Kemijska osnova živih bića – znati, razumjeti i primijeniti
- usporediti kemijski sastav živih bića, građu i uloge najvažnijih organskih i anorganskih molekula
- opisati tijek kemijske evolucije
- povezati molekulsku građu virusa s načinom razmnožavanja.
Uvod
Prisjetite se što ste sve učili o kemijskom sastavu živih bića, virusima i postanku života na Zemlji i odaberite tri informacije koje ste naučili iz ovog dijela gradiva, a možete ih primijeniti u svakodnevnome životu. Usporedite svoj odabir s ostalim učenicima.
Prepoznavanje virusa
U jednom mikrobiološkom laboratoriju sakupljeni su virusni uzorci sa širokog područja koji se istražuju u medicinske svrhe.
Kao što znate, prošli tjedan su ukradene četiri sigurnosne epruvete iz laboratorija, ali jučer su nađene i vraćene u laboratorij.
Srećom, nijednoj epruveti nije odstranjen sigurnosni poklopac, ali im nedostaje oznaka podrijetla.
Uzorci se moraju vratiti u svoje odgovarajuće odjele, no više nije poznato koji su virusni uzorci u kojoj sigurnosnoj epruveti.
Kao zaposlenici tog laboratorija dobili ste zadatak identificirati uzorke virusa u sve četiri sigurnosne epruvete.
Uzorci su već fotografirani elektronskim mikroskopom, a rezultati analize zastupljenosti dušičnih baza uskoro će biti na vašem radnom stolu.
- Na temelju dostupnih podataka imenujte uzorke A, B, C i D.
- Ako zatrebate, u bazi podataka potražite sve potrebne informacije o 10 virusnih uzoraka koje držimo u laboratoriju.
- Ako može, slike stavite jednu pored druge.
- Iznad svake piše uzorak A, B, C ili D, a ispod je prazna kućica u koju se upisuje ime virusa iz baze podataka.
Prepoznavanje virusa
U jednom mikrobiološkom laboratoriju sakupljeni su virusni uzorci sa širokog područja koji se istražuju u medicinske svrhe. Kao što znate, prošli tjedan su ukradene četiri sigurnosne epruvete iz laboratorija, ali jučer su nađene i vraćene u laboratorij. Srećom, nijednoj epruveti nije odstranjen sigurnosni poklopac, ali im nedostaje oznaka podrijetla. Uzorci se moraju vratiti u svoje odgovarajuće odjele, no više nije poznato koji su virusni uzorci u kojoj sigurnosnoj epruveti.
Kao zaposlenici tog laboratorija dobili ste zadatak identificirati uzorke virusa u sve četiri sigurnosne epruvete. Uzorci su već fotografirani elektronskim mikroskopom, a rezultati analize zastupljenosti dušičnih baza uskoro će biti na vašem radnom stolu.
Na temelju dostupnih podataka imenujte uzorke A, B, C i D. Ako zatrebate, u bazi podataka potražite sve potrebne informacije o 10 virusnih uzoraka koje držimo u laboratoriju.
Rezultate analize zastupljenosti dušičnih baza u nukleinskim kiselinama uzoraka (u postotcima) možete pogledati u tabličnom prikazu.
| UZORAK | adenin | gvanin | citozin | timin | uracil |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 20 | 30 | 20 | 0 | 30 |
| B | 22 | 28 | 28 | 22 | 0 |
| C | 22 | 41 | 12 | 0 | 25 |
| D | 31 | 19 | 19 | 31 | 0 |
Baza podataka:
Bjesnoća – Ovaj virus uzrokuje infekciju živčanog sustava, a prenosi se slinom mnogih sisavaca. Jednolančana RNA smještena je u kapsidu oblika cilindra dugačkog 150 nm, a širokog 75 nm.
Ebola – Za rukovanje ovim virusom potrebna je najviša razina sigurnosti u laboratoriju. Njegova jednolančana RNA, dugačka oko 19 000 nukleotida, smještena je u kapsidu cilindričnog oblika dugačku gotovo 1 μm. Prenosi se direktnim kontaktom, a prisutan je većinom u zapadnoj Africi.
Herpes – Herpes simplex virus prenosi se direktnim kontaktom, a uzrokuje sitne rane koje zarastaju krastama. Virusni genom transkripcijom stvara RNA molekulu koja održava zaražene stanice živima čak i nakon što simptomi nestanu, što omogućava virusnoj DNA da ostane “skrivena” u organizmu. Prilikom pada imuniteta, kuglasti virioni s ovojnicom izlaze iz stanice i uzrokuju novu infekciju.
HIV – HIV (virus humane imunodeficijencije) retrovirus je čije čestice napadaju stanice imunološkog sustava. Jednolančane molekule RNA smještene su u stožastoj kapsidi koja je okružena okruglom ovojnicom. Česte mutacije virusa otežale su pronalaženje učinkovitog cjepiva.
HPV16 – HPV (humani papiloma virus) skupina je DNA virusa kuglaste kapside bez ovojnice koji većinom uzrokuju bezopasne kožne bradavice. HPV16 je visokorizični soj koji može uzrokovati rak grlića maternice i prenosi se spolnim kontaktom.
Influenca v Virus influence ili gripe jedan je od najčešćih izvora zaraze kod ljudi, a prenosi se kapljičnim putem. Virusna RNA većinom je jednolančana, no neki podtipovi sadrže i dvolančanu RNA u kapsidi s okruglom virusnom ovojnicom. Zbog čestih mutacija je otpornost na zarazu kratkotrajna.
Rotavirus – Rotavirusi su najčešći uzrok infekcija probavnog sustava koje uzrokuju proljev. Infekcije obično traju nekoliko dana i mogu uzrokovati dehidraciju. Virus sadrži dvolančanu molekulu RNA u kuglastoj kapsidi bez ovojnice.
T7 fag – Ovaj virus ima široku primjenu u molekularnoj biologiji zbog lakoće ubacivanja molekule DNA u laboratorijske sojeve bakterije Escherichia coli.
TMV – TMV (virus mozaika duhana) je prvi otkriven virus, karakteristične je cilindrične kapside unutar koje nalazimo jednolančanu molekulu RNA. Virioni se zbog svoje ravne, štapičaste građe mogu kristalizirati. Osim duhana, može zaraziti brojne druge biljne vrste, poput krastavca ili rajčice.
Fi X 174 fag – Ovaj u laboratorijima često korišten bakteriofag sadrži jednolančanu nukleinsku kiselinu i jedan je od prvih virusa kojem je sekvenciran genom. Najzastupljenija dušična baza u genomu je timin.
Masovno izumiranje na Zemlji
Zemljina atmosfera u njenom samom početku i danas u mnogočemu se razlikuju.
Razlike su izrazito su naglašene kada pokušavamo opisati uvjete potrebne za abiogenezu.
Ako malo razmislimo, te su razlike u sastavu atmosfere toliko velike da ih je nezamislivo uspoređivati kao dio istog planeta.
Međutim, prijelaz iz pradavne atmosfere u današnju nije se dogodio naglo.
Promjene su se događale milijardama godina.
Najbitnija razlika je u udjelu kisika ().
Molekule kisika veoma su reaktivne.
To znači da vrlo lako stupaju u kemijske reakcije s drugim tvarima stvarajući okside.
Izostanak kisika vrlo je bitan za abiogenezu.
Inače bi kisik oksidirao novonastale organske spojeve.
- Razmislite koja dva kemijska spoja nastaju oksidiranjem većine organskih spojeva.
Masovno izumiranje na Zemlji
Zemljina atmosfera u njenom samom početku i danas u mnogočemu se razlikuju, a te razlike izrazito su naglašene kada pokušavamo opisati uvjete potrebne za abiogenezu. Ako malo razmislimo, te su razlike u sastavu atmosfere toliko velike da ih je nezamislivo uspoređivati kao dio istog planeta, ali premda razlike zbilja jesu velike, prijelaz iz pradavne atmosfere u današnju nije se dogodio naglo. Promjene su se događale milijardama godina, a vjerojatno najbitnija razlika je u udjelu kisika ().
Molekule kisika veoma su reaktivne, odnosno vrlo lako stupaju u kemijske reakcije s drugim tvarima stvarajući okside. Izostanak kisika vrlo je bitan za abiogenezu jer bi u suprotnome kisik oksidirao novonastale organske spojeve. Razmislite koja dva kemijska spoja nastaju oksidiranjem većine organskih spojeva.
Pogledajte fotografije, prepoznajte ta dva kemijska spoja i upišite njihove kemijske formule.
Kisik bi znatno otežao ili čak onemogućio stvaranje organskih tvari i života tijekom rane povijesti Zemlje.
Prvi životni oblici javili su se najkasnije prije 3,7 milijardi godina.
Bile su to prokariotske i kemosintetske stanice.
Te stanice su kao izvor energije koristile različite anorganske spojeve.
Udio kisika u atmosferi bio je vrlo nizak, ali to se počelo mijenjati razvojem fotosinteze.
Cijanobakterije su bili prvi fotosintetski organizmi.
Energiju su dobivali od Sunca, a jedan je otpadni produkt njihova metabolizma bila molekula kisika ().
Kisik bi znatno otežao, ako ne već onemogućio, stvaranje organskih tvari i života tijekom rane povijesti Zemlje.
Prvi životni oblici javili su se najkasnije prije 3,7 milijardi godina. Bile su to prokariotske i kemosintetske stanice koje su kao izvor energije koristile različite anorganske spojeve. Udio kisika u atmosferi bio je vrlo nizak, ali to se počelo mijenjati razvojem fotosinteze. Cijanobakterije su bili prvi fotosintetski organizmi, svoju su energiju dobivali od Sunca, a jedan je otpadni produkt njihova metabolizma bila molekula kisika ().
Cijanobakterije su većinom nastanjivale oceane.
Novonastali kisik prvo se otapao u vodi oceana.
Tek kad se sav kisik potrošio unutar oceana, višak kisika ispunjavao je i atmosferu.
Većina tadašnjih prokariotskih organizama bila je anaerobna, prilagođena životu bez kisika.
Molekularni kisik za njih je bio toksičan.
Procesom staničnog disanja oslobađa se mnogo više energije iz jedne molekule glukoze negoli bez kisika.
Organizmi eukariotske stanične građe iskoristili su tu dostupnu energiju.
Tada su se razvili i prvi složeni, višestanični oblici života.
Cijanobakterije su uzrokovale prvo poznato masovno izumiranje tadašnjeg života.
Život je tada bio pod vodom.
Dominantne skupine višestaničnih organizama bile su životinje i alge.
Kada je udio kisika u atmosferi bio dovoljan za razvoj ozonskog omotača, višestanični eukarioti su izašli iz oceana gdje su bili zaštićeni od UV zračenja.
- Koja je molekulska formula ozona?
Cijanobakterije su većinom nastanjivale oceane i novonastali kisik prvo se otapao u vodi oceana. U tom vremenu su većine podvodnih stijena postupno dobivale današnji oksidirani oblik. Tek kad se sav kisik potrošio unutar oceana, višak kisika ispunjavao je i atmosferu. Većina tadašnjih prokariotskih organizama bila je anaerobna, prilagođena životu bez kisika. Molekularni kisik za njih je bio toksičan, a ova globalna promjena u sastavu oceana i atmosfere za njih je bila kobna. Cijanobakterije su izazvale jednu od najvećih klimatskih promjena na Zemlji. One su, osim što su uzrokovale prvo poznato masovno izumiranje tadašnjeg života, preoblikovale životne uvjete u kojima mogu preživjeti i sada žive aerobni organizmi.
Uz kisik, procesom staničnog disanja oslobađa se mnogo više energije iz jedne molekule glukoze negoli bez kisika.
Organizmi eukariotske stanične građe ubrzo su, iskoristivši tu dostupnu energiju, razvili i prve složene, višestanične oblike života. Život je tada bio pod vodom, a dominantne skupine višestaničnih organizama bile su životinje i alge. Jednom kad je udio kisika u atmosferi bio dovoljan za razvoj ozonskog omotača, višestanični eukarioti su izašli iz oceana gdje su bili zaštićeni od UV zračenja. Koja je molekulska formula ozona?
Prvi višestanični kopneni organizmi bile su biljke, a slijedile su ih životinje i gljive.
Udio kisika neprestano je rastao.
Prvi višestanični kopneni organizmi bile su biljke, a slijedile su ih životinje i gljive. Udio kisika neprestano je rastao i u periodu kada je bio na najvišoj točci u povijesti Zemlje mnogi člankonošci rasli su više nego ikad, uživajući u obilju kisika.
Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.
Želite li pokušati ponovo?
Iako je veći udio kisika u atmosferi omogućio pojedinim skupinama organizama da rastu i napreduju, mnogi današnji organizmi ipak vjerojatno ne bi preživjeli dugotrajno izlaganje povišenim koncentracijama kisika.
Za kraj…
Sastavite kratak pisani ispit znanja koji obuhvaća gradivo o kemijskom sastavu živih bića (anorganske i organske molekule stanice), virusima i nastanku života na Zemlji. Samostalno odredite bodovanje pitanja i bodovni prag za ocjene, a zatim u parovima izmijenite ispite tako da nitko ne rješava vlastiti ispit. Prije sastavljanja ispita dogovorno odredite vrijeme pisanja ispita te pripazite da obim ispita bude u skladu s time. Nakon što ste riješili ispit, vratite ga sastavljaču koji će ga ispraviti i ocijeniti.