Odgovori na postavljena pitanja - Biologija

Stanica je osnovna građevna jedinica većine živih organizama. Sastoji se od protoplazme ograđene polupropusnom membranom i sadrži obično jednu jezgru (skupina Eucaryota) ili kromosomski materijal koji nije zatvoren u jezgru - nukleoid (skupina Procaryota).

Zajedničko svim stanicama je:

- stanica uvijek nastaje iz stanice
- svaka stanica ima kompletnu genetičku informaciju pohranjenu u DNA
- centralna dogma molekularne biologije vrijedi za sve stanice (DNA > RNA > proteini)
- identična reduplikacija DNA
- membrana - granica između stanice i okoliša
- ATP kao izvor energije
- izmjena tvari (enzimi, regulacija)

Među eukariotskim stanicama razlikujemo biljnu i životinjsku stanicu. Osnovna razlika u njihovoj strukturi je da biljna stanica ima staničnu stijenku i plastide dok ih životinjska stanica nema.

Slika 1: Biljna stanica (preuzeto sa www.lclark.edu/~seavey/)

Slika 2: Životinjska stanica (preuzeto sa www.microscopy.fsu.edu/cell/animals/images/)

Stanična membrana

Membrana obavija stanicu i omogućuje njen kontakt s okolišem. Ona se ne vidi svjetlosnim mikroskopom zato jer je debljine od oko 8 nm, tako da je prvi puta viđena elektronskim mikroskopom. Unatoč tome, znanstvenici su još sredinom 19. st. zaključili da one postoje. Njihova struktura je objašnjena na modelu "tekućeg mozaika". Riječ je o dvosloju fosfolipida kroz koji se protežu površinske i druge bjelančevine (njihov raspored se može mijenjati ovisno o fiziološkom stanju).

Hranjive tvari u stanicu ulaze preko membrane i to pasivnom difuzijom (izravan prolaz - H₂O, O₂ i CO₂), olakšanom difuzijom (na temelju razlike u koncentraciji npr. glukoza i aminokiseline), aktivnim prijenosom (kretanje protiv gradijenta koncentracije uz potrošnju ATP-a; npr. nabijeni ioni i elektroliti) i pinocitozom (uvrtanjem membrane; npr. bjelančevine i nukleinske kiseline).

Ostale membranske organele

Jezgrina ovojnica

Ova membrana odvaja jezgrin sadržaj od citoplazme. U vrijeme stanične diobe ona se u većine stanica raspada i ponovno formira (osim u nekih alga, praživotinja i gljiva). Sastoji se od dvije membrane koje su međusobno odvojene perinuklearnim prostorom (11 - 40 µm). Unutarnja membrana vezana je uz kromatin, a vanjska je nastavak citoplazmatske endoplazmatske mrežice (endoplazmatski retikulum, ER) te tako čini kontinuitet jezgre i citoplazme. Jezgrine pore su kanalići između jezgre i citoplazme koji omogućuju neprekinutu komunikaciju (promjera 5 - 100 µm).

Endoplazmatska mrežica (ER)

Membranska struktura koja se proteže od jezgre do stanične površine. Može biti sastavljena od paralelnih nizova plosnatih vrećica (cisterni) ili od nelamelarnih, okruglih struktura. Razlikujemo grubu endoplazmatsku mrežicu koja na svojoj površini ima malene ribosome i glatku endoplazmatsku mrežicu koja na svojoj površini nema ribosome. Značajna je njena uloga u sintezi bjelančevina (proteina) upravo zbog ribosoma.

Golgijev aparat

Izgledom može varirati no najčešće je to složeni niz međusobno povezanih cjevčica, mjehurića i cisterni. Mnogobrojne cisterne koje su međusobno povezane tvore diktiosom (skup lamela). Smatra se da barem dio Golgijevog aparata nastaje iz ER i to odvajanjem mjehurića od glatkog ER. S ruba Golgijevog aparata se odvajaju primarni lizosomi koji sadrže probavne enzime koji mogu razgrađivati tvari koje ulaze u stanicu, sudjelovati u staničnoj samoprobavi i sekreciji. Postoje i sekundarni lizosomi koji nastaju spajanjem primarnih lizosoma i drugih mjehurića (onih nastalih pinocitozom). Dobro je razvijen u stanicama za izlučivanje. Sudjeluje i u odvajanju hormonskih proizvoda i pigmenata, a u biljnoj stanici sudjeluje i u formiranju st. ploče za vrijeme diobe stanice.

Plastidi

Organeli prisutni samo u biljnim stanicama i u stanicama algi. Sadrže vlastitu genetičku uputu (dvolančanu kružnu molekulu DNA) tj. semiautonomni su. Nastali su endosimbiozom stanica s jezgrom i fotosintetskih bakterija. Razlikuju se svojom veličinom, bojom i ustrojem. Njihova srodnost se očituje po tome što tijekom razvoja biljke i djelovanjem fizikalnih činitelja mogu prelaziti iz jednog oblika u drugi.

Slika 3: Prijelazi plastida

Proplastidi

Proplastidi su ishodišni oblik iz kojega se mogu razviti svi ostali tipovi plastida. To su mali, bezbojni i nediferencirani plastidi u meristemskim stanicama izdanka i korijena. Obavijeni su ovojnicom od dvije membrane, od kojih unutarnja stvara uvrate iz kojih se na svjetlosti razvijaju tilakoidne membrane.

Leukoplasti

To su bezbojni plastidi koje nalazimo pretežno u spremišnim tkivima kao što su sjemenke, gomolji i korijen. U njima se šećer pretvara u rezervnu tvar škrob. Leukoplasti sa velikim zrncima škroba nazivaju se amiloplasti.

Kromoplasti

To su žuto, narančasto ili crveno obojeni plastidi mnogih cvjetova, plodova i korijenja. Ne sadrže klorofil pa su fotosintetski neaktivni. Važni su u privlačenju životinja pri oprašivanju i širenju sjemenki.

Kloroplasti

Fotosintetski aktivni plastidi koji sadrže klorofil. To su okrugla ili ovalna tjelešca promjera 4-8 µm no veličina i oblik im mogu varirati ovisno o organizmu u kojem se nalaze. Obavijeni su dvostrukom membranom. Vanjska membrana pripada citoplazmi, a unutarnja samom plastidu. Osnovna tvar u kloroplastu je stroma. U njoj su smještene tilakoidne membrane (u nakupinama tilakoidi čine grane), DNA i ribosomi.

Visoka organiziranost kloroplasta odraz je važnosti njegove funkcije. Najvažnije su reakcije svjetlosti zato jer se u njima sunčeva energija pretvara u kemijsku energiju. Grane sadrže pigmente, enzime i druge proteine koji su važni za sintezu ATP-a i O₂ te redukciju spoja NADP (reakcije svjetlosti), a stroma koristi CO₂ za sintezu ugljikohidrata (reakcije tame).

Slika 4: Građa kloroplasta (preuzeto sa www.ualr.edu/~botany/)

Osnovna jednadžba fotosinteze je:

U procesu fotosinteze iz molekule vode se oslobađa kisik, a vodik se koristi za redukciju CO₂ pri kojoj nastaje glukoza. Kada foton svjetlosti udari molekulu klorofila, ona oslobađa elektrone bogate energijom. Ti elektroni stupaju dalje u niz reakcija te oslobađaju energiju u vidu ATP-a. Kasnije kada potroše svu energiju vraćaju se u molekule klorofila (ciklička tj. kružna reakcija). No oni mogu ići i drugim putem tj. mogu se koristiti za redukciju molekule NADP u NADPH₂. To je složeniji put, tzv. neciklička reakcija i njome nastaju ATP, NADPH₂ i dolazi do razgradnje vode. Ti novonastali spojevi (ATP i NADPH₂) koriste se dalje u reakcijama u tami u kojima dolazi do sinteze glukoze.

Mitohondrij

Okrugli ili duguljasti organeli promjera od oko 0,5 µm i dugi do nekoliko µm. Zaduženi su za stanično disanje. Glavni sastojci mitohondrija su lipidi, bjelančevine te nekoliko molekula kružne DNA, RNA i ribosomi. Oni su, kao i kloroplasti, semiautonomni organeli.

Mitohondriji su obavijeni ovojnicom od dvije membrane između kojih je međuprostor. Vanjska membrana pripada citoplazmi, a unutarnja mitohondriju. Ona je površinski puno veća od vanjske zato jer stvara nabore tj. grebene koji su vrlo važni za proces staničnog disanja. Ovisno o tipu stanica, ti grebeni mogu izgledati kao tubuli (stanice jetre) ili kao spljoštene vrećice tj. kriste (mišićne stanice). Unutrašnjost mitohondrija ispunjava matriks koji čini osnovnu supstancu mitohondrija.

Slika 5: Građa mitohondrija (preuzeto sa http://micro.magnet.fsu.edu/cells/plants/images/)

Oni su energetske centrale stanice zato jer se u njima stvara najveći dio ATP-a.

U procesu staničnog disanja razlikujemo 3 faze:

- glikoliza - nastaju 2 molekule ATP-a
- ciklus limunske kiseline (Krebsov ciklus) - nastaju 2 molekule ATP-a (u matriksu mitohondrija)
- oksidativna fosforilacija - nastaju 32 molekule ATP-a (na membanskim naborima tj na kristama).

Dakle, razgradnjom samo jedne molekule glukoze procesom aerobnog mitohondrijskog disanja nastaje 36 molekula ATP-a.

Jezgra

Najveći organel eukariotske stanice. Obavijena je s dvije membrane. Vanjska membrana se nastavlja na endoplazmatski retikulum i pripada citoplazmi, a unutarnja pripada samoj jezgri i uz njene stijenke je sloj bjelančevina koji pomaže u održanju oblika same jezgre. Između njih je međuprostor od nekih 20 - 40 nm.

Komunikacija između citoplazme i unutrašnjosti jezgre odvija se kroz prstenaste jezgrine pore. Sadržaj jezgre koji se dobro boji karminom i sličnim bojama naziva se kromatin, a čine ga DNA i bjelančevine.

Spiralizacijom, kromatin stvara kromosome. Dakle, među njima ne postoji nikakva biokemijska razlika. Jedna molekula DNA stvara jedan kromosom.

Slika 6: Građa jezgre (preuzeto sa www.ualr.edu/~botany/)

Jezgra je upravljački centar stanice jer ona sadrži nasljednu uputu. Tijekom diobe stanice kromosomi se raspoređuju u stanice kćeri. Tjelesne tj. somatske stanice se dijele mitozom (nastaju 2 stanice kćeri sa 2n brojem kromosoma), a spolne stanice mejozom (nastaju 4 stanice kćeri sa n brojem kromosoma). No sama dioba stanice čini kratki period života stanice, a razdoblje između dioba naziva se interfaza (u njoj dolazi do udvostručenja DNA).

Jezgrica

Okruglo tjelešce u jezgri čiji broj varira (u nekih vodozemaca ih može biti i više stotina). Veličina joj je oko 1 - 5 µm. Za vrijeme stanične diobe (mitoze) nestaje i ponovno se javlja nakon njenog završetka. U njenoj strukturi razlikujemo nitaste i zrnaste regije koje sadrže RNA i ribonukleoproteine. Funkcija gena jezgrice sastoji se u proizvodnji ribosomskih RNA koje kasnije čine osnovu ribosoma.

Ribosomi

Malene citoplazmatske strukture (15 - 20 µm) na kojima se sintetiziraju bjelančevine. Mogu biti slobodne u citoplazmi ili vezane na endoplazmatski retikulum. Građeni su od dvije podjedinice, velike i male. Razlikujemo dvije veličine ribosoma - 70 S (mitohondriji, kromosomi i prokarioti) i 80 S (eukarioti).

S - svedberg - mjerna jedinica brzine sedimentacije

Stanična stijenka

Nalazimo je u biljnih stanica, gljiva i bakterija. Služi kao dodatna zaštita stanici. U biljnim stanicama je građena od celuloze, u većine gljiva od hitina, a u bakterija od mureina.

LITERATURA

• Michael W. Berns - Stanice ; Školska knjiga, Zagreb, 1997.
• Bruce Alberts, et al - Molecular biology of the cell ; Garland publishing inc. , New York & London, 1983.
• Marijana Krsnik - Rasol - Od molekule do organizma ; Školska knjiga , Zagreb, 1995.

LINKOVI

• www.cellbio.com
• www.zg.biol.pmf.hr/molekularna/kolegiji/biologijastanice.html
• www.biology.arizona.edu/cell_bio/cell_bio.html

Ozrenka Meštrović
apsolvent, smjer: ekologija
Prirodoslovno-matematički fakultet, Zagreb