BIOGÉN ELEMEK, A VÍZ BIOGÉN ELEMEK, A VÍZ BIOLÓGIAI JELENTŐSÉGEBIOLÓGIAI JELENTŐSÉGE

Egyed alatti szerveződési szintek

Földszint Egyed

-1. szint Szervrendszerek: pl.: táplálkozás

-2. szint Szervek: pl.: gyomor

-3. szint Szövetek pl.: simaizomszövet

-4. szint Sejtek pl.: simaizomsejt

-5 szint Sejtalkotók pl.: mitokondrium

-6 szint Molekulák pl.: fehérjék

-7 szint Biogén elemek, atomok

Biogén elemek csoportosításaBiogén elemek: Azok, melyek az élethez nélkülözhetetlenek

Elsődleges biogénelem 1 % felett

Az élőlények többmint 97-98 %-át

alkotjákC, H, O, N

Másodlagos biogénelemek

0,01-1 % között

Az élőlények 1,5-2%-át alkotják

P, S, Na, K, Ca, Cl,Mg, Fe,

Harmadlagos biogénelemek, mikroelemek

0,01 % alatt

F, I, Co, Zn, Mo, stb.

Elsődleges biogén elemek tulajdonságai

Kis atomsugár Az atomtörzs nagy töltése

Stabil erős kovalens kötés

Stabil molekulaképzés

C

H

O

N

A periódusos rendszer 1-2. Periódusa, A. csoportok tagjai.

Biogén elemek kutatásaVízkultúrás 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

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

Kén: • 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

OzmózisnyomásAmikor 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