Biogén anyagok Flashcards
Biogén elemek
Azok az elemek (molekulák), amelyek az élőlények
felépítésében vesznek részt.
(Az elemek körülbelül egyharmada.)
Elsődleges biogén elemek
C, H, N, O
sejtek 97-99%
Másodlagos biogén elemek
P, S, Ca, Mg, Fe, Na, K, Cl
sejtek 1.5-2%
CHNOPS
Minden élőlény számára szükséges
Mikroelemek (=nyomelemek)
ezrelékes arányban vannak jelen
I, Mn, Cu, Co, Cr, Si, Zn, F
nem minden fajban
Miért jó a szén?
A periódusos rendszer hatodik eleme, tömegszáma 12.
• Négy kovalens kötés, a kötő elektronpárok térszerkezete
tetraéderes → jó térkitöltő képesség → stabil molekulák
• Saját magával gyakorlatilag korlátlan számban képes
kapcsolódni → változatos nyílt láncú és gyűrűs vegyületek
Milyen makromolekulákban fordul elő?
Dns, rns, fehérjék, zsírok, szénhidrátok vázát képzi, a legtöbb élőlényeket képző vegyületben megtalálható
Szén szervetlen vegyületei
CO2, CO, gyémánt, grafit
Hidrogén
A periódusos rendszer első eleme, tömegszáma 1.
• Egy kovalens kötés
• Fontos szerepe van nem kovalens jellegű
kölcsönhatások kialakításában (hidrogén híd)
• Fontos szervetlen vegyülete a víz (H2O)
• Elemi állapotban vulkáni gázokban és kis mennyiségben
a levegőben is előfordul.
• DNS, RNS, fehérjék, zsírok és szénhidrátok
• Energiatermelő folyamatokban keletkezik (H
oxidálásával)
Oxigén
A periódusos rendszer 8. eleme, tömegszáma 16.
• Két kovalens kötés
• Fontos az energiatermelő folyamatokban, elektron-
akceptor.
• DNS, RNS, aminosavak (és így a fehérjékben is),
szénhidrátok
• Szervetlen vegyületei: víz (H2O) széndioxid (CO2).
• A légkörben O2 és O3formában van jelen.
A nitrogén
A periódusos rendszer hetedik eleme, tömegszáma 14.
• Három kovalens kötést tud létesíteni.
• Fehérjék, DNS, RNS (aminosavakban és a nukleinsav
bázisokban)
A foszfor
A periódusos rendszer 15. eleme, tömegszáma 31.
Leggyakoribb oxidációs száma 5.
• Fontos az energiatermelő és -raktározó folyamatokban
(ATP).
• DNS, RNS, nukleotidok (NAD, FAD, ATP), foszfolipidek
• Gerincesek váza: kálcium-foszfát ( Ca3(PO4)2 )
Kén
A periódusos rendszer 16. eleme, tömegszáma 32.
• Két kovalens kötés.
• Nagy jelentősége van a fehérjék harmadlagos
szerkezetének kialakításában (diszulfid-híd).
• Az aminosavak közül a ciszteinben és a metioninban
fordul elő.
Nátrium
Sejtek ozmotikus viszonyainak fenntartása (inkább sejten kívül)
• Nyugalmi potenciál, membránpotenciál kialakítása –
ingerületvezetés (elemi idegműködés)
• Vérplazmában, verejtékben, könnyben, nyálban
• Növényekben nem jelentős
Kálium
Sejtek ozmotikus viszonyai (inkább sejten belül)
• nyugalmi potenciál, membránpotenciál-ingerületvezetés
(elemi idegműködés)
• növényeknél is fontos a vízfelvételben (sok K+-tól
ozmotikus cc nagy lesz)
Klór
növényekben van ugyan, de az anyagcseréjükhöz nem
használják – vízháztartás
• ozmózisnyomás kialakítása, kationokkal egyensúly
fenntartása, legfontosabb intra- és intercelluláris anion
• gyomorsav
• só-víz háztartás, sav-bázis egyensúly
Magnézium
- növényekben a klorofill központi ionja
* állat/ember izom összehúzódásban kulcsszerep
Kálcium - Ca: Ca2
+ :
véralvadás, izom összehúzódás
• vázrendszer- puhatestűek külső váza CaCO3 mész,
csontok
Vas - Fe: Fe2
+ (ferro), Fe3
+ (ferri)
elektronszállító folyamatokban fontos, elektrondonor és
akceptor is lehet
• hemoglobin, mioglobin, citokrómok – fotoszintézis,
terminális oxidáció
Cink - Zn: Zn2
+ :
enzimaktivátor, fontos a vasfelszívódásban
• növények: auxintermelést serkenti – növekedéshez kell
Fluor - F: F- :
Fogzománc alkotórésze (beépül, ellenállóbbá teszi,
fogszuvasodás kialakulását gátolja)
• Régen csak az ivóvizet fluorozták, ma már a
fogkrémekbe beleteszik
Jód - I: I
- :
Pajzsmirigy számára alapvető fontosságú, tiroxin,
trijódtironin alkotórésze
• Alapanyagcsere, testhőmérséklet szabályozása,
idegrendszer fejlődése
Kobalt - Co2
+:
B12 vitamin porfirinvázának központi atomja
Réz - Cu2
+:
- Puhatestűek oxigénszállítása
* Citokróm alkotórésze
Szilícium - Si:
kovamoszatok, kovaszivacsok, moszatok, zsurlók
• ember: kötőszövet, haj, köröm szilícium-dioxid
Hidrogénhíd
Két molekula között jön létre: az egyik molekula nagy elektronvonzó képességű atomjához kapcsolódó H, a másik molekulában lévő elektronban gazdag atom nem kötő elektronpárjához kapcsolódik.
Ezt a kötést elektrosztatikus vonzás köti össze.
A vízmolekulák hidrogénhidakat alakítanak ki egymással. Egy
molekula négy szomszédos molekulával alakít ki
hidrogénkötést.
A víz fagyása
A víz 3,98 oC-on maximális sűrűségű. → A jég sűrűsége kisebb
a folyékony víz sűrűségénél.
Természetes vizek lehűlésekor először a teljes víztömeg lehűl
3,98 oC-ra, azután pedig a felső vízréteg fagy meg.
• A tiszta víz fagyáspontja 0 oC. A vízben oldott anyagok
csökkentik a víz fagyáspontját.
Az autók fagyálló folyadékai nagy mennyiségű kis molekulájú
anyagot tartalmaznak.
A víz forrása
A víz forráspontja tengerszinten 100 oC. A légnyomás
csökkenése csökkenti, növekedése növeli a forráspontot.
A Mount Everesten (~ 1/3 atm légnyomáson) a víz 70 oC-on
forr.
a víz funkciói
jó poláros oldószer (poláros anyagok, vízben disszociálódó
vegyületek)
• hidrátburok
• az élőlények biokémiai reakcióiközege
• nagy a hőkapacitása (mennyi hőt kell közölni a rendszerrel,
hogy a hőmérséklete egy kelvinnel emelkedjen)
és párolgáshője, ezért jó hőstabilizátor (élőlények
hőszabályozásában van szerepe)
• kémiai reakciók fontos kiindulási molekulája és végterméke
• nagy a felületi feszültsége → élettér
• kis viszkozitás → jó szállítóközeg
Diffúzió
Részecskék mozgása oldatban a magasabb
koncentrációjú hely felől az alacsonyabb koncentrációjú
hely felé.
Vízben oldott anyagok a molekulák spontán mozgásának
(Brown-mozgás) következtében arra „törekszenek”, hogy
az oldat koncentrációja kiegyenlítődjön, vagyis az oldat
minden pontján ugyanakkora legyen. Ezt tapasztaljuk
akkor, ha egy pohár vízbe cukrot teszünk, egy idő múlva a
cukor „eltűnik”, és az oldat egyenletesen édes lesz.
Ozmózis
Oldószer molekulák mozgása szemipermeábilis hártyán keresztül az alacsonyabb koncentrációjú hely felől a magasabb koncentráció felé. Az oldószermolekuák számára átjárható, de a nagyobb oldott anyag molekulák nem jutnak át rajta. Ilyenek a biológiai membránok. (+ pl: celofán)
Ozmózisnyomás
Az ozmózist ellensúlyozó hidrosztatikai nyomás. Ez tehát 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). A nagyobb ozmotikus nyomású oldatban nagyobb az oldott
anyagok koncentrációja.
izotóniás
A rendszer és a környezet sűrűsége megegyezik.
hipertóniás
A környezet sűrűsége nagyobb, mint a rendszeré.
hipotóniás
A rendszer sűrűsége nagyobb, mint a környezeté.
Plazmolízis
élő sejteket hipertóniás oldatban tartva a sejt veszít a plazma
víztartalmából
Hemolízis
hipotóniás oldatban a sejt nagy mennyiségű vizet vesz fel →
megduzzad, szétpukkad
izotóniás oldat az élő szervezetben
Beáll a dinamikus egyensúly
(embernél:
0,9%-os NaCl oldat = fiziológiás sóoldat)
Diszpergálás
Egy folyadékba kevert anyag keverés
mértékétől függő kisebb-nagyobb részekre való oszlatása.
Diszperz rendszer
Olyan legalább kétkomponensű
rendszer, amelyben az egyik komponens (diszpergáló közeg)
részecskékre oszlatott állapotban tartja a másik komponenst
(diszpergált anyag).
A folyadékban eloszlatott részecskék eltérő mérete az anyag
különböző viselkedését eredményezi.
Durva diszperz rendszer
A diszpergált részecske mérete 500 nm-nél nagyobb, a fényt elnyeli vagy visszaveri. Ilyenek a csapadékok.
Kolloid rendszer
1-500 nm-ig
A fényt szórja, ezért opálos.
Adszorpciós készség jó.
Ilyen a fehérjeoldat, szappanoldat, köd, füst, kocsonya.
Az élő rendszerekben mindhárom mérettartomány előfordul. Az
életjelenségek végbemenetelében nélkülözhetetlen fehérjék,
nukleinsavak, poliszacharidok kolloid méretűek.
Oldat
Kisebb, mint 1 nm.
A fényt átengedi, ezért átlátszó.
stabil kolloid állapot
Ø aggregáció (egyesült egész képződése) és kiülepedés (szedimentáció) (pl.
fehérjék vizet kötnek meg és hidrátburok alakul ki)
Szol
folyékony állapot, a kolloid részecskék önálló
hidrátburkukkal egyenként elmozdulhatnak.
Gél
kocsonyás, szilárdabb állapot, a kolloid részecskék
összekapcsolódnak hidrátburkukkal → térhálós szerkezet
A szol-gél átalakulás
- Hőmérsékletváltozás
- Diszpergáló közeg arányának növelésével
szol-gél átalakulás hőmérsékletváltozással
hűtés → csökken a hőmozgás energiája → a kolloid
részecskék lassulnak → a szomszédos kolloid r.-k a
hidrátburkukkal összekapcsolódnak (melegítés: gél → újra
szol)
A diszpergáló közeg arányának változtatásával:
hidrátburok elvonása* (jól hidratálódó anyagokkal, pl.
NaCl), vagy a kolloid mennyiségének növelése. (hígítás:
gél → újra szol)
