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? 1
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) 2
Az élő anyag építőkövei: kémiai elemek Elem: 118 vegyi elem (117: 2010 ápr., unuseptium) 94 megtalálható a természetben Izotópok: C 14, 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 C 14, felezési ideje 5730 év Kb. 60,000 évig visszamenőleg használható 3
Hevesy György: nukleáris medicina 1944-ben a "radioaktív izotópok indikátorként való alkalmazásáért a kémiai kutatásban" indoklással Hevesy Györgynek ítélték oda a Nobeldíjat. 1959-ben az Atoms for Peace Awards (Az Atom Békés Felhasználásáért-Díj) kitüntetést vehette át a radioaktív izotópok békés felhasználásért. Szcintigráfia Pozitron emissziós tomográfia: 3D kép (F 18 ) 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 4
Vegyületek formájában... Vegyület Szervetlen Szerves Egyszerű vegyületek, általában 2 elemből állnak: H 2 O, CO 2, O 2, NaCl Vegyületek amelyek C-H kovalens kötést tartalmaznak: cukrok, lipidek, aminosavak, fehérjék Kémiai kötések... Ion kötés Kovalens kötés Poláros Apoláros Hidrogén kötés Intramolekuláris Intermolekuláris 5
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 6
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 7
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 8
Szénhidrátok Cukrok és azok polimerei Mono, di- és poliszaharidok Tartalék szénhidrát: keményítő, glikogén Strukturális: cellulóz Kitin (acetilglükózamin) Szénhidrátok 9
Szénhidrátok Lipidek Hidrofób makromolekulák Zsírok: zsírsav és glicerin Telített, telítettlen Foszfolipidek: 2 zsírsavlánc 10
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) 11
Nuklein savak. DNS és RNS Tárolják és továbbítják a genetikai információt Gének Dezoxiribonukleinsav Ribonukleinsav 12
Nuklein savak. DNS és RNS Építőköveik: nitrogén bázisok 5 C atomos cukrok foszforsav A sejt molekuláris szerveződése 13
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) 14
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 15
Növényi sejt Állati sejt 16
Kérdés??? 17