Велики свет у малом свету


У једном чланку који се бави информатиком се, између осталог каже, да се свет шокирао сазнањем да информације које можемо пронаћи на интернету заправо имају и некакву физичку масу! Можда је претерано рећи да се баш цео свет шокирао, али мене је та вест заиста заинтригирала. Уколико је и неког од вас, чланак можете пронаћи овде. У чланку се помиње и да су све информације укупно, а ко зна колико их милијарди има, тешке свега колико и једна јагода. Огроман свет информација заузима тако мало простора. За једног биолога, ипак, то баш и није шокантно.

Већина мојих ђака зна да се све информације које су нам неопходне да би наше тело и изгледало и функционисало (баш као и код свих других живих бића) записане у генима. Гене добијамо од родитеља, па их називамо основним јединицама наслеђивања. Они су сачињени од макромолекула дезоксирибонуклеинске киселине, скраћено ДНК (код нас, а за Енглезе DNA, јер киселину називају acid).

Молекул ДНК изгледа као мердевине које су спирално увијене. Овај молекул називамо макромолекулом, јер су у његовом саставу многи мањи молекули. Заправо, делови ДНК су тзв. нуклеотиди. Једро се иначе назива нуклеус, па отуда и назив нуклеотидима, па отуда и назив дезоксирибонуклеинској киселини.

Овако изгледа модел ДНК.

Нуклеотид би био половина пречке ових „мердевина“, уз деличак вертикалне летве и он се састоји од неких делова. Ако кренемо од краја ка унутра, прво ћемо налетети на шећер дезоксирибозу. Јасно вам је да њему дезоксирибонуклеинска киселина дугује почетак свог назива. До сада смо у биологији помињали само шећер глукозу. Дезоксирибоза је такође шећер, али скроз различит. Угљеникових атома у глукози је шест, па она припада групи хексоза (-оза је иначе увек суфикс за шећере, а хекса значи шест), а дезоксирибоза је пентоза, што значи да угљеникових атома има пет. Уосталом, пребројте:

Први шећер је дезоксирибоза, а други је рибоза. Ако их упоредимо, видећемо да дезоксирибоза има један кисеоников атом мање; зато је дез-окси (што би значило без-кисеоника). Дакле, дезоксирибоза је рибоза али без једног кисеоника, па отуда и назив.

Саме пречке ових „мердевина“ чине пуринске и пиримидинске базе. Половина пречке је једна од тих база и она је везана за другу базу, другу половину пречке. Цака је у томе да не може свака база да се веже за сваку. Пуринска база се везује за пиримидинску, али тако да се аденин (пуринска) везује за тимин (пиримидинска), а гуанин (пуринска) за цитозин (пиримидинска). То је иначе одређено бројем доступних веза; аденин и тимин се везују двоструком, а цитозин и гуанин троструком везом. Ове везе су тзв. водоничне и њих основци не уче; довољно је да знамо да су ове везе прилично слабашне у односу на друге хемијске везе, попут ковалентне и јонске. То је добро за молекул ДНК јер понекад он мора да се раскине попут рајсфершлуса, али није добро да се то дешава увек. Зато молекул ДНК не изгледа као обичне мердевине, већ спирално увијене; са свих (спољних) страна су шећери рибозе који штите слабе водоничне везе, које су унутра. То значи да се пречке практично не виде и на ове мердевине бисмо се тешко попели. 🙂

И ово се дешава нашој ДНК, али о томе другом приликом.

Да ли је могуће да се аденин веже за цитозин или гуанин за тимин? Свашта је могуће. То су грешке које се дешавају и оне могу да доведу до мутација, односно промена на генима. Додуше, то није једини начин како мутације настају.

Дезоксирибозе су међу собом везане фосфатним групама. Фосфатна група је заправо део фосфатне киселине, чија је формула H3PO4 (али без водоника с почетка формуле). И то је то што се тиче овог молекула, који шематски изгледа овако:

Наранџасти петоугаоници су дезоксирибозе, међусобно повезане жућкасто обојеним фосфатима, а унутра су базе, свака обојена другачијом бојом.

Најважније је да се парови база смењују један за другим и у зависности од њиховог редоследа испољиће се одређена особина. Дакле, ова четворка је заслужна за невероватно разноврстан изглед свих живих створења на Земљи. Јер, није исто да ли ће се ређати АТ, АТ, ЦГ, па опет АТ или АТ, АТ, АТ, па тек онда ЦГ (користио сам почетна слова назива појединих база). Комбинација је бескрајно много, а од њих зависи коју боју очију ћемо имати, да ли ћемо имати реп или да ли ће нам плућни мехурићи бити лоптасти. Уз то, осим редоследа, особину одређује и број парова, а он се раликује од особине до особине. За неке је потребно више, а за друге мање. Дакле, заиста бескрајан број комбинација.

Враћам се на почетак приче и зашто сам остао нешокиран вешћу да огроман број информација са интернета стаје у тежину једне јагоде. ДНК је тако густо пакована, такође и захваљујући спиралној увијености, да када би се овај молекул одвртео из само једне (микроскопски ситне) ћелије, добила би се нит дуга два метра! А то је веће од већине људи. 🙂 Пробајте један мини оглед; узмите кончић и уврћите га докле год можете. Пре увртања га измерите лењиром. Након увртања га поново измерите. И још један податак; када би се саставили кончићи (од по два метра) из свих наших ћелија (а све, осим црвених крвних зрнаца их имају), добила би се дужина равна двоструком пречнику нашег Сунчевог система! Питајте наставнике географије колико је то. (За нестрпљиве који баш сада немају час географије, линк је овај). 🙂

Невероватна вест је осванула негде у децембру 2010. када је већи број научника, радећи у тиму, довео у сумњу нешто у шта се до тада није сумњало; да ДНК не мора да буде грађена од истог материјала код свих становника наше планете. Могуће је да је неки ванземаљски (микро)организам развио потпуно другачији материјал за неке своје гене, али се то од домаћих микроорганизама није очекивало. Овај тим је одгајао неке врсте бактерија на подлози у којој се налазио, иначе отрован, арсеник. Бактерије су га усвајале и чак се некако кроз анализе показало да се везивао и за, можда, ДНК. Научници су чак сугерисали да је арсеник истиснуо фосфор и заузео његово место. Сећате се, фосфор је кључни елеменат фосфата, којима су међусобно повезане дезоксирибозе. По мом мишљењу тада, ово сазнање је сасвим било довољно да се добије Нобелова награда; то би било откриће сасвим новог живота у односу на онај који познајемо.

И јесу ли освојили престижну научну награду? Ипак не. Изостале су неке анализе које би и потврдиле да је арсеник постао део ДНК. По мишљењу других научника, те анализе и није тако тешко урадити. Очигледно је да их је тим и урадио, видео резултате и – заћутао, верујем, разочарано. Ако је за утеху том тиму научника, отпорност бактерија са којима су радили на арсеник јесте занимљиво научно откриће. 🙂

Или нам можда тај тим тек спрема нека изненађења? Осмаци су ме баш на неком од претходних часова питали шта ако постоји живот на другој планети, али који је потпуно различит. Чак толико да му уопште није потребна вода. У том случају, потрага за водом на другим планетама нема баш много смисла, ако успут тражимо и живот. Експеримент који сам описао би дао доказ да живот заиста може да се разликује и да њихово питање итекако има резона. Док то не утврдимо, изгледа да нам предстоји још много учења о животу и његовој божанствености. 🙂

Ово су те бактерије. Питање за крај: да ли су у питању коке, бацили или спирили?

Advertisements

Ко то тамо дише?


Увек ми је било необично откриће да моји ђаци у школи (или ван ње) најпре науче како се покрећу аутомобили, а тек касније (а неки ни тада :)) како се покрећу они сами. Односно, да будем прецизнији, одакле енергија и аутомобилима и нама да бисмо се покренули?

Сви већ знају да у аутомобил мора да се сипа гориво које се онда сагорева, а уз присуство кисеоника (јер без овог гаса тешко да ће да гори било шта). То се дешава у мотору који је и добио назив – са унутрашњим сагоревањем. Сагоревањем тог горива, аутомобил добија енергију да се покреће. То би могло да се представи хемијском једначином:

Изабрао сам метан, чијим сагоревањем такође добијамо енергију за многе делатности. Сагоревање бензина би ми већ био проблем (да га прикажем), јер је бензин смеша различитих супстанци.

Као што може да се види из једначине, производи су угљен-диоксид и вода. И оно што се не види, а што јесте најважније – енергија за покретање.

Овакав сличан процес се дешава и у нама. Ми нећемо у себе сипати бензин, наравно (јер бисмо се отровали), већ ћемо унети храну. Храна је наше гориво. И сагорева се уз помоћ кисеоника који удишемо (између осталих гасова, али само кисеоник заиста и користимо). Ово сагоревање се врши у свакој ћелији и то у органелама које се називају митохондрије.

Митохондрије су врло препознатљиве због дупле мембране, од којих је унутрашња прилично наборана. Наборана је из истог разлога због кога ендоплазматична мрежа изгледа како изгледа; да би се повећала површина (уосталом, „развуците“ је у мислима и упоредите колико је она заиста дугачка). У овом случају да би се сместило што више ензима, биолошких катализатора.

И ово је могуће приказати путем хемијске једначине:

За гориво, односно храну, искористио сам шећер глукозу.

И овде су производи сагоревања угљен-диоксид и вода. И наравно, енергија која нас покреће (без обзира шта причали у рекламама :)).

Дакле, на врло сличан начин добијамо енергију као и аутомобили. Да ли то значи да аутомобили дишу и да су они живи? Не. 🙂 Да би били живи, морали би да имају све одлике живих бића, па тако и да расту и да се развијају. Аутомобили то не раде, мада сам убеђен да би поједини власници (мањих) модела жарко желели да је то другачије. 🙂

Вратимо се у прошлост, за око чеитири милијарде година. Тада је, кажу научници, постојао живот. Међутим, атмосфера је била таква да бисмо се ми сигурно или угушили или отровали; исход би у оба случаја био исти. У њој није било кисеоника, што значи да тадашњи (микро)организми нису дисали. Морали су да пронађу друге начине како да дођу до енергије. Тада су неке ћелије почеле да фотосинтетишу. Процес фотосинтезе је мање-више обрнут од процеса дисања и ако поново погледате хемијску реакцију и у мислима је обрнете, оно што је био производ, сада је полазна супстанца. И обратно. То значи да је у атмосфери у све већој мери почео да се јавља кисеоник. За тадашње (микро)организме, кисеоник, као веома реактиван гас, био је смртоносан отров. Могли бисмо рећи, чак загађивач! 🙂 Зато су се неки од њих повукли у муљ где је било мало или нимало кисеоника. Ипак, други су се прилагодили тако што су почели да га користе. Данас, већина живих бића то чини.

Већина? Зар не сви? Не. 🙂 Постоје тзв. анаеробни организми, који користе енергију без да узимају кисеоник. Један од њих је квасац врсте Saccharomyces cerevisiae.

То је тај квасац. Као и сви други квасци, једноћелијски је (овде их је неколико), микроскопски ситан и припада царству гљива.

Како они то раде? Уз помоћ ензима. Ензима у живим бићима има разних, јер су задужени за разне хемијске реакције. Не може сваки да учествује у свакој. Међутим, без обзира који ензим је у питању, сви имају нешто заједничко; убрзавају хемијске реакције. При томе се сами не мењају. То можда на први поглед не изгледа значајно, тим пре што би се све те хемијске реакције одвијале и да нема ензима. У том случају, биле би толико споре, да напросто не бисмо имали времена да сачекамо да добијемо потребну енергију и – умрли бисмо.

И процес који овај квасац уме да ради може да се представи једначином:

Нема кисеоника, а и производи се разликују.

Уколико нисте препознали једињење које смо добили (уз угљен-диоксид), да вам кажем да је то алкохол етанол. Да, да, исти онај алкохол који користимо у производњи пића. Ми смо наравно, овај процес већ успешно искористили. У нашој земљи се некако најрадије производи ракија и усавршили смо процес да је правимо од различитог воћа (чији плодови садрже неопходни шећер), а које опет успева на нашем поднебљу, попут крушке, кајсије и шљиве. Од недавно, у војвођанском месту Буђановци производи се и ракија од воћа које код нас успева само у ботаничким баштама; од банане. Ова ракија је шаљиво названа мајмуновача, по аналогији са шљивовачом и крушковачом. Да ли ће ова ракија бити вест која ће досадити за три дана или почетак једног доброг пословног подухвата, показаће време, али само да знате да производња алкохолног пића, чак и овако егзотичног, није људско откриће. За њега знају и животиње у савани, на пример. Оне ипак, чекају да тај процес отпочне природно. 🙂

Овај процес се назива алкохолно врење. Међутим, то није једини начин дисања без кисеоника. Други начин је млечно-киселинско врење. Као што сам назив указује, тако може да се добије кисело млеко. Да, то значи да смо и тај процес искористили. У овом случају, главне и одговорне су неке врсте бактерија. И у овом случају, не добија се алкохол, већ млечна киселина. По њој је и цео процес добио назив.

Овакве бактерије нам киселе млеко. 🙂

Зашто се већина живих бића „одлучила“ да за дисање ипак користи кисеоник? Зар не би било практичније да га не користимо? У том случају се не бисмо угушили у ситуацијама када нам фали, а довољно је да нам фали јако кратак период времена, тек пар минута. Чини се да су поменути квасац и бактерије љубитељи млека у предности. Нису. 🙂 Наиме, на овај начин се добија много мање енергије него дисањем уз помоћ кисеоника. Зашто? Најједноставније речено, зато што процес који, на пример, има алкохол етанол као производ није завршен. Алкохол иначе гори уз помоћ кисеоника дајући угљен-диоксид и воду, што значи да би такав процес могао да иде до краја (ипак у пракси то баш није тако, али добро). С обзиром да није довршен, не можемо очекивати ни онолику количину енергије као да јесте. Отприлике, као када бисте донели делимично урађен домаћи задатак из биологије и потпуно завршен. Нећете у оба случаја добити исту оцену. 🙂

Гори!

Неки анаеробни организми су зато чак повремено аеробни, што значи да могу да удишу кисеоник. Занимљиво је да постоје и обратне ситуације; неке аеробне ћелије могу да постану анаеробне. И то чак ближе него што мислите; наше мишићне ћелије. При великим напорима, наше мишићне ћелије, када више не могу у толикој мери да створе енергију сагоревањем хране уз помоћ кисеоника, прелазе да је стварају онако како могу – без кисеоника. Производ таквог дисања је – млечна киселина. Међутим, ово „кисело млеко“ је за наше ћелије штетно и чини да оне остану у стању грча. Зато сутрадан и имамо упалу мишића.

У вези са тим, препоручујем један божанствен текст који показује и да биологије има свуда, па и у спорту. 🙂 У овом тексту ћете добити одговоре на питања зашто нам се мишићи упале, како то спречити и како излечити:

Спортска биохемија на В92

Уживајте у читању, али и у физичким вежбама и вратите се касније на овај блог. 🙂

Опасне биљке


Биљке су морале да се прилагођавају, баш као и сва друга жива бића, различитим стаништима. Некада им услови живота, односно еколошки фактори и нису баш наклоњени. На пример, земљиште на коме живе може бити веома различитог састава, па и сиромашно неким важним супстанцама. Азот је један од елемената који је незаобилазан у молекулу амино-киселина, односно протеина. Уколико њега нема довољно, биљка неће моћи да створи супстанце које у огромном проценту сачињавају сваки организам. Детелине и њима сродне биљке су то решиле симбиозом; у свом корењу су угостиле посебан тип бактерија, азотофиксаторе, способне да елементарни азот из ваздуха пренесу у земљиште у виду соли. Биљке со могу да упију својим корењем, наравно ако је растворена у води, али елементарни азот, иако га у ваздуху има више него било чега другог, не могу ни да „пипну“. Заправо, могу да га „удахну“ кроз стоме на својим листовима, али то је све. Он напушта лишће, као што написах, нетакнут. Драгоцене бактерије помажу биљкама.

Друге биљке су своје лишће усавршиле (преобразиле) за сасвим другачију стратегију проналажења преко потребног азота. Да поновимо; азот је саставни део амино-киселина, које су саставни део протеина, а који су, опет, саставни део сваког организма. То значи и животиња. Да би дошле до азота, биљке су „одлучиле“ да дођу до животиња. Њихови листови су зелени, пуни хлорофила и способни да врше фотосинтезу. Те биљке су дакле, аутотрофне. Њихови листови су такође и опасне замке за животиње које ће уловити и сварити. То их ипак не чини миксотрофима. Миксотрофи, попут зелене еуглене, могу да се хране и аутотрофно и хетеротрофно (што бисмо рекли и као биљке и као животиње). Међутим, ове биљке месождери се заиста не хране животињама. Од њих узимају само азот. И фосфор.

Како то раде? Има неколико начина.

Први: листови им се склапају попут листова књиге.

Други: листови прилепљују плен тзв. тентаклама.

Трећи: листови су у облику крчага са клизавим унутрашњим странама. Неке врсте имају толико велике крчаге да у њих може да се смести голуб, на пример.

Мешница (Utricularia exoleta) је биљка која живи и код нас. Подводна је биљка и плен хвата тако што пушта да у њене листове попут мехура нагло уђе вода. На тај начин усиса и плен, у овом случају пуноглавца.