Információ

4.3: A formált elemek előállítása – Biológia

4.3: A formált elemek előállítása – Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tanulási célok

A szakasz végére a következőkre lesz képes:

  • Kövesse nyomon a képződött vérelemek keletkezését a csontvelői őssejtekből
  • Beszélje meg a hemopoetikus növekedési faktorok szerepét a képződött elemek termelésének elősegítésében!

A kialakított elemek élettartama nagyon rövid. Bár a leukociták egyik típusa, az úgynevezett memóriasejtek, évekig fennmaradhat, a legtöbb eritrocita, leukocita és vérlemezke általában csak néhány órától néhány hétig él. Így a szervezetnek gyorsan és folyamatosan új vérsejteket és vérlemezkéket kell képeznie. Ha egy egységnyi vért ad le egy véradás során (körülbelül 475 ml, vagyis körülbelül 1 pint), a szervezet általában 24 órán belül pótolja az adományozott plazmát, de körülbelül 4-6 hétbe telik a vérsejtek pótlása. Ez korlátozza a donorok vérellátásának gyakoriságát. Azt a folyamatot, amellyel ez a csere megtörténik, az úgynevezett hemopoiesis, vagy hematopoiesis (a görög gyökérből haima– = „vér”; –poiesis = „termelés”).

Hemopoiesis helyszínei

A születés előtt a vérképzés számos szövetben előfordul, kezdve a fejlődő embrió sárgája zsákjával, és folytatódik a magzati májban, a lépben, a nyirokszövetben és végül a vörös csontvelőben. Születést követően a legtöbb vérképződés a vörös velőben, a szivacsos (szivacsos) csontszövet tereiben található kötőszövetben történik. Gyermekeknél hemopoiesis előfordulhat a hosszú csontok velőüregében; felnőtteknél a folyamat nagyrészt a koponya- és medencecsontokra, a csigolyákra, a szegycsontra, valamint a combcsont és a humerus proximális epifízisére korlátozódik.

A máj és a lép egész felnőttkorban megőrzi képességét a kialakult elemek előállítására. Ezt a folyamatot extramedulláris hemopoiesisnek nevezik (ami a felnőtt csontok velőüregen kívüli hemopoiesist jelenti). Ha egy betegség, például a csontrák tönkreteszi a csontvelőt, ami a vérképzés kudarcát okozza, extramedulláris hemopoiesis indulhat meg.

A kialakult elemek megkülönböztetése az őssejtektől

Minden képződött elem a vörös csontvelő őssejtjeiből származik. Emlékezzünk vissza, hogy az őssejtek mitózison és citokinézisen (sejtosztódáson) mennek keresztül, hogy új leánysejteket hozzunk létre: ezek egyike őssejt marad, a másik pedig tetszőleges számú különböző sejttípusba differenciálódik. Az őssejteket úgy tekinthetjük, mint amelyek egy hierarchikus rendszert foglalnak el, és minden egyes lépésben elvesztik a diverzifikációs képességüket. Az totipotens őssejt a zigóta vagy megtermékenyített tojás. A totipotens (toti- = „minden”) őssejtből az emberi test összes sejtje keletkezik. A következő szint a pluripotens őssejt, amely a test többféle sejtjét és néhány támasztó magzati membránt eredményez. E szint alatt a mesenchymalis sejt egy őssejt, amely csak kötőszövet típusokká fejlődik, beleértve a rostos kötőszövetet, csontot, porcot és vért, de nem hám-, izom- és idegszövetté. Az őssejtek hierarchiájában egy lépéssel lejjebb található a hemopoetikus őssejt, vagy hemocitoblaszt. A vér összes képződött eleme ebből a speciális sejttípusból származik.

A vérképzés akkor kezdődik, amikor a vérképző őssejt megfelelő kémiai ingereknek van kitéve, amelyeket együttesen ún. hemopoetikus növekedési faktorok, ami felosztásra és megkülönböztetésre készteti. Az egyik leánysejt hemopoetikus őssejt marad, ami lehetővé teszi a vérképzés folytatását. A másik leánysejt a kétféle speciálisabb őssejt valamelyikévé válik (1. ábra):

  • Limfoid őssejtek limfocitákként ismert leukociták osztályát eredményezik, amelyek magukban foglalják a különböző T-sejteket, B-sejteket és természetes gyilkos (NK) sejteket, amelyek mindegyike immunitásban működik. A limfociták vérképzése azonban némileg eltér a többi képződött elem folyamatától. Röviden, a limfoid őssejtek gyorsan vándorolnak a csontvelőből a nyirokszövetekbe, beleértve a nyirokcsomókat, a lépet és a csecsemőmirigyet, ahol termelésük és differenciálódásuk folytatódik. A B-sejteket azért nevezik így, mert a csontvelőben érnek, míg a T-sejtek a csecsemőmirigyben.
  • Mieloid őssejtek az összes többi képződött elemet, beleértve az eritrocitákat is; vérlemezkéket termelő megakariociták; és egy mieloblaszt vonal, amely monocitákat és szemcsés leukociták három formáját eredményezi: neutrofileket, eozinofileket és bazofileket.

A limfoid és mieloid őssejtek nem osztódnak azonnal és differenciálódnak érett, kialakult elemekké. Amint az 1. ábrán látható, a prekurzor celláknak (szó szerint: elődsejtek) számos köztes szakasza van, amelyek közül sok felismerhető a nevükről, amelyek -blast utótaggal rendelkeznek. Például a megakarioblasztok a megakariociták prekurzorai, a proeritroblasztok pedig retikulocitákká válnak, amelyek kilövik magjukat és a legtöbb egyéb organellumát, mielőtt vörösvértestekké érnének.

Hemopoietikus növekedési faktorok

Az őssejtekből a prekurzor sejtekké az érett sejtekké történő fejlődést ismét a hemopoetikus növekedési faktorok indítják el. Ezek a következők:

  • Eritropoetin (EPO) egy glikoprotein hormon, amelyet a vesék intersticiális fibroblaszt sejtjei választanak ki az alacsony oxigénszintre válaszul. Serkenti az eritrociták termelését. Egyes sportolók szintetikus EPO-t használnak teljesítményfokozó szerként (úgynevezett vérdopping), hogy növeljék a vörösvértestek számát, és ezt követően fokozzák az oxigén szállítását a szövetekbe az egész testben. Az EPO tiltott anyag a legtöbb szervezett sportban, de orvosilag is alkalmazzák bizonyos vérszegénységek, különösen bizonyos típusú ráktípusok által kiváltott vérszegénységek és más olyan rendellenességek kezelésére, amelyeknél a megnövekedett eritrocitaszám és oxigénszint kívánatos.
  • Thrombopoietin, egy másik glikoprotein hormon, amelyet a máj és a vesék termelnek. Beindítja a megakariociták vérlemezkékké történő fejlődését.
  • Citokinek glikoproteinek, amelyeket számos sejt választ ki, beleértve a vörös csontvelőt, a leukociták, a makrofágok, a fibroblasztok és az endotélsejteket. Lokálisan autokrin vagy parakrin faktorként hatnak, serkentik a progenitor sejtek proliferációját, és elősegítik a betegségekkel szembeni nem specifikus és specifikus rezisztencia stimulálását. A citokinek két fő altípusa ismert telepstimuláló faktorok és interleukinek.
    • Kolóniastimuláló faktorok (CSF) olyan glikoproteinek, amelyek lokálisan, autokrin vagy parakrin faktorként hatnak. Egyesek kiváltják a mieloblasztok granuláris leukocitákká, nevezetesen neutrofilekké, eozinofilekké és bazofilekké történő differenciálódását. Ezeket granulocita CSF-nek nevezik. Egy másik CSF monociták, úgynevezett monocita CSF-ek termelését indukálja. Mind a granulocitákat, mind a monocitákat stimulálja a GM-CSF; a granulociták, monociták, vérlemezkék és eritrociták stimulálása multi-CSF hatására történik. E hormonok szintetikus formáit gyakran adják be a rák különböző formáiban szenvedő betegeknek, akik kemoterápiát kapnak fehérvérsejtszámuk helyreállítása érdekében.
    • Interleukinok a citokin jelátviteli molekulák egy másik osztálya, amelyek fontosak a vérképzésben. Kezdetben úgy gondolták, hogy kizárólag a leukociták választják ki őket, és csak más leukocitákkal kommunikálnak, és ennek megfelelően nevezték el őket, de ma már ismert, hogy számos sejt termeli, beleértve a csontvelőt és az endotéliumot. A kutatók most azt gyanítják, hogy az interleukinok más szerepet is játszhatnak a szervezet működésében, beleértve a sejtek differenciálódását és érését, immunitást és gyulladást okozva. A mai napig több mint egy tucat interleukint azonosítottak, és valószínűleg továbbiak is követik őket. Ezeket általában IL-1, IL-2, IL-3 stb. számmal látják el.

Mindennapi kapcsolat: Vérdopping

Eredeti szándékában a vérdopping kifejezés azt a gyakorlatot használta, hogy transzfúzióval kiegészítő vörösvértesteket fecskendeznek be az egyénbe, jellemzően a sportteljesítmény fokozására. További vörösvértestek több oxigént juttatnának a szövetekbe, extra aerob kapacitást biztosítva, amit klinikailag VO-nak neveznek2 max. A sejtek forrása vagy a recipienstől származik (autológ), vagy egy kompatibilis vérrel rendelkező donortól (homológ). Ezt a gyakorlatot segítették a vörösvértestek begyűjtésének, koncentrálásának és fagyasztásának jól kidolgozott technikái, amelyek később felolvaszthatók és befecskendezhetők, mégis megőrizték funkcionalitásukat. Ezek a gyakorlatok gyakorlatilag minden sportban illegálisnak minősülnek, és fertőzésveszélyt jelentenek, jelentősen növelve a vér viszkozitását és a vérrel terjedő kórokozók átvitelének lehetőségét, ha a vért egy másik személytől vették.

A szintetikus EPO kifejlesztésével az 1980-as években lehetővé vált további vörösvértestek biztosítása a csontvelőben a vörösvértestek termelésének mesterséges stimulálásával. Eredetileg vérszegénységben, veseelégtelenségben vagy rákkezelésben szenvedő betegek kezelésére fejlesztették ki, és nagy mennyiségű EPO állítható elő rekombináns DNS-technológiával. A szintetikus EPO-t a bőr alá fecskendezik, és több hétig növelheti a hematokritot. Policitémiát is kiválthat, és a hematokrit értéket 70-re vagy nagyobbra emelheti. Ez a megnövekedett viszkozitás növeli a vér ellenállását, és erősebb pumpálásra kényszeríti a szívet; szélsőséges esetekben halállal végződött. Más gyógyszerekről, például a kobalt-II-kloridról kimutatták, hogy növelik a természetes EPO-génexpressziót. A vérdopping számos sportágban problémássá vált, különösen a kerékpározásban. Lance Armstrongot, hét Tour de France és sok más kerékpáros cím győztesét megfosztották győzelmeitől, és 2013-ban beismerte a vérdoppingot.

A vérdopping káros hatásai

A vérben lévő vörösvértestek számának egyszerű növelése összefüggésbe hozható a hiperviszkozitási szindrómával, amelyet a megnövekedett vérviszkozitás, valamint a csökkent perctérfogat és véráramlási sebesség jellemez, ami a perifériás oxigénszállítás csökkenését eredményezi. Ez növeli a szívinfarktus, a szélütés, a phlebitis és a tüdőembólia esélyét, amit olyan esetekben tapasztaltak, amikor túl sok vér kerül vissza a véráramba. Mivel a vérdopping növeli a vörösvértestek mennyiségét, hatékonyan bevezeti a policitémiának nevezett állapotot, egy olyan vérbetegséget, amelynek ismert káros következményei vannak, például szívroham vagy szélütés. Egy másik probléma az előkészítés vagy tárolás során bekövetkezett vérszennyeződés. 2002-ben minden 500 000 vörösvérsejt-transzfúzióból 1-nél észlelték a fertőzést. A vérfertőzés vérmérgezést vagy az egész testet érintő fertőzést okozhat.

— Wikipédia

Amikor Lance Armstrong kerékpáros elismerte, hogy teljesítményfokozó szereket használt, a vérdopping gyakorlása a média reflektorfényébe került. De pontosan hogyan növeli a teljesítményt? A Mayo Clinic szakértői a vérdopping mögötti tudományt tárják fel a következő videóban.

Egy YouTube-elem ki lett zárva a szöveg ebből a verziójából. Itt megtekintheti online: pb.libretexts.org/aapii/?p=66

Csontvelő-mintavétel és -átültetés

Néha az egészségügyi szolgáltató elrendeli a csontvelő biopszia, vörös csontvelő mintájának diagnosztikus vizsgálata, vagy a csontvelő átültetés, egy olyan kezelés, amelyben a donor egészséges csontvelője – és annak őssejtjei – helyettesítik a beteg hibás csontvelőjét. Ezeket a teszteket és eljárásokat gyakran használják a vérszegénység különféle súlyos formáinak, például a thalassemia major és a sarlósejtes vérszegénység, valamint egyes ráktípusok, különösen a leukémia diagnosztizálására és kezelésére.

A múltban, amikor csontvelő-mintára vagy transzplantációra volt szükség, az eljáráshoz egy nagy furatú tűt kellett volna beszúrni a medencecsontok csípőtaréja (os coxae) közelében lévő régióba. Ezt a helyet részesítették előnyben, mivel a testfelszínhez közeli elhelyezkedése jobban hozzáférhetővé teszi, és viszonylag elszigetelt a legtöbb létfontosságú szervtől. Sajnos az eljárás meglehetősen fájdalmas.

Mostanában gyakran elkerülhető a csontvelő közvetlen mintavétele. Sok esetben az őssejtek mindössze néhány óra alatt izolálhatók a páciens véréből. Az izolált őssejteket ezután tenyészetben növesztik a megfelelő hemopoetikus növekedési faktorok felhasználásával, és elemzik, vagy néha lefagyasztják későbbi felhasználás céljából.

A transzplantációra szoruló egyén számára a megfelelő donor elengedhetetlen ahhoz, hogy az immunrendszer ne pusztítsa el a donorsejteket – ezt a jelenséget szövetkilökődésnek nevezik. A csontvelő-transzplantáción átesett betegek kezeléséhez először a beteg saját megbetegedett csontvelőjét kell sugár- és/vagy kemoterápiával elpusztítani. Ezután a donor csontvelői őssejteket intravénásan infundáljuk. A véráramból beépülnek a recipiens csontvelőjébe.

Fejezet áttekintése

A hemopoiesis folyamata során a kialakult vérelemek folyamatosan képződnek, helyettesítve a viszonylag rövid életű eritrocitákat, leukocitákat és vérlemezkéket. A vérképzés a vörös csontvelőben kezdődik, a vérképző őssejtekkel, amelyek mieloid és limfoid vonalakra differenciálódnak. A mieloid őssejtekből származik a legtöbb képződött elem. A limfoid őssejtek csak a B- és T-sejteknek, valamint az NK-sejteknek nevezett limfociták képződését eredményezik. A hemopoietikus növekedési faktorok, köztük az eritropoetin, a trombopoietin, a telep-stimuláló faktorok és az interleukinok, elősegítik a kialakult elemek proliferációját és differenciálódását.

Önellenőrzés

Válaszoljon az alábbi kérdés(ek)re, hogy megtudja, mennyire érti az előző részben tárgyalt témákat.

Kritikus gondolkodási kérdések

  1. A myelofibrosis olyan rendellenesség, amelyben a gyulladás és a hegszövet képződése a csontvelőben károsítja a vérképzést. Az egyik jel a lép megnagyobbodása. Miért?
  2. Várná-e, hogy egy akut mielogén leukémiának nevezett rákbetegségben szenvedő beteg vörösvértest-termelést vagy limfociták termelési zavarát tapasztalja? Magyarázza meg választását.

[reveal-answer q=”389523″]Válaszok megjelenítése[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”389523″]

  1. Ha a betegség rontja a csontvelő azon képességét, hogy részt vegyen a hemopoiesisben, extramedulláris vérképzés kezdődik a beteg májában és lépében. Ez a lép megnagyobbodását okozza.
  2. A mielogén melléknév mieloid sejtekből származó (általános) állapotra utal. Az akut mielogén leukémia rontja az eritrociták és a mieloid őssejtvonal más érett, kialakult elemeinek termelődését. A limfociták a limfoid őssejtvonalból származnak.

[/rejtett válasz]

Szójegyzék

csontvelő biopszia: vörös csontvelő-minta diagnosztikai vizsgálata

csontvelő átültetés: olyan kezelés, amelyben a donor egészséges csontvelője az őssejtekkel helyettesíti a beteg beteg vagy sérült csontvelőjét

telepstimuláló faktorok (CSF): glikoproteinek, amelyek kiváltják a mieloblasztok proliferációját és granuláris leukocitákká való differenciálódását (bazofilek, neutrofilek és eozinofilek)

citokinek: olyan fehérjék osztálya, amelyek autokrin vagy parakrin jelátviteli molekulaként működnek; a szív- és érrendszerben serkentik a progenitor sejtek szaporodását, és elősegítik a betegségekkel szembeni nem specifikus és specifikus rezisztencia stimulálását

eritropoetin (EPO): glikoprotein, amely a csontvelőt vörösvértestek termelésére indítja; a vese választja ki az alacsony oxigénszintre válaszul

hemocitoblaszt: hemopoetikus őssejt, amely a kialakult vérelemeket eredményezi

hemopoiesis: a kialakult vérelemek termelése

hemopoetikus növekedési faktorok: kémiai jelek, beleértve az eritropoetint, a trombopoietint, a telep-stimuláló faktorokat és az interleukineket, amelyek szabályozzák bizonyos vérbeli progenitor sejtek differenciálódását és proliferációját

hemopoetikus őssejt: pluripotens őssejt típusa, amely a vér képződött elemeit eredményezi (hemocitoblaszt)

interleukinok: jelzőmolekulák, amelyek a vérképzésben, a gyulladásban és a specifikus immunválaszokban működhetnek

limfoid őssejtek: olyan típusú hemopoetikus őssejtek, amelyek limfocitákat eredményeznek, beleértve a különböző T-sejteket, B-sejteket és NK-sejteket, amelyek mindegyike immunitásban működik

mieloid őssejtek: olyan típusú hemopoetikus őssejt, amely egyes kialakult elemeket, köztük eritrocitákat, vérlemezkéket termelő megakariocitákat, valamint monocitákat és szemcsés leukociták három formáját (neutrofileket, eozinofileket és bazofileket) termelő mieloblaszt vonalat eredményez.

pluripotens őssejt: őssejt, amely totipotens őssejtekből származik, és képes sok, de nem minden sejttípusra differenciálódni

totipotens őssejt: embrionális őssejt, amely képes a test bármely sejtjévé differenciálódni; lehetővé téve a szervezet teljes kifejlődését

trombopoietin: a máj és a vesék által termelt hormon, amely a megakariociták trombocitákká (trombocitákká) történő fejlődését készteti


4.3: A formált elemek előállítása – Biológia

A kialakított elemek élettartama nagyon rövid. Bár a memóriasejteknek nevezett leukociták egyik típusa évekig is életben maradhat, a legtöbb eritrocita, leukocita és vérlemezke általában csak néhány órától néhány hétig él. Így a szervezetnek gyorsan és folyamatosan új vérsejteket és vérlemezkéket kell képeznie. Ha egy egységnyi vért ad le egy véradás során (körülbelül 475 ml, azaz körülbelül 1 pint), a szervezet általában 24 órán belül pótolja az adományozott plazmát, de körülbelül 4-6 hétbe telik a vérsejtek pótlása. Ez korlátozza a donorok vérellátásának gyakoriságát. Azt a folyamatot, amellyel ez a csere megtörténik, az úgynevezett hemopoiesis vagy hematopoiesis (a görög haima- = „vér” szóból -poiesis = „termelés”).

Hemopoiesis helyszínei

A születés előtt a vérképzés számos szövetben előfordul, kezdve a fejlődő embrió sárgája zsákjával, és folytatódik a magzati májban, a lépben, a nyirokszövetben és végül a vörös csontvelőben. Születést követően a legtöbb vérképződés a vörös velőben, a szivacsos (szivacsos) csontszövet tereiben található kötőszövetben történik. Gyermekeknél a vérképzés felnőtteknél a hosszú csontok velőüregében fordulhat elő, a folyamat nagyrészt a koponya- és medencecsontokra, a csigolyákra, a szegycsontra, valamint a combcsont és a humerus proximális epifízisére korlátozódik.

A máj és a lép egész felnőttkorban megőrzi képességét a kialakult elemek előállítására. Ezt a folyamatot extramedulláris vérképzésnek nevezik (ami azt jelenti, hogy a felnőtt csontok velőüregen kívüli hemopoiesis). Ha egy betegség, például a csontrák tönkreteszi a csontvelőt, ami a vérképzés kudarcát okozza, extramedulláris hemopoiesis indulhat meg.

A kialakult elemek megkülönböztetése az őssejtektől

Valamennyi képződött elem az őssejtekből származik vörös csontvelő. A vérképzés akkor kezdődik, amikor a vérképző őssejt megfelelő kémiai ingereknek van kitéve, amelyeket összefoglaló néven hemopoietikus növekedési faktoroknak neveznek, amelyek osztódásra és differenciálódásra késztetik. Az egyik leánysejt hemopoetikus őssejt marad, ami lehetővé teszi a vérképzés folytatását.A másik leánysejt a kétféle speciálisabb őssejt valamelyikévé válik (1. ábra):

  • Limfoid őssejtek limfocitákként ismert leukociták osztályát eredményezik, amelyek magukban foglalják a különböző T-sejteket, B-sejteket és természetes gyilkos (NK) sejteket, amelyek mindegyike immunitásban működik. A limfociták vérképzése azonban némileg eltér a többi képződött elem folyamatától. Röviden, a limfoid őssejtek gyorsan vándorolnak a csontvelőből a nyirokszövetekbe, beleértve a nyirokcsomókat, a lépet és a csecsemőmirigyet, ahol termelésük és differenciálódásuk folytatódik. A B-sejteket azért nevezik így, mert a csontvelőben érnek, míg a T-sejtek a csecsemőmirigyben.
  • Mieloid őssejtek az összes többi képződött elemet, beleértve az eritrocitákat, a vérlemezkéket termelő megakariocitákat és a mieloblaszt vonalat, amely monocitákat és a szemcsés leukociták három formáját eredményezi: neutrofileket, eozinofileket és bazofileket.

Hemopoietikus növekedési faktorok

Az őssejtekből a prekurzor sejtekké az érett sejtekké történő fejlődést ismét a hemopoetikus növekedési faktorok indítják el. Ezek a következők:

  • Eritropoetin (EPO) egy glikoprotein hormon, amelyet a vesék intersticiális fibroblaszt sejtjei választanak ki az alacsony oxigénszintre válaszul. Serkenti az eritrociták termelését. Egyes sportolók szintetikus EPO-t használnak teljesítményfokozó szerként (úgynevezett vérdopping), hogy növeljék a vörösvértestek számát, és ezt követően fokozzák az oxigén szállítását a szövetekbe az egész testben. Az EPO tiltott anyag a legtöbb szervezett sportban, de orvosilag is alkalmazzák bizonyos vérszegénységek, különösen bizonyos típusú ráktípusok által kiváltott vérszegénységek és más olyan rendellenességek kezelésére, amelyeknél a megnövekedett eritrocitaszám és oxigénszint kívánatos.
  • Trombopoetin, egy másik glikoprotein hormon, amelyet a máj és a vesék termelnek. Beindítja a megakariociták vérlemezkékké történő fejlődését.

Ipari biotechnológia és árutermékek

Absztrakt

A szintetikus biológia (SB) gyorsan fejlődik mind az akadémiai, mind az alkalmazott ipari kutatás területén. Az SB-technológiákban megvan a lehetőség, hogy alapvetően befolyásolják az élettudomány minden területét – és így mindennapi életünket. Ennek ellenére az alapfogalmakról, például az SB definíciójáról szóló vita összetettebb kérdésekre vonatkozik, ideértve az alapvető felfedezések tulajdonjogának és szellemi tulajdonának kezelését, hatékony szabályozási politikát, a biológiai biztonságot és a biológiai biztonságot, vagy a kutatás etikai irányelveinek meghatározását. és az SB termékeinek alkalmazása lendületes és folyamatos. Hogyan változtatja meg az élettudományi kutatás és az ipar dinamikáját az a képesség, hogy digitálisan feltételezzük, megtervezzük és megtervezzük egy organizmus anyagcsere-útvonalait, vagy új organizmusokat hozzunk létre? Az SB-ben több tanulmányi terület metszi egymást, ami enyhén szólva is izgalmassá teszi ezt a születőben lévő, de erőteljes területet. Ennek a cikknek az a célja, hogy átfogó áttekintést nyújtson az SB számos aspektusáról, és az olvasó számára alapos ismereteket nyújtson a technológiáról.


A kialakult elemek megkülönböztetése az őssejtektől

Minden képződött elem a vörös csontvelő őssejtjeiből származik. Emlékezzünk vissza, hogy az őssejtek mitózison és citokinézisen (sejtosztódáson) mennek keresztül, hogy új leánysejteket hozzunk létre: ezek egyike őssejt marad, a másik pedig tetszőleges számú különböző sejttípusba differenciálódik. Az őssejteket úgy tekinthetjük, mint amelyek egy hierarchikus rendszert foglalnak el, és minden egyes lépésben elvesztik a diverzifikációs képességüket. Az totipotens őssejt a zigóta vagy megtermékenyített tojás. A totipotens (toti- = &ldquoall&rdquo) őssejtből az emberi test összes sejtje keletkezik. A következő szint a pluripotens őssejt, amely a test többféle sejtjét és néhány támasztó magzati membránt eredményez. E szint alatt a mesenchymalis sejt egy őssejt, amely csak kötőszövet típusokká fejlődik, beleértve a rostos kötőszövetet, csontot, porcot és vért, de nem hám-, izom- és idegszövetté. Az őssejtek hierarchiájában egy lépéssel lejjebb található a hemopoetikus őssejt, vagy hemocitoblaszt. A vér összes képződött eleme ebből a speciális sejttípusból származik.

A vérképzés akkor kezdődik, amikor a vérképző őssejt megfelelő kémiai ingereknek van kitéve, amelyeket együttesen ún. hemopoetikus növekedési faktorok, ami felosztásra és megkülönböztetésre készteti. Az egyik leánysejt hemopoetikus őssejt marad, ami lehetővé teszi a vérképzés folytatását. A másik leánysejt a kétféle speciálisabb őssejt valamelyikévé válik ((PageIndex<1>) ábra):

  • Limfoid őssejtek limfocitákként ismert leukociták osztályát eredményezik, amelyek magukban foglalják a különböző T-sejteket, B-sejteket és természetes gyilkos (NK) sejteket, amelyek mindegyike immunitásban működik. A limfociták vérképzése azonban némileg eltér a többi képződött elem folyamatától. Röviden, a limfoid őssejtek gyorsan vándorolnak a csontvelőből a nyirokszövetekbe, beleértve a nyirokcsomókat, a lépet és a csecsemőmirigyet, ahol termelésük és differenciálódásuk folytatódik. A B-sejteket azért nevezik így, mert a csontvelőben érnek, míg a T-sejtek a csecsemőmirigyben.
  • Mieloid őssejtek az összes többi képződött elemet, beleértve az eritrocitákat, a vérlemezkéket termelő megakariocitákat és a mieloblaszt vonalat, amely monocitákat és a szemcsés leukociták három formáját eredményezi: neutrofileket, eozinofileket és bazofileket.

A limfoid és mieloid őssejtek nem osztódnak azonnal és differenciálódnak érett, kialakult elemekké. Amint a (PageIndex<1>) ábrán látható, az elődcelláknak (szó szerint: elődsejtek) számos köztes szakasza van, amelyek közül sok felismerhető a nevükről, amelyek -blast utótaggal rendelkeznek. Például a megakarioblasztok a megakariociták prekurzorai, a proeritroblasztok pedig retikulocitákká válnak, amelyek kilövik magjukat és a legtöbb egyéb organellumát, mielőtt vörösvértestekké érnének.


A citromsav előállítási folyamata

A citromsav előállítását két módszerrel lehet végrehajtani, például:


Biokémiai módszer

Egy biokémiai eljárás során a citromsavat elsődleges metabolitként állítják elő a mikroorganizmusok. A mikroorganizmusok közben citromsavat termelnek trofofázis sejtnövekedés a hibás citromsav vagy a Kreb-ciklus miatt.

Ban ben hibás Kreb ciklusa, nagy mennyiségű cukrot szállítanak a BMP útvonalon, amely acetil-CoA-t képez. Az acetil-CoA oxálecetsavval kondenzálva "Citromsav"egy enzim aktivitásával"Citrát szintetáz”.

Ezért a citromsav-termelés során a Kreb-ciklus enzimjeit enzimszerűen deaktiválni kell Aconitase/ Izocitrát-dehidrogenáz (további lebontást okoz a citromsavban).


Biológiai módszer

Ez magában foglalja a citromsav fermentációját mikroorganizmusok segítségével. A következő három módszerrel lehet citromsav biológiai fermentációját végrehajtani:


Koji folyamat

Ezt „Szilárdtest fermentációnak” hívják. A koji folyamatot először ben vezették be Japán. Az agráripari maradványok citromsav előállításához való felhasználásával kapcsolatos. A Koji eljárás során általában olyan nyersanyagokat használnak, mint az almatörköly, cukornád, répamelasz stb. Az Aspergillus niger nyersanyagokat használ.

A nyersanyag pH-ja és nedvességtartalma be van állítva 4-5 illetve 70%-kal. Ezután hűtsük le az alapanyagot 30-60 Celsius fok alá. Ezt követően oltsuk be A. niger. Az oltás után a táptalajt nagyba visszük át tálcák 3-5 cm mélységű és 25-30 Celsius-fokon inkubált 3-7 nap.

Végül a citromsavat kivonják a fermentációs tartályból. A nyersanyag keményítőtartalmát a citromsav amiláz enzime bontja le citromsavvá. Aspergillus niger. A koji eljáráshoz nincs szükség szubsztrátumra előkezelés mert a nyomelemek nem befolyásolják a citromsavtermelést.

Felületi kultúra folyamata

Úgy is hívják, hogy "folyékony felületi fermentáció”. A felületi tenyésztéses fermentáció volt az első módszer a citromsav előállítására 1919. Folyékony felületi fermentációnál a táptalajt (5-6 pH) a sekély alumínium tálcákra 5-20 cm mélységig adagolják.

A folyamat a fermentációs kamrában zajlik, amely egyenletes légáramlást biztosít, fenntartja a relatív hőmérsékletet és páratartalmat. Először is a spórák A.niger a táptalaj felületére fújjuk kb 5-6 nap, majd száraz levegőt engednek át. Ezután a táptalaj pH-ját között állítjuk be 1.5-2 pH.

24 óra elteltével a spórák csírázni kezdenek, és a növekedés fehér micélium látható a táptalaj felületén. A cukortartalom penészgombák általi hasznosítása után a maradék folyadékot leválasztják a micéliumszövetről. A felületi tenyésztési folyamat során kis mennyiségű citromsavat termelnek elsődleges metabolitként a A. niger.

Submerged Culture Process

Úgy is hívják, hogy "Víz alatti tenyésztés fermentációja”. A citromsavtermelés mintegy 80%-a merülő fermentációs módszerrel történik. A süllyesztett erjesztés során fekete Aspergillus-t használnak, azaz. A. japonicus. Rozsdamentes acélból készült bioreaktorban, megfelelő levegőztetéssel, hűtőrendszerrel, járókerekekkel stb.

Szénforrásként olyan szubsztrátokat használnak, mint a répamelasz, kukoricakeményítő stb. A nitrogénforráshoz ammónia használt. Az ennél a módszernél használt hordozó megköveteli előkezelés mint a tápanyagok hozzáadása, sterilizálás stb.

Az A. japonicus beoltjuk a táptalajba, és 30 Celsius fokon tartjuk. A merülő fermentációt többnyire szakaszos bioreaktorban végzik, amelyben 2500 kg glükózból és 860 kg oxigénből 1500 kg citromsavat és 500 kg biomasszát lehet előállítani.


A citromsav visszanyerése

Az erjedés után keletkező termék az erjesztett lúg, amely a habzásgátlók, micéliumok stb. miatt homályosnak tűnik. Ezért ezek elkülönítésére kalcium-hidroxid-szuszpenziót, pl. Ca (OH)2 kalcium-citrát csapadék képződéséhez.

A csapadék a kalcium-citrát leszűrjük és megmossuk. Szűrés után a szűrletet kezeljük a kénsav kalcium kicsapáshoz „kalcium-szulfátként” (CaSO4). A kalcium-szulfátot ezután aktív szénnel kezelik, amivel az ioncserélő ágyból történő egymás utáni kivezetése után demineralizálódik.

Az ebből kapott oldatot alávetjük a keringő kristályosítók. A centrifugálás ezután eltávolítja a kristályosodás eredményeként keletkezett kristályokat. Ezen lépések befejezése után a maradék oldószert megszárítjuk, szitáljuk, majd csomagoljuk. A maradék anyalúgot ugyanazzal az eljárással ismét kinyerjük.

A citromsav előállítására a különböző területeken való széles körű alkalmazhatósága miatt van szükség, mint pl.

  • Élelmiszeripar: A citromsavat dzsemek, zselék, cukorkák, fagyasztott gyümölcsök stb. előállítására használják. Bizonyos élelmiszerekben a citromsavat mesterséges ízesítőszerként használják.
  • Italipar: A citromsavat üdítőitalok és desztillált italok, például borok előállítására használják.
  • Kórházak: A citromsavat pezsgőszerként használják vérátömlesztéskor.
  • Kozmetikai ipar: A citromsavat olyan kozmetikai termékekben használják, mint az összehúzó krémek, hajzselék stb.

A citromsavtermelést befolyásoló tényezők

Egyes tényezők közvetlenül vagy közvetve befolyásolhatják a citromsav előállítási folyamatát vagy fermentációját.

Szénforrás koncentrációja

A legtöbb ipari termeléshez a szénforrások, mint pl szőlőcukor és szacharóz ajánlott, mivel jó szénforrást biztosítanak a biomassza növekedéséhez. Galaktóz A glükóz és szacharóz alternatív forrásaként működik, de alacsony mikrobiális növekedést tesz lehetővé, és ezáltal nem kedvez a citromsav felhalmozódásának.

Más szénforrások, mint pl cellulóz, keményítő stb. korlátozott növekedést tesz lehetővé, és lelassíthatja a mikroorganizmusok növekedési ütemét, ami minimális termeléshez vezet. Az optimális cukorkoncentráció között mozog 10-14%, és az alábbi cukorkoncentrációt 2.5% nem termel citromsavat.

Nitrogénforrás koncentrációja

Ammónium sók mint a karbamid, az ammónium-szulfát stb., csökkentik a pH-t, ami elengedhetetlen a citromsavtermeléshez. A nitrogénkoncentrációnak a között kell lennie 0,1-0,4 N/L. A magas nitrogénforrás fokozza a mikrobák szaporodását, ami több cukrot fogyaszt és csökkenti a citromsav hozamát.

Foszforforrás koncentrációja

A gombák legjobb termelése és növekedése érdekében kálium-dihidrogén-foszfát foszforforrás szempontjából a legjobbnak tartják. A foszfor koncentrációjának a között kell lennie 0,5-5,0 g/l a maximális hozam érdekében. Ha a foszfor feleslegben van jelen, az cukorsavak termeléséhez vezet, amelyek csökkentik a szén-dioxid megkötését és serkentik a gombák növekedését.

Nyomelemek jelenléte

Kétértékű fémek vas, cink, mangán, réz stb. termelnek az erjedés idején. Ha KH2PO4 A cinkhez adják, ez kedvez a termelésnek, de a nyomelemek, mint a mangán, a vas és a magas cinkkoncentráció a hozam csökkenéséhez vezet.

Alacsonyabb alkoholkoncentráció

Az alacsonyabb alkoholok, mint az etanol, metanol stb., fokozzák a citromsav fermentációját. Az alacsonyabb alkohol koncentrációjának a között kell lennie 1-3%. Az etanol aktivál egy enzimet Citrát szintetáz aktivitás, ami megduplázza az időt azáltal, hogy 75%-kal csökkenti Akonitáz aktivitás. A kókuszolaj (kb. 3%) szintén befolyásolja a citromsav termelését. Az alacsonyabb alkoholtartalom nemcsak a citromsavat stimulálja Termelés hanem elősegíti a sporuláció mikroorganizmusok.

Vegyes vegyületek

A kalcium-fluorid, nátrium-fluorid stb. azok a különféle vegyületek, amelyek felgyorsítják a citromsavtermelést, míg a kálium-ferrocianid csökkenti a hozamot.

PH-koncentráció

A táptalaj pH-ja közvetlenül összefügg a mikroorganizmusok szaporodásával és metabolikus aktivitásukkal. A pH savassá változik a mikrobiális tevékenység, az Aspergillushoz hasonlóan a pH leesik 3.0. Az alatta lévő pH 2.0 optimális a citromsav termeléséhez, és a pH-ja 2.2 a legjobb a penészgombák szaporodásához.

Levegőztető rendszer

A levegőztetés növeli az oldott oxigén koncentrációját a táptalajban, és ezáltal növeli a citromsav hozamát. A levegőztető rendszer is csökkenti a fermentációs idő. Az oxigén koncentrációjának magasabbnak kell lennie 25% telítettség. A folyamat indításakor ennek 0,1-0,4 vvm-nek kell lennie, különben túlzott hab keletkezhet a táptalajban.


4. Episztemikus kérdések I: A sejtek ábrázolása

A sejtek ontológiai státuszával kapcsolatos kérdésekről most áttérünk a tudósok tanulmányozási módjára vonatkozó episztemikus kérdésekre. Kezdjük azzal, hogy a tudósok hogyan ábrázolják a sejteket és az azokra vonatkozó információkat. A tudományfilozófia hagyományosan a tudományos ismeretek nyelvi megjelenítésére összpontosított. De a biológia számos területén és különösen a sejtbiológiában az információkat gyakran képek formájában mutatják be. A tudósok nagyon jól ismerik a sejteket a mikroszkópokkal létrehozott vizuális ábrázolások eredményeként. A mikroszkópok és az értelmezhető képek előállítására szolgáló technikák fejlesztése számos kihívást jelentett. A 4.1-es részben kezdjük a képek (mikrográfok) előállításával kapcsolatos kihívásokkal, a 4.2-es részben pedig az eredményül kapott képek megbízhatóságának értékelésével kapcsolatos kihívásokkal kezdjük. Ezeken a teljes (nagyon részletes) ábrázolásokon túl a sejtbiológusok számos kevésbé teljes diagramra támaszkodnak. (A képek &ldquoreplete&rdquo-ként való jellemzése Perini, 2013-nak köszönhető. Goodmanre támaszkodva a relatív teljességet használja a diagramok és a képek közötti különbségtételre.) A sejtbiológusok különösen a 4.3. szakaszban tárgyaltak, amikor a sejtekkel kapcsolatos mechanisztikus hipotéziseket dolgoznak ki. olyan sejtdiagramokon, amelyek a sejtkomponensek típusait és mechanizmusdiagramokat ábrázolják, amelyek olyan sejten belüli kiválasztott komponenseket ábrázolnak, amelyekről feltételezik, hogy egy adott jelenségért felelős mechanizmus részét képezik (Downes 1992).

4.1 Mikrofelvételek

Ahogy fentebb tárgyaltuk, a tizenhetedik században Hooke és van Leeuwenhoek is úttörő szerepet játszott a fénymikroszkópok használatában a sejtek megfigyelésére. A későbbi kutatók gyakran saját mikroszkópokat terveztek. Ezeknek a terveknek a változatosságai hozzájárultak a kapott képek változékonyságához. (A fényképezés előtt a mikroszkóposok a mikroszkóp segítségével lerajzolták a látottakat, és ezzel egy másik variációs forrást vezettek be.) A különböző kutatók által készített képek változékonysága volt az egyik olyan tényező, amely a tizennyolcadik és tizenkilencedik századi biológusokat arra késztette, hogy alaposabban megvizsgálják azokat a folyamatokat, amelyeken keresztül a mikroszkópok generálnak. képek (Schickore 2001, 2007). Newton (1704) a lencsékkel kapcsolatos elméleti tanulmányaiban a lencsék által keltett aberráció két típusát jellemezte: a gömbaberrációt, amely a fénysugarak különböző pontokon történő fókuszálásából ered, és a kromatikus aberrációt, amely a különböző hullámhosszú fény különböző szögekben történő megtöréséből adódik. Schickore (2007) leírja a mikroszkópfejlesztők számos erőfeszítését ezen eltérések kijavítására, valamint az egyes mikroszkópok megbízhatóságának értékelésére szolgáló tesztobjektumok létrehozását. Ugyanebben az időben a rajongók számos állítást terjesztettek elő a látottakkal kapcsolatban, amelyek közül néhányról később kiderült, hogy műtárgyak. Például mind Milne-Edward (1823) és Dutrochet (1824) kerek szerkezetekről számolt be, amelyek állandó méretűek, hasonlóak a sejteknél leírtakhoz, amelyeket ők neveztek el. gömböcskék. (Lásd Schickore 2009-ben a gömböcskékről szóló jelentések részletes vizsgálatát, és azt az érvet, hogy e jelentések változatossága volt az, ami hozzájárult ahhoz az érzéshez, hogy valami nincs rendben a mikroszkóposok gyakorlatában.) A gömböcskékről azonban hamarosan kiderült, hogy gömbi aberrációk termékei lehetnek. A tizenkilencedik század elején számos lencsegyártó stratégiát dolgozott ki a gömbi aberráció kiküszöbölésére és a kromatikus aberráció nagymértékű korlátozására (a kromatikus aberrációkat csak az apokromatikus lencsék század közepén történő bevezetéséig küszöbölték ki teljesen). Ennek eredményeként Schleiden, Schwann és mások fentebb tárgyalt megfigyelései nagyrészt mentesek voltak ezektől a torzulásoktól.

A fénymikroszkópok egy másik korláttal is szembesültek, a nagyításé (ezt a fény hullámhossza szabja meg). Ahhoz, hogy a sejtkutatók nagyobb felbontású képeket készítsenek, amelyek felfedhetik a sejtek összetevőit, különböző fizikai elvekre támaszkodó mikroszkópra volt szükség.A fénymikroszkóp legfontosabb alternatívája a sejtek tanulmányozására a (transzmissziós) elektronmikroszkóp volt, amely elektronsugarak segítségével a fényképezéshez hasonló módon hoz létre képeket: a fényképezőlemezen a sok elektron által érintett helyek a negatívban feketék, a fehérek pedig fehérek. a pozitív képben. Amikor a sejtben lévő struktúrák szétszórják az elektronokat, a negatív helye fehér marad, és sötétnek tűnik a pozitív képen. Bár az elektronmikroszkópok már az 1930-as évek elején rendelkezésre álltak, a biológusok csak a második világháború előtti és alatti években kezdték el felfedezni a benne rejlő lehetőségeket. Az egyik nehézség, amellyel szembesültek, az, hogy a legtöbb eukarióta sejt túl vastag ahhoz, hogy az első elektronmikroszkópokban rendelkezésre álló 50 kV-os elektronsugár áthatolja őket. A mikrotomokat a fénymikroszkópos sejtszeletek vágására fejlesztették ki, de a mikrotomok tervezésének új megközelítésére volt szükség ahhoz, hogy a sejteket kellően vékonyra szeleteljék anélkül, hogy torzulásokat okoznának. Ezt a problémát csak az 1950-es évek elején oldották meg (Porter és Blum 1953). Ennek megfelelően az első elektronmikroszkópos vizsgálatok némelyike ​​rostos anyagokra, például kollagénre (Schmitt, Hall és Jakus 1942) vagy baktériumokra (Stanley és Anderson 1941) összpontosított. Porter, Claude és Fullam (1945) elkészítették egy eukarióta sejt első elektronmikroszkópos felvételét oly módon, hogy olyan körülmények között tenyésztették, ahol a periféria nagyon vékonyan terjedt, lehetővé téve az elektronok behatolását. Létrehoztak egy képet (4. ábra), amely a periférián látszott

Különböző hosszúságú és meglehetősen állandó szélességű fonalas mitokondriumok szétszórtan, kisméretű, nagy sűrűségű elemek, különösen nagy mennyiségben a sejtmag körül, és feltehetően Golgi-testeket, valamint a citoplazmán átnyúló finom csipkekötést képviselnek. (1945: 246)

4. ábra: Szövettenyésztett csirkeembrióból származó fibroblasztok képeinek összehasonlítása elektronmikroszkóppal (balra) és fénymikroszkóppal (jobbra). Portertől, Claude-tól és Fullamtól (1945: 10. tábla).

Amellett, hogy az elektronnyaláb által áthatolandó kellően vékony preparátumokat kell elkészíteni, a kutatók számos más kihívással is szembesültek a biológiai anyagok elektronmikroszkópiához való előkészítése során. Például a mintákat vákuumba kell helyezni, és ehhez először el kell távolítani az összes vizet, a sejtek elsődleges alkotóelemét, anélkül, hogy sok torzulást okozna. Számos történész és filozófus (Rheinberger 1995, Rasmussen 1997 és Bechtel 2006) megvizsgálta, hogy a biológusok hogyan néztek szembe ezekkel a kihívásokkal, és értékelték az így kapott mikrográfok megbízhatóságát. Az, hogy hogyan kezeltek egy kihívást, és azt, hogy elegendő kontrasztot teremtsenek a képekben, nagymértékben befolyásolta az elkészített képeket. Ez már a fénymikroszkóppal is kihívást jelentett: a sejtanyag többnyire áttetsző, így az áteresztett fény többnyire azonos hullámhosszú, ami megnehezíti a képen a különböző struktúrák megkülönböztetését. A kihívás kezelésére a fénymikroszkóposok a tizenkilencedik század közepén kísérletezni kezdtek a szövetekhez használt festékekkel. Ahogy a 2. részben megjegyeztük, Flemming kromatinnak nevezte el az általa megfigyelt magszerkezeteket, mivel azok megkötötték az általa használt anilinfestéket. Az elektronmikroszkópia problémája hasonló volt, és az mdashcell komponensek alig különböznek egymástól abban, hogy blokkolják az elektronátvitelt. Az elektronmikroszkópos kutatók azt találták, hogy a fénymikroszkópiában használt fixálószerek közül több, különösen a nehézfémeket tartalmazó fixálók fokozták az elektronblokkoló képességet, és ennek megfelelően a kontrasztot a kapott képeken. Tekintettel arra, hogy kevés volt az ismeret arról, hogy az adott vegyi anyagok mihez kötődnek a sejten belül, ezeknek a foltoknak a vizsgálatát többnyire olyan kutatók folytatták, akik különböző vegyületeket és alkalmazási eljárásokat próbáltak ki (példaként Palade&rsquos 1952, az ozmium-tetroxid tanulmánya), hogy megtudják, mit képeket tudnak generálni. Valójában a különböző foltok (ozmium-tetroxid, glutáraldehid stb.) eltérő képeket eredményeztek.

4.2 Az Artifact Challenge

Mivel kevés volt a felfogás arról, hogy a foltok mihez kötődnek, a szkeptikusok gyakran kétségbe vonták, hogy tényleges struktúrákat tárnak fel a sejtekben. Bechtel (2000, 2006) három olyan megfontolást emel ki, amelyek gyakran felmerültek a tudósok értékelése során, hogy a mikrofelvételek tájékoztató jellegűek-e a sejtekről, vagy csak az előállítási módszerek műtermékei: (1) maguknak a mikrofelvételeknek a minősége és eltérő mintázatot mutatnak-e? (2) az eredmények robusztussága és összehasonlítható eredmények generálhatók különböző technikákkal (pl. fény- és elektronmikroszkóppal vagy több festéssel)? és (3) az eredmények elméleti megalapozottsága és vajon illeszkednek-e egy koherens elméleti leírásba? Míg az elsőt ritkán kommentálják a filozófiai beszámolók, figyelemre méltó, hogy a tudósok hajlamosak azt feltételezni, hogy ha egy kép egyértelmű, megismételhető mintát tár fel, akkor az tükröz valamit a forrásban (bár ez az értékelés visszavonható, ha pl. a kutató megmutatja, hogy a minta más eszközökkel hogyan hozható létre). Kiterjedt filozófiai vita folyik a másodikról, és arra a következtetésre jutott, hogy amikor ugyanazt az eredményt független eszközökkel generálják, az egy már létező entitást tükröz a világon (Hacking 1983 Culp 1995 Stegenga & Menon 2017). Ez a kritérium azonban éppen azon a ponton bizonyul elégtelennek, amikor az új technikákkal, például az elektronmikroszkóppal elért eredmények a legellentmondásosabbak, és amikor a képek olyan struktúrákat tartalmaznak, amelyek túlmutatnak a más meglévő technikákkal kimutatható struktúrákon. Ezekben az esetekben a minták megkülönböztethetősége, valamint az eredmények elméleti megalapozottságának megfontolásai azok a kritériumok, amelyeket a kutatók használhatnak. Az elméleti elfogadhatóságra való hivatkozás azonban körkörösnek tűnik, mivel a hagyományos filozófiai beszámolókban az elméleteket a technika által generált bizonyítékok tesztelik. De nem könnyű olyan elfogadható elméletet kidolgozni, amely illeszkedik egy kísérleti megállapításhoz és más bizonyítékokhoz, és amikor erre képesek, a tudósok úgy tekintenek rá, mint az ítéleteik alátámasztására, hogy a képek valós struktúrákat tükröznek. Annak szemléltetésére, hogy ezek a megfontolások a sejtbiológiában miként érvényesültek, bemutatunk két példát, amelyeket filozófusok vizsgáltak azon konfliktusokról, hogy a mikroszkópos képeken látható szerkezet valódi-e vagy műtermék. Az ügyek másként végződtek, egyik a struktúra elfogadásával, másik az elutasítással.

Az első eset a Golgi készüléket érinti, amelyet először Golgi (1898) írt le fénymikroszkópos vizsgálatok során, az általa bevezetett ezüst-nitrát festéssel. Palade és Claude (1949a,b), a modern sejtbiológia két úttörője, akik végül megosztják a Nobel-díjat, azzal érveltek, hogy ez a festés műterméke, beleértve az ozmium-tetroxidot is (amelyet Palade segített létrehozni az elektronok elsődleges foltjaként mikroszkópia). Nemcsak a Golgi-testek változó megjelenésére apelláltak, ahogy néhány korábbi szkeptikus (Strangeways & Canti 1927, Parat 1928 Baker 1944), hanem saját képességükre is, hogy ozmium hozzáadásával a Golgi-testekhez hasonló megjelenésű mielinfigurákat hozzanak létre. tojásfehérje. Amint azt Bechtel (2006) tárgyalta, ez meggyőző bizonyítéka annak az állításnak, hogy a Golgi-apparátus műtárgy, de ebben az esetben a bizonyítékot végül cáfolat nélkül félretették. Bár Palade 15 éven át szkeptikus maradt a Golgi-készülékkel kapcsolatban (a laboratóriumában dolgozó kutatók arról számoltak be, hogy ezalatt az idő alatt nem emlegették azt), végül elfogadta a valóságot, amikor laboratóriumában a kutatók kimutatták, hogy sok újonnan szintetizált fehérje áthalad a sejt azon régiója, ahol a Golgi-készülék megjelent a kiválasztódás felé vezető úton. Azt azonban nem magyarázta meg, miért gondolta meg magát. Ezt a későbbi, a Golgi-készülékkel kapcsolatos kutatást, de nem a Golgi-apparátus létezésével kapcsolatos korábbi szkepticizmusát, feljegyezték a Palade&rsquos Nobel-díj 1974-es idézetében. Később maga Palade is közreműködött két áttekintésben (Farquhar & Palade 1981, 1998), amelyek a korábbi kutatókat tárgyalják. aki kétségbe vonja a Golgi-apparátus valóságát, de soha nem említi saját állításait, miszerint az műtárgy volt. Ami különösen szembetűnőnek tűnik, az az, hogy az ő laboratóriumában végzett kutatások eredményeként a Golgi-készüléket olyan funkcióval társították a sejtben, amely korábban nem volt. Most beleillett egy elfogadható elméletbe, amelyben a sejtből exportált fehérjék csomagolásában szerepelt. Bechtel azzal érvel, hogy ez gyakran fő tényező abban, hogy a kutatók elfogadják az új technikákkal azonosított entitások valóságát.

A második példa a baktériumsejtek korai elektronmikroszkópiájából származik. Chapman és Hillier (1953) Gram-negatív baktériumok plazmamembránjának invaginációit figyelték meg, amelyeket ők ún. perifériás testek. Robertson (1958) átnevezte őket mezoszómák és sok kutató bevonta őket különféle sejtfunkciókba, mielőtt az 1970-es években visszautasították őket műtermékként (Silva et al. 1976). Ezt a példát elemezve Rasmussen (1993) azt állítja, hogy a valós entitások és a műtermékek megkülönböztetésének filozófiai kritériumai, mint például a robusztusság, nem elegendőek ahhoz, hogy megmagyarázzák a tudósok és a mezoszómával kapcsolatos ítéletek megváltoztatását. Amikor Chapman és Hillier először érvelt a mezozómák létezése mellett, meg kellett magyarázniuk a mikrográfjaik és a fénymikroszkópos megfigyelések közötti különbségeket azzal az érvvel, hogy egy membrán, amely csak a fénymikroszkóppal készült képeken jelenik meg, valójában a mezozómáknak köszönhető. alacsony felbontásban készülnek. Rasmussen azt állítja, hogy inkább felkérték ezt a bonyolult érvelést, ahelyett, hogy műtermékként kezelték volna a mezoszómákat, mert támogatták az új elektronmikroszkópokat. Továbbá leírja, hogy állításaik hogyan motiválták a mezoszóma tisztítására és biokémiai jellemzésére irányuló kutatási programokat, hogy értékeljék a funkciójukra vonatkozó javaslatokat. Ez kezdetben alátámasztotta a mezoszóma és rsquos valóságra vonatkozó állításokat, de más biokémikusok ellentmondó bizonyítékokat kínáltak. Ezen túlmenően, egy másik új technika a minták elektronmikroszkópos lefagyasztásával történő előkészítésére, amelynek megvoltak a maga szenvedélyes szószólói, olyan mikrofelvételeket készítettek, amelyek nem mutattak mezoszómákat. Rasmussen szerint ezek a versengő eredmények, nem pedig a robusztusság, határozták meg a tudósok és a mezoszómákkal kapcsolatos ítéleteket.

A mezoszóma esete más tudományfilozófusok érdeklődését is felkeltette. Culp (1994) megkérdőjelezte a mezoszómák történetének Rasmussen és rsquos értelmezését, azt állítva, hogy a mezoszómák mint műtermék elutasítása valójában a robusztusság alapján magyarázható a legjobban. Különösen a biokémikusoktól származó egyesített adatokra mutat rá, amelyek kevés különbséget tártak fel a citoplazmatikus membránok és a feltételezetten mezoszómákból származó minták között, valamint az elektronmikroszkóposok új generációjától származó adatokra, amelyek azt sugallják, hogy a mezoszómák a fixáló glutáraldehidből származnak, amelyet az állítólagos mikrográfok készítéséhez használtak. őket. Ezek a robusztussági megfontolások – állítja – elegendőek voltak ahhoz, hogy a közösséget a mezoszómák elutasítására késztesse. Egy későbbi írásában Rasmussen válaszol a Culp&rsquos elemzésére, és továbbra is fenntartja, hogy a helyi részletek, nem pedig az olyan elvek, mint a robusztusság, határozzák meg a tudósok és rsquo ítéleteket a műtermékekről:

Az olyan általános elvek, mint a robusztusság, túl homályosak ahhoz, hogy bármit is indokoljanak, mert ha kellő részletességgel leírjuk, akkor kiderül, hogy az ilyen elvek példányosításának módja változó, és az ördög a részletekben rejlik. (2001: 643)

Számos más filozófus is foglalkozott a mezoszóma esetével. Allchin (2000) a mezoszóma kezdeti bizonyítékait robusztusnak minősíti, és leírja, hogy a későbbi kutatások, amelyek azt mutatták be, hogyan keletkeztek részecskék a membrán degenerációja során az elektronmikroszkópos vizsgálatra való felkészülés során, hogyan vezetett egy újraértékeléshez, amely a mezoszómák műtermékként való felismerésében tetőzött. Weber (2005) azt állítja, hogy a műtermékekre vonatkozó állítások értékelési folyamata az elméleti hipotézisek tesztelésekor használt oksági érvelést alkalmazza. Elmondása szerint a mezoszómákat műterméknek minősítették, amikor bizonyítékok alátámasztották azt az állítást, hogy kémiai rögzítéssel állították elő őket. Hudson (2014: 2. fejezet) egy újabb alternatívát terjeszt elő: a kutatók számára az volt a legfontosabb, hogy megbízható folyamatnak tekintik-e a bizonyítékok generálását a mezoszómák mellett vagy ellen.

4.3 Diagramok a sejtbiológiában

A mikroszkópos képek, akár kézzel rajzolták, mint a 19. században, akár fényképeken rögzítették, rendkívül részletesek. A citológusok és sejtbiológusok által fejleszteni kívánt tudás azonban elvontabb és általánosabb, és nem az összes előfordulását, hanem a sejtekben található struktúrák típusait próbálják azonosítani. Ennek megfelelően a sejtbiológusok gyakran készítenek olyan diagramokat, amelyek elhagyják a részleteket. Maienschein (1991) ennek a gyakorlatnak az eredetét vizsgálja Wilson&rsquos (1896) klasszikus szövegében, A sejt a fejlődésben és az öröklődésben. A könyv elején Wilson bemutatott egy diagramot (5A. ábra), amely elvonatkoztat az alig egy évvel korábban (Wilson 1895) bemutatott, sokkal gazdagabb fényképekből. Ahelyett, hogy a különböző organellumok összes példányát bemutatná, csak néhány példányt mutat be az egyes típusokból. Az organellumokat alakjukra utaló ikonok segítségével mutatjuk be. Az ilyen diagramok a sejtekben található organellumok típusának és tipikus elhelyezkedésének közvetítésére szolgálnak, de hamisan azt sugallják, hogy a sejtben a tér nagy része üres. Maienschein azt állítja, hogy ez az átmenet a fényképekről az absztrakt diagramokra Wilson növekvő bizalmát tükrözi a mikroszkópon keresztül látott dolgok helyes értelmezésében, és egy átmenetet „az adatok bemutatásától az elmélet ábrázolásához” (Maienschein 1991: 252). Elméleti státuszuk jele, hogy az ilyen számadatokat, ellentétben a mikrográfokkal vagy adattáblázatokkal, gyakran számos revíziónak vetik alá, ahogy a tudósok kidolgozzák beszámolójukat. Ezeknek a diagramoknak az átdolgozása valójában az elmélet fejlesztésének eszköze. A sejtjelenségek biokémiai és molekuláris leírásának kidolgozásával a kutatók gyakran azt teszik, amit Serpente (2011) az ikonikustól a szimbolikusig való átmenetként jellemez. A szimbolikus ábrázolások példájaként fehérje-fehérje interakciós térképeket és génszabályozási diagramokat mutat be.

A. Wilson&rsquos (1896: 14, 5. ábra) sejtdiagramja, amely elhagyja a mikroszkóppal látható részletek nagy részét, hogy összpontosítson

B. A heterofágia és autofágia folyamatainak mechanizmusdiagramja de Duve és Wattiaux (1966: 468, 6. ábra) alapján.

Hasonló pontok érvényesek egy másik típusú diagramra is, amely gyakran megjelenik a sejtbiológiában és egy bizonyos jelenségért felelősnek vélt feltételezett mechanizmusok mdashdiagramjain (Sheredos et al. 2013 Abrahamsen, Sheredos és Bechtel 2018). Az ilyen diagramok nem az összes organellumtípust próbálják bemutatni, hanem, mint az 5B. ábrán is, csak azokat, amelyekről úgy gondolják, hogy részt vesznek egy adott jelenség létrehozásában, ebben az esetben a sejtbe bevitt anyagok (heterofágia) vagy maguknak a sejtösszetevőknek a lebomlását (autofágia) ). A mechanizmusdiagramok egyik kihívása, hogy statikusak, míg a mechanizmusok változásban vesznek részt (az organellumok emésztése és a maradék anyag kilökése). Az egyik általános stratégia a nyilak használata a tevékenységek ábrázolására, bár gyakran ugyanazon a diagramon belül a nyilak többféle jelentéssel is bírhatnak. Végső soron azonban a nézőn múlik, hogy animáljon egy mechanizmusdiagramot (Hegarty 1992), és mentálisan próbálja meg a különböző ábrázolt tevékenységeket, és elképzelje a különböző részek által előidézett változásokat.

Azt gondolhatnánk, hogy a diagramok csak a szövegesen bemutatott eredmények illusztrálásának eszközeként fontosak. De a tudósok gyakorlatának vizsgálata feltárja, hogy sokkal inkább központi szerepet töltenek be érvelésükben. A mechanisztikus hipotézis kidolgozásának korai szakaszában a tudósok felvázolják elképzeléseiket. Gyakran a mechanizmusdiagramok (valamint az adatok vagy a kutatás munkafolyamatát bemutató egyéb ábrák) jóval a szöveg megfogalmazása előtt készülnek. A diagramokat általában laboratóriumi üléseken mutatják be, és többször felülvizsgálják, miközben a tudósok finomítják állításaikat. A kutatók gyakran csak ennek a folyamatnak a végén állítják elő a dolgozat szövegét. Sheredos és Bechtel (2017, sajtó alatt) a két kutatási projekt ábráihoz és szövegéhez való hozzáférést kihasználva megvizsgálta az interaktív bevonódás folyamatát, amelyben a vizsgálók módosítottak diagramokat, szöveget, majd tovább módosították a diagramot. Ez a folyamat azt sugallja, hogy a vázlatkészítés és újrarajzolási mechanizmusok központi szerepet játszanak, mivel a kutatók arra törekszenek, hogy azonosítsák, mire juthatnak kísérleti tanulmányaikból. Az egyik általuk vizsgált esetben egy diagram korai változata egy olyan kérdés felvetésére szolgál, amelyet a kísérleti vizsgálatok során megválaszoltak, így egy végső diagramot kapunk, amely választ kínál a feltett kérdésre. Egy kutatási projekt empirikus állításainak alátámasztása mellett Jones és Wolkenhauer (2012) megvilágító vitát ad arról, hogy a diagramok hogyan szolgálják a számítási modellhez szükséges információk megtalálását a modellezett sejtmechanizmus reprezentációjában.


A foszfátcsoportok funkciói

A nukleinsavak része

A DNS és az RNS, minden élőlény genetikai anyaga, nukleinsavak. Nukleotidokból állnak, amelyek viszont egy nitrogénbázisból, egy 5 szénatomos cukorból és egy foszfátcsoportból állnak. Az egyes nukleotidok 5 szénatomos cukor- és foszfátcsoportja összekapcsolódik, és a DNS és az RNS gerincét képezi. Ha a nukleotidok nem kapcsolódnak más nukleotidokhoz, hogy a DNS vagy RNS részét képezzék, két további foszfátcsoport kapcsolódik hozzá.

Aktiváló fehérjék

A foszfátcsoportok fontosak a fehérjék aktiválásában, hogy a fehérjék meghatározott funkciókat tudjanak ellátni a sejtekben. A fehérjék foszforilációval aktiválódnak, ami egy foszfátcsoport hozzáadása. A fehérje foszforilációja az élet minden formájában előfordul. A defoszforiláció, egy foszfátcsoport eltávolítása deaktiválja a fehérjéket.

Az energiamolekulák része

Az adenozin-trifoszfát vagy az ATP a sejtek fő energiaforrása. Adenozinból és három foszfátcsoportból áll, és az ATP-ből származó energiát a foszfátok kémiai kötései hordozzák. Amikor ezek a kötések megszakadnak, energia szabadul fel. Az ATP akkor képződik, amikor az ADP (adenozin-difoszfát) molekula foszforilálódik. A foszfátcsoportok más energiamolekulákban is megtalálhatók, amelyek kevésbé gyakoriak, mint az ATP, például a guanozin-trifoszfátban (GTP), a citidin-trifoszfátban (CTP) és az uridin-trifoszfátban (UTP).

A foszfolipidek része

A foszfolipidek a sejtmembránok fő alkotóelemei. Minden foszfolipid egy lipidmolekulából és egy foszfátcsoportból áll.Sok foszfolipid sorokba rendeződik, hogy úgynevezett foszfolipid kettős réteget, kettős foszfolipidréteget képezzen. Ez a kettős réteg a membránok, például a sejtmembrán és a sejtmagot körülvevő nukleáris burok fő összetevője. Félig áteresztő, vagyis csak bizonyos molekulák tudnak átjutni rajta, és be- vagy kilépni a sejtből.

Pufferként

Az ökoszisztémákban

A foszfor olyan tápanyag, amely korlátozza a növények és állatok növekedését édesvízi környezetben. A foszfortartalmú molekulák, például a foszfátok számának növekedése több plankton és növény növekedését idézheti elő, amelyeket aztán más állatok, például a zooplankton és a halak megesznek, folytatva a táplálékláncot az emberek felé. A foszfátok növekedése kezdetben növeli a planktonok és a halak számát, de túl sok más, a túléléshez fontos tápanyagot, például az oxigént korlátozza. Ezt az oxigénhiányt eutrofizációnak nevezik, és elpusztíthatja a vízi állatokat. A foszfátok megnövekedhetnek olyan emberi tevékenységek következtében, mint a szennyvízkezelés, az ipari kibocsátás és a mezőgazdasági műtrágyák használata.

A testben

Az emberi szervezetben lévő foszfor mintegy 85%-a a csontokban és a fogakban található. A kalcium-foszfát a fogak és a csontok fő eleme, és kemény szerkezetüket adja. A foszfor a kalcium után a második leggyakoribb elem a szervezetben, és fontos, hogy se túl sok, se túl kevés legyen belőle a szervezetben. A foszfor megtalálható a gabonatermékekben, a tejben és a magas fehérjetartalmú élelmiszerekben.


4,151 g Al és 3,692 g O reakciójával alumínium-oxid keletkezik. Hogyan számítsuk ki ennek tapasztalati képletét?

Ennek a vegyületnek (vagy bármely vegyületnek) empirikus képletét úgy határozhatja meg, hogy megtalálja az oxigén és az alumínium mólarányát.

Először is ki kell számítani a mólok számát, amelyek mindkét elemre reagáltak - kicsit könnyebb egyatomos oxigént használni, nem kétatomos oxigént

#"4,151 g" * "1 mol alumínium"/"26,98 g" = "0,1539 mol "# #Al# , és

#"3,692 g" * ("1 mol egyatomos oxigén")/"16,00 g" = "0,2308 mol "# #O#

Most csak osszuk el ezt a két számot, hogy megkapjuk az alumínium és az oxigén mólarányát az oxidban

#"alumínium"/"oxigén" = "0,1539"/"0,2308" = "0,667" = 2/3#

Ez azt jelenti, hogy az oxid empirikus képlete a következő lesz

OLDALJEGYZET Ez az oka annak, hogy egyatomos oxigént használtam helyette #O_2# . Ha kétatomos oxigénnel végzi a számításokat, akkor az arány 1,33 vagy 4/3 lesz, de ez az alumínium aránya #O_2# , nem O-ra, tehát az empirikus képleted az lett volna

#Al_4(O_2)_3 = Al_4O_6 = Al_2O_3#

Az eredmény persze ugyanaz lett volna, de szerintem egyszerűbb az egyes atomokkal dolgozni – szerintem is ez az ajánlott módszer.


4. fejezet – A szén és az élet molekuláris sokfélesége – az előadás vázlata

· Bár a sejtek 70–95%-a víz, a többi nagyrészt szénalapú vegyületekből áll.

· A szén páratlan abban a képességében, hogy nagy, összetett és változatos molekulákat képez.

· A szén felelős a biológiai molekulák sokféleségéért, és lehetővé tette az élőlények sokféleségét.

· A fehérjék, DNS, szénhidrátok és más molekulák, amelyek megkülönböztetik az élő anyagot a szervetlen anyagoktól, mind egymáshoz és más elemek atomjaihoz kapcsolódó szénatomokból állnak.

· Ezek az egyéb elemek általában a hidrogén (H), oxigén (O), nitrogén (N), kén (S) és foszfor (P).

4.1. koncepció A szerves kémia a szénvegyületek tanulmányozása

· A szénvegyületek tanulmányozása, szerves kémia, minden széntartalmú vegyülettel foglalkozik (szerves vegyületek).

· A szerves vegyületek az egyszerű molekuláktól, például CO2 vagy CH4, az összetett molekulákig, például fehérjékig terjedhetnek, amelyek tömege meghaladja a 100 000 daltont.

· Az élet fő elemeinek (C, H, O, N, S és P) százalékos aránya szervezetenként meglehetősen egyenletes.

· A szén sokoldalúsága miatt azonban ez a néhány elem kombinálható szerves molekulák kimeríthetetlen sokféleségéhez.

· A szerves molekulák változásai akár egyetlen faj egyedei között is megkülönböztethetők.

· A szerves kémia tudománya azzal a kísérlettel kezdődött, hogy megtisztítsa és javítsa a más szervezetekből nyert termékek hozamát.

· Kezdetben a vegyészek megtanultak egyszerű vegyületeket szintetizálni a laboratóriumban, de nem jártak sikerrel az összetettebb vegyületekkel.

· Jons Jacob Berzelius svéd kémikus volt az első, aki különbséget tett a látszólag csak élő szervezetekben előforduló szerves vegyületek és a nem élő világban előforduló szervetlen vegyületek között.

· Ez arra késztette a korai szerves vegyészeket, hogy javaslatot tegyenek vitalizmus, az a hit, hogy a fizikai és kémiai törvények nem vonatkoznak az élőlényekre.

· A vitalizmus támogatottsága kezdett alábbhagyni, amikor a szerves vegyészek megtanultak komplex szerves vegyületeket szintetizálni a laboratóriumban.

· Az 1800-as évek elején Friedrich Wöhler német kémikus és tanítványai képesek voltak karbamidot szintetizálni teljesen szervetlen anyagokból.

· 1953-ban Stanley Miller a Chicagói Egyetemen laboratóriumi szimulációt készített a primitív Föld kémiai körülményeiről, és bemutatta a szerves vegyületek spontán szintézisét.

· A szerves vegyületek ilyen spontán szintézise az élet keletkezésének korai szakasza lehetett.

· A szerves vegyészek végül elutasították a vitalizmust, és magukévá tették gépezet, elfogadva, hogy ugyanazok a fizikai és kémiai törvények vezérelnek minden természeti jelenséget, beleértve az életfolyamatokat is.

· A szerves kémiát a szénvegyületek tanulmányozásaként határozták meg, függetlenül azok eredetétől.

· Az élőlények termelik a szerves vegyületek többségét.

· A kémia törvényei a szervetlen és szerves vegyületekre egyaránt vonatkoznak.

4.2. Koncepció A szénatomok négy másik atomhoz kapcsolódva különféle molekulákat alkothatnak

· Az összesen 6 elektront tartalmazó szénatom első elektronhéján 2, a második elektronhéjon 4 található.

· A szén kevéssé hajlamos ionos kötések kialakítására azáltal, hogy 4 elektront veszít vagy nyer, hogy befejezze vegyértékhéját.

· Ehelyett a szén általában úgy egészíti ki vegyértékhéját, hogy az elektronokat négy kovalens kötésben osztja meg más atomokkal.

· Ezt tetravalencia szénnel nagy, összetett molekulákat tesz lehetővé.

· Ha a szén négy másik atommal kovalens kötést hoz létre, akkor ezek egy képzeletbeli tetraéder sarkaiban helyezkednek el, kötésszöge 109,5°.

· A több szénatomot tartalmazó molekulákban minden további négy atomhoz kapcsolódó szén tetraéderes alakú.

· Ha azonban két szénatom kettős kötéssel kapcsolódik össze, a szénatomok körüli összes kötés ugyanabban a síkban van, és lapos, háromdimenziós szerkezetű.

· Egy szerves molekula háromdimenziós alakja meghatározza a funkcióját.

· A szén elektronkonfigurációja lehetővé teszi kovalens kötések kialakítását sok különböző elemmel.

· A szén és partnereinek vegyértékei a szerves molekulák építészetét szabályozó építési szabályzatnak tekinthetők.

· A szén-dioxidban egy szénatom két kettős kötést képez két különböző oxigénatommal.

· Az O=C=O szerkezeti képletben minden vonal egy-egy megosztott elektronpárt jelöl. Ez az elrendezés kiegészíti a molekula összes atomjának vegyértékhéját.

· Míg a CO2 besorolható szerves vagy szervetlen, fontossága az élővilág számára egyértelmű.

· A CO2 az élőlényekben található összes szerves molekula szénforrása. Általában a fotoszintézis folyamatával szerves molekulákba kötődik.

· A karbamid, a CO(NH2)2, egy másik egyszerű szerves molekula, amelyben minden atom kovalens kötést képez, hogy teljessé tegye vegyértékhéját.

A szénvázak változatossága hozzájárul a szerves molekulák sokféleségéhez.

· A szénláncok alkotják a legtöbb szerves molekula vázát.

· A csontvázak különböző hosszúságúak, lehetnek egyenesek, elágazóak vagy zárt gyűrűkbe rendeződve.

· A szénvázak kettős kötéseket tartalmazhatnak.

· A szénváz atomjaihoz más elemek atomjai is kapcsolódhatnak.

· Szénhidrogének olyan szerves molekulák, amelyek csak szén- és hidrogénatomokból állnak.

· A szénhidrogének a kőolaj fő összetevője, egy fosszilis tüzelőanyag, amely több millió évvel ezelőtt élt szervezetek részlegesen lebomlott maradványaiból áll.

· A zsírok olyan biológiai molekulák, amelyek hosszú szénhidrogén-farokkal rendelkeznek egy nem szénhidrogén komponenshez.

· A kőolaj és a zsír hidrofób vegyületek, amelyek sok nem poláris szén-hidrogén kötésük miatt nem oldódnak vízben.

· Izomerek olyan vegyületek, amelyeknek azonos a molekulaképlete, de eltérő szerkezetük van, és ezért eltérő kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.

· Például a bután és az izobután molekulaképlete azonos, C4H10, de a butánnak egyenes, az izobutánnak pedig elágazó váza van.

· A két bután az szerkezeti izomerek, azonos molekulaképletű, de az atomok kovalens elrendezésében eltérő molekulák.

· Geometriai izomerek Azonos kovalens kapcsolatokat hordozó vegyületek, amelyek a szén-szén kettős kötés körüli atomok térbeli elrendezésében különböznek.

· A kettős kötés nem teszi lehetővé az atomok szabad forgását a kötés tengelye körül.

· A látás biokémiája magában foglalja a retina rodopszin szerkezetének fény által indukált változását az egyik geometriai izomerről a másikra.

· Enantiomerek olyan molekulák, amelyek egymás tükörképei.

· Enantiomerek akkor jöhetnek létre, ha egy szénhez négy különböző atom vagy atomcsoport kapcsolódik.

· Ebben az esetben a négy csoport a térben kétféleképpen is elrendezhető, amelyek tükörképek.

· Olyanok, mint a molekula bal- és jobbkezes változatai.

· Általában az egyik biológiailag aktív, míg a másik inaktív.

· Még a két enantiomer finom szerkezeti különbségei is fontos funkcionális jelentőséggel bírnak az atomok specifikus elrendezéséből adódó tulajdonságok miatt.

· A talidomid gyógyszer egyik enantiomerje csökkentette a reggeli rosszullétet, a kívánt hatást, de a másik izomer súlyos születési rendellenességeket okozott.

· Az L-dopa izomer hatékonyan kezeli a Parkinson-kórt, de a D-dopa izomer inaktív.

4.3. Fogalom A funkcionális csoportok a molekulák kémiai reakciókban részt vevő részei

· A szerves molekulák azon összetevőit, amelyek leggyakrabban vesznek részt a kémiai reakciókban, ún funkcionális csoportok.

· Ha a szénhidrogéneket a legegyszerűbb szerves molekuláknak tekintjük, akkor a funkciós csoportokat úgy tekinthetjük, mint kapcsolódásokat, amelyek a szénhidrogén szénvázához kötődő hidrogénatomok közül egyet vagy többet helyettesítenek.

· Minden funkciós csoport következetesen viselkedik egyik szerves molekulától a másikig.

· A funkciós csoportok száma és elrendezése segít minden molekulának egyedi tulajdonságait biztosítani.

· Például a tesztoszteron (egy férfi nemi hormon) és az ösztradiol (egy női nemi hormon) alapvető szerkezete megegyezik.

· Mindkettő négy összeolvadt széngyűrűvel rendelkező szteroid, de különböznek a gyűrűkhöz kapcsolódó funkciós csoportokban.

· Ezek a funkcionális csoportok kölcsönhatásba lépnek a test különböző célpontjaival.

· Hat funkciós csoport van, amelyek a legfontosabbak az élet kémiája szempontjából: hidroxil-, karbonil-, karboxil-, amino-, szulfhidril- és foszfátcsoportok.

· Mindegyik hidrofil, és növeli a szerves vegyületek vízben való oldhatóságát.

· A hidroxilcsoport csoport (-OH), a hidrogénatom poláris kovalens kötést képez egy oxigénatommal, amely poláris kovalens kötést hoz létre a szénvázhoz.

· Ezen poláris kovalens kötések miatt a hidroxilcsoportok növelik a szerves molekulák oldhatóságát.

· A hidroxilcsoportokat tartalmazó szerves vegyületek alkoholok, nevük jellemzően -olra végződik.

· A karbonil csoport (>CO) egy oxigénatomból áll, amely kettős kötéssel kapcsolódik a szénvázhoz.

· Ha a karbonilcsoport a váz végén található, a vegyület egy aldehid.

· Ha a karbonilcsoport a szénvázon belül van, akkor a vegyület a keton.

· Az aldehideket és ketonokat tartalmazó izomerek eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek.

· A karboxil csoport (—COOH) egy szénatomból áll, amely kettős kötéssel kapcsolódik egy oxigénatomhoz és egy egyszeres kötéssel egy hidroxilcsoport oxigénéhez.

· A karboxilcsoportokat tartalmazó vegyületek karbonsavak.

· A karboxilcsoport savként működik, mert a két szomszédos oxigénatom együttes elektronegativitása fokozza a hidrogén mint ion disszociációját (H+).

· An amino az (—NH2) csoport egy két hidrogénatomhoz kapcsolódó nitrogénatomból és a szénvázból áll.

· Az aminocsoportokat tartalmazó szerves vegyületek aminok.

· Az aminocsoport bázisként működik, mert az aminocsoport hidrogéniont (H+) képes felvenni az oldatból.

· Az aminosavak, a fehérjék építőkövei amino- és karboxilcsoportokkal rendelkeznek.

· A szulfhidril csoport (-SH) egy kénatomból áll, amely egy hidrogénatomhoz és a gerinchez kapcsolódik.

· Ez a csoport alakjában egy hidroxilcsoportra hasonlít.

· A szulfhidrilcsoportokat tartalmazó szerves molekulák tiolok.

· Két szulfhidrilcsoport kölcsönhatásba léphet a fehérjék szerkezetének stabilizálásában.

· A foszfát csoport (—OPO32-) egy foszforatomból áll, amely négy oxigénatomhoz kapcsolódik (három egyszeres kötéssel és egy kettős kötéssel).

· Egy foszfátcsoport az egyik oxigénatomján keresztül kapcsolódik a szénvázhoz.

· A foszfátcsoportok két negatív töltésű anionok, mivel két proton disszociált az oxigénatomokról.

· A foszfátcsoportok egyik funkciója az energia átvitele a szerves molekulák között.

· Az adenozin-trifoszfát vagy ATP az élő sejtekben az elsődleges energiaátadó molekula.

Ezek az élet kémiai elemei.

· Az élőanyag főként szénből, oxigénből, hidrogénből és nitrogénből áll, kisebb mennyiségű ként és foszforral.

· Ezeket az elemeket erős kovalens kötések kötik össze.

· A szén négy kovalens kötésével a molekuláris építészet alapvető építőköve.

· A szénváz és a vázhoz kapcsolódó funkciós csoportok egyedi elrendeződéséből adódóan a szerves molekulák nagy változatossága a sajátos tulajdonságaikkal rajzolódik ki.


04. fejezet – A szén és az élet molekuláris sokfélesége

  • Összesen 6 elektronnal egy szénatomban 2 az első elektronhéjban, 4 pedig a második elektronhéjban.
  • A szén kevéssé hajlamos ionos kötések kialakítására azáltal, hogy 4 elektront veszít vagy nyer, hogy befejezze vegyértékhéját.
  • Ehelyett a szén általában úgy egészíti ki vegyértékhéját, hogy az elektronokat négy kovalens kötésben osztja meg más atomokkal.
  • Ez a szén négyértékűsége nagy, összetett molekulákat tesz lehetővé.
  • Amikor a szén kovalens kötést képez négy másik atommal, akkor ezek egy képzeletbeli tetraéder sarkaiban helyezkednek el, kötésszöge 109,5°.
  • A több szénatomot tartalmazó molekulákban minden további négy atomhoz kapcsolódó szén tetraéderes alakú.
  • Ha azonban két szénatom kettős kötéssel kapcsolódik össze, a szénatomok körüli összes kötés ugyanabban a síkban van, és lapos, háromdimenziós szerkezetű.
  • Egy szerves molekula háromdimenziós alakja meghatározza a funkcióját.
  • A szén elektronkonfigurációja lehetővé teszi kovalens kötések kialakítását sok különböző elemmel.
  • A szén vegyértékei és partnerei a szerves molekulák építészetét szabályozó építési szabályzatnak tekinthetők.
  • A szén-dioxidban egy szénatom két kettős kötést képez két különböző oxigénatommal.
  • Az O=C=O szerkezeti képletben minden vonal egy-egy megosztott elektronpárt jelöl. Ez az elrendezés kiegészíti a molekula összes atomjának vegyértékhéját.
  • Míg a CO2 besorolható szerves vagy szervetlen, fontossága az élővilág számára egyértelmű.
  • A CO2 az élőlényekben található összes szerves molekula szénforrása. Általában a fotoszintézis folyamatával szerves molekulákba kötődik.
  • A karbamid, a CO(NH2)2, egy másik egyszerű szerves molekula, amelyben minden atom kovalens kötést képez, hogy teljessé tegye vegyértékhéját.

A szénvázak változatossága hozzájárul a szerves molekulák sokféleségéhez.

  • A szénláncok alkotják a legtöbb szerves molekula vázát.
  • A csontvázak különböző hosszúságúak, lehetnek egyenesek, elágazóak vagy zárt gyűrűkbe rendezve.
  • A szénvázak kettős kötéseket tartalmazhatnak.
  • A szénváz atomjaihoz más elemek atomjai is kapcsolódhatnak.
  • A szénhidrogének olyan szerves molekulák, amelyek csak szén- és hidrogénatomokból állnak.
  • A szénhidrogének a kőolaj fő összetevője, egy fosszilis tüzelőanyag, amely több millió évvel ezelőtt élt szervezetek részlegesen lebomlott maradványaiból áll.
  • A zsírok olyan biológiai molekulák, amelyek hosszú szénhidrogén-farokkal rendelkeznek egy nem szénhidrogén komponenshez.
  • A kőolaj és a zsír hidrofób vegyületek, amelyek sok nem poláris szén-hidrogén kötésük miatt nem oldódnak fel vízben.
  • Az izomerek olyan vegyületek, amelyeknek azonos a molekulaképlete, de eltérő a szerkezetük, és ezért eltérő kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek.
  • Például a bután és az izobután molekulaképlete azonos, C4H10, de a butánnak egyenes, az izobutánnak pedig elágazó váza van.
  • A két bután szerkezeti izomer, molekula, amelyek molekulaképlete azonos, de az atomok kovalens elrendezésében különböznek egymástól.
  • A geometriai izomerek olyan vegyületek, amelyek ugyanazokkal a kovalens kapcsolatokkal rendelkeznek, amelyek a szén-szén kettős kötés körüli atomok térbeli elrendezésében különböznek.
  • A kettős kötés nem teszi lehetővé, hogy az atomok szabadon forogjanak a kötés tengelye körül.
  • A látás biokémiája magában foglalja a retina rodopszin szerkezetének fény által indukált változását az egyik geometriai izomerről a másikra.
  • Az enantiomerek olyan molekulák, amelyek egymás tükörképei.
  • Enantiomerek akkor jöhetnek létre, ha négy különböző atom vagy atomcsoport kapcsolódik egy szénhez.
  • Ebben az esetben a négy csoport kétféleképpen, tükörképként helyezhető el a térben.
  • Olyanok, mint a molekula bal- és jobbkezes változatai.
  • Általában az egyik biológiailag aktív, míg a másik inaktív.
  • Még a két enantiomer finom szerkezeti különbségei is fontos funkcionális jelentőséggel bírnak az atomok specifikus elrendezéséből származó tulajdonságok miatt.
  • A talidomid gyógyszer egyik enantiomerje csökkentette a reggeli rosszullétet, a kívánt hatást, de a másik izomer súlyos születési rendellenességeket okozott.
  • Az L-dopa izomer hatékonyan kezeli a Parkinson-kórt, de a D-dopa izomer inaktív.

4.3. Fogalom A funkcionális csoportok a molekulák kémiai reakciókban részt vevő részei

  • A szerves molekulák azon komponenseit, amelyek leggyakrabban vesznek részt a kémiai reakciókban, funkcionális csoportoknak nevezzük.
  • Ha a szénhidrogéneket a legegyszerűbb szerves molekuláknak tekintjük, akkor a funkciós csoportokat úgy tekinthetjük, mint kapcsolódásokat, amelyek a szénhidrogén szénvázához kötődő egy vagy több hidrogénatomot helyettesítik.
  • Mindegyik funkciós csoport következetesen viselkedik egyik szerves molekulától a másikig.
  • A funkciós csoportok száma és elrendezése segít minden molekulának egyedi tulajdonságait biztosítani.
  • Például a tesztoszteron (egy férfi nemi hormon) és az ösztradiol (egy női nemi hormon) alapvető szerkezete megegyezik.
  • Mindkettő négy összeolvadt széngyűrűvel rendelkező szteroid, de különböznek a gyűrűkhöz kapcsolódó funkciós csoportokban.
  • Ezek a funkcionális csoportok kölcsönhatásba lépnek a test különböző célpontjaival.
  • Hat funkciós csoport van, amelyek a legfontosabbak az élet kémiája szempontjából: hidroxil-, karbonil-, karboxil-, amino-, szulfhidril- és foszfátcsoportok.
  • Mindegyik hidrofil, és növeli a szerves vegyületek vízben való oldhatóságát.
  • A hidroxilcsoportban (-OH) a hidrogénatom poláris kovalens kötést hoz létre egy oxigénatommal, amely poláris kovalens kötést hoz létre a szénvázhoz.
  • Ezen poláris kovalens kötések miatt a hidroxilcsoportok növelik a szerves molekulák oldhatóságát.
  • A hidroxilcsoportokat tartalmazó szerves vegyületek alkoholok, és nevük jellemzően -olra végződik.
  • A karbonilcsoport (>CO) egy oxigénatomból áll, amely kettős kötéssel kapcsolódik a szénvázhoz.
  • Ha a karbonilcsoport a váz végén található, a vegyület egy aldehid.
  • Ha a karbonilcsoport a szénvázon belül van, akkor a vegyület egy keton.
  • Az aldehideket és ketonokat tartalmazó izomerek eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek.
  • A karboxilcsoport (-COOH) egy szénatomból áll, amely kettős kötéssel kapcsolódik egy oxigénatomhoz és egy egyszeres kötéssel egy hidroxilcsoport oxigénéhez.
  • A karboxilcsoportokat tartalmazó vegyületek karbonsavak.
  • A karboxilcsoport savként működik, mivel a két szomszédos oxigénatom együttes elektronegativitása növeli a hidrogén mint ion disszociációját (H+).
  • Az aminocsoport (-NH2) két hidrogénatomhoz kapcsolódó nitrogénatomból és a szénvázból áll.
  • Az aminocsoportokat tartalmazó szerves vegyületek aminok.
  • Az aminocsoport bázisként működik, mivel az aminocsoport hidrogéniont (H+) képes felvenni az oldatból.
  • Az aminosavak, a fehérjék építőkövei amino- és karboxilcsoportokkal rendelkeznek.
  • A szulfhidrilcsoport (-SH) egy kénatomból áll, amely egy hidrogénatomhoz és a vázhoz kapcsolódik.
  • Ez a csoport alakjában egy hidroxilcsoporthoz hasonlít.
  • A szulfhidrilcsoportokat tartalmazó szerves molekulák a tiolok.
  • Két szulfhidrilcsoport kölcsönhatásba léphet a fehérjék szerkezetének stabilizálásában.
  • A foszfátcsoport (—OPO32?) egy foszforatomból áll, amely négy oxigénatomhoz kapcsolódik (három egyszeres kötéssel és egy kettős kötéssel).
  • Egy foszfátcsoport az egyik oxigénatomján keresztül kapcsolódik a szénvázhoz.
  • A foszfátcsoportok két negatív töltésű anionok, mivel két proton disszociált az oxigénatomoktól.
  • A foszfátcsoportok egyik funkciója az energia átvitele a szerves molekulák között.
  • Az adenozin-trifoszfát vagy az ATP az élő sejtekben az elsődleges energiaátadó molekula.


Nézd meg a videót: Fémszulfidok előállítása (Lehet 2022).