Elu organiseerituse tasemed, teaduslikud uurimismeetodid, organismide keemiline koostis. (0)

BIOLOOGIA 1
1.1 Elu omadused

• Mis on elu?
  

Mateeria osa, mis suudab end ise kasvatada ja paljundada

• Valgud töötavad selle nimel. (Põhiosa moodustavad valgud, praktiliselt kõik reaktsioonid toimuvad ensüümide (valkude) osalusel).
  
• Valkude töös seisneb elu.
  
• Erinevaid valgumolekule on miljardeid, nende koostoimimine ongi elu.
  
• Bioloogia on teadus, mis uurib elu
  
• Elu määratlemine on võimalik vaid mitme tunnuse koosesinemise kaudu.
  
• Biomolekulid : sahhariidid , lipiidid , valgud, nukleiinhapped , vitamiinid jt.
  
• Rakk on kõige lihtsam ehituslik ja talituslik üksis, millel on kõik elu omadused.
  
• Ükski organism ei saa väliskeskkonnast otse rakkude ülesehituseks sobivaid valke, lipiide või sahhariide , need tuleb kõigil ise sünteesida.
  

neuro (närvisüsteem) – humoraalne -> annavad käsu hormoonidele
Elu iseloomustavad tunnused, omadused

• rakuline ehitus (biomolekulide esinemine)
  
• kõrge oraniseerituse tase
  
• aine-ja energiavahetus
  
• stabiilne sisekeskkond
  
• reageerimine keskkonna muutustele, ärritustele
  
• paljunemine
  
• kasvamine ja areng
  

Areng on muutus rakus.
Kasvamine on lihtsalt organismi suurenemine, areng ei ilmne mitte ainult üksikorganismi puhul – see avaldub elu organiseerituse kõigil tasemetel .
biosfäär->ökosüsteem->liik> populatsioon ->organism->organ->kude->rakk-> organell -> molekul ->aatom
1.2. Eluslooduse oraniseerituse tasemed .

Molekulaarne tase

• Biomolekulid -> orgaanilised ained
  

Näiteks:

• Sahhariidid
  
• Lipiidid
  
• Valgud
  
• Nukleiinhapped, DNA ja RNA
  

Teadused : molekulaargeneetika , molekulaarbioloogia

Rakuline tase

• Organellid on raku koostisosad.
  

Teadused: tsütoloogia

Koe tase

• Kude – sarnase ehituse ja talitlusega rakud koos vaheainega
  

• epiteelkude
  
• lihaskude
  
• sidekude
  
• närvikude
  

Teadused: histoloogia

Organ = elunditasand

Elundkonna tase
Organi moodustavad koos talitlevad koed , nad täidavad ühist ülesannet.
Teadused: kardioloogia , pulmonoloogia ( kopsud ), nefroloogia ( neerud ), psühhiaatria – aju ja kesknärvisüsteem, neuroloogia – piirdenärvid
Inimestel pole kinnine vereringe

Organismi tase

• Ainurakne on ka organism.
  
• Organismi tasandit peetakse rakust järgmiseks olulisemkas eluslooduse organiseerituse tasemeks.
  
• HOMÖOSTAAS – sisekeskkonna stabiilne seisund
  
• närvid – neuraalne regulatsioon
  
• hormoonid – humoraalne regulatsioon
  Teadused: anatoomia (organismide ehitus), füsioloogia (talitlus), etoloogia (loomade käitumist, mis põhineb instinktidel), psühholoogia (käitumine)' jne...
  
• Organism = isend = indiviidid
  

Populatsiooni ja liigi tase

• Liigi moodustavad organismid, kellel on sarnane sise-ja välisehitus, sarnased geenid , kindel levila, kelle isendid annavad omavahel viljakaid isendeid
  
• Populatsioon – ühe liigi isendid teatud territooriumil.
  Teadused, mis hakkavad uurima kõike alates populatisoonist: populatisooni geneetika, ökoloogia, evolutsioon
  Teadused: zooloogia (loomad), botaanika (taimed), mammoloogia ( imetajad ), mükoloogia (seened), mikrobioloogia
  

Ökosüsteemi tase (ja koosluse tase)

• Ökosüsteem on isereguleeruv süsteem, millesse kuuluvate populatsioonide koosseid ja arvukus säilib pikema aja jooksul stabiilsena.
  

Teadused, mis hakkavad uurima kõike alates populatisoonist: populatisooni geneetika, ökoloogia, evolutsioon

Biosfääri tase

• Suurim ökosüsteem
  

Teadused, mis hakkavad uurima kõike alates populatisoonist: populatisooni geneetika, ökoloogia, evolutsioon

Bioloogia haru
Eluala ja/või elukutse
molekulaargeneetika
tõuaretus, materjalitehnoloogia , kohtuekspertiis
tsütoloogia
kloonija, kreemide väljatöötaja, piimatööstus
histoloogia
puusepp , tatoveerja, augustaja, massöör, riidetööstus
anatoomia
õmbleja, kunstnik, lihunik, lahkaja
etoloogia
loomade dresseerijad, loomade fotograafid, loomapoe müüjad
füsioloogia
kingade valmistajad, fotograafid,
psühholoogia
poliitik, õpetaja, pantvangi olukordades läbirääkija, kirjanik
zooloogia
loomaarst, loomapoe müüja, jahimees
botaanika
lillepoe müüja, lilleseadja, põllumees
mükoloogia
seeneline, seeneraamatu autor, seente sööja
ökoloogia, evolut -siooniõpetus, populat-sioonigeneetika
arheoloog, ajaloolane , küttimisnormide määraja, kalur, ehitaja, õhupuhastustarvete tootja, jahimees,
1.3. Teaduslik uurimismeetod

• Loodusseadused on teaduslike faktide üldistused, mis võimaldavad samaaegselt selgitada mitmeid loodusnähtusi.
  
• Loodusseadused aitavad meil paremini aru saada looduses toimuvast.
  
• Teaduslik meetod – lähenemine, mida teadlased oma uurimustöös kasutavad.
  
• Teaduslikud faktid – teadmised, mis on teadusliku meetodi abil leidnud korduvat kinnitust
  
• Teaduslik hüptees on oletatav vastus püstitatud probleemile.
  
• Igapäevases elus ettetulevate probleemide suhtes tehtavad oletused ei ole teaduslikud hüpoteesid.
  
• Eksperimiendis kasutatakse üldjuhul kahte uurimisobjektide gruppi: ekspermentaal- ja kontrollgruppi.
  

Kokkuvõte.
Bioloogia uurib elu. Elu saab määratleda vaid mitme tunnuse koosesinemise kaudu. Biomolekulide esinemine on esmane elu tunnus. Rakk on kõige väiksem üksus, mille on kõik elu omadused. Elu iseloomustav organisatoorne keerukus väljendub ehituslikul, talituslikul ja regulatoorsel tasandil.
Aine- ja energiavahetuslike protsesside regulatsiooniga tagatakse organismide sisekeskkonna stabiilsus. Organismid sünnivad, arenevad ja surevad ning teevad oma inividuaalses arengus läbi rea muutusi. Iga liigi esindajad on võimelised paljunema ja selle tulemusena andma endasarnaseid järglasi. Organismid reageerivad välisärritajatele. See võib väljenduda näiteks liikumises.
Bioloogia uurib elusloodust eri tasemetel: molekulaarsel, rakulisel, organismilisel, liigilisel ja ökosüsteemsel. Iga tasemega tegelevad bioloogia mitmed teadusharud. Loodusteadlased kasutavad oma igapäevases töös teaduslikku meetodit. See hõlmab järgmisi etappe : probleemi püstitamine, taustinfo kogumine, hüpoteesi sõnastamine ja kontrollimine ning tulemuste analüüs ja järelduste tegemine. Teaduslikku meetodi rakendamisega jõutakse faktide ja seadusteni. Ühe valdkonna faktide ja seaduste üldistamisega võib välja töötada seadusliku teooria.
2.1. Keemiliste elementide keskmine koostis rakkudes.

• Elutegevueseks peab olema vähemalt 27 elementide
  
• Inimesel keskmiselt 70-90 elementi.
  

1.Makroelemendid > 10 ² %

põhielemendid (makroelemendid)-> 6 elementi (moodustavad 96-98% raku keemiliste elementide kogumassist.

• O – oksüdeerija, energia saamine
  
• H – toidab süsiniku skeletti
  
• N – valk, DNA – nukleiinhappes
  
• P – aminohapped , energia PO4
  
• S – nukleiinhapped
  
• C – orgaanilise skeleti põhiomadus
  

Ioonidena esinevad

• Ca – vastutab vee hulga eest, vee regulatsioon, raku osmootse rõhu tagaja, rakendab hormoonide tegevust, üks närvi ülekande vahendaja, lihaste kokkutõmbed, luudes, mis eristab luukoe kõhrkoest.
  
• Mg – osaleb otseselt lihaslõtvuses, B- vitamiin Mg omandamist -> C-vitamiin B-vitamiini omandamist, taimedes rohkem
  
• K – tagab rakumembraani potentsiaali, liigub vabalt läbi raku.
  
• Na – närviülekande vahendaja. Omad ensüümid, mis tagavad rakusliikumise
  
• Cl – osaleb närviülekandes, põhiline mao happe koostisosa
  

2. Mikroelemendid 10 ² - esinevad bioaktiivsete ainete koostises. Mõjutavad vähesel määral oluliselt organismi ainevahetust. Hormoonid, ensüümid, vitamiinid.

• I – kilpnäärme hormoonid
  
• Co – põrnas vere loomiseks
  
• Fe – hapniku transport, vere punaseks tegija
  

3. Ultramikroelemendid
Anorgaanilised ained (80%) - peamiselt iseloomulikud eluta loodusele.

• Põhiosa moodustab vesi 70-95%; imikul 90-95%, täiskasvanul 70-75%, vanuritel 60-65%.
  
  • Vesi on hea lahusti.
    
  • Enamik keemilisi reaktsiooni toimub just vesilahustes.
    
  • Keha temperatuuri säilitamine - TERMOREGULATSIOON
    
• veel alused, happed, soolad
  
• katioonidest on organismides olulisel kohal H, NH4, K, Na, Ca, Mg, Fe (2+) ja Fe(3+)
  
• anioonidest on olulised hüdroksüül- (OH), karbonaat- ( HCO3 ja CO2), fosfaat - (H2PO4 ja HPO4), kloriid- (Cl) ja jodiidioonid (I)
  

Orgaanilised ained (ühendid) – peamiselt iseloomulikud elusloodusele

• Biomolekulid – orgaanilised ühendid, mis moodustuvad organismide elutegevuse tulemusena.
  
  • Bioaktiivsed ained – põhiliselt ensüümid, vitamiinid ja hormoonid
    

• VALGUD ehk proteiinid on biopolümeerid, mille monomeeriks on aminohappejäägid (~14%). Moodustavad põhilise organismi tahke osa.
  

• Inimese organismis ~ 50 000, eluslooduses 10^12 erinevat valku.
  
• Koostises 20 erinevat põhiaminohapet
  
• Aminohapped on amfoteersed ühendid, koostisse kuuluvad aminorühm ja karboksüülrühm.
  

• Peptiidsideme moodustumine , kahe aminohappe omavahelisel reageerimisel moodustub ribosoomis nende vahele kovalentne side
  

• Valkude omaduste erinevused tulenevad aminohappejääkide järjestusest ning nede hulgast valgumolekulis
  
• Valgu struktuur:
  
  1) Primaarstruktuur - aminohappeline järjestus (kokkupakitud)
  2) Sekundaarstruktuur – keerdunud või kokku volditud
  3) Terstiaarstruktuur – gloobulid või fibrillid (lihastes)
  4) Kvarternaarstruktuur – mitme polüpeptiidid ühinemisel (ainult globulaalsed) nt. hemoglobiin
  

Denaturatsioon ( lagunemine ) ja Renaturatsioon ( taastumine aga mitte täielik)

• Valkude ülesanded
  
  1) Ensümaatiline funktisoon (ensüüm osaleb, kuid väljub samasuguselt
  
  • Ensüümid on valgud(biokatalüsaatorid), mis reguleerivad biokeemiliste reaktsioonide kiirust
    
  • Iga ensüüm seastub ainult kindla lähteainega.
    
  2) Ehituslik funktsioon – rakuorganellides (absoluutselt kõigis); karvad, küüned, küünised, kabjad, sõrad, suled.
  3) Kaitsefunktsioon – antikehad (alati kompleksvalk) koosnevad valkudest. Antikeha seostub ainult selle molekuliga, mille vast ta on sünteesitud
  4) Regulatoorne funktsioon – valgulised hormoonid, näiteks insuliin
  5) Liikumisfunktsioon – kontraktsioonivalgud (kokkutõmbuvad) tsentrioolis ja lihasrakkudes
  6) Transportfunktsioon - transportvalgud rakumembraanis
  7) Retseptorfunktsioon – retseptorvalk võtab info vastu rakumembraanis
  8) Energeetiline funktsioon – (valkude lagunemisel vabaneb energiat 17, 6 kJ/g). Organism kasutab valke energiana viimases hädas. (kõige vähem tähtsam ülesanne)
  
  • HIV toimel lakkab inimese vere rakkudes antikehade teke.
    
• LIPIIDID (2% ja kõige mitmekesisem)- orgaaniliste ühendite klass, kuhu kuuluvad rasvad , õlid, vahad, steroidid jt vees enamasti mittelahustuvad ühendid.
  
  1) Lihtlipiidid – alkoholide ja rasvhapete estrid (rasvad, õlid, valgud)
  
  • vees lahustumatud
    
  • lõhnatud
    
  • rasvad -> organismis energia varuained, enamasti tahked, enamasti loomades, üksiksidemetega
    
  • vahad -> nii küllastunud kui küllastumata, erinevad alkoholid , enamasti taimedel
    
  • õlid -> enamasti taimedes, 2 ja 3-sidemed
    
  2) Liitlipiidid – moodustuvad, kui lihtlipiidid ühinevad teiste keemiliste ühenditega, nt fosfolipiid (koosnevad rakumembraanid). Asendub mõni rasvhappejääk.
  3) Steroidid on tsüklilised lipiidid, nt suguhormoonid, neerupealsete hormoonid, vitamiin D, kolesterool, vees peaaegu ei lahustu
  
  • Lipiidide ülesanded:
    
    1) Ehituslik ülesanne, nt rakumembraan
    2) Kaitseülesanne
    3) Energeetiline varuaine
    4) Regulatoorne ülesanne (hormoonid)
    
• SAHHARIIDID ehk süsivesinikud
  
  • Sahhariidid on orgaanilised ühendid, mille koostises on süsinik, vesinik ja hapnik
    
  • organismides enamasti polümeeridena
    1) Monosahhariidid – süsiniku aatomite arv molekulis on 3-6
    
    • Enamikus organismide põhiliseks energiaallikaks (17, 6 kJ/g)
      
    • vees lahustuvad
      
    • magusad
      
    • riboos (RNA koostises), desoksüriboos (DNA koostises), fruktoos (ei vaja transportrakkusid), glükoos (vajab transportrakkusid)
      
    2) Oligosahhariidid – 2-3 monosahhariidi on omavahel liitunud
    
    • maltoos ( linnasesuhkur ), sahharoos ( peedi - ja roosuhkur), laktoos (piimasuhkur)
      
    3) Polüsahhariidid on polümeerid, mille monomeerideks on monosahhariidide jäägid
    
    • (taimerakkudes varuaineteks; nt tärklis, tselluloos)
      
    • tselluloosikiud muudavad taimerakkude kestad tugevaks )
      
    • glükogeen (loomsetes rakkudes varuainena)
      
    • itiin (seenerakkude, putukate koostisosa)
      
  • Ülesanded:
    
    • esmane energiaallikas
      
    • varuainena
      
    • ehituslik
      
• inuliin – moodustunud fruktoosijääkidest
  
• probiootikumid (bakterid, kes elavad inimesega sümbioosis, aitavad lagundada kuidainedid (polüsahhariidid) jm aineid, mida inimene seedida ei suuda) Kuidained sisaldavad inuliini ja tselluloosi
  
• prebiootikumid (kuidained mida lisatakse toidule, soodustamaks probiootikumide kasvu
  

Nukleiinhapped

• DNA – desoksüribonukleiinhape
  
  • Dna on biopoümeer, mille monomeerideks on desoksüribonukleotiidid
    
  • ülesandeks säilitada/ülekanda pärilikkusinfot
    
  • on kaheahelaline, mis on omavahel seotud vastavalt komplementaarsusprintsiibile.
    
    • Komplementeeritud on:
      A=T (ühes ahelas A, teises T; vahel on vesinikside)
      G≡C
      

• Replikatisoon – DNA kahekordistumine, kahe ahela liitumisel on üks alati vana
  
• desoküribonukleotiid koosneb kolmest osast: fosfaatrühm, sahhariid – desoksüriboos, lämmastikalus.
  
• Lämmastikalused ja monomeeride nimetused:
  
  • adeniin (A) -> adenosiinfosfaat
    
  • guaniin (G) -> guanosiinfosfaat
    
  • tsütosiin (C) -> tsütidiinfosfaat
    
  • tümiin (T) -> tümidiinfosfaat
    
• Inimesel on 23 kromosoomi
  
• DNA on kromosoomide tähtsaim koostisosa. Ühes kromosoomis on 1 DNA
  
• RNA – ribonukleiinhape
  
  • RNA on biopolümeer, mille monomeerideks on ribonukleotiidid
    
  • üheahelaline
    
  • ülesandeks pärilikkusinfo avaldamine
    
  • Ehitus sarnaned DNA omale:
    
    • fosfaatrühm
      
    • riboos (sahhariidid)
      
    • lämmastikalus
      
  • Kolm RNA lämmastikalus on samad, mis DNA koostises, viimane on erinev:
    
    • adeniin (A)
      
    • guaniin (G)
      
    • tsütosiin (C)
      
    • uratsiil (U) -> uridiinfosfaat
      
    • C≡G
      
    • A=C
      
  • Erinevatel RNA molekulide on erinev ülesanne
    
    • Informatsioon -RNA (mRNA) – DNA-s oleva info toomine tuumast tsütoplasmasse, primaarstruktuuris
      
    • transport- RNA (tRNA) – transpordib aminohappeid valgu biosünteesiks, sekundaarstruktuuris, heeliks
      
    • ribosoom – RNA (rRNA) – koht, kus toimub valgu biosüntees
      
      • selles moodustub ribosoom (raku organell)
        
      • on sekundaarstruktuuri organismis
        

RNA
DNA
erinevused

• Nii primaar -, kui sekundaarstruktuur
  
• 3 erinevat molekuli
  
• viimane lämmastikalus uratsiil
  
• sahhariid: riboos
  
• komplementaarsus : A=U, G≡C
  
• üheahelaline (osaline biheeliks )
  
• pärilikkuse info realiseerimine
  

• Ainult sekundaarstruktuur
  
• 1 erinev molekul
  
• viimane lämmastikalus tümiin
  
• sahhariid: desoksüriboos
  
• komplementaarsus: A=T, G≡C
  
• kaheahelaline (biheeliks)
  
• pärilikkuse info edasi andmine/säilitamine
  

sarnasused

• Mõlemad on biopolümeerid
  
• mõlemal on fosfaatrühm
  
• monomeeri koostistunnuseks on 3 rühma
  
• mõlemal on komplementaarsus (kindlad tähed)
  
• kolm lämmastikalust on samad (A, G, C)
  

Kokkuvõte.
Organism koosneb anorgaanilistest ja orgaanilistest ainetest. Kõige rohkem on nende koostises hapnikku, süsinikku ja vesinikku. Rakus esinevatest ainetest moodustab vesi üle 80%. Ta on hea lahusti, osaleb mitmesugustes keemilistes reaktsioonides ja aitab säilitada organismisisest püsivat temperatuuri. Enamik organismis leiduvatest anorgaanilistest ühenditest on dissotsieerunud katioonideks ja anioonideks. Need osalevad organismi aine-ja energiavahetuses ning paljude elutegevusprotsesside regulatsioonis.
Sahhariidid, lipiidid, valgud ja nukleiinhapped on organismide peamised orgaanilised ained ehk biomolekulid. Neist polüsahhariide, valke ja nukleiinhappeid nimetatakse ka biopolümeerideks. Sahhariididel ja lipiididel on põhiliselt energeetiline ja ehituslik ülesanne.
Valgud koosnevad peptiidsidemega ühendatud aminohappejääkidest. Nad täidavad organimis ensümaatilist, ehituslikku, transport-, retseptor-, regulatoorset, kaitse-, liikumis -, ja energeetilist funktsiooni.
Kõigis organismides on kahte tüüpi nukleiinhappeid: DNA ja RNA. DNA molekul on kaksikahelaline biheeliks. Ta on kromosoomide peamine koostisaine, mis talletab oma nukleotiidses järjestuses pärilikku infot. Geneetilise info realiseerumine toimub erinevate RNA molekulide kaasabil.