Gr 10-Lewenswetenskappe-Handleiding

Í2*È-A-LIS-SG01GÎ 1

8

1

0

-

A

-

L

I

S

-

S

G

0

1

LEWENSWETENSKAPPE HANDLEIDING Graad 10

A member of the FUTURELEARN group

Lewenswetenskappe Handleiding

1810-A-LIS-SG01

Í2*È-A-LIS-SG01GÎ

Graad 10

Aangepas vir KABV

ALLE REGTE VOORBEHOU ŠKOPIEREG DEUR DIE OUTEUR Die geheel, of enige deel van die publikasie, mag nie gereproduseer of oorgedra word in enige vorm of op enige manier sonder die toestemming van die outeur nie. Dit sluit in elektronies of meganies, insluitend fotokopiÍring, opnames, of enige databasis. Alles moontlik is gedoen om kopiereg te verkry op alle gedrukte aspekte van die publikasie.

Nogtans, as enige materiaal wat kopiereg benodig, onwetend gebruik is, word die kopiereghouer versoek om die saak onder die aandag van die uitgewer te bring sodat die erkenning deur die outeur gegee kan word.

Lewenswetenskappe Handboek Werkboek Graad 10 (NKABV) ISBN 13:

978-1-869-21381-7

Produk kode:

LFS 27

Skrywers:

Lorraine Kuun Susara Nortje

Eerste Uitgawe:

Oktober 2011

UITGEWERS ALLCOPY PUBLISHERS Posbus 963 Sanlamhof, 7532

Tel: (021) 945-4111, Faks: (021) 945-4118 Epos: info@allcopypublishers.co.za Webwerf: www.allcopypublishers.co.za

i

INLIGTINGSBLAD LEWENSWETENSKAPPE HANDBOEK WERKBOEK GRAAD 10 - NKABV Die SKRYWERS LORRAINE KUUN MSc. H.O.D.; 28 jaar onderwysondervinding; Lewenswetenskappe, Natuurwetenskappe Gr. 8 – 12; onder hoof-merker Gr 12 Lewenswetenskappe; koördineer UGO, AOO en VOO by skool; lid van bestuurspan; departementshoof; WKOD hersiening en tutor program 2009 – 2013; Telematics aanbieder; RSG radio hersiening; Bush Radio; ‘Teaching Biology Project’ groepleier en aanbieder; opvoeder opleiding in EMDC; mede-skrywer van Lewenswetenskappe Handboek & Werkboek graad 10.

Natuurwetenskappe Handboek & Werkboek Graad 8 en 9.

SUSARA NORTJE BSc. H.O.D.; 27 jaar ondervinding: Lewenswetenskappe, Natuurwetenskappe Gr 8 - 12; eksterne nasiener graad 12 Biologie en Lewenswetenskappe; lid van skool se bestuurspan; Hoof: Opvoeding en Opleiding, Colors Academy sedert 2008; CEO van AmazingBrainz sedert 2012; mede-skrywer van Lewenswetenskappe Handboek & Werkboek graad 10. Natuurwetenskappe Handboek & Werkboek Graad 8 en 9.

Aan die OPVOEDERS 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.     10.

11.

12.

Voldoen aan alle vereistes soos uiteengesit in die KABV. Ontwikkel vaardighede, kennis en waardes noodsaaklik vir die VOO-band asook tersiêre studie.

Alle spesifieke doelwitte word aangespreek met gepaste assesseringsaktiwiteite.

Teks is leerdervriendelik, tegelykertyd ook wetenskaplik korrek met volledige verduidelikings van moeilike begrippe, prosesse en strukture.

Leeraktiwiteite bevorder leer en kan ook vir hersiening gebruik word.

Verskeidenheid assesseringsaktiwiteite ingesluit.

Leerders en opvoeders kan aktiwiteite selekteer om by individuele omstandighede te pas.

Rubrieke en memorandums in die antwoordgids maak assessering makliker; leerders is verseker van deursigtige en verantwoordbare assessering.

Verskaf hulpmiddels vir:  interaktiewe leer  werkswyses volgens die wetenskaplike metode  assesseringvan vooraf-kennis  verduideliking van alledaagse verskynsels, strukture en prosesse in ‘n nuwe, maklike en wetenskaplik-korrekte taal  op hoogte wees van op-die-voorgrond navorsing en ontwikkeling Opvoeders kan die nuwe kurrikulum met vertroue aanpak.

Werkslading van opvoeders word aansienlik verminder; geen aktiwiteite hoef uitgedink te word nie – dis alles hier!

Leerders kry die geleentheid om hul punte te verbeter, en diegene wat belang stel in ‘n loopbaan in die Lewenswetenskappepe of verwante rigtings, kan ‘n idee kry van hul vermoëns. Leerders word voortdurend uitgedaag om die volgende stap te neem.

Die ONDERSKRYWING ‘n Uitstekende boek wat die leerders van Lewenswetenskappe sal stimuleer en inspireer. Die vakinhoud word gedek op ‘n manier wat pret is en maklik lees. Ek sal hierdie hoogs professionele publikasie baie sterk aanbeveel vir die opvoeders en leerders van Lewenswetenskappe.

Dr Alison Bennie – Botanis, Universiteitslektor, Opvoeder - Rhenish Meisieskool Die NKABV se inhoud word baie volledig behandel. Die boek bevat ook agtergrondinligting vir dié leerders wat verder wil studeer in die Lewenswetenskappe. Illustrasies is van ‘n goeie gehalte. Die aktiwiteite het duidelike kriteria. Assessering is vir beide die opvoeder en leerder maklik en deursigtig.

Johan Cilliers en Theunis van der Schyf, Lewenswetenskappe Opvoeders - Hugenote Hoërskool, senior merkers graad 12.

Getrou aan NKAVB; diagramme is wetenskaplik korrek en maklik om te interpreteer. Interessante gevallestudies en leeraktiwiteite bevorder kritiese denke in die vakgebied.

Carlyn Oppelt, 26 jaar onderwyservaring, Lewenswetenskappe, Departementshoof, New Orleans Sekondêr, onder hoofmerker Lewenswetenskappe graad 12; RSG – hersiening; Telematics aanbieder. ii

LEWENSWETENSKAPPE HANDBOEK WERKBOEK GRAAD 10 (NKABV)

INHOUDSOPGAWE Die studie van lewe 1.

1-6

Biochemie – Die molekule van lewe

7 - 29

2a. Die sel – Die basiese eenheid van lewe

30 - 47

2b. Seldeling – Mitose

48 - 59

3.

Plantweefsels

60 - 72

4.

Soogdierweefsels

73 - 95

5.

Blare – Plantorgane vir fotosintese

96 - 101

6a. Anatomie van tweesaadlobbige plate

102 - 113

6b. Ondersteuning in plante

114

6c. Transpirasie

115 - 123

6d. Vervoer in plante

124 - 130

7.

Ondersteuningstelsels in diere – Die menslike skelet

131 - 146

8.

Vervoerstelsels in die menslike liggaam

147 - 167

9.

Biosfeer tot ekosisteme

168 - 192

10. Biodiversiteit en klassifikasie

193 - 204

11. Geskiedenis van lewe op aarde

205 - 237

iii

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

HOOFSTUK 1:

BIOCHEMIE – DIE MOLEKULE VAN LEWE

Biologie is ‘n opwindende en dinamiese wetenskap wat elke aspek van ons lewens raak, van ons gesondheid en gedragspatrone tot die uitdagende omgewingskwessies waarmee ons gekonfronteer word.

Navorsing wat in die afgelope aantal jare gedoen is, het ons opnuut ‘n besef gegee van die eenheid, maar ook die diversiteit van prosesse en aanpassings. Ons kan opnuut waardering hê vir ons interafhanklikheid met al die onder organismes waarmee ons die planeet aarde deel.

Biologie is die wetenskap van lewe - vandaar die naam Lewenswetenskappe wat vandag aan die vak gegee word.

•

Organismes plant voort - ons weet dat organismes uit reeds bestaande organismes ontstaan. Die vermeerdering van individue (voortplanting) vind geslagtelik of ongeslagtelik plaas.

•

Organismes en bevolkings pas aan by die omgewing - aanpassings (selfs oor miljoene jare) in bevolkings is ‘n uiters belangrike meganisme watorganismes en hele bevolkings in staat stel om in ‘n veranderende omgewing te oorleef. Dié proses van aanpassing word evolusie genoem.

BIOLOGIESE ORGANISASIE EIENSKAPPE VAN LEWE •

Of ons nou ‘n enkele organisme of ‘n hele bevolking bestudeer, ons kan agterkom dat daar ‘n duidelike hiërargie van biologiese organisasie is. Ons kan elkeen van die vlakke in die biologiese hiërargie bestudeer deur na sy komponente te kyk.

Organismes bestaan uit selle - organismes kan eensellig of meersellig wees, maar almal bestaan uit selle. (Die selteorie wat hierdie konsep verder uitbou, word in die volgende hoofstuk bespreek.)

•

Organismes groei en ontwikkel - selle groei in grootte of in getal of in albei. Groei kan verskil van plek tot plek. Ontwikkeling behels al die veranderinge wat plaasvind vanaf die ontstaan van die organisme tot aan die einde van sy natuurlike lewe, asook die prosesse wat vir die ongelooflike aanpassings by organismes verantwoordelik is.

•

Organismes reguleer hulle metaboliese prosesse - chemiese reaksies en energie-oordragprosesse vind in alle lewende organismes plaas. Al hierdie prosesse en reaksies is saam bekend as ‘n organisme se metabolisme.Metaboliese reaksies vind só plaas dat homeostase gehandhaaf word. Dink aan prosesse soos vertering, sellulêre respirasie, proteïensintese, uitskeiding, en die gepaardgaande chemiese reaksies.

•

Organismes reageer op prikkels - alle organismes reageer op prikkels uit hulle inwendige of uitwendige omgewing. Prikkels kan iets soos kleurveranderinge, veranderinge in ligintensiteit, temperatuur, druk, waterpotensiaal, ens. wees. Organismes reageer dikwels deur beweging - weg of na die oorsprong van die prikkel.

Elke vlak van biologiese organisasie toon sy eie kenmerke; ‘n bevolking sal kenmerke hê wat nie by ‘n individuele organisme voorkom nie. Organismes het verskeie vlakke van biologiese organisasie:

Biologiese organisasie – van atome tot organisme, bevolking tot biosfeer.

7

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

Atome is die mees basiese vlak van organisasie. Die kleinste deeltjie van ‘n element is ‘n atoom.

Atome kombineer om molekule te vorm.

Sommige molekule is makromolekule; reusegroot molekule soos die proteïenmolekuul.

Molekule en atome vorm saam die strukture waaruit selle bestaan, die organelle.

Organelle vorm ‘n lewende eenheid met al die funksies van lewe, die sel.

Wanneer ‘n groep selle dieselfde struktuur en ‘n gemeenskaplike funksie het, praat ons van ‘n weefsel (ons bespreek later plant- en soogdierweefsels).

3.

is gewoonlik groot en ingewikkelde molekule, en

4.

is brandbaar in suurstof en vorm dan o.a. koolstofdioksied.

Anorganiese verbindings 1.

het nie ‘n lewende oorsprong nie,

2. bevat nie koolstof nie (met die uitsondering van CO2, CO – koolstofmonoksied – en –CN sianiedverbindings), 3. is elemente en eenvoudige molekule, en 4. brand nie noodwendig in suurstof nie.

Weefsels werk saam as funksionele strukture wat ons organe noem.

ANORGANIESE VERBINDINGS EN NOODSAAKLIKE ELEMENTE

Organe is saamgevoeg in ‘n stelsel met ‘n gemeenskaplike funksie of groep funksies, naamlik orgaanstelsels(onthou hierdie definisie wanneer ons van die vervoer- en ondersteuningstelsels by plante en diere leer).

Sekerlik die mees belangrike anorganiese verbinding wat ons lewe daagliks raak, is water – H2O.

WATER

‘n Organisme bestaan uit ‘n aantal orgaanstelsels wat saam funksioneer om homeostase te bewerkstellig.

Die grootste deel van die meeste lewende organismes bestaan uit water. Sowat 20% van beenweefsel in die menslike liggaam bestaan uit water en sowat 85% van selle in die brein; ons liggame bestaan gemiddeld uit sowat 70% water.

Ons kry ook vlakke van ekologiese organisasie bv. bevolking, gemeenskap en ekosisteem. (Ons behandel dit volledig in die afdeling Omgewingstudies.)

Water is nie net ‘n belangrike bestanddeel van ons liggame nie, dit is ook, deur fotosintese, die bron van die suurstof wat ons inasem. Die waterstofatome in water vorm deel van organiese verbindings in lewende organismes. Water is die oplosmiddel vir en medium waarin die meeste biologiese reaksies plaasvind, en is in baie gevalle ‘n reagens in hierdie reaksies.

BIOCHEMIE - DIE ATOME EN MOLEKULE VAN LEWE Jy het al geleer dat ons sekere minerale en vitamiene in ons dieet benodig, en dat die organiese verbindings in ons liggame sekere belangrike funksies het. Wat word dan bedoel met die terme “organiese en anorganiese verbindings”?

Water is ook een van die mees belangrike omgewingsfaktore waardeur organismes beïnvloed word. Dit is ‘n habitat vir ‘n groot aantal organismes.

Dit word as een van die belangrikste faktore beskou in lewe op aarde en dievoortbestaan daarvan. (Ons praat weer oor hierdie aspek in die gedeelte oor Ondersteuning en Vervoer in plante, Transpirasie en ook in Omgewingstudies.)

Organiese verbindings 1.

het oor die algemeen hulle oorsprong in lewende organismes,

2.

bevat groot hoeveelhede koolstof, gewoonlik saam met waterstof, suurstof, stikstof en/of fosfor (H, O, N en P),

8

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe Maagsap en die soutsuur in maagsap is suur, en die inhoud van die dunderm is weer alkalies. Tog is die inhoud van selle in die liggaam neutraal en, met uitsondering van die spysverteringsensieme, verkies die meeste ensieme ‘n neutrale medium van 7,2 tot 7,4 waarin hulle kan funksioneer.

Watermolekule is polêr; een kant van ‘n watermolekuul het ‘n effens negatiewe lading, terwyl die ander kant ‘n effens positiewe lading het.

H

H O

Die pH van bloed word tussen baie nou grense op ‘n gemiddelde van 7,4 gehandhaaf. Word die bloed te suur (bv. as gevolg van versmoring) kan ‘n koma en selfs die dood volg. Alkaliese bloed lei weer tot senuprobleme en selfs stuiptrekkings.

+ H

+ O

O

H

H

+ O

H H O

+

Organismes het heelwat natuurlike buffers. ‘n Buffer is ‘n stof of kombinasie van stowwe wat pH-veranderinge teenwerk, selfs al word ‘n suur of basis bygevoeg. (Meer daaroor wanneer ons oor gaswisseling in graad 11 praat.)

H

H

H

Waterstofbindings tussen watermolekule.

Wanneer ‘n suur met ‘n basis reageer, word ‘n sout gevorm bv. : HCl + NaOH → NaCl + H2O

In water vorm die molekulewaterstofbindings met mekaar; hierdie redelik sterk intermolekulêre kragte is verantwoordelik vir die kohesiekragtetussen watermolekule. Water se polêre aard is ook die rede waarom dit sterk adhesiekragte met ‘nverskeidenheid van stowwe kan vorm. Kohesie- enadhesiekragte is verantwoordelik vir kapillariteit, die verskynsel waar water opstyg in nou, kapillêre buisies, selfs teen swaartekrag (onthou hierdie feite wanneer ons oor die Vervoer van water in plante praat).

Wanneer soute in water oplos, dissosieer die ione (bv. Na+ en Cl-) om elektroliete te vorm.

Elektroliete kan elektriese stroom gelei en speel ‘n uiters belangrike rol in die geleiding van senuwee-impulse en spierwerking. Verskeie homeostatiese prosesse het die handhawing van hierdie elektrolietkonsentrasies ten doel bv. uitskeiding. pH skaal Batterysuur0.0 Soutsuur 0.8 Maagsuur 1.0

Stowwe wat geredelik met water reageer of daarin oplosbaar is, word hidrofilies genoem (bv.sukrose en tafelsout), terwyl stowwe wat nié in wateroplos nie (bv. vette enolies), hidrofobies is.

Maagsap 2.0 Toenemende suurheid

MINERALE

Asyn 3.0

Bier 4.5 Swart koffie 5.0

Sekere elemente is uiters noodsaaklik vir die normale funksionering van selle, metaboliese prosesse en algemene gesondheid (sien tabel aan einde van hoofstuk).

Neutraal

Minerale wat elke dag in groot hoeveelhede benodig word, is makrovoedingstowwe, bv. C, H, O, N, P, S, Ca, Mg.

Reënwater 6.25 Koeimelk 6.5 Gedistilleerde water 7.0 Bloed 7.4 Seewater 8.0 Bleikmiddel 9.0

Minerale wat net so belangrik is, maar in kleiner hoeveelhede benodig word, is mikrovoedingstowwe bv. Fe, Na en I2.

Toenemende alkaliniteit

Huishoudelike ammoniak 11.5

SURE, BASISSE EN SOUTE Oondskoonmaker 13.0

Die pH-skaal is ‘n manier om die mate van suurheid of alkaliniteit aan te dui; ‘n pH van 0 tot 6 dui ‘n oormaat H+ ione aan (suur), 7 is ‘n neutrale pH en 7,1 tot by 14 dui ‘n oormaat OH- aan (alkalies/basies).

Karbolseep 14.0

Die pH van ‘n aantal bekende stowwe en liggaams vloeistowwe.

9

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

ORGANIESE VERBINDINGS

Twee bekende pentoses wat vir ons van belang is, is ribose en deoksiribose, twee suikers watonderskeidelik deel vorm van RNA en DNA (meer daaroor in ons gedeelte oor nukleïensure en in graad 12 wanneer jy DNA en RNA in detail gaan bestudeer.)

Daar is ‘n geweldige verskeidenheid organiese verbindings op aarde; meer as 5 miljoen verskillendes is al deur navorsers geïdentifiseer.

Die naam “organiese” verbindings is afkomstig uit die dae toe daar gedink is dat hierdie verbindings slegs in lewende organismes vervaardig kon word. In 1982 het die Duitse wetenskaplike, Friedrich Wühler, ureum in die laboratorium vervaardig en vandag weet ons dat baie organiese verbindings nooit in lewende organismes gevind word nie.

Die drie heksoses wat vir ons belangrik is, is glukose, fruktose en galaktose.

Glukose is die mees algemene heksose en is die bron van energie vir die meeste lewende organismes. Die heksoses kom algemeen as ringstrukture voor.

Die diversiteit van organiese verbindings kantoegeskryf word aan die feit dat hulle ‘n hele aantal drie-dimensionele verbindings kan vorm.

Diekoolstofatoom, sentraal in organiese verbindings, kanmet ‘n groot verskeidenheid ander elemente verbind; boonop is organiese verbindings oor die algemeenmakromolekule, die reuse in die molekulêre wêreld.

Glukose kan ook in die liggaam gebruik word om ander organiese verbindings soos aminosure en vetsure te vervaardig. Die konsentrasie van glukose in die bloed staan onder homeostatiese beheer deur o.a. die hormoon insulien.

Fruktose word algemeen in vrugte en heuning aangetref en is, interessant genoeg, soeter as glukose.

Die mees algemene organiese verbindings waarmee ons te doen kry, is vette (lipiede), koolhidrate en proteïene. Organiese molekule is meestal polimere wat opgebou is kleiner boustene, die monomere

Galaktose vorm deel van die disakkaried, laktose, of melksuiker.

KOOLHIDRATE

CH2 OH

(of)

C 2 OH (of) CH O

O

Suiker, stysel en sellulose is almal voorbeelde vankoolhidrate. Suiker en stysel is die bron van energievir selle, en sellulose is ‘n belangrike strukturelebestanddeel van die selwande van plantselle.

HO

OH

OH

OH

HO

OH Koolhidrate bevat koolstof, waterstof en suurstof in die verhouding 1:2:1. (Die “hidraat”-gedeelte van die naam verwys na die waterstof-suurstofverhouding van 2:1, dieselfde as dié vir water.)

OH

OH

Die ringstruktuur van glukose (nie vir eksamendoeleindes nie).

DISAKKARIEDE

Die boustene van koolhidrate is eenvoudige suikers (monosakkariede). Disakkariede bestaan uit twee monosakkariede, terwyl polisakkariede uit ‘n groot aantal monosakkariede bestaan.

Disakkariede bestaan uit twee monosakkariede wat aan mekaar gekoppel is. Daar is drie verskillende disakkariede, en in elke geval is glukose een van die twee boustene.

MONOSAKKARIEDE

glukose + glukose → maltose (moutsuiker)

Monosakkariede kan van drie tot sewe koolstofatome bevat. Die meer bekende monosakkariede is die trioses (3C bv. gliseraldehied), pentoses (5C) en heksoses (6C).

glukose + fruktose → sukrose (rietsuiker) glukose + galaktose → laktose (melksuiker) Monosakkariede en disakkariede is oplosbaar in water.

10

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

POLISAKKARIEDE

VETTE EN OLIES (LIPIEDE)

‘n Polisakkaried is ‘n makromolekuul wat uit groot hoeveelhede aaneengeskakelde monomere, gewoonlik glukose, bestaan. Die mees algemene polisakkariede is stysel, glikogeen en sellulose.

Vette (lipiede) is oplosbaar in nie-polêre oplosmiddels(bv. eter) en onoplosbaar in water(hidrofobies). Hierdie kenmerke spruit uit die struk tuur van vette: lang kettings van koolstof enwaterstof met enkele suurstofbevattende funksionele groepe.

Die boustene van vette is gliserol en vetsure. Gliserol is ‘n tipe alkohol met drie hidroksielgroepe, en vetsure bevat lang koolwaterstofkettings.

Vette word onder die vel gestoor as isolasie teen koue,en is ‘n uitstekende vorm van reserwe-energie.

Poli-onversadigde vette neig om meer olierig te weesby kamertemperatuur, en versadigde vette is oor diealgemeen harder vette. Hierdie eienskap is die redewaarom ‘n dieet wat te veel vette bevat ongesond is en tot kardio- vaskulêre siektes kan lei. Harde vette pak saam in die bloedvate en kan trombose veroorsaak.

Stysel bestaan uit vertakte kettings van glukose.

Dit is egter noodsaaklik dat ons vette inkry (Omega 3-vetsure) vir normale metaboliese reaksies, en omdat sekere vitamiene (A, D, E en K) vetoplosbaar is. Fosfolipiede (vette in verbinding met fosfate) vorm selmembrane.

Stysel is die tipiese manier waarop koolhidrate in plante geberg word. Twee vorme kom voor: amilose, met korter en onvertakte kettings, en amilopektien, die meer algemene, vertakte vorm wat uit sowat 1000 glukose-molekule bestaan. Amilose is wel oplosbaar in water, maar soos ander polimere, is amilopektien nie oplosbaar in water nie.

Cholesterol is noodsaaklik vir die vorming van selmembrane, maar te veel daarvan in die bloed lei tot die vorming van aanpaksels in bloedvate (meer oor hartsiektes in hoofstuk ).

Glikogeen word soms “dierestysel” genoem omdat dit die manier is waarop reserwe koolhidrate in dierselle geberg word. Glikogeen is wel oplosbaar in water, en word hoofsaaklik in spierselle en in die lewer geberg.

Steroïede word uit vette gevorm; biologies belangrike steroïede is cholesterol, galsoute, die voortplantingshormone, en kortisol wat deur die bynierkorteks afgeskei word.

Sellulose is die strukturele polisakkaried in plante.

Sowat 50% van hout bestaan uit sellulose en ‘n hele 90% van katoen! Sellulose is deel van selwande wat vorm en stewigheid aan plantselle gee.

Het jy geweet?

Sellulose is ingewikkelde molekule en onoplosbaar in water. As ru-vesel is dit noodsaaklik in ons dieet om peristalsis aan te help.

Vette word in klein druppeltjies opgebreek (emulsifisering) deur dit vinnig in water te klits, deur seep (alkalies) of suurlemoensap (suur) by te voeg. Dink mooi – hierdie drie dinge help jou om vetterige skottelgoed te was!

Sommige mikro-organismes het, anders as die mens, die vermoë om sellulose te verteer. Herbivore wat hoofsaaklik gras eet, bevat bakterieë in hulle dermkanaal wat sellulose verteer en sodoende die diere in staat stel om voedingswaarde uit die gras te verkry.

Chitien is ‘n stof verwant aan polisakkariede wat in die eksoskelet van insekte en die selwande van swamme aangetref word.

11

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

H C

CH3

H

X Die struktuur van ‘n vet (nie vir eksamendoeleindes nie). Let op die onversadigde binding by X. Poli-onversadigde vetsure bevat groot hoeveelhede van hierdie bindings.

PROTEÏENE

AMINOSURE

Proteïene, opgebou uit die monomere aminosure, is die mees veelsydige van al die organiese verbindings.

Daar is twintig verskillende aminosure wat as monomere (boustene) in proteïene voorkom.

Aminosure bind aan mekaar met peptiedbindings. Twee aminosure vorm ‘n dipeptied, drie ‘n tripeptied en meer ‘n polipeptied. Vyftig of meer aminosure vorm ‘n proteïen.

Proteïene is by alle selreaksies betrokke; alle ensiemeis proteïene. In selmembrane speel hulle ‘n belangrike strukturele rol, en omdat hulle in ‘n verskeidenheid van vorms en groottes voorkom, is hulle belangrik in die bou, groei, instandhouding en herstel van selle.

A

H O

Proteïene speel ‘n rol in vervoer (hemoglobien inbloed, draermolekule by selmembrane), as voedingstowwe (albumien in eiers, vleis), sommigehormone (insulien), beweging (aktien in spierselle)en beskerming teen siektes (teenliggaampies).

H

B

Proteïene dien ook as ‘n reserwebron van energie. Oortollige aminosure word in die lewer afgebreek omtot energieryke glukose of vette omgeskakel te word.

H N

Proteïene het ‘n ingewikkelde struktuur, maar dit is ook die rede waarom hulle so veelsydig is.

N

C

H

CH3

H

O

C

C

H H

C OH

CH3 N

C

H

H

O C OH

Die basiese struktuur van ‘n (A) aminosuur en ‘n (B) dipeptied ( nie vir eksamendoeleindes nie).

12

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe Bakterieë en plante het die vermoë om hulle eie aminosure uit eenvoudiger verbindings te vervaardig. Dierselle kan ook van die meer eenvoudige aminosure vervaardig.

Essensiële aminosure is dié wat nie deur dierselle vervaardig kan word nie, of in elk geval nie in voldoende hoeveelhede nie. Hierdie aminosure word verkry uit plante; onthou dus jou daaglikse porsie groente en vrugte!

Die volgorde waarin aminosure in ‘n proteïen voorkom, staan as die primêre struktuur bekend. Die aantal aminosure, watter van die twintig aminosure voorkom, hoeveel van elk en in watter volgorde is alles faktore wat dit vir proteïene moontlik maak om in so ‘n geweldige verskeidenheid voor te kom. +H N 3

His Ser Gln Gly Thr Phe Thr 1

2

3

4

5

6

Die kwaternêre struktuur van proteïene bepaal die uiteindelike bou en werking van proteïene. Links is ‘n voorstelling van hoe hemoglobien lyk en regs ‘n voorstelling van kollageen (nie vir eksamendoeleindes nie).

COO

7

Die primêre struktuur van ‘n proteïen word bepaal deur die hoeveelheid en volgorde van aminosure (detail nie vir eksamendoeleindes nie).

Hitte of ‘n pH-verandering kan die molekuul laat denatureer en die drie-dimensionele struktuur vernietig. Die proteïen kan dan nie meer normaal funksioneer nie. Lae temperature sal proteïene onaktief maak.

Die sekondêre en tersiêre strukture verwys na dievorm van die polipeptiedketting (polipeptied – baie aminosure, maar nog nie volledige proteïen nie).

Polimere word deur kondensasie-sintese gevorm.

Dit beteken dat vir elke monomeer wat bygevoeg word, ‘n watermolekuul gevorm/ uitgesplits word.

Polimere word deur hidrolise (byvoeging van water) opgebreek in kleiner eenhede of monomere. Die reaksies staan onder beheer van ensieme.

HO

OH+HO

OH

HO

O

OH+ H2O

B Die prosesse van kondensasie-sintese ( → ) en hidrolise ( → ).Beide reaksies word deur ensieme gekataliseer.

A Die sekondêre struktuur (A) en tersiêre struktuur (B) van proteïene word voorgestel (jy hoef nie die biochemiese struktuur van proteïene of aminosure te ken nie; al die diagramme word net gegee om jou begrip te verbeter).

ENSIEME Ensieme is biologiese katalisators - hulle begin of versnel biochemiese reaksies sonder om self daaraan deel te neem of te verander.

Proteïene word in die sel se grondplasma by die ribosome vervaardig. DNA beheer die proses deurmiddel van RNA (meer hieroor in graad 12).

Ensieme is eintlik almal proteïene, en daarom sal alles wat vir proteïene waar is, ook vir ensieme geld. Ensieme is temperatuur- en pH-spesifiek.

Hoë temperature sal hulle laat denatureer, terwyl koue hulle onaktief sal maak. Ensieme in die mens se liggaam verkies 37°C as optimumtemperatuur (waarby hulle die beste werk).

Die drie-dimensionele struktuur van proteïene (tersiêr en kwaternêr) is belangrik vir die normale funksionering van die molekule.

13

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

ENSIEMWERKING

Ensiem-aktiwiteit

Ensieme werk volgens ‘n slot-enseutelmeganisme. Die ensiemmolekuul bevat ‘n aktiewe sentrum wat slegs ‘n sekere substraat of tipe substraat sal herken (ensieme is dus ook spesifiek in hulle substraat).

Temperatuur in °C

Aktiewe sentrum

Verskillende ensieme verkies verskillende temperature; in die mens se liggaam is die optimumtemperatuur 37°C.

+

Substraat

Ensiem-aktiwiteit

Ensiem

pH Tydelike ensiem - substraatkompleks

Ensieme is pH-spesifiek; sommige se optimumwerking is by ‘n alkaliese medium, ander weer by ‘n suur medium.

Twee spysverteringsensieme se werking word hier voorgestel. Ensiem A word in die maag aangetref en ensiem B in die dunderm. Wat kan jy aflei oor die pH in hierdie twee spysverteringsorgane?

INHIBERING VAN ENSIEME

+

Soms moet ensieme tydelik onaktief gestel word.

Sekere stowwe bind tydelik met die aktiewe sentrum tot tyd en wyl die ensiem weer benodig word.

Hierdie verskynsel is ‘n manier om metaboliese prosesse te beheer.

Ensiem +

Produk

Het jy geweet?

Die slot-en-sleutelmeganisme waarvolgens ensiemwerking plaasvind.

Ensieme kan ook permanent buite aksie gestel word; sommige gifstowwe inhibeer ensieme deur hulle aan die aktiewe sentrum of elders te koppel. Swaar metale soos kwik en lood bind permanent met sekere ensieme. Sianied is ‘n giftige gas wat een van die ensieme in die sellulêre respirasieproses inhibeer.

Ensieme kan oor en oor gebruik word, en slegs ‘n klein hoeveelheid is nodig om ‘n groot hoeveelheid substraat te kataliseer. Reaksies wat gekataliseer word, kan anabolies (opbouend) of katabolies (afbrekend) van aard wees.

Sommige medisyne se werking berus op die beginsel van ensiem-inhibering; bakteriese ensieme word deur die antibiotikum penisillien geïnhibeer.

Ensieme verlaagaktiveringsenergie wat benodig word vir ‘n reaksie om plaas te vind.

14

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

KOËNSIEME EN KO-FAKTORE

•

Tekstiele Die tekstielbedryf is onder groot druk om besoedeling te verminder. Biotegnologie word ingespan om skadelike chemiese stowwe met ensieme te vervang. Laasgenoemde word byvoorbeeld gebruik om katoen voor te berei vir die weefproses en onsuiwerhede te verwyder. Die proses is dus minder toksies, goedkoper en natuurlike bronne (water en elektrisiteit) word gespaar.

•

Voedsel en drank Die mens gebruik al baie lank ensieme om wyn, bier en kaas te vervaardig, sonder dat hulle daarvan bewus was, want die ensieme in gisswamme en bakterieë is eintlik vir die prosesse verantwoordelik. Hierdie ensieme is deur biotegnologie geïsoleer en verbeter. Die kwaliteit van die produkte is dus verbeter en die vervaardigingsprosesse is goedkoper.

Sommige ensieme benodig nie-proteïengedeeltes om hulle funksie te verrig. Die proteïengedeelte word ‘n apo-ensiem genoem, en die nie-proteïengedeelte is die ko-faktor.

Nie een van die apo-ensiem of ko-faktor kan op sy eie funksioneer nie, maar saam het hulle ‘n metaboliese funksie. Die ko-faktor kan organies of anorganies wees.

In sommige gevalle is die ko-faktor ‘n metaalioon soos yster, magnesium, kalsium of sink; baie minerale tree as ko-faktore op. ‘n Organiese, nie-proteïengedeelte wat aan die apo-ensiem bind en as ko-faktor optree, word ‘n koënsiem genoem. Een van die bekende koënsieme waarvan jy nog heelwat gaan hoor, is koënsiem A wat ‘n rol in respirasie speel. Baievitamiene tree as koënsieme op.

Ensieme word ook gebruik om stysel af te breek tot suiker. Die voedselbedryf kan nou mielies en koring gebruik om soet strope te vervaardig wat baie meer koste-effektief is as om rietsuiker te gebruik.

LEERAKTIWITEIT 1 ENSIEME IN ONS ALLEDAAGSE LEWE Bron: http://biotech.about.com Ensieme is ‘n goeie voorbeeld van biotegnologie wat daagliks in huishoudings gebruik word.

Sommige van die ensieme is vroeër in hul natuurlike vorm onttrek en gebruik. Navorsing in biotegnologie het daartoe bygedra dat ensieme baie meer effektief gebruik kon word in omstandighede (byvoorbeeld ongunstige pH of temperature) wat voorheen die werking daarvan sou inhibeer.

•

•

Verwydering van taai gom Ensieme word in die pulp en papierbedryf gebruik om taai gom van papier wat hersikleer is, te verwyder. Hierdie gom verlaag nie net die kwaliteit van papier-produkte nie, maar kanook die masjiene verstop. Om chemikalieë te gebruik om hierdie taai stowwe te verwyder, is nie 100% suksesvol nie. Die gom word deur esterbindings aan mekaar gebind.

Die ensiem, esterase, word gebruik om die gom in kleiner wateroplosbare verbindings op te breek wat makliker verwyder kan word.

Waspoeiers Ensieme word al baie lank in waspoeiers gebruik, veral dié wat proteiene afbreek wat vlekke veroorsaak bv. vlekke wat deur gras, rooiwyn en grond veroorsaak word. Lipases word weer gebruik om vetkolle te verwyder.

Tans word navorsing gedoen om ensieme te vervaardig wat in warm en koue temperature effektief sal wees.

15

•

Leer Ensieme word gebruik om diervelle skoon te maak deur keratien en pigmentvlekke te verwyder.

•

Bio-afbreekbare plastiek Plastiekprodukte bevat lang kool-waterstof kettings wat baie moeilik deur mikroorganismes afgebreek word. Bio-afbreekbare plastiek word vervaardig uit plantaardige polimere wat korter is en baie makliker deur ontbinders afgebreek kan word. Hierdie produkte is egter nog duur en kan nie deur almal bekostig word nie.

•

Bio-etanol Bio-etanol is reeds algemeen aan die publiek bekend. Dit word vervaardig uit plante met ‘n hoë stysel-inhoud deur ensieme wat die omsettings van stysel na etanol effektief kataliseer. Daar is egter die siening dat hierdie proses voedselvervaardiging negatief kan beïnvloed. Baie boere plant eerder mielies vir bio-etanol in plaas daarvan om voedsel te kweek.

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe 4.

Vrae: 1.

Noem die sewe toepassings van ensiem-biotegnologie waarna in die leesstuk verwys word en verskaf een voorbeeld van elk.

Ensieme wat in waspoeiers gebruik word, moet effektief in warm óf koue water wees. Waarom is dit noodsaaklik vir die verkope van die waspoeiers?

____________________________ ____________________________

____________________________

____________________________

____________________________ ____________________________

5.

____________________________

Gaan kyk na die soort waspoeier wat by jou huis gebruik word. Lees die inligting oor die inhoud van die waspoeier. Stel vas of daar enige ensieme in die waspoeier voorkom, wat die ensiem(e) se naam is en watter soort vlek(ke) daardeur verwyder kan word.

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________ ____________________________

____________________________

6.

____________________________

Watter pH word deur ensieme verkies wat in waspoeiers voorkom? Hoe weet jy dit?

____________________________

____________________________

____________________________ 2.

Verduidelik wat elk van die terme beteken: (a)

____________________________

bio-afbreekbaar

____________________________

7.

Ontwerp ‘n eksperiment om die werking van verskillende ensiem-bevattende waspoeiers op verskillende soorte vlekke te toets. Gee aandag aan die volgende in jou ontwerp (verwys na die gedeelte oor die wetenskaplike metode in die vorige hoofstuk, sowel as die assesseringsaktiwiteite aan die einde van hierdie hoofstuk vir riglyne):

7.1

Stel van fokusvraag

7.2

Formuleer van hipotese

7.3

Identifisering van verskillende veranderlikes

7.4

Metode waarvolgens eksperiment uitgevoer gaan word

7.5

Apparaat benodig

7.6

Enige ander aspekte wat in jou beplanning in ag geneem behoort te word.

____________________________

7.7

Aanteken van enige waarnemings

____________________________

7.8

Enige gevolgtrekkings wat gemaak kan word

7.9

Korrektheid of nie van oorspronklike hipotese

____________________________ ____________________________ (b) katalisator

____________________________ ____________________________ ____________________________ (c) polimere

____________________________ ____________________________ ____________________________ 3.

Doen jou eie navorsing en skryf die vergelyking neer van die reaksie wat plaasvind wanneer etanol uit glukose vervaardig word.

____________________________

7.10 Grafiese voorstelling van data versamel 16

Lewe op molekulêre, sellulêre en weefselvlak: Molekule van lewe

NOTAS :

NUKLEÏENSURE

______________________________

Die nukleïensure dra oorerflike inligting oor en bepaal die soorte proteïene wat deur die sel vervaardig word. Die nukleïensure is deoksiribonukleïensuur (DNS of DNA) en ribonukleïensuur (RNS of RNA).(Jy sal meer daarvan leer in graad 12.)

______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________

VITAMIENE

______________________________ Vitamiene is organieseverbindings noodsaaklik vir normale metaboliese reaksies(tabel aan einde van hoofstuk).

______________________________ ______________________________ ______________________________

Ons benodig vitamiene in relatief klein hoeveelhede. Vitamiene word in twee hoofgroepe verdeel: die vetoplosbare vitamiene A, D, E en K, en die wateroplosbare B- en C-vitamiene.

______________________________ ______________________________ ______________________________

Navorsers op gesondheidsgebied is nog onseker oor die uitwerking van groot hoeveelhede vitamiene om bv. verkoue te voorkom. Ons weet dat wateroplosbare vitamiene wel saam met uriene uitgeskei word, maar die vetoplosbare vitamiene hoop op in die liggaam, word nie so maklik uitgeskei nie, en kan ernstige probleme veroorsaak wanneer daar te veel in die liggaam teenwoordig is.

______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________

Het jy geweet?

______________________________

Vetoplasbare vitamiene in groot hoeveelhede veroorsaak hipervitaminose. Die lewer van ‘n steenbras bevat soveel vitamien A dat die eet daarvan haarheid, ‘n vel wat afdop en haarverlies kan veroorsaak.

______________________________ ______________________________ ______________________________

Selfs die onoordeelkundige gebruik van vitamien - aanvullings kan jou sick maak.

______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________

LEERAKTIWITEIT 2 : MOLEKULE VIR LEWE

______________________________

1.1

______________________________

Noem die elemente waaruit vette en olies 0pgebou is.

____________________________

______________________________ ______________________________

1.2

Noem die molekule (boustene) waaruit vette en olies opgebou is.

______________________________

____________________________

______________________________

1.3

______________________________

Wat is die verskil tussen ‘n vet en ‘n olie?

(Noem enige een.)

____________________________

______________________________

____________________________

______________________________ 1.4

______________________________

Noem enige drie funksies van vette in lewende organismes.

______________________________

____________________________

______________________________

____________________________

______________________________

____________________________ ____________________________ 17