IVZ 2- Přednáška (konzultace) č. 1 (2. sem. biologie č.1) Obsah: - Úvod: biologická část IVZ 2 (povinné a volitelné předměty, podmínky studia, literatura) - Neživá a živá příroda-rozdíly, život, živé soustavy, jedinec, biologický druh - Obecné vlastnosti živých organismů-chemické složení, struktura, buněčná stavba ÚVOD: Legenda k psanému textu( viz. sem.1): - text základní, povinné znalosti -- nezbytné pro pochopení dějů v přírodě - text vysvětlující základní text - text rozšiřující pro přehled -- nebude zkoušen - text, kterému je nutno rozumět - text informační pro porozumění , vysvětlující-rozšiřující IVZ-přednášky= 4 semestry: 1., 2., 3. semestr zakončen testem, 4.semestr zakončen zkouškou. IVZ - část biologická -- podmínky absolvování Na přednášky IVZ v jednotlivých semestrech navazují povinná a volitelná cvičení Informace, obsah, podmínky studia a literatura viz. IS PdF MU) Povinné předměty navazující na přednášky IVZ: 1. semestr - Terénní cvičení z pěstitelství a aplikované ekologie - zápočet 3. semestr - Základy biologie -- kolokvium (teorie z IVZ 1 +2 +3 +cvičení) 4. semestr -- Praktikum z biologie, geologie a pěstitelství -- kolokvium (teorie z IVZ 3+4 + cv.) 5.semestr -- Aplikovaná biologie -- cv.-zápočet Cvičení z volitelných předmětů Učení o přírodě (1.-10. semestr) mají studentům umožnit: - snadnější proniknutí do problematiky, pokud nemají dostatečné středoškolské znalosti z některé části učení o přírodě, požadované v povinných předmětech (znalosti z mineralogie, geologie, botaniky, zoologie, taxonomie, fyziologie, genetiky, ekologie, aplikované biologie..) - zajímavou formou prohlubovat a rozšiřovat znalosti, praktické činnosti a dovednosti, požadované v povinných předmětech = alternativní formy a metody vzdělávání o přírodě - profilaci studentů =specializace na učení o přírodě a environventální výchovu ( = povinné absolvování předepsaných volitelných předmětů- viz. IS) Literatura : Klíčová slova / viz. tématické okruhy/ lze vyhledat v následujících publikacích: (pozn. doporučený studijní materiál je podtržen, ostatní publikace jsou alternativní) 1. Stockley,C. : Ilustrovaný přehled biologie, Blesk, Ostrava 1994 2. Stockley,Corinne. : Ilustrovaná encyklopedie biologie, Fragment, Havlíčkův Brod 2000 3. Jelínek,J., Zicháček,V. : Biologie pro gymnázia, Olomouc, Olomouc 1999 jakékoliv středoškolské učebnice k vyhledání klíčových slov Vhodná literatura : Učebnice přírodopisu a biologie pro II. st. ZŠ a SŠ Kvasničková,D.aj.: Přírodopis 5(6) roč., Fortuna, Praha 1993 Kvasničková,D.aj.: Poznáváme život-přírodopis 6(7) roč., 1, Fortuna, Praha 1994 Kvasničková,D.aj.: Poznáváme život-přírodopis 6(7) roč., 2, Fortuna, Praha 1995 Dobroruka,L.J. aj.: Přírodopis , Scientia, Praha , 1998 aj. 4. Hamčová,H., Vlková,I. : Biologie v kostceI, II, Fragment, Praha 1997 N E B O Podrobné: Rosypal,S. : Přehled biologie, Scientia, Praha 1994 Romanovský,A. a kol. : Obecná biologie, SPN, Praha 1984 Doplňující literatura : Beckett.B., Gallagherová,R.M.: Přehled učiva biologie, Svojtka , Oxford-Praha, l998 Čížková,J., Bradáčová,L. : Přehled živé přírody, Alter, Praha 1993 aj. Cíl IVZ 2: pochopení základních principů existence života (podmínky, projevy, biologické zákonitosti) tak, aby je absolventi nejen chápali, ale byli schopni na příkladech vysvětlit tyto principy žákům na 1. st. NEŽIVÁ A ŽIVÁ PŘÍRODA - rozdíly, život, živé soustavy, jedinec, biologický druh - Živé soustavy jsou tvořeny stejnou hmotou jako je hmota neživých předmětů. - V živých organismech platí všechny zákony fyziky a chemie stejně jako v neživé přírodě. Rozdíl spočívá v tom, jak je hmota organizována v prostoru a v čase - hmota živých soustav je organizována velmi složitě. V živé přírodě (v organismu, buňce...) probíhají chemické přeměny, které jsou nutné pro zachování její existence. Tyto procesy směřují k uchování soustavy a k její reprodukci, tj. k uchování existence jedince a druhu. Kdyby tomu tak nebylo, soustava by se rozpadla, přestala by být živou. Život je zvláštní forma neživé hmoty: život jedince(vznik-smrt), život-přírodní děj Živé soustavy se od neživých předmětů liší složitostí organizace. Jedinec a druh Živá příroda se skládá z jednotlivých živých bytostí = jedinec, individum, popř. organismus = soustava ohraničená od okolí, časově omezená a schopná vykonávat všechny životní funkce. Mezi ní a okolím probíhá výměna látek a energií v prostoru a čase. Biologický druh = soubor organismů podobných vlastností, schopných se navzájem rozmnožovat a mít plodné potomstvo. I druh je ohraničenou soustavou. Obecné vlastnosti živých organismů !!!!!! - jsou společné všem organismům a jako celek je odlišují od neživé přírody !!! 1. Zvláštní chemické složení -- hl. organické látky (bílkoviny a nukleové kyseliny, tuky a sacharidy...) => vysoký obsah biogenních látek. 2. Složitá makro- i mikrostruktura -- živé organismy jsou vysoce organizované a strukturálně složité organismy, jsou uspořádány stupňovitě (hierarchicky) -- např. atomy uspořádány do molekul atd. Cílem je co nejlepší průběh biochemických procesů. 3. Buněčná stavba -- všichni kromě virů mají základní stavební jednotku -- buňku. 4. Metabolismus = přeměna látek a energie A, přeměna látek -- organismus přijímá z vnějšího prostředí látky, ty zpracovává na látky tělu vlastní a pak odstraňuje zplodiny metabolismu. B, Energetický metabolismus = přeměna energie -- úzce souvisí s látkovým metabolismem, příjem energie z potravy = rozklad potravy => vznik energie (využije hned, zásoba `a ATP -- adenosin trifosfát) 5. Růst -- kvantitativní změna organismu, nevratné zvětšování objemu a hmoty organismu, často spojené se změnami tvarů organismu 6. Vývoj (ontogeneze) -- kvalitativní změna organismu 7. Dráždivost (pohyb) -- schopnost reagovat na podněty přicházející z prostředí 8. Autoregulace -- pochody uvnitř organismu jsou regulovány v závislosti na vnějším prostředí zpětnými vazbami) 9. Dědičnost a rozmnožování -- schopnost organismu produkovat potomky s podobnými vlastnostmi rodičů 10. Proměnlivost a vývoj ( fylogeneze) (9,10 = základ evoluce) Ad. 1. Chemické složení živých organismů SUŠINA = zbytek těla organismu po odstranění vody, obsahuje organické a anorganické látky POPELOVINA = zbytek těla organismu po spálení, obsahuje jen anorganické látky I. PRVKOVÉ SLOŽENÍ: biogenní prvky --(gennos -- vytvářet ) tvoří 2/3 Mendělejovy tabulky prvků; prvky, z nichž jsou složeny organismy: a) makrobiogenní - 99,9% živé hmoty ---------- je jich 11: - základní: C, O, H, N -- 95 % - ostatní: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl -- 4,9 % - b) mikrobiogenní = katalytické - 0,1 % sušiny => v těle malé množství - součástí enzymů - Fe, Cu, Mn, Zn, I, ...---- stopové: zlato,stříbro..... II. LÁTKOVÉ SLOŽENÍ: 1. ANORGANICKÉ LÁTKY a) VODA - tvoří asi 60 -- 95 % objemu těla - dokonalejší a starší organismy mají zpravidla méně vody (např. medúzy 98 %, houby 35 -- 95 %, zelené rostliny 70 -- 85 %, člověk 60 -- 63 %, semena 5 -- 20 %) - Význam: 1. rozpouštědlo -- organických i anorganických látek , rozkládá je na lehce vstřebatelné ionty 2. transportní médium - přesuny infúzí, bez potřeby energie 3. chemický aktivátor 4. pH -- souvisí se stálým udržením pH 5. termoregulace -- poměrně dlouho kumuluje teplo a poměrně rychle se ho zbaví, zabraňuje přehřátí organismu 6 produkt metabolismu aj. b) SOLI - 1,buď disociovány na ionty (Na^+, K^+, Ca^+, ...) nebo vytvářejí nerozpustné sloučeniny (uhličitany, křemičitany, fosforečnany...) - 2. elektrické a transportní procesy na membránách, - 3. součást makromolekulárních látek (barviva, enzymy,...), - 4. v nerozpustné formě vytvářejí ochranné a oporné struktury (schránky, kostry..) c) PLYNY - CO[2], N[2], O[2,aj. ] 2, ORGANICKÉ LÁTKY - 30 % organismu, 90 % sušiny - stavební látky => tvoří různé struktury buněk a mezibuněčné prostory - zdroj a přenašeče energie `a funkce zásobní - řídící funkce (DNA, hormony, enzymy) aj. a) CUKRY = SACHARIDY - rychlý zdroj energie (glukóza, škrob, glykogen,...) - stavební látky (celulóza, chitin) - schopnost udržovat a přenášet energii vázanou v chemických vazbách: snadno se nesou krví - vstřebávají se z potravy-projdou stěnami do tkáňového moku - 10 % z organických látek těla 1. jednoduché cukry = monosacharidy- nejdůležitější: `a pentosy ( 5 uhlíků ve tvaru pětiúhelníku) - ribosa (v RNA) - deoxyribosa (v DNA) `a hexosy (6 uhlíků: C-C-C-C-C-C) - glukóza = hroznový cukr - fruktóza = ovocný cukr - galaktóza 2. složené cukry = oligosacharidy (oligo=1-10) `a disacharidy (2 monosacharidy) - sacharóza = třtinový cukr - maltóza = sladový cukr - laktóza = mléčný cukr 3. polysacharidy (mnoho monosacharidů) a) zásobní - rostlinný škrob - glykogen =živočišný škrob b) zpevňovací, zásobní -- celulóza -- u rostlin - chitin - živočichové b) LIPIDY - TUKY - estery vyšších karboxylových (mastných) kyseliny a alkoholu - kapalné nebo pevné látky - většinou nerozpustné ve vodě (=> tepelný izolátor, ochrana proti vodě) - zásobárna energie (oproti cukrům obrovské množství energie) - rozpouštědla (např. vitamínů...) - stavební látky - 2 % z organických látek těla `a neutrální tuky -- estery mastných kyselin (olejová, stearová, palmitová) a alkoholu glycerolu `a vosky -- slouží k promaštění srsti - odpuzení vody (např. lanolin -- srst ovcí) `a fosfolipidy -- stavební látky v buňce (hl. buněčná membrána) c) BÍLKOVINY = PROTEINY - makromolekulární látky složené z aminokyselin spojených peptidickými vazbami; aminokyselin je asi 200, ale jen asi 21 se podílí na tvorbě bílkovin; záleží na pořadí, počtu, zastoupení aminokyselin přehled základních aminokyselin +--------------------------------------------------------------------------------------------------+ | alanin | glutamová kys. | izoleucin | serin | |------------------------+------------------------+------------------------+-----------------------| | arginin | glycin | lyzin | threonin | |------------------------+------------------------+------------------------+-----------------------| | asparagová kys. | histidin | methyonin | triptofan | |------------------------+------------------------+------------------------+-----------------------| | cystein | hydroxyprolin | fenylalanin | tyrosin | |------------------------+------------------------+------------------------+-----------------------| | cystin | leucin | prolin | valin | +--------------------------------------------------------------------------------------------------+ - stavební látky (keratin, aktin, myosin, kolagen, elastin...), - funkční látky (enzymy, protilátky, některé hormony...), - zásobní látky (v semenech luštěnin), - druhově a individuálně specifické=produkty sekundárního metabolismu (zásada obrany těla)!!!!! - 30 % z organických látek těla - primární struktura bílkoviny -- spojené aminokyseliny, počet, uspořádání a pořadí aminokyselin (např. 300 v jedné molekule) sekundární struktura bílkoviny -- prostorově se proplétají, vlivem vodíkových vazeb terciální struktura bílkoviny -- prostorové uspořádání polypeptidových řetězců a) vláknité = fibrilárn b, kulovité = globulární Fibrilární = vláknité: - polypeptidové řetězce fibrilárních molekul jsou roztažené - fce: mechanická pevnost, kontraktibilita (stažitelnost) - př: fibroil -- jednoduchá struktura, přírodní hedvábí keratin -- součást kůže myozin -- součást svalové hmoty fibrinogen -- v krvi, účastní se srážení krve kolagen -- velká pevnost, vazivo Globulární = svinuté do klubíčka: Jsou pro živou hmotu jsou nejpodstatnější, patří sem většina bílkovin. `a peptidy - nejsou to pravé bílkoviny, v molekule mají několik desítek molekul aminokyselin. `a jednoduché bílkoviny - protaminy (vláknité) - histony (globulární) -- např. bílé krvinky, chromozomy - albuminy: sérové -- např. krevní sérum = plazma vaječné -- hl. bílek mléčné -- mléko savců - globuliny: sérové mléčné svalové -- aktin (hladké svalstvo) myosin (příčně-pruhované svalstvo i s aktinem) - skleroproteiny -- oporné tkáně - kolageny - elasteny - keratiny `a složité bílkoviny = proteidy -- obsahují nebílkovinnou složku = prostetická skupina - fosfoproteiny - kasein - ovovitelin - vajíčko - lecitin - glykoproteiny - lipoproteiny -- součástí membrán - chromoproteiny -- enzymy obsahující barevnou složku - hemoglobin - hemocyanin d, NUKLEOVÉ KYSELINY - makromolekulární látky složené z nukleotidů: dusíkatá báze + pentosa + kyselin o-fosforečná - Nukleotid bez kyseliny fosforečné nazýváme nukleosid - dusíkaté báze: 1. purinové -- adenin, guanin 2. pyrimidinové -- uracil, tymin, cytozin - tvoří 1 % z organických látek těla `a Deoxyribonukleová kyselina DNA - adenin, guanin, tymin, cytozin + deoxyribosa + zbytek kyseliny o-fosforečné - dvouřetězcová, spirálovitě stočená (pravotočivá) molekula - funkce: nositel genetické informace `a Ribonukleová kyselina RNA - uracil, adenin, cytozin, guanin + ribosa + zbytek kyseliny o-fosforečné - jednořetězcová molekula - v jádře i v cytoplazmě - funkce: syntéza bílkovin FUNKČNÍ TŘÍDĚNÍ ORGANICKÝCH LÁTEK: a) ENZYMY = BIOKATALYZÁTORY - vstupují do bioreakcí, ale pak z nich opět nezměněny vychází - snižují aktivační energii potřebnou k uskutečnění reakce - zahájí reakci, řídí a rozhodne o konečném produktu u každé dílčí reakce: - stavba: apoenzym -- bílkovina (globulární), větší část koenzym -- nebílkovinná složka, přímo zabudovaná do enzymu -- kov, vitamín - enzymy jsou substrátově specifické (Substrát (E1)`a Produkt 1 (E2)`a P2 (E3)`a Produkt) - Enzymová katalýza =viz. metabolismus (přeměna látek a energií) - gen`aenzym`aznak (morfologický, anatomický, fyziologický, psychický) - proenzymy: Při transportu z buňky jsou enzymy vylučovány v neúčinné podobě jako proenzymy (např. proenzym pepsinogen, který je produkován žaludečními buňkami, se mění v pepsin.) - Specifita enzymů: funkční: určitý typ enzymu katalyzuje určitý typ reakce (odpovídá koenzym) substrátová: totéž, ale na určitém podkladu (odpovídá apoenzym) - řízení enzymatických reakcí: aktivátory enzymů -- navázáním na molekulu enzymu se stávají aktivními inhibitory -- inaktivují enzym aktivátory i inhibitory jsou specifické, regulují přesně rovnováha enzymových reakcí - koncentrace substrátu / produktů reakce v rovnováze -- automatické řízení; změna koncentrace substrátu nebo produktů vede k zastavení či rozběhnutí reakce - Rychlost enzymatických reakcí je ovlivněna teplotou, pH a poměrem koncentrací substrátu- látky, která se mění působením enzymů (viz. výše). b) VITAMÍNY .přehled viz. Výživa člověka - pro život nezbytné - látky různého chemického složení - význam: 1. jsou enzymem nebo plní funkci enzymu - získáváme z potravy (vznikají v rostlinách) c) HORMONY - význam: regulace biochemických procesů - u rostlin i živočichů - látky různorodé povahy (hl. steroidní) d) BIOLOGICKÁ BARVIVA - látky barevné, různorodé povahy - význam: 1. katalytický účinek 2. ochranný účinek 3. přeměna různých forem energií - lipofilní = rozpustné v tucích (v plastidech= chlorofyly, xantofyly, karoteny), - hydrofilní = rozpustné ve vodě (hydrochromy - ve vakuolách, antokyany a flavony) `a rostlinné => asimilační barviva: - chlorofyl -- zelený; typy A, B, C, D (každý jinak zelený, v rostlinách 2 typy) - fykoerytrin - červený - xantofyl -- hnědá až žlutá; v chromoplastech - fykocyanin - modrozelená - karoteny -- oranžové až červené; v chromoplastech - flavony -- žluté; v květech, oplodí citronu a pomeranče - antokyany -- mohou být růžové, červené, do fialova, do černa; barva ovlivněna stářím rostliny, přítomností cukrů a teplotou; např. borůvky, třešně, ostružiny, červená řepa `a živočišné - karoteny - flaminy (ryboflamin B[2]) - hemoglobin - červený - melaniny -- v pokožce při opalování, zachycuje ultrafialové záření e, TŘÍSLOVINY = TANINY - nalézají se ve vakuolách, ve vodě jsou rozpustné - nahořklá svíravá chuť - typické pro rostliny (dřevo, kůra, některé plody) - používají se v lékařství proti ekzémům, nebo v koželužství f) SILICE A PRYSKYŘICE - pryskyřice -- např. fosilní pryskyřice -- jantar; v chmelu -- samičí šištice (při opylení dojde k znehodnocení, Lupulon v chmelových šišticích způsobuje hořkost piva.) - používají se jako balzámy = roztoky pryskyřice v silicích a) kanadský -- optika, mikroskopy b) peruánský -- lékařství, balzamování - vyskytují se u jehličnatých stromů. Při poranění stromu zacelí ránu, mají dezinfekční účinky. Na vzduchu tuhnou, jsou nerozpustné ve vodě - silice -- vonné těkavé látky (éterické oleje, koření, voňavky, pochutiny) g) GLYKOSIDY - látky sacharidové povahy (sloučeniny cukrů s aromatickými látkami) - mohou být jedovaté ( např. amygladin -- jádra meruněk, mandle) - využívají se v lékařství - aromatické látky - konvalinky, některé jehličnany Z nejběžnějších jsou to : - salicin (vrba, topol -- kůra, listy, pestíky), - koniferin (v kambiu jehličnanů), - digitalin (náprstník)!! - konvalotoxin (konvalinka)!! - amygdalin (mandle, jádra meruněk).!! h) ALKALOIDY - dusíkaté organické látky - rozpustné ve vodě (zásadité pH) - produkty metabolismu rostlin - pro jiné organismy jedovaté => ochranná funkce! - léčivé i jedovaté, návykové!!! Zneužívají se jako drogy!!! - rozpustné ve vodě - NAPŘ.kofein, thein, nikotin, kokain, morfin, aj.!!! i) ORGANICKÉ KYSELINY - Nalézají se ve vakuolách buď volné (podmiňují kyselost = aciditu buňky), - jako roztoky solí, - nebo jako krystaly vápenatých solí (př. šťavelan vápenatý (COO)[2]Ca). Z nejběžnějších kyselin to jsou šťavelová ((COOH)[2] -- rebarbora, šťavel), citronová, askorbová (vitamin C), vinná, jablečná a další. j) TERPENY - Vyskytují se u jehličnatých stromů. Nejznámější terpentýn se používá jako rozpouštědlo a ředidlo. k) KLOVATINY - nejznámější arabská guma a klovatina jako kancelářské lepidlo. l) LATEXY - jsou to produkty mléčnic. Latex z kaučukovníku se používá k výrobě gumy (např. pneu). Ad. 2. Struktura živých organismů 1. Organismy nebuněčné (podbuněčné) -- mají velmi zjednodušenou stavbu, nemají "zařízení" pro rozmnožování a metabolismus-využívají hostitele- mohou existovat jen jako paraziti, např. viry 2. Organismy buněčné a) jednobuněčné --s prokaryotickou buňkou -- bakterie, sínice b) kolonie -- některé sinice, řasy, prvoci c) mnohobuněční-(eukaryota) d) obligátní = nutná společenstva -- jednotlivé organismy jsou dále diferencovány, např. sociální hmyz (mravenci, včely, termiti), některé druhy hmyzožravců (někteří krtci) Ad. 3. Buněčná stavba - virů - bakterií - hub - rostlin - živočichů doplnit individuálně dle zadané literatury --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- TÉMATICKÝ OKRUH 1.Biologické vědy-předmět a metody zkoumání KLÍČOVÁ SLOVA Život -charakteristika živých soustav, základní podmínky a projevy života Chemické složení živé a neživé přírody (třídění prvků a sloučenin) TÉMATICKÝ OKRUH 5.Organismus -rozmanitost života KLÍČOVÁ SLOVA Prokarryota-prvojaderní: říše nebuněční=podbuněční-hlavně viry - stavba, význam říše prvobuněční -hlavně bakterie a sinice -"- Eukariota - jaderní : říše rostliny, houby, živočichové -"- (POZNÁMKA: charakteristika na úrovni přehledu literatura č.11) /Stavba buňky a základní rozdíly ve stavbě buněk organismů uvedených říší, přenos látek přes membránu - difuze a aktivní transport, turgor a osmóza. Základní buněčné organely eukariot a jejich funkce(buněčná stěna, cytoplazma, jádro,vakuoly-lyzozomy, mitochondrie, endoplasmatické retikulum, plastidy), mitóza a meióza- vysvětlit význam*