Tartalomjegyzék. Bevezetés... 8

Tartalomjegyzék Bevezetés  ........................................................................................

8

I. A SZÉNHIDROGÉNEK 1. A szénvegyületek  ............................................................... 2. Telítetlen, nyílt szénláncú szénhidrogének  .......... 3. A természetben elôforduló jelentôs, telítetlen, nyílt láncú szénhidrogének  ..................... 4. Az alkinek  .............................................................................. 5. Az aromás szénhidrogének  .......................................... Halogéntartalmú szénhidrogének (olvasmány)  ..... Összefoglalás  .......................................................................

10 13 17 20 23 25 27

II. OXIGÉNTARTALMÚ SZERVES VEGYÜLETEK 6. Az oxigéntartalmú szénvegyületek  .......................... 7. Fontosabb alkoholok  ........................................................ 8. Oxovegyületek  .................................................................... 9. A karbonsavak  ..................................................................... 10. Egyéb fontosabb karbonsavak  .................................... 11. Az észterek  ............................................................................ 12. Zsírok és olajok  ................................................................... Összefoglalás  .......................................................................

30 33 37 41 45 48 52 56

III. A LEGFONTOSABB TERMÉSZETES SZÉNVEGYÜLETEK 13. A szénhidrátok  ..................................................................... 14. Ket­tõs szénhidrátok és  összetett szén­hid­rát­ok  .....

60 65

Tartalomjegyzék 15. Nitrogéntartalmú szerves vegyületek  ..................... Egyéb nitrogéntartalmú szerves ve­gyü­le­tek (olvasmány)  ............................... 16. A fehérjék  ............................................................................... 17. A fehérjék szerkezete  ....................................................... 18. Nukleinsavak  ........................................................................ Összefoglalás  .......................................................................

69 72 73 76 79 82

IV. A MINDENNAPOK KÉMIÁJA 19. Tápanyagaink   ..................................................................... 86 20. Táplálékaink  ......................................................................... 89 A minõségi táplálkozás és a betegségmegelõzés (olvasmány)  ..................... 93 21. Biológiai hatóanyagok, gyógyszerek, mérgek   ...................................................... 94 Egészségre káros anyagok (olvasmány)  ............... 98 22. Felületaktív anyagok  ........................................................ 103 23. Textíliák  ................................................................................... 107 24. Mûanyagok és újrahasznosításuk  ............................. 109 25. Szerkezetek és tulajdonságok  ..................................... 113 26. Zárszó: A kémia tudománya  ........................................ 118 Összefoglalás  ....................................................................... 121 Kémiai anyagok veszélyességi jelölései  .................................................................................... 122 Az atomok hosszú periódusos rendszere  ................................................................................. 126

48

OXIGÉNTARTALMÚ SZERVES VEGYÜLETEK

11. Az észterek Al­ko­ho­lok és sa­vak re­ak­ci­ó­ja­kor ész­te­rek ke­let­kez­nek. Ha az al­ko­hol kar­bon­sav­val lép re­ak­ci­ó­ba, karbonsav­ észter jön lét­re. Pél­dá­ul: az eta­nol és az etán­sav mo­ leku­lá­ja – a kén­sav víz­el­vo­nó ha­tá­sára – víz­ki­lé­pés köz­ ben ös­­sze­kap­cso­ló­dik, és ész­ter ke­let­ke­zik (2. áb­ra). 1. ábra A gyümölcsök héján lévõ viasz­

bevonat is észter. Mi a viaszbevonat szerepe a gyümöl­csök felületén?

Az ész­te­rek funk­ci­ós cso­portja az észter­csoport:

El­ne­ve­zé­sük a fel­építõ alkoholból és a savból származó csoport ne­vé­bõl tör­té­nik. Például a meta­nolból és az ecetsavból a metil-acetát, az etanolból és az ecetsavból az etil-acetát nevû észter keletkezik. ecetsav, etanol és tömény kénsav

2. ábra A észter elõállítása.

Írd fel a keletkezett észter összeg­kép­ letét! Mi a szerepe a tömény kén­savnak a  fo­lyamatban?

  Kísérlet Ele­gyít­sünk egyen­lõ arány­ban eta­ nolt és ecet­sa­vat, majd az elegy­hez cse­peg­tes­sünk 1 cm3 tömény kén­sa­ vat! Helyezzük a kémcsövet né­hány percre 75 ¯C-os vízfürdõbe, köz­ben több­ször ráz­zuk össze! Le­hûlés után öntsünk hozzá telített nátrium-klorid-oldatot! Összerázás után a fo­lya­ dék fel­szí­nén ös­­sze­gyû­lik a  kel­le­ mes il­la­tú etil-acetát.

A karbonsavészterek vi­szony­lag ala­csony ol­va­dásés  for­rás­pon­tú ve­gyü­le­tek. Mo­le­ku­lá­ik gyenge dipólusok, kö­zöttük hid­ro­gén­kö­tés nem jö­het lét­re, csak di­pó­ lus-di­pó­lus köl­csön­ha­tás ala­kul­hat ki. Ezért víz­ben nem ol­dód­nak, jó ol­dósze­rei vi­szont az apo­lá­ris anya­gok­nak. Az észterképzõdés meg­for­dít­ha­tó, egyen­súly­ra vezetõ fo­lya­mat. Megfordítható re­ak­ci­ó­ban, például sok víz ha­tá­sá­ra az észterképzõdéssel el­len­té­tes folya­ mat, az ész­te­rek hid­ro­lí­zi­se megy vég­be, kar­bon­sav és  al­ko­hol kép­zõ­dik. Hid­ro­lízis­nek ne­vez­zük általá­ ban egy anyag­nak víz­zel va­ló re­ak­ci­ó­ját. A hidrolízis az észterek jellemzõ reakciója.

Ha az ész­ter nem víz­zel, ha­nem lúg­gal re­a­gál, ak­kor a fo­lya­mat­nak lúgos hidrolízis vagy el­szap­pa­no­sí­tás a ne­ve. A lúgos hidrolízis egyirányú folyamat. CH3— COO — C2H5 + OH–.= CH3— COO– + C2H5— OH etil-acetát acetát-ion etanol

AZ ÉSZTEREK

A KÉMIAI EGYENSÚLY IRÁNYÍTÁSA A szerves reakciók körében gyakoriak az észter­kép­ zõdéshez hasonló, megfordítható, dinamikus egyen­ súlyra vezetõ kémiai folyamatok. A dinamikus egyensúlyi folyamatokat a termékek keletkezése vagy éppen visszaalakulása irányába alkalmas módon eltolhatjuk, irányíthatjuk. Ha például az észterképzõdési folyamatban az egyik reakcióterméket, a vizet folyamatosan kivonjuk az elegybõl, az egyensúly az észterképzõdés irányába tolódik el. Ha a célunk, az észter elbontása, akkor az elegyhez vizet adunk és a folyamat az észter visszaalakulása irányába megy végbe, sav és alkohol keletkezik, de még észter is van jelen az elegyben. A folyamat egészen az új egyensúly kialakulásáig tart. Ha az észter elbomlását teljessé akarjuk tenni, akkor lúgos hidrolízist, elszappanosítást végzünk. Ilyenkor az észter­molekulából nem alkohol és karbonsav, hanem alkohol és a karbonsav sója keletkezik, amely már nem tud visszaalakulni észterré. A folyamat teljesen végbemegy, az észter teljes elbomlásához vezet. Az észterképzõdéshez hasonlóan minden megfordítható, egyensúlyra vezetõ folyamat egyensúlya eltolható, a kiindulási anyagok vagy a reakciótermékek kon­ centrációjának megváltoztatásával. Ha a reakcióban részt vevõ anyagok valamelyikének koncentrációját növeljük, olyan változás indul meg, amely hatására ugyanannak az anyagnak a koncentrációja csökken, ha pedig csökkentjük a koncentrációt, olyan változás megy végbe, amelyben az illetõ anyag koncentrációja nõ. A külsõ hatás megszûnésekor új egyensúlyi állapot alakul ki. Jelentõs hõváltozással járó reakciók vagy nyomásváltozással járó gázreakciók esetében a hõmérsékletvagy a nyomás megváltozásának hatása is befolyásolja a megfordítható reakciók egyensúlyát. A katalizátorok alkalmazása nem befolyásolja a kémiai egyensúlyt. Általános szabály, hogy ha valamilyen módon megzavarunk egy dinamikus egyensúlyi rendszert, akkor a rendszerben olyan átalakulás indul meg, amely az okozott változással ellentétes irányú. Ez a természetben általánosan érvényesülõ törvényszerûség, a legkisebb kényszer elvének nevezik.

49

  Kísérlet Kémcsõbe töltsünk kevés etil-acetátot! Csepegtessünk hozzá fenolftaleint tartalmazó, híg nátrium-hid­ roxid-oldatot, és jól rázzuk össze! A lúgoldat színének halványodását, majd eltûnését tapasztaljuk. Ismételjük meg újra a folyamatot addig, amíg a piros szín megmarad! A piros szín halványodása, illetve el­tû­ nése azt jelzi, hogy a lúg a reakcióban felhasználódik; abból, hogy a szín már nem változik, meg tudhatjuk, hogy a lúg már nem reagál, mert az etil-acetát elfogyott, a hidrolízis teljesen végbement.

3. ábra Henry Le Châtelier [ánri lö

sátöljé] (1850–1936) francia kémikus ismerte fel elsõként a hõmérséklet és a nyomás hatását a kémiai egyensúlyokra

Az ész­te­re­ket az al­ko­tó sa­vak sze­ rint cso­por­to­sít­juk:  Kar­bon­sa­vak ész­te­rei: gyü­mölcs­ észterek, vi­a­szok és  gli­ce­ridek (zsírok, olajok).  Szer­vet­len sa­vak ész­te­rei.

50

OXIGÉNTARTALMÚ SZERVES VEGYÜLETEK

Karbonsavészterek olvadás- és for­ rás­pontja: Karbonsavészter metil-formiát metil-acetát etil-acetát

Op. (ºC) Fp. (ºC) –99,0 31,5 –98,0 57,2 –84,0 77,2

4. ábra Karbonsavészterek képletei és

al­kotó vegyületeik. Milyen funkciós csoportokat külön­ bözte­thetsz meg a fenti észterekben?

A KAR­BON­SA­VAK ÉSZ­TE­REI A gyümölcsészterek A gyümölcsészterek rö­vid szén­lán­cú al­ko­ho­lok és kar­ bon­savak ter­mé­kei. Több­nyi­re kel­le­mes il­la­tú anya­gok. A ter­mé­szet­ben mint a gyü­möl­csök aro­ma­anya­gai for­ dul­nak elõ. Mes­ter­sé­ges úton is elõ­ál­lít­ha­tók a meg­fe­ le­lõ al­ko­ho­lok­ból és kar­bon­sav­ból. Az éte­lek és ita­lok íze­sí­té­sé­re hasz­nált „aromák” rend­sze­rint ész­te­rek. Azt, hogy egy üdítõital valóban gyümölcsbõl készült-e, vagy csak utólag, a megfelelõ aromaanyag és színezõanyag hozzáadásával állították-e elõ, a dobozán vagy az üvegén fel kell tüntetni. A málnaszörp például málnából készül, a málnaízû szörp viszont nem tartalmaz málnát, íze és színe csak a festõanyagoknak és a mesterséges aromának köszönhetõ. Ismertebb gyümölcsészterek Képlet

Elõfordulás

Alkotó vegyületek

CH3COO — C2H5

alma, málna

etánsav és etanol

CH3COO — C5H11

banán

etánsav és pentán-1-ol

C3H7COO — CH3

ananász

butánsav és metanol

C3H7COO — C5H11

körte

butánsav és pentán-1-ol

A vi­a­szok

5. ábra A gyümölcsök aromaanyaga és

viaszbevonata többnyire észter

6. ábra A méhviasz is észter

A vi­a­szok hos­­szú szén­lán­cú, egyértékû al­ko­ho­lok és kar­bon­sa­vak észterei (16–30 szén­atom al­kot­ja az al­ko­ hol és a sav szén­lán­cát is). Vízben nem oldódó szilárd anyagok. A ter­mé­szet­ben na­gyon gya­ko­ri­ak: a nö­vé­nyek le­ ve­le­in, a gyü­möl­csök hé­ján, a bo­ga­rak szár­nyán vé­dõ­ be­vo­na­tot képzõ anya­gok mind vi­a­szok (5. és 6. áb­ra). A  vi­a­szo­kat felhasználják gyer­tyák, pasz­ták (pél­dá­ul ci­põ­krém) ké­szí­té­sé­re, fafe­lü­le­tek po­líro­zá­sá­ra. Az észterek közé tartozik például a lanolin, amelyet gyapjúzsírból nyernek. Különféle krémek, paszták, szap­ ­­­panok, gyertyák alapanyaga. A vi­a­szok he­lyett ipa­ri cé­lok­ra gyak­ran hasz­nál­ják a  ha­son­ló tu­laj­don­sá­gú, de sok­kal ol­csóbb szi­lárd szénhidrogéneket, a pa­raf­fint, a szte­ar­ int vagy a vazelint. Utóbbit a kôolaj lepárlási termékébôl, a pakurából vonják ki.

AZ ÉSZTEREK

51

A gliceridek Az észterek legfontosabb képviselõi a természetben a glicerinbõl és karbonsavakból álló gliceridek, vagy más néven a zsírok és az olajok. Észtertípusú mûűűanyagok

A leg­elterjedtebb a PET palackok anyaga (polietiléntereftalát), amely hôre lágyuló, telített poliészter típusú, újrahasznosítható mûanyag.

A SZER­VET­LEN SA­VAK ÉSZ­TE­REI Az oxi­gén­tar­tal­mú szer­vet­len sa­vak és al­ko­ho­lok ter­ mé­kei. A leg­is­mer­tebb kö­zü­lük a gli­ce­rin­bõl és sa­lét­ rom­sav­ból képzõdött ész­ter, a glicerin-trinitrát, más né­ven nit­ro­gli­ce­rin (7. áb­ra). A kén­sav­nak nagy szén­atomszámú al­ko­ho­lok­kal kép­zett ész­te­re­it, il­let­ve azok nát­ri­um­só­it mo­só­szer­ként hasz­nál­ják. Bi­o­ló­gi­ai szem­pont­ból a leg­fon­to­sab­bak a  fosz­for­ savész­te­rek. Pél­dá­ul a glicerin-1-foszfát a  zsír­­­anyag­ cse­ré­ben ját­szik je­len­tõs sze­re­pet (8. áb­ra).

7. ábra A nitroglicerin, más néven gli­

cerin­­trinitrát szerkezete. Állapítsd meg, hogy honnan lép ki a víz a glicerintrinitrát képzõdésekor!

8. ábra A glicerin-1-foszfát szerkezete

   Foglaljuk össze! Az észterek alkoholból és savból keletkeznek vízkilépéssel. Az észterképzõdés meg­ fordítható, egyensúlyra vezetõ folyamat. Víz hatására az észter hidrolízise következik be. Az észtereket az alkotó sav szerint csoportosítjuk karbonsavészterekre és szervetlen savak észtereire. A karbonsavészterek lehetnek gyömölcsészterek, viaszok és gliceridek.

   Kérdések, feladatok 1. Hogyan keletkeznek az észterek? Mi az észterek funkciós csoportja? 2. Írd fel a metanolból és a metánsavból keletkezõ észter képletét és nevét! 3. Milyen reakció megy végbe, ha az etán­savból és a metanolból kapott észtert vízzel hígítjuk és melegítjük? Írd fel a folyamatot, és nevez­d meg a termékeket! *4. Három anyag forráspontja: propánsav propanal metil-acetát 142,0 ºC 97,4 ºC 57,2 ºC Írd fel a három anyag atomcsoportos képletét! Mivel magyarázható az észter alacsonyabb forráspontja? 5. Mely vegyületek az észterek legfontosabb képviselõi a természetben?

76

A LEGFONTOSABB TERMÉSZETES SZÉNVEGYÜLETEK

Elsõdleges szerkezet

17. A fehérjék szerkezete

peptidkötés Q

O H

C N

C

H

H

C O

C Q

Másodlagos szerkezet

a-hélix

b -réteg (redõ) Harmadlagos szerkezet

1. ábra. A fehérjék szerkezete.

Mi határozza meg a fehérjék elsõdleges szerkezetét? Mitõl függ, hogy melyik másodlagos szerkezet alakul ki?

2. ábra A globuláris fehérje harmadla-

gos szerkezete

A fe­hér­jék híg savval fõzve ami­no­sa­vak­ra bom­la­nak. Egyet­len fe­hér­je­mo­le­ku­lá­ból ál­ta­lá­ban több száz ami­ no­sav-mo­le­ku­la ke­let­ke­zik. Mi­vel a fe­hér­je­mo­le­ku­lá­kat csu­pán 20-fé­le aminosav épí­ti fel, az egyes ami­no­sa­vak több­ször is meg­ta­lál­ha­tók egy adott fe­hér­je­mo­le­ku­lá­ ban. Az élõ­lé­nyek szer­ve­ze­té­ben több mil­li­árd kü­lön­fé­ le fe­hér­je ta­lál­ha­tó. Az óri­á­si szá­mú, kü­lönbö­zõ sa­já­tos­ sá­gú fe­hér­je ki­ala­ku­lá­sa a mind­ös­­sze 20-fé­le kü­lön­bö­zõ ami­no­sav­ból azért le­het­sé­ges, mert a  fehér­jék tulaj­don­ sá­gát nem­csak az ami­no­sa­vak mi­lyen­sé­ge és szá­ma, ha­nem ös­­szekap­cso­ló­dá­suk sor­rend­je (szek­ven­ci­á­ja) is dön­tõ­en be­fo­lyá­sol­ja. Egy adott fe­hér­je­mo­le­ku­lá­ban min­dig ugyan­azo­kat az ami­­no­sa­va­kat ta­lál­juk, ugyan­olyan kap­cso­ló­dá­si sor­ rend­ben. A  fe­hér­jék fel­épí­té­sé­nek vál­to­za­tos­sá­ga szin­te kor­lát­lan, mert már két ami­no­sav kap­cso­ló­dá­si sor­rend­ jé­nek megvál­to­zá­sa is új tu­laj­don­sá­gú fehérjét jelent. Az ami­no­sa­vak egy­más utá­ni kap­cso­ló­dá­si sor­ rend­jét (szek­ven­ci­á­ját) a fe­hér­jék el­sõd­le­ges szer­ke­ zetének ne­vez­zük. A fe­hér­je­mo­le­ku­lá­nak (polipeptidláncnak) két­fé­le ked­ve­zõ tér­be­li el­ren­de­zõ­dé­se ala­kul­hat ki: a spi­rá­lis szer­ke­ze­tû α-hélix vagy a β-lánc. A fe­hér­jék má­sod­la­gos szer­ke­ze­té­nek a  fehér­je­mo­ lekulák tér­be­li el­ren­de­zõ­dé­sét te­kint­jük. Az a-hé­lix spi­­rá­lis for­má­ját a mo­le­ku­lán be­lül ki­ala­ku­ló hid­­ro­­gén­ kötések rög­zí­tik. A b-lánc ese­té­ben a lán­cok kö­zött jön­nek lét­re hidrogénkötések, és ala­kul ki több lánc ös­­sze­ kapcsolódásával a b-ré­teg vagy b-redõ. (1. áb­ra) A kü­lön­bö­zõ má­sod­la­gos szer­ke­ze­tû ré­szek tér­be­li el­ren­de­zõ­dé­se ala­kít­ja ki a fe­hér­jék har­mad­la­gos szer­ ke­ze­tét. A har­mad­la­gos szer­ke­zet egy adott fe­hér­je­ mo­le­ku­la egé­szé­nek tér­szer­ke­ze­tét je­len­ti. Az élõ szer­ve­ze­tek fe­hér­jéi lehetnek szálas, fib­ rilláris fe­hér­jék, ezek vagy csak a-hélixet, vagy csak b-ré­te­get ala­kí­ta­nak ki, vízben nem oldódnak. A globuláris fe­hér­jék gombolyag vagy gömb alakú molekuláiban a poliptidlánc egyes szakaszaiban a-hélix, majd b-lánc, és néhány aminosavrészbôl álló rendezetlen szakasz követi egymást meghatározott rendben. Ezek vízben oldható anyagok (2. áb­ra).

A FEHÉRJÉK SZERKEZETE

A tér­szer­ke­ze­tet az aminosavak ol­dal­lán­cai rög­zí­tik úgy, hogy kü­lön­fé­le ké­mi­ai kö­té­se­ket lé­te­síte­nek egy­ más­sal és az alap­lán­cok amidcsoportjaival. Alfa-hélix lán­cú pél­dá­ul a haj, a kö­röm, a gyap­jú, a  toll fe­hér­je­anya­ga, a ke­ra­tin (3. áb­ra). A fibroin, a se­ lyem­szál fe­hér­jé­je viszont bé­ta-ré­teg szer­ke­ze­tû (4. áb­ra). A fib­rilláris fehérjék mol­eku­láiban vagy csupa nagy, vagy csupa kicsi oldalláncú aminosavrész található. Ál­ ta­lában nem tartalmazzák mind a húszféle aminosavat. Globuláris fe­hér­jék pél­dá­ul az élõ szer­ve­ze­tek ka­ta­ li­zá­to­rai, az en­zi­mek, to­váb­bá a vér fe­hér­jé­je, a glo­ bulin, a  tejben ta­lál­ha­tó al­bu­min. A védõfehérjék, mint az im­munglobulin is, külsõ hatásoktól védik a szerve­ zetet. Molekuláikban gyakran mind a húszféle ami­ nosavrész megtalálható. Nagyméretû molekulái olda­ taikban kolloid oldatot képeznek. Van­nak olyan fe­hér­jék, me­lyek mo­le­ku­lá­já­ban több fehérjelánc kap­cso­ló­dik ös­­sze. Pél­dá­ul az izomban lévô mio­globin mo­le­ku­lá­ja egy, az in­zu­lin mo­le­ku­lá­ja ket­tõ, a  he­mog­lo­bi­né négy lán­cot tar­tal­maz. A fe­hér­je­lán­cok egy­más­hoz vi­szo­nyí­tott tér­be­li el­ren­de­zõ­dé­se jelenti a fe­hér­jék ne­gyed­le­ges szer­ke­ze­tét. A kü­lön­bö­zõ szer­ke­ze­tek együtt szab­ják meg a  fe­ hér­jék tu­laj­don­sá­ga­it, de a dön­tõ az el­sõd­le­ges struk­tú­ ra hatása.

77

a-hélix háromszálú a-hélix

3. ábra A keratin a-hélix szerkezetû.

Az  a-hélixek magasabb rendû egysé­ gekbe szervezõdnek. Így jönnek létre például a hajszálak

4. ábra A fibroin b-réteg szerkezetû.

Milyen kötések stabilizálják a feherjék térszerkezeteit?

   Tudsz róla? A fibroin molekuláját háromféle ami­nosav alkotja: a glicin, az ala­nin és a szerin. A hemoglobin a vörösvértest fehérjéje, amely oxigénszállítást végez a vérben. Mintegy 10 ezer atomot magában foglaló összetett fehérje, amely 4 piros hembõl és egy színtelen globinból épül fel. Mindegyik hem egy-egy vas-II-iont tartalmazó, úgynevezett por­­firingyûrûbõl áll. A por­fi­rin­gyûrûben négy pirrol kap­cso­­lódik össze. A globin 4 polipep­tid­láncból áll, közülük 2-2 mindig azonos, két a- és két b-lánc. A hemcsoportok a globin felszínének aminosavakkal kibélelt mélyedéseiben ülnek. Egy 70 kg tömegû, felnõtt emberben mintegy 900 gramm hemoglobin található. Hemoglobinja nemcsak az embernek van, hanem sok állatnak is. Valamennyi gerincesnek, és a gerinctelenek közül például a gyûrûsférgeknek is.

5. ábra A hemoglobin

A  fe­­hér­je­mo­le­ku­lák szer­ke­ze­té­nek fel­­­is­me­ré­se Emil Fischer né­met tu­­dós ne­vé­hez fû­zõ­dik, aki a  cuk­rok moleku­la­szer­ke­zetének vizs­gá­la­tá­ért ka­pott No­bel-dí­jat 1902-ben. A polipeptidlánc két­fé­le alap­el­ren­­de­zõ­dé­sét Linus Pauling [lájnsz póling] amerikai tu­dós is­mer­te fel. Tudományos ered­mé­nyé­ért 1954-ben No­bel-dí­jat ka­pott.

78

A LEGFONTOSABB TERMÉSZETES SZÉNVEGYÜLETEK

   Tudsz róla? Az elsõ fehérje, amelynek összetételét és molekulájának szerkezetét pontosan felderítették, az 51 aminosavrészbõl álló inzulin volt. Az eredményt egy kutatócsoport tízévi munkája hozta meg Frederick Sanger [fredrik szenger] vezetésével. Az inzulin a hasnyálmirigy enzimje, a vércukorszintet szabá­lyozó hormon. Ha a hasnyálmirigy kevés inzulint termel, a vércukorszint eltér a normálistól, cukorbetegség lép fel. Ilyen­kor az inzulin adagolásával, esetleg diétával vagy gyógyszerekkel is beállítható a megfelelõ vércukorszint. Az inzulin szerkezetének felderítéséért Sanger 1958-ban Nobel-díjat kapott. Az elsõ géntérkép elkészítését 1980-ban újabb Nobel-díjjal ismerték el. Tekintsük át a fehérjekutatásban nagy eredményeket elért Nobel-díjas tudósok munkásságát!

6. ábra Frederick Sanger (1918–2013)

Nobel-díjas angol biokémikus

   Foglaljuk össze! A fe­hér­jék szer­ke­ze­te meg­ha­tá­roz­za tu­laj­don­sá­ga­i­kat és az adott fe­hér­jé­nek az élõ szer­ ve­zet­ben be­töl­tött sze­re­pét is. A fe­hér­jé­ket 20-fé­le a-ami­no­sav épít­he­ti fel. A fehérjeláncot al­ko­tó ami­no­sa­vrészek egy­más utá­ni sor­­rend­je ha­­tá­roz­za meg a fe­hér­je el­sõd­le­ges szer­ke­ze­tét. Az al­ko­tó ami­no­sa­vak ol­dal­lán­cá­nak mére­té­tõl füg­gõ­en két­fé­le tér­be­li el­ren­de­zõ­dés ala­ kul­hat ki: az a-hélix és a b-lánc (b-redô). Ezek a fe­hér­jék má­sod­la­gos szer­ke­ze­tét je­len­tik. Az adott fe­hér­je­mo­le­ku­la egé­szé­nek térszerkezetét te­kint­jük a fe­hér­je har­mad­la­gos szerkezetének. Az egy­fé­le tér­szer­ke­ze­tû lánc­ból fel­épü­lõ fe­hér­jé­ket fibrilláris fe­hér­jék­nek ne­vez­zük. Ha a fe­hér­je­mo­le­ku­lá­ban mind a két­fé­le tér­szer­ke­ze­tû lánc meg­ta­lál­ha­tó, ak­kor globuláris fe­hér­je a ne­ve. (A fibrillum szó láncot, a globulin gömböt jelent.)

   Kérdések, feladatok 1. Legfeljebb hányféle aminosav építheti fel a fehérje­molekulákat? 2. Mivel magyarázható a fehérjék változa­tos­sága, sokfélesége? 3. Mit értünk a fehérjék elsõdleges szerke­zetén? 4. Hányféle lehet a fehérjemolekulák térbeli felépítése? Mit jelent a fehérjék másod­ lagos szerkezete? 5. Milyen felépítésûek a) a fibrilláris fehérjék,     b) a globuláris fehérjék? 6. Mely fehérjék oldódnak vízben és melyek oldhatatlanok? Mondj példákat! 7. Mely fehérjék lehetnek enzimek? Mi a sze­repük az enzimeknek az élõ szervezetekben?

NUKLEINSAVAK

79

18. Nukleinsavak A nuk­le­in­sa­vak min­den élõ sejt­ben meg­ta­lál­ha­tó, nagy mo­le­ku­lá­jú ve­gyü­le­tek (mak­ro­mo­le­ku­lák). Elõ­ször a  sejt­mag­ból kü­lö­ní­tet­ték el, in­nen ered az el­ne­ve­zé­sük is (a nuk­leusz la­tin ere­de­tû szó, je­len­té­se: mag). Ma már tud­juk, hogy a nuk­le­in­sa­vak a sejt­ma­gon kí­vül a sejt­ plaz­má­ban is meg­ta­lál­ha­tók. A nuk­le­in­sa­vak fe­hér­jék­hez kap­cso­lód­va for­dul­nak elõ az élõ szervezetben (1. ábra). A nuk­le­in­sa­vak se­gít­sé­gé­vel tör­té­nik a sej­tek­ben a fe­hér­ jeszin­té­zis, il­let­ve az át­örö­kí­tés. A nuk­le­in­sa­vak – sav­val fõz­ve – hidrolizálnak, így ki­sebb ré­szek­re bont­ha­tók le. En­nek alap­ján meg­ál­lapí­ tot­ták, hogy min­den nuk­le­in­sav elõ­ször nukleo­tid­egy­ ségekre bom­lik. Majd ezek­bõl további hidrolízissel egy fosz­for­sav, egy ötszén­ato­mos cu­kor és egy nit­ro­gén­tar­ tal­mú hetero­cik­lu­sos ve­gyü­le­t különíthetõ el. A  fosz­for­ sav (H3PO4) min­den nuk­le­in­sav kö­zös al­ko­tó­ré­sze.

1. ábra A kromoszómák DNS-bõl és fe­

hérjébõl állnak

1

fosz­for­sav nuk­le­in­sav nukleotid cu­kor nukleozid bá­zis Az öt szén­ato­mos cu­kor (pentóz) kü­lön­bö­zõ a  plaz­m ában lévô nuk­leinsavaknál, il­let­ve a magnukleinsa­vak­ nál. Az elõb­bi­ek­ben b-ribóz, az utób­bi­ak­ban 2-dezoxib-ribóz ta­lálha­tó (2. ábra). Ez alap­ján kü­lön­böz­tet­jük meg nevükben a ribo­nuk­le­in­sa­va­kat (RNS) a  de­zo­xi­ ribonuk­le­insa­vak­tól (DNS). A két­fé­le nuk­le­in­sav­ból három azo­nos és egy-egy kü­lön­bö­zõ he­te­ro­cik­lu­sos ve­ gyü­let nyer­he­tõ, me­lye­ket nukleinsav­bázi­soknak ne­ve­ zünk, mert vizes oldatuk gyengén lúgos kémhatású. A nukleinsavakban négyféle bázis kapcsolódhat a ri­ bózhoz. Az RNS-ben adenin, guanin, citozin és uracil.

3. ábra A nukleinsavak nitrogén­tartalmú heterociklusos bázisai

2

2. ábra A b-ribóz (1) és a 2-dezoxi-b-

ribóz (2) modellje és szerkezeti képlete. Hasonlítsd össze a szerkezetüket! Mire utal a „2-dezoxi” kifejezés?

80

A LEGFONTOSABB TERMÉSZETES SZÉNVEGYÜLETEK

4. ábra Egy nukleotid szerkezete

A DNS-mo­le­ku­la szer­ke­ze­tét az am­e­ri­kai James D. Watson [dzsémsz d. vatszn] (1928–), az angol Francis Crick [fránszisz krik] (1916–2004) és az ugyancsak angol Maurice Wilkins [morisz vilkins] (1916–2004) is­mer­te fel 1953-ban. Fel­fede­zé­sü­ kért No­bel-dí­jat kap­tak 1962-ben. A DNS kettõs spirál modelljét Watson és Crick alkotta meg.

Közülük az adenin és a guanin a purin származéka, a timin és az uracil pedig pirimidinszármazék. A dezoxi-ribonuk­lein­savakban lévô négy bázisból három megegyezik a ribonukleinsavakban lévôkkel, uracil helyett azonban timin van bennük. Egy nukleotid szer­ke­ze­te a 4. áb­rán lát­ha­tó. A fosz­ for­sav és a cu­kor hidroxilcsoportjai vízkilépéssel oxi­ génen át összekapcsolódnak, és a bá­zis is víz­ki­lé­pés­sel kötõdik a cu­kor­hoz. Az RNS és a DNS mo­le­ku­lá­i­ban nukleotidegységek kapcsolódnak egy­más­hoz, a nukleotidláncban a nukleo­ tidok cu­kor- és foszforsavrészei kö­zött ala­kul ki to­vábbi kapcsolat. A nuk­le­in­sa­vak te­hát polinukleotid-moleku­ lák (5. áb­ra). Az RNS mo­le­ku­lá­ját egyet­len hos­­szú lánc al­kot­ja, amely 80–3000 nukleotidrészbõl áll. Az RNS-mole­ku­ lák a fe­hér­je­szin­té­zis­ben ját­sza­nak sze­re­pet. A DNS mo­le­ku­lái en­nél sok­kal több (több mil­lió) nuk­le­otidrészbõl áll­nak, me­lyek­ben kü­lö­nö­sen fon­tos a  nukleotidok sor­rend­je. A DNS-mo­le­ku­la két, egymással szemben álló po­ linukleotid-láncot tar­tal­maz. Ezeket a bázispárok kö­ zött ki­ala­ku­ló hid­ro­gén­kö­tések kapcsolják ös­­sze. Az adenin csak timinnel, a gu­a­nin csak citozinnal ké­pes kap­cso­lód­ni, te­hát a két lánc­ban adeninnal szem­ben min­dig timin, gu­a­nin­nal szem­ben min­dig citozin áll. Ebbôl következik, hogy az egyik lánc nukleotid­ sorrendje a má­sik lán­cét pon­to­san meg­ha­tá­roz­za. Egyegy DNS-mo­le­ku­lá­ban a bázispárok sor­rend­je szi­go­ rú­an meg­ha­tá­ro­zott, ha­son­ló­an a fe­hér­je­mo­le­ku­lák

D = 2-dezoxi-b-ribóz (cukor) P = foszforsav A, T, C, G = szerves bázisok

5. ábra A DNS-molekula kettõs hélixe. Hányféle bázispár szerepel a molekulában? Melyek ezek?

NUKLEINSAVAK

aminosavsorrendjéhez. A DNS-ben két polinukleotid-lánc egy­más kö­ré csa­va­rod­va ket­tõs hélixet al­kot (5. áb­ra). Az élõ szer­ve­zet­ben a DNS irá­nyít­ja a fe­hér­je­szin­té­ zist, az RNS köz­ve­tí­té­sé­vel. A DNS-mo­le­ku­la ön­ma­gát meg­ket­tõz­ve át­örö­kí­ti a bá­zis­sor­ren­det, ez­ál­tal megha­ tá­roz­za a sejt­ben ke­let­ke­zõ fe­hér­jék aminosav­sorrend­ jét, így a fe­hér­jék jellegzetességeit is. A DNS-mo­le­ku­la meg­ket­tõ­zõ­dé­se en­zim ha­tá­sá­ra in­dul meg. Az ere­de­ti mo­le­ku­la két lán­ca szét­csa­va­ro­ dik, és mind­egyik lánc egy hoz­zá­il­lõ má­sik lán­cot épít fel, me­lyek bá­zis­sor­rend­je ily mó­don az ere­de­ti­vel szi­ go­rú­an meg­egye­zõ. Az ere­de­ti ket­tõs hélixbõl két, ve­le azo­nos fel­épí­té­sû ket­tõs hélix kép­zõ­dik (6. áb­ra). A sejt tu­laj­don­sá­gai ez­ál­tal át­örök­lõd­nek az újabb sej­tek­be. A DNS te­hát az át­örö­kí­tés­ben ját­szik sze­re­pet. Mivel tulajdonságainkat a fehérjék szabják meg, egyedi vonásainkért is a DNS-ben meglévõ, csak az adott személyre jellemzõ szerkezeti részek felelõsek. Ennek alapján lehet DNS segítségével a személyeket azonosítani. Ezért a DNS-vizsgálatok jelentõsége igen nagy az orvosi, a régészeti, az evolúciós kutatásokban, valamint a kriminalisztikában.

81

6. ábra DNS-molekula megkettõzõdése

   Foglaljuk össze! A nuk­le­in­sa­vak min­den sejt­ben megtalálhatók. A nuk­le­in­sa­vak nukleotidrészekbõl áll­nak. Az egyes nukleotidrészeket fosz­for­sav és nukleozid alkotja. A nukleozidot cu­kor (pentóz) és N-tar­tal­mú he­te­ro­cik­lu­sos bá­zi­sok al­kot­ják. A nukleotidrészek hosszú poli­nukleotidláncokká kapcsolódnak össze, vízkilépéssel. Az RNS és  a  DNS a fe­hér­je­szin­té­zis­ben, a  DNS ezen­kí­vül az át­örö­kí­tés­ben ját­szik fon­tos sze­re­pet.    Kérdések, feladatok 1. Milyen alapvetõ részekbõl állnak a nuklein­savak? 2. Hogyan képzõdnek nukleinsavakból nukleo­tidok? 3. Miben különbözik és miben hasonlít az RNS és a DNS molekulája? 4. Mi a szerepe az élõ szervezetben a DNS-nek? 5. Ismertesd a DNS-molekula tulajdonságát­örökítõ szerepét, illetve ennek fo­lyamatát! 6. Milyen bázispárok alakulnak ki a DNS kettôs hélixében? Mi a bázispárok kötöttsé­ gének a jelentôsége? 7. Nézz utána, hogyan végzik a DNS-vizsgálatokat! Mit tudnak megállapítani a vizsgálat eredményeibõl?

94

A MINDENNAPOK KÉMIÁJA

21. Biológiai hatóanyagok, gyógyszerek, mérgek A BIOLÓGIAI HATÓANYAGOK

1. ábra Hogyan fejtik ki hatásukat a sejt­

ben a kémiai hatóanyagok?

2. ábra A gamma-amino-vajsav ingerü­

letátvivô anyag a gerincesek agyában

3. ábra Gyógyító hatású kémiai anyagok

Az ember életmûködései a sejtekben lezajló összehangolt anyagcsere-folyamatok eredményeképpen valósulnak meg. Azt is mondhatjuk, hogy a sejtek kommuni­ kálnak egymással, aminek alapját eltérõ hatású kémiai anyagok felszabadulása, a másik sejthez való eljutása, majd lebomlása képezi. A sejtek ezeket a hatóanyago­ kat rendszerint nem veszik fel, hanem speciális fe­hér­ jékbõl álló érzékelõik – receptoraik – képesek azok átmeneti megkötésére. A hatóanyagok megkötôdése a sejt­ben anyagcsereválaszt vált ki (1. ábra). A receptorok háromdimenziós térszerkezetüknél fogva alkalmasak a hatóanyag-molekulák „kifogására” a testfolyadékból, mert úgy illenek össze vele, mint ahogyan a kulcs a zárba. Igaz ez az enzimfolyamatokra, a hormonokra és az idegsejtek ingerületeit továbbító, úgynevezett ingerü­ letátvivõ anya­­gokra egyaránt. Az ingerületátvivõ anyag például a gamma-aminovajsav, amely mindössze négy szénatomos aminosav (2. ábra). Olyan butánsav, amely a harmadik szénatomján egy aminocsoportot tartalmaz. A hormonok közül az inzulin egy 51 aminosavból álló polipeptid. A májsejtek membránján lévõ inzulinreceptorok kizárólag a bonyolult felépítésû inzulinmolekulával képesek kapcsolatba lépni. Különleges hormonoknak tekinthetõk a feromonok. Segítségükkel az állatok kommunikálnak egymással. A levegõbe kerülve ezek az anyagok segítik, hogy a hím rovarok rátaláljanak a nõstényekre, egyes esetekben elriasztják a fajtársakat. A GYÓGYSZEREK

4. ábra A betegtájékoztató felvilágosí-

tást ad a gyógyszerrel kapcsolatos legfontosabb tudnivalókról. Nézz utána, milyen mellékhatások szerepelnek egy fájdalomcsillapító gyógyszer tájékoztatóján!

Az orvosságok egy része olyan kémiai hatóanyagokat tartalmaz, amelyek a sejtek anyagcsere-folyamataikba beavatkozva gyógyító hatást váltanak ki. (3. ábra) Hatásuk is rendszerint a szerkezeti megfelelésen alapul. Enzimeket, ingerületávivõ anyagokat pótolnak vagy blokkolnak. Képesek a sejteket megtévesztve belépni egyes anyagcsere-folyamatokba. A méregtelenítést

BIOLÓGIAI HATÓANYAGOK, GYÓGYSZEREK, MÉRGEK

végzõ májsejtek azonban elõbb-utóbb lebontják õket. Ha az elbomlás a felszívódást követõen túl gyorsan bekövetkezne, izomba vagy a véráramba juttatva adják a gyógyszert injekció vagy infúzió formájában, megkerülve ezzel a májba jutásukat. A hormonális fogamzásgátló anyagok között olyan mesterséges vegyületek is vannak, amelyek térszerkezete nagyon hasonlít a nemi hormonok térszerkezetére. A sejtek úgy érzékelik, hogy az adott hormon szintje magas, pedig csak a hozzá nagyon hasonló szerkezetû molekula blokkolta a sejtek receptorait. A hormonok és a mesterséges anyagok között az egyik különbség éppen az, hogy amíg a hormonok adott idõ alatt lebomlanak, a hozzá hasonló szerkezetû anyagok sokkal lassabban, ezért tartósan kifejtik hatásukat. Az antibiotikumok más módon hatnak. Olyan, többnyire mikroorganizmusok által termelt anyagok, amelyek a baktériumsejteket elpusztítják, vagy a szaporodásukat akadályozzák meg. Vannak közöttük olyanok, amelyek a baktériumsejtfal szintézisét akadályozzák meg, illetve a baktériumok fehérje- vagy nukleinsav­ szintézisét blokkolják. A gyógyászatban elsôként alkalmazott antibiotikum a penicillin volt. A gyógyszerek a sejtek anyagcseréjére való kémiai hatásuknál fogva komoly veszélyt is jelenthetnek a szer­ vezet számára. Indokolatlan vagy túlzott szedésük egész­ségkárosító lehet, sõt halálos mérgezést is okozhatnak. A szedésükkel együtt fogyasztott alkohol módosíthatja a hatásukat, növelve a veszélyt.

95

A hormonális fogamzásgátlók mû­ ködése is azon alapul, hogy mo­ lekulaszerkezetük és térbeli alakjuk nagyon hasonlít a természetes nõi nemi hormonmolekulák alakjára (pl. a pro­gesz­teronéhoz). Bekerülve meg­ té­vesztik a szervezetet és a valódi hormonok termelõdését blokkolják. A hatékony hormonok hiányában gátlód­hat a petesejt érése, kilö­kõ­dé­ se vagy a megtapadása a méh nyál­ kahár­tyáján.

5. ábra Az egyik nôi nemi hormon szer-

kezeti képlete. Nézz utána, milyen hatású a progeszteron a nôi szervezetben!

   Tudsz róla? A szóbeszéd szerint Sir Alexander Fleming [ször alekszander] (1881–1955), amilyen kiváló kutató és nagyszerû tudós volt, annyira rendetlen volt a laboratóriumában. Így eshetett meg, hogy 1928-ban egy vidéki utazás elõtt néhány frissen átoltott baktériumtenyészet Petri-csészéjét elfelejtette letakarni. Távolléte után visszaérkezve meglepve tapasztalta, hogy az átoltott baktériumok egyes edényekben megfelelõen elszaporodtak, néhányban azonban a leve­gõbõl valamilyen gombaspóra kerülhetett, és gombaszövedék fejlõdött ki. Feltûnt neki, hogy a gombatelepek körül nagy körben víztiszta maradt a táptalaj, a táptalajra ráoltott baktériumok nem tudtak a gomba közelében elszaporodni. Fleming arra gondolt, hogy a gomba valamilyen baktériumpusztító anyagot termel, és vizsgálódásba fogott. A gom­­ba egy meg­lehetõsen ritka, tömlõs­gom­bákhoz tartozó ecsetpenészfajnak, a Pe­ni­cillium notatum­nak bizonyult, az a baktérium pedig, amelyik a környezetében elpusztult, egy veszedelmes Staphylococcus-faj volt. Kutatásának eredményeképpen sikerült is a gomba által termelt baktérium­ pusz­tító anyagot kinyernie, amit penicillinnek nevezett el. Hosszas kísérleti tanulmányozás után 1940-ben sikerült a szert tisztán elõállítani. A penicillin ipari mértékû elõállításáért Florey [flóri] és Chain [cséjn] ausztráliai kutatók Fleminggel együtt kaptak Nobel díjat l945-ben.

96

A MINDENNAPOK KÉMIÁJA

A KÁBÍTÓSZEREK

6. ábra A morfint 1804-ben Friedrich W.

Sertürner (1783–1844) német gyógy­ sze­rész állította elô

7. ábra A testi és lelki függõségbõl való

szabaduláshoz segítségre van szükség. Nézz utána, hogy a lakóhelyeden kik és hogyan tudnak segíteni egy ká­bí­tó­szer­ függõnek!

Az etil-alkohol is sejtméreg. Lebontása a májban történik és hosszan tartó folyamat. Ezzel magyarázható a na­gyobb mennyiség fogyasztásának tartós élettani hatása. Egy óra alatt kb. 0,1 gramm alkohol bom­lik le testtömeg-kilogrammonként. A metanol a legveszélyesebb mér­ ­gek közé tartozik. Az etanolhoz hasonlóan a májban a metanol is lebomlik formaldehidre, a különbség annyi, hogy az emberi szervezet nem tartalmaz olyan enzimet, ami a formaldehidet tovább oxidálná han­gya­ savvá. Így a formaldehid a szer­ve­ zetben marad, és kifejti mér­gezõ hatását.

A kábítószerek egy része olyan természetes vagy mesterséges anyag, amely a sejtek kommunikációjában szereplõ hatóanyagokhoz hasonló szerkezetû. Azokkal az idegsejtekkel kerülnek kapcsolatba, amelyek mûkö­ dése kellemes érzést vált ki, aktivizálják azokat, azonban nem bomlanak le gyorsan, tartós izgalmi állapotban tartják õket. Ez az idegrendszer mûködésének komoly károsodását eredményezi már kezdetben is, bár a fogyasztó ekkor még csak a jó oldalát tapasztalja. A kellemes érzés utáni vágy az alapja a függõség kialakulásának is. Az éretlen mák gubójának tejnedvébõl – az ópiumból – kivont morfin fájdalomcsillapító hatása is ezen alapul (6. ábra). Az ingerületátvivõ anyagokat helyettesítve meggátolja a fájdalomérzet kialakulását, ezért gyógyszeralapanyag is. Nagyobb dózisú hatása kellemes közérzetet eredményez, oldja a gátlásokat, csökkenti a szorongást, azonban igen hamar függõséget alakít ki. Fo­gyasz­tása rövid idõn belül teljes fizikai és szellemi leépülést eredményez. A heroin még erõteljesebb hatású, kémiai úton nyert ópiumszármazék. Mivel fogyasztása az idegrendszer igen gyors tönkremenetelét eredményezi, a legveszedelmesebb kábítószerek egyike. A kábítószerek közös sajátossága, hogy a sejtek alkalmazkodnak a tartós ingerületi állapothoz, és ezért egyre nagyobb adagra van szükség belõle a kívánt hatás eléréséhez. Ezzel együtt egyre súlyosabb testi és lelki károsító hatások lépnek fel, amelyekkel szemben a beteg tehetetlen. A hozzászokás, a testi és lelki függõség azt jelenti, hogy a fogyasztó személy életében az újabb adag bevitelének kényszere egyre erõteljesebb lesz. Egyre több pénzt és idõt fordít a beszerzésére, miközben lassan minden más kiszorul az életébõl. A MÉRGEK Mérgek alatt azokat a kémiai anyagokat értjük, amelyek sejtpusztító hatásúak, vagy a sejtek mûködését tartósan (véglegesen) megakadályozzák. Kémiai szempontból nagyon sokfélék lehetnek, a hatásuk azonban annyiban közös, hogy valamilyen módon egyes sejtek fehérjéit teszik tönkre.

BIOLÓGIAI HATÓANYAGOK, GYÓGYSZEREK, MÉRGEK

A nehézfémek – a higany (Hg), az ólom (Pb), a réz (Cu) – és vegyületeik azért mérgezõek, mert ezek a fémek külsõ elektronhéjaikon megkötik a fehérjemolekulák oldalláncait képezõ csoportokon lévõ nemkötõ elektronpárokat. Ennek következménye, hogy a fehérje végérvényesen denaturálódik. Számos olyan mérget ismerünk, amely azáltal fejti ki hatását, hogy térbeli alakja bizonyos biológiailag fontos molekulákhoz nagyon hasonló. Ezek a vegyületek enzimek kötõhelyeire lépnek be, irreverzibilisen hozzá­kap­cso­ lódnak, ezzel mûködésképtelenné teszik azt. Így hat­nak például az alkaloidok, szerves mérgek (sztrichnin, brucin, stb.), de ezért mérgezõ a szén-monoxid-gáz is (8. ábra). A gombamérgek néhány aminosavból álló gyûrûs peptidek. Közös vonásuk, hogy a fehérjebontó emésztõ­ enzimek nem tudják felhasítani a peptidkötéseiket, ezért változatlan formában szívódnak fel. A májsejtek kiszûrik õket, megakadályozzák továbbjutásukat a vérbe, azonban a májsejtek elpusztulnak.

97

8. ábra A szén-monoxid-mérgezés meg­

elõzhetõ jelzõkészülékkel

9. ábra Gyilkos galóca

   Tudsz róla? A gombamérgezés tünetei egy átlagos ételmérgezés tüneteivel egyeznek meg. Általában gyengeséggel kezdõdnek, majd szédülés, émelygés, hányás és hasmenés jelentkezik. Nem szükséges semmiféle elsõ­ se­gély-ellátás, azonnal orvoshoz kell for­dul­ni! Különösen fontos, hogy akkor is gondoljunk a gombamérgezésre, ha a tüneteket a fogyasztáshoz képest viszonylag késõn, 5-6 órával késõbb érzékeljük csak, mert ez a veszélyesebb gombákra jellemzõ. Ha van belõle, az orvosnak feltétlenül mutassuk meg az étel maradékát, mert ez megkönnyíti a mérgezés mihamarabbi diagnosztizálását.

   Foglaljuk össze! A szervezetünk természetes biológiai hatóanyagai a hormonok. A gyógyszerek természetes vagy mesterséges hatóanyagokat tartalmazó gyógyító hatású orvosságok. A kábítószerek és a mérgek súlyosan egészségkárosítóak.

   Kérdések, feladatok 1. Miért jár veszéllyel egyes fehérjemolekulák mûködésének leállása a sejtekben? 2. Nézz utána, milyen szerkezetûek és hogyan hatnak az úgynevezett „dizájner drogok”? 3. Milyen hasonlóságot látsz a gyógyszerek és a mérgek hatásmechanizmusában? 4. Hány g hatóanyag van abban a gyógyszerben, amelynek 2 g-os pasztillája 0,78 tömeg% ható­anyagot tartalmaz?

118

A MINDENNAPOK KÉMIÁJA

26. Zárszó: A kémia tudománya A KÉMIA TUDOMÁNYA A kémia jelentõségét – az eddig tanultak alapján – aligha kell hangsúlyoznunk. Eredményeivel nap mint nap találkozunk a tankönyvünkön kívül is, hiszen az elméleti kémia felfedezéseit az alkalmazott kémiai tudományterületek: a vegyipar, a gyógyszeripar, az élel­ miszeripar mindennapjaink részévé tette. A fejlõdés napjainkban sem állt meg, újabb és újabb eljárások eredményeképpen „környezetbarát”, „lebomló” mû­ anya­­gok születnek, hatékonyabb gyógyszerek segítik a gyógyulást, új növényvédõ szerekkel indul harcba a mezõgazdaság a gyors alkalmazkodást mutató kórokozókkal szemben. A KÉMIAI KUTATÁS 1. ábra A laboratóriumi kutatások ered-

ményeit az alkalmazott kémia teszi a mindennapjaink részévé

2. ábra A kutatási tevékenység lépései

A kémiai kutatás is – mint minden más kutatási tevékenység – céltudatosan megtervezett tevékenységek láncolata, amely tudatosan megválasztott módszerbõl és az ahhoz legmegfelelõbb eszközökkel végrehajtott kivitelezési technikából áll (2. ábra). A kutatási tevékenység egy problémafelvetésel kezdõdik, amelyre a kutató választ vár. Ennek megválaszolása céljából elõzetesen megfogalmaz különbözõ hipotéziseket, amelyeket késõbb igazolni kell, vagy el kell vetni. Ennek eldöntésére szolgálnak a kutatómódszerek. A kémia legáltalánosabban használt kutatási módszere a kísérletezés. Ennek során a kutató szigorúan ellenõrzött körülmények között, egyes tényezõk megváltoztatásával végzi az elõre megtervezett lépéseket. Például a benzol elõállítását követõen a mennyiségi elemzés szerint a molekulában lévõ szénatomok száma megegyezett a hidrogének számával. Az összetétele alapján okkal lehetett feltételezni, hogy egy telítetlen vegyületrõl van szó. Ezt a hipotézist azonban a kísérleti eredmények nem igazolták, mert a vegyület nem adott az olefinekre jellemzõ addíciós és polimerizációs reakciókat. A kutató az eredményeit közli a tudományos világgal, publikálja azokat. A publikáció egy olyan szakcikk, amely röviden, egyértelmûen összefoglalja lényeget,

ZÁRSZÓ: A KÉMIA TUDOMÁNYA

ugyanakkor megismételhetõ módon ismerteti azokat a vizsgálati módszereket, kísérleteket, amelyek révén a kutatások eredményei ellenõrizhetõk. A gyógyszerkutatásban például egyes új gyógyszerek anyagainak hatékonyságát – egyben a mellékhatásokat is – élõ állatokon végzett kísérletsorozatokon lehet ellenõrizni (3. ábra). A csoportok eltérõ dózisokban kapják a szert, a kutatók pedig figyelik a hatásokat. Fon­ ­­tos, hogy legyen egy kontrollcsoport, amit ugyan­olyan körülmények között tartanak, ugyanazt a ta­karmányt kapja, egyetlen dologban különbözik csak a töb­bitõl, nem kap az új szerbõl.

119

3. ábra Állatkísérlet.

Fogalmazzatok meg érveket és ellenérveket az állatkí­sérletekrôl!

A TUDOMÁNYOS ISMERETEK VÁLTOZÁSA A tudományos ismeretek a tudomány fejlõdésével változnak. Egyes ismereteket megcáfol az idõ, másokat újra igazolnak a fejlettebb módszerek. Például a ma neutrális zsírok néven összefoglalt vegyületeket az emberi kultúra kezdetétõl ismerték. A zsákmányul ejtett vadak több-kevesebb zsírt mindig tartalmaztak, és ôseink rendszeresen fogyasztottak olajos magvakat is. Késõbb nemcsak táplálékként használták a lipidtartalmú anyagokat, hanem felismerték a zsírok vízhatlanító, impregnáló szerepét, és erre a célra is felhasználták. Otto Tachenius [tahéniusz] (1620–1690) Hippokretes Chimikus címmel 1666-ban megjelent munkájában, még csak annyit ír a felépítésükrõl, hogy az olajok valamilyen zsíros savakat tartalmaznak. A savak azonban nem a mai értelemben értendõk, hiszen a „sav” fogalom csak a ké­sõb­biek során tisztult le. Kémiai összetételüket, hogy csu­pán hidrogénbõl, oxigénbõl és szénbõl állnak, Lavoisier [lavoázié] igazolta elsõként. Hogy egy egy­ szerû ve­gyületrõl van szó, azt egy svéd gyógyszerész, Carl Wilhelm Scheele [karl vilhelm séle] (1742–1786) cáfolta meg, ugyanis neki sikerült elõször 1779-ben elõbb olívaolajból, majd 1783-ban állati zsiradékokból tiszta glicerint elõ­állítania, ezzel igazolva, hogy az olaj összetett vegyület (5. ábra). Pontosabb megismerésükhöz a francia Michel-Eugène Chevreul [misel özsen sörröl] (1786–1889) jutott közelebb, aki a glicerin savas észtereiként azonosította a zsírokat. Azt azonban, hogy milyen összetételû szerves savakról van szó, csak részben

4. ábra A glicerin-trisztearát szerkezeti

képlete

5. ábra Carl Wilhelm Scheele. Nézz utá-

na, milyen felfedezések fûzôdnek még a nevéhez!

120

A MINDENNAPOK KÉMIÁJA

6. ábra Adolph Wilhelm Hermann Kolbe

sikerült kiderítenie. 1813 fontos év volt számára ebbõl a szempontból, mert elõbb disznózsírból a sztearinsavat (C17H35 — COOH) és az olajsavat (C17H33 — COOH), késõbb a palmitinsavat (C15H31 — COOH) sikerült egyéb állati zsiradékból elkülönítenie. A neutrális zsírok ös�szetételének kérdését végül Adolph Wilhelm Hermann Kolbe [adolf vilhelm herman kolbe] (1818–1884) német szerves kémikus, egyetemi tanár zárta le (6. ábra). Õ 1843-tól kezdve tíz éven keresztül számos karbonsavat kivont biológiai anyagokból, és tisztázta az összetételüket. 1856-ban a neutrális zsírokban elõforduló telített és telítetlen zsírsavakat összefoglalta, és egyértelmûen megfogalmazta általános képleteiket. KÉMIA A MINDENNAPOKBAN

7. ábra Egy, a szervezetünkben zajló bo-

nyolult anyagcsere-folyamat kémiai reakciók sokaságából áll

A kémiai ismeretek segítenek bennünket eligazodni a hétköznapokban, a körülvevõ anyagok sokszínû világában. A reklámok sokszor úgy alkalmaznak egy-egy kifejezést – emulzió, hidratálódás, enzimek, nyomelemek stb. –, mintha a termék valamilyen különös, sajátos, egyedi jellemzõjérõl lenne szó. Fontos, hogy el tudjunk igazodni az információk között, megértsük valós üzenetüket. A kémiát nem tudjuk „lerázni” magunkról. Egy anya­gi világ vesz körül bennünket, Tóth Árpád szavaival, testünk is csak „egy csomó rút vegyi bomlás”. Legalább fõbb vonásokban el kell tudnunk igazodni közöttük, hogy különbséget tudjunk tenni a ránk zúduló információtömegben a tudomány és az áltudomány között, hogy érzékeljük hol a valóság határa és hol kez­ dõdik az ostobaság. Az átlagos érdeklõdõnek sokszor nem is könnyû a határ meghúzása. Áltudományról akkor beszélünk, ha egy állítást, elgondolást, eszmerendszert úgy állítanak be, mintha tudományos kutatómódszerek által már igazolt, tehát valós tudomány lenne, pedig nem az. Leg­többször csak feltételezések, hipotézisek, vagy hely­­telenül értelmezett kutatási eredményeken alapuló elképzelések azok, amelyek tudományos köntösbe bújva jelennek meg. Ma az információáramlás szabad és igen gyors világában sajnos nagyon nehéz a kontroll, sokszor még a szakemberek számára is. A valódi tudomány tételeinek igazságtartalma tudo­ má­nyos módszerekkel mindig ellenõrizhetõ, megerõ­sít­ hetõ, igaz a tudomány fejlõdésével késõbb cáfolható is.