Transcript A biokémia alapjai

A biokémia alapjai
Az élet építőelemei
• A természetben előforduló 118 kémiai elem közül több, mint 60
megtalálható az élőlényekben is. Ezek közül hat – az oxigén, a szén, a
hidrogén, a nitrogén, a kalcium, és a foszfor – az emberi test
tömegének 98,6%-át alkotja. Ezek az elemek szinte az összes szerves
vegyületben előfordulnak. Az oxigén, a szén, a hidrogén, a nitrogén, a
kén és a foszfor építi fel az élőlényekben előforduló alapvető szerves
vegyületeket.
Az élet kialakulása
• Az élet mai formájában a Földön jelenleg uralkodó körülmények között
nem alakulhatna ki élettelen anyagokból. Ezek a körülmények azonban
nem voltak mindig a maihoz hasonlók.
• Az alapvető kémiai alkotóelemek speciális tulajdonságaiknak köszönhetően
összekapcsolódnak, és összetettebb struktúrákat hoznak létre. Némelyikük
az élő szervezetek építőköveit alkotó szerves molekulák felépítésében
vesz részt.
A biogén elemek
• Az élő szervezeteket felépítő kémiai elemek atomjai kivétel nélkül
megtalálhatók az élettelen anyagi világban is, azonban eltérő arányban és
más vegyületekben.
• A sejtek vegyületeit alkotó elemeket biogén elemeknek nevezzük.
• Az élő anyagban kiugróan magas a szén (C), az oxigén (O), a hidrogén
(H), a nitrogén (N), valamint kisebb arányban a foszfor (P) és a kén (S)
előfordulása. Ezek adják az élő szervezetek tömegének 98-99%-át. Ez
érthető is, hiszen a felsorolt elemek atomjai a szerves vegyületek és a víz
építőkövei.
• Miért ezek az elemek alkotják az élőlényeket?
– Atomjaik kis tömegűek, a Földön gyakoriak;
– Elektronegativitásuk közepes vagy nagy, így egymással erős, sok
esetben többszörös kovalens kötéseket tudnak képezni.
– A biogén elemek elsősorban a makromoleklákban, azaz kovalens
kötésekkel kapcsolódó, ismétlődő egységekből álló, nagy relatív
molekulatömegű szerves vegyületekben fordulnak elő. Ezek
szerkezetét döntően a szénatom tulajdonságai határozzák meg. A
kovalens kötésekkel → változatos szerves molekulák képzésére van
mód (lipidek, szénhidrátok, fehérjék, nukleinsavak).
– Ezek a kötések általában→polárosak, ezért a molekulák vízben jól
oldódnak.
A biogén elemek
Alig harminc sejtet felépítő elem van (biogén elemek)
- nagy mennyiségben szükségesek – elsődleges biogén elemek
- szén
- kiemelkedő fontosságú – fotoszintézis során a növények
szervetlen CO2 felhasználásával nagy molekulájú szerves
anyagokat képeznek
- a biológiai szempontból fontos vegyületek többsége
szénvegyület
- a legkisebb olyan elem, ami négy kovalens kötést
tud kialakítani (négy vegyértékű)
- kovalens kötései erősek
- molekulái stabilak
- kötő elektronpárok tetraéderes elhelyezkedésűek
- a jó térkitöltés is a stabilitást segíti elő (a
szénhez kapcsolódó atomok egyenletes
térkitöltésűek)
- a szénatomok egymással korlátlan számú hosszú nyílt
láncokat és gyűrűket képezhetnek
A biogén elemek
- hidrogén
- az energiatermelő folyamatokban fontos
- az élőlények nagy része a szerves molekulák
hidrogénjeit eloxidálja a szervezet vízzé, s a
felszabaduló energiát hasznosítja
- szénvegyületekben is fontos
- a víz alkotóeleme
- oxigén
- az élőlények a levegőből vagy vízből veszik fel az
oxidációs folyamatokhoz
- szénvegyületekben is fontos alkotó
- a víz alkotóeleme
- nitrogén
- aminosavakban NH2-csoportja → fehérjék alkotórésze
- nukleinsavbázisokban
- foszfor és kén
- vegyületalkotók (P - nukleotidok, nukleinsavak
alkotórésze, S - kéntartalmú aminosavak)
A biogén elemek
Rajtuk kívül természetesen még nagyon sokféle elem mutatható ki a
sejtekben. Közülük legnagyobb mennyiségben a nátrium (Na+), a kálium
(K+), a kalcium (Ca2+), a magnézium (Mg+), a vas (Fe2+ , Fe3+) és a klór
(Cl-) fordul elő – fontos ionként.
Minden élőlényben előforduló egyszerű ionok:
kationok:
a nátrium (Na+),
a kálium (K+),
a magnézium (Mg+)
a kalcium (Ca2+).
és anion:
a klór (Cl-).
– Ezek az ionok a makromolekulák töltéseit közömbösítik, az izom- és
idegsejtek működésében vesznek részt.
– Mivel a tengerekben is túlnyomóan ezek az ionok fordulnak elő, ezért
a kialakuló élővilág számára könnyen hozzáférhetők voltak,
valószínűleg ezért tettek szert biológiai szerepre is.
– A sejtekben vagy a vérben általában a tengervízzel megegyező
koncentrátumban fordulnak elő, amely bizonyíték arra, hogy az
élővilág a tengerben alakult ki.
– Vizes közegben ezek az ionok általában hidrátburokkal körülvéve
találhatók.
A biogén elemek
• Az összetett ionok:
– Foszfátion (PO4)3- - kalcium-foszfát Ca3(PO4)2 formájában van jelen a
szervezetünkben - vízben oldhatatlan, a csontok szilárd anyagaként.
– H PO42– A légzés során keletkező szén-dioxid (CO2) CO2+ - formában, vízben oldva
HCO3- (szénsavat = H2CO3) hoz létre, amely a sejtek kémhatását savas
irányba tolja el.
– A vízmolekulához kapcsolódott hidrogénion, azaz az oxóniumion (H3O+) és
párja a hidroxidion (OH-) koncentrációja különösen nagy szerepet játszik az
élőlények életében. Az ember sejtjeiben és vérében a kémhatás enyhén lúgos,
pH = 7,4. ettől az értéktől a 0,4 eltérés halálos!
– SO42-
A biogén elemek
• A nátrium és a kálium például a sejtek ingerületi folyamataiban játszik
fontos szerepet. (A sejtekben: káliumion (K+) és hidrogénion (H+), de lehet
még Na+, Cl- is; a sejtközötti állományban: Na+, Cl- és HCO3- - itt az
ionösszetétel meglehetősen állandó.)
• A csontokban: Ca2+, Mg 2+ , HCO3- .
• A kalcium az állatok meszes vázának anyaga, de többek között fontos az
izomszövetek működésében, a véralvadásban és a sejtek
ingerlékenységében is.
• A magnézium a növények zöld színanyagának, a klorofillnak az
alkotórésze is, és a kalciumhoz hasonlóan elengedhetetlen az izmok
működéséhez is.
• A vas a vér vörös színű festékanyagának, a hemoglobinnak a
felépítésében vesz részt, amelynek feladata az oxigén szállítása.
A biogén elemek
Nyomelemek: a vas (Fe) a réz (Cu), a kobalt (Co), a mangán (Mn), szelén
(Se), cink (Zn), jód (I)
kis mennyiségben szükségesek
többféle oxidációs állapotban is stabilak (pl.: Fe2+ és Fe 3+)
ezek az ionok a redoxireakciókban elektronátadóként jól
használhatók, valószínűleg ezért kerültek be az élő szervezetekbe
A vas (Fe-ionok) - oxidációs állapotukat változtatják,
redoxifolyamatokban: elektronfelvevők és – leadók.
A réz a puhatestűekben a hemocianin (vérfesték) képződésében vesz
részt.
A kobalt – fontos molekulák alkotói: vitaminok B12, több enzim
aktivitásához szükséges.
A mangán – több enzim aktivitásához szükséges.
A szelén – a máj működésében van szerepe.
A cink (Zn 2+) – biológiai szerepét még nem ismerjük pontosan, néhány
fontos hormon, enzim alkotórésze. Egyes cinkben gazdag táplálék
(cékla) gátolja a daganatos sejtek szaporodását.
A jód – hormonalkotó.
A biogén elemek
A bór (B), az alumínium (Al), a vanádium (V), a molibdén (Mo), a jód
(I), a szilícium (Si), valamint a fluor (F) csak bizonyos élőlényekben
fordul elő.
– B - egyes növények fejlődéséhez szükséges, bór jelentős szerepet tölt
be a DNS szintézisben is
– Si – kovamoszatok, szivacsok váza, zsurlók sejtfala
– I – fontos molekulaalkotó, emberben a pajzsmirigy tiroxin és trijódtironin nevű hormonjaiban van, egyes szivacsokban és
barnamoszatokban is jelentős, amúgy nyomelem is.
– F – fogzománcba épül be.
– V – egyes tengeri algák fontos alkotórésze.
A biogén elemek
Összefoglalás
- a biogén elemek
- a nagy mennyiségben szükségesek: - a szén
- a hidrogén
- az oxigén
- a nitrogén
- a foszfor és a kén
- a nátrium, a kálium, a klór
- a kis mennyiségben szükségesek: - a Fe-ionok
- a kobalt,
- a jód
- a réz
- a cink
- a mangán
- a molibdén
- szelén
- az egyes fajok számára fontos elemek:
- a szilícium
- a fluor
- a bór
- vanádium
- jód
A biogén elemek csoportosítása
Az élőlényeket felépítő anyagok
rendszerezése
A) Szervetlen anyagok
•
1. Az élő anyagot felépítő kémiai elemek - biogén elemek
–
Elsődleges biogén elemek (a sejtek tömegének 99 %-át adják)
szén
oxigén
hidrogén
nitrogén
–
Másodlagos biogén elemek (0,005-1%-ban fordulnak elő a sejtben)
kén
Makroelemek
foszfor
kátrium
kálium
kalcium
vas
magnézium
Nyomelemek – mikroelemek (0,005 és 0,001 %-ban vannak jelen az élő szervezetben, nélkülözhetetlenek)
cink
kobalt
jód
mangán
réz
szelén
Egyes fajok nagyobb mennyiségben igénylik
szilícium
fluor
vanádium
2. Víz
3. Ásványi sók –kationok – anionok formájában vannak jelen az élő anyagban
B) Szerves anyagok
Lipdek
Szénhidrátok
Fehérjék
Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok
Makroelemek
A makroelemek a test szárazanyagtömegének legalább egy tízezred részét
kitevő elemek. A test folyadéktereiben a makroelemek ionok formájában
fordulnak elő. Ezek az elemek nélkülözhetetlenek a szervezet szabályos
működéséhez. A már megismert biogén elemeken kívül, a K (kálium), a Na
(nátrium), a Ca (kalcium) és a Mg (magnézium) tartozik az élőlényekben
jelentős szerepet betöltő makroelemek közé.
A kálium és a nátrium
A kálium és a nátrium biztosítja a megfelelő ionegyensúlyt, és hatásuk van a
szervezet sav-bázis egyensúlyára is. Emellett jelentős szerepet játszanak az
idegsejtek ingerület-vezetésében is. A kálium részt vesz a szív- és
veseműködés szabályozásában.
A kalcium
A kalcium nélkülözhetetlen az erős csontok és fogak felépítéséhez és
fennmaradásához. A felnőtt emberek csontjaiban a kalcium elsősorban
foszfát- és karbonát-sók formájában fordul elő. A kalcium a szívműködés
szabályozásában és a protrombin trombinná alakulásában is szerepet
játszik. Ez utóbbi a véralvadás egyik alapvető részfolyamata.
A magnézium
A magnézium nélkülözhetetlen a fehérjeszintézishez, létfontosságú szerepe
van az izom-összehúzódásban, védi az izom hajszálereit a
károsodásoktól, részt vesz számos enzim szintézisében és a vér
cukortartalmának biokémiai energiává alakításához is szükséges.
Ultranyomelemek, nyomelemek
Az ultranyomelemek olyan alkotóelemek, melyek a test
szárazanyagtömegének kevesebb, mint egy milliomod részét alkotják.
Bár tudjuk, hogy nélkülözhetetlenek, pontos élettani szerepük még nem
tisztázott. A nyomelemek a test szárazanyagtömegének egy tízmilliomod
és egy tízezred közötti részét teszik ki. Noha csak nyomokban fordulnak
elő, fontos szerepet játszanak a különféle élettani folyamatokban.
A jód szerepe
A jód a pajzsmirigyhormonok alkotóeleme. Ezek a gyermekek és a
kamaszok növekedésének és fejlődésének szabályozásában, valamint a
megfelelő sebességű anyagcsere fenntartásában játszanak szerepet. A
jódhiány növekedési rendellenességekhez vezet, és különösen veszélyes a
terhesség alatt, mivel a magzati idegrendszer károsodásának kockázatával
jár.
A vas szerepe
Az emberi szervezetben a vas teljes mennyisége körülbelül 4–5 g. A vas
fő feladata a szervezetben az oxigénszállítás. Hiánya a hemoglobin
mennyiségének csökkenését okozhatja.
• Másik érdekes kérdés a bór szerepe. Mikor? Miért? Melyik termékkel?
Sokan megszokásból vagy hallomás alapján juttatják ki a bórt, sokszor nem
a kellő időpontban. Alaptézis: ha a répa életciklusa alatt felvett bórt 100%nak vesszük, 15%-nál akkor sem vesz fel többet a talajból, ha az éppen
elegendő bórt is tudna szolgáltatni. Ezért a bóros alapműtrágyázás
önmagában elégtelen. Értelemszerűen lombtrágyákkal "kívülről" kell
pótolnunk a hiányt. A másik említésre méltó dolog a száraz viszonyokhoz
való alkalmazkodó technológia. A bór jelentős szerepet tölt be a DNS
szintézisben is. Számos más élettani funkciója ismert még, de most ezt
emeljük ki. Hiányában az embrionális szövetek károsodnak. A talajból
felvett bór a növényben a transzspirásiós árammal szállítódik. Csapadék
hiányában ez korlátozott, tehát ismét azt kell, hogy mondjuk, a
lombtrágyázás szerepe új dimenzióba kerül(t). Nem elég egyszer bórozni és
nem elég rutinból. Nekünk és az alkalmazott technológiának is változni
kell! Hogyan? Folyamatosan kell adagolni a bórt, egy bórozás nem
elegendő. Annál is inkább nem, mert a bór más-más funkciója érvényesül a
répa növekedése során.
• Az első adagot a répa 6-8 leveles stádiumában javasoljuk a magas
bórtartalmú szuszpenziós komplex levéltrágya 2-3 l/ha-os dózisával. Miért
ezzel? Erre a fentiek és a termék összetétele ad választ. A magas
bórtartalmú szuszpenziós komplex levéltrágya a bór hatóanyagon kívül
nitrogént és azonnal felvehető foszfort is tartalmaz a teljes mikroelemsor
mellett.
• Az első, egyik legfontosabb mikroelem, amelyet elsősorban levélen
keresztül tudunk megfelelő mennyiségben és minőségben a szőlő számára
biztosítani az a bór. A bór úgynevezett esszenciális mikroelem, a növények
életében nagyon sokrétű a szerepe. Felelős a tenyészőcsúcsban a új sejtek
képződéséért, ezért a szőlő intenzív metszése miatt feltétlenül gondoskodni
kell időbeni pótlásáról, hiszen a metszés során pont a bórban
leggazdagabb hajtáscsúcsokat vágjuk le a tőkéről. A másik lényeges
szerepe a bórnak a virágszervek megfelelő képzésében, és azok
megtermékenyülésében van. Ezért fontos főleg a rosszul termékenyülő
„madárkásságra” hajlamos fajták bóros kezelése a virágzás előtt.
Bór
• A serkenti az oxido-redukciós folyamatokat, számos enzim működését,
valamint a gyümölcsfák légzési folyamatait. Hatással van a sejtosztódásra,
a merisztémasejtek keletkezésére. Befolyásolja a cukrok és a fehérjék
szintézisét. Bór jelenlétében cukor-észterek keletkeznek, amelyek
megakadályozzák a cukrok polimerizációját, így szerepet játszanak a
gyümölcsök cukortartalmának alakulásában. Az auxinok szintéziséhez
nélkülözhetetlen, kedvezően hat a virágzásra, a pollentömlő csirázását és a
virágkötődést segíti. Elősegíti a kalcium, a vas, a magnézium és a víz jobb
felvételét. Szabályozza a K/Ca arányt, tehát a gyümölcsök eltarthatóságát
befolyásolja.
• A pH növekedésével növekszik az adszorpciós komplexuson megkötött bór
mennyisége. A változó kiszáradás és hőmérséklet ingadozás kedvez a bór
megkötésének. Amennyiben magas a növény kalcium és nitrogén tartalma,
növekszik a bór-szükséglete, ugyanakkor a talaj kalcium-, nitrogén- és
kálium tartalma csökkenti a bór felvételét.(Klosowski, 1974, in Pejkić,
1996.)
• Hiánya a gyümölcsfáknál virágelhullást és terméskötődési zavarokat okoz.
Az almánál torz gyümölcs fejlődik, amely már a fán barnafoltos lesz, fás
szövetek alakulnak ki a magház körül, és a gyümölcs rossz ízű. Erős
bórhiánynál a levelek deformálódnak, bepördülnek, az erek sárgulnak,
majd lehullanak, a szállítószövetek elhalnak. A fiatal hajtások sok rügyet és
levélrozettát fejlesztenek. A fiatal levelek nagyon aprók, az internódiumok
rövidek.(Chandler, 1941. in Pejkić, 1996.). Amennyiben a levelek
bórtartalma 45-55 ppm-nél több, akkor toxikus tünetek jelentkeznek. Az
alma levélerei megsárgulnak, a terméseken különböző elszíneződések
jelentkeznek. A tünetek jelentkeznek a hajtásokon, vesszőkön, vázágakon,
ahol a fa kérge repedezik (Kim, 1983. in Pejkić, 1996.) A bórhiány
megszüntetését lombtrágyázással vagy bórax talajba történő kijuttatásával
oldhatjuk meg.
Párosítsa a következő elemeket a megfelelő szöveggel!
•Ennek az elemnek az atomjai minden szerves vegyületben megtalálhatóak. Ez az elem
egyben a víz egyik alkotórésze is, ionja fontos szerepet játszik a fotoszintézis és a légzés
folyamataiban.
nitrogén
•A fehérjék és a nukleinsavak fontos szerkezeti egysége ez az elem, amely egyben a
levegő fő alkotórésze is.
hidrogén
•A nukleinsavakban és a sejthártyát alkotó foszfatidokban is megtalálható. Ez az elem
elsősorban a csontokban fordul elő, ahol a kalciumhoz kapcsolódik.
foszfor
szén
kén
oxigén
•Azon túl, hogy számos szerves vegyület részét képezi, ennek az elemnek az atomjai
részt vesznek a sejtlégzés utolsó szakaszaiban, amelyek a mitkondriumokban zajlanak le.
•Ez az elem csak két aminosavban van jelen. Diszulfid hidakat alakít ki, melyek fontos
szerepet játszanak a fehérjemolekulák térbeli elrendeződésében, így befolyásolják azok
biológiai működését.
•Ennek az elemnek az atomjai rendelkeznek azzal a rendkívüli képességgel, hogy
egymással összekapcsolódva hosszú láncokat képezzenek. Ezek a láncok lehetnek
egyszerűek vagy elágazóak, és számos kapcsolatot alakíthatnak ki más elemekkel, mint
például oxigénnel, nitrogénnel, vagy klórral.
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
Rövid vázlat
- a víz jelentősége
- a víz sajátságos molekulaszerkezete
- a víz mint oldószer
- a diffúzió
- az ozmózis
- a víz néhány további tulajdonsága
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
Bővebb vázlat
- az egyik legfontosabb szervetlen vegyület
- felépítő anyag
(Az élő rendszer víztartalma 60-80 %;
a legkisebb víztartalma a száraz magvaknak 13-25 %,
míg a legnagyobb a medúzának van 95-99 %;
az újszülött szervezete 92-95 %
a felnőtt ember szervezete 60-64 % vizet tartalmaz.)
- életfolyamatokban részt vevő anyag
(A víz nagy mennyisége miatt a sejtekben összefüggő közeget ad
- így sajátosságai megszabják az élő anyag viselkedését;
- részt vesz az anyagok szállításában
- oldószerként
- reakciópartnerként szerepelhet
- képes kötésekkel összekapcsolni molekulákat.)
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
- A víz sajátságos molekulaszerkezete
- erősen dipólusos molekula (poláros, 105 ˚-os kötésszögű V-alakú
molekula)
egyenlőtlen elektroneloszlású
- az oxigén felöli rész negatív töltésű (nagy
elektronegativitású az oxigén)
- a hidrogének felöli rész pozitív töltésű
- az oxigén és a hidrogén közötti kovalens kötés erős
-
a kötő elektronpárok helyzete miatt a hidrogénatomok körül az
elektronsűrűség csökken
- így a hidrogén a hozzá közel eső másik vízmolekula oxigénjével
gyenge kémiai kölcsönhatásba lép → hidrogénkötés létrehozására
képes
- a víz 4 hidrogénkötés kialakítására képes
- a vízmolekulák nemcsak egymással, hanem más molekulákkal is
hidrogénkötést alakítanak ki. (oxigénhez vagy nitrogénhez kapcsolódó
hidrogénekkel történhet ez meg)
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
• Szobahőmérsékletű vízben a molekulák 70 %-a összekapcsolódik
ez magyarázza:
a nagy fajhőt / hőkapacitást
nagy párolgáshőt
a magas forráspontot
és a fajlagos hőtágulást (+ 4 ˚C-on a legsűrűbb)
dipólusossága miatt hidrátburkot képez.
(A sejtekben a víz döntő többsége hidrátburokként a molekulákhoz,
ionokhoz kötött formában van jelen, csak mindössze néhány % az ún.
szabad víz. Ez a víz reakcióközegként és reakciópartnerként
(hidrolízisben, kondenzációban) is fontos szerepet tölt be.)
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
A víz reakciói a sejtben:
• Hidrolízis: nagyobb molekula bomlása víz kilépéssel.
• Pl.: NH4Cl + H2O
NH4OH + H+ + Cl• Kondenzáció: két vagy több molekula egyesülése melléktermék (itt víz)
keletkezésével.
Megfigyelhetjük, hogy a sejtek ált.-ban rugalmasak, ami jórészt annak
köszönhető, hogy a sejt citoplazmájában a víz hidrogénkötéseket alakít ki a
fehérjemolekulák között. Az így kialakuló állandóan meglévő, de a kötések
gyengesége miatt folytonosan változó térhálós szerkezet biztosítja a
rugalmasságot, egyúttal bizonyos belső szerkezetet ad.
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
- A víz kiváló oldószer
- disszociáló vegyületek ionjait a vízmolekulák választják el egymástól
(pl.: konyhasó)
- poláros vegyületek funkciós csoportjai a vízmolekulákkal
hidrogénkötést alkotnak (cukrok -OH)
(apoláros vegyületek nem oldódnak a vízben, pl.: benzol, elkülönülnek a
víztől, a víz azokat mozgékonysága miatt eloszlatja = diszpergálja)
- jó a diffúziós képessége – fontos szerepet tölt be az anyagszállításban
A víz molekulái és a benne oldott atomok, molekulák, kolloidok v. egyéb
anyagi részecskék az adott tér egyenletes betöltésére törekednek a
hőmozgás révén.
1. Diffúzió: ha a részecskék mozgását nem akadályozza semmi –
egyenletes a térkitöltés
- passzív folyamat (nem kell hozzá külön energiabefektetés)
- az anyag a nagyobb koncentrációjú helyről a kisebbre mozog
- addig tart, míg ki nem egyenlítődik a koncentrációkülönbség
- csak az oldószer (víz) törekszik egyenletes eloszlásra, s így az oldat felé
áramlik.
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
2. Ozmózis – ha az oldott részecskék mozgását egy hártya (féligáteresztő
hártya akadályozza)
- passzív folyamat
- féligáteresztő hártyán keresztül zajlik (szemipermeábilis hártya)
- kis molekulák átmehetnek
- nagy molekulák nem mehetnek át
- csak az oldószer (víz) törekszik egyenletes eloszlásra, s így az oldat felé
áramlik. (A vízre nézve itt is diffúzió valósul meg.)
A víz beáramlásának mértéke az oldat koncentrációtól függ.
Minél töményebb az oldat
annál nagyobb a víz koncentrációkülönbsége a két helyen
több víz áramlik át a hártyán.
Víz beáramlás = endozmózis (1) egy bizonyos idő után az oldattérben
megnő nyomás és víz ki fog préselődni a hártyán = exozmózis (2)
Amikor V1 = V2
dinamikus egyensúlyi állapot
Ozmózisnyomás (p0): ozmózis során a (töményebb) oldat hígulása folytán
bekövetkező térfogat-növekedéssel kapcsolatos nyomás - ekkor dinamikus
egyensúly alakul ki.
Gyakorlatban: annak a hajtóerőnek tekinthető, amely az egymással érintkező
különböző koncentrációjú oldatok között a diffúziót elő idézi.
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
A biológiában az élő szervezet sejtjeire vonatkoztatva a p0-t a sejt
vízfelvevő képességével azonosítjuk, tehát endozmózis! Nagy p0 a sejt
(nagy ozmotikus cc.)
erőteljes vízfelvétel
turgor növekedés, p0 csökkenés
Vizsgált közeg és a sejtek ozmotikus cc.-ja alapján
izotóniás közeg (koncentrációja azonos a sejtével) – fiziológiás oldat:
embernél a 0,9 %-os (0,166 mol/dm3) NaCl oldat
hipertóniás közeg (koncentrációja nagyobb a sejtnél)
hipotóniás közeg (koncentrációja kisebb a sejtnél)
A szabad vízben oldott anyagok koncentrációja megváltoztatja az oldat
viselkedését (fagyáspont, olvadáspont, ozmózisnyomás). Az élő
rendszerekben az ozmózis alapvető jelentőségű. (A víz a növények
gyökerein ozmózissal szívódik fel, ill. az állatok bélfalán át, és ozmózissal
szívódik vissza a víz a szűrletből a vesében.)
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
• Hemolízis: a vörösvértesteket hipotóniás oldatba helyezve megfelelően híg
oldat esetén a sejtek megduzzadnak és szétpukkadnak.
• Plazmolízis: növényi sejteket hipertóniás oldatba helyezve a sejttől víz
áramlik ki, ami miatt a sejt citoplazmája zsugorodik, és a sejthártya elválik
a sejtfaltól.
A víz biológiai szempontból fontos
tulajdonságai
- a víz néhány további tulajdonsága:
- folyékony
- kis viszkozitású (jól folyik)
- nagy felületi feszültségű (segíti a vízen járó rovarokat, segíti a
hajszálcsövek működését)
- kis hőfoktávolságú (a víz mindhárom halmazállapotban előfordul a
Földön)
- 4 fokon a legsűrűbb (a jég könnyebb a víznél, nem fagynak be fenékig a
vizek)
- átlátszó (a vízi élővilág ezért is lehetséges)
A víz tulajdonságai (összefoglalás)
Biológiai jelentősége
Dipólus jellegű molekula
- jó oldószer
- diszpergáló és disszociáló közeg
- hidrátburkot képez
- hidrogénkötés kialakítására
képes
- térbeli szerkezetet hoz létre a
sejtplazmán belül
- más molekulákkal könnyen reagál
- reakciópartner (kiindulási v.
képződött vegyület
- nagy a felületi feszültsége
- határhártyákat képez
Kicsi a belső súrlódása, benne a
részecskék könnyen diffundálnak
- reakcióközeg
- szállítóközeg
Nagy a párolgáshője
- fizikai hőszabályozás
Nagy a hőkapacitása
- védelmet nyújt a hírtelen
hőingadozások ellen
Átlátszó (átengedi a fényt)
- közeget biztosít az élet számára
Sűrűsége + 4 ˚C-on a legnagyobb
- lehetővé teszi az élet
megmaradását a befagyott vízben
Fogalmak
• H-kötés: nagy elektronnegativitású atomhoz (O, N, Cl) kapcsolódó
hidrogénnek megfelelő távolságra lévő, nagy elektronnegativitású,
nemkötő elektronpárral rendelkező atommal létrehozott másodrendű
kötése.
• van der Waals-kötés: gyenge másodrendű kötés, mely létrejöhet poláris és
apoláris molekulák között is (orientációs, indukciós és diszperz
kölcsönhatások).
• Hőkapacitás: megmutatja, hogy mekkora hőmennyiség szükséges az adot
mennyiségű anyag hőmérsékletének 1˚C-kal történő emeléséhez.
• Párolgáshő: az az energia, amely szükséges a folyadék gázzá alakításához.
• Diszpergálás: az anyagnak kisebb méretű részekre történő darabolása.
• Diffúzió: olyan (külső hatás nélkül bekövetkező) anyagáramlás, melynek
következtében meglévő koncentrációkülönbségek kiegyenlítődnek. Ha
egy rendszerben az anyag nem egyenletesen oszlik el (pl.: kockacukor egy
pohár vízben), akkor a részecskék rendezetlen, lökdösődő mozgása előbbutóbb magától is egyenletes anyageloszlást fog létrehozni. Oldatok
esetében ez a jelenség abban nyilvánul meg, hogy az oldott anyagot a
nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb koncentrációjú hely felé
látjuk áramlani.
A víz – Egy kristályos szerkezet
•
2000-ben a NASA (National Aeronautics and Space Administration)
bejelentette, hogy víz jelenlétére utaló bizonyítékokra bukkantak a Marson.
Miért is keltett ez a hír akkora szenzációt? Mert a víz jelenléte alapvető
feltétele az élet kialakulásának és fennmaradásának.
A vízmolekula szerkezete
• Öt vízmolekula egy tetraéderes szerkezetet alakíthat ki, mivel minden
egyes oxigénatom összesen négy hidrogénatommal és minden egyes
hidrogénatom egyszerre két oxigénatommal osztozhat az elektronokon.
A tanultak alapján egészítse ki az alábbi szöveget!
• Melegítés hatására majdnem minden folyadék térfogata nő, ám a víz kivétel
e szabály alól. Miközben a hőmérséklet 0ºC-ról 4ºC-ra emelkedik, a víz
térfogata ………... 4ºC-on a víz térfogata ……………, és a sűrűsége a
……………….
térfogatot éri el.
A kohézió és az adhézió
• A kohézió vagy „összetapadás" a folyadék molekuláinak kölcsönös
vonzó hatásából ered.
• Az adhézió, vagyis a „másik anyaghoz tapadás", azt jelenti, hogy két
különböző anyagból álló test felszínei összekapcsolódnak a molekuláik
között kialakuló vonzóerő miatt.
Döntse el, hogy a következő példákban, vajon a kohéziós erő nagyobb, kisebb
vagy ugyanakkora, mint az adhéziós erő!
• A frissen fényezett autó tetejére egy pohár vizet önt. A víz cseppekké
áll össze a tetőn.
kisebb
nagyobb
ugyanakkora
• Egy darab itatóspapírt merít egy pohár vízbe. Látja, amint a papír
felszívja a vizet.
ugyanakkora
kisebb
nagyobb
A lipidek
Rövid vázlat
- a lipidek általános tulajdonságai
- a neutrális zsírok
- a glicerin
- a zsírsavak
- a palmitinsav
- a sztearinsav
- az olajsav
- zsírszövet
- a lágyulási pont
- az avasodás és a katalítikus hidrogénezés
- a növényi olajok előfordulása
- az állati zsiradékok előfordulása
- a foszfatidok
- a felépítésük
- az amfipatikus jellegük
- a foszfatidsav
A lipidek
- a szteroidok
- a D-vitamin előanyaga
- az epesavak
- a nemi hormonok
- az ösztrogén
- a progeszteron
- a tesztoszteron
- a karotinoidok
- a konjugált kettős kötés rendszer
- a karotin
- a likopin
- a xantofill
- az A-vitamin előanyaga (béta-karotin)
A lipidek
Bővebb vázlat
- Gyűjtőnév – sokfajta
- életfontosságú szerves vegyületek
- eltérő kémiai szerkezetűek
- nagyon hasonló oldhatósági tulajdonságúak
- vízben oldhatatlanok
- zsíroldószerekben oldódnak
- benzol
- éter
- kloroform
oka: a bennük található (- CH2 -) csoportnak, a sok szén-hidrogén kötésnek
köszönhető:
- a hosszú szénhidrogénláncok
- szénhidrogéngyűrűk
- ezek apoláros szerkezetűek
Az egyes típusaikban a jellegzetességet az oldalláncok,
bekapcsolódó egyéb molekularészletek módosítják.
•
A lipidek C-H kötések oxidációjával (főleg a hidrogén vízzé
oxidálásával)
• nagy mennyiségű energia szabadul fel → a lipidek az egyik
legfontosabb energiatárolók
• (1 g lipidből 39,5 kJ energia nyerhető a sejtben, míg ui.
szénhidrátból 17,2 kJ)
A hidrolizálható lipidek:
1.
neutális zsírok (gliceridek)
2.
foszfatidok
Nem hidrolizálható lipidek:
1.
szteroidok
2.
karotinoidok
1. neutrális zsírok (gliceridek) – a glicerinnek zsírsavakkal alkotott észtere
- glicerin (3 értékű alkohol)
- zsírsavak = hosszú szénláncú (C12-24) telített / telítetlen szerves savak
- palmitinsav (telített) – C15H31COOH
- sztearinsav (telített) – C17H35COOH
- olajsav (telítetlen) – C17H33COOH
- linolsav – C17H31COOH
(minél több a molekulában a telítetlen zsírsav, annál inkább
folyékony a molekulák halmaza)
- vízkilépéssel járó kondenzációval jönnek létre
- észterkötés jön létre (hidrolízissel bontható)
- a létrejövő zsírmolekula kifelé semleges, apoláros (innen ered nevük)
- a természetben leggyakoribb lipidek
- mint tartaléktápanyagok fontosak
- zsírszövet (nem rostos kötőszövet)
- rugalmas (mechanikai védelem)
- rossz hővezető (hőszigetelő)
- magas energiatartalmú (tartalék tápanyag)
- apoláros (egyes vitaminok oldószere: D, E, K, A)
- fehér zsírszövet (éhezéskor)
- barna zsírszövet (a környezet lehűlésekor)
- a telítetlen zsírsavakban gazdag folyékonyabb
- a zsírok és olajok keverékek (lágyulási pontjuk van)
- levegőn állva telítődnek a telítetlen zsírsavak (avasodás) (katalítikus
hidrogénezés)
- növényi olajok – olajat raktározó alapszövetben
- magvakban
- termések húsos falában
- olajfa
- napraforgó
- len
- repce
- szója
- állati zsiradékok
- háziállatok
- halak (halmájolaj: A- és D-vitamin)
- bálnák
2. foszfatidok
- glicerin
- zsírsavak
- foszforsav
- a glicerin két alkoholos hidroxil-csoportját egy-egy zsírsav
észteresíti
- apoláros rész (hidrogénkötésre alkalmatlan)
- a harmadik alkoholcsoportot a foszforsav észteresíti
- poláros rész (hidrogénkötés kialakítására képes)
- tehát amfipatikus vegyületek (kettős tulajdonságúak – szerkezetük miatt)
apoláros részük igyekszik a vizes közegtől eltávolodni, poláros
részük a vizes közeghez vonzódik → felületeken, vizes közegben
cseppeket vagy vékony hártyákat alkotnak
a folyadékban kolloid méretű micellákat képeznek, sőt képesek
kettős rétegben
elhelyezkedve ún. liposzómákat kialakítani;
A sejt belső része: a citoplazma és a sejt külső környezete is vizes
közeg → poláris. Emiatt a sejthatáron a foszfatidok apoláris részei
maguk közül kiszorítják a vizet,
az apoláris részeikkel
szembefordulva → kettős réteget alkotnak = biológiai membránok
alapját adják
- az apoláros részek között van der Waals-kölcsönhatások lehetnek
- ezek gyenge vonzóerők
- de stabilizálják ezeket a szerkezeteket
- ezek igen nagyok is lehetnek (akár több száz nanométeresek is)
- legegyszerűbb foszfatid: foszfatidsav
- más foszfatidok alapvegyülete
• a foszforsavat észteresíti még egy amino- és hidroxil-csoportot
tartalmazó molekula, mely a foszforsavval együtt poláros részét
képviseli a foszfatid-molekulának.
3. szteroidok
- szteránvázas vegyületek – alapja a gonán, melyet három 6- és egy 5atomos kondenzált gyűrű alkot. A vázhoz kapcsolódó oldalláncok,
funkciós csoportok → változatos sajátságú típusokat alakítanak ki.
- zsírsavakhoz hasonló felépítés
- koleszterin – a foszfatidokkal együtt a biológiai membránok alkotója,
fokozza a hártyák merevségét
- D-vitamin előanyaga: ergoszterin – a bőraljában
- napfény UV-sugárzásának hatására alakul át D-vitaminná
- a D-vitamin fokozza a Ca2+-ionok felszívódását a bélből
- a Ca2+-ionok fontosak a csontok és a fogak szilárdságánál
- hiányukban angol-kór alakulhat ki
- epesavak
- az epében vannak
- a máj termeli (koleszterin az alapanyaga)
- az epesavak tartják oldatban a koleszterint
- ha az epesavak mennyisége lecsökken, akkor a
koleszterin kiválik- epekő jön létre az epehólyagban
pl.: kólsav
- felületi feszültséget csökkentő anyagok
- a zsírokat kis cseppek formájában tartják
- jobban hozzájuk férnek a lipázok
Sok hormon szteránvázas
- mellékvesekéregben pl.: aldoszteron, kortizon
- ivarmirigyekben a nemi hormonok
- ösztrogén
- petefészek tüszőiben termelődik
- hatására a méh nyálkahártyája megújul a menstruációs
vérzés után
- progeszteron
- az ovuláció után kialakuló sárgatest termeli
- hatására a méh nyálkahártyája még 14 napig nem épül le
- tesztoszteron
- herecsatornácskák közötti kötőszövet hormontermelő
sejtjei termelik
- élettani hatásai
- másodlagos nemi jelleg kialakítása
- ivarsejttermelés
- normális nemi működés
4. karotinoidok
- a növényvilágban és az állatvilágban
- láncaikban konjugált kettős kötés rendszer van (szénatomok között
váltakoznak az egyes és a kettős kötések)
- látható fény hatására is gerjeszthetők
- magasabb energiaszintre ugranak gyorsan és rövid ideig maradnak ott
- mikor visszakerülnek eredeti energiaszintjükre, fényt bocsátanak ki
- többnyire vörösek vagy sárgák
- karotin (sárgarépa): narancsvörös
- likopin (paradicsom): piros
- xantofill (levelek): halvány sárga
- A-vitamin előanyaga (béta-karotin)
- a szem retinájában lévő látóbíbor fény hatására opszinra (fehérje) és
A-vitaminra bomlik
- az inger megszűnik: újra kapcsolódnak
- A-vitamin hiányában nem alakulhat ki: farkasvakság
(szürkületben nem lát)
Lipidek - összefoglalás
A szénhidrátok
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Rövid vázlat
- a szénhidrátok jelentősége
- a szénhidrátok előállítása
- monoszacharidok
- triózok
- pentózok
- hexózok
- a diszacharidok
- maltóz
- szacharóz
- laktóz
- a poliszacharidok
- keményítő
- amilóz
- amilopektin
- glikogén
- cellulóz
A szénhidrátok
Bővebb vázlat
- a bioszféra szervesanyag-készletének fő tömegét alkotják
- sejtfalanyag (cellulóz)
- tartaléktápanyag (keményítő, glikogén)
- fotoszintézissel állítják elő a növények szén-dioxid és víz felhasználásával
napfény segítségével
- nevüket alkotó C, H, O 1:2:1 aránya alapján kapták [C n(H2O)m] szénhidrát
- a valóságban a C-atomokhoz hidrogén és hidroxilcsoport kapcsolódik
[(H- C -OH)n] és emellett oxocsoportot is találhatunk a molekulában
- jelentős oxigéntartalmuk miatt feleannyi energiát raktároznak, mint a
velük azonos tömegű lipidek – igen stabil vegyületek – levegőn nem
avasodnak mint az egyes zsírsavak C-C kettős kötéseket tartalmazó
részei.
Szénhidrátok: polihidroxi-oxovegyületek – polihidoxi-aldehidek (nevük:
aldehidek) vagy polihidroxi-ketonok (nevük: ketózok), vagy olyan
vegyületek, melyek hidolízisével ilyen vegyületek képződnek.
Szénhidrátok csoportosítása: felépítésük alapján – mono-, di- és
poliszacharidok.
Elsősorban a sejt vagy a szervezet energiaháztartásában és - szerkezeti
egységeként – felépítésében játszanak szerepet.
A szénhidrátok - monoszacharidok
Monoszacharidok – egy egységből, monomerből állnak, nem
hidrolizálhatók. Alapvázukat 3-7 C-atom alkotja. Nyílt láncúak, de
nagyobb méretűek gyűrűvé is záródhatnak.
- Vízben jól oldódnak, könnyen átjutnak a sejthártyán. Ezt jelentősen
akadályozza, hogyha foszforsavval kapcsolódnak össze kondenzáció
során.
- vizes oldataik formájában jól szállíthatók → vérben, növények
háncsszöveteiben monoszacharidokat találunk
- foszfátésztereik a szénhidrát-anyagcsere köztestermékei, s egyúttal
energiatárolók
- édesízűek - csalogatóanyagként szerepelnek gyümölcsökben,
nektárokban
Szerkezetük általános jellemzői:
• Aldózok: az oxocsoport láncvégi helyzetű (aldehidcsoort)
• Ketózok: az oxocsoport láncközi helyzetű (ketocsoport). A természetben
előforduló monoszacharidok molekuláiban a 2. C-atom képezi.
-
A szénhidrátok - monoszacharidok
Az optikai forgatóképesség és a molekula szerkezetének összefüggése
Királis rendszer (molekula) – olyan rendszer (molekula), amelynek
tükörképe nem hozható önmagával fedésbe.
- A biológai rendszerekben a szerves molekulák egy részének
(szénhidrátok, aminosavak) van kiralitásuk.
- E molekuláknak 1 vagy több kiralitáscentrumuk (asszimmetriacentrumuk)
van.
- A C-atom királis, ha négy különböző ligandum (egy molekulában a
központi atomhoz kapcsolódó atom vagy atomcsoport) kapcsolódik hozzá
(a láncközi H-C-OH részlet szénatomjai – mivel a molekula két vége eltérő
– kiralitáscentrumok).
A szénhidrátok - monoszacharidok
A szénhidrátok - monoszacharidok
A gyűrűs szerkezet kialakulása
Azok a hidroxilcsoportok, amelyek reakciójakor öt vagy hattagú gyűrűvé
alakulhat ki, addícióval képesek az oxocsoportot hordozó C-atomhoz
kapcsolódni. (A folyamatot a lánc utolsó előtti C-atomjához kapcsolódó O
nemkötő elektronpárjának az oxocsoport elektronhiányos C-atomjához
történő bekötése indítja el, addícióval datív-kötés jön létre.)
A kialakuló gyűrűs molekulában az oxocsoport hidroxilcsoporttá, ún.
glükozidos hidroxilcsoporttá alakul, míg a lánc utolsó előtti C-atomja –
OH-csoportjának oxigénje a gyűrű tagjává válik →éterkötést
létrehozva.
A szénhidrátok - monoszacharidok
Az 1. C-atomon az oxocsoportból a gyűrűvé záródáskor a kialakuló glikozidos
hidroxilcsoport helyzete alapján alakul ki az α- és β-konfiguráció.
A gyűrűs molekula
síkjára merőlegesen elhelyezkedésű (axiális helyzetű) hidroxilcsoportot
tartalmazó az α-konfigurációjú,
a síkkal párhuzamos (ekvatoriális) helyzetű –OH csoporttal rendelkező
a β-konfigurációjú molekula.
A szénhidrátok - monoszacharidok
- triózok (3C)
- a glicerin oxidációs termékei
- glicerinaldehid
- biokémiai folyamatok (anyagcsere-folyamatok)
köztes terméke
- szabad állapotban nincs jelen
glicerinaldehid-3-foszfát
- foszforsavval alkotott észtere
A szénhidrátok - monoszacharidok
- pentózok (5C)
- nukleinsavak, koenzimek alkotórészei,
- köztestermékek
öttagú gyűrűt képeznek:
- 2-dezoxi-ribóz (DNS) (hidroxil-csoport helyett hidrogénatom van a
2. szénatomon, eggyel kevesebb O van benne)
- ribóz (RNS)
- foszforsavval alkotnak észtereket (így vesznek részt a
nukleinsav képzésében)
- pentóz-foszfát
A szénhidrátok - monoszacharidok
- hexózok (6C)
- az élővilágban előforduló leggyakoribb monoszacharidok
- szabad állapotban is jelen vannak (sejtben és sejtközötti állományban is)
- mert a szénhidrátszállítás ebben a formában történik a sejten belül
és a sejtek közötti térben is
- a cukrok lebontása ezekből indul ki
- gyakran diszacharidokat és poliszacharidokat képeznek
- szőlőcukor (glükóz) (C6H12O6) – aldehid
- az egyik O-atomján keresztül az 1. és 5. C-atomjával hattagú
gyűrűvé kapcsolódik össze
- az 1-es szénatom glikozidos hidroxil-csoportja kétféleképpen
állhat
- -glükóz
- -glükóz
- foszforsavval észtereket alkot (biokémiai folyamatok köztes
terméke)
- szabadon és nagyobb molekulák alapegységeként is fontos
A szénhidrátok - monoszacharidok
A szénhidrátok - monoszacharidok
-
- a természetben D-glükóz molekula van, fotoszintézis során ez
keletkezik, di- és poliszacharidok építőegységei
- az ember vérének állandó glükóz koncentrációja van
- az ember sejtjei főleg glükózzal táplálkoznak
fruktóz – gyümölcscukor - az állati táplálkozás szempontjából
- legédesebb monoszacharid – összegképlete ugyanaz, mint a glükózé, de
az atomok kapcsolódási sorrendje más.
- termésekben, mézben fordul elő,
- s az anyagcsere-folyamatok köztes terméke a foszfátszármazéka
A szénhidrátok - monoszacharidok
A szénhidrátok - monoszacharidok
A szénhidrátok - diszacharidok
-
a diszacharidok
- két monoszacharidból állnak, melyeket éterkötés kapcsol össze (a két
gyűrű között vízkilépés után egy O teremt kapcsolatot)
- a kondenzációban legalább az egyik egyszerű cukor glikozidos
hidroxil-csoportja vesz részt
- a matóz és a cellobióz lebontási köztestermék az élővilágban
- vízben jól oldódnak és általában édes ízérzetet keltenek
két glükózmolekula között jön létre glikozidkötés vízkilépéssel
(kondenzációval)
- hidrolízissel bontható
A szénhidrátok - diszacharidok
- maltóz (malátacukor)
- 2 db -glükóz építi fel
- keményítőbontás köztesterméke, vagy glikogénbontáskor
képződik
- édes (nyálamiláz hatására képződik a szájüregben)
- hidrolízissel bontható egységeire (középbélben történik)
- redukáló típusú diszacharid
- cellobióz
- 2 db β-glükóz
- cellulózbontáskor képződik
- redukáló típusú diszacharid
A szénhidrátok - diszacharidok
- szacharóz (répacukor, nádcukor)
- heterotróf élőlények tápanyagai
- cukorrépa és cukornád tartalmazza 10-20%-ban
- nem redukáló típusú diszacharid
- 1 db fruktóz és 1 db glukóz összekapcsolódásával – vízkilépéssel
jön létre
- fruktóz (gyümölcscukor)
- glükózzal azonos összegképletű
- gyümölcsökben gyakori
- édes (mézben is sok van)
- a szervezetben a szacharóz lassabban használható fel, mint a glükóz,
ezért adják a cukorbetegeknek (előbb glükózra és fruktózra bomlik, majd a
fruktóz
glükózzá alakul át, így kerül a vérkeringésbe)
- laktóz (tejcukor)
- heterotróf élőlények tápanyagai
- 1 db glükóz és 1 db galaktóz alkotja
- redukáló típusú diszacharid
A szénhidrátok - poliszacharidok
-
a poliszacharidok – több száz vagy több ezer monoszacharid
kondenzációjával keletkező makromolekulák (makromolekulák – ált.ban kolloid méretű polimerek – molekulatömegük nagyobb, mint 10000)
- monomerjük: a glükóz
- minden molekula közös jellemzője: a monomerek között 1-4
glikozidoskötés
(Vagyis a kapcsolódó glükózmolekula 1. és mellette lévő monomer
4. C-atomján lévő hidroxil-csoportok között éterkötés van)
- a poliszacharidok közötti különbséget
- a monomerek típusa és száma,
- vmint az összekapcsolódás módja adja
- képződésük során a funkciós csoportjaik kovalens kötésekkel, vagy
hidrogénkötésekkel vannak lekötve, így kifelé nincs poláros
csoportjuk, ezért vízben nem oldódnak, nem édesek, sokkal
stabilabbak, mint a monoszacharidok, ezért ideális
- tartaléktápanyagok
- szilárdító vázanyagok.
A keményítő vízben oldhatatlan keményítőszemcsék formájában válik ki a
sejtben, így szinte korlátlan mennyiségben raktározható.
A szénhidrátok - poliszacharidok
- Keményítő (amilum)
- növényi tartaléktápanyag – búza, burgonya, rizs
- fotoszintézis során képződik
- a sejtekben a fajra jellemző alakú keményítőszemcsék formájában
raktározódik
- a szemcsék réteges felépítésűek, bennük amilóz és amilopektin
szénhidrát-molekulák mellett szénhidrátot felépítő és lebontó
(amiláz) enzimek is vannak
- több száz -D-glükózokból épül fel (glikozidkötések kapcsolják
össze őket)
két összetevője:
- amilóz
- fonalas, elágazásmentes spirális (hélix) lánc – 1-4 glikozidos kötésekkel
- a szemcse belsejében
- amilopektin
- helyenként – kb. 12 egységenként - elágazó lánc – (20-25
egységenként 1-6 glikozidos kötések miatt), ágas-bogas szerkezetű
- a szemcse felszínén
- maltóz egységekre majd -D-glükózokra bontható (hidrolízissel)
(A keményítőben az amilóz és az amilopektin szemcsénkénti aránya: 20:80.)
A szénhidrátok - poliszacharidok
A szénhidrátok - poliszacharidok
A szénhidrátok - poliszacharidok
- glikogén
- állatok és a gombák tartaléktápanyaga
- -D-glükózokból épül fel – több ezer
- amilopektinre emlékeztet, de gyakrabban ágazik el – a spirál 1-6
glikozidos kötéseket tartalmaz
- a gerinceseknél: a májban és a harántcsíkoltizmokban tárolódik
(szemcsék formájában)
- cellulóz
- a legelterjedtebb poliszacharid
- növényi sejtfal alapanyaga,
vázanyag, növényi rostok
- több ezer -D-glükózból épül fel
- hosszú, egyenes, elágazásmentes lánc
- az egységek elrendezése miatt
- a láncon belül az egymás melletti
egységek között létrejöhet
hidrogénkötés
- a láncok egymás mellé rendeződnek
(hidrogénkötések stabilizálják ezeket)
A szénhidrátok - poliszacharidok
-
- vízben nem oldódik - nehezen hidrolizálható egységekre (cellulózbontó
baktériumok, gombák, egyes egysejtűek képesek erre speciális
enzimjeikkel)
- az ember a cellulózt (a rostot, a korpát nem hasznosítja táplálékként, csak
a perisztaltikus mozgáshoz kell)
- viszont papírként, vattaként, lenként, kenderként igen, a pamutszál
cellulóz
kitin
- nitrogéntartalmú szénhidrát – hasonlít a felépítése és szerkezete a
cellulózra
- ízeltlábú állatok és gombák vázanyaga
Szénhidrátok - összefoglalás
Egyszerű szénhidrátok
Összetett szénhidrátok
Nem hidrolizálhatók
Savas hidrolízissel bonthatók
Monoszacharidok
Diszacharidok
Poliszacharidok
egy egységből épülnek fel
két monoszacharidból állnak
több száz / több ezer egységből
állnak
hidrolízissel nem bomlanak
egyszerűbb vegyületekre
hidrolízissel 2
monoszacharidra bonthatók
óriásmolekulák
(makromolekulák), hidrolízissel
sok monoszacharidra bonthatók
CnH2nOn
C12H22O11
(C6H11O5)n
vízben oldódnak
vízben oldódnak
nem oldódnak vízben
édes ízűek
többségük édes ízű
nem édes ízűek
általában redukáló hatásúak
többségük redukáló hatásúak
nem redukáló hatásúak
Biológiai jelentőségük
energiaszolgáltatók, az összetett
szénhidrátok felépítői
energiatárolók (tápanyag),
lebontási köztes termékek,
membránok jellemző
molekulái
tartalék energiatárolók,
vázanyagok
Példa
glicerinaldehid, ribóz, glükóz,
fruktóz
maltóz, cellobióz, laktóz,
szacharóz
cellulóz, keményítő, glikogén
Jellegzetességük
Felépítésük
C3-C7 szénatomszámú
Tulajdonságuk
A fehérjék
Rövid vázlat
- a fehérjék változatos biológiai szerepe
- a nitrogéntartalmú vegyületek előállítása
- az aminosavak
- a felépítésük
- az elnevezésük
- a csoportjaik
- az esszenciális aminosavak
- a fenilketonúria
- aminosavak kapcsolódása peptidkötéssel
- a fehérjék szerkezete
- az elsődleges szerkezet (aminosavszekvencia)
- a másodlagos szerkezet
- -hélix-szerkezet
- -lemez-szerkezet
A fehérjék
- a harmadlagos szerkezet
- a negyedleges szerkezet
- a fehérjék denaturációja
- reverzibilis denaturáció
- irreverzibilis denaturáció
- a fehérjék típusai
- egyszerű fehérjék
- összetett fehérjék
A fehérjék biológiai jelentősége
Bővebb vázlat
- változatos biológiai szerepük van
- sejtfelépítők (membránfehérjék), az élő anyag szerkezetalkotói (pl.:
kollagén a kötőszövetben)
- enzimek: az anyagcsere-folyamatok katalizátorai (pl.: amiláz, foszfatáz)
- szállítómolekulák (oxigén, vas, lipidek szállítása) – molekulaszállító:
hemoglobin
- immunanyagok
- hormonok alkotói (pl.: növekedési hormon)
- felépítésükhöz nitrogéntartalmú vegyület kell
- nitrogénkötő baktériumok a levegő nitrogénjével szervetlen
nitrogénvegyületeket állítanak elő
- az autotróf növények ezeket felhasználva állítják elő fehérjéiket
- a heterotróf állatok csak kész szerves nitrogéntartalmú vegyületekből
tudják előállítani
- ezért fehérjetartalmú táplálékot fogyasztanak
- növényeket
- állatokat
A fehérjék felépítése, szerkezete
A felépítésben résztvevő elemek: C, H, O, N, S.
• Alapegységeik: aminosavak (húszféle)
• Funkciós csoportjaik: amino- (-NH2) és karboxil- (COOH)csoport
Karbonsavak = molekuláikban a kaboxilcsoport melletti szénatomhoz (az
-szénatomhoz) aminocsoport kapcsolódik („aminokarbonsavak”)
• Lehetnek α-, β-, γ-aminosavak
– α-aminosavból épülnek fel az emberi test fehérjéi
– β-aminosav, pl.: koenzim-A (az anyagcserében kulcsfontosságú
molekula)
– γ-aminosav, pl.: ingerületátvivő anyag (a γ-amino-vajsav = GABA)
– Ikerion szerkezetüket figyelembe véve általános szerkezeti
képletük:
NH +3 CH COOH
R
- a központi -szénatomhoz kapcsolódik
- egy aminocsoport
- egy karboxilcsoport
- egy hidrogénatom
- oldallánc – az aminosavak egymástól ebben különböznek
A fehérjék felépítése, szerkezete
- ez a glicin esetében egy hidrogénatom
- csak polipeptidekben lesznek ezek oldalláncok
- apoláros
- poláros
- semleges
- savas
- bázisos
- az aminocsoport bázisos jellegű, mert protonfelvételre képes (a nitrogén
nagy EN értékű)
- a karboxilcsoport savas jellegű, mert proton képesek leadni
 savval is és bázissal is sókat képeznek  amfoter jellegűek,
kettős jelleműek: savként és bázisként is viselkednek.
Királis molekulák, L-aminosavak
- Vízkilépéssel peptidkötést hoznak létre:
- néhány aminosav
oligopeptid (pl.: oxitocin, ADH)
- sok (száz, néhány száz) aminosav
polipeptid vagy fehérje
(pl.: ACTH, pepszin, hemoglobin)
- 10000 moláris tömeg alatt polipeptidek, felette fehérjének nevezzük
A fehérjék elnevezése, csoportjaik
- elnevezésük:
- szabályos kémiai nevüket nem használják
- triviális nevükből származtatott hárombetűs jelölést használnak
gyakran
- csoportjaik:
- monoamino-monokarbonsavak
- monoamino-dikarbonsavak (savas aminosavak)
- bázisos aminosavak (mert nem mindig aminoscsoport, a második
bázisos jellegű rész)
- esszenciális aminosavak: a szervezet nem képes előállítani őket
készen kell felvenni őket
pl.:
fenil-alanin
lizin
triptofán
- a túl sok aminosav is lehet káros, például: fenilketonúria
- ilyenkor hiányzik egy enzim, ami a fenil-alanin átalakítását végzi
- a fenil-alanin felhalmozódik a vérben
- az agyba kerülve értelmi fogyatékosságot okoz (Keyes: Virágot
Algernonnak)
Az aminosavak kapcsolódása: fehérjék
- aminosavak kapcsolódása
- peptidkötéssel
- vízkilépéssel jár
- egy aminocsoport és egy karboxilcsoport között jön létre
- hidrolízissel bontható (víz kell hozzá)
- dipeptid jön létre
- további aminosavak kapcsolódásával polipeptidlánc alakul ki
- több száz alegységből is létrejöhetnek
- alapja egy poliglicinlánc, amelyhez oldalláncok
kapcsolódhatnak
- elágazásmentes
- egyik végén aminocsoport (NH3+) – amino-láncvég (N
terminális)
- a másik végén karboxilcsoport (COO-) – karboxil-láncvég
(C terminális)
Az aminosavak kapcsolódása: fehérjék
A fehérjék szerkezete
• Néhány száz, ritkán több ezer aminosav építi fel
• Térbeli szerkezetük (konformációjuk van)
a fehérjék szerkezete
- változatos felépítés – változatos funkció
- csak adott szerkezet mellett látják el funkcióikat
- fajonként más-más lehet az azonos funkciójú fehérjék felépítése
(pl.: inzulin)
– Elsődleges (primer) szerkezet: = aminosavsorrend (-szekvencia); az
aminosavak egymással peptidkötéssel kapcsolódva polipeptidláncot
alkotnak, az aminosavakat kovalens vegyértékkötések kapcsolják
egymáshoz; fajlagosságot az elsődleges szerkezet adja
- inzulin (az elsőnek megállapított aminosavszekvencia)
- 51 aminosav
- Sanger, angol biokémikus 10 évi kutatással
- (10 évi kutatás eredményeként) (Nobel-díj - 1958)
- 1980: 2. Nobel-díj: a nukleinsavak kutatásáért
( http://www.ttk.pte.hu/biologia/genetika/atg/chap12/ch12b.htm )
A fehérjék szerkezete
– Másodlagos (secunder) szerkezet = másodlagos kötések (H-kötések,
diszulfid-híd, van der Waals-kölcsönhatás) által kialakított α-hélix
(spirál) és β-redő szerkezet; a nagyobb oldalláncok α-hélixet, a
kisebbek β-redőt alakítanak ki.
Részletesen:
a másodlagos szerkezet
- az -szénatom körüli szabad forgás miatt sokféle térszerkezet lehet
- két stabil szerkezet van
- -hélix-szerkezet
- spirális szerkezet
- molekulán belüli hidrogénkötések rögzítik
- az amino-csoportok és a karboxil-csoportok között
- -lemez-szerkezet
- polipeptidlánc-szakaszok fekszenek egymás mellett egy hajtogatott
lemezben
- hidrogénkötések rögzítik egymáshoz ezeket
- röntgendiffrakciós vizsgálat - Pauling, amerikai kémikus az 50-es
években
- kristályos fehérjéken bocsátott át röntgensugarakat, azok elhajlottak
- térbeli elrendeződést vizsgált
- pl.: hemoglobin szerkezetének kiderítése 23 évet vett igénybe
A fehérjék szerkezete
A fehérjék szerkezete
A fehérjék szerkezete
Térbeli szerkezetük (konformációjuk van)
– Harmadlagos szerkezet = teljes molekula térbeli szerkezete, a
másodlagos polipeptidlánc egymástól távoli pontjai között
másodrendű kötések alakítják ki;
fibrilláris: csupa α-hélix, vagy csupa β-redő (pl.: keratin és fibroin);
globuláris α-hélixekből, vagy csupa β-redőkből álló szakaszok
váltakoznak, rendezetlen szakaszok is lehetnek pl.: enzimek
(A harmadlagos szerkezetben
- a fehérjeláncok teljes térbeli elrendeződései a globuláris
fehérjéknél
- különböző kötések rögzítik ezeket úgy, hogy belül legyenek
inkább az apoláros részek
- kovalens kötés (cisztein oldalláncainál diszulfidhíd)
- ionos kötés (savas ás bázikus jellegű oldalláncok
között)
- hidrogénhíd
- van der Waals-kölcsönhatás)
A fehérjék szerkezete
A fehérjék szerkezete
– Negyedleges (kvaterner) szerkezet: több polipeptidlánc egymáshoz
kapcsolódása másodrendű kötésekkel (pl.: a hemo-globin-molekula 4
peptidláncot tartalmaz)
A fehérjék szerkezetét rögzítő kötéstípusok
A fehérjék felosztása
Fehérjék
Egyszerű fehérjék
(proteinek)
Összetett fehérjék
(proteidek)
alkotói csak aminosavak
magfehérjék
plazmafehérjék
albuminok,
globulin,
fibrinogén
hiszton
protamin
vázfehérjék
kollagén
retikulin
enyvadó
rostokban
rácsrostokban
elasztin
aktin, miozin
rugalmas rostokban
az aminosavakon kívül más alkotórészük
is van
a kromoszómák
felépítésében, a
gének
szabályozásában
fontos
izomrostokban
glükoproteidek
sejthártyában
lipoproteidek
sejthártyában
kromoproteidek
nukleoproteidek
kromoszómák
membránjában
hemoglobin
mioglobin
A fehérjék felosztása
- a fehérjék típusai
- egyszerű fehérjék
- csak aminosavak keletkeznek hidrolízisük során
- pl. albumin (tojásban)
- összetett fehérjék
- aminosavakon kívül van bennük más is (nem fehérjejellegű rész)
- pl.
kazein (tej) (foszforsav)
hemoglobin (VVS) (hem – vastartalmú rész)
A fehérjék működése
• Fajlagosak
– Fajnak, egyénnek, szervnek, sejtnek egyedi fehérjéi vannak
– Fajlagosságuknak jelentősége van:
• vérátömlesztésnél
• szövet- és szervátültetésnél
• Rh-faktor kapcsán, a terhességnél
• immunológiai folyamatokban
• baktériumok elleni védekezésben
• táplálkozásban.
• Enzimek
– Enzimek biokatalizátor tulajdonságú fehérjemolekulák
– Élőlényekben enzimek nélkül nem mennek végbe a kémiai reakciók
A fehérjék működése
Az enzimek csoportosítása
működés szerint
szerkezet szerint
hidrolázok
hidrolízist katalizálnak
oxireduktázok
redoxfolyamatokat
gyorsítanak
ligázok
kötést hoznak létre
liázok
kötést bontanak
izomerázok
a molekula izomerét állítják
elő
egyszerű fehérjék (pl.:
ribonukleáz)
csak fehérjék építik fel az
enzimet
összetett fehérjék
•prosztetikus csoport (pl.:
hemoglobin)
•koenzim
(NAD, NADP, FAD, KoA)
a fehérjéken kívül mást is
tartalmaznak
A fehérjék működése
• Az enzimek tulajdonságai:
– fajlagosak: szubsztrátumra, reakcióra
– pH-optimum: minden enzimnek megvan a maga hidrogénionkoncentrációs optimuma, amely mellett a hatását legjobban ki tudja
fejteni;
– hőmérsékleti optimum: a hőmérséklet emelkedésével a reakciók
gyorsulnak, de csak bizonyos határig, pl.: 40 ◦C-nál magasabb
hőmérséklet a fehérjék irreverzibilis tönkremenését okozhatja;
– Hatásmechanizmusa:
• Az aktív centrumhoz kötődik a szubsztrátum.
• Végbemegy a katalikus folyamat.
• A termék (produktum) leválik.
• Visszaáll az enzim eredeti szerkezete.
– elnevezése általában: a reakció vagy a szubsztrát neve + „áz” végződés.
A fehérjék működése
• Hibátlan működésük feltétele: a megfelelő térbeli szerkezet
– Az aminosavsorrend megváltozása miatt megváltozhat a térszerkezet
(pl.: a sarlósejtes vérszegénység esetében: amikor glutaminsav helyett
valin van a fehérjeláncban)
– Denaturálódás és koaguláció miatt megváltozhat a térszerkezet:
• hőhatásra
• könnyűfémsók hatására – reverzíbilis
• nehézfémsók hatására –irreverzibilis
• pH-változás miatt.
A fehérjék működése
- a fehérjék denaturációja
- a fehérjék a környezet állapotára igen érzékenyek
- úgy változik a szerkezetük, hogy elveszítik hatóképességüket
- reverzibilis denaturáció (vízvesztés hatására)
- irreverzibilis denaturáció (melegítés hatására)
A nukleotidok és a nukleinsavak
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
- a nukleotidok
- változatos funkciójúak
- energiaátalakítás
- energiaraktározás
- szállítómolekulák
- nukleinsavak felépítői
- különböző alegységekből épülnek fel
- foszforsav
- pentóz
- RNS-ben ribóz
- DNS-ben 2-dezoxi-ribóz
- nitrogéntartalmú szerves bázis
- pirimidinvázas (6 tagú, egy gyűrűs)
- citozin (RNS, DNS) (3)
- timin (DNS) (2 hidrogénkötésre képes)
- uracil (RNS) (2)
- purinvázas (9 tagú, két gyűrűs)
- adenin (DNS, RNS) (2 hidrogénkötésre képes)
- citozin (DNS, RNS) (3)
- mononukleotid
- kondenzációs folyamattal jön létre (2 vízmolekula kilépésével)
foszforsav + pentóz + bázis
- 5. szénatamjához kapcsolódik észterkötéssel a
foszforsav
- 1. szénatomjához a bázis egyik nitrogénatomja
kpacsolódik
pld. adenozin-monofoszfát (AMP)
- két foszfátcsoport esetén: adenozin-difoszfát (ADP)
- három foszfátcsoport esetén: adenozin-trifoszfát (ATP)
- nagy energiájú kötést tartalmazó molekula
- 25 kJ/mol-nál több energia szabadul fel
hidrolízisekor
- hidrolízisekor ADP és foszforsav keletkezik (+
30kJ/mol)
- ATP központi szerepű a sejtek energiaforgalmában
- a foszfátcsoport mozgékony (felvehető, leadható)
- a molekula energiatartalma magas
- energiatermelő folyamatokban ATPszintézis zajlik
- energiaigényes folyamatokban ATPhidrolízis zajlik
- sok szállítómolekula alapszerkezet visszavezethető nukleotidokra
- pld: koenzim-A (KoA)
- acetilcsoport szállítását végzi (2C): CH3CO- nukleotid alapegység + foszfátcsoport + vitaminjellegű
csoport + SH
- dinukleotid
- két mononukleotidból áll
- pld: nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD)
- nikotinsavamidos mononukleotid + mononukleotid
- a hidrogén szállítását végzi
- a hidrogén felvétele:
- 1 proton és 2 elektron felvételét jelenti a
savamidnál
- a másik proton hidrogénion formájában
oldatban marad
- ekkor redukálódik NADH-vá
- ez egy másik folyamatban
leadja a hidrogént (oxidálódik)
- egyes folyamatokban a NADP játszik szerepet
- a mononukleotid-rész tartalmaz még egy foszfátcsoportot
- nukleinsavak
- polinukleotidok
- nukleotid egységekből állnak
- akár több ezerből
- a pentózok 3. és 5. szénatomjai között alakul ki kapcsolat a foszfátcsoporton keresztül
- a bázissorrend fontos a felépítésükben
- RNS: ribózt tartalmaz (és uracilt timin helyett)
- DNS: 2-dezoxi-ribózt tartalmaz (timint uracil helyett)
- két párhuzamos, de ellentétes lefutású polinukleotid-láncból áll (antiparalel)
- egymással a bázispárok hidrogénkötései kapcsolják össze
- távolságuk: 2 nm
- egy csavarmenet magassága: 3,4 nm
- egy csavarmenetben 10 db bázispár van
- purinnal szemben pirimidinbázis lehet
- csak olyan, amelyik azonos számú hidrogénkötés kialakítására képes
- adenin és timin (kettő)
- guanin és citozin (három)
- egyik lánc meghatározza a másikat, mert kiegészítik egymást (komplementerek)
- kettős hélix-szerkezetű
- 1953, Cambridge
- Wilkins (angol biofizikus)
- röntgendiffrakciós vizsgálatokat végzett különböző DNSekkel
- mindig hasonló szerkezeti képet kapott
- Watson (amerikai biológus)
- Crick (angol biofizikus)
- Wilkins eredményeire alapozva készítették el a modelljét
•
- Nobel-díjat kaptak együtt
- RNS:
- ribózt tartalmaz (és uracilt timin helyett)
- funkció szerinti fajtái:
- riboszómákat felépítők (rRNS-molekulák, riboszomális…)
- ez van a legnagyobb mennyiségben
- a fehérjeszintézisben játszanak szerepet
- aminosavakat szállítók (t-RNS-molekulák, transzfer, szállító…)
- kisebb mennyiségben vannak ezek
- a fehérjeszintézisben játszanak szerepet
- DNS információit szállítók (mRNS, messenger, hírvivő…)
- néhány százalékuk ilyen
- a fehérjeszintézisben játszanak szerepet
- egy szálúak, de visszakanyarodással kialakíthatnak kétszálú részeket
- pld: tRNS
A sejtekben zajló anyagcsere
általános jellemzői
- a sejtek anyagcseréje: a biokémiai folyamatok összessége
- három folyamat alkotja:
1. energiaáramlás
2. anyagforgalom
3. információáramlás
- egymástól ezek nem választhatók el
- bonyolult hálózatot alkotnak
- energiaigényes felépítő folyamatok (pld. szénhidrátok felépítése)
- energiatermelő lebontó folyamtok (pld. szénhidrátok lebontása)
- információáramlás (pld. fehérjeszintézis egyes lépései)
- energiaigényes folyamatok
- autotrófok
- szervetlenből szerveset képesek előállítani
- pld. fotoszintézissel
- fényenergiából
- kémiai energiát készítenek (ATP)
- pld. kemoszintézissel
- kémiai reakciók során felszabaduló energiát használják fel
- heterotrófok
- szerveset alakítanak át, így nyernek kémiai energiát (ATP)
- felépítő folyamatok
- kiindulási anyagaik:
- kis méretűek
- kis energiatartalmúak
- energiatermelő folyamatok
- szerves anyagok lebontása (lebontó folyamatok)
- többlépéses folyamat
- építőegységek
- köztes termékek
- egyszerű végtermékek (szén-dioxid és víz)
- közben kémiai energiát nyernek (ATP)
- biokémiai reakciók sorozata
- a részt vevő anyagoknak magasabb energiaszintre kell jutniuk
- aktivált állapotba kell kerülniük
- aktiválási energia a két energiaszint közötti különbség
- elérhető melegítéssel
- ez kedvezőtlen a sejtekben
- elérhető katalizátorokkal
- többféle út is lehetséges a végtermék felé
- az megy végbe, amelyikhez a legkisebb aktiválási energia szükséges
- a katalizátorok csökkentik a szükséges aktiválási energiát
- általában ezek fehérjék (biokatalizátorok: enzimek)
- felgyorsítják a reakció sebességét
- kapcsolatba kerülnek a kiindulási anyagokkal (szubsztrátokkal)
- az aktív centrum egy kis része az enzimnek
- speciális rész, mert az aminosavak oldalláncai itt speciálisak
- ide csak bizonyos szubsztrátok kapcsolódhatnak be
- az enzimek fajlagossága ebből adódik (csak 1 reakciót
katalizál)
- az enzim felületén keletkezik a termék (produktum)
- a termék utána leválik
- az enzim újabb reakciót katalizálhat
- az enzimek többsége összetett fehérje, tehát van nem fehérjejellegű része is
- ez a rész kell a működésükhöz (koenzim)
- pld. KoA, NAD
- ezek felépítésében fontosak egyes
vitaminok
- a környezeti hatásokra érzékenyek, könnyen denaturálódnak
A szénhidrátok felépítése
energiát igényel
- alapvető felépítő folyamat: fotoszintézis
- fényenergia megkötése (átalakítása kémiai energiává)
- a fény 400 és 800 nm közötti tartományát hasznosítják
- szükségesek:
- fényenergia
- alapanyagok
- enzimek
- fényelnyelő anyagok
- színes szerves vegyületek (pigmentek)
- konjugált kettős kötéseket tartalmaznak
- a szénláncban könnyen elmozdítható elektronok vannak
- a fény energiacsomagjainak, a fotonoknak az energiáit
átveszi
- magasabb energiaszintű pályára lép egy
elektron ekkor
(a pályák közötti energiakülönbség a fotonok
energiájával egyezik meg)
- a gerjesztett állapot rövid ideig tart
- visszalép eredeti pályájára
- az energia elvész fény formájában
v.
- az energia átkerül másik molekulára
v.
- maga az elektron kerül át egy elektronfelvevő
molekulára
- ezzel oxidálódik a fényt megkötő molekula
- az elektronfelvevő molekula redukálódik
- klorofill típusú vegyületek
- zöld vegyületek
- porfirinvázasok
- ez alkotja a molekula központját
- négy pirrolgyűrű alkotja
- középen egy magnéziumatom van
- oldalláncok vannak a pirrolokon
- a-klorofill (metil-csoport)
- b-klorofill (aldehid-csoport)
- karotinoid típusú vegyületek
- egyszerű lipidek
- karotin: narancsvörös
- xantofill: sárga (a karotin oxigéntartalmú származéka)
- fényelnyelési maximumok:
- klorofill: kék és vörös tartományban
- karotinoidok: kék tartományban
- a zöld színű fényt egyik sem tudja elnyelni, ezért zöldek ezek a
növények
- vörös káposzta (levele lilás)
- van benne klorofill
- antocián tartalmú oldat a sejtek
üregeiben
- ez nem fényelnyelő
pigment
- vörös moszatok
- kék fényt hasznosító fikoeritrin
(pigmentanyag)
- fehérjékhez kötött a-klorofill molekulák
- ezek képesek a fényenergiát kémiai energiává alakítani
- nem fehérjéhez kötött pigmentek
- fehérjéhez kötött a-klorofill molekulákhoz juttatják az energiát
- pigmentrendszerek
- fajtáik:
- 1. pigmentrendszer
- karotin
- b-klorofill
- a-klorofill
- 2. pigmentrendszer
- xantofill
- b-klorofill
- a-klorofill
- részeik:
- fénygyűjtő rész (ebben különböznek)
- 1. pigmentrendszer: hosszabb hullámhosszú fényt nyeli el
- 2. pigmentrendszer. rövidebb hullámhosszú fényt nyeli el
- reakcióközpont (fehérjékhez kötött a-klorofill molekulákból áll)
- az egész 1%-át teszi ki
- a fotoszintézis fény szakasza
- a fényenergia átalakítása kémiai energiává (a fényenergia megkötése)
- az 1. pigmentrendszer központi a-klorofill molekulája a foton hatására lead egy elektront
- ezt felveszi egy elektronszállító rendszer
- többtagú
- redoxi folyamatokra képes
- citokrómok
- porfirinvázasok (Fe-tartalmúak, a Fe3+ redukálódini képes Fe2+-vé)
- végső elektronfelvevő: NADP-molekula
- NADPH-vá redukálódik
- az elektron felvételével
- a víz fotolíziséből származó proton felvételével
- az 1. pigmentrendszer elektronhiánya a 2. pigmentrendszerből pótlódik
- a leszakadt elektron elektronszállító rendszer juttatja át
- ez az elektron jóval alacsonyabb energiaszintre jut: ATP keletkezik
- a 2. pigmentrendszer elektronhiánya a víz fotolíziséből pótlódik
- molekuláris oxigén is felszabadul közben
- a víz a végső elektronleadó (oxidálódik a hidrogénje)
- a fény szakasz végtermékei:
- oxigén
- ATP
- NADPH
- az utóbbi kettő feltétlenül kell a sötét szakaszhoz (szén-dioxid megkötéséhez)
- a fotoszintézis sötét szakasza
- Melvin Calvin amerikai kémikus kutatta
- a szén-dioxid megkötése, redukciója
- redukciós ciklus
- pentóz-difoszfát köti meg a légköri szén-dioxidot
- átmenetileg egy hat szénatomos molekula keletkezik
- ez két három szénatomos glicerinsav-foszfátra bomlik
- glicerinaldehid-foszfáttá redukálódik
- ehhez NADPH és ATP kell
- kétféle úton mehet tovább a folyamat
- nagyobb része pentóz-foszfáttá alakul át
- ez visszaalakul ATP
felhasználásával pentóz-difoszfáttá
- kisebb része glükóz-foszfát molekulákká
alakulnak
- belőle glükóz, keményítő, cellulóz
keletkezhet
A szénhidrátok lebontása
energiatermelő folyamat
- lebontó folyamat energia felszabadulásával jár
- jelentős része ATP szintézisére fordítódik
- ez kémiai energia máshol felhasználható
- kulcsfontosságú a szénhidrátok lebontása
- ehhez kapcsolódik a többi szerves anyag
lebontása
- a biológiai oxidáció
- a sejtekben zajlik
- soklépéses folyamat
- mindegyikhez külön enzim kell
1. glikolízis
- poliszacharidokból (keményítő és glikogén) és a
glükózból
- glükóz-foszfát (6C)

- glicerinaldehid-foszfát (3C)
2 ATP
- piroszőlősav (3C)
2 CO2
- acetilcsoport (2C)
- acetil-KoA alakul ki
2. citromsav-ciklus
- körfolyamat
- az oxálecetsav (4C) felveszi az acetilcsoportot (2C)

- citromsav (6C)
2 db CO2
- oxálecetsavvá oxidálódik (4C)
3. terminális oxidáció
- végső oxidáció
- ide kerülnek az előző két szakaszban termelődött NADH-molekulák
hidrogénjei (oxidálódnak)
- citokrómokból álló elektronszállító rendszerre kerülnek a protonok és az
elektronok
- egyre alacsonyabb energiaszintre kerülnek: ATP szintetizálódik
- a végső elektronfelfogó: oxigén (vízzé redukálódik)
- Otto Warburg
- német biokémikus
- a légzési oxigén felhasználását vizsgálta
- felfedezte a citokrómok szerepét a légzésben
- megerősítette, hogy a légzésben az energianyerés legfőbb módja
a hidrogén eloxidálása vízzé
- Szent-Györgyi Albert
- magyar biokémikus
- kimutatta, hogy a piroszőlősav oxidációját segíti a citromsav és az
oxálecetsav (1937: Nobel-díj)
- leírta a C-vitamin és P-vitamin biológiai szerepét
- tanulmányozta az izomműködést molekuláris szinten
- Hans Krebs
- német biokémikus
- a citromsavciklus részleteit derítette ki Angliában
- lebontó folyamatok anaerob környezetben
- erjedés
- a glikolízis a piroszőlősav kialakulásáig megy
- innen többféle reakcióút is lehetséges
- a két legismertebb reakcióút:
- alkoholos erjedés
- piroszőlősavból szén-dioxid kilépése
mellett etilalkohol (etanol) keletkezik
- tejsavas erjedés
- piroszőlősavból tejsav keletkezik
- energia marad ezekben a végtermékekben
(mindössze 2 mól ATP keletkezik)
A nukleinsavak információhordozók
- tüdőgyulladást okozó baktériumok
- sok faja van
- egyik faj egyedei általában vastag tokot képeznek (kórokozók)
- ezekkel beoltott egerek egy-két napon belül elpusztulnak
- ha hővel kezelt baktériumokkal oltják be az egereket, nem pusztulnak el
- van olyan változata is ennek a fajnak, amely nem képez tokot (nem kórokozók)
- ezzel beoltott egerek nem pusztulnak el
- ha a hővel elölt kórokozó és nem kórokozó egyedek keverékével oltják be az
egereket
- az egerek elpusztulnak
- az egerekben kórokozó baktériumokat találtak
- következtetés:
- a hővel elölt kórokozó baktériumokból olyan anyag került át a nem
kórokozókba, amely
megváltoztatta azok tulajdonságait
- később kiderítették, hogy a DNS felelős ezért az információátvitelért
- erre egy másik bizonyíték:
- a bakteriofágok
- megfertőzik a baktériumokat
- DNS-ből és fehérjeburokból állnak
- vírusfertőzéskor:
- megtapad a gazdasejten
- DNS-e bekerül a sejtbe
- a fehérjeburka kint marad
- a vírus örökítő anyaga átveszi az uralmat a gazdasejt felett
- elnyomja az eredeti funkciót
- megsokszoroztatja magát
- kikerülnek a vírusok (gyakran ez a gazdasejt pusztulásával jár)
- kettős izotópjelölést használtak a DNS bejutásának
bizonyítására
- a kitenyésztett vírus
- a fehérjéje izotóp kénatomot
- a DNS-e izotóp foszforatomot
tartalmazott
- a baktériumban a DNS izotópjai jelentek
meg
- a DNS megkettőződése (replikáció)
- másolat jön létre
- enzimek katalizálják
- a másolás kezdőpontját megtalálók
- a kettős spirált szétnyitók a hidrogénhidak mentén
- kiegészítő szálat szintetizálók a nukleotid egységek
felhasználásával
- a végén két kettős spirál van
- mindegyik a régi és egy új szálból áll
- prokarióták: egy helyen indul a replikáció
- eukarióták: több ezer helyen is lekezdődhet (gyorsabban zajlik így)
- a képzett részeket egy enzim kapcsolja össze a folyamat
végén
- hibajavító enzimek is vannak
A fehérjeszintézis
- a nukleinsavak információhordozók
- a fehérjék felépítésére vonatkozó információt hordozzák
- azok elsődleges szerkezetét határozzák meg
- aminosavsorrend
- aminosavszekvencia
- a DNS bázishármasai határozzák meg az aminosavakat
- a DNS és a fehérjeszintézis nem egy helyen van
- mRNS-molekulákra íródik át az információ
- mRNS-molekulák szállítják az információt a fehérjeszintézis helyére
- az átírás (a transzkripció) folyamata:
- enzim széttekeri és szétnyitja azt a DNS-szakaszt, aminek az információjára szükség van
- ezzel hozzáférhetőek lesznek a bázishármasok
- megfelelő mRNS-nukleotidok kapcsolódnak egymáshoz az információt tartalmazó szál mentén
(a néma szálról nem készül átírás)
- ha kész az mRNS-szál, leválik a DNS-ről és a DNS visszanyeri eredeti szerkezetét és alakját
- az mRNS a fehérjeszállítás helyére szállítódik
- a fehérjeszintézis helyére tRNS-molekulák szállítják a megfelelő aminosavakat
- a leolvasás (transzláció) folyamata:
- az aminosavak aktivált állapotba kerülnek
- ehhez szükséges:
- ATP
- 20 féle enzim
- kapcsolatba kerülnek az aminosavak az őket szállító tRNS-molekulákkal
- a riboszómákhoz szállítják az aminosavakat
- a riboszómán történik a fehérjeszintézis
- a riboszóma összetett fehérjéből és rRNS-molekulából áll
- egy kisebb és egy nagyobb részből áll
- képes egyszerre megkötni:
- m-RNS-t
- képződő fehérjemolekulát
- megkezdődik az mRNS-molekula leolvasása
- a riboszóma végighalad az mRNS-molekulán
- közben mindig az a tRNS-molekula hoz oda aminosavat
- bázishármasaiknak kell kiegészíteniük egymást
- az újonnan érkezett aminosav hozzákapcsolódik az egyre hosszabb fehérjéhez
- vízkilépéssel járó peptidkötéssel
- a megüresedett tRNS-molekula leválik a riboszómáról
- a lánckezdés mindig metioninnal kezdődik (START-jel: AUG
bázishármas jelöli)
- ez a metionin a fehérjelánc létrejötte után leválik enzim
segítségével
- a leolvasás a STOP-jelig tart (három ilyen bázishármas is van)
- DNS: kódot tartalmaz a fehérje összetételéről bázishármasok formájában
- 64 féle eleme van ennek a kódnak, mert minden helyen négy féle
bázis lehet
- viszont csak 20 féle aminosava építi fel a fehérjéket
(+ START-jel és STOP-jelek)
- egy aminosavnak több kódja is lehet
- az aminosav kódszótár (ami nem kódszótár valójában, mert RNSbázishármasokat tartalmaz!!)
- a kódszótár általános érvényű az élővilágban