Fizikai és kémiai alapismeretek

Diffúzió: olyan (külső hatás nélkül bekövetkező) anyagáramlás, melynek következtében egy anyaghalmazban a kezdetben meglévő koncentrációkülönbségek kiegyenlítődnek. Ha egy rendszerben az anyag nem egyenletesen oszlik el, akkor a részecskék rendezetlen, lökdösődő mozgása előbb-utóbb magától is egyenletes anyageloszlást fog létrehozni.

Ozmózis:Az oldószer (általában víz) diffúziója féligáteresztő hártyán keresztül a kisebb

koncentrációjú oldat felől a nagyobb felé. A féligáteresztő hártyák olyan résekkel rendelkeznek, amelyek csak bizonyos mérethatár alatti részecskéket engednek át. Ez azt eredményezi, hogy a hártya a nagyobb molekulák diffúzióját akadályozza, a kisebbekét viszont nem.

Az ozmózisnyomás az a nyomás, amelyet az oldatra kell kifejteni ahhoz, hogy dinamikus egyensúly jöjjön létre (vagyis megakadályozzuk az ozmózist) a tiszta oldószerrel szemben.

Ha egy oldat ozmotikus nyomása nagyobb, mint egy másiké, akkor az azt is jelentheti, hogy nagyobb benne az oldott részecskék koncentrációja.

Ha a rendszer koncentrációja egyenlő a környezetével, akkor a környezet izotóniás a rendszerhez viszonyítva.

Ha a rendszer koncentrációja kisebb, mint a környezeté, akkor a környezet hipertóniás a rendszerhez viszonyítva.

Ha a rendszer koncentrációja nagyobb, mint a környezeté, akkor a környezet hipotóniás a rendszerhez viszonyítva.Az élőszervezetben ozmózissal szívódik fel a víz a növény gyökerén, ill. az állatok bélfalán át, és ozmózissal szívódik vissza a víz a szűrletből a vesében.

Hemolízis: a vörösvérsejteket hipotóniás oldatba helyezve megfelelően híg oldat esetén a vörösvérsejtek megduzzadnak és szétpukkadnak.Plazmolízis: növényi sejteket hipertóniás oldatba helyezve a sejtből víz áramlik ki, ami miatt a sejt citoplazmája zsugorodik, és a sejt hártya elválik.

Fiziológiás oldat (izotóniás oldat): a sejt ozmotikus nyomásával megegyező oldat. Az embernél a 0,9 %-os (0,166 mol/dm3) NaCl oldat.

Diszperz rendszerek:

Diszperz rendszer: Olyan legalább kétkomponensű rendszer, amelyben az egyik komponens (diszpergáló közeg) részecskékre oszlatott állapotban tartja a másik komponenst (diszpergált anyag).

A diszperz rendszerek cssoportosíthatók: a diszpergáló részecskék mérete szerint diszpergált anyag és a diszpergáló közeg

halmazállapota szerint

Emulzió: folyadékban folyadék (pl. vízben olaj) eloszlatása.Szuszpenzió: folyadékban szilárd anyag (pl. vízben baktériumok) eloszlatása.Kolloid: 1-500 nm közé esik nagyságuk, a részecskék fajlagos felülete (a tömegegységre eső felülete) jóval nagyobb, mint az ugyanolyan tömegű közönséges állapotú anyagé.Típusai oldószerrel való viszonyuk szerint:

hidrofil (liofil) kolloidok: vonzzák a vizet (az oldószert), ezt adszorbeálják a felületükön. hidrofób (liofób): taszítják a vizet (az oldószert), főleg iont adszorbeálnak.

A vizes alapú kolloidrendszerek fajtái a részecskék kölcsönhatásából kialakuló szerkezet szerint:

szol állapotú (folyékony állapot, a kolloid részecskék önálló hidrátburokkal egyenként elmozdulhatnak) kolloidok

gél állapotú (kocsonyás szilárdabb állapot, a kolloid részecskék összekapcsolódnak hidrátburokkal, jellegzetes térhálós szerkezet alakul ki)

Koaguláció: az a folyamat, mely során a kolloid részecskék durva diszperz rendszerré kapcsolódnak össze. Lehet:Reverzibilis (visszafordítható): pl. a hidrofil kolloidok vízelvonással (dehidratálással) történő kicsapása.Irreverzibilis (visszafordíthatatlan): pl. a hidrofób kolloidok szolvátburkának elvonásakor.

Adszorpció: a felületen való megkötés másodrendű vagy elsőrendű kémiai kötésekkel (pl. a fehérjemolekula vizet köt meg és hidrátburok alakul ki).Jelentősége:

Talajkolloidok: 1-500 nanométeres nagyságuk kis tömegükhöz képest viszonylag nagy fajlagos felületet eredményez. Ennek köszönhetően nagy mennyiségű anyagot tudnak kémiai kölcsönhatással megkötni, adszorbeálni. A kolloidok vízmolekulákat vagy oldott ionokat kötnek meg. A víz - a kolloidális víz – nagyon erősen kötődik a részecskék felületére, ezért a növények ezt nem képesek hasznosítani. Az ionok közül a kationok kötődnek meg mivel atalaj kollodiok negatív töltésű részecskék.

Enzimműködés, stb.

Abszorpció: az anyagban való megkötés (pl. a klorofill megköti a fény energiáját).

Katalizátor: Olyan anyag, amely az aktiválási energia csökkentésével gyorsítja a reakciót. A reagáló anyagok valamelyikével kölcsönhatásba lép, és a reakció végén eredeti formájába visszaalakul. A katalizátor nemcsak a sebességet, de a reakció irányát is megváltoztathatja.

Aktiválási energia : az az energiamennyiség, amely a molekulán belüli kémiai kötéseket fellazítva, azokat reakcióképes állapotba hozza.

Enzim (biokatalizátor) : olyan fehérje, amely segíti egy adott biokémiai reakció vagy reakciótípus végbemenetelét.

A legtöbb biokémiai lépést a fehérje természetű enzimek katalizálják, melyek minden sejtben működnek. Az enzimek globuláris fehérjék. Jellegzetes térszerkezetük van, mely lehetővé teszi, hogy a fehérjék specifikusak legyenek. Vagy egy reakciótípust (pl. hidrogénelvonás, peptidkötés-hasítás), vagy csak egy bizonyos anyag átalakulását (pl. ATP-képzés ADP és P összekapcsolódásával) katalizálják. Azonban a reakció lebonyolításában csak a molekula egy – az aminosav-oldalláncok által kialakított – sajátságos része, az aktívcentrum vesz részt.

Aktív centrum: az enzimnek az a része, ahol a katalizátor reakció végbemegy.Az aktív centrum térszerkezete általában olyan, hogy csak adott szerkezetű molekulák (szubsztrátok) képesek bekapcsolódni., kialakítva az enzim-szubsztrát komplexeket.Szubsztrát: a katalizátor reakcióban szereplő kiindulási anyag.

Az enzimhez kötődő szubsztrát vagy szubsztrátok csak a fehérje aktív centrumával létrejövő kapcsolat specifitása miatt csak megfelelő irányból képesek bekötődni. Emiatt a reagáló anyagok csak a reakció szempontjából, megfelelő irányból találkoznak. Gyakori, hogy az enzim-szubsztrát komplex kialakulásával az enzimfehérje térszerkezete is megváltozik, ekkor válik aktívvá. Az enzimhez kerülés, megfelelő irányban történő bekötődés és egyéb hatások miatt csökken a reakció lezajlásához szükséges energia, az aktiválási energia.

Az enzim segítségével a reakció lezajlásához szükséges aktiválási energia mennyisége jelentősen csökken. A kötések átrendeződésével alakul ki a termék, amelynek a szerkezete eltér az alkotó szubsztrátokétól, így leválik az aktív centrumról. Az enzimet maradéktalanul visszakapjuk, vagyis átalakítást végezhet.

Ahogy a fehérjék többsége nagyon érzékeny a környezet hatásaira, úgy az enzimek is csak megfelelő körülmények között képesek megfelelően működni. Az enzimek rendelkeznek hőmérséklet- és pH-optimummal, illetve különböző anyagok is serkenthetik vagy gátolhatják a működésüket. Fontos a sejt számára a homeosztázis, a szabályozott állandóság. Már kis hőmérsékleti vátozás (pl. tartós magas nyári hőmérséklet, láz stb.), vagy kémhatás módosulása (pl. gyors légzés, vagy gyakori hányás miatt) is jelentős működési zavarokat okozhat az enzimeknél, ami akár összeegyeztethetetlen is lehet az élettel.

Enzim hibán alapuló öröklődő emberi betegség a tejcukor-érzékenység. A tejcukor-érzékenység oka a tejcukrot bontó enzim, a laktáz hiánya vagy elégtelen működése. A laktáz enzim a vékonybél nyálkahártyasejtjeiben található. A tejcukor (laktóz) két egyszerű cukormolekulából áll. Egy szőlőcukor (glükóz) és egy galaktóz összetevője van, ezt kémiai kötés kapcsolja össze. Ennek a kapocsnak az áthasítását, lebontását végzi a bélben a laktáz enzim. Amíg a kettős cukormolekula a bél hámsejtjein nem tud átjutni, addig az egyszerű cukrok képesek erre, így fel tudnak szívódni, eljutnak a vérbe. Az emésztetlen tejcukor ozmotikus hatása révén a vízfelszívódás egyensúlyát megbontva vizet "szív" a bél lumenébe, ami hasmenéssel jár. Egyéb tünetek: felfúvódást, szélgörcsöket, hasi fájdalmat, feszülést, émelygést, hányingert, rossz általános közérzetet, ritkán bőrtüneteket. Megnyilvánulásuk megelőzése: tejcukormentes diéta, laktáz enzim pótlása gyógyszer formájában, tejcukortűrő képesség meghatározása.