Sánta Csaba:
SuliPlussz - DiákRepeta
A KLASSZIKUS ENERGIA - 3. rész
Biológia és Energia
A biológiai rendszerek összetettsége és bonyolultsága oly mérvű, hogy
annak alapjait vizsgálni már önmagában is vakmerőség, ám ezt csupán a
fizika szintjén nézni, vagy netán még szűkebben az energiák
világából... Hát igen, ez az, ami... Már csak azért is, mert itt egyes
fogalmak mást jelölnek. Így itt zárt rendszereken a környezetükkel
csak energiát cserélő, míg nyílt rendszereken az energia mellett
anyagot is cserélő rendszereket értjük.
Érdemes és hasznos lehet a tankönyvből az élőlények testének,
rendszerének szervetlen és szerves kémiai alkotóit és ezen alkotók
tulajdonságait végigolvasni. Külön figyelmet érdemel a fehérjék
szerkezete. Előző számunkban azt mondtuk, hogy a kémiai kötés mindig
energia. A fehérjéket 20 különböző aminosav más-más (az adott fajra
jellemző) sorrendje alkotja. E kapcsolódási sorrend határozza meg a
fehérjemolekula elsődleges szerkezetét, mint egy energetikai alapot.
Erre épül a fehérjék alfa-helix spirális szerkezete, és helyenkénti
párhuzamosságot mutató harmadlagos szerkezete, majd a molekulák laza
kötésű halmazai is.
Az élet folyamat, kölcsönhatások sora. "Az élet alapelvét
önreprodukálásra képes zártláncú reakcióhálózatok, kémiai
körfolyamatok alkotják" - írja hozzánk küldött levelében Horváth Csaba
úr Veszprémből. Természetesen az élő anyag legkisebb alaki és
működésbeli egységeként tekintett sejtre az a jellemző, hogy számára
csak a kémiai kötésekben rejlő energia hasznosítható. Ezért is fontos
a már említett kémiai építőelemek áttekintése. (Azonban jó tudni, hogy
a tudományban nincs sem lezárt, sem elhatárolt kérdés! Az élet
lényegét pl. a biokémia kutatóin túl, informatikusok, fizikusok, de
más "humán" szakemberek is feszegetik...)
A biológia világánál maradva... Az energia felhasználást tekintve
érdekes, hogy egy szülőcukrot fogyasztó, de egyébként teljes
nyugalomba lévő ember pontos mérések szerint ugyanakkora hőt ad le
környezetének, mintha azt a szőlőcukrot elégettük volna. Igen ám, de a
testünk hőmérséklete csak 36,5-36,8 Celsius-fok közötti, messze alatta
maradva a szőlőcukor gyulladási hőmérsékletének. Mi történt? Az élő
anyag kémiai felépítésében szerepet játszó fehérjék egy része azzal a
tulajdonsággal, képességgel rendelkezik, hogy egy bizonyos kémiai
reakció létrejöttéhez szolgál alapul. Ezen biokatalizátorok az
enzimek.
Az enzimek molekulaszerkezete olyan, hogy van egy különlegesen
reakcióképes felületük (aktív centrum), s itt az oldalláncaikkal más
molekulákkal (szubsztrátum) kapcsolatba lépnek. E kapcsolódás után
megtörténik a szükséges kémiai átalakulás, amelynek során az adott
enzim biztosítja a szükséges aktiválási energiát, majd a keletkezett
végtermék mellett változatlan formában megmarad. Szétválásuk után a
folyamat egy másik szubsztrátummal kezdődik elülről. (Az enzimek
sajátos jellemzője a fajlagosság: az aktív centrum szerkezete, s így
az energia-tartalma miatt egy enzim egy adott kémiai reakciót képes
csak katalizálni.)
Az energiát tartalékolni is kell. Az enzimeknek fontos szerepük van az
(energiafelszabadító reakciók során keletkezett) energia tárolásában
is. Kémiai kötések felbomlásakor energia szabadul fel, ami hővé alakul
és távozik. Raktározni és hasznos munkára fordítani úgy tudja a
szervezet, hogy nagy energiájú kötéseket tartalmazó molekulákat hoz
létre. Az adenozin-trifoszfát (ATP) három, egymással kapcsolódó
foszforsavmaradék kötései erre alkalmasak. A legszélső lehasításakor
30 kJ/mol energia válik hasznosíthatóvá. A két szélső
foszforsavmaradék együttes leszakítása már 38 kJ/mol energia
felszabadulásával jár.
És mindez csak a kezdet. A biológiai energia világát tovább lehet
kutatni a sejt szintű oxidációs-redukciós folyamatoktól (glükolízis,
citromsavciklus, terminális oxidáció) az autotróf táplálkozás
fotoszintézisén és a heterotróf táplálkozás sokszínű világán át az ön-
és fajfentartó folyamatok egyénen belüli és egyedek közötti
viszonylataikig. Ezek áttekintése a tankönyvre marad, ám amikor ezt
teszitek, akkor mindig gondoljatok arra, hogy eme összetett rendszer
milyen fizikai, kémiai alapokra vezethető vissza. Hiszen az adott
komplexitás melletti jellemzők, mint életjelenségek még nem
definiálják az életet!
taCs
Duna Televízió * DunaText * Y-akták
1996. október 30. - 1996. november 13.