1
Vizsgakövetelmények Értse a C, H, O, N, S, P szerepét az élő szervezetben. Ismerje a H +, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+-3+, Na +, K +, Cl - HCO3, a CO3 2, NO3 - ionok természetes előfordulásait. Ismertesse az I, F, Si szerepét az élő szervezetben. Ismerje a NO2 és PO4 3 ionok természetes előfordulásait. Tudja magyarázni a só jódozásának és a fogkrémek fluorozásának szerepét. Értse a víz, a szén-dioxid és az ammónia jelentőségét az élővilágban (lásd később). Értse, hogyan és miért mutatható ki a szén-dioxid meszes vízzel. Ismerje a diffúzió és az ozmózis biológiai jelentőségét, és tudja magyarázni a két folyamatot. Tudjon elvégezni és értelmezni egyszerű ozmózisos kísérleteket. Értse a szervezet ozmotikusan aktív anyagainak szerepét az életfolyamatokban (vérfehérjék a visszaszívásban, nyirokképzés, lásd még nyirokrendszer). Magyarázza a lipidek oldódási tulajdonságait, tudjon hozni ezekre hétköznapi példákat. Értse, miért léphet fel könnyen a zsírban oldódó vitaminok túladagolása. Ismerje a zsírok (glicerin+zsírsavak) és a foszfatidok (glicerin+ zsírsavak+ foszforsav) szerkezetét. Ismerje a zsírok és olajok biológiai szerepét (energiaraktározás, hőszigetelés, mechanikai védelem), és hozza ezt összefüggésbe a zsírszövet szervezeten belüli előfordulásával. Magyarázza a foszfatidok polaritási tulajdonságai alapján, miért alkalmasak a biológiai membránok kialakítására (hártyaképzés). Lássa és magyarázza a kapcsolatot az epesav polaritása és az epesav sók emulziót stabilizáló szerepe között. Tudjon elvégezni és értelmezni az epe zsírokat szétoszlató szerepét bemutató kísérletet. Ismerje fel a sztrenánvázat és a karotinoidok alapszerkezetét. Értse a karotinoidok konjugált kettőskötés-rendszere és fotokémiai szerepe közötti összefüggést a növényekben (karotin, xantofill) és az emberi látás folyamatában (Avitamin, rodopszin). Lásd még fotoszintézis, szem. Ismerje a következő vitaminok élettani jelentőségét, és tudja azokat összekapcsolni hiánytüneteikkel: D-, A-, E, K. 2
A sejtek kémiai felépítése A biogén elemek Szerkesztette: Vizkievicz András Biogén elemeknek az élő szervezeteket felépítő kémiai elemeket nevezzük. A természetben található 90 elemből ez mindössze kb. 30. Az elsődleges biogén elemek a szerves vegyületek tömegének több mint 95%-át alkotják. Ez csupán 4 elem: H, O, C, N. Jellemzőik: kicsi atomsúly, atomméret, melynek köszönhetően nagy számban kapcsolhatók össze, változatos molekulákat alkotva. Erős kovalens kötés kicsi méret, nagy EN - kialakítására képesek, ezért stabil molekulákat alkotnak. Többszörös kötések kialakítására képesek. A másodlagos biogén elemek a szerves vegyületekben kb. 1-2 %-ban jelen lévő elemek. Mint pl.: P, S, Fe, Mg, Na, K, Ca, Cl. A mikroelemek, nyomelemek a szerves vegyületekben néhány ezrelékben megtalálható elemek. Mint pl. Mn, Cu, Zn, Co, Mo, Cr, stb. Az egyes biogén elemek jellemző előfordulásai az élő szervezetekben: H - víz és szerves vegyületek alkotója, O - víz és szerves vegyületek alkotója, C - szerves vegyületek alkotója, N - fehérjékben és nukleinsavakban, P - nukleinsavakban, foszfolipidekben, gerincesek csontjaiban, S - fehérjékben (cisztein, metionin aminosavakban), Továbbá Fe 2+ - hemoglobinban, citokrómokban, Mg 2+ - klorofillban, izmokban, csontban, Na +, K + - testnedvek szabad kationjai, Ca 2+ - csontokban, idegsejtek működéséhez, izomműködéshez, véralvadáshoz kell, Cl - - testnedvek szabad anionja, H + - testnedvek (növényekben, állatokban), citoplazma ph-jának meghatározója (0-7-ig savas, 7 semleges, 7-14-ig lúgos kémhatást határoz meg), HCO3 - széndioxid vízben való oldódásakor keletkezik (CO2 + H2O = H2CO3 = = H + + HCO3 - = H + + CO3 2- ), előfordul természetes vizekben, testnedvekben, vízi növények fotoszintéziséhez a széndioxidot ilyen formában veszik fel. CO3 2, - szintén a széndioxid vízben való oldódásakor keletkezik, NO3, NO2 - - vizekben, talajoldatban fordulnak elő, növények legfontosabb N- forrásai. 3
PO4 3- - vizekben, talajoldatban oldottan fordul elő (ill. H2PO4 - formájában) növények legfontosabb P-forrásai. Továbbá csontok szilárd, szervetlen állományának fő alkotói, mint különféle apatitok (Ca5(PO4)3 - ). I - a pajzsmirigyben termelődő tiroxin hormon felépítésében vesz részt. F - csontokban, fogzománcban található, fluorapatitokban ( Ca5(PO4)3F). Si - SiO2 formájában kovaszivacsokban, zsurlók sejtfalában, kovamoszatokban fordul elő, szilárdító vázanyag. Co 2+ - B 12 vitamin szintéziséhez, Cr 3+ - az inzulin működéséhez szükséges. Általában elmondható, hogy a különféle ásványi anyagok ionjai többnyire oldott állapotban fordulnak elő, mind természetes vizekben, mind a sejtplazmában vagy különféle testnedvekben (vér, szöveti folyadék, nyirok, stb.). Egyes biogén elemek relatív gyakorisága a földkéregben, ill. az élő szervezetben eltérő. Földkéreg Emberi szervezet H 0% 60,3% O 62,5% 25,2% C 0,1% 10,5% N 0,00001% 2,42% Az élő szervezetekben és az élettelen környezetben a biogén elemek megjelenési formája is eltérő. Élettelen környezet Élő szervezet C: CO, CO2, CaCO3, HCO3 -, CO3 2- szerves vegyületek O: O2, H2O, szilikátokban, karbonátokban szerves vegyületek H: H2O víz, szerves vegyületek N: N2, nitritek, nitrátok, ammónia fehérjék, nukleinsavak A biogén elemek kimutatása A szerves vegyületek minőségi analízise során a minta kis részletének elégetésekor keletkezett égéstermékeket gázokat, hamut - vizsgáljuk. Bármely szerves vegyület elégetésekor az anyag széntartalma széndioxiddá, hidrogéntartalma vízzé oxidálódik. A szén és a hidrogén kimutatása A szén kimutatása során a fejlődő széndioxid gázt meszes vízbe vezetjük, mely a keletkező, rosszul oldódó kalcium-karbonáttól megzavarosodik. CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajcy1sa3n0rhzwq2s/ A hidrogén kimutatásakor a kémcső hidegebb részein lecsapódó páracseppek a szerves vegyületek hidrogénjének oxidációját jelzik. 4
A nitrogén kimutatása során a szerves vegyületek nitrogéntartalma nátrium-hidroxiddal ammóniává alakítható. A lúgos kémhatású ammónia keletkezését a lakmusz indikátor kékre változása jelzi. https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajrjr1cec2zhhzngc A kén kimutatása során a szerves vegyületek kéntartalmát nátrium-hidroxiddal melegítve szulfid ionokká alakítjuk. A keletkezett szulfidionok ólom-nitráttal fekete ólom-szulfid csapadékká alakulnak. S 2- + Pb(NO 3) 2 = PbS +2 NO 3 - https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajympbvedjwldluxm A vas kimutatásakor a szerves hamuból a vasat salétromsav mellett káliumrodaniddal lehet kimutatni, vörös színű vas-rodanid keletkezik. Fe(NO 3 ) 3 + 3 KSCN = Fe(SCN) 3 + 3 KNO 3 https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajwgpodthgddeweuk A víz Az élőlények számára a legjelentősebb szervetlen vegyület a víz. Élőlények, szövetek hozzávetőleges víztartalma m%-ban: Élőlények % szövet % felnőtt nő 55 csontváz 32 felnőtt férfi 65 bőr 65 csecsemő 74 agy 73 éti csiga 84 izomzat 80 medúza 98 A vízmolekula dipólusos szerkezetű, mivel nagy az elektronegativitás különbség a kapcsolódó atomok között, ill. a molekula aszimmetrikus, V alakú, a kötésszög kb. 105 o. A vízmolekulák között H-kötések találhatók, ezért: magas olvadás- és forráspont, nagy hőkapacitás, nagy párolgáshő jellemző, továbbá fagyásakor a halmaz térfogata nő. A víz biológiai szerepe 1. Kitűnő poláris oldószer Poláris vegyületeket hidratációval, ionrácsos vegyületeket elektrolitos disszociációval, amfipatikus vegyületeket micellaképződéssel oldja. Mindazon vegyületek jól oldódnak vízben, amelyek H- kötésre képesek. 5
2. Reakciópartner Hidrolízis során egy nagyobb molekula víz belépésével kisebb molekulákra bomlik. Kondenzáció során kisebb molekulák víz kilépésével nagyobb molekulákká egyesülnek. 3. Reakcióközeg 4. Szállítóközeg, vízben oldott anyagokat szállítja (pl. vér). 5. Szerkezet meghatározó A sejtek alakjának, lágyszárú növények, puhatestűek testalakjának meghatározója. Meghatározó élettani folyamatok hátterében, a vízzel kapcsolatosan két fontos fizikai-kémiai folyamat áll: a diffúzió és az ozmózis. Diffúzió https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajd2rrbu9yunaxv28/view?usp=sharing Koncentrációkülönbség hatására a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb felé irányuló, spontán végbemenő anyagtranszportot diffúziónak nevezzük. A diffúziónak köszönhetően a rendszerben a diffundáló anyag koncentrációja kiegyenlítődik, a részecskék a rendelkezésre álló teret egyenletesen kitöltik. A diffúziót a részecskék hőmozgása teszi lehetővé. A diffúzió sebessége függ: a diffundáló molekula méretétől fordítottan, a hőmérséklettől egyenesen, a közeg sűrűségétől fordítottan arányosan. Diffúzióval lép be pl. az oxigén a tüdő légteréből a hajszálerekbe, a hajszálerekből a szöveti sejtekbe, diffúz légzésű állatoknál a kültakarón át a testbe, A széndioxid diffúziójának az iránya az oxigénnek ellentétes. Diffúzióval ozmózissal, lásd alább - mozog pl. a víz a különböző határfelületeken keresztül, pl. ilyen a növények vízfelvétele a talajból, a vesében a víz mozgása, a bélcsőben a víz felszívódása, stb. Ozmózis Az oldószer féligáteresztő (szemipermeábilis) hártyán keresztül végbemenő diffúziója. Ha az ilyen hártyák két oldalán különböző koncentrációjú oldatok találhatók, akkor az oldószer részecskéi a hígabb oldat felől ahol a víz koncentrációja nagy - a töményebb oldat felé ahol a víz koncentrációja kisebb, hiszen az oldatban oldott anyag is van - diffundálnak. A féligáteresztő hártyák a nagy molekulákat nem engedik át, csak a kis molekulákat, és főleg az oldószert. 6
Kísérlet https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajylhwck5xslfottg Egy üvegedénybe desztillált vizet öntünk, majd ebbe belehelyezünk egy üvegcső végére kötözött, cukoroldatot szacharóz tartalmazó celofánzsákot. A kísérlet kezdetén az üvegkádban levő víz szintje és az üvegcsőben található cukoroldat vízszintje megegyezik. Néhány óra múlva azt tapasztaljuk, hogy az üvegcsőben levő oldat szintje megemelkedik. Magyarázat A rendszerben koncentrációkülönbség van mind a cukorra, mind a vízre nézve. A cukor diffúzióját, nagy mérete miatt, a féligáteresztő hártya megakadályozza. A pohárban tiszta víz van, ezért annak térfogategységeiben több vízmolekula van, mint a zsákban lévő cukoroldat térfogategységeiben. Emiatt a diffúzió a vízmolekulákat a zsák belseje felé hajtja. (Kifelé is lépnek vízmolekulák, de kisebb sebességgel, mint befelé.) Ha a vízbelépés sebessége v1, a kilépésé pedig v2, akkor a folyamat elején v1 > v2, ezért a zsák folyadékszintje emelkedni fog. A szintemelkedés egy idő után megáll, amit az okoz, hogy az emelkedő folyadékoszlop nyomása és a bent lévő egyre több vízmolekula fokozza a kilépés sebességét, s így v2 végül addig nő, amíg egyenlők lesznek. Amikor v1= v2, dinamikus egyensúlyi állapot áll be. Azt a nyomást, amelyet a tiszta oldószerrel féligáteresztő hártyán át kapcsolatban lévő oldatra kell kifejteni ahhoz, hogy dinamikus egyensúly jöjjön létre ozmózisnyomásnak nevezzük. Az ozmózisnyomás az oldat töménységével egyenesen arányos. https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajt1a0wlc2su85ngm/view?usp=sharing https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajt1a0wlc2su85ngm/view?usp=sharing Az élő szervezetben a sejtmembránok féligáteresztő hártyák. Fordított reverz ozmózisról akkor beszélünk, ha nagyobb külső nyomást alkalmazunk, mint az ozmózisnyomás. Ilyenkor ugyanis oldószer fog kipréselődni a hártyán a hígabb oldat felé. Ez a jelenség az oka annak, hogy a hajszálerek artériás szakaszán (fehérjementes) vérplazma préselődik ki, itt ugyanis a vérnyomás meghaladja a vérplazma vérfehérjék által kialakított ozmózisnyomását. 7
Lipidek A lipidek olyan szerves vegyületek gyűjtő csoportja, amelyek igen különböző szerkezetűek, azonban közös sajátságuk, hogy apoláris oldószerekben jól oldódnak. https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajse9rwf94zljkvvu Fontosabb csoportjaik Elszappanosítható lipidek (NaOH-val főzve disszociálnak, szappanok jönnek létre) Neutrális zsírok Foszfolipidek El nem szappanosítható lipidek Szteroidok o Szterolok o Epesavak o Hormonok Karotinoidok Neutrális zsírok Ide tartoznak a természetes zsírok és a nem illó olajok. Szobahőmérsékleten azokat a neutrális zsírokat, amelyek szilárdak: zsíroknak, folyékony halmazállapotúak: olajoknak nevezzük. A neutrális zsírok kémiailag a glicerin zsírsavakkal alkotott észterei (triacil-gliceridek). Másképpen szólva glicerinből és zsírsavakból kondenzációval jönnek létre, melynek eredményeképpen a kapcsolódó csoportok között észter-kötés jön létre. Bomlásuk hidrolízissel történik, pl. lipáz enzim hatására a bélben. https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajzvczdlbhcgd5emm Zsírsavak: telített: Palmitinsav (16), sztearinsav (18) telítetlen: Olajsav (18) 8
A neutrális zsírok biológiai szerepe 1. Raktározott tápanyagok, mivel kétszer annyi energiát tárolnak, mint az azonos tömegű szénhidrátok. Heterotróf szervezetekben elsődleges energiaraktárak. Állati szervezetekben a zsírszövetekben halmozódnak fel: bőr alatt, szervek körül (bélcső, szív, máj, vese, szem). Növényekben pl. olajos magvakban találhatóak meg. 2. Helyzetüknél fogva - a bőr alatt - hőszigetelő szerepet látnak el. 3. Zsírban oldódó vitaminok (D, E, K, A) oldószerei. 4. Mechanikai szerepük van, pl. szervek helyét rögzítik. 5. Talpon, tenyéren puha párnákat képeznek. Az állati szervezetekben minden feleslegben felvett tápanyag zsírrá alakul. https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajrerssnjuzghyogs https://drive.google.com/file/d/0b1bzotldajajzva0mxuxrnpdtuk https://drive.google.com/file/d/0b15kjwya2umft1fetfrpzjnsnda Foszfolipidek Alapvegyületük a foszfatidsav, amelynek részei: glicerin, két zsírsav, foszforsav. Az egyes foszfatidok a foszforsavhoz kapcsolódó további csoportokban különböznek egymástól pl. a lecitinben (a sejthártyában), a foszforsavhoz egy N-tartalmú csoport, a kolin kapcsolódik. A foszfolipidek kettős oldódású, amfipatikus vegyületek, mivel poláris és apoláris részekből állnak, így oldódnak poláris és apoláris oldószerekben egyaránt. A glicerin, a foszforsav és a kapcsolódó csoport poláris, a zsírsavak apolárisak. Vízben kolloid méretű gömb-, ill. lemezes micellákat alkotnak, amelyekben a molekulák a vizet maguk közül kiszorítva, apoláris részeikkel egymás felé fordulva, kettősrétegbe rendeződnek. Legfontosabb biológiai szerepük, hogy a sejtekben határhártyákat, membránokat hoznak létre, így vizes tereket választanak el. 9
Szteroidok Az ide tartozó vegyületek közös szerkezeti sajátsága a szteránváz. Az egyes szteroidok a szteránvázhoz kapcsolódó funkciós csoportok minőségében térnek el egymástól. 1. A szterolokban a szteránvázhoz -OH-csoport kapcsolódik. Koleszterol Állati zsírokban, vérben, epében, sejthártyában fordul elő. Részben táplálékkal vesszük fel, állati zsiradékok tartalmazzák nagyobb mennyiségben, részben a szervezetünk állítja elő a májban. Fontos előanyaga a különböző szteránvázas vegyületek pl. hormonok - szintézisének, ugyanakkor magas koncentrációja a vérben érszűkületet, érelmeszesedést okoz. D-vitamin (kalciferol D2, D3) A szervezetünk optimális kalcium-anyagcseréjéhez szükséges zsírban oldódó vitamin. A kalciferol gyűjtőnév, kétféle különböző szerkezetű, azonos hatású vegyület neve, melyeket D3 (kolekalciferol), D 2 (ergokalciferol) vitaminnak nevezünk. Fő forrása E vegyületeket részben a táplálékkal vesszük fel (D2, D3), magas D-vitamin tartalmú ételek a halmájolajok, tejtermékek, tojás, részben a szervezetünk maga állítja elő (D3) a nap UV sugárzásának segítségével. koleszterin 7-dehidrokoleszterin kolekalciferol (D3-vitamin) bőrben előanyag bőrben inaktív A D-vitamin előanyaga (7-dehidrokoleszterin) koleszterinből jön létre a bőrben. Az előanyagból (7-dehidrokoleszterin) az inaktív D3-vitamin, a kolekalciferol szintén a bőrben, UV hatására képződik, egy kötés felszakadása révén. 10
Mind a szervezetben UV hatására szintetizálódott, mind a gyógyszeresen bekerülő inaktív D3-vitamin a májban raktározott 25-hidroxi-kolekalciferollá, végül a vesében 1,25- dihidroxi-kolekalciferollá alakul át, amely a vitamin biológiailag aktív formája. máj vese Röviden: koleszterinből előanyag a bőrben képződik ebből a bőrben inaktív D-vitamin lesz ez a májban raktározódik vesében aktív vitaminná alakul. Szerepe A kolekalciferol és még inkább annak hidroxilált származékai egy kalciumtranszport-fehérje képződését segítik elő a vékonybél-nyálkahártyában a génátírás aktiválása révén. Ezért: fokozzák a kalcium- és a foszfát felszívódását a bélből, ezáltal emelik a vér kalcium- és foszfátkoncentrációját, elősegítik a kalcium beépülését a csontokba. Ezenkívül fokozza az immunrendszer működését. (Télvégi influenzajárványok egyik oka a szervezet alacsony D vitamin tartalma.) A D-vitamin előállításának első lépése a májban játszódik le, ahol a 25-hidroxiláz nevű enzim az inaktív D- vitamint raktározásra alkalmas formává alakítja. A következő lépés jellemzően a vesében játszódik le, de a közelmúltban más szövetekben, így a bőrben, a belekben és a prosztatában is kimutatták a D-vitamin átalakítását befejező enzimet. Az Iowa Egyetem kutatóinak elhunyt emberi donorok sejtjeiben sikerült kimutatniuk, hogy az alsó légutakat bélelő sejtekben lévő 1-alfa-hidroxiláz nevű enzim segít átalakítani a D-vitamin raktározott formáját az aktív formává. A további vizsgálatok azonban azt is bizonyították, hogy a légutakat bélelő sejtekben aktivált D-vitamin két olyan génre is hat, amelyeknek az immunválaszban van szerepe. Az egyik gén a cathelicidin nevű fehérjét kódolja, amelynek baktériumölő hatása van. A másik, a CD-14 jelű gén által kódolt fehérje pedig a kórokozók felismerésében tölt be fontos szerepet. Emeltszintű érettségi 2011 május Hiánya A D-vitamin hiány kalcium hiányt eredményez, csontvesztéshez és a csonttörések fokozott kockázatához, fiatal korban az angol-kór kialakulásához vezet. Jobbára fiatalkorban jelentkezik: jellegzetes csontrendszeri elváltozásokat (dongaláb, a gerinc és a mellkas torzulásai) okoz. Hipervitaminózis lép fel a zsírban oldódó vitaminok D,E,K,A - túladagolása esetén, mert zsírokban oldódva nem ürülnek ki, felhalmozódnak a zsírszövetekben. Pl. a D- hipervitaminózis magas vérkalcium szinttel jár, ami erek és szövetek elmeszesedéséhez vezethet. A folyamatosan adagolt mesterséges vitaminkészítmények esetén ezért mindig ügyelni kell a kontrollált és optimális vitamin mennyiségre. 11
2. Epesavak azok a szteroidok, amelyek egyebek mellett karboxil (-COOH) csoportot tartalmaznak és az epében találhatók meg. Az epében sók formájában fordulnak elő ezért az epe nem savas, hanem lúgos -, segítik a zsírok emésztését, úgy, hogy emulgeálják - fizikailag aprózzák -, a nagyobb zsírcseppeket kisebb cseppekké, miáltal nő azok összfelülete, ill. a létrejött emulziót stabilizáják, aminek köszönhetően a zsírbontó lipázok hatékonysága megnő. Legjelentősebb közülük a kólsav. Az epesavak szintén amfipatikus vegyületek, apoláris részükkel körbeveszik a zsírcseppeket, poláris részükkel pedig a vizesfázis felé fordulnak. Hatásuk a szappanokéhoz hasonlítható. Az epe zsírokat szétoszlató szerepét bemutató kísérlet Két kémcsőbe öntsünk 3-3 ujjnyi vizet, mindkettőre rétegezzünk 1-1 ujjnyi olajat! Az egyikbe öntsünk egy ujjnyi epét! Gumidugóval zárjuk le a két kémcsövet, rázzuk össze azokat és várjunk néhány percig! A víz poláris, az olaj apoláris, vízben nem oldódik, az epe kettős oldódási tulajdonságú. Az epét nem tartalmazó rendszer gyorsan két fázisra vált szét, az epés zavaros maradt, mivel az epe apró cseppek formájában oldatban tartja a vízben nem oldódó olajat. 3. Szteránvázas hormonok, melyek jellemzően oxo (C=O) csoportot tartalmaznak. Mellékvesekéreg-hormonok: kortizol: szénhidrát-anyagcserére hat. Aldoszteron: a só visszaszívását serkenti a vesében. A petefészekben termelődő női nemi hormonok: progeszteron: megőrzi a terhességet. Ösztrogén: egyik fő feladata a másodlagos nemi jellegek kialakítása. A herében termelődő férfi nemi hormon: tesztoszteron: másodlagos nemi jellegek kialakításában játszik szerepet. Karotinoidok (terpének) A karotinoidok lényegében szénhidrogének. Konjugált kettős kötés rendszerűek, így könnyen gerjeszthetők, ezért. Karotin: C40H56, a sárgarépa színanyaga, tartaléktápanyaga, az A-vitamin előanyaga. 12
Az A-vitamin (retinol) a májban karotinból keletkező, majd raktározódó zsírban oldódó vitamin. Szerepe A retina fényérzékenységét biztosító rodopszin (fényérzékeny anyag) felépítésében részt vevő retinal előanyaga, ezért a normális látás fenntartásában nélkülözhetetlen, fontos a hámfelületek (bőr, légutak, gyomor, bélcsatorna) védelmében, ezért véd a hámon keresztül történő fertőzések ellen. Fő forrása Vitamin formájában a halmájolajok, tejtermékek, máj, tojássárgája tartalmazzák. Előanyagát, a karotint, tartalmazza a legtöbb zöldség. Mivel vízben nem oldódik, a felszívódásához zsiradék szükséges. Hiánya: szürkületi vakságot (farkasvakságot), sőt teljes vakságot okozhat. Hámszövet-, könnymirigy elsorvadása, a verejték- és faggyúmirigyek megbetegedése, a bőr kiszáradása, fokozott szaruképzés, a szőrzet és a hajszálak törékenysége, kihullása tapasztalható. A nyálkahártyák is szárazak, ezért hamarabb lépnek fel húgyúti, orrvérzés, légúti fertőzések. Likopin: piros színanyag, pl. a paradicsomban fordul elő. Erős antioxidáns, képes a szabadgyököket semlegesíteni, elsősorban prosztatarák megelőzésében találták hatékonynak. Az E- és K-vitaminok gyűrűs karotinoidok, zsírban oldódó vitaminok. E-vitamin (tokoferol) Szerepe A tokoferolok könnyen oxidálódnak, miközben antioxidáns hatást fejtenek ki, így megakadályozzák pl. a többszörösen telítetlen zsírsavak oxidációját, védik a sejteket a káros szabadgyökökkel szemben. Egyesek szerint rákmegelőző ill. -gyógyító hatású. Szükséges lehet az egészséges nemi működéshez (nem bizonyított). Fő forrása: növényi olajokban, magvakban, húsban, májban, tojásban fordul elő. Hiánya Az E-vitamin hiánynak nincsenek kifejezett tünetei. Nemi működések zavarához, magzatfejlődési problémákhoz vezet. 13
K1,2 vitamin (fillokinon) Szerepe A normális véralvadáshoz kell, jelenlétében a máj véralvadási faktorokat, pl. protrombint szintetizál. Fő forrása K1-t növényi olajok, zöld leveles zöldségek, káposzta, brokkoli, paraj tartalmazzák, fillokinon elnevezés az előfordulására utal (filum = levél). A K2-t bélbaktériumok termelik. Éppen ezért hosszan tartó, bélgyulladással járó betegég, vagy antibiotikumos terápia következményeként K-vitamin hiány állhat elő. Hiánya Vérzékenységhez, véralvadási zavarokhoz vezet. Retinál A szem fényérzékeny anyaga, az A-vitaminból keletkezik az OH-csoport aldehid-csoporttá való oxidációjával. A látás lényege, hogy a cisz-retinál transz-retinállá izomerizálódik fény hatására. 14
A kolloid rendszerek A folyékony közegben szétoszlatott diszpergált - részecskék mérete alapján 3 féle anyagi rendszert különböztetünk meg: amennyiben a diszpergált részecskék átmérője 1 nm alatt van, valódi oldatokról beszélünk, ilyen pl. a NaCl-oldat, a glükóz oldat, stb. Ha a szétoszlatott részecskék mérete az 1-500 nm (1-1000) mérettartományba esik, akkor kolloid rendszerről van szó. Amikor a diszpergált részecskék átmérője meghaladja az 500 nm-t akkor a rendszert durva diszperz heterogén - rendszernek nevezzük. Tehát a kolloid rendszer nem anyagi minőséget jelent, hanem egy adott mérettartomány határozza meg. A diszpergáló közeg egyébként nemcsak folyadék, hanem gáz (köd, füst), ill. szilárd halmazállapotú is lehet, azonban ennek biológiai jelentősége nincs. A kolloid rendszerek típusai 1. A diszpergált anyag halmazállapota szerint: emulzióról beszélünk, ha folyadékban folyadékot oszlatunk szét, szuszpenziónak nevezzük, amennyiben a szétoszlatott részecskék eredetileg szilárd halmazállapotúak voltak. 2. A kolloid rendszereket csoportosíthatjuk a szétoszlatott részecskék minősége alapján is: a mikrofázisokat úgy kapjuk, hogy ha vízben rosszul oldódó vegyületet (pl. ezüst-kloridot) nagyon híg oldatok összeöntésével csapjuk ki. A kolloid képződésének lényege, hogy mielőtt a kicsapódó szemcsék túl nagyra nőnének, elfogy a reagens. Az ún. asszociációs kolloidokban eltérő amfipatikus molekulák hozzák létre a kolloid részecskéket, az ún. micellákat. Ezek több molekula összekapcsolódásával jönnek létre. A vizes közegben az apoláris szénhidrogénláncok néznek a micella belseje felé, és a vízkedvelő (hidrofil) rész kerül a micella felületére. A makromolekuláris kolloidokban nagy molekulájú szerves vegyületek (pl. fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok) képeznek kolloid rendszert. Az ilyen, ún. makromolekulás kolloidokban a kolloid részecske egy-egy nagy molekula az oldószer burkába csomagolva. 15
3. A kolloidok osztályozása az eloszlatott részecskék közt ható erő szerint. A szolokban a kolloid részecskék között ható vonzóerők kisebbek a hőmozgás szétszóró erejénél, ezért a részecskék hidrátburkukkal szabadon elmozdulhatnak. Tehát a szol állapotú rendszerek folyékony halmazállapotúak, mint pl. tojásfehérje, vér, tej, stb. A gél állapotú kolloid rendszerekben a részecskék egymáshoz kapcsolódnak, haladó mozgást nem végeznek, így halmazállapotuk szilárdnak mondható, többé-kevésbé alakállandóak, ilyen pl. zselatin, főtt tojás, alvadt vér, tejföl. 4. A diszpergált részecskék és a diszpergáló közeg arányai alapján a géleket: nevezhetjük liogélnek, amennyiben a kolloid részecskék között jelentősebb mennyiségű víz található, mint pl. főtt tojásban, azonban, ha az oldószer mennyisége erősen lecsökken, xerogélről beszélünk, ilyen pl. a haj, száraz zselatin, stb. A kolloidok tulajdonságai 1. A kolloidok fajlagos - egységnyi tömegre eső - felülete igen nagy, ezért jó adszorbensek. Pl. a talajokban található talajkolloidok felületükön vizet, ill. ásványi anyagokat képesek megkötni, ami a növények táplálkozása szempontjából fontos. 2. A kolloid részecskék mérete összemérhető a fény hullámhosszával, ezért szórják a fényt. Ez a Tyndall-effektus. A kolloid rendszerek ezért nem átlátszóak, de nem is átlátszatlanok. Átnézve rajtuk a mögöttük lévő tárgyakat homályosan látjuk. Sötétben, oldalról megvilágítva a kolloid rendszereket, megfigyelhető bennük a fény útja. 16
Az ozmózis demonstrálása növényekben, a plazmolízis vizsgálata. Vöröshagyma húsos alleveléből készítsünk nyúzatot, majd öt percre helyezzük 10%-os KCloldatba vagy CaCl2-oldatba, majd mikroszkóp alatt vizsgáljuk a változást! Amennyiben növényi szöveteket magas koncentrációjú, ún. hipertóniás közegbe helyezünk, a sejtekből víz áramlik ki (elsősorban a vizet könnyen leadni képes vakuolumokból), aminek következtében a sejt térfogata csökken és a sejthártya elválik a merev sejtfaltól. Ez a jelenség a plazmolízis, amelyet különösen akkor figyelhetünk meg jól, ha a vakuolum színanyagokat tartalmaz pl. lila hagyma esetében. A plazmolizált sejt sejtfala kis mértékben, vagy egyáltalán nem zsugorodik. A sejthártya híg plazma esetében konvex felülettel válik el a sejtfaltól (KCl hatására), míg az erősen sűrű plazma esetén helyenként a falhoz tapadva konkáv felületekkel plazmolizál (CaCl2 hatására). A folyamat egy dinamikus egyensúlyi állapot elérése után megáll, hiszen a folyamat során a közeg a vízleadás miatt hígul, míg a sejtben a vízvesztés miatt nő a koncentráció. Amikor a két érték azonos lesz, akkor a víz ki és beáramlásának sebessége kiegyenlítődik, beáll az egyensúlyi állapot. A folyamat visszafordítható, reverzibilis. A plazmolizált sejtet desztillált vízbe helyezve víz beáramlás történik és a sejt eredeti térfogata hamarosan helyreáll. Ez a folyamat a deplazmolízis. Ha a nyúzatot desztillált vízbe helyezzük, anyagáramlás indul a külső folyadék és a sejtek belső tere között. Ozmózissal víz lép be a sejtplazmába (majd a sejtnedv-vakuolumba), ezért a sejtben csökken az oldott anyagok koncentrációja. Az anyagáramlásnak köszönhetően a bőrszöveti sejteket jellemző nyomásértékek megváltozhatnak. A grafikonok közül kettő a nyomásértékek alakulását mutatja a vízbe helyezés pillanatától kezdve. A sejtplazma, illetve a vakuolum ozmózisnyomása (ozmotikus szívóereje). (A) A sejtplazma, illetve a vakuolum turgornyomása (turgora). (B) 17