Biokémia: Az Élet Kémiai Alapjai és Kulcsfontosságú Folyamatai
A biokémia az élet alapjául szolgáló kémiai folyamatokkal foglalkozik, feltárva az élő szervezetek felépítését és működését molekuláris szinten. Ahhoz, hogy alaposan megértsük ezt a komplex tudományágat, érdemes megvizsgálni az élő rendszerek kémiai összetételét és az alapvető anyagszállítási mechanizmusokat.
Biogén Elemek és Szerepük az Élővilágban
A több mint száz ismert kémiai elem nagyobbik hányada megtalálható az élőlények testében is, de sokuknak nincsen kimutatható biológiai szerepe, vagy ha van is hatásuk, az nem létfontosságú. Ezen utóbbi elemeket tehát nem tekintjük biogén elemeknek.
Így például a lítiumot (Li) sem, mert nem ismerünk olyan biokémiai rendszert, amely ezt az elemet igényelné. Igaz ugyan, hogy igen kis mennyiségben minden élőlény szervezetében van lítium, és még kimutatható hatásáról is van tudomásunk: lítiumsókkal eredményesen kezelhető pl. az ember mániás depressziós állapota (így nevezik az ok nélkül, periodikusan jelentkező pozitív és negatív hangulati állapotok pszichiátriai kórképét), a lítium hatása azonban ez esetben minden bizonnyal közvetett, és maga a betegség sem a lítium hiánya miatt lép fel, a lítium tehát nem biogén elem.
25 elemről mutatható ki, hogy szerepük valóban létfontosságú, de ebből 7 db csak bizonyos fajok számára szükséges (ezek az ún. változó biogén elemek). A többi 18 minden élőlény számára fontos (ezek az ún. állandó biogén elemek), ám nem egyforma mértékben.
A létfontosságú biogén elemek kategóriái
| Kategória | Leírás | Elemszám |
|---|---|---|
| Állandó biogén elemek | Minden élőlény számára létfontosságúak | 18 |
| Változó biogén elemek | Csak bizonyos fajok számára szükségesek | 7 |
Anyagszállítás az Élő Rendszerekben: Diffúzió
Az élő szervezetekben az anyagok mozgatása alapvető fontosságú a sejtek működéséhez és a homeosztázis fenntartásához. Az egyik legfontosabb passzív anyagszállítási mechanizmus a diffúzió.
A diffúzió (amelyre példa lehet a tankönyvben szereplő cukoroldódás vagy - hiszen a gázok is képesek diffúzióra - egy kinyitott parfümös üvegből származó illat is) alapvető oka az, hogy ha egy rendszerben az anyag nem egyenletesen oszlik el (pl. a kockacukor egy pohár vízben), akkor a részecskék rendezetlen, lökdösődő mozgása előbb-utóbb magától is egyenletes anyageloszlást fog létrehozni (tehát keverés nélkül is cukoroldat keletkezik).
Fizikai kifejezéssel élve: az anyagi rendszerek önként elmozdulnak a rendezettebb állapotok felől a kevésbé rendezettek irányába (ez az entrópia növekedés tétele). Oldatok esetén ez a jelenség abban nyilvánul meg, hogy az oldott anyagot a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb koncentrációjú hely felé látjuk áramlani. (Vegyük észre ugyanakkor, hogy az oldószer is éppúgy diffundál: oldószer molekulák kerülnek oda, ahol eddig nem voltak!).
Biológiai példák a diffúzióra: diffúzióval lép be pl. az oxigén a tüdő légteréből a hajszálerekbe, illetve diffúzió juttatja be pl. a tápanyagokat a sejtekbe és szállítja el a salakanyagokat.
Mi a diffúzió? Hogyan működik? Milyen tényezők befolyásolják? (2026/27-es vizsgák)
Anyagszállítás az Élő Rendszerekben: Ozmózis
A diffúzió speciális esete, az ozmózis, szintén kulcsfontosságú az élő rendszerek folyadékháztartásának szabályozásában.
A szintemelkedés egy idő után megáll, amit az okoz, hogy az emelkedő folyadékoszlop nyomása és a bent lévő egyre több vízmolekula fokozza a kilépés sebességét s így v2 végül addig nő, és v1 addig csökken, amíg egyenlők lesznek. A fenti kísérletben például a megjelölt "h" magasságú folyadékoszlopnak a nyomása (illetve a belőle eredő préselőerő) állítja le az ozmózist. Látnunk kell, hogy az ozmózisnyomás tulajdonképpen az oldatot jellemző mennyiség és annak koncentrációjával (nem túl tömény oldatok esetén) egyenesen arányos.
Külső behatással (pl. a csőben lévő légnyomás növelésével) már a kísérlet elején is (amikor az oldat még töményebb volt) le lehetett volna állítani az ozmózist. Ez a külsőleg alkalmazott nyomás (P2) felel meg a töményebb oldat ozmotikus nyomásának. Ha meggondoljuk, P2 nagyobb kell, hogy legyen, mint P1, hiszen ha nagyobb a koncentráció-különbség a hártya két oldala között, akkor nagyobb nyomás kell a vízkilépés kellő mértékű megnöveléséhez. Tehát ha azt halljuk, hogy egy oldat ozmotikus nyomása nagyobb, mint egy másiké, akkor az azt is jelenti, hogy nagyobb a koncentrációja (még pontosabban: nagyobb benne az oldott részecskék koncentrációja).
Érdekes jelenség (ún. fordított ozmózis) lép föl akkor, ha nagyobb külső nyomást alkalmazunk, mint az ozmózisnyomás. Ilyenkor ugyanis oldószer fog kipréselődni a hártyán a hígabb oldat felé. Ezzel az eljárással lehet pl. tengervizet sótalanítani.
Javaslatok a Biokémia Önálló Elsajátításához
A biokémia területének alapos megértése igényel elmélyült tanulást és gyakorlást. Ha a tananyagot önállóan dolgozod fel, a következőket javasoljuk:
- Nézd át a felvételi tájékoztatóban megadott könyv (dr. Lénárd Gábor: Biológia II. - III. - IV.) megfelelő oldalait!
- A könyv szövege alapján készíts saját vázlatot; ehhez segítséget, többletinformációkat találsz a Kulcsfogalmak és a Kiegészítések című pontokban.
- Tanuld meg alaposan az így feldolgozott anyagot! (Nem árt, ha hangosan fel is mondod.)
- Oldd meg a tesztfeladatokat!
- A könyvesboltokban kapható példatárak feladataiból, régebbi felvételi feladatsorok vonatkozó részeiből (megtalálhatók az interneten is, pl. felvi.hu) meríts példákat.
Szakirodalmi Hivatkozások és Kutatási Eredmények
A biokémia folyamatosan fejlődő tudományág, amelyet számos kutatás és publikáció gazdagít. Íme néhány példa a szakirodalomból, amelyek a témakör mélyebb megértéséhez járulhatnak hozzá:
- Dux L., Martonosi A.: Two-dimensional arrays of proteins in sarcoplasmic reticulum and purified Ca-ATPase vesicles treated with vanadate J. Biol. Chem. 258. 2599-2603.
- Dux L., Martonosi A.: Ca-ATPase membrane crystals in sarcoplasmic reticulum The effect of trypsin digestion J. Biol. Chem. 258. 10111-10115.
- Dux L., Martonosi A.: The regulation of ATPase-ATPase interactions in sarcoplasmic reticulum membrane I. The effects of Ca, ATP and inorganic phosphate J. Biol. Chem. 258. 11896-11902.
- Dux L., Martonosi A.: The regulation of ATPase-ATPase interactions in sarcoplasmic reticulum membrane II. The influence of membrane potential J. Biol. Chem. 258. 11903-11907.
- Taylor K.A., Dux L., Martonosi A.: Structure of vanadate induced crystals of sarcoplasmic reticulum Ca-ATPase J. Mol. Biol. 174. 193-204.
- Taylor K.A., Dux L., Martonosi A.: Three-dimensional reconstruction of negatively stained crystals of the Ca-ATPase from muscle sarcoplasmic reticulum J. Mol. Biol. 187. 417-427.
- Dux L., Pikula S., Mullner N., Martonosi A.: Crystallization of Ca-ATPase in detergent solubilized sarcoplasmic reticulum J. Biol. Chem. 262. 6439-6442.
- Taylor K.A., Mullner N., Pikula S., Dux L., Peracchia C., Martonosi A.: Electron-microscope observations on CVa-ATPase microcrystals in detergent solubilized sarcoplasmic reticulum J. Biol. Chem. 263. 5287-5294.
- Pikula S., Mullner N., Dux L.,Martonosi A.: Stabilization and crystallization of Ca-ATPAse in detergent solubilized sarcoplasmic reticulum J. Biol. Chem. 263. 5277-5286.
- Dux L.: Muscle relaxation and sarcoplasmic reticulum function in different muscle types Invited review, Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol.122. 69-147.
- Dux L., Cooper B.J., Sewry C.A., Dubowitz V. Notechis scutatus venom increases the yield of proliferating muscle cells from biopsies of normal and dystrophic canine muscle a possible source for myoblast transfer studies Neuromusc. Disorders 3. 23-29.
- Ferdinandy P., Csonka Cs.,Csont T., Szilvássy Z., Dux L.: Rapid pacing induced preconditioning is recaptured by farnesol treatment in hearts of cholesterol fed rats: role of polyprenyl derivatives and nitric oxide Mol Cell Biochem. 186. 27-34.
- Mendler L., Baka Zs., Kovács-Simon A., Dux L.: Androgens negatively regulate myostatin expression in an androgen dependent skeletal muscle Biochem. Biophys. Res. Comm. 361. 237-242.
- Mendler L., Pintér S., Kiricsi M., Baka Zs., Dux L.: The regeneration of reinnervated rat soleus muscle is accompanied by fiber transitions toward a faster phenotype J. Histochem. Cytochem. 56. 111-123.
- Márki-Zay J., Klein Ch.L., Gancberg D., Schimmel, Dux L.: European external quality control study on the competence of laboratories to recognize rare sequence variants resulting in unusual genotyping results Clin. Chem. 55. 739-747.
Ezen felül léteznek speciális jegyzetek is, mint például egy Kiegészítő jegyzet II. Dr. kézirat Budapestről, mely 450 példányban jelent meg. Ennek témakörei széles skálán mozognak, magukba foglalva a mezőgazdaság, állatorvoslás, természettudomány, biológia, biokémia és orvostan területeit.
tags: #biokemia #valogatott #fejezetek
