Az élő anyagot felépítő kémiai elemek

Átírás

1

2 BIOKÉMIA SZAKMAI INFORMÁCIÓTARTALOM Az élő anyagot felépítő kémiai elemek 1. Elsődleges biogén elemek (a sejtek tömegének 99 %-át adják). Makro elemek Másodlagos biogén elemek (0,005-1%-ban fordulnak elő a sejtben) Nyomelemek 0,005 és 0,001 %-ban vannak jelen az élő szervezetben, nélkülözhetetlenek. Mikroelemek 2. Víz 3. Ásványi sók kationok anionok formájában vannak jelen az élő anyagban 4. Lipidek 5. Szénhidrátok 6. Fehérjék 7. Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok Az emberi szöveteket, szervezetet felépítő sejtek anyagai, lehetnek szerves anyagok és szervetlen anyagok. a. Szerves vegyületek: Biogén elemek Lipidek Szénhidrátok Fehérjék Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok b. Szervetlen vegyületek: Víz Ásványi sók kationok anionok formájában vannak jelen 1. Biogén elemek Földünkön, jelenlegi tudásunk alapján 118 kémiai elem található. Biogén elemeknek nevezzük azokat a szerves elemeket, amelyek részt vesznek a sejtek felépítésében és más kémiai elemmel nem helyettesíthetőek.

3 Elsődleges biogén elemek (organogén elemek), az oxigén, a szén, a hidrogén, a nitrogén. A sejtek anyagainak mintegy 99%-át, építi fel ez a hat elem, amelyek a szerves alapvegyületek építőelemei. Másodlagos biogén elemek, a nátrium (Na), a kálium (K), a kalcium (Ca), a magnézium (Mg) a kén (S) és a foszfor (P) és a klór (Cl). A sejtek anyagainak mintegy 1,5 2%-át teszik ki a másodlagos biogén elemek, főleg az idegrendszer működésében vesznek részt. BIOGÉN ELEMEK ELSŐDLEGES BIOGÉN ELEMEK(kb. 95%) ÁLLANDÓ BIOGÉN ELEMEK MAKROELEMEK MÁSODLAGOS BIOGÉN ELEMEK (néhány %) C, H, O, N P, S, Cl, Na, K, Ca, Mg 1. táblázat Biogén elemek 1 MIKROELEMEK (NYOMELEMEK) (néhány ezrelék) I, Fe, Cu, Zn, Mn, Co, Mo VÁLTOZÓ BIOGÉN ELEMEK F, B, Si, Se, Sn, Cr, V 2. Víz Az élővilág számára az egyik legjelentősebb szervetlen vegyület. A sejt tömegének 60-70%- a, vérünk 83 százaléka, agyunk 75 százaléka víz. Részt vesz a sejtek biológiai folyamataiban (ozmózis, ozmózisnyomás, diffúzió). Valamennyi transzport folyamat mozgató eleme, de részt vesz a szervezet hőháztartás szabályozásában is. A víz dipólus molekulák folyékony halmaza. Dipólus jellegének köszönhetően jó poláris oldószer. Vegyületek a víz hatására, szabadon mozgó ionokra esnek szét- elektrolitos disszociáció. (Iontoforézisnél is nagy jelentősége van). 3. Ásványi sók kationok anionok formájában vannak jelen az élő anyagban A sejtek megfelelő működése a szervezetben található szervetlen sók mennyiségétől függ. A vízben a sók pozitív töltésű kantionra és negatív töltésű anionra disszociál. Ezek az anionok és kationok a szervezet anyagcsere folyamataiban aktív transzport, izommunka, idegrendszer működése, ozmózis, diffúzió- játszik szerepet. Az enzimek és az ATP működéséhez is elengedhetetlenek az ásványi sók a szervezetünkben. Az ATP biztosítja, a legtöbb anyag transzportjához, vagy az ingerület terjedéséhez és felfogásához szükséges "akkumulátor" feltöltését, a membránpotenciál-különbség kialakulását, a sejttérfogat alapvető szabályozását. Így a képződő összes ATP mintegy harminc százalékát a nátrium kálium pumpa használja fel. Éppen ezért az agyban az ATPszint csökkenése és e pumpamechanizmus leállása már néhány perc alatt is megfordíthatatlan károsodáshoz vezet. * 2 4. Lipidek 1 2 táblázat forrása: A leírás forrása:

4 A sejteknek azokat a molekuláit, melyek apoláris oldószerekben oldódnak- lipideknek nevezzük. a. Neutrális zsírok, olajok viaszok (trigliceridek) b. Lipoidok Szterinek - Foszfatidok Zsírkísérő anyagok -Terpénvázas vegyületek a. Neutrális zsírok, olajok viaszok: Egy glicerin molekulához 3 (10-18 szénatom számú) zsírsav kapcsolódik, így alakul ki, a triglicerid. A telített zsírsavaknak magasabb az olvadáspontja ezért a glicerinnel alkotott észtere lesz a neutrális zsírok. A telítetlen zsírsavak glicerinnel alkotott észtere a neutrális olajok. 1. ábra 3 Telített zsírsavak: sztearinsav palmitinsav mirisztinsav laurin Telítetlen zsírsavak: - olajsav - linolsav - linolénsav 3 7 ábra forrása:

5 - arachidonsav 2. ábra Zsírsavak 4 A trigliceridnek szerepe a szervezetben: A zsírban oldódó vitaminok FEDAK- oldószere A szervezet elsődleges energiaraktára. Mechanikai védelmet nyújt, és hőszigetelő hatása van Felfüggeszti a belső szerveket. Előfordulásuk A zsírszövet zsírsejtjeiben, elsősorban a bőraljában, és a keringésben a különböző hordozó fehérjéken találhatók meg. 4 8 kép forrása:

6 b. Lipoidok Szterinek - Foszfatidok Zsírkísérő anyagok -Terpénvázas vegyületek Szterinek: A szterinek szabadon vagy zsírsavakkal észterezve fordulnak elő. Természetes forrásaik szerint vannak: - zooszterinek vagy állati szterinek (koleszterin, dehidrokoleszterin, koproszterin, alloszterin), - fitoszterinek vagy növényi szterinek, amelyek magasabb rendű növényekben találhatók (szitoszterin, sztigmaszterin), - mikoszterinek, amelyek alacsonyabb rendű növényekben, elsősorban gombákban fordulnak elő (ergoszterin, dehidroergoszterin, zimoszterin). Foszfatidok Legismertebb foszfatidok a lecitin és kefalin, a sejt a membránok felépítésében vesznek részt. Amfipatikus tulajdonságuk folytán micellaképzésre képesek, ami a foszfoglicerideket membránok kialakítására teszi alkalmassá. - Terpénvázas vegyületek - Karotin - Xantofill - Likopin 5. Szénhidrátok Az élő szervezet energiát szolgáltató tápanyagai.

7 Csoportosításuk: - Egyszerű szénhidrátok (monoszacharidok ) - Összetett szénhidrátok (poliszacharidok ) a. Cukorszerű poliszacharidok b. Nem cukorszerű poliszacharidok Egyszerű szénhidrátok: Az egyszerű szénhidrátok 3-7 szénatomot tartalmazó monoszacharidok. Vízben jól oldódó, fehér színű, édes ízű, kristályos anyagok. Többértékű alkoholok oxidációs termékeiből alakulnak ki, az alkoholok egyik hidroxidcsoportja, oxocsoporttá oxidálódik. Így megkülönböztetünk: - Aldózok - Ketózok Ezek közül a legfontosabbak a hexózok és a pentózok. Hexózok: - Aldohexózok: pl.: szőlőcukor - Ketohexózok: pl.: gyümölcscukor Pentózok: - Aldópentóz: pl.: D- ribóz ( RNS- egyik összetevője), 2- dezoxi- D- ribóz (DNS egyik összetevője) Összetett szénhidrátok (poliszacharidok ) 2-10 onoszacharid molekula építi fel a poliszacharidokat. a) Cukorszerű poliszacharidok - 2 szénhidrát egységből áll: Diszacharidok pl.: maltóz, laktóz, szacharóz szénhidrát egységből áll: Oligoszacharidok b) Nem cukorszerű poliszacharidok Nem édes ízű, vízben nem oldódó, a vízzel kolloid oldatot képző, nagy molekula tömegű több monoszacharid egységből felépülő makromolekula. Az élőlények ebben a formában raktározzák el a glükózt a testükben. Fontos tartalék tápanyagok. Nem cukorszerű poliszacharidok csoportosítása: - Növényi eredetű: - keményítő - cellulóz

8 - keményítő - agar- agar - tragant - pektin - karragén - Állati eredetű: - glikogén (izomban és a májban) - hialuronsav (vízmegkötő illetve ízületekben és az izmokban síkosító szerepet tölt be) - heparin (vérben) - dextránok 6. Fehérjék Nagy molekulájú, nitrogén tartalmú vegyületek. Csoportosításuk: - A fehérjék csoportosítása összetételük alapján: - Egyszerű- csak aminosavakból áll. - Összetett- más vegyületet is tartalmaz az aminosavakon kívül. Metalloproteinek: Fémionokat tartalmaznak, Foszfoproteinek: pl.: kazein Hem-proteinek: pl.: hemoglobin, mioglobin, Glikoproteinek: Szénhidrát-részt tartalmaznak, pl.: γ- globulin. Lipoproteinek: pl.: β 1 -lipoprotein Flavoproteionek: Flavinnukleotid részt tartalmaz. Nukleoproteinek: Nukleinsavakat tartalmaznak, például a riboszómák RNS-t. TANULÁSIRÁNYÍTÓ Olvassa el figyelmesen a csoportosítást, és keressen önállóan példákat minden fehérje csoportra, ami a következő részben szerepel!

9 - A fehérjék csoportosítása biológiailag betöltött szerepe alapján: Enzimek: szervezetben lejátszódó folyamatok reakciósebességét növelő anyagok, biokatalizátorok. Transzportfehérjék: a szervek közti szállító feladatok ellátása. Védőfehérjék: a szervezet, fertőzéssel vagy sérüléssel szembeni védekezését biztosítják. Toxinok: olyan mérgek, amelyek valamely természetes biológiai folyamat során jönnek létre. A venomok olyan toxinok, amelyeket szándékosan fecskendez be egy állat az áldozatába harapással, csípéssel vagy szúrással azért hogy kifejtse benne a mérgező hatást. A kémiai mérgek ezzel szemben a bőrön vagy a bélfalon át felszívódva fejtik ki a hatásukat. Hormonok: azok az élő szervezetben képződő anyagok, amelyek a felépítésüket végző sejtet elhagyva bekerülnek a véráramba és így jutnak el egy másik sejtbe, amelynek működését igen kis koncentrációban is specifikusan befolyásolják. Struktúra fehérjék: A mozgáshoz szilárd vázat biztosítanak, és a külső védelmet szolgálják. Motorfehérjék: a sejtszervecskék, vezikulumok sejten belüli mozgatása Tartalék fehérjék: Az embrionális fejlődés korai szakaszában tartalékként szolgálnak. - Szerkezetük alapján: - elsődleges szerkezet - másodlagos szerkezet - harmadlagos szerkezet 7. Nukleotid típusú vegyületek: nukleinsavak és szabad nukleotidok 1868-ban Mieschler-nek sikerült gennysejtek magvából egy addig ismeretlen, foszfortartalmú anyagot izolálni, amit sejtmagból (nucleus) állította elő, és nukleinnek nevezett el. A szervezetben részt vesznek az energiatárolásban, a különféle anyagok szállításában, és a genetikai információ tárolásában, átadásában, az információt tartalmazó fehérje bioszintézis irányításában. A nukleinbázisok ribózhoz vagy dezoxiribózhoz kapcsolódnak, az így létrejött vegyületek a nukleozidok, amelyekhez ha foszforsav kötődik, kialakulnak a nukleotidok. A nukleotidok tetszőleges számban összekapcsolódhatnak, ez a polinukleoid lánc a nukleinsav. A szabad mono- és dinukleotid molekulák fontosak az anyagcsere folyamatokban. Minden élőlényben megtalálható az anyagcsere energiatároló és közvetítő nukleotidja, az andenozin- trifoszfát (ATP). Aszerint, hogy a nukleinsav dezoxiribózt vagy ribózt tartalmazó nukleotidokból épülnek fel, megkülönböztetünk dezoxiribonukleinsavakat (DNS) és ribonukleinsavakat (RNS).

10 RNS: Minden ribonukleotid egy ribóz cukormolekulából, egy nitrogéntartalmú szerves bázisból és egy foszfátcsoportból áll. Típusai: - riboszomális RNS: (rrns): az összes RNS tömegének 85%-át e típus adja. A riboszómák felépítésében vesznek részt- a fehérjék mellett. - transzfer RNS: (trns): a legkisebb RNS-molekula. Szerepe a fehérjék építőegységeinek, az aminosavaknak a riboszómákhoz való szállítása - hírvivő RNS: (mrns,): a legtöbb RNS-típushoz hasonlóan egyszálú molekula, hosszúsága, így tömege is nagyon változó. Szerepe a fehérjeszintézisben a DNS-ben kódolt genetikai információ szállítása a fehérjék szintézisének helyére, a riboszómákhoz. Az összes RNS tömegének 5%-át e típus adja DNS: A nukleinsavakban a nukleotidban, dezoxiribóz található. A DNS egy genetikai kód, amiben a kromoszómák a genetikai információ hordozói, az emberek és valamennyi élő szervezet, örökítő anyaga. A DNS nagyobb része a sejtmagban található, míg kisebb mennyiség a mitokondriumokban van jelen. (lásd a sejt felépítésénél!) Az információt a DNS négyféle kémiai bázisból képzett kóddal tárolja: - adenin (A), - timin (T), - citozin (C) - guanin (G). Az A-T és a C-G kapcsolódhatnak össze bázispárokká. Az A-T és a C-G egy cukor és egy foszfát molekulához kapcsolódnak, és ezeket nukleotidnak nevezzük.a nukleotidok két hosszú spirál alakú szálat, ún. kettős spirált alkotnak. Két ilyen lánc egymásra csavarodva alkotja a DNS-molekula dupla-hélix formáját. A DNS a tulajdonságok nemzedékről nemzedékre való átadásáért felelős. Ezeknek kialakítását a fehérjék aminosav sorrendjének információja határozza meg, amit a DNS tartalmaz. 1. feladat Melyek a biogén elemek?

11 2 feladat Mi a víz jelentősége az élő anyagban? 3. feladat Csoportosítsa a lipideket! 4. feladat Mi az összefüggés az egyszerű cukrok és a DNS között? 5. feladat Sorolja fel az összetett szénhidrátokból a nem cukorszerű szénhidrátokat!

12 6. feladat Sorolja fel a biológiai jelentőség szerint, milyen fehérjéket ismerünk? 1. feladat Elsődleges biogén elemek (organogén elemek), az oxigén, a szén, a hidrogén, a nitrogén. A sejtek anyagainak mintegy 99%-át, építi fel ez a hat elem, amelyek a szerves alapvegyületek építőelemei. Másodlagos biogén elemek, a nátrium (Na), a kálium (K), a kalcium (Ca), a magnézium (Mg) a kén (S) és a foszfor (P) és a klór (Cl). A sejtek anyagainak mintegy 1,5 2%-át teszik ki a másodlagos biogén elemek, főleg az idegrendszer működésében vesznek részt. 2. feladat Részt vesz a sejtek biológiai folyamataiban (ozmózis, ozmózisnyomás, diffúzió). Valamennyi transzport folyamat mozgató eleme, de részt vesz a szervezet hőháztartás szabályozásában is. 3. feladat 4. feladat a. Neutrális zsírok, olajok viaszok (trigliceridek) b. Lipoidok Szterinek - Foszfatidok Zsírkísérő anyagok -Terpénvázas vegyületek Az egyszeű szénhidrátok lehetnek: - Aldózok - - Ketózok Ezek közül a legfontosabbak a hexózok és a pentózok. Pentózok: - Aldópentóz: pl.: D- ribóz ( RNS- egyik összetevője), 2- dezoxi- D- ribóz (DNS egyik összetevője) 5. feladat Nem cukorszerű poliszacharidok csoportosítása: - Növényi eredetű: - keményítő - cellulóz

13 - keményítő - agar- agar - tragant - pektin - karragén - Állati eredetű: - glikogén - hialuronsav - heparin - dextránok 6. feladat Enzimek: Transzportfehérjék: Védőfehérjék: Toxinok Hormonok Struktúra fehérjék: Motorfehérjék: Tartalék fehérjék:

14 IRODALOMJEGYZÉK FELHASZNÁLT IRODALOM Bodor Ferencné: Biológia- Műszaki Könyvkiadó Bodor Ferencné: Biológia kozmetikusoknak- Műszaki Kiadó Bodor Ferencné: Kozmetikus szakmai ismeretek- Műszaki Kiadó Elődi ál: Biokémia (Akadémiai Kiadó, Budapest 1980) De Robertis E. D. P. Nowinski W. W. Saez A. S: Sejtbiológia (Akadémiai Kiadó Budapest 1970) Szentágothai János - Réthelyi Miklós: Funkcionális anatómia (Medicina Kiadó 1989) amaszto.htm ttp://hu.wikipedia.org/wiki/endoplazmatikus_retikulum AJÁNLOTT IRODALOM Bodor Ferencné: Biológia kozmetikusoknak- Műszaki Kiadó Bodor Ferencné: Kozmetikus szakmai ismeretek- Műszaki Kiadó Elődi Pál: Biokémia (Akadémiai Kiadó, Budapest 1980)

15