12/4/2014
AZ ÉLET KÉMIÁJA ... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE
A biológia az élet tanulmányozásával foglalkozik, az élő szervezetekre viszont vonatkoznak a fizika és kémia törvényei
MI ÉPÍTI FEL AZ ÉLŐ ANYAGOT? HOGYAN SZERVEZŐDIK AZ ÉLŐ ANYAG?
1
12/4/2014
Az élő anyag építőkövei.... • Az élő szervezet → anyag • Anyag → teret foglal el és tömege van • Görög filozófusok: anyag elemekből áll→ levegő, víz, tűz és föld • Az anyag → vegyi elemekből áll tiszta formában vagy vegyületek formájában
Az élő anyag építőkövei • 19. század → elemek → periódusos rendszer
• Részecske fizika → atom (proton+neutron+elektron)
2
12/4/2014
Az élő anyag építőkövei: kémiai elemek • • • • •
Elem: 118 vegyi elem (117: 2010 ápr., unuseptium) 94 megtalálható a természetben Izotópok: C14, felezési ideje 5730 év 80 elem stabil, többi radioaktív Rendszám ≥84, instabil: radioaktív bomlás
atomtömeg rendszám
Az élő anyag építőkövei: kémiai elemek • C izotópos kormeghatározás • C14, felezési ideje 5730 év • Kb. 60,000 évig visszamenőleg használható
3
12/4/2014
Hevesy György: nukleáris medicina • 1944-ben a "radioaktív izotópok indikátorként való alkalmazásáért a kémiai kutatásban" indoklással Hevesy Györgynek ítélték oda a Nobeldíjat. •1959-ben az Atoms for Peace Awards (Az Atom Békés Felhasználásáért-Díj) kitüntetést vehette át a radioaktív izotópok békés felhasználásért.
Pozitron emissziós tomográfia: 3D kép (F18) Szcintigráfia
Élő szervezetet alkotó vegyi elemek • 94 elemből, 25 elem – Biogén elemek: C, H, O, N, P, Ca, K, S, Na, Cl, Mg, Fe – Nyomelemek: B,Cr, Co, Cu, F, I, Mn, Mo, Se, Si, Sn, Vn, Zn Elem
% az emberi testben
O
65
C
18.5
H
9.5
N
3.5
Ca
1.5
P
1
K
0.4
S
0.3
Na
0.2
Cl
0.2
Mg
0.1
4
12/4/2014
Vegyületek formájában.... Vegyület Szervetlen
Egyszerű vegyületek, általában 2 elemből állnak: H2O, CO2, O2, NaCl
Szerves
Vegyületek amelyek C-H kovalens kötést tartalmaznak: cukrok, lipidek, aminosavak, fehérjék
Kémiai kötések ... • Ion kötés • Kovalens kötés – Poláros – Apoláros
• Hidrogén kötés – Intramolekuláris – Intermolekuláris
5
12/4/2014
Molekulák... • Molekula: méret és forma • A molekulák biológiai szerepe függ a molekula térszerkezetétől • Megváltozhat a molekula formája
A víz • Az élet oldószere – Hidrofil – Hidrofób – Amfipatikus
6
12/4/2014
A víz • H híd kötés • Halmazállapot: – Folyékony: H híd kötés gyenge – Szilárd: H híd kötés erős
Trematomus bernacchii
Bracon cephi
A víz • Szerepe az élővilágban: – – – – – – – –
Kémiai reakciókban vesz részt Növények fenntartása Kiválasztás: oldékony anyagok Evaporáció Kohézió Nyálban található víz: síkosító Felületi feszültség pH változás
7
12/4/2014
A szén (C) és az élet molekuláris szintű sokfélesége • C lánc hossza • Izoméria • Funkcionális csoportok
A makromolekulák struktúrája és funkciója • Makromolekula – élő anyagot alkotó nagy molekulák: szénhidrátok, lipidek, fehérjék, nukleinsavak • Polimérek (polys – sok, meris - rész) • 40-50 monomér • Kis molekulák egységesek az élővilágban és sajátos makromolekulákat alkotnak
8
12/4/2014
Szénhidrátok • Cukrok és azok polimerei • Mono, di- és poliszaharidok • Tartalék szénhidrát: keményítő, glikogén
Szénhidrátok • Strukturális: – cellulóz – Kitin (acetilglükózamin)
9
12/4/2014
Szénhidrátok
Lipidek • Hidrofób makromolekulák – Zsírok: zsírsav és glicerin • Telített, telítettlen
– Foszfolipidek: 2 zsírsavlánc
10
12/4/2014
Lipidek • Hidrofób makromolekulák – Szteroidok: 4 gyűrű • koleszterol
Fehérjék - „proteios”, elsődleges • • • • • • • •
Strukturális fehérje (keratin, kollagén) Tartalék fehérje (ovalbumin, kazein) Transzport fehérje (hemoglobin) Hormon fehérje (inzulin) Receptor fehérje Összehúzó fehérje (aktin, miozin) Védekező fehérje (antitestek) Enzimatikus fehérje (emésztő enzim)
11
12/4/2014
Nuklein savak. DNS és RNS • Tárolják és továbbítják a genetikai információt • Gének • Dezoxiribonukleinsav • Ribonukleinsav
12
12/4/2014
Nuklein savak. DNS és RNS • Építőköveik: – nitrogén bázisok – 5 C atomos cukrok – foszforsav
A sejt molekuláris szerveződése
13
12/4/2014
A sejt • A sejtek az élő szervezetek legkisebb alaki, működési és szaporodási egységei. • Sejtes szerveződés: – egyetlen (prokarióták, eukarióta egysejtűek) vagy – sok sejtből (állatok, növények, gombák)
Az élő anyag organizációjának az első lépcsője, mely az önszabályozás, önfenntartás és szaporodás képességével rendelkezik. Jellemzők: • • •
genetikai anyaga a dezoxiribonukleinsav az életfolyamatokhoz szükséges energia kémiai vegyületek makroerg kötéseiben tárolódik sejtmembrán határolja.
A sejt Prokarióta (pro, karyon)
Eukarióta (eu, karyon)
14
12/4/2014
„Pro versus Eu karyon” • Prokarióta – 3 milliárd évvel ezelőtt alakultak ki – sejtmagjukat nem különíti el határoló hártya a citoplazmától – baktériumok és a kékalgák – egyetlen gyűrűvé záródó DNS kettős spirál molekula alkotja (plazmid).
• Eukarióta – sejtmag, citoplazma és sejthártya – A citoplazma tartalmazza a sejt különböző organellumait, vázrendszerét és az ezeket körülvevő alapállományt, a citoszolt
Eukarióták kialakulása
15
12/4/2014
Növényi sejt
Állati sejt
16
12/4/2014
Kérdés???
17
