoplazmatyczne: Zespół tuneli kanalików, połączonych ze sobą,ograniczonych błoną lipidowo -białkową.Podział: Szorstkie, Gładkie.

Plastydy, chromo-, chloro-, leukoplasty, chromatofory

Chloroplasty Kształt, wielkość i rozmieszczenie różne w zależności od komórki i gatunku rośliny, stosunkowo stałe w obrębie danej tkanki

• maczugowaty

• kulisty

• jajowaty

• dyskowaty

1. liczba - u poszczególnych gatunków stosunkowo stała 20-40 w komórkach roślin wyższych

2. rozmiary - wielkość stała dla danego typu komórek, różnice rozmiarów uwarunkowane są płcią i podłożem genetycznym

chloroplasty komórek poliploidalnych są większe niż komórek diploidalnych

większe u roślin, które wyrosły w miejscach zacienionych niż u roślin z miejsc nasłonecznionych

4. rozmieszczenie w komórce

• równomiernie w cytoplazmie

• grupują się w pobliżu jądra lub ścian komórkowych

5. gęstość - większa niż gęstość cytoplazmy

Skład chemiczny: Białka ( 30-55% suchej masy); Lipidy (20-30%- sterole, woski; fosfatydy, tłuszcze właściwe); Cukrowce (zmienny % suchej masy); Chlorofil (9% w tym chlorofil a i b), Karotenoidy (4.5%) Kwasy nukleinowe (RNA 2-3% i DNA 0.01-0.02%)

Budowa chloroplastu Podwójna błona lipoproteinowa (zewnętrzna gładka; wewnętrzna - system równoległych wpukleń); Tylakoidy- spłaszczone woreczki poukładane w grana ( grana struktury cylindryczne powstałe przez ułożenie jednej na drugiej cystern o podwójnych błonach - tylakoidów połączonych systemem lamelli); Stroma - koloid, macierz, w niej zanurzone są grana i łączące je błony integralne Rybosomy

Robinson, 1953 ( komórka korzenia fasoli, komórki zwierzęce) Każdy zbudowany z dwóch podjednostek- większej i mniejszej Skład chemiczny: Rybosomy RNA Białka zasadowe - strukturalne Białka kwaśne - enzymatyczne

III temat:20 listopada Organizm

Cechy organizmów żywych :

1. zbudowane są z pewnych rodzajów związków organicznych, takich jak : białka; kwasy nukleinowe; cukry; lipidy

2. posiadają określoną, hierarchiczna strukturę - można wyróżnić następujące poziomy: makrocząsteczek organicznych ( np. białka, kwasy nukleinowe) kompleksów makrocząsteczek ( rybosomy, chromosomy) organelii komórkowych (np. jądro, mitochondria, chloroplasty), komórek, tkanek, narządów, całych organizmów

3. Organizmy przejawiają specyficzne funkcje, które także zorganizowane są w sposób hierarchiczny

4. Cechuje je metabolizm ( przemiana materii i energii)

5. Zdolne są do wzrostu i ruchu ( przy czym ruch należy tu rozumieć szeroko, nie tylko jako przemieszczanie się względem podłoża)

6. Zdolne są do rozmnażania się (z czym związane jest dziedziczenie informacji genetycznej)

7. Organizmy zdolne są do ewolucji

Biogeneza

Do XVII w ścierają się dwie teorie :kreacjonistyczna - zakładająca jednorazowe stworzenie świata, istnienie stwórcy (Charles Bonnet - istnieje ciągłość - continuum - od form prostych aż do Boga ) teoria samorództwa - wszystkie organizmy powstały samorzutnie z materii nieożywionej . Demokryt, Arystoteles, Lamrack - zwolenicy teorii samorództwa

Redi (makroorganizmy) Spallanzani 1799 (żadne drobne larwy owadów, pierwotniaki, czy inne drobnoustroje znajdowane w naparach czy wyciągach roślin nie powstją jeżeli płyny ogrzać do wysokiej temperatury Pasteur(1862) - mikroorganizmy - nawet drobnoustroje nie mogą powstać samorzutnie z martwego podłoża

Obalenie teorii samorództwa i powstanie teorii komórki upowrzechniło stwierdzenia" -wszystko co żywe pochodzi od żywego-każda komórka może powstać tylko z innej komórki Pojawił sie pogląd, że życie przywędrowało na Ziemię z kosmosu:

1. Teoria Liebiga i Arrheniusa = teoria panspermii zaprzeczyli teorii samorództwa materia żywa nie ma związku z materią nieożywioną materia żywa jest odwieczna , życie powstaje z związków życia zawiązki życia krążą w kosmosie kiedy opadną na jakąś planetę, rozwija się życie np. zarodniki bakterii mogą znieść łatwo niskie temperatury zbliżone do tych jakie panują w przestrzeniach międzyplanetarnych i całe lata mogą przetrwać w stanie życia utajonego

2. Brytyjski astrofizyk Hoyle- życie mogło powstać w warunkach jakie panują gdzieś w przestrzeni kosmicznej i dopiero stamtąd zainfekowało Ziemię - niedawno wykryto glicynę w obłokach materii międzygwiezdnej

3. Crick F. - życie na Ziemi nie tylko pochodzi z kosmosu, ale zostało na niej świadomie zaszczepione.

Powstała myśl, że życie mogło kształtować się w ciągu niezwykle długiego czasu w oparciu o ewolucję atmosfery, skorupy ziemskiej i hydrosfery. Wyłoniło się nowe podejście do problemu- ewolucja biochemiczna (Miller, Calvin, Oro, Fox, Oparin) Miller - 1953- gazy CH4, NH3, H2 i H20 poddał wyładowaniom iskrowym i otrzymał aminokwasy ( glicynę, alaninę, walinę, kwas glutaminowy, kwas asparginowy)

Oro - 1961- ogrzewał przez 24h cyjanowodór i amoniak w temperaturze 90 stopni i otrzymał adeninę

Fox- na kawałku lawy umieścił aminokwasy, podgrzał do wysokiej temperatury i otrzymał pierwsze polipeptydy, w których sekwencja aminokwasów nie była przypadkowa. Powstało białko - kuleczka z centrum aktywnym w środku tzw. Minisfery.

Minisfery :Wykazują swoistą aktywność enzymatyczną, mogą katalizować rozkład glukozy Otoczka mini sfery jest dwuwarstwowa i wyglądem przypomina błonę komórkową Koacerwaty i mini sfery -naśladują pewne procesy właściwe żywym komórkom -powstają z przypadkowych elementów

-nie mają programu własnej budowy komórki i zdolności dziedziczenia

-nie została przekroczona granica między martwą strukturą chemiczną, a żywą komórką

Protobiologia - nauka o powstawaniu życia, dyscyplina naukowa, która oparta jest na idei ewolucji chemicznej, jest stosunkowo młoda, powstała w latach pięćdziesiątych, ale filozoficzne i przyrodnicze przesłanki jej podstawowej idei ( ewolucji chemicznej) kształtowały się w ciągu ostatniego stulecia.

Oparin 1924- badał zachowanie się mieszaniny polimerów (białka, węglowodany) w wodzie. -Tworzą się drobne, trwałe pęcherzyki przypominające kropelki powstające w zawiesinie oleju w wodzie (koacerwaty) -Sugerował, że w podobny sposób mogły powstać twory, które dały początek komórkom

1. Wykazują one zdolność pobierania pokarmu

2. Dzielą się po nagromadzeniu substancji zapasowych (proces analogiczny do wzrostu i podziału)

Przebieg ewolucji:

• Ewolucja kosmiczna

• Ewolucja biologiczna: Ewolucja chemiczna - chemogenia -synteza związków organicznych powstałych bezpośrednio w fizycznym środowisku ( aminokwasy, cukry, lipidy, fosfolipidy, nukleotydy)

Ewolucja biochemiczna - biogenna -łączenie się związków organicznych w bardziej złożone układy, polimery (polisacharydy, białka, kwasy nukleinowe)

Ewolucja strukturalna- powstanie struktur błoniastych oddzielających makrocząsteczki od środowiska, co umożliwiło metabolizm, kierowaną syntezę makrocząsteczek, w końcu rozmnażanie się i wynikającą z niego dziedziczność i zmienność (Ewolucja morfologiczna- morfogenia

Ewolucja psychiczna- psychogenia Ewolucja świadomości- kognogenia)

Ewolucja społeczna/kulturowa

Charakterystyka żywych organizmów pozwala zrozumieć, że kształtowanie się organizmów żywych przebiegało w kilku etapach

>>Na początku musiała ukształtować się materia organiczna, która sama z siebie nie stanowi jeszcze organizmów żywych

>>Następnie materia żywa musiała zorganizować się w prymitywne organizmy żywe, o dającej się wyróżnić strukturze Wreszcie,

>>pierwsze organizmy podlegały ewolucji, która eliminowała formy gorzej przystosowane, a pozwalała funkcjonować i rozmnażać się lepiej przystosowanym. Aby odpowiedzieć na pytanie jak powstało życie trzeba zatem skupić się na wszystkich tych obszarach.

>>Życie na Ziemi powstało prawdopodobnie 3,8 mld lat temu

>>Powstało samoistnie na skutek działania sił chemicznych i fizycznych

>>Mogło się zacząć przypadkowo od burzy w atmosferze nad wczesną Ziemią, gdzie nie było jeszcze wolnego tlenu

Jakie warunki panowały na Ziemi 4 miliardy lat temu?

+Atmosfera nie zawierała tlenu, składała się z: dwutlenku węgla, azotu, pary wodnej, wodoru, amoniaku i metanu

+Swobodny dostęp promieniowania ultrafioletowego

+Częste wyładowania atmosferyczne

+Duża aktywność wulkaniczna

Najważniejszym i najbardziej złożonym etapem biogenezy było powstanie struktur błoniastych; struktury takie powstają spontanicznie w mieszaninach lipidów czy fosfolipidów z wodą; Błony te zapewne komplikowały swoją budowę przez przyłączanie polipeptydów

Zapewniało to większą stabilność układów lub umożliwiało wymianę materii z otoczeniem

Chemosynteza - proces pierwotny (Na istnienie procesu chemosyntezy w pierwotnym życiu organizmów wskazuje istnienie pierwotnych archebakterii w gorących źródłach powierzchniowych i oceanicznych)

Wiele wskazuje na to, że wszystkie znane formy organizmów żywych pochodzą od jednego przodka.

„Jeżeli jednak wyłoniło się równolegle wiele form żywych o nieco odmiennych podstawowych zasadach budowy i funkcji, to większość z nich wyginęła bezpotomnie, a tylko jedna dała początek całemu dzisiejszemu światu żywemu. Jest bowiem skrajnie prawdopodobne, że na skutek czystego przypadku dwukrotnie ukształtował się na przykład taki sam kod genetyczny" ( Ługowski)

Przypadek legł u podstaw powstania życia, ale nie oznacza to, że sprzyjał formom żywym na wszystkich etapach ewolucji.

Przeobrażenie makrocząsteczek w komórki było ważnym „momentem" w biogenezie i od tego rozpoczęła się ewolucja biologiczna, trwająca do dzisiaj.

Praorganizm- heterotrof, beztlenowiec, energię do utleniania substratu czerpał z zastanej puli związków węgla, siarki i azotu.

Pierwsze fotosyntetyzujące organizmy to sinice. Pojawiły się co najmniej 2,5 mld lat temu. Znaleziono je w bogatych w krzemionkę czertach w zachodniej Australii (sinice) oraz w Południowej Afryce (cyjanobakterie) Kolejnym etapem ewolucji biologicznej było powstanie komórki eukariotycznej z prostszej prokariotycznej. Nie znaleziono żadnych skamieniałości, które mogłyby być bezpośrednimi dowodami tych przemian.

W warstwach kopalnych sprzed 1,5-1,7 mld lat paleontolodzy znajdują, wyposażone we wszystkie elementy budowy, kompletne komórki jądrowe, czyli eukariotyczne.

Powstanie komórki eukariotycznej tłumaczy teoria endosymbiozy: Prokariotyczna komórka pierwotna traci ścianę komórkową . Błona komórkowa ulega pofałdowaniu. W jej wnętrzu pojawiają się błoniaste pęcherzyki wewnętrzne Komórka powiększa swoje rozmiary Wyodrębnia się jądro komórkowe i oddziela błoną od reszty cytoplazmy. Do tak powstałej struktury wnikają na drodze endosymbiozy prokariotyczne organizmy tlenowe, będące prekursorami mitochondridw oraz fotosyntetyzujące prokarionty, będące prekursorami chloroplastów

Niektóre z wymienionych komórek prokariotycznych wnikających do tworzącej się nowej komórki giną; te, które nie uległy strawieniu, zaczynają się dzielić wraz z komórką gospodarza i wytwarza się swoisty stosunek mutualistyczny, który przynosi korzyści obu strukturom

Efektem końcowym trwającej ok. 1 miliarda lat ewolucji było powstanie tlenowych i autotroficznych praeukariontów, a w konsekwencji komórek eukariotycznych z pełnym zestawem organelli komórkowych: przede wszystkim chloroplastami i mitochondriami. Dało to początek rozwojowi roślin, grzybów i zwierząt

Przyroda stanowi zorganizowany system struktur powiązanych ze sobą skomplikowaną siecią zależności

Układem przyrodniczym są: (jednokomórkowiec; organizm tkankowca; uboga biologicznie pustynia; bogate w różnorodne gatunki zbiorowisko leśne)

Układ- zespół elementów ściśle ze sobą powiązanych i oddziałujących na siebie tak, że stanowią jedność, zajmującą określoną przestrzeń i mającą określony czas trwania.

Struktura przyrody - zorganizowany, niejednorodny układ, składający się z wielu poziomów (kondygnacji, jednostek organizacyjnych), których liczba i uszeregowanie istnieją obiektywnie i nie zależą od sposobu ich opisywania.

Poziom charakteryzuje się pewną liczbą elementów, pomiędzy którymi zachodzą oddziaływania zapewniające jego istnienie i trwanie (w czasie i przestrzeni)

Poszczególne poziomy charakteryzują się różnymi stopniem złożoności.

Szczeble organizacji przyrody, od atomu przez cząsteczki, proste związki chemiczne, makromolekuły, organelle komórkowe, komórki, tkanki aż do organizmu i dalej przez populacje, biocenozy aż do biosfery charakteryzuje wzrost złożoności.

Każdy poziom:(Sam w sobie jest układem przyrodniczym; Cechuje się pewnymi właściwościami, bogactwem form, specyficznymi prawami biologicznym; Ma określony charakter, pozwalający odróżnić go od innych poziomów.)

Cząsteczka, atom, komórka, organizm, ekosystem - mogą występować w przyrodzie samodzielnie

Tkanki, układy, populacje - samodzielne egzystować nie mogą są częścią składową kolejnego, wyższego poziomu organizacyjnego (np.: Organelle komórkowe są częścią składową komórek; Organ budują układy; Populacje tworzą biocenozy) Inne zjawiska występują na poziomach niższych, inne na poziomach wyższych.

Tam gdzie zachodzą zjawiska typowe dla poziomu wyższego organizacyjnie, występują też zjawiska poprzedniego poziomu, poziom niższy stanowi bazę poziomu wyższego.

Prawa wykryte na jednym poziomie organizacyjnym dają możliwość zrozumienia procesów przebiegających na wyższych poziomach, ale nie wyjaśniają natury wszystkich zjawisk zachodzących na tych poziomach Nie można przewidzieć wszystkich właściwości wyższego poziomu znając tylko właściwości niższego

Hierarchiczna organizacja : (holizm, redukcjonizm)

Integron (jacob) - poziom organizacji biologicznej, utworzony z poziomów niższych posiadają właściwości charakterystyczne dla poziomów niższych oraz charakterystyczne tylko dla siebie

Poziom układu (Integron )>Pcząsteczek +Pprotoplazmatyczny + Pkomórek + Ptkanek + Narządów

Cała lewa strona układu = holizm

Redukcjonizm: (brak miejsca na cos takiego ja integron)

IV temat: 27listopada

Poziom cząsteczkowy

-związki chemiczne występujące w organizmach żywych zbudowane są z takich samych pierwiastków, które występują w przyrodzie nieożywione.

-Pierwiastki to substancje, których za pomocą prostych reakcji nie da się rozłożyć na substancje poostrzę . Najmniejszą częścią pierwiastka, zachowującą jego właściwość chemiczną są atomy.

-Pierwiastki niezbędne do prawidłowego rozwoju organizmu nazywamy makroelementami. Stanowią one 98% suchej masy. Są to C, O, H, N, S- nazywane są także pierwiastkami biogennymi.

-C podstawa związków organicznych, wchodzi w skład dwutlenku węgla.

-O składnik związków organicznych, dwutlenku węgla, wody, uboczny produkt fotosyntezy, niezbędny do oddychania tlenowego, bierze udział utlenianiu i redukcji.

-H podstawowy składnik związków chemicznych, wchodzi w skład wody, bierze udział w procesach utleniania i redukcji, fotosyntezy, oddychania komórkowego. -N składnik aminokwasów, kwasów nukleinowych i białek, sole są źródłem pierwiastka dla roślin, amoniak, mocznik, kwas moczowy- głównymi produktami wydalania przez zwierzęta.

-Fe katalizator syntezy chlorofilu, składnik białek złożonych- hemoglobiny, enzymów i biorących udział w oddychaniu wewnątrzkomórkowym i fotosyntezie. Niedobór powoduje anemie.

-Mg źródło elektronów a fazie jasnej fotosyntezy, bierze udział biosyntezie białka, warunkuje replikację DNA, transkrypcję, wchodzi w skład chlorofilu. Brak może przyczynić choroby nowotworowe.

-Ca wchodzi w skład kości i zębów, reguluje przepuszczalność błon komórkowych, odpowiednie stężenie powoduje skurczenie i rozkurczenie mięśni.

-Na, Cl- m. in. Odpowiadają za ściśnięcie osmotyczne.

Woda- szczególna cząsteczka, niezbędna do życia:

• rozpuszcza i modyfikuje właściwości biomolekuł (kwasy nukleinowe, białka, węglowodany)przez tworzenie wiązań wodorowych z ich grupami polarnymi,

-tworzy roztwory w komórkach,

-wchodzi w skład płynów ustrojowych,

-utrzymuje ciśnienie osmotyczne,

-transportuje produkty przemian metabolicznych,

-jest środowiskiem życia, substratem fotosyntezy, produktem oddychania, termoregulatorem.

W organizmach zwierząt stanowi 60-70%,w organizmach roślin 70-80%. W komórkach występuje w postaci:

>wody wolnej 95% całkowitej ilości wody, pełni rolę rozpuszczalnika i ośrodka rozpraszającego

>wody związanej 5%

Cząsteczki wody tworzą dipole. Strona zawierająca odsłonięte jądra wodoru tworzy obszar o ładunku dodatnim, strona tlenu jest bogata w elektrony

Cukry, skrobia, celuloza = węglowodany, sacharydy, cukrowce, Wodziany węgla

-2 atomy wodoru, 1 atom węgla

*cukry skrobia glikogen- magazyn energii

*celuloza- element strukturalny ścian komórkowych

Cukry proste są: (Wielowodorotlenowe aldehydy lub ketony.) Zatem w ich cząsteczkach znajduje się więcej niż jedna grupa hydroksylowa oraz (odpowiednio) grupa aldehydowa lub ketonowa. Cukry proste z grupy aldehydową są nazywane aldozami lub grupą ketonową- ketozami.

W zależności od liczby atomów węgla w cząsteczce cukry proste dzielimy na triozy(3 atomy), tetrozy (4 atomy), pentozy ( 5 atomów) heksozy(6atomów) i heptozy (7 atomów). Cukrami prostymi o największym znaczeniu są heksozy.

Monosacharydy — cukry proste zawierające od 3 do 7 atomów węgla.

(Dioza - aldehyd glikolowy; Trioza - aldehyd glicerynowy; Tetroza - D - erytroza; Pentozy - arabinoza, ksyloza, ryboza; Heksozy - glukoza, fruktoza, galaktoza)

Disacharydy - dwucukrowce - zbudowane z dwóch połączonych cząsteczek monosacharydów. Wiązanie glikozydowe - pomiędzy pierwszym atomem węgla jednej cząsteczki a czwartym atomem węgla drugiej cząsteczki.

*Maltoza - dwie cząsteczki glukozy *Sacharoza - glukoza + fruktoza *Laktoza - glukoza + galaktoza

Hydroliza czyli rozszczepienie na dwie cząsteczki cukru prostego z przyłączeniem cząsteczki wody.

Polisacharydy - wielocukrowce — skrobia, glikogen, celuloza — utworzone z wielu powtarzających się cząsteczek monosacharydowych (kilka tysięcy)- najczęściej glukozy.

Łańcuchy mogą być tworzone przez różne izomery glukozy i mogą być połączone w różny sposób: (Glikogen - skrobia zwierzęca; Skrobia - jednostki alfa glukozy połączone wiązaniem α (1-4) - amylaza, amylopektyna; Celuloza - jednostki beta glukozy połączone wiązaniem β(1-4))

Tłuszcze - zróżnicowana grupa związków, zbudowana z atomów węgla, wodoru i tlenu *O konsystencji stałej lub ciekłej; *W zasadzie nierozpuszczalne w wodzie; *Źródło energii; *Stanowią strukturalne elementy błon biologicznych; *Są ważnymi hormonami

Tłuszcze - specyficzny rodzaj szerszej grupy związków - lipidów, będących chemicznie estrami, w których trzy cząsteczki kwasów tłuszczowych są połączone z glicerolem. Inne nazwy tłuszczów to:

trójglicerydy, triglicerydy.

Tłuszcze dzielą się na:

-Nienasycone - reszty kwasów tłuszczowych posiadają w łańcuchu węglowodorowym wiązania podwójne - roślinne, zwykle w temperaturze pokojowej ciekłe

-Nasycone - reszty kwasów tłuszczowych posiadających w łańcuchu węglowodorowym maksymalną możliwą liczbę atomów wodoru - zwierzęce

-Wielonienasycone - reszty kwasów tłuszczowych posiadają w łańcuchu węglowodorowym więcej niż jedno wiązanie podwójne

Tłuszcze roślinne są więc estrami glicerolu i nienasyconych kwasów tłuszczowych, np. kwasu oleinowego. Są to m. In.: oliwa, olej rzepakowy, słonecznikowy, arachidowy, lniany, masło kakaowe; zazwyczaj ciekłe tłuszcze z nasion, owoców, kiełków.

Najważniejsze biologicznie grupy tłuszczów:

1.Tłuszcze obojętne (właściwe); 2.Fosfolipidy; 3.Steroidy; 4.Karotenoidy

Tłuszcze obojętne - występują powszechnie w organizmach żywych, stanowią najbardziej ekonomiczne źródło energii, zbudowane są z glicerolu i kwasów tłuszczowych (estry)

*Glicerol - trój węglowy alkohol z trzema grupami węglowodorowymi *Kwasy tłuszczowe związki zbudowane z wielu łańcuchów węglowodorowych , mających na jednym końcu grupę karboksylową (-COOH)

Znanych jest ok. 30

Tłuszcze jadalne - są to tłuszcze, które może spożywać człowiek. Stanowią ważny, wysokoenergetyczny składnik diety.

Klasyfikacja tłuszczów jadalnych ze względu na pochodzenie:

-Zwierzęce

-Roślinne -Mieszane

-Modyfikowane chemicznie

Ze względu na stan skupienia w temperaturze pokojowej:

-stałe

-płynne

-półpłynne

Steroidy - zbudowane są ze szkieletu węglowego w formie

czterech sprzężonych pierścieni (steranu)

*Trzy mają po 6 atomów węgla *Jeden 5 atomów węgla *Łańcuchy boczne są różne w poszczególnych sterydach (Steroidy = sterydy)

We wszystkich steroidach występuje podstawowy układ czterech sprzężonych pierścieni węglowych. W zależności od rodzaju steroidu szkielet ten może być w różny sposób rozbudowany o dodatkowe atomy węgla , tworząc np. układ estranu, endrostanu, pregnanu, cholanu, cholestanu. Do układów tych mogą być przyłączone rozmaite grupy funkcyjne zmieniające w szerokim zakresie ich aktywność biologiczną. Steroidy dzielimy na:

*Steroidy pochodne stranu to np. estradiol, estron - stanowiące żeńskie hormony płciowe

*Steroidy pochodne androstany to np. testosteron, androsteron- stanowiące męskie hormony płciowe

*Steroidy pochodne pregnanu to np. aldosteron, kortekson, kortykosteron, kortyzon- hormony kory nadnerczy oraz progesteron- hormon wydzielany m.in. w przebiegu cyklu miesiączkowego kobiety i w czasie cąży

*Steroidy pochodne cholanu to np. kwas cholinowy i kwasy cholowe - substancje obecne w żółci

*Steroidy pochodne cholestanu to np. cholesterol, stigmasterol, ergosterol

Biologicznie steroidy dzielimy na: (*Sterole (np. cholesterol) - obecne we krwi i błonach komórkowych *Hormony płciowe- sterujące zachowaniami seksualnymi *Kortykosterydy- sterujące metabolizmem, równowagą elektrolityczna *Sterydy anaboliczne- stosowane w sporcie, zwłaszcza przez kulturystów do sztucznego podnoszenia sprawności organizmu *Prohormony- które są prekursorami właściwych hormonów i są stosowane przez kulturystów jako dodatki do tzw. Suplementów)

Karotenoidy- barwniki roślinne, pomarańczowe i żółte (*Nierozpuszczalne w wodzie; *Konsystencja oleista; *Uczestniczą w fotosyntezie; *Cząsteczka zbudowana z pięciowęglowych monomerów, tzw. jednostek izoprenowych)

Przez rozszczepienie na pół cząsteczki karotenu powstają dwie cząsteczki witaminy A czyli retinolu.

Retinol czuły na światło karotenoid obecny w siatkówce oka, jest pochodną witaminy A, występują w różnych liniach rozwojowych.

>Kręgowce; >Owady; >Mięczaki

Fosfolipidy- elementy strukturalne błon biologicznych; Cząsteczki mają charakter amfipatyczny ( jeden z końców ma właściwości hydrofobowe, drugi hydrofilowe); Glicerol, fosforan i zasada azotowa- hydrofilowe głowy cząsteczek ustawiają się w kierunku otaczającej je wody; Kwasy tłuszczowe- hydrofobowe ogony ustawiają się w kierunku przeciwnym; DNA jest polimerem zawierającym łańcuchy zbudowane z jednostek monomerycznych - nukleotydów

Każdy nukleotyd składa się z: Pięciowęglowego cukru (DNA- dezoksyryboza, RNA- ryboza) Grupy fosforanowej Zasady azotowej (puryny lub pirymidyny)

Podstawowe puryny - adenina guanina (dwupierścieniowe) Podstawowe pirymidyny - cytozyna, tymina, uracyl

Nukleotydy są prekursorami DNA i RNA

• Nukleotydy mogą być przenośnikami energii chemicznej

• Nukleotydy adeninowe są składnikami trzech podstawowych koenzymów: NAD+, FAD i CoA

• Nukleotydy mogą pełnić w komórce rolę regulatorową

Cząsteczki DNA są złożone z 2 łańcuchów polinukleotydowych owiniętych wokół siebie i tworzących dwuniciową helisę

>> Łańcuchy biegną w dwóch przeciwnych kierunkach, po liniach śrubowych, wokół centralnej osi >> Każdy nukleotyd umieszczony jest w płaszczyźnie prostopadłej do łańcucha polinukleotydowego >> Oba łańcuchy połączone są wiązaniami wodorowymi, jakie powstają między parami zasad

Łączenie się par zasad jest wysoce specyficzne. >> Każda zasada purynowa może łączyć się tylko z zasadą pirymidynowa - adenina z tymina , cytozyna z guanina >> Kolejność występowania zasad w jednym łańcuchu polinukleotydowym może być bardzo różna , lecz w drugim łańcuchu kolejność ta musi mieć charakter dopełniający >> Ograniczenie doboru zasad tworzących pary oznacza, że sekwencje zasad obu nici są wzajemnie zależne oraz że sekwencja zasad jednej nici determinuje i umożliwia określenie ich sekwencji w drugiej nici. Warunkuje to zachowanie informacji genetycznej podczas replikacji DNA i ekspresji genów

Wiązania wodorowe między zasadami dwóch przeciwstawnych łańcuchów stabilizują helisę DNA Zerwanie wiązań wodorowych między zasadami w wyniku działania ciepła, niektórych odczynników lub enzymów powoduje oddzielenie się poszczególnych nici helisy DNA RNA- zamiast tyminy zawiera uracyl, a zamiast deoksyrybozy rybozę. RNA zwykle występuje w postaci jednoniciowych cząsteczek, chociaż mogą się tworzyć krótkie, sparowane odcinki pomiędzy komplementarnymi sekwencjami tego samego łańcucha RNA.

Poziom cząsteczkowy - białka Liczba białek Rodzaj białek

Cechy, które decydują o morfologii i fizjologicznych funkcjach komórek. Białka wykazują specyficzność gatunkową (cząsteczki węglowodanów, niezależnie od gatunku organizmy, w jakim występują, zbudowane są tak samo)

Oznacza to, że struktura białek jest różna u różnych organizmów W skład cząsteczek białkowych wchodzą: C, H, O, N, często S. Atomy tych pierwiastków wchodzą w skład aminokwasów Aminokwasy to podjednostki tworzące białka W białkach występuje ok. 20 aminokwasów

Oprócz 20 powszechnie znanych aminokwasów są jeszcze aminokwasy rzadko spotykane. Powstają one na skutek modyfikacji typowych aminokwasów już po ich wbudowaniu w łańcuch białkowy. Np. lizyna i prolina już po włączeniu w cząsteczkę kolagenu mogą ulec przekształceniu w hydrokylizynę i hydroksyprolinę.

Bakterie i rośliny potrafią same, z pewnymi wyjątkami syntetyzować ze związków prostszych , wszystkie potrzebne im aminokwasy. Ludzie i zwierzęta syntetyzują tylko część potrzebnych im aminokwasów. Te aminokwasy, których nie potrafimy sami wytworzyć noszą nazwę aminokwasów egzogennych lub niezbędnych.

Zwierzęta różnią się zdolnością do syntetyzowania aminokwasów. Aminokwasy egzogenne dla przedstawicieli jednego gatunku mogą być wytwarzane przez przedstawicieli drugiego.

Aminokwasy są podstawowymi elementami białek . Składają się z: Grupy aminowej Grupy karboksylowej Atomu wodoru oraz specyficznej dla każdego aminokwasu grupy R. Wszystkie te elementy skupione są wokół węgla a centralny węgiel połączony jest z czterema różnymi podstawnikami, co powoduje, że jest on asymetryczny. Związane jest to z dwoma możliwymi ułożeniami grup otaczających węgiel.

Aminokwasy w obojętnym roztworze występują w formie zjonizowanych cząsteczek dwubiegunowych Grupa aminowa przyłącza proton stając się grupą -NH3+, a grupa karboksylową oddaje proton, tworząc ujemnie naładowaną grupę -COO-

Obecność grup aminowych i karboksylowych powoduje, że białka w roztworze przeciwdziałają w pewnym zakresie zmianom pH Są zatem ważnymi biologicznie buforami

Aminokwasy łączą się wiązaniami kowalencyjnymi, w których uczestniczy grupa karboksylową jednego aminokwasu i grupa aminowa drugiego. Wiązanie takie nazywa się wiązaniem peptydowym.

Białka, wielkocząsteczkowe (masa cząsteczkowa od ok. 10 000 do kilku min)

Biopolimery zbudowane z reszt aminokwasów połączonych wiązaniem peptydowym Występują we wszystkich organizmach roślinnych i zwierzęcych są zasadniczymi elementami metabolicznymi i strukturalnymi komórek, tkanek i narządów organizmów żywych

Białka dzielą się na:

:>>Proste (proteiny)- zbudowane tylko z aminokwasów

• globularne (rozpuszczalne)

• skleroproteiny (białka włókniste)

>>Złożone (proteidy)

Do białek globularnych zalicza się: >> Albuminy- rozpuszczalne w wodzie, trudno wysalające się, należą do nich białka roślinne, jaja kurzego, mleka, zawierają dużo aminokwasów siarkowych, nie zawierają glicyny >> Globuliny - nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w rozcieńczonych roztworach soli, kwasów i zasad, należą do nich białka roślinne, surowicy krwi >> Gluteiny- rozpuszczalne w kwasach i zasadach, należą do nich białka bogate w kwas glutaminowy, występują w ziarnach zbóż >> Prolaminy- rozpuszczalne w alkoholu etylowym, należą do nich białka bogate w kwas glutaminowy, występują w ziarnach zbóż >> Histony- rozpuszczalne w wodzie i w rozcieńczonych kwasach >> Protaminy- rozpuszczalne w wodzie, zasadowe, składowe części jąder komórkowych, czerwonych i białych ciałek krwi

Skleroproteiny są to: Nierozpuszczalne białka szkieletowe; Materiał budulcowy chrząstek, rogów, łusek, włosów itp.

Fibroina (białko jedwabiu), kolagen (białko tkanki łącznej, ścięgna), keratyna (białko piór, włosów, kopyt, rogów)

Białka złożone składają się z białek prostych ( części białkowej) i części niebiałkowej zwanej grupą prostetyczną.

W zależności od rodzaju grupy prostetycznej białka złożone dzieli się na:

>> Fosforoproteidy, zawierające kwas ortofosforowy (V), nie koagulują na ciepło, lecz po zakwaszeniu , należy do nich kazeina. >> Glikoproteidy, zawierające pewne cukry , np. białko jaja kurzego >> Chromoproteidy, zawierające atom metalu, np. hemoglobina, chlorofil >> Lipoproteidy, zawierające związki o charakterze tłuszczów Nukleoproteidy, zawierające nukleotydy, kwasy nukleinowe

Białka pełnią wiele funkcji i w związku z tym można je podzielić na: transportujące, przechowujące, strukturalne, regulatorowe, toksyny, przeciwciała, hormony, enzymy i białka aparatu kurczliwego( aktyna i miozyna). Podział ten jest umowny, ponieważ białka mogą spełnić jedną funkcję. Cząsteczki białka mogą przejmować różne kształty, najczęstsze to: sferoidalne(białka globularne)i włókienkowe (białka fibrylame)

Kolejność aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym decyduje o strukturze przestrzennej białka Struktura ta może być I- II- III- IV - rzędowa

---