BIOGÉN ELEMEK, A VÍZ BIOLÓGIAI JELENTŐSÉGE

Egyed alatti szerveződési szintek

Biogén elemek csoportosítása Biogén elemek: Azok, melyek az élethez nélkülözhetetlenek

Elsődleges biogén elemek tulajdonságai C H O N Kis atomsugár Az atomtörzs nagy töltése Stabil erős kovalens kötés Stabil molekulaképzés A periódusos rendszer 1-2. Periódusa, A. csoportok tagjai.

Biogén elemek kutatása Vízkultúrás növénykísérletek Liebig: A növekedés minimumtörvényének megfogalmazója Vízkultúra beállítása kukoricával: 1. desztillált vízzel, 2. Sachs-féle oldatban kálium nélkül, 3. kalcium nélkül, 4. nitrogén nélkül, 5. foszfor nélkül, 6. magnézium nélkül, 7. vas nélkül (feltünő klorózis jelentkezik, (sárga levél)), 8. teljes Sachs-féle oldatban

A szén vegyületek stabilitásának okai: C, az alap I. A szén vegyületek stabilitásának okai: 4 vegyérték erős kovalens kötések (kis méretű, nagy töltésű atomtörzs erősen vonzza az elektronokat) tetraéderes elrendeződés okozza. Ezáltal stabil, nehezen támadható elektronfelhő veszi körül a szénvegyületeket.

C, az alap II. A szén vegyületek nagy változatosságát kialakító tényezők: korlátlan számban képesek összekapcsolódni láncok mellett gyűrűket is képeznek, melyekbe más atomok (heteroatomok) is képesek beépülni stabilan: pl.: O, N egyszeres, kétszeres, háromszoros kötéseket is ki tudnak alakítani. Jelentős szervetlen C vegyületek: Biológiai szerepük: fotoszintézis, légzés, vázalkotás

A Föld elsődleges C vegyülete a glükóz A fotoszintézis során a fény energia segítségével a CO2-ból és H2O-ból keletkezik. A másik lehetőség a fotoszintézis mellett a szőlőcukorképzésre a kemoszintézis. (Pl.: Nitrifikáló baktériumok) Minden további szerves vegyület a szőlőcukorból jön létre.

Hidrogén, oxigén biológiai jelentősége Felépíti a vizet. Felépítik az összes fontos makromolekulát: Zsírokat, szénhidrátokat, fehérjéket, nukleinsavakat. A biológiai oxidáció, sejtlégzés során a hidrogén égése oxigénnel termeli az ATP-t.

Nitrogén biológiai jelentősége Felépíti a nukleinsavakat, fehérjéket. (A növények növekedésének minimumtényezője.

A kén biológiai jelentősége Aminosavak (pl.: cisztein), így a fehérjék alkotója. A fehérje láncok közötti diszulfid kötéseket alakítja ki.

A foszfor biológiai jelentősége I. Gerinces élőlények vázának felépítése kalcium-foszfát formájában. Elősegíti a növények virág és termésképzését. A foszfát-ionoknak ezenkívül szerepe van az enzimek működésének szabályozásában.

A foszfor biológiai jelentősége II. A foszfát-csoportok találhatók meg a nukleinsavakban (DNS, RNS), valamint a nukleotidokban (ATP, ADP. NAD, FAD), így szerepet kapnak a szervezet energiaháztatásában illetve anyagcsere-folyamataiban is.

Na, K, Ca, Mg biológiai jelentősége Na+(sejten kívül), K+ (sejten belül): A sejt ozmotikus viszonyainak beállítása, Ingerelhetőségének fenntartása (Nyugalmi, akciós potenciál) Ca2+: Véralvadás Izom-összehúzódás Vázrendszer kiépítése Sejtmembrán stabilizálása Mg2+: Energia felszabadítás ATP-ből

A vas biológiai jelentősége I. A hemoglobin, mioglobin, citokróm molekulák porfirinvázának alkotója a vas ion.

Másodlagos biogén anionok Klorid-ion Cl-: A fehérjeanionok és az összetett ionok mellett ellensúlyt tart a kationokkal. Hozzájárul az ozmózisnyomás kialakulásához. Összetett ionok: Foszfát (pontosabban hidrogén-foszfátok), hidrogénkarbonátok, szulfátok stb.

Mikroelemek biológiai jelentősége I Általánosan: Az átmeneti fémek az enzimek prosztetikus csoportját alkotják, a nemfémes elemek vagy a fehérjék aminosavait építik fel, vagy ásványi alkotói a vázrendszernek. Zn2+: Növényvilágban: Szerepet kap a kloropasztisz gránum-szintézisében. Állatvilág és ember: Enzimek aktivátora a csontképzésben, fehérjeszintézisben, ivarmirigyek működésében, látásban kap szerepet.

Mikroelemek biológiai jelentősége II. F-: A fogzománc alkotója. I-: A tiroxin alktója, így felelős a gerinces állatok és az ember növekedéséért, fejlődéséért (ideg-, ivarrendszer), valamint serkenti a lebontó anyagcserét, beállítja az alap-anyagcsere-szintet, a testhőmérsékletet. Co2+:A B-12 vitamin porfirinvázának központi atomja, a pillangósok szimbióta baktériumaiban a nitrogén fixáláshoz szükséges. Cu2+: Puhatestűekben oxigént szállító fehérje prosztetikus csoportja, a terminális oxidáció citokrómjainak és gyökfogó enzimjeinek alkotója.

A víz biológiai jelentősége I. Élőhely (tengerek, édesvizek) Tápanyag (növények) Reakciópartner (fotoszintézis, biológiai oxidáció, hidrolízis, kondenzáció) Reakcióközeg (Jó poláris oldószer, így a sejtekben végbemenő reakciók anyagait feloldja, növeli így a reakciósebességet.)

A víz biológiai jelentősége II. Molekuláris felépítése: Dipólus molekula, hidrogén kötéseket tud kialakítani. Fizikai tulajdonságai: Magas olvadás- és forráspont jellemzi. Jó oldószere az ionrácsos és a poláris molekularácsos anyagoknak. Magas a fajhője. Nagy a párolgáshője. Nagy a felületi feszültsége.

A víz biológiai jelentősége III. Kémiai tulajdonsága: A legfontosabb az autoprotolízis, melynek során két vízmolekula oxónium- és hidroxid-ionra esik szét. Ezen két ion aránya határozza meg az oldatok kémhatását.

A víz biológiai jelentősége IV. Élővilágra vonatkozó kihatások 1.: Magas olvadás és forráspont: Létezik a Földön hidroszféra. Jó poláris oldószer: A sejt, nem más, mint egy kolloid vizes oldat. A növények tápanyagai vizes oldatként vehetők fel. Az állatok testfolyadéka, vére, vizes oldat. A nagy fajhő: A sejt állandó hőmérsékletét biztosítja, tengerek óceánok óceáni, monszun éghajlatát.

A víz biológiai jelentősége V. Élővilágra vonatkozó kihatások 2.: Nagy párolgáshő: az izzadás során test lehűl. Nagy felületi feszültség: élőhely a víz felszíne.

Vizes oldatokban végbemenő fizikai folyamatok Diffúzió Ozmózis

Ozmózisnyomás Amikor a sejthártyán a be és kiáramló víz mennyisége azonossá válik, több vizet a sejt nem vesz fel. Ez a nyomás az ozmózisnyomás. Jelentősége: Gerinchúr rugalmassága. Gyökerek vízfelvételét akadályozza, gyökérnyomás (ozmózis vagy turgornyomás). Telepes élőlények testalakjának kialakítása.

Hipozmotikus oldat

Izoozmotikus oldat

Hiperozmotikus oldat