Biogén elemek az összes, sejtekben megtalálható és szerepet játszó elemek összefoglaló neve összesen kb. 30 db ilyen elem van (kevesebb, mint az összes ismert elem egyharmada) Mennyiségi felosztás: ELSŐDLEGES a sejtek 98%-át teszi ki MÁSODLAGOS MIKRO elemek Szén Oxigén, hidrogén Nitrogén Foszfor Nátrium, Kálium, Klorid ionok Magnézium Kalcium Vas Kén Bór Jód Fluor o A földi élővilág szén alapú (4 kovalens kötés) o C-C között kialakuló kötések előnyösek o az összes szerves molekula alapja o vízfelépítés o az összes energiatermelő folyamat résztvevői o aminosavakban található fehérjék felépítésében van szerepe, mely a létfontosságú molekulák egyike o nukleotidokban és nukleinsavakban (RNS, DNS) is van o lipidek közül a lecitinben (hártyák képzése, agysejtek) o szénhidrátok egy részében (pl.: kitin) fordul elő o Nukleotidokban és nukleinsavakban o Foszfaotidokban (hártyát képeznek) mindig o Fehérjéknél csak a foszforproteidekben (pl.: kazein) o Szénhidrátok felépítésében, de csak köztes termékként o Sejtek nyugalmi potenciáljának kialakításában vesznek részt. Ezt más ionok akciós potenciállá (feszültség levezetése) képesek változtatni. o Kálium a vízfelszívásban és a párologtatásban is szerepet játszik a növényvilágban. Enzimek alkotóeleme. o Csontok felépítésében szervetlen sóként o Ionosan (Mg 2+ ) az izomműködésben és fehérjeszintézisben van szerepe o a klorofil alkotóeleme fotoszintézis alapja o Szervetlen sóként a csontok stabilitását adja o Ionosan rengeteg szerepe van: izomműködés megtermékenyítés véralvadás membránok/sejthártyák stabilizálása gyökérképzés o Fe 2+ -ként a hemoglobinban található, mint O 2 szállító o Képes Fe 3+ -á is alakulni, és így az ún. citokromok alkotóeleme, melyek elektronszállító fehérjék o Fontos a sejtlégzésben, és a fotoszintézis fényszakaszában. o Majdnem minden fehérjében (cisztein, metinoin) o Koenzim A (KoA) felépítésében szerepel, a sejt anyagcseréjében van szerepe o Növényeknél anyagcsere folyamatokat irányít o A pajzsmirigy hormonjának alkotórésze o A fogzománcképzéshez szükséges Oldal 1 / 10
Víz H és O kovalens kötéseket hoznak létre, de az O nagyobb elektronegativitása miatt, dipólus (poláris) lesz a molekula. Emiatt jó oldószer, jó diszpergáló közeg. A diszpergált részecske mérete alapján lehet valódi oldat, kolloid oldat (1-500nm), vagy durva diszperz rendszer. Hidrogénkötéseket tud létrehozni, így építő szerepet játszik és stabilitást ad a sejteknek. Fajhője nagy (4,2), párolgáshője miatt fontos a hőszabályozásban. Élettérként is funkcionál, melynek okai: Fotoszintézis alapja, ozmózis (a víz a hígabból a sűrűbbe törekszik, ehhez félig áteresztő hártya kell) diffúzió (a víz a sűrűbb oldatból a hígabba törekszik). Lipidek Összefoglaló név, azok a vegyületek tartoznak ide, melyek különböző szerkezetűek, de oldhatóságukban megegyezőek (nem oldódnak poláris oldószerekben, de az apolárisokban igen). Csoportosítás 1. Lúgos hidrolízissel bonthatók 1.1. Neutrális zsírok Tulajdonképpen trigliceridek Általában palmitinsav, sztearinsav és olajsav építi, utóbbi a telítetlen. kondenzációval kapcsolódnak össze (3db víz kilépésével) Így észterkötés alakul ki a növényvilágban olajként szerepel, így szobahőmérsékleten folyékony (sok benne az olajsav) Szerepei: o energiatárolás (állati szervezetek legfontosabb energiaraktára a zsír, növényeknél második) o hőszigetelés o mechanikai védőszerep (embernél bőraljában, fehérzsírszövetekben) o A, D, E, K vitaminok oldószere és raktára Oldal 2 / 10
1.2. Foszfatidok felépítésükben nincs sok különbség, de máshogy viselkedik a glicerin és a foszforsav hidrofil (poláris), viszont a maradék hidrofób (apoláris) Emiatt alkalmas membránok felépítésére (kifelé áll a vízkedvelő, viszont befelé is kettős réteg) 2. Lúgos hidrolízissel nem bonthatók 2.1. Szteroidok szteránváz az alapja mindegyiknek koleszterin (táplálékkal felvett) az összes többi szteroidváz alapja. Ez beépülve a membránokba stabilizálja a zsírsavak kapcsolatát, így a membránt is. Ebből készülnek az epesavak, amik csökkentik a zsírok felületi feszültségét, ill. aktiválja a lipidbontó enzimet (lipáz). D vitamin is koleszterinből származik, UV sugárzás hatására először előanyag (ergoszterin), majd a májban válik D vitaminná. A csontképződést segíti, hogy a felvett Ca 2+ ionok könnyen a vérkeringésbe jussanak. Hormonok nagy része szteroid típusú. A nemi hormonok mindegyike ilyen (tesztoszteron), a mellékvese kéreg só és vízháztartását és a cukorháztartást befolyásoló hormonok is ilyenek. 2.2. Karotinoidok erősen telített izoprén származékok váltakoznak a telített és telítetlen kötések = konjugált kettős kötés rendszer Emiatt mindegyik ilyen vegyület színes. A szénlánc mentén, szabadon mozgó elektronok figyelhetők meg, melyek könnyen gerjeszthetők a fény fotonjaival. Karotin narancssárga Xantofil sárga likopin piros A fotoszintézisben van szerepük Rodopszin látóbíbor (A-vitamin építi) Hiányában szürkületi vakság keletkezik, ill. kell az egészséges hámképzéshez. Oldal 3 / 10
Szénhidrátok 1. Monoszacharidok 1.1. Három C atomos (trióz) mindig köztes termékként vannak jelen Glicerinaldehid 3 foszfát mindegyik a glicerin valamely oxidációs terméke 1.2. Öt C atomos (pentóz) Ribóz (C 5 H 10 O 5 ) o Az RNS felépítésében figyelhető meg, és az összes önálló szerepkörű nukleotidban. Dezoxiribóz (C 5 H 10 O 4 ) o Csak a DNS-ben van jelen. Foszforsav kötődhet hozzájuk, de akkor csak köztes termékek lehetnek. 1.3. Hat C atomos (hexóz) fruktóz (gyümölcscukor) o a legédesebb cukorféle o mézben fordul elő glükóz (szőlőcukor) o a glikozidos OH csoport (1. C atomon) állása szerint lehet α vagy β glükóz, ha lefelé áll α, ha felfelé akkor β. galaktóz A foszforsavak változatok itt is csak köztes termékek. 2. Diszacharidok 2.1. Maltóz Oldal 4 / 10
a keményítő lebontásának köztes terméke redukáló diszacharid, kimutatható az ezüsttükör és a Fehling-próbával. édes és oldódik a vízben 2.2. Cellobióz két β-glükóz építi 1,4 glikozidos kötéssel (kondenzáció) cellulóz lebontásának köztes terméke redukáló hatású molekula 2.3. Laktóz (tejcukor) egy α-glükózból és egy galaktózból épül fel édes, oldódik a vízben redukáló 2.4. Szaharóz (répacukor, nádcukor) egy α-glükóz és egy β-fruktóz építi fel nem redukáló hatású vízben oldóik, édes 3. Poliszacharidok 3.1. Keményítő több ezer α-glükóz molekula kondenzációja hozza létre 20%-a amilóz rész (nem ágazik el a lánc, spirális) 805-a amilo-pektin (minden 12.-nél elágazik a lánc) a növények legfontosabb tartalék tápanyaga (stabil szerkezetű) vízben nem oldódik (nem édes), nem növeli a sejtek ozmózis nyomását, így korlátlan mennyiségben lehet benne glükózt tárolni. 3.2. Glikogén állatok és gombák szénhidráttartaléka a keményítő amilo-pektin formájához hasonlít, de sokkal elágazóbb szemcsékben raktározódik Az emberben májban és vázizomzatban (2,5x annyi) van jelen 3.3. Kitin N-tartalmú poliszacharid β-glükózokból épül, melynek 2. C atomján N-tartalmú rész van. egyenes, elágazás nélküli láncok ízeltlábúak vázanyaga, és gombák sejtfalában van jelen 3.4. Cellulóz növények sejtfalának vázanyaga sok ezre β-glükóz építi fel egyenes, elágazás nélküli láncok a láncok kötegekbe rendeződnek, melyeket H-kötések tartanak össze, így nem férnek hozzá a lebontó enzimek csak néhány egysejtű és baktérium képes lebontani (szimbiózis a kérődzőkkel és ízeltlábúakkal) 3.5. Agar galaktóz monomerekből épül fel szerkezete a cellulózéhoz hasonló agar nevű táptalaj anyaga vörösmoszatok sejtfalában van főleg jelen Oldal 5 / 10
Fehérjék Szerepeik biokatalizátorok = enzimek A sejtekben semmiféle kémiai átalakulás nem történhet segítségük nélkül. struktúr (építő) Pl.: bőrünk kreatinja minden mozgás fehérjékhez kötött (aktin, miozin) szabályozás Pl.: inzulin (vérszintet szabályozó hormon) marker (jelölő) Mindig a sejthártyákon van feltüntetve Pl.: Rh faktor a vörösvérsejtekben védekező (immunglobulinok) Szállító Pl.: hemoglobin (O 2 ) citokrom (e -, sejtlégzés) albumin (hormonok) Hordozó Pl.: sejthártyában a glükóz molekulákat veszi fel tartalék tápanyag raktározó Pl.: tojásfehérje Felépítésük 20 féle monomerből épülhetnek (aminosavakból) 1. Elsődleges szerkezet ez dönti el az összes többi az aminosavak szekvenciája első fehérje, amivel ismerték az inzulin volt Peptid-kötés: 2. Másodlagos szerkezet α-hélix o ha olyan aminosavak vannak, melyek oldalláncai nagy térigényűek o Az oldalláncok kifelé fordulnak, és a láncon belül H-kötések jönnek létre β-lemez o A peptidláncok között jönnek létre H-kötések 3. Harmadlagos szerkezet fibrilláris globuláris Az oldalláncok között kialakuló másodlagos kötések tartják fent: o diszulfidhíd (S-tartalmú oldalláncok között) o ionos kötés (savas és bázisos oldalláncok között) o H-kötés (két poláris oldallánc között) o diszperziós kölcsönhatás Oldal 6 / 10
o Minden olyan hatás, ami ezeket felbontja, denaturálja a fehérjét. Letekeredik, elveszti alakját elveszti működését is Pl.: ph változás, hőm. emelkedés, nyomásváltozás, sugárzások (stresszfaktorok a sejtekben) o Stresszfehérjék is léteznek, melyek sokkal stabilabbak, így nem bomlanak fel, és képes a kezdődő denaturációt visszafordítani. 4. Negyedleges szerkezet Akkor beszélünk róla, ha a fehérje molekula több alegységből áll össze, vagy ha valamilyen nem fehérjetermészetű rész is van benne. Pl.: hemoglobin Csoportosításuk 1. Egyszerű fehérjék savas hidrolízis során csak aminosavakra esik szét pl.: albumin, aktin, miozin 2. Összetett fehérjék 2.1. Glükoprotediek o glükóz (szénhidrát) van benne pluszban o pl.: immunglobulin, amiláz 2.2. Foszfoprotediek o foszforsav van pluszban o pl.: kazein 2.3. Nukleoproteidek o nukleotidokat tartalmaznak Kimutatásuk 1. Biurot próba CuSO4-el történik a víz a peptidkötésekkel komplexet alkot 2. Xantopróba ha nem fehérje, akkor sárga csapadék lesz cc. HNO 3 segítségével történik a benzolgyűrűs aminosavat tartalmazó fehérjéket lehet vele kimutatni Nukleotidok 1. Felépítés a molekula alapja mindig pentóz (ribóz, dexoziribóz) az 1-es C atomon van egy N tartalmú szerves bázis. Purinvázas az adenin és a guanin, pirimidinvázas az uracil, a timin és a citozin. Kondenzáció során, éterkötésekkel kapcsolódik. H 3 PO 4 az 5. C atomra kondenzációval észterkötéssel (foszrforsav) 2. Fajtái 2.1. ATP = adenozin trifoszfát o energiát tárol, mely bármikor igénybe vehető o hidrolízissel az utolsó foszforsavat le lehet venni (kondenzációval fordítva is megy) ATP ADP + foszforsav + 30 kj/mol o az utolsó két foszforsav le is szakadhat, így AMP keletkezik ATP AMP + piro-foszfát (P P) + 36 kj/mol Oldal 7 / 10
A megmaradó foszforsavat O segítségével a molekula visszaköti, így ciklikus AMP keletkezik, mely a second messenger szerepet játssza, azaz hormon hatására keletkezik a célsejtben, majd a hormon utasításait hajtja végre. 2.2. Koenzim A (ko-a) o szállításkor a H leválik, és felvesz oda egy acetil csportot (CH 3 CO), majd mikor leadta szállítmányát visszaveszi a H-t. Oldal 8 / 10
2.3. NAD o a lebontó folyamatok H 2 szállítója o H 2 2e - -ja a nikotinamid gyűrűjéba épül be, egy protont még felvesz a nikotinamid, a másik proton pedig az oldatban marad (sejtplazmában) 2.4. NADP o a felépítő folyamatok H 2 szállítója o H 2 2e - -ja a nikotinamid gyűrűjéba épül be, egy protont még felvesz a nikotinamid, a másik proton pedig az oldatban marad (sejtplazmában) Oldal 9 / 10
Nukleinsavak Mindegyikük polinukleotid, melye kondenzációs lépésekkel kapcsolódnak össze. DNS RNS dezoxi-ribóz pentóz ribóz timin uracil adenin adenin bázisok guanin guanin citozin citozin kettős láncú (2 db polinukleotid lánc) (néhány DNS vírus lehet egyszeres szerkezet mindig egyláncú láncú is) elsődleges információhordozó szerep információolvasó (fehérjék készítése) fajtái mrns messenger = hírvivő trns transfer = szállító (aminosavak szállítója) rrns riboszónális = irányítás a két DNS lánc egymással párhuzamos, mert a nagyobb purinnal szemben mindig a kisebb pirimidin van. a két lánc ellentétes lefutású (antiparalell) a két szál kiegészítő (komplementer) guanin citozin timin = adenin ( = H-kötés) A két összekapcsolt lánc jobb irányba spirálisan elcsavarodik (alfa-hélix) láncok távolsága: 2 nm egy teljes csavar hossza: 3,4 nm 1 csavarban nukleotidpár: 10 db képek TK/26. oldal jellemzői az egy lánc önmagában is feltekeredhet pl.: trns jobb oldalon köti meg a riboszómát, baloldalon pedig az enzimet antikodon = rendszám felül aminosavat köt Oldal 10 / 10