1. HÉT: BIOKÉMIA I.: A SEJTEK KÉMIAI FELÉPÍTÉSE

(Biológia III. 7 - 30. oldal)


BEVEZETŐ

Ha a tananyagot önállóan dolgozod fel, a következőket javasoljuk:

I. KULCSFOGALMAK


1. Biogén elemek

Definíció:
Azok a kémiai elemek, amelyek az élőlények felépítésében létfontosságú szerepet töltenek be.

Magyarázat:

A több mint száz kémiai elem nagyobb része az élőlények testében is megtalálható, de sokuknak nincs kimutatható biológiai szerepe, vagy ha van is hatásuk, az nem létfontosságú. Ez utóbbi elemeket nem tekintjük biogén elemeknek.

Így például nem ismerünk olyan biokémiai rendszert, ami lítiumot igényelne, noha igen kis mennyiségben ugyan, de van lítium minden élőlény szervezetében és még kimutatható hatásról is van tudomásunk: embernél lítiumsókkal eredményesen kezelhető a mániás depresszió (az ok nélkül, periodikusan jelentkező pozitív és negatív hangulati állapotok pszichiátriai kórképe). A lítium hatása azonban minden bizonnyal közvetett és a betegség nem a lítiumhiány miatt lép fel, a lítium tehát nem biogén elem.

Kimutathatóan 25 elemről tudjuk, hogy létfontosságú, ebből 7 csak bizonyos fajok számára szükséges (ezek az ún. változó biogén elemek). A többi 18 minden élőlény számára fontos ugyan (ezek az ún. állandó biogén elemek), de nem egyforma mértékben. A következő táblázat mutatja a biogén elemek egy lehetséges csoportosítását:

BIOGÉN ELEMEK
ÁLLANDÓ BIOGÉN ELEMEK VÁLTOZÓ BIOGÉN ELEMEK
MAKROELEMEK

ELSŐDLEGES BIOGÉN ELEMEK(kb. 95%) MÁSODLAGOS BIOGÉN ELEMEK (néhány %)
C, H, O, N P, S, Cl, Na, K, Ca, Mg
MIKROELEMEK (NYOMELEMEK)
(néhány ezrelék)

I, Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo

F, B, Si, Se, Sn, Cr, V

Az egyes elemek szerepéről bővebben a Kiegészítések című fejezetben!


2. Diffúzió

Definíció:
Hőmozgás okozta anyagáramlás, amely egy rendszert a koncentráció-különbségek kiegyenlítődése irányába mozdít el.

Magyarázat:

A diffúzió (amelyre példa lehet a tankönyvben szereplő cukoroldódás vagy - hiszen a gázok is képesek diffúzióra - egy kinyitott parfümös üvegből származó illat is) alapvető oka az, hogy ha egy rendszerben az anyag nem egyenletesen oszlik el (pl. a kockacukor egy pohár vízben), akkor a részecskék rendezetlen, lökdösődő mozgása előbb-utóbb magától is egyenletes anyageloszlást fog létrehozni (tehát keverés nélkül is cukoroldat keletkezik). Fizikai kifejezéssel élve: az anyagi rendszerek önként elmozdulnak a rendezettebb állapotok felől a kevésbé rendezettek irányába (ez az entrópia növekedés tétele).

Oldatok esetén ez a jelenség abban nyilvánul meg, hogy az oldott anyagot a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb koncentrációjú hely felé látjuk áramlani. (Vegyük észre ugyanakkor, hogy az oldószer is éppúgy diffundál: oldószer molekulák kerülnek oda, ahol eddig nem voltak!).

Biológiai példák a diffúzióra: diffúzióval lép be pl. az oxigén a tüdő légteréből a vérbe, illetve diffúzió juttatja be pl. a szőlőcukrot a működő izomsejtbe.

3. Ozmózis

Definíció
Az oldószer (általában a víz) diffúziója féligáteresztő hártyán keresztül.

Magyarázat

A féligáteresztő hártyák (ilyen a celofán, de a sejthártyák is) olyan résekkel rendelkeznek, amelyek csak bizonyos mérethatár alatti részecskéket engednek át (pl. a vízmolekulákat igen, de a szacharóz molekulákat már nem), így a nagyobb molekulák diffúzióját akadályozzák, a kisebbekét viszont nem.

Ezért - s most vegyük példaként a tankönyvi kísérletet - ha a pohárban tiszta víz van, akkor annak térfogategységeiben több vízmolekulának kell lennie, mint a zsákban lévő cukoroldat térfogategységeiben. Emiatt a diffúzió a vízmolekulákat a zsák belseje felé hajtja. (Kifelé is lépnek vízmolekulák, de kevesebben - tehát kisebb sebességgel - mint befelé, hiszen odabenn kevesebben vannak.)

Ha a vízbelépés sebessége v1, a kilépésé pedig v2, akkor a folyamat elején v1 > v2, ezért a zsák folyadékszintje emelkedni fog:

ozmózis 1


A szintemelkedés egy idő után megáll, amit az okoz, hogy az emelkedő folyadékoszlop nyomása és a bent lévő egyre több vízmolekula fokozza a kilépés sebességét s így v2 végül addig nő, és v1 addig csökken, amíg egyenlők lesznek. Erre az állapotra mondjuk, hogy dinamikus egyensúly állt be:

ozmózis2

Az élő szervezetben ozmózissal szívódik fel a víz a növény gyökerén illetve az állatok bélfalán át, ozmózissal szívódik vissza a víz a szűrletből a vesében.


4. Ozmózisnyomás

Definíció:
Az a nyomás, amelyet az oldatra kell kifejteni ahhoz, hogy dinamikus egyensúly jöjjön létre "….(leálljon az ozmózis) a tiszta oldószerrel szemben.

Magyarázat:

A fenti kísérletben például a megjelölt "h" magasságú folyadékoszlopnak a nyomása (illetve a belőle eredő préselőerő) állítja le az ozmózist. A zsákban lévő felhígult cukoroldat ozmotikus nyomása (P1) számszerűleg is megadható a hidrosztatikai nyomásra vonatkozó fizikai képlet segítségével:

P1= g h

ahol az oldat sűrűsége, g pedig a nehézségi gyorsulás.

Látnunk kell, hogy az ozmózisnyomás tulajdonképpen az oldatot jellemző mennyiség és annak koncentrációjával (nem túl tömény oldatok esetén) egyenesen arányos. Külső behatással (pl. a csőben lévő légnyomás növelésével) már a kísérlet elején is (amikor az oldat még töményebb volt) le lehetett volna állítani az ozmózist. Ez a külsőleg alkalmazott nyomás (P2) felel meg a töményebb oldat ozmotikus nyomásának. Ha meggondoljuk, P2 nagyobb kell, hogy legyen, mint P1, hiszen ha nagyobb a koncentráció-különbség a hártya két oldala között, akkor nagyobb nyomás kell a vízkilépés kellő mértékű megnöveléséhez. Tehát ha azt halljuk, hogy egy oldat ozmotikus nyomása nagyobb, mint egy másiké, akkor az azt is jelenti, hogy nagyobb a koncentrációja (még pontosabban: nagyobb benne az oldott részecskék koncentrációja).

Érdekes jelenség (ún. fordított ozmózis) lép föl akkor, ha nagyobb külső nyomást alkalmazunk, mint az ozmózisnyomás. Ilyenkor ugyanis oldószer fog kipréselődni a hártyán a hígabb oldat felé. Ezzel az eljárással lehet pl. tengervizet sótalanítani (ivóvíznyerés céljából), de ez a jelenség az oka annak is, hogy a hajszálerek artériás szakaszán (fehérjementes) vérplazma préselődik ki, itt ugyanis a vérnyomás meghaladja a vérplazma ozmózisnyomását.


II. KIEGÉSZÍTÉSEK

Néhány biogén elem szerepe:

III. FELADATOK

I. VIZSGÁLATOK TEJJEL ( 14 pont)

Egészítse ki értelem szerint a következő szöveget a számokkal jelzett helyeken!:

A tej megalvadása során a tej fő fehérjéje, a .......1........csapódik ki. A tejfehérje összetett fehérje, nem fehérje része a ......2....... A folyamatot az okozza, hogy a tejben élő baktériumok a tej cukortartalmát lebontják. A tejcukor diszacharid, összetevői a .......3....... és a .......4....... A lebontási folyamat utolsó lépésében .......5......-ből NADH közreműködésével tejsav (szerkezeti képlete ........6.........) keletkezik. Ez a folyamat az emberi szervezetben is végbemehet, például akkor, amikor .......7........

Friss tejhez reagens oldatokat öntünk, majd néhány egyszerű művelet elvégzése után megfigyeljük a tapasztalatokat. Az oldatok, a műveletek és a tapasztalatok betűjeleit párosítsa az alábbi táblázat számaival úgy, hogy azok a valóságnak megfeleljenek!

Hozzáadott anyag Művelet Tapasztalat
tömény salétromsav ---- 8.
9. ---- sárgás elszíneződés
10. 11. 12.
13. melegítés 14.


A) lúgos réz-szulfát oldat D)összerázás F) vöröses elszíneződés
B) lila elszíneződés E) koaguláció és G) Fehling I. majd
C) Lugol oldat sárga szín Fehling II. oldat


II. AZ OZMÓZIS ÉS BIOLÓGIAI JELENTŐSÉGE (10 pont)

  1. Az alábbi folyamatok közül melyik folyamat, jelenség oka ozmózis?
    (Csak a megfelelő betűjelet adja meg, a hibás válaszért pontlevonás jár!)

    1. a vesében glükóz szívódik vissza
    2. a besózott uborka levet ereszt
    3. a gyökér vizet szív fel
    4. a vékonybél vizet szív fel
    5. a növény párologtat
    6. desztillált vízben a vörösvérsejtek kipukkadnak
    1. a filteres tea beszínezi a vizet
    2. az idegsejt membránján át nátriumion mozog
    3. a gázcserenyílás kinyílik
    4. a hajtás a fény felé görbül
    5. a vesében szűrlet képződik

  2. Hogyan változik az ozmotikus koncentráció a veseszövetben a vesecsatornácskák között?

  3. Melyik hormon fokozza az ozmózisos folyamatokat a gyűjtőcső területén?

  4. A vérplazmafehérjék mely csoportja felelős döntő részben a vér ozmotikus koncentrációjának kialakításáért?

  5. Állítsa növekvő ozmózisnyomás szerinti sorrendbe az alábbi, ugyanazon személyből származó testnedveket:
    a) vérplazma b) szűrlet c) vérsavó d) vizelet

  6. Állítsa növekvő ozmózisnyomás szerinti sorrendbe az alábbi oldatokat:
    a) 10 tömeg%-os maltózoldat
    b) 10 tömeg%-os glükózoldat
    c) 10 tömeg%-os ribózoldat


III. VEGYÜLETEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA (8 pont)

Hasonlítsa össze az alábbi vegyületeket a négyféle asszociáció szabályai szerint!



"A" vegyület


"B" vegyület
  1. vegyület
  2. vegyület
  3. mindkettő
  4. egyik sem
  1. hidrogénkötés kialakítására képes
  2. az amilopektin alkotórésze
  3. benzolban jól oldódik
  4. a sárgarépában van ilyen vegyület
  5. a DNS alkotórésze
  6. az I. pigmentrendszer tartalmazza
  7. részt vesz a koenzim-A felépítésében
  8. a D-vitamin előanyaga

- megoldások -

- vissza -