EVOLÚCIA

Prečo sa organizmy vyvíjajú k zložitejším?

Hlavný konzultant:

Daniel Pollák – Biológia

Vedľajší konzultanti:

Pavol Kubinec – Fyzika

Eva Jahelková – chémia

Viliam Kerekeš – geografia

Autori:

Martin Rečlo

Adam Weber

Šimon Kľuska

Michal Gižický

Trieda 1.Ravens

1. súkromné gymnázium, Bajkalská 20, Bratislava Školský rok

2014/2015

Strana 1

Čestné prehlásenie:

Čestne prehlasujeme, že všetky použité zdroje boli dôveryhodné,

overené a odborné. Všetka literatúra je uvedená v časti „bibliografia“, a

nekopírovali sme celé texty z internetových stránok.

Podpis:

Adam Weber

Michal Gižický

Šimon Kľuska

Martin Rečlo

Strana 2

Poďakovanie:

Adam Weber, Šimon Kľuska, Martin Rečlo a Michal Gižický by sme sa cheli veľmi

poďakovať našemu hlavnému konzultantovi Danielovi Pollákovi a aj naším vedľajším

konzultantom Pavlovi Kubicovi, Eve Jahelkovej a Viliamovi Kerekešovi za to, že nám

poskytli všetky myšlienky, ktoré nám pomohli, pomohli nám s vyhotovením projektu

a dúfame, že sa vám bude páčiť.

Obsah:

1. Úvod.........................................................................................................................6

2. Absolútny vznik…………………………………………………………..….…...7

2.1 Zloženie zeme…………………………………………………………..7

2.2 Zloženie atmosféry………………………………………………….….8

2.3 Entropia a fyzikálne sily…………………………………………….….9

2.4 Synergetika……………………………………………..….…………...9

2.5 Prapolievka a vznik organizmov ……………………………………....12

2.6 Nukleové kyseliny ……………………………………………………..14

3. Biochemická evolúcia………………………………………………………….....18

3.1 Evolúcia metabolizmu…………………………………………………..20

3.1.1 Katabolizmus…………………………………………………20

3.1.1.1 Oxidácia a redukcia………………………………..20

3.1.1.2 Kvasenie…………………………………………....21

3.1.1.3 Aeróbna oxidácia…………………………………..21

3.1.2 Anabolizmus………………………………………………….24

3.1.2.1 Fotosyntéza………………………………………...24

3.1.2.1.1 Fotoredukcia a fosforylácia……………...26

3.1.2.1.1.1 Cyklická fotofosforylácia……..26

3.1.2.1.1.2 Necyklická fotofosforilácia…...26

3.1.2.1.2 Temná fáza..................................................26

3.1.2.2 Dôsledky fotosyntézy…………………………….....27

3.2 Štrukturálna evolúcia……………………………………………………..30

3.3. Prenos genetickej informácie v prokaryotickej bunke……………….......31

3.3.1 Konjugácia……………………………………………………...31

Strana 3

3.3.2 Transdukcia…………………………………………………......32

3.3.3 Transformácia……………………………………………….32

4. Evolúcia eukaryotických buniek …...……………………….................................33

4.1 Organely eukaryotických buniek...............................................................33

4.1.1 Jadierko….……...…….……………………………………...33

4.1.2 Bunkové jadro……………………....………………………..34

4.1.3 Chromozómy…………………………………….…………...34

4.1.4 Ribozóm………….……………………………………….......34

4.1.5 Endoplazmatické retikulum……………………………….......34

4.1.5.1 Drsné endoplazmatické retikulum………………......35

4.1.5.2 Hladké endoplazmatické retikulum……………........35

4.1.6 Golgiho aparát…………………………………………….........35

4.1.7 Cytoskelet…………………………………………………........35

4.1.8 Mitochondria……………………………………………….......35

4.1.9 Vakuola………………………………………………………...35

4.1.10 Cytoplazma.................................................................................36

4.1.11 Cytoplazmatická membrána………………………………......36

4.1.12 Lyzozóm ……………………………………………………...36

4.1.13 Centriola ……………………………………………………....36

4.2 Výživa……………………………………………………………………...36

4.2.1 Heterotrofia……………………………………………………...36

4.2.2 Autotrofia……………………………………………………......37

4.2.3 Mixotrofia……………………………………………………......37

4.3 Červenoočko…………………………………………………………….......38

5. Bibliografia......................................................................................................................39

5.1 Bibliografia zdrojov..........................................................................................39

Strana 4

5.2 Bibliografia obrázkov.......................................................................................40

6. Resumé………………………………………………………………………….....42

6.1 Resumé Sj……………………………………………………………......42

6.2 Resumé Aj…………………………………………………………….....43

5.3 Resumé Nj……………………………………………………………......44

7. Záver............................................................................................................................46

Strana 5

Úvod:

Témou nášho projektu je Evolúcia - prečo sa organizmy vyvíjajú k zložitejším.

Najprv nás zaujala evolúcia ako taká a chceli sme vám popísať ako sa vyvíjali

organizmy. Na začiatok vám popíšeme rozdelenie zeme. Potom vám priblížime

zopár fyzikálnych zákonov, vďaka ktorým sa tvorili zložitejšie látky a neskôr

prvé organizmy. Neskôr našu teóriu potvrdíme evolúciou života na Zemi, kde

sa zameriame na vývin prokaryotických a eukaryotických buniek. Budeme

popisovať štrukturálnu evolúciu ako aj evolúciu metabolizmu a zameriame sa

tiež na prenos genetických informácií.

Strana 6

Absolútny vznik 2Vznik života a vývin prvých organizmov je dosť komplikovaný problém a má veľa teórii.

Niektoré sú reálnejšie ako iné, ale to neznamená, že to bolo práve tak. Ako autori vám

priblížime jednu pomerne dosť reálnu teóriu. Vznik života nezačína vznikom prvého

organizmu, aby mohol vzniknúť prvý organizmus na Zemi museli byť vytvorené vhodné

podmienky. Podmienky a šance na stvorenie života aký je teraz boli nulové, ale postupným

vývojom a zmenou prostredia sme dospeli až k nám.

Zloženie zeme 2.1Jadro má priemer 7000 km. Je to 16% objemu zeme, ale 32% zemskej hmotnosti. Rozdeľuje

sa na 2 časti vonkajšie, ktoré je tekuté a vnútorné, ktoré je pevné.

Vonkajšie jadro predstavuje väčšiu časť jadra. Tvorí 30% hmotnosti zeme a má rôzne hustoty.

Hustota sa pohybuje od 9,9 94 g/cm3 pri hranici s plášťom až po 12,2 g/cm3 pri hranici s

vnútorným jadrom. Nemá hustotu železa (10,6 g/cm3), lebo vo vonkajšom jadre sa nachádza

viac zmiešaných prvkov. Tým, že je vnútorné jadro tekuté sa kvapalina (železo) pohybuje a

vytvára magnetické pole. Keďže je tekuté jadro v kontakte s pevným jadrom, tak časť

tekutého, ktorá sa dotýka pevného tuhne a tým sa zväčšuje objem pevného jadra. Vnútorné

jadro je pevného skupenstva a má vyššiu hustotu ako čisté železo a to je hustota 13g/cm3.

Okolo jadra sa nachádza zemský plášť zložený zo spodného plášťa, vrchného plášťa,

astenosféry a litosféry. Zemský plášť tvorí 68% zeme.

Posledná vrstva je zemská kôra, ktorá sa delí na oceánsku a kontinentálnu. Rozdiely medzi

týmito 2 kôrami je vek, chemické zloženie a horninovom zložení. Oceánska kôra má objem asi

60% plochy zemskej kôry. Väčšinou leží pod hladinou mora, ale nad hladinu vystupujú ako

výnimka podmorské sopky. Taktiež sa oceánska kôra delí na a) stredo oceánske chrbty, kde

kôra stále prirastá b) spreadings, teda miesta, kde sa kôra stále posúva od seba a c) kôry, ktoré

sa posúvajú pod seba a občas, keď sa zaseknú a odseknú, tak vytvoria náhlym trhnutím

zemetrasenie. Kontinentálna kôra zaberá asi 41% povrchu Zeme z čoho 71% kôry leží nad

Strana 7

hladinou mora. Priemerná nadmorská výška Kontinentálnej kôry je 125 m, priemerná hrúbka

je 36 km, aj keď sa pohybuje od 10 až po 8km.

(Obr. 1) Zloženie Zeme

Zloženie Atmosféry 2.2Atmosféra sa podobala skôr atmosfére dnešnej Venuši, či Marsu. Najväčšiu časť tvoril CO₂,

N₂ bol v malinkom množstve a O₂ tvorilo 0,1% všetkých plynov čo znamená, že naša Zem

nemala Ozónovú vrstvu. Čo sa týka povrchovej časti tu boli iba rôzne druhy hornín.

Strana 8

Entropia a fyzikálne sily 2.3Na to aby sme sa dostali až sem a aby mohol pokračovať vznik života boli potrebné fyzikálne

sily. V našom svete totiž látky či častice nemajú tendenciu len tak sa spájať, či dokonca

vytvárať nejaké zlúčeniny. Platí tu druhý termodynamický zákon, ktorý hovorí, že entropia v

izolovanej sústave s časom rastie.Prebieha samovoľne pri každom prírodnom procese do

ktorého nezasahuje žiadna vonkajšia sila. Entropia nám určuje mieru neusporiadanosti

sústavy. Jednoduchý príklad je moja vlastná izba. Ak tam žijem s tým, že ani neupratujem, ani

nerozhadzujem po nejakom čase tam bude väčší neporiadok ako na začiatku. Znamená to, že

látky sa prirodzene “rozpadajú” na základné/elementárne častice, pri čom nám vzniká

homogénne prostredie. Je to spôsobené aj s tým, že telesá chcú byť v stabilite, a teda

dosiahnuť najmenšiu možnú úroveň energie a energia im umožňuje ostať v komplikovaných

sústavách. Samozrejme nie je to 100%. Ako by potom vznikol život a zložitejšie látky vo

vesmíre?

Za všetko môžeme byť vďačný 4 základným silám, ktoré sú v našom svete. Je to gravitačná

sila, elektromagnetická sila, slabá jadrová sila a silná jadrová sila. Gravitačná sila je sila

pôsobiaca medzi hmotnými telesami. Elektromagnetická sila pôsobí medzi všetkými nabitými

časticami a spôsobuje elektromagnetické javy (telesá sa priťahujú/odpudzujú). Slabá jadrová

sila je zodpovedná za beta rozpad jadier atómov. Silná jadrová sila spôsobuje, že jadro atómu

drží spolu. Vďaka nim, sa vytvorili atómy, molekuly, galaxie a všetky ostatné veci na svete.

Ale okrem týchto síl tu máme ešte jedno fyzikálne pozorovanie, ktoré do veľkej miery

ovplyvňuje svet okolo nás.

2.4 SynergetikaNazývame ho synergetika. Synergetiku môžeme vysvetliť aj ako samoorganizáciu, ktorá hrá

pri vzniku zložitejších látok veľkú úlohu. Môžeme to vysvetliť na príklade s kvapalinou, ktorá

je na začiatku v kľude. Keď však začneme kvapalinu zospodu ohrievať, kvapalina sa začne

rozpínať, čím zmenší svoju hustotu a začne stúpať nahor. Hore je však kvapalina ešte chladná

a je tlačená nadol. Tým by mohol vzniknúť chaos ako sa niekedy stáva keď chce ísť viac ľudí

Strana 9

von aj dnu. Príroda však neustále skúša a vždy existujú rôzne konfigurácie prúdenia. Pokiaľ sa

začne jeden typ prúdenia zosilňovať, tak ostatné začnú zoslabovať až sa presadí jeden typ

pohybu.

(Obr. 2) Presadenie jedného typu prúdenia vo vode

V synergetike má základnú úlohu stabilita a nestabilita. Pokiaľ je teleso napr. gulička v

rovnováhe stabilnej a vychýlime ju zas sa vráti do rovnováhy stabilnej. Pokiaľ je, ale gulička

(ktorá je sprvu v rovnováhe) v rovnováhe nestabilnej a vychýlime ju z nej (z rovnováhy)

začne sa z tejto polohy vzďaľovať.

Konkrétny typ pohybu sa presadí keď je teleso vychýlené z rovnováhy a začína sa vzďaľovať

od tejto rovnováhy.

Strana 10

(Obr. 3) Rovnovážne polohy telesa

Toto platí aj pri príklade s kvapalinou. Keď sa jeden pohyb presadí bude kvapalina takto

prúdiť a do pôvodného pohybu sa nevráti.

Avšak stále musí byť zo spodku dodávaná energia. Neodporuje to termodynamickému zákon

lebo ako si sú schopné sústavy vymieňať energie, tiež sú schopné vymieňať/vyvážaťentropiu.

Hrniec príma energiu z okolia a do okolia dáva entropiu. Tým pádom je hrniec ako samostatná

sústava viac usporiadaná, ale celkovo sa entropia vo svete zasa zväčšila, čím je

termodynamický zákon zachovaný.To znamená, že aby vznikli zložitejšie látky je okrem

fyzikálnych síl potrebná aj energia.

Toto, ale neplatí len pre zohrievanie kvapaliny. Platí to pre fyzikálne, chemické, biologické, či

iné javy. Platí to napríklad aj pri reformách, či protestoch. Kým sú ľudia spokojný, nachádzajú

sa v stabilnej rovnováhe. Ale keď začnú byť nespokojný a dostanú sa na vrchol rovnováhy

nestabilnej stačí jeden vplyvný človek, ktorý “postrčí” ľudí a nová reforma je tu už sa ťažko

vrátia to rovnováhy stabilnej (k starému systému).

Čiže k samousporiadaniu dochádza len za vhodných podmienok a vlastností látky/telesa(napr.

vhodná vizkozita, vyhovujúci tlak,...) ,ale hlavným faktorom je energia dodávaná z okolia.

Strana 11

Prapolievka a vznik organizmov 2.5Táto energia pochádzala z rôznych zdrojov. Boli to podmorské sopky/ pramene (ktoré

dodávali tepelnú energiu), bleskové výboje a ultrafialové žiarenie. Keďže nebol vytvorený

(nemal byť z čoho) ozón a na povrch dopadalo omnoho viac ultrafialového žiarenia. Vďaka

týmto zdrojom energie bolo možné tvorenie prvých zložitejších látok z prvkov ktoré sa

nachádzali v našej prapolievke. Prapolievka sa skladala z prvkov a jednoduchých molekúl

ktoré vznikli na základe chemických väzieb, ktoré súvisia s 4 základnými silami. Pochádzali z

atmosféry alebo z hornín okolo. Bolo to dobré miesto na vznik zložitejších látok z prvkov a

molekúl, ktoré sa časom vytvorili.

Postupom času sa teda vytváralo viac a viac molekúl. Vznikali anorganické látky, a neskôr z

nich organické látky, nukleotidy a jednoduché nukleové kyseliny RNA. Je to obrovský skok

od “ničoho” k týmto zlúčeninám ale ich vytvorenie trvalo značnú dobu. Táto teória vzniku

látok sa aj potvrdila, keď sa Stanleymu Millerovi podarilo vytvoriť v laboratóriu umelé

podmienky našej planéty pri vzniku života (Obr. 4). Vytvoril aparatúru v ktorej boli

podmienky oceánu a atmosféry „pôvodnej“ Zeme. Obsahovala hlavne metán, amoniak, vodík

a nejaké ďalšie molekuly. Ďalšia veľmi dôležitá časť boli elektrické výboje, ktoré v tejto

uzavretej sústave vytvoril. Asi po týždni sa rozhodol preskúmať doterajší výsledok (voda bola

zafarbená na hnedo). Objavil v nej organické zlúčeniny potrebné pre vznik života.

Strana 12

(Obr. 4) Pokus Stanleyho Millera

Boli to organické zlúčeniny, ktoré tvorili prvý organizmus (lipidy, sacharidy a bielkoviny). V

konečnom dôsledku to vyzerá dosť jednoducho, vytvoríme nejaké organické látky dáme ich

dokopy, pridáme pár anorganických látok a máme živý organizmus, ale tak jednoduché to

nie je. Ako sa z týchto látok vytvoril prvý organizmus úplne nevieme, ale malý

medzi krok by nám mohli tvoriť mikrosféry/ koacerváty. Predstavme si našu prapolievku v

ktorej sa objavia ďalšie tekutiny s inou hustotou ako voda. Vytvoria nám nejaké malé

prostredie ktoré vyzerá byť oddelené od okolia (ako keď nalejeme olej do vody/ lávová

lampa). Boli to kvapky lipidov.

Strana 13

(Obr. 5)

Nachádzali sa v prapolievke, ale mali inú hustotu tým pádom sa „odčlenili“ a keď sa do nich

dostali nejaké látky vytvorili tieto maličké sféry (mikrosféry/koacerváty). Mohli mať vlastný

kúsok RNA, organické látky, anorganické látky a tým pádom by sme to mohli považovať za

nejakú malú samostatnú sústavu. Postupom času sa vďaka týmto lipidovým kvapkám

(koacervátom) vyvinula/odčlenila lipidová membrána (vnútro už tvorila iná kvapalina), čím sa

dostávame k bunke. Keďže doteraz sme mali všetky podstatné časti bunky (RNA, potrebné

látky na život,..) okrem membrány, ktorá by oddeľovala vnútro koacervátu od okolia.

Nukleové kyseliny 2.6 Sú to biomakrové molekuly, ktoré sú zodpovedné za reprodukciu a organizáciu živej hmoty.

Vo svojich makromolekulách uchovávajú a prenášajú genetickú informáciu bunky a ich

prostredníctvom sa potom táto informácia prepisuje do špecifickej štruktúry bielkovín.

Nukleové kyseliny sú polynukleotidy - ich stavebou jednotkou sú nukleotidy. Nukleotid sa

skladá z troch častí: zásaditá, neutrálna, kyslá. Zásaditú časť tvoria dusíkaté bázy -

heterocyklické zlúčeniny, ktorých heteroatómom je dusík. Rozdeľujú sa na: purín (adenín,

guanín), pyramidín (cytozín, týmín, uracil). Neutrálnu časť tvoria pentózy bud D-ribóza alebo

2-deoxy-D-ribóza. Kyslú časť tvorí kyselina trihydrogénfosforečná - H3PO4. Podľa zloženia

nukleotidov rozlišujeme nukleové kyseliny na dva typy: DNA,RNA. Nukleotid vzniká

Strana 14

vzájomnou kondenzáciou všetkých troch zložiek, pričom sa popritom uvoľňujú molekuly

vody. Nukleotid je nukleozid esterifikovaný kyselinou trihydrogénfosforečnou (nukleozid +

H3PO4 = nukleotid). Nukleotidy a nukleozidy avšak nie sú len stavebnou jednotkou

nukleových kyselín. V bunkách plnia ďalšie rôzne funkcie. Zúčastňujú sa napríklad na prenose

vodíka (NAD - nikotínamid-adenín-dinukleotid, FAD - flavín-adenín-dinukleotid), na prenose

charakteristických skupín (NH2), a takiež na biosyntéze organických látok. Veľmi dôležitými

nukleotidmi sú napr. AMP (adenozín-monofosfát), ADP (adenozín-difosfát) a najmä ATP

(adenozín-trifosfát), ktoré sa zúčastňujú prenosu voľnej chemickej energie. V bunke majú na

starosti úlohu "univerzálneho energetického platidla". ATP je primárny zdroj energie pre

bunku. Energia sa tým pádom uvoľňuje pri hydrolytickom štiepení molekuly kyseliny

trihydrogénfosforečnej z nukleotidu ATP. Takto získaná energia je väčšia ako pri hydrolýze

iných typov zlúčenín. Samotný polynukleotid potom vzniká tak, že sa jednotlivé nukleotidy

navzájom viažu intranukleotidovou esterovou väzbou pomocou kyseliny

trihydrogénfosforečnej medzi uhlíkmi C3 a C5 dvoch susedných ribóz. Tým pádom nám medzi

nukleotidmi vznikne 3',5'-fosfodiesterová väzba.

(Obr. 6)

DNA - Deoxyribonukleová kyselina, sa skladá z: dusíkatých báz, cukru (2-deoxy-D-ribóza)

alebo kyseliny trihydrogénfosforečnej. Makromolekula DNA je charakterizovaná primárnou,

sekundárnou a terciárnou štruktúrou.

Strana 15

Primárna štruktúra DNA - je daná počtom a poradím, čiže sekvenciou nukleotidov, ktoré sú v

polynukleotidovom reťazci pospájané 3',5'-fosfodiesterovou väzbou. Primárna štruktúra DNA

nám určuje poradie aminokyselín v bielkovinách. Sekvencia nukleotidov, ktorá obsahuje

informáciu pre syntézu určitého produktu (zvyčajne je ním funkčná bielkovina) – gén

(základná jednotka dedičnosti). Zdedená porucha v sekvencii nukleotidov (teda porucha

primárnej štruktúry DNA) spôsobuje genetické choroby živých organizmov.

Sekundárna štruktúra DNA - Molekulu DNA tvoria v skutočnosti až dva polynukleotidové

reťazce ležiace tesne nad sebou, pričom oproti A jedného vlákna sa vždy nachádza T na

druhom vlákne, a oproti C sa vždy nachádza G (komplementarita dusíkatých báz). Umožňuje

nám tvorbu presnej kópie molekuly DNA čím zabezpečuje kontinuitu života. Dva protiľahké

reťazce DNA sa "párujú" v dôsledku medzimolekulových interakcií (v tomto prípade

vodíkových mostíkov), pričom medzi A-T sú vždy 2 vodíkové mostíky a medzi C-G sú 3

vodíkové mostíky. Počet vodíkových mostíkov určuje silu tejto väzby a tá má význam pre

mnohé ďalšie deje súvisiace s metabolizmom DNA. Sekundárnu štruktúru DNA tvoria dva

polynukleotidové reťazce, ktoré sú antiparalelne spletené do pravotočivej dvojzávitnice -

dvojitý α-helix. Takáto štruktúra je pomerne stabilná.

(Obr. 7)

Terciárna štruktúra DNA - Terciárna štruktúra DNA vzniká stočením dvojzávitnice v priestore

do superhelixu. DNA zvinutá takýmto spôsobom sa nazýva superšpiralizovaná DNA.

Strana 16

RNA - Ribonukleová kyselina, sa skladá z: dusíkatých báz, cukru (D-ribóza) alebo kyseliny

trihydrogénfosforečnej.

Primárna štruktúra RNA - je rovnaká ako u DNA, rozdiel je však v zložení nukleotidov -

namiesto deoxyribózy sa nachádza ribóza a v dusíkatých bázach je namiesto tymínu uracil.

Potom pri tvorení heteroduplexov alebo dvojzávitnicových molekúl je párovanie báz takéto:

A-U a G-C.

Sekundárna a terciárna štruktúra RNA - sú oveľa rôznorodejšie ako pri DNA. Počas izolácie

RNA z bunky dostaneme vzorku, ktorej obsahom sú rôzne typy tejto nukleovej kyseliny.

Dokonca aj molekula jedného typu RNA nemusí mať rovnakú priestorovú štruktúru. Veľká

väčšina RNA je jednovláknová, a práve preto sa môže stať, že pri ohybe vlákna môže dôjsť k

vzniku vnútromolekulových vodíkových mostíkov. Ribonukleové kyseliny sa od seba

navzájom odlišujú nielen funkciou, lokalizáciou ale aj molekulovou hmotnosťou a štruktúrou.

Podľa týchto faktorov rozdeľujeme RNA na 3 typy: mRNA, tRNA, rRNA.

Mediátorová RNA (mRNA) - predstavuje 5 až 10% obsahu RNA v bunke. Má za úlohu prenos

genetickej informácie z DNA do štruktúry bielkovín. Tvorí sa priamo na reťazci DNA - na

základe komplementarity báz, takže A z DNA sa prepíše ako U do RNA, G sa prepíše ako C,

T ako A, a C ako G (rozdiel v zložení nukleotidov). Má jednovláknovú štruktúru a jej dĺžka

závisí od množstva informácií (dĺžky génu), ktoré nesie. Trojice nukleotidov v mRNA -

kodóny, nám udávajú pri proteosyntéze informáciu pre zaradenie jednej aminokyseliny do

polypeptidového reťazca.

Transferová RNA (tRNA) - má špecifickú sekundárnu a terciárnu štruktúru, ktorá je daná

bohatým vnútromolekulovým párovaním báz. tRNA nám zabezpečuje prenos aktivovaných

aminokyselín na miesto tvorby polypeptidového reťazca - do ribozómu. Špecifickosť tRNA

pre zaradenie danej aminokyseliny určuje trojica nukleotidov v strednej časti molekuly -

antikodón (ktorým tRNA rozoznáva kodóny na mRNA). Pravidlá, podľa ktorých príslušný

kodón na mRNA vedie k zaradeniu určitej aminokyseliny do polypeptidového reťazca -

genetický kód. tRNA obsahujú okolo 70 až 80 nukleotidov. Lokalizácia - voľne v bunkovej

cytoplazme (Obr. 8)

Strana 17

Ribozómová RNA (rRNA) - tvorí základnú stavebnú zložku ribozómov v bunke a predstavuje

až 90% obsahu RNA v bunke. Priamo na ribozómoch dochádza k vlastnej proteosyntéze.

Niektoré časti makromolekuly rRNA môžu mať tvar dvojitej závitnice.

(Obr. 8) DNA a RNA

Biochemická evolúcia 3Chemická evolúcia prešla do tej biochemickej práve počas vzniku ebiont – prvých

primitívnych jednotiek s prejavmi života. Veľkým evolučným stupňom bol vznik prvej

prabunky – prokaryotického jednobunkovca.

Tieto prvé živé organizmy sa vyznačovali oveľa vyššou usporiadanosťou hmoty ako ich

predchodcovia. Prokaryotické jednobunkovce boli schopné udržať stálosť svojho vnútorného

prostredia, čo viedlo ku vzniku povrchovej biomembrány, ktorá mala selektívnu priepustnosť,

Strana 18

a teda bola polopriepustná a bola schopná opakovane vytvárať molekuly rovnakej stavby

(homogénne molekuly). Prokaryoty nemajú jadro oddelené od cytoplazmy jadrovou

membránou a chýba im vnútrobunková kompartmentácia typická pre eukaryotické bunky. A

to práve preto, že im chýbajú bunkové organely ako mytochondrie, endoplazmatické

retikulum, Golgiho aparát a iné, v porovnaní s eukariotickými jednobunkovcami. Ich jadro je

označované ako nepravé jadro, pretože nie je oddelené od cytoplazmy jadrovou membránou

(Obr. 9)

(Obr. 9) Prokaryotická bunka

Ani v dnešnej dobe nevieme s istotou určiť o aký typ prokaryotických jednobunkovcov sa

jednalo. Mohli nimi byť archeóny, ktoré sa vyskytujú v extrémnych podmienkach.

Reprodukcia štruktúry prebiehala vďaka vzniku makromolekúl nukléonových kyselín.

Nukleónové kyseliny uchovávajú a tiež prenášajú genetickú informáciu danej bunky a táto

informácia sa prepisuje do špecifickej štruktúry katalytických bielkovín , enzýmov.

Nazývame ich aj chemické polyméry. Vznik práve týchto chemických polymérov a

fosfolipidov, ktoré tvorili vo vodnom prostredí spomínanú biomembránu, bol počiatkom

vzniku metabolizujúcich bunkových sústav, a teda môžeme už začať hovoriť aj o evolúcii

metabolizmu. Pôvodná atmosféra v tom čase určite neobsahovala kyslík, takže prvé živé

organizmy boli anaeróbne. Je možné, že boli aj termofilné, pretože Zem bola podstatne

teplejšia ako dnes. Ako však organizmy prijímali energiu, keď nebol dostupný kyslík, a teda

nebola ani možná fotosyntéza?

Strana 19

Zásoby organických látok v okolí boli bohaté a energiu z týchto organizmov prokaryotické

jednobunkovce získavali pravdepodobne kvasením – fermentáciou. Fermentácia je chemická

premena organických látok a tvorba energeticky slabších látok, alebo syntéza nových.

Biosyntéza, chemická syntéza prebiehajúca v živých organizmoch, nových bunkových zložiek

a aj samotná replikácia organizmov sa tak zrýchľovala a procesom mutácií genetického

materiálu začínali prevažovať organizmy s väčšou biosyntetickou kapacitou. Organizmy

čerpali organické látky z okolia, a práve preto sa organické látky vyskytovali v okolitom

prostredí v menších množstvách a čerpali sa vo väčšom množstve ako bolo za rovnaký časový

interval možné vyrobiť.

Evolúcia metabolizmu 3.1Metabolizmus je definovaný ako všetky zmeny chemických zlúčenín v bunkách a v iných

živých organizmoch. Metabolizmus sa delí na anabolizmus, pri anabolizme sa energia

spotrebúva a látka sa tvorí (syntéza porfyrínov, fotosyntéza, syntéza bielkovín), a na

katabolizmus, pri katabolizme sa látka rozkladá a energia sa tvorí. Na to aby vôbec táto

premena látok a energie prebehla, sú potrebné katalyzátory, ktoré umožňujú a urýchľujú

chemickú reakciu. Funkciu katalyzátorov majú enzýmy.

Katabolizmus 3.1.1

Katabolizmus je štiepenie zložitých organických molekúl na menšie a jednoduchšie molekuly,

pričom pri niektorých procesoch sa tvoria produkty, ktoré sú vylučované z organizmu.

Príkladom je aeróbna oxidácia prebiehajúca v mitochondriách alebo kvasenie. V

mitochondriách sa organické látky rozkladajú až na CO₂ a vodu a koncovým produktom pri

kvasení je kyselina mliečna alebo etylalkohol.

Oxidácia a redukcia 3.1.1.1

Oxidácia je štiepenie organických látok za účasti katalyzátorov, enzýmov. Oxidácia je tiež

redoxná reakcia, pretože prenosom elektrónov sa mení oxidačné číslo jednotlivých atómov.

Bunkové oxidovanie, spaľovanie organických látok, je rozdelené do viacerých krokov, pretože

pri oxidácii sa uvoľňuje energia vo forme tepla. Ak by bunková oxidácia prebehla v jednom

kroku, spôsobilo by to únik tepla v množstve, ktoré by spôsobilo zahynutie bunky. Preto sa

Strana 20

elektróny prenášajú sprostredkovane pomocou systému špeciálnych molekúl a na konci každej

kaskády je oxidačné činidlo, ich funkcia je elektróny odnímať, viazať a priťahovať. Oxidácia

je odnímanie atómov vodíka, presnejšie odnímanie elektrónov, atóm alebo teda ión

odovzdávajú svoje valenčné elektróny a stáva sa redukovadlom. Redukcia je naopak chemický

dej, pri ktorom atóm alebo ión získava jeden alebo viac elektrónov a stáva sa oxidovadlom.

Platí, že pri každej oxidácii jednej látky súčasne prebieha aj redukcia druhej látky. Kyslík je

výborným oxidačným činidlom, avšak nie je jediným. Schopnosť oddeľovať elektróny z

organických zlúčenín majú aj iné látky, avšak môže to viesť k rozkladu zlúčenín. Oxidáciu, v

ktorej má kyslík úlohu oxidačného činidla nazývame aeróbnu – s prítomnosťou kyslíka.

Oxidácie, v ktorých kyslík nevystupuje nazývame anaeróbne – bez prítomnosti kyslíka.

Kvasenie 3.1.1.2

Kvasenie je najstarší a evolučne najpôvodnejší spôsob získavania energie. Je to druh

katabolizmu, konkrétne to je štiepenie glukózy. V dnešnej dobe sa môžeme stretnúť s

anaerobným aj aerobným kvasením. Avšak pred vznikom fotosyntetizujúcich prokaryotických

jednobunkovcov v atmosfére nebol prítomný kyslík, a teda kvasenie bolo iba anaeróbne.

Chemosyntéza ani fotosyntéza v tej dobe neprebiehali a teda prokaryotické jednobunkovce

prijímali organické látky z okolia a boli heterotrófne. Celý proces tejto bezkyslíkovej oxidácie

je avšak výnimočný tým, že nie je závislí od iných oxidačných činidiel. Látka, v prípade

kvasenia, sa rozštiepi na dve iné látky, medzi ktorými nastane prenos elektrónov a látka

oxiduje medzi sebou. Počas kvasenia sa glukóza rozštiepi ma kyselinu mliečnu alebo

etylalkohol, pričom vzniká aj ATP. Kvasenie aj preto nazývame neúplná oxidácia (Obr. 10).

Preto je energeticky niekoľkonásobne menej účinné ako oxidácia s prenosom elektrónov na

kyslík alebo iné oxidačné činidlo, ktoré je samostatnou látkou. Na druhej strane sa kvasenie dá

uskutočňovať v prostredí bez prítomnosti kyslíka.

3.1.1.3 Aeróbna oxidácia

Aeróbna oxidácia je podstatne novší druh získavania energie ako kvasenie a funkciu

oxidačného činidla plní kyslík, a preto sa aeróbna oxidácia začala používať ako proces na

získavanie energie až po vzniku jednobunkovcov schopných konať fotosyntézu, pretože

zmenili pomer plynov v atmosfére. Kyslík na seba viaže atómy vodíka, respektíve elektróny a

Strana 21

vzniká molekula H₂O. Naviazaním vodíka sa látka redukuje. Základom energetického

metabolizmu je oxidácia glukózy. Vodík sa z glukózy prenáša cez systém molekúl prenášačov.

Doslovný prenos atómov vodíka sa nekoná, prenášajú sa elektróny, avšak na množstvo

elektrónov zodpovedá rovnaké množstvo protónov. Elektrón a protón spolu tvoria atóm

vodíka, a tak sa v skutočnosti prenášajú atómy vodíka. V tomto procese vznikne

niekoľkonásobne viac ATP ako v kvasení, a v konečnom dôsledku sa látka rozloží na CO₂

a vodu (Obr. 10).

Strana 22

(Obr. 10) Štiepenie glukózy

Strana 23

3.1.2 Anabolizmus

Anabolizmus je syntéza organických látok. Pri anabolizme sa používa energia získaná

katabolizmom (oxidácia), respektíve koncové produkty katabolizmu sú vstupným materiálom

v anabolizme (napríklad CO₂).

3.1.2.1 Fotosyntéza

Fotosyntéza je biochemický proces zachytávania energie zo svetelného žiarenia a využitie na

fixáciu, prijímanie organizmami a premenu na organickú zlúčeninu, CO₂. Pri fotosyntéze sa

mení energia svetelného žiarenia, konkrétne fotónov na energiu chemickej väzby a z

anorganických látok vznikajú organické. Fotosyntéza je redoxná reakcia, pretože prenosom

elektrónov sa mení oxidačné číslo atómov.

Fotosyntetické pigmenty sa nachádzajú v membránach (tylakoidoch) chloroplastov (Obr. 11) a

sú rozdelené na dve základné skupiny: chlorofyly a karotenoidy (Obr. 12), pričom sa líšia

svojou štruktúrou. Najväčšie percento pigmentov tvoria chlorofyl a a chlorofyl b, pričom

rozdiel v ich štruktúre je minimálny. Chlorofyly absorbujú slnečné svetlo vo vlnových dĺžkach

450 a 650-700nm. Chlorofyly umožňujú priebeh svetelnej časti fotosyntézy a tvorbu ATP a

NADPH, tento proces nazývame fotosyntetická fosforylácia. Karotenoidy, ktoré tvoria druhú

skupinu fotosyntetických pigmentov sa svojou štruktúrov výrazne odlišujú od chlorofylov.

Karotenoidy sa ďalej rozdelujú na karotény, ktoré sú tvorené atómami uhlíka a vodíka a na

xantofyly. Karotenoidy absorbujú vlnovú dĺžku v rozpätí 350-500nm a prenášajú svetelnú

energiu ďalej na chlorofyly.

Strana 24

(Obr. 11) Chlorofyl

(Obr. 12) Karotenoidy

Strana 25

3.1.2.1.1 Fotoredukcia a fotofosforylácia (svetelná fáza)

Fotoredukciou sa nazýva redukcia enzýmu NADP+ na NADPH a enzým je oxidovadlom.

Donorom elektrónov je chlorofyl a, ktorý je teda redukovadlom. Elektróny (2e-) sa ďalej

presúvajú cez prenášače, ktorými sú redoxné systémy. V tejto fáze sú dve kaskády, ktorými sa

tieto elektróny môžu vydať (Obr.

3.1.2.1.1.1 Cyklická fotofosforylácia

Oddelené elektróny putujú od chlorofylu a cez redoxné systémy v cykle, pričom sa tvorí ATP.

Z toho vyplýva, že na konci kaskády sa vracajú späť do východiskového bodu a to do

chlorofylu a. Tento proces slúži na to aby fotosyntetizujúca bunka získala dostatok ATP a

mohla pokračovať v procese fotosyntézy (Obr. 13).

3.1.2.1.1.2 Necyklická fotofosforilácia

Oddelené elektróny putujú od chlorofylu a cez redoxný systém, kde vznikne ATP, avšak tam

nebudú pokračovať v cyklickej fosforylácii ale prijme ich enzým NADPH. Organizmy chcú

ale mať čo najnižšiu hladinu energie a byť stabilné, v tomto prípade nemať náboj. Chlorofyl a

avšak odovzdal 2 valenčné elektróny, a preto v tejto ceste vystupuje chlorofyl a 2, ktorý

odovzdá 2 valenčné elektróny, a tie sa cez redoxné systémy dostanú do chlorofylu a.

Fotolýzov vody sa voda rozloží na 2 elektróny, dva vodíky a kyslík. Elektróny doplnia

valenčnú vrstvu chlorofylu a 2, kyslík sa vylúči z bunky a 2 vodíky sa pripoja ku enzýmu a tak

vznikne enzým, ktorý umožňuje daľšiu časť chemickej reakcie.

3.1.2.1.2 Temná fáza

V tejto fáze fotosyntézy nie je potrebná svetelná energia. Temná fáza prebieha v stromate, kde

sa vo forme ATP a NADPH ukladá získaná energia chemickej reakcie. Táto energia sa ukladá

oxidáciou CO₂ do sacharidov. Sú tri známe cykly oxidovania CO₂ - C3 cyklus, C4 cyklus a

CAM cyklus. Pri C3 cykle prvé stále produkty majú 3 atómy uhlíka, pri C4 cykle majú prvé

stále produkty 4 atómy uhlíka a CAM cyklus je obmenou predošlých dvoch. Pri oxidácii CO₂

je potrebný aj katalyzátor (enzým) rubisco, bez ktorého by reakcia nebola umožnená.

Strana 26

Produktom tejto chemickej reakcie je z 20% glukóza a z 80% rubisco. 50% glukózy sa

spotrebuje na bunkové dýchanie a ďalších 50% sa použije na stavbu bunky.

(Obr. 13) Cyklická a necyklická fosforylácia

3.1.2.2 Dôsledky fotosyntézy

Fotosyntéza taktiež prinášala podstatne efektívnejší energetický metabolizmus ako, pri ktorom

netreba získavať organické látky na ich rozložnie, ale látky v prokaryotických

jednobunkovcoch putujú v kolobehu. Fotosyntéza umožnila prokaryotickým organizmom

využívať na získanie energie mimozemské zdroje (zdroje z atmosféry) a teda dlhodobo zaistiť

prísun voľnej energie do biosféry a tiež vznikla možnosť využívať anorganické látky na

získanie energie, čím sa okrem iného zvýšila produkcia kyslíku a toto viedlo ku zmene

pomerov plynov v atmosfére. Prvým prokariotickým jednobunkovcom schopným konať

fotosyntézu boli sinice, známe tiež ako cyanobaktérie. Sinice zásadným spôsobom zmenili

evolúciu Zeme a ovplyvňujú život na Zemi až doteraz.

Vďaka produkcii kyslíku sa zmenila atmosféra a to tak, že percento kyslíku v nej vzrástlo.

Viedlo to ku vzniku aeróbne metabolizujúcich prokaryotických jednobunkovcov. Prítomnosť

Strana 27

kyslíka mal však taktiež za dôsledok vyhynutie mnohých anaeróbov, pretože kyslík je pre ne

toxický. S tým však prichádza nová éra života v podobe prokaryotických aeróbov. V

porovnaní s tými anaeróbne metabolizujúcimi prokaryotickými jednobunkovcami došlo ku

podstatne efektívnejšej produkcie väčšieho množstva energie za rovnaký časový interval a pri

tom istom množstve oxidovanej organickej látky. Kyslík bol oveľa efektívnejším zdrojom

energie a stal sa naplno využívaným. Oxidácia kyslíkom umožnila odbúravanie organických

látok na vodu a oxid uhličitý a taktiež návrat uhlíku do atmosféry vo forme, ktorá je prijateľná

pre opätovnú syntézu organických látok v procese fotosyntézy.

Neskôr v eukaryotických bunkách sa vyvinuli aj nové bunkové organely, mitochondrie. V

mitochondriách sa spaľujú organické látky, ktoré látka vytvorila, sú tepelnou elektrárňou

bunky. Chloroplasty sú solárnou elektrárňou bunky, pretože sú miestom fotosyntézy. V oboch

príkladoch avšak vznikajú molekuly ATP. V mitochondriách sa organické látky spaľujú na

jednoduchšie látky, až na CO₂, vodu a ATP. Naopak vstupným materiálom v procese

fotosyntézy sú CO₂, voda a ATP. Teda platí, že eukaryotická bunka najprv syntetizuje živinu

z vody, svetla a CO₂ a neskôr túto živinu rozkladá v mitochondriách, aby mohla získať späť

svetelnú energiu do nej vloženú (Obr. 14)

Strana 28

(Obr. 14) Kolobeh živín v eukaryotickom jednobunkovcovi

Z tohto je viditeľné, že rastlinná bunka je zložitejšia ako živočíšna, avšak proces evolúcie bol

vývoj jednoduchších organizmov ku zložitejším, a teda vzniká paradox. Ak sú rastlinné bunky

zložitejšie ako tie živočíšne, tak by malo platiť, že sú aj mladšie. Avšak živočíšne bunky si

organické látky samy vytvoriť, a teda boli potrebné rastlinné bunky, ktoré už fotosyntézou

organické látky vytvorili. Bez prísunu svetelnej energie by sa teda rastlinné bunky stali

živočíšnymi, avšak bez trvalého prísunu organických látok by zahynuli. A naopak, pridaním

fotosyntetického aparátu živočíšnym bunkám by teoreticky vznikli rastlinné bunky.

Proces metabolickej evolúcie je avšak úzko spojený s evolúciou štrukturálnou, pretože práve

vďaka evolúcii metabolizmu jednobunkovcov došlo ku štrukturálnej evolúcii.

Strana 29

3.2 Štrukturálna evolúciaNa základe evolúcii metabolizmu vznikli bunky s oveľa vyššou úrovňou usporiadania -

eukaryotické bunky. Vznikli vďaka postupnému členeneniu vnútorného priestoru

prokaryotických buniek membránovými štruktúrami, ktoré boli odvodené z pôvodnej

plazmatickej membrány. Plazmatická membrána sa skladá z organických látok a je bunkovou

organelou, zároveň je polopriepustná a tvorí hranicu medzi bunkou a okolím, pričom

zabezpečuje kontakt s okolím. Zohráva dôležitú úlohu pri transporte látok, osmóze.

(Obr. 15) Plazmatická membrána

Týmto procesom vznikli jednotlivé kompartmenty, časti celku so špecifickou vlastnosťou

(oddelenia). Bývajú oddelené hranicou, v tomto prípade membránov, ktorá rozdeluje celok na

funkčné oddiely. A práve preto môžme nájsť v eukaryotickej bunke endomembránový systém,

zatiaľ čo v prokaryotickej bunke nie je. Jadro v eukaryotickej bunke môžeme nazvať pravé,

pretože je oddelené dvoma membránami. Tieto membrány sa stali náhradou pôvodnej

plazmatickej membrány (Obr. 16).

Strana 30

(Obr. 16) Porovnanie prokaryotickej a ekaryotickej bunky

3.3. Prenos genetickej informácie v prokaryotickej

bunkeVeľký rozdiel medzi eukaryotmi a prokaryotmi, okrem bunkových organel a samotnej

vnútornej štruktúry bunky je práve prenos samotnej genetickej informácie. Ako môžme vidieť

pri prokaryotickej bunke sa genetický materiál môže prenášať 3 spôsobmi: konjugáciou,

transdukciou alebo transformáciou. V každom z týchto prípadov ide iba o jednosmerný presun

DNA - teda z jednej (donorovej) bunky do druhej (recipientnej). Taktiež záleží na tom, či sú

bunky v priamom kontakte a tom aké citlivé sú voči nukleázam.

3.3.1 Konjugácia

V tomto procese ide o prenos DNA pomocou konjugačných pilusov (špeciálne štruktúry) a

vyžaduje priamy bunkový kontakt (nieje ovplyvnený nukleázami). Recipientná bunka, ktorá

prijíma DNA a zahŕňa ho do svojho metabolizmu sa nazýva transkonjugant. Výmena génov

nastáva vďaka rekombinácií, ktorá narozdiel od eukaryotov nie je reciproká, ale prebieha len z

Strana 31

plazmidu do bakteriálneho chromozómu pomocou jedného - ak je plazmid kruhová molekula,

alebo dvoch - ak je donorová molekula lineárna, crossing-overov. Tohto procesu sú schopné

len tie bunky, ktoré obsahuhjú F- faktor. F-plazmid sa prenáša z donorových buniek do

recipientných, ktorým tento plazmid chýba. Zároveň však v donorovej bunke dochádza k jeho

replikácií, čiže s z nej F-plazmid nevytráca

3.3.2 Transdukcia

V tomto procese ide o prenos DNA pomocou bakteriofágov, čiže bunky nemusi byť v

priamom kontakte. Transdukcia predstavuje prenos DNA medzi bunkami prostredníctvom

bakteriálnych vírusov - bakteriofágov. Vďaka nepresnostiam v nabaľovaní DNA do

vírusových častíc (viriónov), možno docieliť transfer vlastných génov bakteriálnej bunky do

iných buniek práve prostredníctvom infekcie baktériofágmi. S určitou pravdepodobnosťou sa

totiž stáva, že bakteriofágy do svojich proteínových hlavičiek nenabalia vlastnú zreplikovanú

DNA, ale cudziu, ktorú potom úspešne prenášajú do iných buniek ako vlastnú. Bunky, ktoré

prijali od bakteriofágov cudzorodú DNA - transduktanty. Keďže DNA je počas transdukcie

chránená bakteriofágovou časticou, nie je tento proces citlivý k nukleázam.

3.3.3 Transformácia

Pri transformácii sa jedná o transfer holej DNA v médiu do bakteriálnych buniek bez

konkrétnych vektorov (napr. bakteriofágy). Bunky pri transformácií nemusia byť v priamom

kontakte. Tento proces je citlivý voči nukleázam, pretože DNA nie je žiadnym spôsobom

chránená. Za normálnych okolností sa bunky snažia prijatiu cudzej DNA vyhnúť, naviac ich

stena ani nie je pre DNA priepustná (DNA k tomu nemá chemické predpoklady). Okrem toho

sa v bunke nachádza účinný restrikčno-modifikačný systém, ktorý pozostáva z enzýmov

degradujúcich cudziu DNA a chrániacich vlastnú DNA pred degradáciou. Za určitých

okolností sa však môže stať, že bunky sa stávajú kompetentné, a teda sú ochotné prijať cudziu

DNA. Každý druh baktérie požaduje iné podmienky pre vznik kompetencie. Bunky, ktoré

úspešne prijali cudzorodú DNA pomocou transformácie - transformanty. Napr. Bacillus

subtilis sa stáva kompetentným počas prechodu z exponenciálnej do stacionárnej fázy - čiže

keď dochádzajú v prostredí živiny. Prijatie cudzej DNA je stratégia, akou by mohol získať

lepšie gény na prekonanie nepriaznivých podmienok.

Strana 32

4 Evolúcia eukaryotických buniek

4.1 Organely eukaryotických buniek(Obr. 17) Eukaryotická bunka

Eukaryotické jednobunkovce sú 10x väčšie ako prokaryotické jednobunkovce, pričom

pozorovanie týchto jednobunkovcov voľným okom je nemožné. Bunky eukariot sú na rozdiel

od prokariot rozdelené na jednotlivé oddelenia, bunkové kompartmenty (Obr. 17). Nachádzajú

sa v nich:

Jadierko 4.1.1

Jadierko je prepojené chromozómami a v mitóze zaniká a vzniká až na konci (v telofáze).

Strana 33

Bunkové jadro 4.1.2

Bunkové jadro, ktoré obsahuje DNA teda informácie vo forme chromozómov. Vnútro je

vyplnené jadrovým roztokom, alebo inak nukleoplazmou, v ktorom sú granule chromatínu,

ktorý predstavuje chromozómy.

Chromozómy 4.1.3

Chromozómy predstavujú základnú jednotku jadra. Sú nositeľmi genetickej informácie

zakódovanej do molekuly DNA. Počet chromozómov v jadre môže byť diploidný (u

somatických buniek) , alebo haploidný (u pohlavných buniek). V diploidnej sade sa vyskytujú

páry homologických chromozómov, ktoré majú rovnaký tvar, veľkosť, štruktúru aj funkciu.

Počet, tvar a veľkosť chromozómov je stálym znakom pre určitý druh jadra. Jadro

eukaryotickej bunky má 2 funkcie. Genetická funkcia je viazaná na chromozómy, kde sú

usporiadané gény, ktoré sú nositeľmi dedičných vlastností. Genetická informácia obsiahnutá v

DNA je prepisovaná na rôzne typy RNA, ktoré sa v cytoplazme stávajú základom

proteosyntézy. Jadro teda zodpovedá v bunke za tieto úlohy: reguláciu diferenciácie a zrenia

bunky (napríklad z kmeňovej krvotvornej bunky na bielu krvinku), kopírovanie (replikácia) a

prenos genetickej informácie do novej, dcérskej bunky, syntézu RNA a jej transport do

cytoplazmy.

Ribozóm 4.1.4

Ďalšia organela nachádzajúca sa v eukaryotickom jednobunkovcovi je ribozóm, organela

nachádzajúca sa vo všetkých bunkách ak sú pokladané za živé a prebieha v nich syntéza

bielkovín. Sú napojené na endoplazmatické retikulum a to transportuje bielkoviny mimo

bunku.

Endoplazmatické retikulum 4.1.5

Medzi organely patrí aj endoplazmatické retikulum, ktoré je rozdelovańe na drsné a hladké.

Strana 34

Drsné endoplazmatické retikulum 4.1.5.1

Drsné endoplazmatické retikulum je pripojené na ribozóm a transportuje bielkoviny mimo

bunky.

Hladké endoplazmatické retikulum 4.1.5.2

Hladké endoplazmatické retikulum je bez ribozómov a jeho úloha spočíva v syntéze lipidov,

hormónov a v zabezpečovaní akumulácie a pohybu iónov v svalových vláknach, ktoré sú

nevyhnutné pre kontrakciu.

Golgiho aparát 4.1.6

Ďalšia organela je golgiho aparát a iba vďaka nemu sa oddeľujú proteíny od

endpolazmatického retikula pomocou odškrcovania.

Cytoskelet 4.1.7

Cytoskelet, organela, ktorá má niekoľko funkcií. Jej prvá funkcia je transportná, vedie živiny

do celej bunky, jej druhá funkcia je oporná, cytoskelet slúži ako kostra a tretia funkcia je

tvarová, cytoskelet udáva tvar bunky a spája bunky medzi sebou.

Mitochondria 4.1.8

V poradí je mitochondria, ktorá je obalená dvojitou membránou, má vlastnú genetickú sústavu

a vyskytuje sa vo veľkom množstve. Slúži prevažne na získavanie energie tzv. bunkovým

dýchaním – oxidáciou. Taktiež dokážu produkovať teplo v tukovom tkanive. Jadro

mitochondrie môže slúžiť ako zásobáreň vápnika. Mitochondrie vznikajú len delením už

existujúcich mitochondrií. Majú vlastnú DNA a mitochondriálne ribozómy, čo im umožňuje

syntézu potrebných enzýmov.

Vakuola 4.1.9

Strana 35

Ďalšia organela v eukrayotickej bunke je vakuola. Vakuola je zásobáreň vody pre bunku a čím

sú mladšie tým zaberajú viac miesta v bunke.

Cytoplazma 4.1.10

Organela v poradí je cytoplazma. Je to tekutina vo vnútri bunky, ktorá obsahuje vodu, cukry,

tuky a aj rôzne látky. Je v kontakte s cytoplazmatickou membránou.

Cytoplazmatická membrána 4.1.11

Organela, ktorá oddeľuje vonkajšie prostredie od vnútorného prostredia bunky a reguluje

výdaj a odber látok medzi vnútorným a vonkajším prostredím.

Lyzozóm 4.1.12

Predposledná organela je lyzozóm, organela vznikajúca v golgiho aparáte, ktorej úloha je

odstrániť odumreté časti z vnútorného prostredia bunky.

Centriola 4.1.13

Táto centriola vytvára pohybový aparát bunky ako napríklad bičík.

Výživa 4.2

Heterotrofia 4.2.1

Bunky získavajú uhlík na stavbu organických molekúl z organických látok. Sú rozdelené na,

1. Saprofytické bunky-bunky, ktoré odoberajú organické látky odumretým telám rastlín a

živočíchov. Význam saprofytických buniek je rozkladanie a mineralizovanie na CO2, H2O,

H2S, NH3 a soli. Saprofyty sú dôležitou zložkou rozkladného potravinového reťazca. 2.

rozdelenie heterotrofných buniek je parazitizmus. Parazitizmus je popísaný ako to, že

organizmy odoberajú živiny živému organizmu, ktorého označujeme ako hostiteľa. Do

hostiteľa vnikajú pomocou premenných koreňov, prísaviek (haustórií). Parazit čerpá organické

aj anorganické látky z cievnych zväzkov v lyku, alebo v drevenej časti. 3 rozdelenie

Strana 36

Heterotrofnej bunky voláme poloparazitizmus. Polo parazity tiež svojimi úponkami prenikajú

do hostiteľa, ale iba do drevenej časti, ale majú chlorofyl a fotosyntetizujú.

(Obr. 18)

A= Hniliak smrekový, B= Imelo Biele , C= Kukučina Poľná

Autotrofia 4.2.2

Bunky prijímajú uhlík na tvorbu organických molekúl z CO2 a tvoria vo svojom tele z látok

anorganických látky organické. K tejto premene je potrebná energia, ktorú bunky získavajú z

fotosyntézy, o ktorej už bolo povedané.

Mixotrofia 4.2.3

Bunky, ktoré majú schopnosť živiť sa autotrofne a okrem toho prijímajú aj organické živiny,

sú nazývané mixotrofné. Sú to bunky mäsožravé, ktoré rôznym spôsobom chytajú a trávia

živočíchy, prevažne hmyz a iné malé živočíchy. Dobrý príklad je červenoočko.

Strana 37

(Obr. 19)

Červenoočko 4.3Červenoočká žijú hlavne v sladkých vodách. Jeho pohybovým orgánom je bičíkatá stielka.

Bičíky vyrastajú z prednej časti bunky, kde sa nachádza svetlocitlivá stigma, ktorá je

samostatná organela- keď na ňu dopadá svetlo tak živočích začne prevažne používať

chloroplasty. V chloroplastoch sa nachádzajú chlorofyl a+b. Vo výžive červenoočiek sa

uplatňuje autotrofia aj heterotrofia. V prostredí bohatom na organický dusík strácajú

chloroplasty a živia sa organickými látkami, ktoré prijímajú vo forme roztokov.

Strana 38

5 Bibliografia

5.1 Bibliografia zdrojov 1. FLEGR, Jaroslav: Zamrzlá evoluce aneb, Je to jinak, pane Darwin. Praha: Academia,

2006. 328 s. ISBN 80-200-1453-5.

2. SÝKORA, Peter: Alchýmia života. Bratislava: SÚV SZM, 1989. 320 s. AZI 073-023-

89.

3. Anonym. [online] > http://www.biopedia.sk/?cat=biokutik&file=nuklkys

4. Anonym. [online] > http://www.biopedia.sk/?cat=evolucia&file=zem

5. Anonym. [online] > http://www.biopedia.sk/?cat=genetika&file=prokaryoty

6. Anonym. [online] > http://www.biopedia.sk/?cat=rastliny&file=vyziva

7. Anonym. [online] > http://www.biopedia.sk/?cat=rastliny&file=nizsie

8. Anonym. [online] > http://referaty.atlas.sk/prirodne-vedy/biologia-a-geologia/11365/?

print=1

9. Katedra biochémie, prírodovedecká fakulta, UK.

10. ROSYPAL, Stanislav: Přehled Biologie. Praha: Scientia, 1994. 635 s. ISBN 80-

85827-32-8

Strana 39

5.2 Bibliografia obrázkov1. Zloženie Zeme [online] > http://www.aldebaran.cz/bulletin/2003_26_cor.html

2. Pokroky matematiky, fyziky a astronómie, ročník 32 (1987) (Obr. 2)

3. Pokroky matematiky, fyziky a astronómie, ročník 32 (1987) (Obr. 3)

4. Pokus Stanleyho Millera [online] >

http://scienceteaching-evolution.blogspot.sk/2009/06/origin-of-organic-life-

experiment-by.html (Obr. 4)

5. Lipidové kvapky [online] > http://www.noveteorie.cz/BIOLOGIE.html (Obr. 5)

6. Fosfodiesterová väzba [online] >

http://www.biopedia.sk/images/chemweb/nuklkys/polynukleotid.gif (Obr. 6)

7. Párovanie dusikatých báz [online] >

http://www.biopedia.sk/images/chemweb/nuklkys/komplementarita.gif (Obr. 7)

8. DNA a RNA [online] >

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/37/Difference_DNA_RNA-

EN.svg/749px-Difference_DNA_RNA-EN.svg.png (Obr. 8)

9. Prokaryotická bunka [online] >

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/99/Prokaryote_cell_diagram

.svg/800px-Prokaryote_cell_diagram.svg.png (Obr. 9)

10. Vlastná tvorba, inšpirácia z knihy Alchýmia života. (Obr. 10)

11. Chlorofyl - Katedra biochémie, prírodovedecká fakulta, UK. (Obr. 11)

12. Karotenoidy - Katedra biochémie, prírodovedecká fakulta, UK. (Obr. 12)

13. Cyklická a necyklická fotofosforylácia [online] >

http://media0.mojemasozravky.mypage.cz/images/media0:4c8154ea9fa16.jpg/fotosynt

%C3%A9za.jpg (Obr. 13)

14. Vlastná tvorba, inšpirácia z knihy Alchýmia života. (Obr. 14)

15. Plazmatická membrána [online] >

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9f/CellMembraneDrawing_sk.jpg

Strana 40

16. Porovnanie prokaryotickej a eukaryotickej bunky [online]

17. Eukaryotická bunka [online]

18. Parazitické a poloparazitické rastliny [online] >

http://www.biopedia.sk/images/rastliny/fyziologia/parazity.gif

19. Stavba bunky euglény [online] >

http://www.biopedia.sk/images/rastliny/system/nizsie/euglena.jpg

Strana 41

Resumé

Názov nášho projektu je Evolúcia (Vznik života). Hlavná otázka nášho projektu znie: Prečo sa

živé organizmy vyvíjajú k zložitejším? Náš projekt sa skladá zo 4 častí. V prvej časti

popíšeme usporiadanie neživých sústav z fyzikálneho hľadiska. Popíšeme podmienky na Zemi

v období vzniku života a to zloženie atmosféry, hornín a kôry. Podrobne sa zameriame na

vznik života a na prvú časť evolúcie, chemickú evolúciu. V prvej časti oboznamujeme aj s

DNA a RNA, ich vývojom počas chemickej evolúcie a následne vznikom prvých organizmov

schopných života, ebiontov.

Druhá časť nášho projektu sa zameriava na časové obdobie začínajúce vznikom

prokaryotických buniek a končiace vznikom buniek schopných konať fotosyntézu, a teda aj v

dôsledku toho vznikom aeróbne metabolizujúcich organizmov. V tejto časti popisujeme

štruktúru prokaryotickej bunky, jej znaky a rozdiely vzhľadom na komplikovanejšiu,

eukaryotickú bunku. Zameriavame sa na evolúciu metabolizmu a porovnávame rozdiely

aeróbne a anaeróbne metabolizujúce jednobunkovce.

V tretej časti nášho projektu pokračujeme v popise evolúcii metabolizmu. Zameriavame sa na

aerobnú a anaerobnú oxidáciu a fotosyntézu . Popisujeme aj štrukturálnu evolúciu, členenie

vnútorného membránového priestoru a vznik kompartmentov. Popisujeme tiež vznik

eukaryotického jednobunkovca vďaka členeniu mebránového priestoru a tiež vývin RNA a

DNA a rozdiel DNA a RNA v eukaryotických a prokaryotických jednobunkovcoch.

V štvrtej časti nášho projektu sa zameriavame na vývin eukaryotických buniek a ich organel.

Podrobne popisujeme jednotlivé organely a ich funkcie v rastlinných bunkách. Taktiež

popisujeme heterotrofiu a autotrofiu, ako konkrétny príklad červenoočko.

Počas našej práce na projekte sme narazili aj na problémy, na vyhľadávanie informácií a ich

správnu interpretáciu. Počas práce na projekte sme sa získaním presvedčili, že teória

abiogenézy je podľa našej mienky tá najpravdepodobnejšia teória o vzniku života. Zistili sme,

že živé organizmy sa vyvíjajú k zložitejšiemu vďaka synergetike, pretože za prítomnosti

energie majú žive sústavy tendenciu samoorganizácie.

Strana 42

Summary

Our project name is Evolution (Origin of life). The main question of our project is: Why are

living organisms evolving to more complicated? Our project is divided into 4 parts. In first

part we describe organization of living systems from physical point of view. We also focus on

conditions on Earth during the time, when life was created, specifically on composition of

atmosphere, minerals and earth crust. We will describe in detail first part of the evolution,

chemical evolution, and formation of first organisms able to live (eobionts).

The second part of our project focuses on the time from creation of prokaryotic cells and

ending with the cells with ability to do and also organisms with aerobic metabolism. In this

part we compare structure of prokaryotic cell and eukaryotic cell. We will also describe

metabolism evolution and compare metabolism of aerobic and anaerobic single cells.

In third part we continue with evolution of metabolism. We are focusing on aerobic and

anaerobic oxidation and on photosynthesis. We also describe structural evolution, the division

of cell membrane space into compartments. We also describe the origin of eukaryotic cell and

movement of RNA and DNA and the differences between DNA and RNA in eukaryotic and

prokaryotic cells.

In last part we focus on the development of eukaryotic cells and their organelles. We describe

in detail each organelle and their function in plant cells. We also describes heterotrophic and

autotrophic metabolism of cells, on a particular example - červenoočko.

During work on our project we had also problems with finding information and their correct

interpretation. We found out that theory of abiogenesis might be the correct theory. Our

conclusion is that organisms evolve to more complicated, because with the attendance of

energy living organisms have tendency to evolve into more complicated and evolution of life

on Earth is one big example of our conclusion.

Strana 43

Resümee

Der Titel unseres Projektes lautet die Evolution (die Entstehung des Lebens). Das Hauptthema

unseres Projektes heißt warum lebende Organismen komplizierter werden.

Dieses Projekt besteht aus 4 Teilen. Der erste Teil bezieht sich auf den chemischen,

physikalischen und geografischen Aspekt der Bedingungen auf der Welt. Im ersten Teil

befassen wir uns mit dem Problem der Unordnung der unlebenden Systeme aus dem

physikalischen Gesichtspunkt. Wir beschreiben die Bedingungen im Zeitraum der

Entstehung des Lebens auf der Erde und zwar die Zusammensetzung der Atmosphäre, der

Erdkruste und die Struktur der Gesteine. Ausführlich konzentrieren wir uns auf die Entstehung

der Erde und auf die erste Phase der Evolution, auf die chemische Evolution. Wir beschäftigen

uns auch mit DNA und RNA, wir beschreiben ihre Entwicklung während der chemischen

Evolution und auch mit der Entstehung der ersten lebenden Organismen.

Der zweite Teil bezieht sich auf den chemischen und biologischen Aspekt der prokaryotischen

Zelle. In diesem Teil befassen wir uns mit der Struktur der prokaryotischen Zelle, mit ihren

Merkmalen und mit dem Unterschied zwischen ihr und der eukaryotischen Zelle. Wir

beschäftigen uns auch mit der Evolution des Metabolismus. Sehr ausführlich haben wir die

Unterschiede zwischen aeroben und anaeroben einzelligen Organismen verglichen.

Der dritte Teil bezieht sich auf den biologischen und chemischen Aspekt der Entwicklung von

der prokaryotischen Zelle zur eukaryotischen Zelle. Besonders interessant finden wir aerob

und anaerob Oxidation und die Photosynthese. Wir setzen mit der Evolution des

Metabolismus fort. Sehr genau beschreiben wir die Gliederung der Membranstruktur in

prokaryotischen Zellen und sehr ausführlich haben wir die Entwicklung und den Unterschied

zwischen der DNA und RNA in den eukaryotischen und prokaryotischen Zellen

charakterisiert.

Der vierte Teil bezieht sich auf den biologischen Aspekt der Entwicklung der eukaryotischen

Zelle. Wir beschreiben ausführlich die Organellen in eukaryotischen Zellen. Mit Autotrophie

und Heterotrophie beschäftigen wir uns auch.

Strana 44

Bei der Arbeit sind wir auch auf Probleme gestoßen, z. B. die Suche nach Informationen und

ihre Interpretation war schwierig. Wir sind zu dem Ergebnis bekommen, dass sich lebende

Organismen zu kompliziert entwickeln, weil sie wegen der verfügbaren Energie die Tendenz

zur Selbstorganisation haben.

Strana 45

ZáverV našom projekte sme sa venovali vzniku života a otázke: Prečo sa život vyvíja k zložitejším

formám? Na začiatku sme opísali podmienky na Zemi, vďaka ktorým bolo možné vytvoriť

prvý organizmus. Ale ďalším pátraním sme zistili, že vývoj k zložitejším formám je

z fyzikálneho hľadiska zdanlivo proti druhému termodynamickému zákonu. Avšak po

dôkladnejšom preštudovaní entropie a synergetiky sme zistili, že to je možné. Aby sme to

potvrdili podrobne sme rozpracovali prokaryotickú bunku (predpokladá sa, že to bola prvá

bunka) a zamerali sme sa na to ako sa postupne vyvíjala až do podoby dnešnej eukaryotickej

bunky. Porovnávali sme ich z hľadiska metabolizmu a stavby, zamerali sme sa taktiež na to

ako sa líšia z hľadiska genetiky a ako sa líšia ich bunkové organely. Opisovali sme taktiež

výživu buniek teda heterotrofiu, autotrofiu a Mixotrofiu, pri ktorej sme popísali aj stavbu

aj výživu unikátneho organizmu červenoočka. Naším projektom sme dospeli k odpovedi, že

život sa vyvíja k zložitejším formám, pokiaľ sú zabezpečené vhodné podmienky a je mu

dodávaná energia.

Strana 46