Transcript OBECNÁ BIOLOGIE CYTOLOGIE

STUDIJNÍ MATERIÁL:
látka 1. ročníku
– učebnice BIOLOGIE I
látka 4. ročníku
– učebnice BIOLOGIE II
str. 13 – 32
str. 61 – 77
- Učebnice OBECNÁ BIOLOGIE
OBECNÁ BIOLOGIE
CYTOLOGIE
Základní pojmy
• Buňka je základní
stavební a funkční
jednotkou živých
organismů.
• nedělitelná
• Buňka – lat. Cellula
• Termín cellula
(buňka) pochází od
Roberta HOOKA.
• Cytologie – nauka
o buňkách.
Pokožkové buňky cibule
Robert HOOK
• 1635-1703
• Pozoroval buňky u
rostlin a použil pro
ně termín „cellula“
(komůrka).
• Marcello Malpighi
– objev rostlinné buňky
• Anton van Leeuvenhoek
– mikroorganismy
• J.E.Purkyně
– rozdíl mezi živ. a rostl.buňkou
ZÁKLADNÍ FUNKCE BUŇKY
1) VÝMĚNA LÁTEK (buňka a okolí)
- příjem: pro růst a rozmnožování
: pro syntézu látek
- výdej: zplodiny
2) BUNĚČNÝ METABOLISMUS
→přeměna látek a energie v buňce
a) Heterotrofní buňky
b) Autotrofní buňky
Další obecné vlastnosti buněk
• Schopnost rozmnožování a dědičnosti
- buněčný cyklus
• Schopnost růstu a vývoje
• Schopnost dráždivosti
PROKARYOTNÍ BUŇKA
-VÝVOJOVĚ STARŠÍ, JEDNODUŠŠÍ
nadříše
říše
oddělení
EOBIONTI
NEBUNĚČNÍ
VIRY
BAKTERIE
PROKARYOTA
PRVOBUNĚČNÍ
SINICE
PROCHLOROFYTY
EUKARYOTNÍ BUŇKA
• Vývojově mladší, složitější
• Více buněčných struktur
• Nadříše:EUKARYOTA
říše: ROSTLINY
HOUBY
ŽIVOČICHOVÉ
CHEMICKÉ SLOŽENÍ BUŇKY
PRVKOVÉ SLOŽENÍ
• Biogenní prvky (živé organismy)
• Dělení podle procentuálního zastoupení
1. Makrobiogenní : C,H,O,N,P,Ca
2. Mikrobiogenní : S,K,Na,Mg,Cl
3. Stopové prvky : Co,Zn,Cu,Mn
CHEMICKÉ SLOUČENINY
• 1. voda (60-90%)
• 2.sušina (10-40%) – organické látky
- anorganické látky
VODA
• Rozpouštědlo
• Prostředí pro chemické reakce
• Hydrolytické reakce
• Štěpení iontů
• Vodič tepla,akumulátor tepelné energie
• Produkt metabolismu
ANORGANICKÉ LÁTKY
• Většinou ve formě iontů
• Méně ve formě solí
• Př. Uhličitany,fosforečnany,křemičitany,…
• Patří sem i voda a plyny (O,CO2,N)
ORGANICKÉ LÁTKY
• SLOUČENINY UHLÍKU
• 1. nízkomolekulární látky
- cukry,AK,org.kyseliny
-meziprodukty metabolismu
• 2. makromolekulární látky
- bílkoviny, NK,polysacharidy
BÍLKOVINY
•
Makromol.látky složené z
aminokyselin,peptidická vazba
Význam
1. stavební látky
(keratin,aktin,myosin,kolagen,..)
2. Funkční látky
(enzymy,protilátky,hormony,…)
1. Zásobní látky (semena luštěnin)
peptidová vazba
BÍLKOVINY
Struktura bílkovin – viz.chemie
1.
2.
3.
4.
-
-
Primární – pořadí aminokyselin (20AK)
Sekundární- šroubovice,skládaný list
Terciární – prostorové uspořádání
Kvarterní
Prostorové uspořádání zajišťuje schopnost
bílkovin působit jako enzymy chemické reakce
(enzym= katalyzátor)
Klíč a zámek
Primární struktura
Sekundární
struktura
• α-helix
(šroubovice)
Sekundární struktura
• Skládaný list
Terciární struktura
NUKLEOVÉ KYSELINY
• Makromolekulární látky složené z nukleotidů
• Význam: dědičnost,tvoří chromozómy
• Nukleotid: 5ti uhlíkatý cukr-riboza (RNA)
-deoxyriboza(DNA)
: zbytek kyseliny fosforečné
: dusíkatá báze A,G,C,T (DNA)
A,G,C,U (RNA)
- Komplementarita bází C-G, A-T, A-U
SACHARIDY
Význam:
• Rychlý zdroj energie (glukóza, škrob,
glykogen)
• Stavební látky (celulóza, chitin)
1. Monosacharidy – glukóza (produkt FTS)
2. Disacharidy – sacharóza
3. Polysacharidy – škrob, glykogen- energie
- celulóza,chitin-bun.stěny
LIPIDY
• Estery vyšších mastných kyselin a
alkoholu
Význam:
• Bohatý zdroj energie
• Stavební látky (fosfolipidy-biomembrány)
• Rozpouštědlo (pro vitamíny a barviva)
Fosfolipidy
Fosfolipidy
Fosfolipidy - biomembrána
DALŠÍ ORGANICKÉ LÁTKY
• HORMONY – adrenalin, pohlavní
hormony, melatonin, steroidy, fytohormony
• BARVIVA – melanin, krevní barviva
(hemoglobin), karotenoidy, flavony,
fotosyntetická barviva (chlorofyly)
• Alkaloidy (kofein, morfin, solanin, nikotin),
silice, pryskyřice, vitamíny, feromony
• NUKLEOTIDOVÉ KOENZYMY
- přenášejí mezi enzymy částice nebo určité
skupiny
- ATP - ADENOSINTRIFOSFÁT
• ATP – přenos energie v
MAKROERGNÍCH VAZBÁCH
mezi fosfáty
ATP + H2O
ADP + P + 2 H+ +E
• ATP: adeninribosa POPOP (adenosintrifosfát)
ADP: adeninribosa POP
(adenosindifosfát)
AMP: adeninribosa P
(adenosinmonofosfát)
FYZIOLOGIE BUŇKY
PŘÍJEM A VÝDEJ LÁTEK
BUŇKOU
PODÍLÍ SE:
• BUNĚČNÁ STĚNA – zcela propustná,
udržuje tvar buňky, ochrana
• CYTOPLAZMATICKÁ MEMBRÁNA
– polopropustná, reguluje příjem a výdej
látek
Příjem látek buňkou
a) krytí spotřeby energie (cukry, tuky)
b) stavba buňky (cukry, bílkoviny)
c) řízení činnosti buňky (bílkoviny, hormony,
enzymy)
d) chod metabolických procesů (voda, ionty,
vitamíny)
Výdej látek buňkou
• látky nepotřebné či škodlivé (oxid uhličitý,
močovina)
• látky potřebné pro jiné buňky (enzymy,
vitamíny, hormony)
• látky potřebné na ochranu (protilátky)
TRANSPORT LÁTEK
2 základní mechanismy
1) Pasivní transport
- bez spotřeby energie
2) Aktivní transport
- za spotřeby energie (ve formě ATP)
PASIVNÍ TRANSPORT
• bez spotřeby energie
• ve směru koncentračního spádu
a) prostá difúze
b) usnadněná difúze
c) osmóza
PROSTÁ DIFÚZE
• fyzikální proces
• transport látek po koncentračním spádu –
z míst s vyšší koncentrací do míst s nižší
koncentrací
• hl. malé molekuly
• zvláštním způsobem – osmóza (později)
USNADNĚNÁ DIFÚZE
• transport látek po koncentračním spádu
• pomocí bílkovinných přenašečů zabudovaných
do biomembrány
OSMÓZA
• pronikání molekul vody přes plazmatickou
membránu
• jednosměrný proces
• prostředí: a) izotonické
b) hypertonické
c) hypotonické
IZOTONICKÉ PROSTŘEDÍ
• stejná koncentrace rozpuštěných látek
jako uvnitř buňky
• nedochází k nasávání ani ztrátám vody
HYPOTONICKÉ PROSTŘEDÍ
• Prostředí s nižší koncentrací rozpuštěných látek než je
koncentrace uvnitř buňky
• Nasávání vody – zvětšení objemu buňky
 Rostlinná buňka – zvětšení vakuoly, vzniká turgor
 Živočišná buňka – plazmoptýza
PLAZMOPTÝZA
ZVĚTŠENÍ VAKUOLY
HYPERTONICKÉ PROSTŘEDÍ
• Prostředí s vyšší koncentrací rozpuštěných látek než je
koncentrace uvnitř buňky
• Ztráta vody – smršťování buňky
 Rostlinná buňka – plazmolýza
 Živočišná buňka – plazmorýza
PLAZMORÝZA
PLAZMOLÝZA
AKTIVNÍ TRANSPORT
• spotřeba energie (ve formě ATP)
• proti koncentračnímu spádu
• uskutečňován pomocí bílkovinných přenašečů
• další mechanismy aktivního transportu:
a) endocytóza
b) exocytóza
ENDOCYTÓZA
• aktivní proces
• pohlcování látek z okolí
• dochází k přestavbě plazmatické
membrány
• 2 formy: a) pinocytóza
b) fagocytóza
PINOCYTÓZA
• látky přijímané ve formě roztoků
• buňka pohlcuje částice vchlípením části
plazmatické membrány
• např. vstřebávání tukových kapiček v tenkém
střevě
FAGOCYTÓZA
• příjem větších částice
• panožky (plazmatické výběžky)
• např. pohlcování bakterií bílými krvinkami
EXOCYTÓZA
• opakem endocytózy
• výdej větších molekul
• měchýřky odškrcené z Golgiho aparátu
BUNĚČNÝ METABOLISMUS
• POJEM METABOLISMUS
• REAKCE
ANABOLICKÉ
KATABOLICKÉ
ENZYMY A JEJICH VÝZNAM
• VŠECHNY CHEM. REAKCE V BUŇCE
JSOU KATALYZOVÁNY ENZYMY
URYCHLENÍ
• ENZYMY – BÍLKOVINY
- 1000 – 10-TKY TISÍC
V JEDNÉ BUŇCE
- DÁNY GENETICKY
SPECIFITA ENZYMŮ
FUNKČNÍ
SUBSTRÁTOVÁ
• AKTIVNÍ CENTRUM ENZYMU
(VAZEBNÉ MÍSTO – KLÍČ A ZÁMEK)
PRŮBĚH ENZYMOVÉ KATALÝZY
E + S
=>
ES
=> E + P
METABOLICKÁ DRÁHA
• ŘETĚZEC REAKCÍ KATYLYZOVANÝCH
RŮZNÝMI ENZYMY
E1
E2
E3
S => P1 (S1) => P2 (S2) => P3 (S3) …… => P
MEZIPRODUKTY
ŘÍZENÍ AKTIVITY ENZYMŮ
• ŘÍZENÍ SYNTÉZY ENZYMŮ
• ZMĚNY STRUKTURY MOLEKULY
ENZYMU (AKTIVÁTORY, INHIBITORY)
• ZPĚTNOU VAZBOU – ROVNOVÁHA
REAKCÍ
ZÁVĚR
ENZYMY ZODPOVÍDAJÍ ZA CELKOVÝ
METABOLISMUS BUNĚK
ENERGETIKA BUŇKY
• ZAHRNUJE
PŘÍJEM E Z OKOLÍ
VÝDEJ E Z BUŇKY
UVOLŇOVÁNÍ, PŘENOSY A
PŘEMĚNY E V BUŇCE
ZÁKONY TERMODYNAMIKY
• ZÁKON ZACHOVÁNÍ E
• ČÁST E SE UVOLŇUJE JAKO TEPLO
(NEVYUŽITELNÁ PRO PRÁCI) – NUTNÝ
STÁLÝ PŘÍJEM
• OSTATNÍ UVOLNĚNÁ E – VOLNÁ E,
SCHOPNÁ KONAT PRÁCI
PŘÍJEM E BUŇKOU
• BUŇKA MŮŽE PŘIJMOUT JAKÝKOLI
TYP ENERGIE, ALE VYUŽÍT (PŘEMĚNIT
NA E VOLNOU) MŮŽE JEN E
SVĚTELNOU
CHEMICKY VÁZANOU
V ORGANICKÝCH
LÁTKÁCH
HETEROTROFIE
• ZDROJ E – ORGANICKÉ LÁTKY
• ZDROJ C (uhlíku) – ORGANICKÉ LÁTKY
• ZÁVISLOST NA ORGANISMECH, KTERÉ
ORGANICKÉ LÁTKY DOKÁŽÍ VYTVOŘIT
• PŘ. : (CHEMOORGANOTROFNÍ
ORGANISMY)
RŮZNÉ ZPŮSOBY ZÍSKÁVÁNÍ E Z
RŮZNÝCH LÁTEK
1. AEROBNÍ METABOLISMUS
ATMOSFÉRICKÝ O2, SPALOVÁNÍ,
OXIDAČNÍ REAKCE
2. ANAEROBNÍ METABOLISMUS
O2 Z JINÝCH LÁTEK (DUSITANY,
DUSIČNANY)
3. KVAŠENÍ
E ZÍSKÁVÁNA ODNÍMÁNÍM H2,
KONEČNÝ PRODUKT JE
CO2 +
ETHANOL
KYS. MLÉČNÁ
KYS. MÁSELNÁ
AUTOTROFIE
• ZDROJ E – JINÝ NEŽ ORGANICKÁ
LÁTKA
TUTO E JE NUTNO PŘETVOŘIT NA E
CHEMICKOU, TJ. VYTVOŘIT SI
VLASTNÍ ORGANICKÉ LÁTKY Z LÁTEK
ANORGANICKÝCH
• ZDROJ C (uhlíku) - CO2
FOTOAUTOTROFIE
• ZDROJ E – SLUNEČNÍ ZÁŘENÍ
(SVĚTELNÁ E)
FOTOSYNTÉZA:
12 CO2 + 6 H2O + E
GLUKÓZA + 6 O2 + 6 H2O
C6 H12 O6
NUTNÁ FOTOSYNTETICKÁ BARVIVA
CHEMOAUTOTROFIE
• ZDROJ E – ANORGANICKÉ (VYJÍMEČNĚ
JEDNODUCHÉ ORGANICKÉ) LÁTKY
AMONNÉ SOLI (DUSIČNANY, DUSITANY)
SIŘIČITANY
METHAN
SOLI ŽELEZA, MANGANU,..
BAKTERIE
FOTOSYNTÉZA
• BIO II str. 64 – 72
• SCHÉMA
K MATURITNÍ
OTÁZCE Č. 5
• SVĚTELNÁ E (VLNOVÁ DÉLKA 400 – 700 nm
– VIDITELNÉ SVĚTLO) JE VYUŽITA K
SYNTÉZE ORG. LÁTEK (CUKRŮ – GLUKÓZY)
Z LÁTEK ANORGANICKÝCH (VODY A CO2)
• PROBÍHÁ V CHLOROPLASTECH (UMĚT
POPSAT STAVBU!!) ZA ÚČASTI
FOTOSYNTETICKÝCH BARVIV (HL.
CHLOROFYL a, DÁLE CHLOROFYLY b, c,
KAROTENY, XANTOFYLY,…)
• UMĚT ZAPSAT SOUHRNNOU REAKCI
FOTOSYNTÉZY!!!!!!!!!!
SLOŽITÝ SOUBOR REAKCÍ – LZE ROZDĚLIT:
1. PRIMÁRNÍ DĚJE = SVĚTELNÁ FÁZE
- FOTOCHEMICKÉ RCE – NUTNÉ
SVĚTLO
- NA MEMBRÁNÁCH TYLAKOIDŮ
- HLAVNĚ PŘEMĚNY ENERGIE
- ZAHRNUJÍ: POHLCENÍ SVĚTLA FTS BARVIVY,
REDUKCI KOENZYMŮ, SYNTÉZU ATP, FOTOLÝZU
VODY, UVOLŇOVÁNÍ O2
UMĚT POPSAT PODLE SCHÉMATU CYKLICKOU A
NECYKLICKOU FOTOFOSFORYLACI!!!
2. SEKUNDÁRNÍ DĚJE = TEMNOSTNÍ
FÁZE
- NEZÁVISLÉ BEZPROSTŘEDNĚ NA SVĚTLE
- HLAVNĚ PŘEMĚNY LÁTEK
- VE STROMATU CHLOROPLASTŮ
- ZAHRNUJÍ: FIXACI CO2 A VZNIK GLUKÓZY
UMĚT POPSAT PODLE SCHÉMATU CALVINŮV CYKLUS!!!
NASTUDOVAT Z UČEBNICE BIO II:
• CHLOROPLAST A PIGMENTY FTS
• REDOXNÍ SYSTÉMY
• ČINITELÉ OVLIVŇUJÍCÍ INTENZITU FTS
VÝDEJ E BUŇKOU
BIO II str. 28 – 32, 74 - 77
• ZAHRNUJE ZPŮSOBY UVOLŇOVÁNÍ E
V BUŇCE, TJ. Z ORGANICKÝCH LÁTEK
(=SOUBOR KATABOLICKÝCH REAKCÍ)
• E VYUŽITA K DALŠÍM ŽIVOTNÍM
PROCESŮM (SYNTÉZA LÁTEK, RŮST,
VÝVIN, POHYB, METABOLISMUS,
ROZMNOŽOVÁNÍ,…)
• UVOLNĚNÁ E JE UKLÁDÁNA DO
MAKROERGNÍCH VAZEB V ATP = fosforylace,
ODKUD SE PAK MŮŽE HYDROLÝZOU
UVOLŇOVAT = defosforylace
(Z JEDNÉ VAZBY AŽ 50 kJ)
ATP + H2O
ADP + P + 2 H+ +E
ATP: adeninribosa POPOP (adenosintrifosfát)
ADP: adeninribosa POP
(adenosindifosfát)
AMP: adeninribosa P
(adenosinmonofosfát)
2 ZPŮSOBY UVOLŇOVÁNÍ E
1. ANAEROBNÍ GLYKOLÝZA str. 29
2. BIOLOGICKÁ OXIDACE VODÍKU str. 74
viz. Schémata k maturitním otázkám
(metabolismus - fotosyntéza a
dýchání)!!!
ANAEROBNÍ GLYKOLÝZA
• ROZKLAD MOLEKULY GLUKÓZY NA 2
TRIÓZY (KYSELINA PYROHROZNOVÁ) BEZ
ÚČASTI ATMOSFÉRICKÉHO O2
• V CYTOPLAZMĚ, ÚČAST ENZYMŮ
• Z 1 MOLEKULY GLUKÓZY SE UVOLNÍ ASI 100
kJ (vznik 2 molekul ATP)
• ANAEROBNÍM BUŇKÁM TATO UVOLNĚNÁ E
POSTAČUJE
KYS. PYROHROZNOVÁ JE STÁLE
ENERGETICKY BOHATÁ LÁTKA,
PROTO JÍ AEROBNÍ BUŇKY DÁLE
ROZKLÁDAJÍ A E UVOLŇUJÍ OXIDACÍ
(NUTNÝ VZDUŠNÝ O2 !!) VODÍKU NA
VODU = BUNĚČNÉ DÝCHÁNÍ,
BIOLOGICKÁ OXIDACE VODÍKU,
OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE
(ZAHRNUJE 3 ETAPY)
• PROBÍHÁ V MITOCHONDRIÍCH (NA VNITŘNÍ
MEMBRÁNĚ I V MATRIX)
• JDE O DĚJ OPAČNÝ K FOTOSYNTÉZE
• ÚČAST MNOHA ENZYMŮ (JEJICH REDUKCE
ODEBRANÝM VODÍKEM NA KOENZYMY)
• E SE UKLÁDÁ DO ATP (CELKEM VZNIKNE 38
MOLEKUL – ASI 40% E ULOŽENÉ V
GLUKÓZE, ZBYTEK UNIKÁ JAKO TEPLO)
1. AEROBNÍ DEKARBOXYLACE KYSELINY
PYROHROZNOVÉ A TVORBA AKTIVOVANÉ
KYSELINY OCTOVÉ (ACETYL – CoA)
2. KREBSŮV CYKLUS – ACETYL – CoA JE
ROŠTĚPEN NA CO2 A 3 H+ , VZNIKAJÍ 3 ATP
A REDUKOVANÉ KOENZYMY NADH + H+ ,
KTERÉ VSTUPUJÍ DÁLE DO DÝCHACÍHO
ŘETĚZCE
3. DÝCHACÍ ŘETĚZEC – SOUBOR REAKCÍ,
KDY SE OXIDUJE H NA VODU, VZNIKÁ 33
ATP