Az élő szervezetek felépítése

I. Biogén elemek biomolekulák alkotóelemei a természetben előforduló elemek közül 22 fordul elő az élővilágban O; N; C; H; P; és S; - élő anyag 99%-a Biogén elemek sajátosságai: 1. O; N; C; és H a legkisebb atomsúly 2. e - -párok kialakítása - kovalens kötések 3. egyes, kettős és hármas kötések kialakítása (kiv. H) 4. C-atom egy v. több másik C-atommal is kapcsolódhat II. Egyatomos ionok Na + ;K + ;Ca 2+ ; Mg 2+ ; Cl - funkció: ozmotikus egyensúly, a makromolekulák töltése stb. 2

III. Nyomelemek Fe, Cu, Co fontossága oxidációs rendszerek e- akceptorai/donoraiok Molekuláris biológia biomolekulák: egyszerű v. bonyolult szerkezetű szerves anyagok csoportjai: prekurzorok (18-80MS): legegyszerűbbek, alapanyagok (CO 2, H 2 O, N 2, stb ) építőelemek (100-350MS) pl. aminosavak, egyszerű cukrok makromolekulák (10 3-10 9 MS): építőelemek összekapcsolódásából pl. fehérjék, poliszacharidok szupramolekuláris rendszerek 3

IV. A víz Biomolekulákkal a sejtszerkezet kialakulása és fenntartása, folyamatok irányának meghatározása az élőlények 5-90%-a (pl. medúza 98%; éti csiga 84%; felnőtt nő 55%; férfi 65%) oldószer anyagcsere folyamatokban nyersanyag és termék H-kötések egyenlőtlen töltéseloszlás sejt kolloid struktúra hőszabályozó 4

V. Biomolekulák: 1. A szénhidrátok (szh) és szerepük az élővilágban Az élet mai formájában a ~ az elsődleges szerves anyagok. Növényi sejtekben: fotoszintézis Elemi összetétel: C, H és O + tartalmazhat N,(gyak.foszfátészter-származékaik) Összegképlet: ált. C n (H 2 O) m sokféle, mennyiségükre nézve a legelterjedtebb C-vegyületek. A. Egyszerű szénhidrátok /egyszerű cukrok/, monoszacharidok a legkisebb egység - C 3 - C 7, hidrol.-sel tovább már nem bontható trióz, tetróz, pentóz, hexóz... 5

Fizikai tulajdonság: - fehér, szilárd anyagok, édes ízűek. - vízben jól oldódnak hexózok: Kötött állapotban a legelterjedtebb a glükóz (hexóz) (szőlőcukor), gyűrűs szerkezetű, aldóz, kristályos - gyümölcscukor - ketoncsoport pentózok: D-ribóz, 2-dezoxi-D-ribóz (nukleinsavak alkotórészei) B. Összetett szénhidrátok: 1. Diszacharidok 2 egyszerű szh molekulából legelterjedtebb: Szacharóz: cukorrépa, cukornád répacukor/nádcukor. Laktóz (tejcukor): anyatej, tehéntej 6

maltóz (malátacukor): keményítő bontása cellobióz: cellulóz enzimmel történő bontás B. Összetett szénhidrátok: 2. Poliszacharidok legelterjedtebb, sok (100) monoszacharid egység, óriásmolekulák (polimerek) sokféle poliszacharid Funkció: a. tárolt, tartalék - üzemanyagok keményítő, glikogén b. vázanyagok; sejtburkoló hártyák részei; A Földön a l. nagyobb mennyiségben előforduló C - vegyület a cellulóz. 7

fonalszerű, lineáris molekulájú hosszú szálak, szőlőcukor részekből (3000!), szálas, rostos; növényi sejtek, rostok vázanyaga. biológiai jelentőség: sejtfal felhasználás: papír- és textilipar; filmek, lakkok,műszálak gyárt. Keményítő: sok molekulából áll, szemcsék (d=10-40 nm), növ. sejtek (magvak, gumók). fehér, íztelen, szilárd. Forró vízben kolloid! fotoszintézis 2 eltérő szerk. komponens: 20 % amilóz (elágazásmentes), 80 % amilopektin (elágazó szerk.) - glükózegységekből amilóz: spirális lefutású (hélix), az amilopektin helyenként spirális, de ágas-bogas 8

biológiai jelentősége: a növények raktározott tápanyaga. Glikogén: áll. szövetek (máj, izom) tartaléktápanyaga szerk. ~ az amilopektinhez, de több elágazás Kitin: N tartalmú ~, rovarok és rákok és egyes férgek külső vázának szerk. eleme V. Biomolekulák: 2. A fehérjék és szerepük az élővilágban élő sejt= vizes fehérjeoldat. A sejt tömeg 15%-a. ~ gyűjtőfogalom: pl. egy baktériumsejtben 2-300 f. A földi élőlényekben néhány mrd különböző ~. Az anyag molekuláris szerveződése bennük éri el a csúcspontját. Élet ~ nélkül nem létezhet! 9

alap-építőkövei: aminosavak. Term-ben az aminosavak száma >200, de csak 20 vesz részt valamennyi élő szervezetben. A. Aminosavak Kémiai felépítés: karbonsavak aminoszármazékai. C, H, O, N, és (néha) S Szerkezetük az R csoportban különbözik. oldallánc: sokféle funkciós csoport és tulajdonság Peptidek - amidkötéssel (peptidkötéssel) összekapcsolt aminosavak B. Fehérjék természetes polipeptidek Fehérje=polipeptid, de kapcsolódhat más típusú molekulákhoz is a polipeptidek variációja óriási; egy tipikus fehérje 100 v. több aminosavból áll - variációk száma hatalmas 10

a peptidek rendelkeznek az életfolyamatokhoz szükséges összes tulajdonsággal T és H-ion cc változásaira érzékenyek osztályozásuk: szerkezet, funkció v. eredet szerint. A ~ szerkezete: 1. elsődleges - aminosav-szekvencia 2. másodlagos: a peptidlánc normál konformációja helikális és redőzött (hidrogénkötések) 3. harmadlagos: a fehérje teljes 3D-s szerk. (diszulfidhidak, sókötések) 4. negyedleges: néhány peptidlánc nagyobb proteinegységekké történő aggregációja 11

A kémiai tulajdonságaik szerint: 1. egyszerű fehérjék: csak polipeptidláncok pl. albuminok (vérfehérjék), hisztonok 2. összetett fehérjék: a polipeptidlánc + egyéb molekula(ák) a. nukleoproteid (+DNS) b. glikoproteid (+ poliszacharid: biz.hormonok, nyál, csontszövet, kötőszövet) c. lipoproteid: + lipid (membránfehérjék) d. kromoprotein: + fématom festékek (klorofill, hemoglobin) Struktúrájuk szerint: a. fibrilláris: hosszú láncok, vízben oldhatatlan, mechanikailag erősek (izmokban, vázanyagokban) pl. fibroin-selyemhernyó; keratin haj, szőr,toll 12

b. globuláris : polipeptidlánc erősen összegombolyodott; viszonylag könnyen oldódik. Legtöbbjük enzim. A fehérjék funkciói: enzimek spec. reakciók sebességszabályzó katalizátorai (lipáz) hormonhatás pl. inzulin, növekedési hormon transzportfehérjék pl. hemoglobin, albumin, vaskötő globulin strukturfehérjék - szilárd váz, külső védelem pl. kollagén, elastin, keratin, fibroin, membrán szerkezet tápanyag tárolás pl. kazein, ferritin, ovalbumin védelem - pl. ellenanyagok, (antitestek) trombin, kontraktilis fehérjék pl. aktin, miozin a mozgásban toxinok pl. kígyómérgek 13

V. Biomolekulák: 3. A nukleinsavak és szerepük az élővilágban (F. Miescher 1930. ;Watson és F. Crick 1953) makromolekulák:a biológiai/genetikus információ tárolása és átadása Polimerek, építőelemei: nukleotidok (1. az energiaátalakítás - tárolás vegyületei: ATP, ADP 2. Néhány enzim un. koenzimjének alkotórésze) Nukleotid felépítése: foszfátészterek + cukrok + nitrogénbázisok pentóz: D-ribóz az RNS-ben, 2-dezoxi-D-ribóz a DNS-ben nitrogénbázisok: a. pirimidin bázisok: citozin, uracil (RNS -ben), timin (DNS-ben) b. purin bázisok:adenin, guanin 14

B. Polinukleotidok nukleotidegységek összekapcsolóda - polimerek 1. Dezoxiribonukleinsav (DNS/DNA): alapvető fontosságú! Felépítés-térszerkezet: 2-dezoxi-D-ribózt tart. nukleotid egységek egy (néhány vírus) v. 2 szálú DNS (élő szervezetek többsége) molekulává szerveződnek. a DNS kettős hélix: dezoxiribóz + foszfát-ból álló 2 ellentétes lefutású, helikális váz + egy síkban, tengely felé tekintő bázispárok Bázispárosodás: specifikus H-kötések - DNS: az A - T, a G - C DNS-ek különbözése: a bázisok sorrendjének variációja és az összekapcsolódó nukleotidok számának eltérése 15

2. Ribonukleinsav (RNS/RNA) Funkciói: 1. Információ szolgáltatás a fehérjeszintézishez ill. a szintézis véghezvitele. (nem genetikai funkció) a. riboszomális RNS (rrns): a sejt össz-rns 75-86 %-a. - Riboszómákban - fehérjeszintézis. b. transzfer RNS (trns): kül. aminosavak megkötése, aktiválása c. messenger RNS (mrns): gének információját közvetíti a fehérjeszintézis helyére szabályozása?) 2. Genetikus RNS vírusokban, fágokban; srns (génműködés 16

Felépítés-szerkezet: Ribózt tartalmazó nukleotidok polimerje, egyszálúak (általában) Bázisai: adenin, citozin, guanin, uracil. (A- U, G-C) V. Biomolekulák: 4. A lipidek és szerepük az élővilágban különféle, vízoldhatatlan, de szerves oldószerekben (pl. éter, alkohol, kloroform stb) oldódó biomolekulák összefoglaló neve funkciók: a. anyagcsere-foly. raktározott és szállított anyagai energiaforrások b. membrán szerkezeti elemek c. védőanyagok (baktériumok) szigetelő, mechanikai védelem d. anyagcsere-folyamatokat szabályozó vegyületek (pl.hormonok, vitaminok stb.) 17

A lipidek csoportjai (l.fontosabb): A. zsírsavak hosszú C-láncú karbonsavak (C 12 - C 20 ) CH 3 (CH 2 ) n COOH nem elágazó szénhidrogénlánc + karboxilcsoport természetes zsírsavak (70-féle<) - páros számú C-atommal sejtekben szabad állapotban kis mennyiségben telített (C C) és telítetlen (C=C) zsírsavak B. Neutrális zsírok és olajok Felépítés: zsírsav + glicerin (alkohol) = észter szilárd v. folyékony telítetlen zsírsavakat (C=C) /pl. oleinsav, linolsav/ tartalmazók (ált) folyékonyak = olajok biológiai szerep zsírraktárak (energia) mechanikai védelem 18

C. Foszfolipidek (foszfogliceridek) alkohol + 2 zsírsav + foszforsav poláris foszfátfej és 2 apoláros farokrész (kettős zsírsavmolekula) jelentőségük: membránok felépítése (kefalin és lecitin) D. Viaszok zsírsavak + hosszú C-láncú alkohol növényekben (gyümölcsviasz, levélviasz) állatok választanak el (méhviasz) F. Terpének és származékaik izoprénből (5 C-atomos szénhidrogén) származtathatók szín-, íz- és illatanyag, kaucsuk, gyanták 19

G. Karotinoidok növényi eredetű anyagok; sárga és vörös változatban A-vitamin és származékai látás H. Prosztaglandinok gyűrűs szerkezetek hosszú láncokkal. Hormonszerű anyagok (hormonok, spec. funkciók). I. Szteroidok szterán váz igen kis cc-ban képesek a szervezet működését befolyásolni koleszterin - prekurzor hormonok és spec. funkciók az állat- és növényvilágban (hormonok, D-vitamin, epesavak ) 20