1.6 Sljedeća jedinica Osnove genetike
1.5

Molekule života

Moći ću:
  • opisati odnos gen – molekula DNA – kromosom
  • ukazati na sličnosti i razlike u građi molekula DNA i RNA
  • utvrditi povezanost građe i uloga koje nukleinske kiseline imaju u stanici i organizmu
  • opisati genom i ukazati na važnost njegova mapiranja
  • usporediti procese mitoze i mejoze
  • obrazložiti ulogu mitoze i mejoze kod razmnožavanja organizama
  • povezati različite načine razmnožavanja organizma s nasljeđivanjem roditeljskih osobina i evolucijom
  • povezati mitozu s razmnožavanjem jednostaničnih te s rastom i obnavljanjem višestaničnih organizama.

Uvod

Možete li objasniti zašto je nešto živo, poput domaće mačke, a robot nije?
I mačka i robot se mogu kretati, oboje trebaju energiju za različite procese. Za mačku, kada njezini sustavi organa prestanu obavljati svoje uloge, reći ćemo da je uginula, a za robota da se pokvario.
Međusobno u paru razmijenite mišljenja oko sljedećih pitanja:

  1. Koja je suštinska razlika između živog i neživog?
  2. Tko je potreban za nastanak nove mačke, a što je potrebno za nastanak novog robota?
  3. Gdje je zapisano kako će izgledati mačka – od njezine boje krzna, do toga kako će biti građeno njezino srce?
    A što je s robotom? Odakle tvari od kojih će nastati?

Usuglasite mišljenje unutar skupine s još dva učenika.

Napišite popis od pet pitanja koja su se pojavila kao rezultat vaše diskusije.

 

Što je zajedničko živim bićima?

Početak života na Zemlji smatra se trenutkom kada je nastala prva molekula koja je imala mogućnosti stvaranja sebi sličnih kopija – svojih potomaka.
Od te jednostavne tvorbe do danas prošlo je oko 3,5 milijardi godina.
Tijekom godina razvili su se organizmi različite složenosti.
Uzimajući sve to u obzir govorimo o zajedničkom podrijetlu svih živih organizama.
Većina današnjih organizama u svojoj osnovi izgrađena je od stanica u čijim su jezgrama su zapisane sve informacije neophodne za njihov život. Te informacije zapisane su u molekulama DNA.

Slika 1. Slika prikazuje životinjsku stanicu sa nekim organelima koji se u njoj nalaze.
Slika 1. Stanica s prikazom određenih organela

Diobom iz jedne stanice nastaju dvije nove jednake stanice.
Te stanice imaju istu funkciju kao i početna stanica.

Nastajanje istih stanica omogućuje gen.
Gen je dio molekule DNA i sadrži uputu za izgradnju ili rad stanice.

Već je poznata činjenica da iz jedne stanice diobom nastanu dvije nove, potpuno jednake stanice.
Bitno je da stanice koje nastaju izgledaju isto kao početna stanica, imaju istu funkciju.
I sad se postavlja pitanje odakle uputa koja će omogućiti nastanak potpuno identične stanice kao što je početna. Odgovor leži u genima.

Gen je dio molekule DNA koja se nalazi u jezgrama stanica i sadrži uputu za npr. izgradnju ili rad stanice.

  • Razmislite koje bi mogle biti posljedice na organizam kada se pri rastu ili obnavljanju npr. kosti ne bi pratilo pravilo da su stanice koje nastaju istovjetne ishodišnim.
  • Za nastanak novih stanica potreban je veliki broj različitih atoma, tj. molekula. Razmislite – odakle naše stanice dobivaju te prijeko potrebne tvari za izgradnju novih stanica?

Svaki organizam ima točno određen broj kromosoma.
Kromosomi su duguljasta tjelešca građena od:

  • molekula DNA
  • bjelančevina

Kromosomi se nalaze u stanicama koje izgrađuju tijelo.
Čovjek ima 46 kromosoma, patka ima 80, a grašak 14.
Iz ovih brojki ne možemo znati koliko ima gena unutar tih molekula DNA, ali znamo da ta brojnost ne određuje koliko je složeno građen organizam.
Molekule DNA su jako dugačke i imaju veliki broj nizova dušičnih baza.
Poznato je da veći dio molekule DNA ne sadrži uputu i još uvijek ne znamo čemu služe ti dijelovi.
Genom je skup svih gena u nekom organizmu.

Istraživanja ljudskog genoma započela su 1990.
Rezultati objavljeni 2000. godine pokazali su da:
ljudski genom sadrži 3,2 milijarde parova dušičnih baza je ukupan broj gena procijenjen na 25 000 je sličnost u sekvenci ljudskog genoma između dva čovjeka 99,9 % je nepoznata uloga za oko 50 % otkrivenih gena.

Geni su odgovorni za:

  • građu organa (npr. bubrega)
  • procese u organizmu (npr. razgradnja hrane, ali i za mnoge bolesti)

Istraživanje gena može nas dovesti i do mogućeg liječenja tih bolesti.

Pomoću tablice odgovorite na pitanja:

  1. Odaberite četiri vrste životinja pa odredite koliko imaju tjelesnih, a koliko spolnih kromosoma.
  2. Imaju li neke vrste isti broj kromosoma?
  3. Znači li to da imaju iste gene?
  4. Što im je onda različito u kromosomima?
  5. Mogu li se različite vrste s istim brojem kromosoma međusobno razmnožavati?

Za svaki organizam određeno je koliko će molekula DNA, pa samim time i kromosoma , imati u jezgri svojih stanica.
Tako npr. čovjek u stanicama koje izgrađuju njegovo tijelo ima 46 kromosoma, patka 80, a grašak 14.
Kod organizama koji se razmnožavaju spolno većinom su prisutna dva kromosoma koja određuju spol, i nazivaju se spolni kromosomi.
Ostali kromosomi su tjelesni kromosomi.
Veći broj kromosoma ne upućuje na veću složenost u građi organizama.
Iz priloženih brojki nemoguće je odrediti koliko se gena nalazi unutar tih kromosoma.
Naime, molekule DNA koje grade kromosome izrazito su dugačke, sadrže veliki broj nizova dušičnih baza.

Danas se zna da veći dio tih nizova ne tvori gene i još uvijek nije razjašnjeno čemu služe ti dijelovi molekula.

  • Molekule DNA i geni predstavljaju velik izazov za znanstvenike. Gdje se u svakodnevnom životu spominju geni? Za što su oni bitni?

Skup svih gena u nekom organizmu naziva se genom.

Godine 1990. započeto je s projektom otkrivanja ljudskog genoma .
Prvi rezultati objavljeni su tek 2000. godine i pri tome je, među ostalim, utvrđeno: ljudski genom sadrži 3,2 milijarde parova dušičnih baza, ukupan broj gena procijenjen je na 25 000, sličnost u sekvenci ljudskog genoma između dva čovjeka (bilo koja, rođaka) je 99,9% i za sada je nepoznata uloga za oko 50 % otkrivenih gena.
Osim svojstava, poput građe bubrega ili procesa razgradnje hrane, geni su odgovorni i za mnoge bolesti. Upravo njihovo istraživanje može dovesti i do mogućeg liječenja tih bolesti.

Pomoću tablice odgovorite na pitanja:

  1. Odaberite četiri vrste životinja te odredite koliko imaju tjelesnih, a koliko spolnih kromosoma.
  2. Imaju li neke vrste isti broj kromosoma?
  3. Znači li to da imaju i iste gene?
  4. Što im je onda različito u kromosomima?
  5. Mogu li se različite vrste koje imaju isti broj kromosoma međusobno razmnožavati?

 

Tablica podataka
Broj kromosoma u tjelesnoj stanici
Konj 64
Pas 78
Magarac 62
Mačka 38
Govedo 60
Kunić 44
Koza 60
Štakor 42
Ovca 54
Gorila 48
Patka 80
Losos 94
Kraljevska rakovica 208
Svinja 40
Svileni crv 54
Ljudi 46
Vinska mušica 8
Ruža 14
Jaglac 22
Kupus 18
Grašak 14
Slatki krumpir – batat 90
Špinat 10
Radič 18

DNA vs. RNA

Molekule DNA često se spominju u svakodnevnom životu – od različitih kriminalističkih serija do reklama za kreme od kojih ćete biti ili ostati mladi.
Usprkos svemu navedenom ostaje činjenica da su u njima sadržane upute za izgradnju i rad određenog organizma.
Molekula RNA rjeđe se spominje premda je njezina uloga vrlo bitna u navedenim procesima.
Ona je poveznica između upute u molekuli DNA i konačnog produkta koji će prema toj uputi nastati – bjelančevine.
I DNA i RNA su nukleinske kiseline, ali se razlikuju po svojoj strukturi.

  • Promotrite sliku i odredite koja je osnovna razlika između njih.
Slika 2. Slika prikazuje jednolančanu molekulu RNA i dvolančanu molekulu DNA.
Slika 2. Struktura molekula DNA i RNA

Molekula DNA nalazi se u jezgri ljudske stanice.
U njoj je zapisana nasljedna uputa.
Molekule RNA nastaju prepisivanjem nasljedne upute s molekule DNA i nakon toga sudjeluju u stvaranju određene bjelančevine u citoplazmi stanice.
Prilikom nastajanja molekule RNA na mjestu adenina nastaje uracil (A-U), timina adenin (T-A), guanina citozin (G-c) i obrnuto (C-G).
Za molekule RNA možemo reći kako nastaju u jezgri, ali svoje zadaće obavljaju izvan nje.
Pri nastanku novog lanca molekule DNA prati se pravilo A-T, G-C.
Znači, ako je na starom lancu DNA timin, na novom lancu na tom mjestu bit će adenin, a ako je guanin, bit će citozin.

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Niz baza na lancu molekule DNA je sljedeći: ATTGCCTGCCT
Napišite niz baza na komplementarnom lancu iste molekule DNA.
Odgovor:

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Napišite niz baza na molekuli RNA koja nastaje prepisivanjem zadanog niza s molekule DNA: ATTGCCTGCCT

Odgovor: 

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Početne molekule DNA naslijedili smo od svojih roditelja.
Svaki put kada je nastajala nova stanica, one su stvarale svoje kopije koje su odlazile u jezgre novonastalih stanica.
Mitohondrij se umnaža u stanici neovisno o njoj samoj.
I zato sam ima svoju molekulu koja određuje njegova svojstva.
Zanimljivo je da je ta molekula upravo jedan oblik molekule DNA.
Molekula RNA može imati nasljednu uputu – ali to je samo slučaj kod nekih virusa.

 

Zašto u stanicama jetre nije aktivan gen koji određuje debljinu zubne cakline?

Molekula DNA nema nikakvu mogućnost djelovanja izvan jezgre.

  • Da bi nastala određena bjelančevina te se na zubu stvarao sloj zubne cakline, potrebno je uputu najprije prepisati u RNA prema kalupu DNA.
  • To se odvija tako da se prema molekuli DNA međusobno povezuje niz dušičnih baza A, U, G, C.
  • Na mjestu gdje se na molekuli DNA nalazio A povezat će se U, na mjestu gdje se nalazi T povezat će se A.
    Tek ona u citoplazmi stanice odredit će nastanak točno određene bjelančevine.

Ako jetra raste, na tom će se mjestu povećati broj stanica, a geni koji određuju njihovu građu će se aktivirati.

Razmislite:

  1. Što bi se dogodilo kad bi se pojedini geni aktivirali u krivom trenutku, na krivom mjestu?
  2. Koje bi bile posljedice za organizam?

Usporedite temeljne značajke mitoze i mejoze.

Ljudsko tijelo sadrži dvije različite vrste stanica:

  • tjelesne
  • spolne

Tjelesne izgrađuju:

  • tkiva
  • organe

Spolne sudjeluju u procesu oplodnje i nastanku novog organizma.

One se međusobno razlikuju i po broju kromosoma.

Ljudska tjelesna stanica sadrži 46 kromosoma.
Ljudska spolna stanica sadrži 23 kromosma.

Spolne stanice sudjeluju u procesu oplodnje pa ne bi bilo dobro da imaju isti broj kromosoma kao i tjelesne stanice.

Dva su procesa nastajanja nove stanice:

  • mitoza
  • mejoza

Mitoza je proces nastanka tjelesne stanice.

Mejoza je proces nastanka spolne stanice.

U oba slučaja ishodišna stanica ima isti broj kromosoma.
Na kraju dioba nastaje različit broj stanica, s različitim brojem kromosoma.

Razmislite:

  1. Što bi se dogodilo kad bi se pojedini geni aktivirali u krivom trenutku, na krivom mjestu?
  2. Koje bi bile posljedice za organizam?

Usporedite temeljne značajke mitoze i mejoze.

Kad bismo razmišljali kao matematičari, razmnožavanje i rast živih bića ne bi bilo povećanje, već neka vrsta smanjivanja.

  • Dakle, zamislite da imate jedan štapić koji predstavlja bakteriju i od tog štapića podjelom nastanu dva nova. Što se dogodi pri tome s njihovim veličinama?
  • A što se dogodi s veličinom bakterije nakon diobe?

Ljudsko tijelo sadrži dvije različite vrste stanica: tjelesne i spolne.
Tjelesne izgrađuju tkiva, organe, a spolne sudjeluju u procesu oplodnje, nastanku novog organizma.
Osim toga, one se međusobno razlikuju i po broju kromosoma.
Ljudska tjelesna stanica sadrži 46 kromosoma, a spolna stanica 23.
Naime, s obzirom na to da će spolne stanice sudjelovati u procesu oplodnje, ne bi bilo dobro da imaju isti broj kromosoma kao i tjelesna stanica.
Dva su procesa kojima mogu nastajati nove stanice: mitoza i mejoza .

Mitoza je proces nastanka tjelesnih stanica, a mejozom nastaju spolne stanice.
U oba slučaja ishodišna stanica ima isti broj kromosoma, ali na kraju dioba nastaje različit broj stanica, s različitim brojem kromosoma.

  • Pogledajte videozapis o mitozi i mejozi. U tablicu rasporedite koje su značajke mejoze, a koje mitoze.
  • Odvija li se proces mejoze kod jednostaničnih organizama? Obrazložite svoju tvrdnju.

Razmnožavanje ili rast? – pitanje je sad!

Svoj razvoj naše je tijelo započelo spajanjem jezgre jajne stanice majke i jezgre spermija oca.
Tako je nastala jedna stanica- zigota.
Od te jedne stanice mitozom su nastale, dvije, pa četiri, osam, šesnaest, trideset i dvije, pa u konačnici skup od par bilijuna stanica.
Sve te stanice drže se na okupu tvoreći ono što se naziva tijelom, a taj proces naziva se rast.
Premda jednostavno zvuči, procesi su komplicirani.
U nekima od njih nastaju i stanice koje nisu funkcionalne, izgledaju drugačije od početnih.
U takvim slučajevima postoje mehanizmi koji će tu stanicu razložiti i tako onemogućiti da ona dalje prolazi kroz diobe.

  • Što može biti posljedica ako taj mehanizam izbacivanja loših stanica zakaže?

Kod žena stanice jajnika tijekom rasta nastaju procesom mitoze, ali u njima procesom mejoze od posebnih stanica nastaju spolne stanice.
One mogu sudjelovati u nastanku novog organizma procesom oplodnje. Isto se događa i u sjemenicima kod muškaraca. Stanice sjemenika nastaju procesom mitoze za vrijeme rasta i razvoja, a u njima nastaju spolne stanice procesom mejoze.

Jedna ili mnogo … je li bitno?

Čovjek je višestanični organizam, bakterije su jednostanične.
Jednostanični organizmi se razmnožavaju mitozom. Višestanični organizmi rastu i obnavljaju se procesom mitoze. Razmislite:

  1. Kako ta činjenica može utjecati na brojnost organizama?
  2. Koja vrsta organizma će se brže razmnožavati, davati veći broj potomaka u kraćem vremenskom periodu?

 

Za kraj…

  • I sada se vraćamo na pitanje postavljeno u samom uvodnom dijelu: što to može mačka, a robot ne?
  • Potkrijepite svoj odgovor činjenicama.
Slika 3. Slika prikazuje robota (neživa priroda) i mačku (živa priroda).
Slika 3. Mačka vs. robot
  • Osmislite vizualni prikaz kojim ćete pokazati svoje odgovore na pitanja koja su proizašla iz vaše grupne diskusije.

Molekule života

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Osim molekule DNA, organizmi imaju još jednu vrstu nukleinske kiseline, a to je molekula

. Ona prepisuje uputu s molekule
i sudjeluje u sintezi
, ali može nositi i nasljednu uputu, i to u nekih
.

Netočno
Točno

Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.

Je li ova tvrdnja točna?

Proces mejoze odvija se i kod jednostaničnih organizama.

Netočno
Točno

Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.

Je li ova tvrdnja točna?

Čovjekove tjelesne stanice imaju dvije kopije istoga gena za određeno svojstvo.

Netočno
Točno

Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.

Je li ova tvrdnja točna?

Svaki lanac molekule DNA sadrži četiri dušične baze: adenin, guanin, uracil i citozin.

Netočno
Točno

Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.

Je li ova tvrdnja točna?

Redoslijed baza u molekuli DNA je slučajan i sadrži kodirani zapis genske upute za izgradnju čitavoga organizma.

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.

Odaberite sve točne odgovore.

Za molekulu DNA točno je da:

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Događaj koji označuje početak evolucije života je:

Netočno
Točno

Povlačenjem elemenata uskladi odgovarajuće parove.

Spojite parove premještajući pojmove po stupcima.

Povežite navedene pojmove s odgovarajućim opisom.

Genom

osnovna jedinica nasljeđivanja

Kromosom

vidljiv samo za diobe stanice

Mitoza

nastanak spolnih stanica

Mejoza

cjelokupni genetički materijal jedne stanice ili organizma

Gen

biološka makromolekula koja pohranjuje genetičke informacije

Nukleinska kiselina

nastanak tjelesnih stanica

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?