Uvod
Riječ botanika dolazi iz grčke riječi
botanē
što znači biljka, a čiji korijen
zapravo je proizašao iz riječ
boskein
, što pak znači hraniti. Najprostija
definicija botanike podrazumijeva nauku o biljkama u svim njenim aspektima
života biljnog organizma. S obzirom na specifičnost biljnih organizama kao
živih sistema, one u ljudskom životu predstavljaju izvor niza funkcija
(osiguravaju vlakno za odjeću, drvo za namještaj, gorivo, papir, začine, lijekove,
i naravno oksigen neophodan za život svima koji ga koriste u procesu disanja.
Sa druge strane predstavljaju funkciju duhovnog zadovoljenja čovjeka u
formiranju parkova, vrtova. Drugim riječima čovjek je ultimativno ovisan o
biljkama. Istraživanje biljaka osigurava uvid u prirodu cjelokupnog života,
makar do onog nivoa spoznaje suvremene nauke. Današnjim spoznajama
genetičkog inžinjerstva i drugim oblicima suvremenih tehnologija, botanika se
nalazi u najuzbudljivijoj fazi tokom svoje historije, gdje je moguće biljke
transformirati na način da budu otporne na bolesti, da proizvode biorazgradljivu
plastiku, da prozivode veće količine vitamina i minerala u hrani, da budu
otporne na smrzavanje.
Biljke predstavljaju enormno važne organizme zahvaljujući sposobnosti koju još
dijele alge i pojedine bakterije, a koje posjeduju hlorofile, neophodne živoj
stanici da vrši proces fotosinteze. Sunčeva svjetlost (energija) kada je uhvaćena
u hemijskom obliku u biljnom organizmu te procesima fotosinteze postaje izvor
energije neophodan svim živim organizmima.
Botanika ili biljna biologija poznata je već hiljadama godina, ali kao i sve
grane nauke postala je naročito raznolika i specijalizirana tokom dvadesetog
stoljeća. Do 17. stoljeća botanika je predstavljala granu medicine od koje se
polako oslobađala sa sticanjem novih spoznaja i postala samostalna disciplina u
sistemu nauke. Danas, biljna biologija predstavlja znanstvenu disciplinu koja
ima niz poddisciplina:
fiziologija biljaka
koja studira principe i procese
funkcioniranja biljnih organizama;
morfologija biljaka
studiranje oblika biljnih
1
organizama;
biljna anatomija
studiranje unutarnje građe i strukture biljnog
organizma;
taksonomija i sistematika biljaka
– studija principa imenovanja i
klasificiranja kao i analize srodstvenih odnosa između biljnih organizama;
biljna citologija
– studija građe i funkcije kao i historije biljne stanice;
genetika
– studija nasljednosti i varijacije biljnih organizama;
genomika
i
genetički
inžinjering
– manipulacija genima u cilju poboljšanja karakteristika biljnog
organizma;
molekularna biologija
– istraživanje strukture i funkcije biljnih
molekula;
ekonomska botanika
– istraživanje upotrebe biljaka u prošlosti,
sadašnjosti i budućnosti u čovjekove svrhe;
etnobotanika
– istraživanje
korisnosti upotrebe određenih biljnih vrsta u medicinske i druge svrhe na
određenom prostoru na kojem žive ljudi;
biljna ekologija
– studiranje odnosa
između biljnih organizama i njihove životne sredine i
paleobotanika
koja
studira biologiju i evoluciju fosilnih biljaka.
Značaj poznavanja botanike je izrazito važan s obzirom na trendove industrijske
civilizacije kao i rast ljudske populacije na planeti Zemlji. Stoga napori
botaničara u svim poljima biljne biologije, agronoma i šumara su izuzetno bitni
u osiguranju i proizvodnji hrane, goriva, drvne mase, lijekova itd. Osim
praktičnog, neophodno je poznavati i fundamentalni značaj, odnosno put kojim
svi živi organizmi dobijaju energiju, kisik i mnoge druge materije koje
proizvode biljni organizmi. Kao student botanike, sticanjem osnovnih znanja
student će biti u boljoj poziciji procijeniti važne rastuće probleme ekologije i
zaštite životne sredine (kao što su globalno zagrijavanje, zagađenje životne
sredine teškim metalima, deforestacija) sa kojima se susreće savremena
civilizacija, te biti u poziciji kreiranja kvalitetnijih rješenja u zdravijem svijetu.
Citologija
Molekularni sastav biljne stanice
Sve na zemlji – uključujući ono što vidite u ovom momentu - je izgrađeno iz
hemijskih elemenata u njihovim različitim kombinacijama. Elementi
2
Ugljikohidrati su najbrojnije organske molekule u prirodi i predstavljaju
primarne izvore energije
u svim živućim sistemima, te tvore različite
strukturalne komponente staničnih struktura.
Najednostavniji ugljikohidrati jesu male molekule poznate kao šećeri, a veće
molekule ugljikohidrata su izgrađene od međusobno povezanih pojedinačnih
šećera. Postoje tri osnovna tipa šećera koji su klasificirani na osnovu broja
podjedinica šećera koje sadrže:
monosaharidi
(
mono
– jedan, jednostavan) kao
što su riboza, glukoza, fruktoza,
disaharidi
(
di
– dva) sadrže dvije podjedinice
šećera koje su kovalentno vezane (sukroza – stolni šećer, maltoza, laktoza –
mliječni šećer),
polisaharidi
(poli – više) koji sadrže mnogobrojne podjedinice
međusobno vezanih šećera (celuloza, škrob).
Makromolekule
kao što su polisaharidi, su izgrađeni od identičnih ili sličnih
podjedinica i označeni su kao
polimeri
. Manje podjedinice (pojedinačni šećeri)
su označene kao
monomeri
, a proces kojim se vežu pojedinačni monomeri zove
se
polimerizacija
.
Monosaharidi predstavljaju primarne izvore energije u biljnom i životinjskom
organizmu, i predstavljaju osnovu iz kojih se grade di- i polisaharidi. Disaharidi
su komponente koje su najčešće predstavljene kao transportni oblici u biljnom
organizmu (npr.
sukroza
– izgrađena iz dvije molekule glukoze, predstavlja
produkt nastala procesom fotosinteze u listu i kao takav se prenosi u druge
dijelove biljnog organizma). Polisaharidi funkcioniraju kao rezervni oblici
šećera, odnosno energije u biljnoj stanici ili kao strukturalne (gradivne)
komponente dijelova (organela) stanice. Naprimjer, škrob je polimer koji je
izgrađen iz lanaca pojedinačnih molekula glukoze. Postoje dva oblika škroba u
biljnoj stanici,
amiloza
(negranati škrob) i
amilopektin
(lanci škroba koji su
granati) i oni se pohranjuju kao škrobna zrnca u biljnoj stanici. Kod gljiva,
životinja i prokariotskih organizama, rezervni oblik pohranjivanja šećera formira
se u obliku polomera
glikogena
. Kod pojedinih grupa biljaka (pšenica, riža i
ječam) osnovni oblik pohranjivanja je polisaharid izgrađen od fruktoza i zove se
4
se
fruktan
. Polisaharidi u procesima hidrolize (razgradnje polisaharide u di- i
monosaharide) daju oblike šećera koji su biljkama prihvatljive naročito u fazama
rasta i razviće kada je biljkama neophodna velika količina energije.
Osim uloge kao primarnog izvora energije, polisaharidi čine jednu od glavnih
gradivnih (strukturalnih) komponenti stanice.
Celuloza
predstavlja osnovnu
komponentu staničnog zida kod biljaka, odnosno polovina organske materije
živog svijeta je sačinjena od celuloze (npr. 50% drveta čini celuloza, a vlakna
pamuka predstavljaju skoro 100% čistu celulozu). Sličan polisaharid celulozi je i
hemiceluloza
i
pektin
koji , također, ulaze u sastav staničnog zida. Vrlo važan
polisaharid je i
hitin
, polimer koji ulazi u sastav građe staničnog zida kod gljiva.
Lipidi
Terminom
lipidi
označene su masti i supstance slične mastima. Generalno, lipidi
su hidrofobne materije (one koje ne vole vodu) i prema tome netopljive (nemaju
sposobnost rastvaranja) u vodi. Lipidi su materije koje služe kao izvori energije
– u obliku masti i ulja- ali isto tako važna uloga im je da predstavljaju
strukturalne (gradivne) komponente stanice i njenih dijelova, kao što su
fosfolipidi i voskovi. Iako su relativno velike molekule, oni ne predstavljaju u
pravom smislu riječi makromolekule jer ne nastaju procesom polimerizacije,
monomera. Unutar lipida razlikuju se sljedeće grupe važnih spojeva: masti i
ulja, fosfolipidi, kutin, suberin i vosak.
Masti
i
ulja
sadrže visok udio ugljik-vodik veza u odnosu na ugljikohidrate, i
kao takve sadrže veće količine hemijske energije (npr. masti oslabađaju 9.1
kilokalorija po gramu u procesima oksidacije kada oslobađaju energiju, dok 3.8
kcal po gramu ugljikohidrata ili 3.1 kal po gramu proteina). Masti i ulja su
poznate, još i kao
trigliceridi
koji ne sadrže polarnu (hidrofilnu) grupu i kao
takve imaju sposobnost formiranja agregata, drugim riječima su to hidrofobne
molekule, sastavljene od masnih kiselina i glicerola.
5
molekula amino kiselina. S obzirom na 20 aminokiselina koje mogu biti
raspoređene različitim redoslijedom postoji velik broj različitih vrsta proteinskih
molekula. Bez obzira, na mogući broj različitih kombinacija koje mogu nastati
iz 20 aminokiselina živi organizmi sintetiziraju relativno manji broj proteina.
Npr. bakterijska stanica
Escherichia coli
sintetizira od 600 – 800 vrsta proteina
dok biljni i životinjski organizmi mogu i do nekoliko hiljada i svaka proteinska
molekula ima svoju specifičnu funkciju određenu svojom jedinstvenom
hemijskom strukturom.
Svaki protein ima precizan raspored aminokiselina koje svojim hemijskim
osobinama imaju sposobnost da se međusobno vežu i tvore duge lance tzv.
polipeptide. Proteini mogu biti izgrađeni i od više pojedinačnih polipeptida.
Poznato je sljedećih 20 aminokiselinakoje ulaze u sastav živog organizma:
glicin
,
alanin
,
valin
, leucin,
izoleucin
,
prolin
,
metionin
,
fenilalanin
,
triptofan
,
serin,
treonin
,
cistein
,
tirozin
,
asparagin
,
glutamin
,
aspartat,
glutamat,
lizin
,
arginin
i
histidin
.
Proteini učestvuju kao strukturalne komponente stanice, osiguravajući oblik i
potporu organizmu, kao enzimi (katalizatori) u biohemijskim procesima, kao
učesnici prenosa određenih molekula u procesima.
Nukleinske kiseline
Grupa organskih molekula koja određuje strukturu i funkciju svih ostalih
molekula u stanici pripada nukleinskim kiselinama. Slično, kao što su proteini
izgrađeni od niza pojedinačnih aminokiselina, tako su neukleinske sastavljene
od velikog niza podjedinica koje su označene kao
nukleotidi
. Nukleotid je u
odnosu na aminokiseline pak mnogo složenija molekula. Svaki nukleotid
izgrađen je od tri komponente:
fosfatne grupe
,
petougljičnog šećera
i
baze
koja sadrži nitrogen. Podjedinica šećera koja ulazi u sastav nukleotida je ili
riboza
ili
dezoksiriboza
(sadrži jedan atom oksigena manje nego riboza). U
7
