Transcript BIOGÉN ELEMEK, VÍZ BIOLÓGIAI JELENTŐSÉGE

BIOGÉN ELEMEK, A VÍZ
BIOLÓGIAI JELENTŐSÉGE
Egyed alatti szerveződési szintek
Földszint Egyed
-1. szint
Szervrendszerek: pl.: táplálkozás
-2. szint
Szervek: pl.: gyomor
-3. szint
Szövetek pl.: simaizomszövet
-4. szint
Sejtek pl.: simaizomsejt
-5 szint
Sejtalkotók pl.: mitokondrium
-6 szint
Molekulák pl.: fehérjék
-7 szint
Biogén elemek
Biogén elemek csoportosítása
Biogén elemek: Azok, melyek az élethez nélkülözhetetlenek
Elsődleges biogén
elem 1 % felett
Az élőlények több
mint 97-98 %-át
alkotják
C, H, O, N
Másodlagos biogén
elemek
0,01-1 % között
Az élőlények 1,5-2
%-át alkotják
P, S, Na, K, Ca, Cl,
Mg, Fe,
Harmadlagos biogén F, I, Co, Zn, Mo, stb.
elemek, mikroelemek
0,01 % alatt
Elsődleges biogén elemek
tulajdonságai
Kis atomsugár
Az atomtörzs nagy töltése
C
H
Stabil erős kovalens kötés
O
Stabil molekulaképzés
N
A periódusos rendszer 1-2. Periódusa, A. csoportok tagjai.
Biogén elemek kutatása
Vízkultúrás növénykísérletek
Liebig: A növekedés
minimumtörvényének
megfogalmazója
Vízkultúra beállítása kukoricával: 1. desztillált vízzel, 2. Sachs-féle oldatban
kálium nélkül, 3. kalcium nélkül, 4. nitrogén nélkül, 5. foszfor nélkül,
6. magnézium nélkül, 7. vas nélkül (feltünő klorózis jelentkezik, (sárga levél)),
8. teljes Sachs-féle oldatban
C, az alap I.
A szén vegyületek stabilitásának okai:
• 4 vegyérték
• erős kovalens kötések (kis méretű, nagy töltésű atomtörzs
erősen vonzza az elektronokat)
• tetraéderes elrendeződés okozza.
Ezáltal stabil, nehezen
támadható elektronfelhő
veszi körül a
szénvegyületeket.
C, az alap II.
A szén vegyületek nagy változatosságát kialakító tényezők:
• korlátlan számban képesek összekapcsolódni
• láncok mellett gyűrűket is képeznek, melyekbe más atomok
(heteroatomok) is képesek beépülni stabilan: pl.: O, N
• egyszeres, kétszeres, háromszoros kötéseket is ki tudnak
alakítani.
Jelentős szervetlen C vegyületek:
Biológiai szerepük:
•fotoszintézis,
•légzés,
•vázalkotás
C kimutatása
A Föld elsődleges C vegyülete a
glükóz
A fotoszintézis során a fény
energia segítségével a CO2-ból
és H2O-ból keletkezik.
A másik lehetőség a
fotoszintézis mellett a
szőlőcukorképzésre a
kemoszintézis. (Pl.: Nitrifikáló
baktériumok)
Minden további szerves
vegyület a szőlőcukorból jön
létre.
Hidrogén, oxigén biológiai
jelentősége
•Felépíti a vizet.
•Felépítik az összes fontos
makromolekulát: Zsírokat,
szénhidrátokat, fehérjéket,
nukleinsavakat.
•A biológiai oxidáció,
sejtlégzés során a hidrogén
égése oxigénnel termeli az
energiát (ATP-T).
Nitrogén biológiai jelentősége
Felépíti a nukleinsavakat, fehérjéket.
N kimutatása
A kén biológiai jelentősége
Kén:
• Aminosavak (pl.: cisztein), így a fehérjék alkotója.
A foszfor biológiai jelentősége I.
• Gerinces élőlények vázának felépítése kalcium-foszfát
formájában.
• Elősegíti a növények virág és termésképzését.
• A foszfát-ionoknak ezenkívül szerepe van az enzimek
működésének szabályozásában.
A foszfor biológiai jelentősége II.
A foszfát-csoportok találhatók meg a nukleinsavakban (DNS, RNS).
Na, K, Ca, Mg biológiai
jelentősége
Na+(sejten kívül), K+ (sejten belül):
• A sejt ozmotikus viszonyainak beállítása,
• Ingerelhetőségének fenntartása (Nyugalmi, akciós potenciál)
Ca2+:
• Véralvadás
• Izom-összehúzódás
• Vázrendszer kiépítése
Ca hisztokémiai kimutatása
Mg2+:
• Energia felszabadítás ATP-ből
A vas biológiai jelentősége I.
A hemoglobin porfirinvázának alkotója a vas ion.
Másodlagos biogén anionok
Klorid-ion Cl-:
• A fehérjeanionok és az összetett ionok mellett
ellensúlyt tart a kationokkal.
• Hozzájárul az ozmózisnyomás kialakulásához.
Összetett ionok:
• Foszfát (pontosabban hidrogén-foszfátok),
hidrogénkarbonátok, szulfátok stb.
Mikroelemek biológiai
jelentősége I
• Általánosan:
• Az átmeneti fémek az enzimek prosztetikus csoportját
alkotják,
• a nemfémes elemek vagy a fehérjék aminosavait építik
fel, vagy ásványi alkotói a vázrendszernek.
Mikroelemek biológiai
jelentősége II.
F-: A fogzománc alkotója.
I-: A tiroxin alktója.
Co2+:A B-12 vitamin központi atomja, a pillangósok
szimbióta baktériumaiban a nitrogén fixáláshoz szükséges.
Cu2+: Puhatestűekben oxigént szállító fehérje prosztetikus
csoportja, enzimek alkotója.
A víz biológiai jelentősége I.
• Élőhely (tengerek, édesvizek)
• Tápanyag (növények)
• Reakciópartner (fotoszintézis, biológiai oxidáció, hidrolízis,
kondenzáció)
• Reakcióközeg (Jó poláris oldószer, így a sejtekben
végbemenő reakciók anyagait feloldja, növeli így a
reakciósebességet.)
A víz biológiai jelentősége II.
• Molekuláris felépítése:
Dipólus molekula, hidrogén kötéseket tud kialakítani.
• Fizikai tulajdonságai:
Magas olvadás- és forráspont jellemzi.
Jó oldószere az ionrácsos és a poláris molekularácsos anyagoknak.
Magas a fajhője.
Nagy a párolgáshője.
Nagy a felületi feszültsége.
A víz biológiai jelentősége III.
• Kémiai tulajdonsága:
A legfontosabb az autoprotolízis, melynek során két
vízmolekula oxónium- és hidroxid-ionra esik szét. Ezen két
ion aránya határozza meg az oldatok kémhatását.
A víz biológiai jelentősége IV.
• Élővilágra vonatkozó kihatások 1.:
Magas olvadás és forráspont:
Létezik a Földön hidroszféra.
Jó poláris oldószer:
A sejt, nem más, mint egy kolloid vizes oldat.
A növények tápanyagai vizes oldatként vehetők fel.
Az állatok testfolyadéka, vére, vizes oldat.
A nagy fajhő:
A sejt állandó hőmérsékletét biztosítja, tengerek óceánok
óceáni, monszun éghajlatát.
A víz biológiai jelentősége V.
•Élővilágra vonatkozó kihatások 2.:
Nagy párolgáshő: az izzadás során test lehűl.
Nagy felületi feszültség: élőhely a víz felszíne.
Vizes oldatokban végbemenő
fizikai folyamatok
• Diffúzió
• Ozmózis
Ozmózisnyomás
Definíció: az a nyomás ami egyensúlyt tud tartani az ozmózis miatt
sejtbe beáramló vízzel.
Egyenesen arányos a sejtplazma koncentrációjával.
Ozmotikusan aktív anyagok a fehérjék, ionok.
Hipozmotikus oldat
Izoozmotikus oldat
Hiperozmotikus oldat