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)
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
○ 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
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
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
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
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
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
○ 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
○ 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
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