4.2. Desio se život na Zemlji – ćelija

Tokom miliona godina, u nekoj primordijalnoj hemijskoj supi, molekuli su se povezali i napravili žive ćelije. Život je počeo veoma postepeno da se razvija, od jednostavnih formi ka veoma komplikovanim i savršenijim oblicima. Javlja se raznolikost života u vodi, na kopnu, i u vazduhu. Život nalazimo čak i u ekstremnim uslovima opstanka poput predela sa veoma visokim (geotermalni izvori u dubinama okeana) i sa niskim (Arktik i Antarktik) temperaturama.

Šta je to ćelija?

Preko endotelnih ćelija se razmenjuju različite materije i gasovi između krvi i ćelija tkiva koja se nalaze oko kapilara.

Ćelija je osnovna jedinica građe i funkcije svih živih bića, osim virusa.

Svi organizmi su izgrađeni od jedne ili više ćelija.

Ćeliju možete zamisliti kao jedan grad! Svaki deo ima svoju ulogu, kao u gradu, od proizvodnje energije i korišćenja, pa sve do razgradnje.

Šta je potrebno da bi nastala ćelija?

Potrebni su biomolekuli kako bi napravili ćelijske komponente.

Šta su biomolekuli?

Biomolekuli su veliki molekuli sastavljeni od mnoštva atoma, a proizvode ih živi organizmi. Najzastupljeniji biomolekuli su ugljeni hidrati, lipidi, nukleinske kiseline i proteini.

Odakle su došli biomolekuli?

Na početku su postojale samo neorganske komponente. Od njih u procesima hemijskih reakcija nastaju neorganski molekuli.

_{Prilagođeno od: NASA/Goddard Space Flight Center/Francis Reddy/Wikimedia Commons (Public Domain). Benjah-bmm27/Wikimedia Commons (Public Domain). Thomas Splettstoesser/Wikimedia Commons (Public Domain), Incnis Mrsi/Wikimedia Commons (CC0 1.0 DEED), Zephyris at the English-language Wikipedia/Wikimedia Commons (CCBY-SA 3.0 DEED), NSF (CC BY-SA 3.0 DEED), Kelvin Song/Wikimedia Commons (CC0` 1.0 DEED), NASA/Wikimedia Commons (Public Domain)}

Kako se moglo dogoditi da život nastane iz neživih komponenti?

Elementarne čestice, nastale nakon Velikog prasta formirale su prve atome, koji su potom 1formirali prve molekule. Postepenim prelaskom od jednostavnih ka složenim molekulima, preko složenih sistema, i na kraju do živih sistema. Neorganski molekuli su se usložnjavali i gradili male organske molekule (monomere).

neorganski molekuli → mali organski molekuli.

Kada je koncentracija malih organskih molekula postala dovoljna, oni su se spojili u složenije molekule, biomolekule (organski polimeri, lipidi, nukleinske kiseline, proteini,..).

mali organski molekuli → biomolekuli.

Kada su se stvarali biomolekuli, na Zemlji su vladali sasvim drugačiji uslovi od onoga kako je danas. Ovi uslovi su davna prošlost.

Danas samo živi organizmi stvaraju biomolekule.

Biomolekuli doveli su do ćelija, koje su zauzvrat formirale višećelijske organizme.

Put od biomolekula do ćelije?

Samoorganizovanjem biomolekula nastaju membrane, javlja se protoćelija i na kraju osnovna jedinica života – ćelija.

Zašto se nešto tako ne dešava danas?

Naučnici smatraju da je do spontane sinteze moglo doći samo u primitivnom okruženju, u uslovima koji su tada vladali u primitivnoj atmosferi Zemlje, bez slobodnog kiseonika te uz obilje energije iz erupcija vulkana i snažnih atmosferskih pražnjenja. Tada je kosmičko zračenje (x-zračenje, ultraljubičasto i infracrveno zračenje, vidljivo zračenje) dopiralo do površine Zemlje i prodiralo duboko u vodene sredine. Istovremeno su i meteoriti „bombardovali“ Zemlju.

Takva pojava postala je nemoguća kada je u atmosferu dospeo kiseonik. Pojava kiseonika u atmosferi je dovela do nastanka ozonskog omotača, koji zaklanja Zemlju od većine ultraljubičastog zračenja.

Šta se dešava sa makromolekulima koji stvaraju svoje identične kopije?

Makromolekuli koji su stvarali identične kopije, oko sebe su izgradili ćelije. Prve ćelije su bile jednoćelijski organizmi nazvane prokariote (Prokaryotes). Kako su postale prokariotske ćelije, još uvek nije potpuno razjašnjeno.

Osim ribozoma, prokariote nisu imale jezgro i organele, a bile su opkoljene ćelijskim zidom i membranom. Imale su svoj nasledni materijal, nazvan nukleoid, a koji je plutao slobodan u citoplazmi.

Kako se prokariote razmnožavaju?

Ove ćelije se umnožavaju prostom ćelijskom deobom.

Da li znamo kako se prva ćelija formirala?

Ne znamo tačan način na koji se prva ćelija razvila. Međutim, znamo moguće načine kako se organski molekul može formirati, kao i mnoge načine na koji bi se mogli razmnožavati.

Šta se dalje događalo sa prokariotskim ćelijama ?

Prokariotske ćelije prelaze ka znatno složenijim ćelijama → eukariotske ćelije.

To se dogodilo pre oko 2,1 milijardi godina.

Eukariotske ćelije imaju jasno definisanu oblast sa genetskim materijalom (jedro) i velik broj organela koje imaju određene funkcije.

U jedru se nalazi DNK* unutar kojeg su smeštene informacije o građi i funkcionisanju ćelije.

*DNK (DezoksiriboNukleinska Kiselina, engl. DeoxyriboNucleic  Acid, DNA)

DNK molekul stvara svoje identične kopije, od prvobitne DNK nastaju dve identične kopije.

DNK sadrži uputstva za pravilno funkcionisanje svih živih organizama, govori telu koje komponente da stvori, kada, kako i koliko.

PROKARIOTSKE ĆELIIJE

Ove ćelije su svojstvo jednoćelijskih organizama (bakterije i modrozelene alge).

Njihova veličina je 0,1 μm–5 μm

Nemaju jedro.

Osim ribozoma nemaju ćelijske organele.

Genetski materijal (DNK) je slobodan i nalazi se u delu citoplazme (nukleoid).

Proces replikacije DNK odvija se u citoplazmi

Pojavile su se pre oko 3,5 milijardi godina.

EUKARIOTSKE ĆELIIJE

To su ćelije čoveka, životinja, biljaka i gljiva.

Njihova veličina je 10 μm–100 μm

Imaju jedro.

Imaju ćelijske organele.

Genetski materijal (DNK) se nalazi u jedru.

Proces replikacije DNK odvija se u jedru.

Pojavile su se pre oko 2,1 milijardi godina.

Sve ćelije imaju citoplazmu, ribozome, membranu i genetički materijal. Isti osnovni mehanizmi regulišu i prokariotske i eukariotske ćelije. Ovo nam ukazuje da sve današnje ćelije potiču od određenog pretka.

Kakva je bila atmosfera kada su se pojavili jednoćelijski organizmi, prokariote?

Jednoćelijski organizmi se pojavljuju na Zemlji kada je njena atmosfera bila puna ugljen-dioksida, ugljen-monoksida i vodonik-sulfida. Stoga su prvi oblici života mogli naći potrebnu zaštitu samo u vodenim sredinama, jer u atmosferi nije bilo ni slobodnog kiseonika niti ozona da bi se apsorbovalo sunčevo ultraljubičasto zračenje (UV).

Zašto je UV zračenje opasno za prokariote?

To zračenje uzrokuje oštećenja na molekulskom nivou dezoksiribonukleinske kiseline (DNK). Dakle, jednoćelijski organizmi pojavljuju se u vodi kada je atmosfera bila puna ugljen-dioksida (CO₂), ugljen-monoksida (CO) i vodonik-sulfita (H₂S).

Gde su nestali opasni UV zraci?

Procesima fotosinteze stvarao se kiseonik i kasnije je nastao ozonski omotač. Deo opasnog UV* zračenja „izgubio“ se u ozonskom omotaču.

Ozonski omotač u potpunosti apsorbuje UVC i dobrim udelom (oko 90%) UVB zračenje, a potpuno propušta UVA zračenje. Koliko će štetnog zračenja biti apsorbovano, zavisi od debljine ozonskog omotača. Što deblji omotač, veća je apsorpcija. 

Zašto je ozonski omotač važan za razvoj ćelija?

Razvoj ćelija ometalo je opasno UV* zračenje. Otklanjanjem opasnog zračenja ćelije su se mogle dalje razvijati i usložnjavati. 

*UV zračenje nalazi se između x-zračenja i  ljubičastog dela vidljive svetlosti. Ono obuhvata talasne dužine od 10 nm do 400 nm. Energija UV fotona se kreće od 3 eV do 12 eV.
()

Zbog delovanja UV zračenja na biološke materijale (jonizacija ćelije, oštećenje ćelije).

Spektar UV zračenja može se podeliti na više načina. Jedna od podela jeste na osnovu delovanja UV zračenja na biološke materijale.

UVA zračenje

obuhvata oblast talasne dužine od 400 nm do 315 nm. Ovo zračenje neometano prolazi kroz ozonski omotač, ima najmanju energiju (3,10-3,94 eV), te je i najmanje štetno.

UVB zračenje

je u oblasti talasnih dužina od 315 nm do 280 nm. Ovo zračenje ima energiju veću od UVA zraka (3,94–4,43 eV), te je i biološki uticaj na žive organizme veći. Srećom, atmosfera propušta samo deo ovog zračenja. Kao primer njihovih uticaja možemo navesti opekotine kože, a ono je jedan od glavnih uzročnika raka kože.

UVC zračenje

spada u oblast talasnih dužina od 280–100 nm. UVC zračenje ima najveću energiju (4,43–12,4 eV), te je stoga i najopasnije. Ozonski sloj apsorbuje UVC zračenje, što je dobro, jer ono ima dovoljno snažnu enegiju da može ubiti ćelije ili barem znatno oštetiti njihov DNK.

A šta je sa UV zračenjem u oblasti od 100 nm do 10 nm? Zašto ono nije obuhvaćeno gornjom podelom?

Ovo zračenje* se gotovo u potpunosti apsorbuje u atmosferi i ne dospeva do površine Zemlje. Energija fotona je velika (10–124 eV).

*Zračenje u oblasti talasnih dužina od 100 nm do 10 nm naziva se ekstremno ultraljubičasto zračenje (EUV) ili vakuumsko ultraljubičasto zračenje (VUV)

**Talasi većih energija imaju manju talasnu dužinu. Energija je obrnuto srazmerna talasnoj dužini fotona.

Možete li zamisliti koliko je atoma potrebno za formiranje jedne jedine ćelije?

Prema procenama, u tipičnoj ljudskoj ćeliji ima oko 10¹⁴ atoma ili

Ovaj broj atoma u ćeliji je samo gruba procena, pošto se u ljudskom telu nalaze mnogobrojne vrste ćelija različitih veličina.

Da li jednostavnije i brže pisati:     ili      ?

Kada pišemo 27 nula, moramo paziti da ih zapravo napišemo 27.

Drugi način pisanja (7^.10²⁷) je mnogo pregledniji, a i štiti nas od pogrešnog brojanja nula.

Čovek je na Zemlji, život teče.

Da li će teći i dalje?

Da li će ga čovek svojim delovanjem uništiti?

Naučite više o svetu oko nas čitajući dalje.

Naučite kako da ga očuvate i poboljšate!