12/4/2014

1

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?

12/4/2014

2

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)

12/4/2014

3

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

12/4/2014

4

Hevesy György: nukleáris medicina • 1944-ben a "radioaktív izotópok indikátorként való alkalmazásáért a kémiai kutatásban" indoklással Hevesy Györgynek ítélték oda a Nobel-díjat. •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

12/4/2014

5

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

12/4/2014

6

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

12/4/2014

7

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

12/4/2014

8

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

12/4/2014

9

Szénhidrátok • Cukrok és azok polimerei

• Mono, di- és poliszaharidok

• Tartalék szénhidrát: keményítő, glikogén

Szénhidrátok • Strukturális:

– cellulóz

– Kitin (acetil- glükózamin)

12/4/2014

10

Szénhidrátok

Lipidek • Hidrofób makromolekulák

– Zsírok: zsírsav és glicerin

• Telített, telítettlen

– Foszfolipidek: 2 zsírsavlánc

12/4/2014

11

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)

12/4/2014

12

Nuklein savak. DNS és RNS

• Tárolják és továbbítják a genetikai információt

• Gének

• Dezoxiribonukleinsav

• Ribonukleinsav

12/4/2014

13

Nuklein savak. DNS és RNS

• Építőköveik:

– nitrogén bázisok

– 5 C atomos cukrok

– foszforsav

A sejt molekuláris szerveződése

12/4/2014

14

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)

12/4/2014

15

„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

12/4/2014

16

Növényi sejt

Állati sejt

12/4/2014

17

Kérdés???