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 számára létfontosságúak.

Magyarázat:

A több mint száz ismert kémiai elem nagyobbik hányada megtalálható az élőlények testében is, de sokuknak nincsen kimutatható biológiai szerepe, vagy ha van is hatásuk, az nem létfontosságú. Ezen utóbbi elemeket tehát nem tekintjük biogén elemeknek.

Így például a lítiumot (Li) sem, mert nem ismerünk olyan biokémiai rendszert, amely ezt az elemet igényelné. Igaz ugyan, hogy igen kis mennyiségben minden élőlény szervezetében van lítium, és még kimutatható hatásáról is van tudomásunk: lítiumsókkal eredményesen kezelhető pl. az ember mániás depressziós állapota (így nevezik az ok nélkül, periodikusan jelentkező pozitív és negatív hangulati állapotok pszichiátriai kórképét), a lítium hatása azonban ez esetben minden bizonnyal közvetett, és maga a betegség sem a lítium hiánya miatt lép fel, a lítium tehát nem biogén elem.

25 elemről mutatható ki, hogy szerepük valóban létfontosságú, de ebből 7 db csak bizonyos fajok számára szükséges (ezek az ún. változó biogén elemek). A többi 18 minden élőlény számára fontos (ezek az ún. állandó biogén elemek), ám nem egyforma mértékben. A következő táblázat mutatja be 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 hajszálerekbe, illetve diffúzió juttatja be pl. a nátriumionok nagy mennyiségét az idegsejtbe az ingerületi állapot kezdetén.

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 a tiszta oldószerrel féligáteresztő hártyán át kapcsolatban lévő oldatra kell kifejteni ahhoz, hogy dinamikus egyensúly jöjjön létre (azaz leálljon az ozmózis).

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:

 

A prionok

Prionnak nevezzük azokat a nem túl nagy méretű (28-30 000 g/mol), fehérjéből álló (protein only) struktúrákat, amelyeknek két formája ismeretes: az egészséges prionok az idegsejtek felszínéhez kapcsolódnak és ott antioxidációs enzimhatást kifejtve fontos szerepet játszanak a neuronok elhalásának gátlásában. A beteg prionok csupán másodlagos-harmadlagos szerkezetükben térnek el az egészségesektől: bennük a normál prionfehérjékben megfigyelhető 4 db α-hélix struktúra közül kettő β-lemez szerkezetűvé alakul át. Ez az átalakulás lehet mutáció eredménye, de a beteg prion az egészségesek közé bekerülve önmagában is, igen lassú folyamatban ugyan, de megindítja, mintegy katalizálja azok szerkezetváltozását (ez a "prionfertőzés"). A β-lemezt tartalmazó prionfehérjék hajlamosak egymással összetapadva aggregátumokat képezni, s mivel ezáltal eredeti szerepüket már képtelenek ellátni, az érintett idegsejtek pusztulása lesz a következmény (ez történik a hírhedt szivacsos agysorvadás esetén is). A beteg prionfehérje tehát egyedülálló módon, DNS és RNS közreműködése nélkül, csupán szerkezetének katalitikus hatásával "örökíti át" tulajdonságait.

További információk:

- feladatok -

- versenyfeladatok -

- vissza a tematikához