Evolucija, Stanična Jezgra

Front 1

Navedite karakteristike svih živih sustava/živih organizama.

Back 1

Biokemijski sustavi se razlikuju od ostalih kemijskih sustava jer imaju: sposobnost replikacije (većina današnjih organizama koristi DNA molekulu kao nasljedni materijal), enzime (i druge kompleksne molekule bitne za procese potrebne živim sustavima) i membranu (koja odvaja unutrašnji kemijski sastav od vanjskog, te stanicu od izvanstaničnog prostora).

Karakteristike živog su: razmnožavanje, rast i razvitak, stupnjevita promjena, podražljivost, procesiranje energije, organizacija, regulacija.

Svim živim organizmima je zajednička stanica.

Front 2

Kako glasi stanična teorija i tko ju je postavio?

Back 2

Sredinom 19. st. postavili su je dva njemačka znanstvenika, M.J. Schleiden i T. Schwan (botaničar i zoolog) su postavili teoriju koja kaže da je stanica osnovna jedinica svakog živog organizma.

Prema toj teoriji:

1. svi organizmi izgrađeni su od jedne ili više stanica

2. stanica je najmanja jedinica koja ima značajke živog

3. svaka nova stanica nastaje iz već prije postojeće stanice

4. najjednostavniji oblici života su samostalne stanice

Sve stanice na isti način:

1. udvostručuju svoju nasljednu tvar

2. koriste svoje nasljedne poruke za sintezu proteina

3. upravljaju izmjenom tvari ( pretvaraju npr. kemijsku energiju u rad i sl.)

Front 3

Navedite najvažnije makromolekule u stanici, njihove funkcije i građevne jedinice.

Back 3

lipidi– su ugljikovodici; slabo su topljivi u vodi i stoga predstavljaju glavnu komponentu staničnih membrana gdje su značajni u staničnoj signalizaciji (kao glasničke molekule koje prenose signal od receptora na staničnoj površini do odredišta unutar stanice) i služe za pohranjivanje energije. Najvažniji lipidi su masne kiseline koje se sastoje od dugih ugljikovodičnih lanaca koji na jednom kraju završavaju karboksilnom skupinom. Nezasičene masne kiseline imaju jednu ili više dvostrukih veza među ugljikovim atomima, dok kod zasićenih masnih kiselina sve ugljikove atome okružuje maksimalan broj vodikovih atoma. Fosfolipidi su glavni sastojci staničnih membrana, a sadržavaju dvije masne kiseline vezane na glicerol, na koji je vezan fosfat na kojem može biti neka druga mala polarna molekula (npr. serin, kolin, etanolamin...). Stanične membrane također sadržavaju glikolipide i kolesterol. Glikolipidi se sastoje od dva ugljikovodična lanca vezana na polarne skupine koje sadržavaju ugljikohidrate. Dok se kolesterol sastoji od četiri izrazito hidrofobna ugljikovodična prstena, tijelo ali je na njih vezana hidroksilna skupina zbog koje su i dalje amfipatske molekule.

ugljikohidrati- osiguravaju staničnu energiju, te su ishodne tvari za sintezu drugih dijelova stanice. Osiguravaju čvrstoću stanice i sudjeluju u staničnom prepoznavanju. Također su ugljikovodici po strukturi, ali sadrže dosta polarnih hidroksilnih skupina (OH-) što ih čini topljivima u vodi. Osnovna formula monosaharida je (CH2O)n. Šećeri se vežu glikozidnom vezom između dva ugljika. Poveže li se samo nekoliko molekula šećera nastaje oligosaharid, a povezivanjem većeg broja molekula polisaharid. Polisaharidi služe kao pohrana energije, za sintezu drugih molekula; grade staničnu stjenku, bakterijsku stjenku.

nukleinske kiseline – najveće makromolekule stanice, glavne informacijske molekule u stanicama; dugački linearni polimer polinukleotid koji se sastoji od nukleotidnih monomera. Nukleotid sadrži: (1) šećer (riboza; deoksiriboza) ;(2) jednu ili više fosfatnih skupina; (3) nukleinsku bazu. Nukleotidi se povezuju fosfodiesterskim vezama. DNA je genetička tvar smještena u jezgri eukariotskuh stanica. Glasnička RNA nosi informaciju od DNA do ribosoma, gdje služi kao kalup za sintezu proteina. Ribosomska i transportna RNA sudjeluju u sintezi proteina. Ostali tipovi RNA uključeni su u doradu i prijenos ribonukleinskih kiselina i proteina. RNA je također sposobna katalizirati neke kemijske reakcije uključene u sintezu proteina i doradu RNA. DNA sadržava dva purina (adenin i gvanin) i dva pirimidina (citozin i timin), RNA umjesto timina sadržava uracil.

proteini – složene makromolekule građene od polipeptida. Polipeptide čine aminokiseline povezane peptidnim vezama. Svojstva proteina ovise o slijedu aminokiselina. Svaka se aminokiselina sastoji od ugljikovog atoma povezanog s karboksilnom skupinom, amino skupinom, vodikovim atomom i prepoznatljivim bočnim organkom čija kemijska svojstva oređuju ulogu aminokiseline. Brojne funkcije u stanici: stanična membrana, citoskelet, mišići, enzimi. Služe kao konstruktivne sastavnice stanica i tkiva, prenose i pohranjuju male molekule, prenose informacije između stanica, te osiguravaju obranu od infekcija. Međutim, ključna uloga proteina je da djeluju kao enzimi koji kataliziraju gotovo svaku kemijsku reakciju u biološkim sustavima.

Front 4

Opišite Millerov eksperiment te objasnite što je on time dokazao.

Back 4

Millerov eksperiment je simulirao hipotetičke uvjete za koje se smatralo da su postojali na Zemlji u prvim fazama nastanka, te je provjeravao mogućnost abiotičke sinteze organskih monomera. Dokazana je hipoteza Aleksandra Oparina i Haldanea da su uvjeti na ranoj Zemlji omogućavali kemijske reakcije koje su sintetizirale organske spojeve iz anorganskih. Što je najvažnije, stvaraju se četri glavne grupe malih organskih molekula nađenih u stanicama, uključujući aminokiseline i šećere,te purinske i pirimidinske baze. Dakle, molekule koje izgrađuju proteine i nukleinske kiseline. Koristili su vodu, metan, amonijak i vodik u zatvorenom i steriliziranom sklopu koji se sastojao od dvije zatvorene staklene posude povezane sustavom staklenih cijevi. U prvoj se posudi nalazila tekuća voda koja je grijanjem služila kao izvor vodene pare, dok se u drugoj posudi nalazila smjesa navedenih plinova i dvije elektrode. Električni luk stvoren od elektroda je simulirao munje u prvobitnoj atmosferi. Smjesa se potom hladila i ukapljivala u prvoj posudi kako bi ponovo započela ciklus. Nakon tjedan dana neprekidnog protoka vodene pare i plinova u nepromijenjenim uvjetima, primjetili su da je 15% ugljika iz metana formiralo organske spojeve, među njima i alanin, glutaminsku kiselinu, glicin, mokraćna kiselina, mliječna kiselina, octena kiselina i mravlja kiselina.

Time je dokazao:

1. Kemijsku evoluciju

2. Nastanak organske tvari iz anorganske.

Front 5

Objasnite kemijsku evoluciju. Što je protobiont?

Back 5

Nastanku živog organizmu morala je prethoditi tzv. kemijska evolucija. Kemijska evolucija opisuje stvaranje polimera. Polimeri koji imaju svojstvo samoreplikacije (vjerojatno nukleinske kiseline) i sposobnost evoluiranja u još efikasnije polimere; u nekoj fazi iz njih se događa nastajanje fosfolipida koji stvaraju membranu i izoliraju pojedine nukleinske kiseline (RNA). Time nastaje stanica kao prvi jednostanični organizam. Kemijska evolucija se odvila u četiri stadija. Prvi stadij je abiotička sinteza organskih molekula dokazana Millerovim eksperimentom. U prvoj se fazi također odvija i nakupljanje malih organskih molekula što predstavlja početak stvaranja monomera. Drugi stadij je abiotička sinteza polimera, prvenstveno stavaranje polinukleotida i polipeptida. Četiri vrste nukleotida; adenin (A), uracil (U), citozin (C) i gvanin (G) podliježu spontanoj polimerizaciji uz oslobađanje vode. Nastaje smjesa polinukleotida, čiji su slijed i dužina slučajni. 20 različitih aminokiselina međusobno se povezuju stvarajući polipeptidni lanac. Aminokiseline se povezuju peptidnom vezom, dok se nukleotidi povezuju fosfodiesterskom vezom. Ponavljanje takvih reakcija dovodi do stvaranja linearnih polimera poznatih kao polipeptidi i polinukleotidi. U današnjim živim organizmima, polipeptidi su poznati kao proteini, a polinukleotidi kao ribonukleinske (RNA) i deoksiribonukleinske (DNA) kiseline. Treća faza je nakupljanje abiotički proizvedenih molekula u ''kapljice'', nazvane probionti, koje imaju kemijske karakteristike različite od okoliša. A četvrti stadij je stvaranje nasljeđa, tada polinukleotidi upravljaju svojom vlastitom sintezom. Jednom kada je polinukleotid stvoren, on je sposoban voditi stvaranje točnih kopija svog vlastitog slijeda nukleotida koristeći komplementarno sparivanje baza. Time se omogućilo da jedan lanac služi kao kalup drugom. Povezivanje se uvijek odvijalo između G i C, te U i A (pretpostavlja se da je tad vladala RNA). Treći i četvrti korak predstavljaju biološku evoluciju.

Probiont je nakupina abiotički proizvedenih molekula koje se nisu precizno umnažale, ali su održavale unutrašnju kemijsku sredinu različitu od svog okruženja. Pokazivali su neke osobine koje ih povezuju sa živim, kao metabolizam i podražljivost.

Front 6

Zašto je molekula RNA tijekom evolucije prethodila molekuli DNA?

Back 6

Iako su i DNA i RNA slične kemijski šećer deoksiribozu je puno teže sintetizirati nego ribozu. Također je pokazano da RNA ima enzimatsku sposobnost, tj. sposobnost katalizacije za razliku od DNA. RNA može katalizirati vlastitu replikaciju i služiti kao kalup. Također je i jednostavnija od DNA – jednolančana je. Trodimenzijska struktura RNA određuje karakteristike: stabilnost molekule u otopini, interakciju s drugim molekulama i sposobnost replikacije. Stoga se općenito vjeruje da je RNA bila inicijalni genetički sustav, jer se pretpostavlja da se kemijska evolucija razvila na temelju samoreplicirajućih molekula RNA. To je razdoblje evolucije poznato i kao RNA svijet. Zatim su pravilne interakcije između RNA i aminokiselina i šećera evoluirale u današnji genetički kod, a DNA je napokon zamijenila RNA.

Front 7

Zašto je konačno molekuka DNA zamijenila molekulu RNA?

Back 7

Jednolančana RNA je nestabilna i lako dođe do oštećenja. Zato se kroz vrijeme iz šećera riboze razvio šećer deoksiriboze, te pojavila dvostruka zavojnica, zbog čega je struktura bila manje podložna negativnim promjenama. Također je i veća kompleksnost omogućila bolju evoluciju organizama s DNA molekulom

Front 8

Što je bit prijenosa informacija u biološkim sustavima?

Back 8

Bit prijenosa informacija je sinteza DNA i proteina kako bi organizam preživio i razvijao se. U početku je prijenos informacija bio uvjet za nastanak živih organizama kako je evolucija išla dalje, prijenos informacija točno određenim mehanizmom omogućio je diobu stanica, nastak prvih vrsta, a mutacije i modifikacije su omogućile da je sve veća bioraznolikost na Zemlji. Bez genetski uvjetovana prijenosa informacija daljnji razvitak od živog bića na svijetu pa sve do nastanks ljudske vrste ne bi bio moguć.

Front 9

Navedite razlike između eukariotske i prokariotske stanice.

Back 9

Prokarioti su mali jednostanični organizmi 0.3 -5 mikrometara, jednostavne su građe: nemaju jezgre, nedostaju im mnoge membranske strukture, te se dijele jednostavnom (običnom) diobom na dva dijela tzv. binarno cijepanje pa je kod prokariota moguć samo prijenos fragmenata DNA. Tri su glavne skupine prokariota: mikoplazme, bakterije i cijanobakterije. Prokarioti imaju samo tisućiti dio količine DNA koju imaju eukariotske stanice. Bakterijski „kromosom”je jedna kružna dvolančana molekula DNA smješta u citoplazmi, poznata kao nuklid, te nema histona. Prokarioti mogu biti anaerobni i kod njih se sinteza RNA i proteina odvija u istom prostori. Kod njih se također u citoplazmi ne nalazi citoskelet. Njihovi su bičevi jednostavniji, sastavljeni od samo dva elementa i ribosomi su manji nego kod eukariota (70S). Prokarioti također mogu biti samo jednostanični organizmi. S druge strane, eukarioti su općenito veći organizmi između 10 i 100 mikrometara. Dijele se na protiste, gljive, biljke i životinja. Eukarioti imaju dugu i linearnu molekulu DNA smještenu u jezgri, organiziranu u kromosome pomoću proteina histona i zaštićenu jezgrinom ovojnicom. DNA i RNA se sintetiziraju u jezgri, a proteini u citoplazmi. U citoplazmi se nalazi citoskelet koji se sastoji od proteinskih niti, događa se strujanje citoplazme, te endocitoza i egzocitoza. Imaju veće ribosome (80 S) i sadrže organele. Dijele se mejozom i mitozom, imaju bičeve složene od više gradivnih elemenata te mogu biti jednostanični i višestanični organizmi.

Front 10

Koje su stanične strukture zajedničke prokariotima i eukariotima, a koje su svojstvene samo za eukariote.

Back 10

Strukture zajedničke prokariotskim i eukariotski stanicama su: citoplazma, stanična stijenka, stanična membrana i ribosomi. Strukture koje još imaju eukarioti su: jezgra, mitohondrij, kloroplast, vakuola, Golgijev aparat, endoplazmatski retikulum, lizosomi i prekosisomi.

Front 11

Opišite građu bakterijske stanice.

Back 11

Bakterije su najraniji organizmi koji su živjeli i evoluirali sasvim sami na Zemlji kroz dvije milijarde godina. Najjednostavniji su organizmi, veličine 1-2 mikrometra, nađeni u svakom prirodnom okolišu. Vide se pod svjetlosnim mikroskopom, ali se ne vide detalji. Imaju čvrstu staničnu stjenku ispod koje je stanična membrana, koja zatvara jedan citoplazmatski odjeljak koji sadrži DNA, RNA i proteine. DNA je koncentrirana kao klupko niti u području nazvanom nukleoid (ekvivalent jezgri). Sadrže i plazmide, koji imaju funkciju nasljednog materijala neovisnog o jezgrinoj tvari, kružnog su oblika i u njima se nalaze geni. Citoplazma je polutekuća i čini najveći dio bakterijske stanice, sadrži mnoštvo ribosoma, multienzimskih kompleksa za sintezu proteina. Kapsula i glikokalis nastaju lučenjem ljepljivih substanci. Štite bakteriju od djelovanja fagocita, infekcije bakteriofaga i nepovoljnih utjecaja okoliša. Pili su nastavci stanične površine koji omogučavaju međusobno prijanjanje bakterija ili prijanjanje bakterija za podlogu. Pokreću se pomoću bičeva ili flagela i trepetljika. Stanična membrana je debela od 5 do 10 nanometara i vidi se elektronskim mikroskopom, sastoji se od slojeva fosfolipida i bjelačevina. Membrana obavlja razne funkcije: regulira ulazak tvari, izlazak proizvoda, razgradnje i održava osmotsku ravnotežu. Stanična stjenka bakterije održava oblik stanice, pruža fizičku zaštitu i sprečava pucanje stanične membrane u hipoosmotskom okolišu. Izgrađena je od jedinstvenog materijala nazvanog peptidoglikan (murein - polimer modificiranih šećera)

Bojanje po Gramu, se koristi se raspodjelu bakterija u dvije glavne skupine s obzirom na razliku u građi stanične stjenke:

Gram-pozitivne bakterije: jednostavnije stjenke s relativno velikom količinom peptidoglikana.

Gram-negativne bakterije imaju manje peptidoglikana i složenije su strukture, odnosno peptoglikan se nalazi ispod vanjske membrane (vanjska Gram- stanična stjenka sadrži lipopolisaharide, ugljikohidrate vezane za lipide). Na površini Gram negativnih bakterija se nalaze fimbrije i pili. Pilima se bakterije prijanjaju na stanice makroorganizama te se koloniziraju, a fimbrijima se povezuju dvije bakterije omogučujući konjugaciju – djeluje kao citoplazmatski mostić.Prokarioti nemaju dodatno odjeljivanje unutarnjim membranama, ali imaju razne specijalizirane membranske uvrate, mezosome, koji izvode razne metaboličke funkcije. Te membrane su obično uvučena područja stanične membrane (respiratorne i tilakoidne membrane), a nalaze se u blizini nukleoida. Sudjeluju u: staničnom disanju, sadrže dišni mehanizam za razgradnju šećera; anaerobnu i aerobna glikolizu te enzime oksidativne fosforilacije, staničnoj diobi i fotosintezi kod cijanobakretija. Energija se pohranjuje u obliku ATPa – biokemijski metabolizam sličan je onom u eukariota.

Front 12

Što je nukleoid?

Back 12

Nukleoid je nepravilno oblikovano podrućje unutar prokariotske stanice u kojem se nalazi genetski materijal i koje nije obavijeno jezgrinom ovojnicom. Genom prokariotskih organizama je uglavnom kružna molekula DNA, njegova duljina obično široko varira, no najčešće se sastoji od barem nekoliko milijuna parova baza.

Front 13

Objasnite razliku između prokariotskog i eukariotskog genoma.

Back 13

Prokarioti, čiji je genom pohranjen u nukleoidu ili plazmidu imaju samo tisućiti dio genoma koji se nalazi u eukariotskim stanicama u obliku većeg broj dugačkih lanaca molekule DNA koje sa sa histonima u obliku kromosoma pohranjuju u jezgi, obavijene jezgrinom ovojnicom. Također, eukarioti su diploidni organizmi – u stanicama imaju dva seta molekula DNA, tj. kromosoma.

Front 14

Što su cijanobakterije i koja je njihova važnost?

Back 14

Nakon iscrpljivanja organskih molekula iz prvobitnog okoliša, snažna selektivna prednost pripala je organizmima koji su bili sposobni koristiti molekule ugljika i dušika (CO2 i N2) iz atmosfere. U slučaju CO2 razvio se mehanizam fotosinteze u kojem se sunčeva energija koristi u pretvorbi CO2 u organske molekule. Cijanobakterije su fotosintetske bakterije smatra se da su to najjednostavniji oblici biljaka jer stvaraju energiju fotosintezom. Za život trebaju: vodu, mineralne soli i svjetlost, iz atmosfere vežu CO2 i N2, izlučuju želatinski omotač koji ih obavija i povezuje u kolonije, sadrže fotosintetske lamele (tilakoidi) i klorofil a i b u kloroplastima. Nalazimo ih u moru i na vlažnim površinama, kori drveta te u ekstremnim uvjetima: iznimno hladnom ili iznimno vrućem okolišu. U vodama koje su bogate organskom tvari (manjim jezerima i barama) stvaraju guste prevlake uzrokujući pojavu koju zovemo ''cvjetanje vode''. Zbog mogućnosti fotosinteze pretpostavlja se da su cijanobakterije obogatile atmosferu kisikom time omogućujući razvoj aerobnih organizama. One i danas imaju pionirsku ulogu jer mogu naseliti oskudna i negostoljubiva područja. Ugljik asimiliraju fotosintezom iz ugljikova dioksida, a za sintezu dušićnih spojeva koriste se heterocistama asimilirajući atmosferski dušik. Na vanjskom dijelu fotosintetskih lamela su zrnca, cijanosomi, za koja su vezani fikobilini. Fikobilini su pigmenti koji sadrže fikocijan ili fikoeritrin. O omjeru ova dva pigmenta ovisi boja alge. Zbog sličnosti, postoji teorija da su kloroplasti nastali integracijom cijanobakterije i eukariotske stanice.

Front 15

Navedite dokaze endosimbiotske teorije.

Back 15

Prema endosimbiotskoj teoriji, kloroplasti su nastali iz cijanobakterija, a mitohondriji iz purpurnih bakterija. Endosimbioza je prema definiciji način suživota dvaju organizama, a dokazi za to su: imaju vlastitu DNA kružnog oblika, te sami sintetiziraju svoje proteine, provode diobu neovisno od stanične diobe, veliku su, veličinom odgovaraju veličini bakterija, njihovi ribosomi su veličine 70S isto kao i kod ostalih prokariotskih organizama. Također imaju vlastitu membranu, ali ne sudjeluju u vezikularnom transportu. Kloroplasti također imaju kriste i tilakoidnu memranu poput cijanobakterije.

Front 16

Koje su prednosti endomembranskog sustava?

Back 16

Endomembranski sustav ili sustav unutrašnjih membrana eukariotskih organizama podrazumijeva niz membranom omeđenih struktura. Unutarnje membrane (odjeljci, organeli) koje su osnovna karakteristika eukariotskih stanica: omeđuju jezgru, mitohondrije i kloroplaste (u biljnoj stanici), stvaraju labirint odjeljaka nazvanih endoplazmatski retikulum gdje se sintetiziraju lipidi i proteini staničnih membrana, kao i materijal namijenjen za izvoz iz stanice, izgrađuju i Golgijev aparat koji je uključen u sintezu i prijenos različitih organskih molekula, omeđuju i lizosome, u kojima su pohranjeni enzimi potrebni za razgradnju unutar stanice. Preostali prostor u citoplazmi, koji uključuje sve osim membranama omeđenih organela, predstavlja citosol. Razvoj endomembranskog sustava omogućio je velikoj eukariotskoj stanici lakše usmjeravanje metaboličkih reakcija u stanici i izmjenu tvari s okolišem. Također je veći stupanj organizacije odvojio pojedine kemijske i biokemijske procese u različite dijelove stanice, veći stupanj uređenosti omogućio je stvaranje visokodiferenciranih stanica i zaštitu genetičkog materijala.

Front 17

Koje su prednosti višestaničnosti?

Back 17

Višestanični organizmi imaju prednost nad jednostaničnim jer mogu povećati svoju veličini bez da ugroze omjer volumena i površine. Kod jednostaničnih organizama je površina premala u usporedbi s volumenom pa imaju poteškoća pri osiguravanju dovoljno hranjivih sastojaka. Višestaničnost također omogućava veću složenost organizma i diferencijaciju stanica ( diferencijacija – proces u kojem nasljedno jednake stanice strukturno i funkcionalno postaju različite). I najvažnije, smrt jedne stanice ne znači smrt cijelog organizma.

Front 18

Navedite razlike između biljne i životinjske stanice.

Back 18

Biljne stanice imaju plastide, kao što su kloroplasti ili kromoplasti, koje životinjske stanice nemaju. Također imaju vakuolu, tonoplast i staničnu stijenku koja im daje stalan oblik. Zbog stanične stijenke prilikom stanične diobe kod biljnih stanica sudjeluju fragmoplasti, dok kod životinjskih sudjeluje kontraktilni prsten. Životinjske stanice također imaju centrosome i lizosome i pohranjuju hranjive tvari u glikogen, a biljne stanice u škrob.

Front 19

Kako nazivamo prastare proteine koji se nisu mijenjali tijekom evolucije u živim potomcima od njihovog prvog pojavljivanja u zajedničkom pretku?

Back 19

Konzervirani proteini.

Front 20

Opišite svjetlosni mikroskop i usporedite ga sa elektronskim mikroskopom.

Back 20

Mikroskop je optički instrument kod kojeg je kutno povećanje veće nego kod lupe. Sastoji se od mehaničkih i optičkih dijelova. Mehanički dijelovi mikroskopa su: podloga, tubus, stolić za preparat te tri vrste vijaka; makrovijak koji služi za velike pomake stolića za preparat, mikrovijak za fine pomake stolića i vijak kondenzora za pomicanje kondenzora. U optičke dijelove ubrajaju se: okular - sustav leća smješten na vrhu tubusa, objektiv - sustav leća na dnu tubusa i sustav za osvjetljavanje koja se sastoji od kondenzora i irisa. Kako bi se mogli promatrati svjetlosnim mikroskopom biološki preparati moraju biti prozirni te se najčešće osvjetljavaju s donje strane, preparat promatran svjetlosnim mikroskopom može biti živ. Svjetlosni mikroskop može povećati objekte do približno 1000 puta, tako se mogu promatrati neke bakterije i veći stanični organeli poput kloroplasta i mitohondrija. Moć razlučivanja svjetlosnog mikroskopa je oko 0,2 mikrometra, a to nije dovoljno za promatranje finih staničnih struktura. S druge strane, elektronski mikroskop ima znatno veću moć razlučivanja od 0,1 do 0,2 nanometra jer koristi elektrone čija je valnda duljina manja od valne duljine svjetlosti. Međutim, elektronski mikroskop uvijek daje crno bijelu sliku, te njime ne možemo promatrati žive organizme, a priprava preparata je skupa i dugotrajna.

Front 21

Što je kromatin? Od čega je građeno kromatinsko vlakno?

Back 21

Kromatin je kompleks između eukariotske DNA i proteina, a tipično sadržava dvostruko više proteina nego DNA. Glavni proteini kromatina su histoni, mali proteini koji proporcionalno imaju puno više bazičnih aminokiselina koje olakšavaju vezanje na negativno nabijenu molekulu DNA. Ta osnovna strukturna jedinica kromatina naziva se nukleosom. Pakiranje DNA u nukleosome daje kromatinsko vlakno debelo 10 nanometara. Kromatin se dalje kondenzira savijanjem u vlakno debljine 30 nm koje sadržava oko šest nukleosoma po navoju. Za vrijeme interfaze i replikacije stanice govorimo o kromatinu, a za vrijeme mitoze o kromosomu.

Front 22

Što su histoni i koja je njihova uloga?

Back 22

Histoni su glavni proteini kromatina, to su mali proteini koji imaju proporcionalno više bazičnih aminokiseline koji olakšavaju vezanje na negativno nabijenu molekulu DNA (DNA je negativno nabijena zbog fosfatne skupine koja ju čini polarnom). Histoni su jedinstveni za eukariote i glavni su strukturni proteini eukariotskih kromosoma; pet vrsta histona čine dvije glavne skupine:

1) Nukleosomski histoni su mali proteini (102-135 aminokiselina) odgovorni za slaganje DNA u nukleosome. Postoje četiri histona koji su označeni kao histoni H2A, H2B, H3 i H4.

2) H1 histoni su veći, sadrže oko 220 aminokiselina, a odgovorni su za pakiranje jezgrine DNA u kromosome na uređeni način, način pakiranja koji utječe na aktivnost gena, (spiralizacija i despiralizacija).

Front 23

Što su heterokromatin i eukromatin?

Back 23

Stupanj kondenzacije kromatina ovisi o životnom ciklusu stanice. U interfaznoj jezgri (kada se stanica ne dijeli): razlikujemo jezgricu (tamna regija) i KROMATIN koji se manifestira kao tamnije i svjetlije regije KROMATINA, to su ustvari dvije vrste kromatina:

EUKROMATIN–po čitavoj jezgri (90%), dekondenziraniji kromatin

HETEROKROMATIN –tamniji dijelovi (10%), kondenziraniji kromatin

Front 24

Što se odvija u jezgrici?

Back 24

Najbolje vidljiva struktura unutar jezgre, kad se ona ne dijeli, je jezgrica, nukleolus, mjesto gdje se rRNA geni prepisuju, a ribosomske podjedinice sklapaju.

Front 25

Opišite građu jezgrine ovojnice.

Back 25

Jezgrina ovojnica zatvara jezgru i odvaja njezin sadržaj od citoplazme. Sastoji se od dvije koncentrične membrane, vanjske i unutrašnje, koje zatvaraju perinuklearni prostor širok 20-40 nm. Vanjska membrana se nastavlja na membranu endoplazmatskog retikuluma, a perinuklearni prostor se nastavlja na lumen endoplazmatskog retikuluma. Dvije mreže intermedijarnih vlakna, koja spadaju u vlakna citoskeleta, pružaju mehaničku potporu jezgrinoj ovojnici. Intermedijarna vlakna ispod jezgrine unutarnje membrane formiraju tanku ljusku, jezgrinu laminu, vlaknastu mrežu koja daje strukturnu potporu jezgri -> to je i mjesto na koje se pričvršćuje kromatin. Druga mreža intermedijarnih vlakna izvana obavija i podupire vanjsku jezgrinu membranu.

Front 26

Kada govorimo o sintezi proteina, koje procese razdvaja jezgrina ovojnica?

Back 26

Vremenski i prostorno odvajanje replikacije, transkripcije i obrade mRNA (koje se događaju u jezgri) od translacije ( koja se događa u citoplazmi).

Front 27

Gdje i kako se sintetizira ribosomska RNA?

Back 27

Molekule rRNA se sintetiziraju u jezgrici, koja se nalazi u jezgri i sadrži gene koji omogućuju stvaranje rRNA. U ribosomu postoji velika podjedinica i mala podjednica. U jezgrici se velike i male moleku ribosomalne RNA spajaju s proteinima tako čineči te podjedinice (veličine podjedinica su 50S i 30S). Proteini dolaze iz citoplazme u jezgricu, a potom zajedno s rRNA izlaze ponovno u citoplazmu gdje se do kraja dorađuju.

Front 28

Što je glasnička RNA, gdje se sintetizira, koja je njena građa?

Back 28

Glasnička RNA je molekula ribonukleinske kiseline koja kodira kemijski nacrt za proteinski produkt. mRNA se prepisuje iz predloška DNA i nosi kodirajuću informaciju do mjesta sinteze proteina – ribosoma. Tamo je polimer nukleinske kiseline preveden u polimer aminokiseline (protein). Kao i u DNA, u mRNA, genetska informacija je kodirana u sekvenci nukleotida koji su grupirani u kodone od kojih se svaki sastoji od tri baze. Svaki kodon kodira specifičnu aminokiselinu, osim STOP kodona koji završavaju sintezu proteina.

Front 29

Opišite načine pakiranja DNA.

Back 29

DNA se pakira odnosno smata ili kondenzira kako bi se lakše podijelila prilikom stanične diobe. Kondenzacija se kod većine prokariota događa smatanjem molekule DNA, dok se u eukariota odvija uz pomoć proteina histona. Negativno nabijena molekula DNA se veže za pozitivno nabijene histonske proteine tako da se po 146 nukleotida dvostruke uzvojnice omotava oko kompleksa histonskih proteina. Pojedini histonski kompleks je oktamer, tj. sastoji se od 8 pojedinačnih proteina (svaki od 4 različite vrste: H2A, H2B, H3, H4). Time nastaje struktura nukleosom. Promjer pojedinog nukleosoma je 11nm. Pomoću H1 događa se slaganje nukleosoma u 30 nm kromatinsko vlakno. Svaka molekula H1 veže kroz svoj globularni dio jedinstveno mjesto na nukleosomu, a njezini izduženi krajevi dodiruju druga mjesta na "srži" susjednih nukleosoma, tako da su nukleosomi privučeni zajedno u pravilni ponavljajući red. Globularna srž H1 veže svaki nukleosom u blizini mjesta gdje DNA uzvojnica ulazi i napušta oktamer histona. Time nastaje 30nm kromatinsko vlakno. Ono daljnjom kondenzacijom stvara velike namotane omče koje se drže pomoću nehistonskih proteina. Takav oblik pakiranja genetskog materijala zove se kromatin.

Front 30

Koje različite razine organizacije molekule DNA razlikujemo u različitim razdobljima staničnog ciklusa?

Back 30

Tijekom transkripcije kromatin je dekondenziran u 30nm kromatinsko vlakno stvarajući transkripcijski oblik tzv. zrnca na niti. A tokom diobe stanice, tj. mitoze i mejoze, DNA je kondenzirana u kromosome s velikim stupnjem kondenzacije.

Front 31

Što je nukleosom? Opišite njegovu građu.

Back 31

Nukleosom je osnovna jedinica pakiranja kromatina. Nukleosom se sastoji od: oktamera histona koji formira proteinsku srž (osnovnu česticu), dvostruke uzvojnice DNA koja je omotana oko oktamera histona dva puta i susjedne DNA spone. Oktamer histona čine dva H2A i H2B dimera koji stoje uz bok H3-H4 tetrameru. Nukleosom sadrži dva potpuna navoja DNA koji obavijaju srž oktamera histona i susjednu DNA-sponu. Svaki nukleosom je odvojen od slijedećeg regijom DNA-spone

Front 32

Koju strukturu ima molekula DNA koja se replicira u eukariotskoj stanici?

Back 32

Zrnca na niti, despiralizirani, transkripcijski oblik.

Front 33

Da li stupanj kondenzacije kromosoma igra ulogu u kontroli replikacije DNA i transkripciji?

Back 33

Igra, što je veća kondenzacija, to je oblik manje transkripcijski aktivan, a što je veća dekondenzacija veća je mogućnost pogreške prilikom diobe.

Front 34

U kojoj fazi staničnog ciklusa su kromosomi eukariota metabolički najaktivniji i zašto?

Back 34

U interfazi, jer dolazi do replikacije DNA, a i sinteze proteina za rast stanice i njenu pripremu za M fazu.

Front 35

Kada govorimo o pakiranju DNA, koji je najčešći oblik kromatina?

Back 35

30nm vlakno, to je ujedno i normalni oblik kromatina

Front 36

Opišite metafazni kromosom.

Back 36

Kako stanica ulazi u mitozu, njezini kromosomi postaju visoko kondenzirani kako bi se mogli prenositi u stanice kćeri. Nakon što se iz nukleosoma promjera 11 nm, stvori 30nm kromatinsko vlakno, ono se dalje kondenzira u omče promjera 300 nanometara, koje daljnjom spiralizacijom i kondenzacijom čine 700 nanometara debelu polovicu kromosoma. Maksimalno kondenziran metafazni kromosom ima promjer 1400 nm.

Front 37

Koja je uloga centromere?

Back 37

Slijed nukleotida, nazvan centromer, veže svaku molekulu DNA za mitotičko vreteno tijekom stanične diobe, tj. na njih se prihvaćaju mikrotubuli diobenog vretena. To je područje na kojemu su dvije sestrinske kromatide spojene za vrijeme matefaze.

Front 38

S obzirom na smještaj centromere, kako možemo ''razvrstati'' kromosome?

Back 38

Morfologija kromosoma određena je položajem centromera (naziva se još i primarna konstrikcija ili primarno suženje), koji dijeli kromosom na duži (q) i kraći (p) krak. Tako se prema položaju centromera razlikuju metacentrični (M, kod kojih je centromer u sredini, a oba kraka su jednake duljine), submetacentrični (centromer je malo odmaknut od sredine), akrocentrični (centromer je smješten još više prema kraju) i telocentrični (centromer je smješten na samom kraju pa kromosom ima samo jedan krak) kromosomi.

Front 39

Što je kinetohor?

Back 39

Kinetohor je specijalizirana struktura koja služi kao mjesto vezanja diobenog vretena. Proteini vezani na kinetohore upravljaju kretanjem kromosoma duž vlakna vretena razdvajajući tako kromosome u jezgre stanica kćeri.

Front 40

Koja su tri neophodna slijeda nukleotida u kromosomu da bi se on replicirao/bio funkcionalan?

Back 40

Svaka molekula DNA, da bi se vjerno replicirala i rasporedila na dvije stanice kćeri, mora imati sljedeća tri neophodna slijeda nukleotida:

1. specifični slijed nukleotida koji djeluje kao početak replikacije DNA; nađeno je više početaka u svakom kromosomu kvasca.

2. slijed nukleotida, nazvan centromer, veže svaku molekulu DNA za mitotičko vreteno tijekom stanične diobe.

3. slijed nukleotida nazvan telomera, koji je potreban na svakom kraju linearnog kromosoma.

Front 41

Opišite Lampbrushove kromosome, u kojim stanicama ih je moguće vidjeti i kada, te koja je njihova biološka funkcija.

Back 41

To su kromosomi spareni u mejozi u oocitama (nezrela jaja), vodozemaca, tzv.bivalenti, koji aktivno sintetiziraju mRNA, i oni formiraju neobično ukrućene i izdužene kromatinske omče. Omče su prekrivene novo sintetiziranim molekulama mRNA pakiranim u guste mRNA-protein komplekse. Radi prekrivanja DNA s mRNA-protein kompleksima, ovi lampbrush kromosomi jasno su vidljivi čak i svjetlosnim mikroskopom, gdje se vidi da su organizirani u niz velikih kromatinskih omči koje se linearno šire od kromosomske osi. Lampbrush kromosomi su korisni model za proučavanje organizacije kromosoma, funkciju genoma i ekspresije gena tijekom mejotske profaze, jer oni omogućuju da se vide i pojedinačne transkripcijske jedinice. Osim toga, lampbrush kromosomi su naširoko korisni za mapiranje DNA sekvence i izgradnju detaljnih citološki karata pojedinih kromosoma.

Front 42

Opišite politenski kromosom, u kojim stanicama ih je moguće vidjeti i kada, te koja je njihova biološka funkcija?

Back 42

Politenski kromosomi žlijezda slinovnica su kromosomi koji su tijekom razvoja ličinke vinske mušice stimulirani na replikaciju. Deset sinhronih replikacija bez razdvajanja kromatida vodi do stvaranja politenskog kromosoma koji se sastoji od preko 1000 kromatida (2^10 = 1024). Sve kopije homolognih kromosoma ostaju zajedno jedna uz drugu, stvarajući jedan gorostasni (divovski), politenski kromosom. Svaki multiplicirani kromosom sadrži iste lance DNA što omogućuje organizmu da preživi manje povoljne životne uvjete, npr. stadij kukuljice, jer kad imamo više primjeraka istih gena istovremeno je moguća transkripcija i sinteza proteina za stvaranje kukuljice i preživljavanje u tom stadiju

Front 43

Zbog kojih karakteristika su kromosomi žlijezda slinovnica naročito prikladni za citogenetičke studije?

Back 43

Najviše se proučavaju politenski kromosomi u žlijezdama slinovnicama ličinki vinske mušice Drosophila melanogaster. Neke stanice ličinke narastu do ogromnih razmjera jer se u njima događaju uzastopni ciklusi sinteze DNA bez stanične diobe. Takve stanice mogu imati i do nekoliko tisuća puta veći sadržaj DNA nego ostale stanice. U stanicama žlijezda slinovnica ličinke svaki od četiri kromosoma se replicira desetak puta bez odvajanja kromatida (endomitoza), tako da više od tisuću (2^10=1024) identičnih lanaca DNA ostaje zajedno i tvori jedan veliki politenski kromosom.

Front 44

Što je kariotip, a što kariogram? Opišite kariotip čovjeka.

Back 44

Kariotip je skup svih kromosoma u jednoj stanici. Iz kariotipa se, potom, izrezuju pojedinačni kromosomi i slažu u kariogram. Kariogram je poredak homolognih kromosoma po veličini. Ukupni prikaz svih 46 ljudskih kromosoma u mitozi zove se ljudski kariotip, on predstavlja kromosomski komplement jedne osobe.

Front 45

Da li je na ljudskim metafaznim kromosomima moguće vidjeti vrpce (pruge) bez bojanja kao i kod politenskih kromosoma?

Back 45

Nije moguće vidjeti, metafazni kromosomi su okruženi proteinima poput histona, koji kada koristimo boje (najčešće Giemsa) se uklanjaju, te se ostali proteini koji okružuju kromosom do neke mjere razgrađuju i time boja može reagirati sa molekulama u fosfodieterskoj vezi čineči pruge vidljivima.