Fizikai, kémiai alapismeretek

Jellemzői

• Az oldott anyag részecskéi a nagyobb

koncentrációjú helyről a kisebb
koncentrációjú felé áramlanak, a
koncentráció kiegyenlítődéséig

• Hajtóereje: koncentrációkülönbség
• Biológiai jelentősége:

• Biztosítja a szervezet számára a szükséges

anyagok eloszlását a sejtek közötti térben
és a sejtekben

• légzési gázok (O2, CO2) áramlása a gázok

parciális nyomáskülönbségének hatására,
ami a gázok koncentrációkülönbségével
egyenesen arányos

• talajból a növények számára fontos ionok

átjutása a növény sejtfalán (a sejthártyán
viszont már aktív transzporttal)

II. Ozmózis

Ozmózis rap:

https://www.youtube.com/watch?v=HqKlLm2MjkI

1. Fogalma

• a víz molekulák (!!! vagy

oldószermolekulák) féligáteresztő
hártyán keresztül történő diffúziója a
kisebb (!) koncentrációjú hely felől a
nagyobb felé

• hajtóereje a koncentrációk

kiegyenlítődése

• Féligáteresztő (szemipermeábilis):

• kis méretű oldószermolekulák jutnak csak

át a hártya pórusain, nagy méretű
molekulák és hidratált ionok nem.

• Ilyen pl: sejthártya, celofán, vékonybél

2. Ozmózisnyomás

• Az a nyomás amit a töményebb oldatra gyakorolva

megakadályozható a víz molekulák átáramlása a
féligáteresztő hártyán keresztül a hígabb oldatból a
töményebb oldatba

• Az a szívóerő ami biztosítja a víz molekulák átáramlását

a féligáteresztő hártyán keresztül a hígabb oldatból a
töményebb oldatba

• A sziki zsázsa sejtjeinek ozmotikus szívóereje

(ozmotikus potenciálja) 40-50 atm (bar) nyomással
egyenértékű, míg a tölgyfáé csak 4-5 atm.

• Fejtse ki röviden, mit jelent az ozmózis, milyen

szerepet játszik a gyökerek vízfelvételében, mi módon
jellemezhető nagysága az ábrán látható
ozmométerrel, és mi magyarázza a tölgyfa és a sziki
zsázsa sejtjeinek eltérő ozmotikus szívóerejét!

• Az ozmózis kis molekulájú oldószer áramlása féligáteresztő hártyán át.
• Az ozmométerbe a vizsgált oldatot, míg a féligáteresztő hártyán kívülre a

tiszta oldószert / vizet töltve a féligáteresztő hártyán át megindul az
oldószer/ víz beáramlása, mely addig tart, amíg a fölemelkedő
folyadékoszlop (hidrosztatikai) nyomása ki nem egyensúlyozza az oldat
szívóerejét / ozmotikus potenciálját.

• A gyökerek folyadékfelvételének feltétele, hogy a gyökér sejtjeinek nagyobb

legyen az ozmotikus szívóereje / negatívabb az ozmotikus potenciálja, mint
a környező talajnedvességet kötő erők.

• A szikes talaj nagy ozmotikus szívóereje miatt az abban élő növényeknek azt

meghaladó ozmotikus szívóerőt kell létrehozniuk.

3. Fajtái

• endozmózis: a víz molekulák a

féligáteresztő hártya külső oldala felől
a belső oldal felé mozognak

➢növényi sejtek (gyökérszőrsejtek)

vízfelvétele,

➢érett szőlőszem megrepedése esős

időben,

➢a víz felszívódása az állati bélfalon
➢a víz visszaszívódása a szűrletből a vesébe
➢a vörösvérsejtek hemolízise

• exzmózis: a víz molekulák a

féligáteresztő hártya belső oldala felől
a külső oldal felé mozognak

➢a növényi sejtek plazmolízise
➢a vörösvérsejtek zsugorodása

4. Vvt viselkedése különböző
koncentrációjú oldatokban

• Izoozmotikus: pl. fiziológiás sóoldat

(0,9%-os NaCl, a sejtplazmával azonos
koncentrációjú, infúzióban adva nem
változtatja meg a sejtek térfogatát):
nincs változás

• Hiperozmotikus: pl. tengervíz:

zsugorodik

• Hipoozmotikus: pl. deszt víz:

szétpukkan = hemolízis

5. Növényi sejt viselkedése különböző
koncentrációjú oldatokban
• Hypotoniás oldatban változást nem fogunk tapasztalni,

mert a merev sejtfalra ráfeszül a sejthártya, leáll a
vízbeáramlás → nem pukkan szét

• Hypertóniás oldatban plazmolízis következik be: vízelvonó

anyagok hatására a sejt plazmája (illetve a sejthártya) a
vízveszteség mértékének megfelelően fokozatosan elválik a
sejtfaltól → Kísérlet: plazmolízis vizsgálata vörös/
lilahagyma allevelén

Kísérlet: plazmolízis vizsgálata vörös/ lilahagyma allevelén
• Bőrszöveti nyúzatokat készítünk a vöröshagyma, vagy

lilahagyma húsos alleveléből.

1. Az egyik nyúzatot 4- 5 percre 1 %- os KCl- oldatba helyezzük,

majd tárgylemezre tesszük, lefedjük, és mikroszkóppal
megvizsgáljuk.
• A sejten kívüli oldat a sejtnedvnél töményebb, vagyis hipertóniás, a sejt

vizet veszít és a sejtplazma zsugorodik. Ezt a merev sejtfal nem követi, a
plazma (és a sejthártya) elválik a sejt faltól.

• Ha a hipertóniás oldat alkáli- fémionokat tartalmaz, a citoplazma

gömbölyded formában zsugorodik össze = Konvex plazmolízis

2. A másik nyúzatot 1 %- os CaCl2- os oldatba tesszük és 4- 5 perc

múlva megvizsgáljuk.
• Ha a hipertóniás oldat alkáliföldfém- ionokat tartalmaz, a citoplazma

csipkés széllel, szakadozottan válik le a sejtfalról = Konkáv plazmolízis

3. Deplazmolízis: ha normális, izotóniás – a sejt citoplazmájával

meg-egyező koncentrációjú – oldatba visszahelyezzük a sejtet,
az vissza-áll eredeti alakjába.

Lilahagyma húsos allevelei

Nyúzatot készítünk

Mikroszkópban megvizsgáluk

KCl-ben áztatjuk: konvex

CaCl2-ben áztatjuk

6. Ozmotikusan aktív
anyagok

A szervezet ozmotikusan aktív anyagai:

• Ionok: Na, K, Ca
• vízben oldott molekulák pl.

• glükóz
• Fehérjék (plazmafehérjék közül kiemelkedően

fontosak az albuminok)

A plazmafehérjék (főleg az albuminok)

szerepe:

• anyagkicserélődésben a nagyvérköri

kapilláris hálózatnál

• Nyirokképződésben és szövetnedv

visszaszívásánaá

• visszaszívásban: a víz visszaszívásában a

vesében a szűrletből a vérbe

7. Biológiai jelentősége

• gyökerek folyadékfelvételének feltétele (ld. Lent)
• vízvisszaszívás a vesében: az ozmózis elvén alapuló passzív transzport (a

vesetubulusból aktí-van visszaszívott ionokat a víz passzívan követi)

• vér: állandó ionkoncentrációnak kell uralkodnia (fiziológiás koncentráció),

mely ozmotikusan a sejtközötti tér és a sejtek ozmózisnyomásával***
egyenlő → Azért adnak tehát a kórházban is fiziológiás (izotóniás) sóoldat
alapú infúziókat, hogy a sejtek ozmózisból eredő károsodását elkerüljék.

III. Oldatok

1. Oldatok típusai

2. Kolloidok jellemzői

• Részecskék mérete: 1 – 500 nm
• A biológiai szempontból fontos makromolekulák

ekkorák

• Kis tömegükhöz képest nagy felület
• Adszorpcióra képesek: felületükön anyagokat (víz,

ionok stb.) köthetnek meg

• Ha a megkötött anyag víz, akkor hidratációról

beszélünk

• Ha a vízburok megszűnik a kolloid részecskék

összetömörülnek, kicsapódnak – koaguláció

3. Kolloid rendszerek formái

• Szol: ha a kolloidokban a diszpergált részecskék

szabadon elmozdulhatnak, azaz a kolloidrendszer
folyékony állapotú

• Gél: ha a részecskék hidrátburkukkal egymáshoz

kapcsolódnak és így nem tudnak elmozdulni, kialakul a
kocsonya. A szol hűtéssel, részleges vízelvonással géllé
alakítható.

• Ha még több vizet távolítunk el a gél kiszárad, de ekkor

sem veszíti el az összes víztartalmát. Később képes újra
vizet felvenni – duzzadás - és visszanyeri eredeti
állapotát pl. száraz magvak csírázáskor

IV. Adszorpció

1. Abszorpció - adszorpció

• Anyagban való elnyelődés, pl:
• fény abszorpciója a

színanyagokban

• Felületen való megkötődés,

adszorpción alapuló
jelenségek pl:

• Enzimek kötik a szubsztrátot
• Vízmolekulák kötődnek a

talajkolloidokon

• kromatográfia

2. Enzimműködés

• az aktív centrumukhoz kötődik (adszorbcióval) a

szubsztrát (kulcs-zár),

• Aktív centrum: szubsztrát térszerkezetének kiegészítője
• Szubsztrát: az átalakuló anyag

• végbemegy a kémiai folyamat,
• a termék leválik,
• visszaáll az enzim eredeti szerkezete

• Részletesen ld. Biokatalizátorok c. ppt

3. Talajkolloidok

• Víz molekulákat vagy vízben oldott ionokat adszorbeálnak

felületükön.

• A talajkolloidok (agyag, humusz) pl. a humusz kolloidok

negatív töltésmintázatú részecskék, a felületükön a víz
molekulák mellett kationokat is adszorbeálnak

4. Adszorpció orvosi szénen

Kísérlet:
• Lombikba öntünk kb. 200 cm3vizet, majd 5- 6

csepp fukszinoldattal vagy tintával megfestjük.

• Négy szem orvosi szenet összetörünk

dörzsmozsárban.

• A szenet a lombikba tesszük, jól összerázzuk, majd

leszűrjük.

Tapasztalat:
• A szűrlet színtelen, mert az orvosi szén (aktív szén)

jó adszorpciós képességgel rendelkezik, és
megkötötte a festék molekulákat.

• Hasonló jelenség fordul elő az enzimműködésnél,

és a talajkolloidoknál.

Jelentősége:
• emésztőrendszer számára káros anyagok (puffasztó

gázok és méreganyagok) meg-kötője, mivel a
bélrendszeren áthaladva nem szívódik fel, hanem
egyszerűen kiürül a bélsárral együtt. Leginkább
hasmenéses panaszokra használják

5. Kromatográfia

• Az anyagkeverékek fizikai

szétválasztására használt
módszer.

• Az elválasztás az összetevők

különböző adszorpcióján alapul

• Az elválasztás végbemehet:

• Oszlopon →

oszlopkromatográfia (krétán
levélkivonatot)

• Rétegen → papírkromatográfia

• A vizsgált anyag megoszlik az

oszlopban vagy rétegben levő
állófázis és az oszlopon,
rétegen áthaladó mozgófázis
között.

• Az elválasztást lehetővé teszi:

• a különböző anyagok az állófázison eltérő erősséggel

kötődnek meg (adszorbeálódnak), ezért különböző
sebességgel vándorolnak,

• az oszlop vagy réteg végén egymástól elkülönülve

jelennek meg.

• A kromatográfia mennyiségi elemzésre és anyagok

azonosítására alkalmas.

Kísérlet: növényi színanyagok szétválasztása
krétakromatográfiával

• A salátalevelet szaggassátok minél apróbb darabokra, szórjátok dörzsmozsárba,

majd szórjatok rá kvarchomokot és dörzsöljétek össze alaposan!

• Ezután adjatok hozzá etil-alkoholt és dörzsöljétek még néhány percig! 10 percre

tegyük melegvíz-fürdőbe!

• Szűrjétek le a dörzsmozsár tartalmát egy főzőpohárba: a szűrlet nyers

klorofilloldat.

• Állítsatok egy kihegyezett krétát (ez az állófázi) a szűrletbe (ez a mozgófázis),

majd kb. 20 perc elteltével vegyétek ki a krétát és hagyjátok pár percig száradni!

Tapasztalat és magyarázat

• A klrofilloldat felszívódik,

főbb összetevőire (színes
sávokra) válik szét.

• Etanol szerepe:

• Oldószer: kioldja a növényi

színanyagokat

• Vivőanyag

• Sávok:

• Sárga: karotin, xantofill, ez

van legmagasabban a gyenge
kötődés miatt

• Sárgászöld: klorofil –b
• Kékeszöld: klorofil –a: legalul,

mert legerősebben kötődik

V. Abszorpció

Abszorpció

• Sugárzás

anyagban való
elnyelődése

• Folyadékban vagy

szilárd anyagban
elnyelődnek a
gázok

VI. Kapillaritás

• az a fizikai jelenség, mikor a folyadékok a

gravitáció ellenében képesek elmozdulni
nagyon vékony csövekben.

• Oka, hogy a felületi feszültség, illetve a

folyadék és a cső molekulái közti adhéziós
(vonzó)erők a vékony keresztmetszet esetén
képesek „legyőzni” a gravitációt, így a csőben a
folyadék szintje „feljebb kúszik” a nem
hajszálvékony csőben lévő folyadékszinthez
képest.

• A kapilláris jelenség fordítva is működhet, ha

nem nedvesítő folyadékról van szó (vagyis a
folyadék és a cső molekulái „nem jönnek ki jól”
egymással, taszítják egymást, pl. higany +
üveg).

1. Fogalma

2. Jelentősége

• A növény a párologtatással fogyasztja a talaj

gyökérzónájának nedvességét.

• Ha az utánpótlás elmarad, (nincs csapadék) a talaj

kezd kiszáradni. Ha a talajvíz közel van a
gyökérzethez a kisméretű talajpórusok
szívóhatására, kapillaritására a hiányzó nedvesség
pótlódik.

• A kiszáradt talajnak nagy a felületi kapillaritása, a

kapálás ezt megszűnteti, ezért a talaj vízvesztesége

csökken.

VII. Kémiai alapfogalmak

• az az energiamennyiség, ami a

reaktánsok kötéseinek felbontásához
és aktivált komplex kialakulásá-hoz
szükséges.

• Az elegendő aktiválási energiával

rendelkező reaktánsok (azon
molekulák, amikből a termék lesz)
aktivált komplexumot hoznak létre,
ami egy instabil állapot (a
komplexben a régi és az új kötések
egyszerre jelen vannak).

• Az aktivált komplex tovább alakulhat

termékké vagy vissza kiindulási
anyagokká.

• Az aktiválási energiát általában 1 mol

reaktánsra adják meg, tehát
mértékegysége kJ/mol.

1. Aktiválási energia

• olyan anyag, ami a kémiai

reakció aktiválási energiáját
csökkenti, tehát a reaktánsok
számára alacsonyabb Ea-jú,
kisebb energiabefektetéssel
végbemenő reakció utat nyit.

• nem lép reakcióba a reagáló

anyagokkal → reakció végén
változatlan formában
visszakapjuk (és később újra fel
tudjuk használni),

• mindkét irányba katalizálja a

folyamatot

• Az enzimek biokatalizátorok!

2. Katalizátor

• Elsőrendű kötés: atomok közt jön létre

• Kovalens: diszulfid híd, éterkötés, észterkötés,

peptidkötés, foszfo-diészter kötés

• fémes
• ionos

• Másodrendű kötések: molekulák közt jön

létre

• H hidas: olyan molekulák közt, amik F, O vagy N-

hez kötötten tartalmaznak H-t

• Van der Waals kötések:

• Diszeperziós: apoláris molekulák átmenetileg polárossá

válva gyenge elektrosztatikus kölcsönhatsással
kapcsolódnk

• Dipólus-dipólus kölcsönhatás: poláris molekulák közti

gyenge elektrosztatikus kölcsönhatsás

3. Kémiai kötések

4. Kémiai reakciók

• Hidrolízis: két molekula vízbelépés

közben bomlik fel, makromolekula -
alegységek (monomerek)
szétbomlási folyamata:

• keményítő, glikogén → maltóz →

glükóz

• fehérje (polipeptidlánc) →

aminosavak

• nukleinsav → nukleotidra
• Zsír → glicerinre + zsírsavra

• Kondenzáció: két molekula

vízkilépés közben kapcsolódik össze
(fenti folyamatok fordítottja)

• Addíció:

• Többszörös kötést tartalmazó

molekula (alkén, alkin) egyesül egy
másik molekulával (halogén, H-
halogenid, víz), melléktermék nincs.

• Pl. olajok H addíciója: margaringyártás

• Polimerizáció: Sok telítetlen

molekula egyesül →1 anyag (nincs
melléktermék)

• Kiindulási anyag neve:

monomer

• Termék neve: polimer
• Pl:

• fehérjék – aminosav polimerek
• Keményítő, cellulóz – glükóz

polimer

• DNS, RNS: nukleotid-polimer

• Oxidáció: Olyan

reakció, amiben egy
anyag:

• Oxigént vesz fel
• Hidrogént ad le
• Elektront ad le
• Pl: lebontó folyamatok

(biológiai oxidáció,
erjedés)

• Redukció: Olyan

reakció, amiben egy
anyag:

• Oxigént ad le
• Hidrogént vesz fel
• Elektront vesz fel
• Pl: felépítő folyamatok

(fotoszintézis,
kemoszintézis)

5. Izoméria

• Azonos összegképlet mellett a molekuláknak

különböző térszerkezete alakulhat ki

• Típusai:

• Konstitúciós
• Térizoméria

• Geometriai vagy cisz/transz
• Optikai vagy konfigurációs
• konformációs

Konstitúciós izoméria

• atomok kapcsolódási sorrendje más, ezért kémiai és

élettani tulajdonsági jelentősen eltérnek

• szőlőcukor és gyümölcscukor
• Etilalkohol és dimetil éter

Geometriai/ cisz-transz izoméria

• Azonos összegképlet

• Azonos kapcsolódási sorrend

• Térbeli elrendeződés más, nem alakulnak

át egymásba: cisz-butén – transz butén!

• Kémiailag hasonlóak, élettani hatásuk

eltér

• Pl.

• cisz-transz zsírok
• Látás: cisz retinál→fényre transz retinál

•Pálcikák-sötétben, csapok fényben (színlátás)

•Galamb: csak csap (csapok színlátásért felenek, sok
fényben működnek, nappal lát csak)

•Bagoly: csak pálcika (pálcika fény/árny látáshoz kell,
kevés fényben is működik, ezért a bagoly nem lát
színeket, de szürkületben is lát)

• Kiralitás:

• Egy tárgy akkor királis, ha nem azonos a

tükörképével.

• ha a tárgynak van tükörsíkja, akkor nem lehet

királis.

• Királis egy molekula, ha van királis C atomja: ez

olyan C atom, aminek mind a négy liganduma
különböző

• Történeti okokból a tükörképi molekulapárok

(enantiomer párok) egyikét rendszeresen a latin
dextro (jobb) szó miatt D, a másikat a latin bal
(levo) szó miatt L betűvel jelölik, ezek a síkban
polarizált fény síkját ellentétes irányba forgatják

• Biomolekulák közül a szénhidrátok és az

aminosavak királisak: D-szénhidrátok és L-
aminosavak

• Szuper cikk:

http://www.inorg.unideb.hu/LenteBlog/blog13
0915.html

Optikai vagy konfigurációs

THALODIMIDE

1957 Németország: terhességi rosszullét elleni gyógyszer – egyik enantiomer
másik enantiomer és a kettő keveréke, a racém - mutagén

Enantioszelektív szintézisek: 2001-es kémiai Nobel-díj: Knowles, Noyori, Sharpless
Királis elválasztások (kromatográfia)

Konformációs izomerek

• Azonos összegképlet

• Azonos kapcsolódási sorrend

• Térbeli elrendeződés („forma”) más,

egymásba átalakulhatnak

• Kémiailag hasonlóak, élettani hatásuk

azonos

• Jelentősége:

➢ pl. sejthártyában található ioncsatornák

így működnek: megkötik az iont→a
molekula formája megváltozik→ion bejut

• A szerves vegyületek tulajdonságait alapvetően meghatározó

atom vagy atomcsoport.

• Egy vegyületcsoportban (pl. az alkoholok csoportjában) a funkciós

csoport ugyanaz (-OH azaz hidroxil csoport)

• Gyakorlás: http://erettsegi.com/tesztek/kemia-teszt-szerves-

kemia-funkcios-csoportok-felismerese/

Funkciós cs. képlete

Csoport neve

Vegyületcs. neve

végződés

-OH

Hidroxil csoport

Alkohol

-ol

-O-

Éter csoport

Éter

-éter

Aldehid cs. / formil
cs.

Aldehid

-al

Keto cs./karbonil cs.

Keton

-on

Karboxil cs.

Karbonsav

-sav

Észter cs.

észter

-észter

-NH2
Amino cs.

Aminok

-amin

6. Funkciós csoport

7. Biomolkulák és építőkövei

8. Egyéb

• Hőkapacitás: megmutatja, hogy mekkora

hőmennyiség szükséges az adot mennyiségű anyag
hőmérsékletének 1˚C-kal történő emeléséhez.

• Párolgáshő: az az energia, amely szükséges a

folyadék gázzá alakításához.

• Diszpergálás: az anyagnak kisebb méretű részekre

történő darabolása.