Biológia - Bevezetés a biológiába

A biológia tudománya

 

Biológia:

●     biosz = élet élő szervezetekkel

●     logosz = tudomány fogl. tudomány

 

Biológiai kutatás célja:

●     élő rendszerek felépítésének és működésének megértése

●     problémamegoldás, orvoslás

●     Mi az élet? Hogyan keletkezett?

●     az élet megjelenési formái, biológiai sokféleség

●     LUCA (Last Universal Common Ancestor)

●     öröklődés szabályszerűségei

●     evolúció mozgatórugói

 

Biológiai kut. főbb területei:

●     embertan (antropológia)

●     növénytan (botanika)

●     állattan (zoológia)

●     gombák (mikológia)

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image001.png

Tudományágak:

●     mikrobiológia

●     genetika, molekuláris biosz

●     biokémia

●     biotechnológia

●     orvoslástan

●     ökológia (tengerbiosz is)

●     sejttan, szövettan, szereton

●     anatómia

●     környezettan

●     törzsfejlődéstan

 

A biológiai kutatások mikéntje:

●     1. megfigyelés

○     pl. bizonyos magvak kikelnek, mások nem

●     2. kérdésfeltevés

○     pl. Miért nem kelt ki az egyik mag?

●     3. hipotézis megfogalmazása

○     előzetes feltevés

○     pl. Kevés a csapadék? Hideg volt?

●     4. kísérlet elvégzése

○     az a tevékenység, ami a hipot. bizonyítására/ megcáfolására irányul

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image002.png

○     független változó: 1 kiválasztott hatás, amit változtatunk

○     függő változó: a mérhető hatás, ami a független változó beállításainál/értékeinél különbözik

○     rögzített változók: az összes többi hatás, amit állandó értéken kell tartani pl. megpróbálunk hidegben és melegben is csíráztatni

○     kontrollkísérlet: nem változtatunk semmit

●     5/1. igazoltuk a hipotézist

○     modellalkotás

○     bonyolultabb kísérleteknél

●     6/1. modell érvényességének meghat, modell egyszerűsítése

●     5/2. megcáfoltuk a hipotézist → új hipotézis

 

Életkritériumok:

●     anyagcsere

○     cél: ATP vagy beépíteni

○     ami ∅ kell → leadni

●     információs rendszer megléte → DNS + ezt dekódoló és megvalósító rendszer → RNS + fehérjék

●     szaporodás, öröklődés

●     ingerlékenység

●     szabályozottság

●     evolúciós képesség

●     elhatárolódás

○     ~ sejthártya

●     növekedés, fejlődés

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image003.png

Vizsgálómódszerek

 

Fénymikroszkóp:

●     ált. 2 lencse: objektív,

●     okulár

●     baktériumok láthatók

●     vírusok nem

●     objektív 40x, az okulár 10x → 400x a nagyítás

●     felbontóképesség:

○     az a legkisebb távolság, amelynél az elhelyezkedő tárgypontok még különálló képpontokként képeződnek le

○     emberi szem: 0,2 mm

○     fénymikroszkóp: kb. 0,2 mikrométer

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image004.png

Elektronmikroszkóp:

●     kép → nem fény, hanem mágnesekkel fókuszált elektronsugár hozza létre

●     100000-szeres nagyítás

●     0,5 nm-es felbontóképesség

●     fekete-fehér kép → utólag színezhető

●     sejtalkotók finomszerkezete is

 

MRI (Magnetic Resonance Imaging):

●     nagy felbontású képalkotó eljárás

●     élő szervekről

●     H atommagjai kis mágnesként viselkednek → felveszik majd visszasugározzák az EM hullámokat

●     kisugárzott hullámokat számítógép alakítja képpé

 

EEG (Elektroenkefalográf):

●     agyműködést vizsgálják

●     a testfelszínre jutó elektromos jeleket elektródákkal mérik

●     a feszültségváltozást időben ábrázolják

 

EKG (Elektrokardiográf):

●     szívműködés

●     elektromos jelek a szívből → testfelszínre is

●     elektródákkal

●     a feszültség változásait az idő függvényében ábrázoljuk, jellegzetes görbe → elektrokardiogram

 

Endoszkópos vizsgálat:

●     belső szervekről, testüregekről készíthető felvétel

●     flexibilis, végén kamera

●     kivetített kép alapján kisebb operációk

 

Ultrahangvizsgálat (UH):

●     nem jár sugárterheléssel → sokszor használható

●     szervezetünk szöveteinek UH-visszaverő képességének különbözősége miatt működik

●     vizsgálófej: elektromos kristályok → UH hullámokat állít elő és fogadja a szövetek felületéről visszaverődőket

 

Röntgenvizsgálat:

●     röntgensugarak → nagy energiájú elektromágneses sugarak

●     kül. haladnak át kül. szöveteken

●     a csont jobban elnyeli a sugárzást → az átjutó sugarak kevésbé feketítik meg a fotólemezt

●     a lágyrészek jobban átengedik a sugárzást → sötét foltok

 

CT (computertomograph):

●     rtg-sugárzáson alapuló képalkotó módszer

●     többirányú felvétel, több harántirányú képszelet → 3D kép

●     a vizsgálat tárgya képzeletbeli szeletekre bontva látható

 

Kromatográfia:

●     a vizsgálandó minta komponenseinek szétválasztása → álló fázis + mozgó fázis (minta)

●     álló fázis felületén a mozgó fázis komponensei különböző erősséggel kötődnek (adszorbeálódnak) →  komponensek elválasztódnak

●     adszorpció: gázok, folyadékok részecskéinek szilárd felületen történő megkötődése

 

Gélelektroforézis:

●     egyenáramú elektromos erőtérben gélben végzett kromatográfia

●     különböző hosszúságú DNS-darabok szétválaszthatók

 

Fizikai, kémiai alapok

 

Oldatok:

●     legalább 2 komponensből álló homogén anyagi rendszerek

●     nincsenek fázishatárok

●     oldószer (ált. amiből több van)

●     oldott anyag

●     élő rendszerekben: víz + ionok, szerves vegyi, gázok

●     anyagmennyiség-koncentráció

○     az oldott anyag anyagmeny. egységnyi térfogatú oldatban

○     m.e.: mol/dm³

●     telítettség

○     amikor az oldószer már ∅ tud több oldott a. -t felvenni

○     egyensúlyi áll.:

■     az oldódás és a kiválás seb. azonos

 

Diffúzió:

●     koncentráció kül. hatására a nagyobb konc. felől a kisebb felé tört. anyagtranszport

●     spontán végbemegy → ∅ energiaszük.

●     alapja a Brown-mozgás

●     ha a konc. kiegyenlítődött → dinamikus egyensúly

○     ∅ áll meg, a részecskék tovább mozognak, csak a konc. állandó

●     pl. tüdő légzőhámján át

○     CO2: vérből a léghólyagocskába

○     O2: léghólyagocskából a vérbe

●     pl. tápanyagok felszívása a bélrendszer felszívóhámján keresztül

●     ozmózis:

○     diffúzió spec. esete

○     szemipermeábilis hártya

○     oldószer diffúziója a féligáte. hártyán át a konc. kiegy. irányába

○     oldott anyag koncentrációja különböző a 2 oldalon

○     vízmolekula átjut, oldott anyag számára a membrán nem átjárható → vízmolekulák diffundálnak a töményebb oldat felé

○           ozmózisnyomás:

 

■     a töményebb oldat felé áramló oldószer nyomása

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image005.png

Hemolízis:

●     hipertóniás oldatba teszünk egy sejtet

○     kívül nagyobb a konc.- ozmózis → összezsugorodik a sejt

●     hipotóniás oldatba teszünk egy sejtet

○     kívül kisebb a konc. → ozmózis befele → egy idő után túl sok lesz a víz → szétesik a sejt

●     def.: amikor a vörösvértestek hipertóniás vagy hipotóniás oldatba kerülve összezsugorodnak vagy szétesnek

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image006.png

 

Plazmolízis:

●     hipertóniás oldat → 10% KCI

○     sejt zsugorodik

○     sejthártya elválik a merev sejtfaltól

●     izotóniás oldat

○     ugyanannyi ki és be

○     a növény petyhüdt, lekókad

○     a sejtplazma víztartalma lecsökken

●     hipotóniás oldat → desztillált víz

○     „a boldog növény áll." :)

○     turgorállapot

○     víz lép be a sejtplazmába, majd a vakuólumba

○     sejt megduzzad, nekifeszül a sejtfalnak

○     turgornyomás: a citoplazma sejtfalra gyakorolt nyomása

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image007.png

Ozmózis élettani példa:

●     a növények vízfelvétele → gyökérben

○     a sejtjeibe akkor juthat víz a talajból, ha a sejtplazma töményebb, mint a környező talajoldaté

●     nyirokképzés és szövetnedv visszaszívás

○     hajszálerekből szövetnedv préselődik ki a szövetek sejtközötti terébe

○     részben vakon nyíló nyirokkapillárisokba kerül

○     részben a hajszálér vénás részén visszaszívódik

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image008.png

○     visszaszívódást a kapilláris ozmotikus szívóereje fokozza

○     a fehérjék nem tudnak kilépni a szemipermeábilis hártyán, így a koncentrációjuk folyamatosan nő

●     vízmozgás a nefronban

○     kifiltrált szűrlet rengeteg vizet tart. → 99% visszaszívódik

○     visszaszívás érdekében → tubulus körül ozmotikusan aktív anyagok konc. magas

○     az elvezetőcsat. körny. → ozmotikus nyomása nagyobb, mint a szűrleté

 

Ozmózis az orvosi gyakorlatban:

●     ha a vér ozmotikus konc. megemelkedik (pl. intenzív izzadás/sós étel) → vér hiperozmotikus → sejtekből víz áramlik a vérbe, vvt.-k összefonnyadnak → szomjúságérzet (hipotalamusz)

●     injekció/ infúzió:

○     alapból izotóniás → 0,9%-os NaCl

○     kiszáradáskor → a vér hiperozmotikus → hipotóniás infúzió

○     súlyos éhezés/ legyengült szervezet esetén → kevesebb a plazmafehérje → hipoozmotikus a vér → hiperozmotikus infúzió

 

Enzimek

 

Miért kellenek?

●     a kémiai reakciók során a reagáló anyagoknak találkozniuk, ütközniük kell (Brown-mozgás)

●     kémiai/labor körülmények között melegítéssel fel lehet gyorsítani

○     energiát viszünk a rendszerbe

●              aktiválási energia

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image009.png

○     az az energiamennyiség, ami ahhoz kell, hogy a kémiai reakció végbemenjen

○     laborban melegítéssel

●     élő szervezetben:

○     ∅ lehet melegíteni

○     katalizátor:

■     a folyamat lejátszódását segíti, az aktiválási energiát csökk.

○     enzimek = biokatalizátorok:

■     új reakcióutakat nyit meg, a biokémiai reakciók lejátszódását úgy segíti, hogy az aktiválási energiát csökkenti

 

Enzimek jellemzői:

●     aktív centrum:

○     az enzim felületén az a hely, ahol a katalizált reakció végbemegy

●     enzim fajlagosság:

○     egy reakciótípust katalizál (pl. H-t hasít le)

○     vagy csak 1 bizonyos anyag átalakulását kat. (pl. ATP-képzés)

●     kulcs-zár elv:

○     az enzim aktív centruma (kötőzsebe) pontosan illeszkedik a szubsztráttal

●     indukált illeszkedés elve:

○     a szubsztrát bekötödése módosítja az enzim szerkezetét, és növeli annak katalitikus aktivitását

●     termék:

○     a kötések átrendeződésével leválik az enzim felületéről

●     az enzimet változás nélkül visszakapjuk → újra használható

●     optimum:

○     mivel nagyrészt globuláris fehérjék → szigorú feltételek mellett műk. csak

○     pH-optimum, hőm.-optimum

 

Enzimgátlások:

●     kompetitív gátlások

○     valamilyen más nagyon has. szerk. anyag a szubsztráthoz, elfoglalja az enzim aktív centrumát → nincs hely az igazi szubsztrát bekötödésére

●     allosztérikus gátlás:

○     valamilyen anyag hozzákapcs. az enzimhez → enzim térszerkezetet változtat → már ¢ képes fogadni a szubsztrátot

Leírás: Z:\home\km\Nextcloud\Iskola\Jegyzetek\Biológia\Fakt\1 Bevezetés\1_bevezetes_elemei\image010.png

Csoportosítás:

●     egyszerű enzim:

○     csak fehérjéből áll

●     összetett enzim:

○     a fehérje mellett valamilyen nem fehérje term. anyagot is tart. → kofaktor

■     leválhat és visszakapcsolódhat a koenzim

■     ha leválik → tönkremegy az enzim (prosztetikus csop.)

●     pl. Zn2+, Fe3+

 

Elnevezés:

●     -áz végződés

○     laktáz → laktózt bont

○     amiláz → keményítőt bont

○     lipáz → zsírokat bont

●     triviális név

○     pepszin

○     tripszin

○     mucin