1 félév, 2 kredit

Tantárgyfelelős oktató: Vitályos Gábor Áron tanársegéd

Számonkérés módja: szóbeli kollokvium

Ajánlott irodalom: Endrédi Lajos (2002): Biológiai ismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó,

Budapest.

Az élet fogalma, kritériumai

Hogyan jelent meg az ember?

Hogyan jelentek meg az élőlények?

Teremtették a csillagokat, a bolygókat, az életet vagy természeti törvények hozták létre őket?

Mi az élet?

El tudjuk-e dönteni minden objektumról egyértelműen, hogy él-e?

- a béka, a szíve, annak rostjai és pora- az egyes szervek izolálva nem maradnak sokáig életben – viszont ugyanez a teljes egyedekről is elmondható...

- az összeszerelés a lényeg

- az élet az anyag játéka RENDEZETTSÉG (negentrópia)

Konklúzió: nincs élő anyag, csak élő állapot. Nincs „életerő”, csak szervezettség

A XIX. századig a szerves anyag különleges

természetében („életerő”) gyanították a titkot, de

1828-ban Wöhler elsőként szintetizált szervetlen

anyagból szerveset, karbamidot. Máig sem

bukkantunk semmi olyasmire az élő anyagban, ami

ellent mondana fizikai, kémiai ismereteinknek.

Élet vs. halálÉlet vs. halál

- tetszhalál, szárított baktérium, nyugvó mag és fagyasztott rovarok

- friss tetem: még rendezett, de már nem tartja fenn

- Gánti: a halál az életképesség megszűnése

- az élet önfenntartó szervezett állapot

- a forma állandó, az anyag változik: disszipatív struktúra, anyagcsere és homeosztázis

- Az élő szervezet állandósága a folyó és a tűz állandósága.

- a struktúrák lassú folyamatok (pl. gleccser-folyó)- nyílt rendszer (von Bertalanffy):

- stacionárius állapot (aktív állandóság)- az entrópia csökkenhet is- ekvifinalitás- kanalizáció (az élőlények képessége, hogy a genotípus és a környezet variációi ellenére (azokat pufferelve) hasonló fenotípust hozzanak létre)

- Az élő állapot olyan komplex rendezettség, amely megfelelő körülmények között, átáramló energiát felhasználva, szabályozó folyamatok révén fenntartja önmagát.

Egysejtű eukarióta

Vírus

Prokariota

Hogyan kezdjünk a problémához?

- keressük meg az élet legegyszerűbb formáit és próbáljuk kitalálni mi a közös bennük!

Az élet kritériumaiAz élet kritériumai

- Klasszikus életjelenségek: mozgás, táplálkozás, növekedés, szaporodás és ingerlékenység

- túlhaladott?

- öszvér, öreg állat, stb

Gánti:• Reális (abszolút) kritérium: minden

élőlényben, élete minden pillanatában megvan

• Potenciális kritérium: az élővilág fennmaradásához kell

Élet kritériumok I.Reális (abszolút) életkritériumok (minden élőlényre igaz):

1. Inherens (belső lényegből fakadó) egység: „az egység (…) elemeinek nem egyszerű uniója, hanem új egység, amely (…) új minőségi tulajdonságaokat hordoz”.

2. Anyagcsere: anyag és E lép a rendszerbe, ott átalakul majd a hulladék anyagok elhagyják a rendszert.

3. Inherens stabilitás: a rendszer belső folyamatainak olyan speciális szerveződési módja, amely lehetővé teszi a rendszer folyamatos működését és a külső környezet változásainak ellenére is állandó marad (~homeosztázis).

4. Információhordozó alrendszer: a teljes rendszer felépítéséről

5. Szabályozottság és vezéreltség: a folyamatok szabályozottak (enzimek) de bizonyos folyamatok vezéreltek (egyedfejlődés).

Élet kritériumok II.

1. Növekedés és szaporodás*: egysejtűeknél a szaporodás egy része a növekedés de többsejtűeknél a szaporodás a növekedés közvettet módon kapcsolódnak.

2. Öröklődő változatosság*: az egyedet felépítő információ nem pontosoan adódik át az utódba.

3. Halandóság: biogeokémiai ciklusok.

* ez az evolúció egysége

Potenciális (lehetséges) életkritériumok (nem minden élő egységre igaz, de az evolúcióhoz nélkülözhetetlen):

Az élő (sejt) minimál modellje (kemoton-elmélet)

Gánti Tibor : Az élet principiuma. 1978.,Gondolat, Budapest

Ai: anyagcsere alrendszer

(autokatalitikus)

pV: információ-tároló alrendszer (DNS)

(autokatalitikus)

Tm: határoló (membrán) alrendszer

(autokatalitikus)

Autokatalizis:

A + B = 2A + C

Az élet építőelemeiA monomerek és makromolekulák

szintézise

A monomerek és makromolekulák prebiotikus szintézise

Funkció Monomer Makromolekula

katalizátor (enzim)

aminosav fehérje

információ hordozó

nukleotid(bázis, cukor)

DNS / RNS

membrán zsírsavak micella, lipid vezikulum

Miller-Urey kísérlet

- Metán (CH4)

- Ammónia (NH3)

- Hidrogén (H2)

- Víz (H2O)- Elektromos kisülés

Eredmény: cukor, aminosav, N-tartalmú heterociklusos vegyületek

(mindaz ami megtalálható az élő sejtben)

Ősleves elmélet

• Az ősi Föld légköre kezdetbe redukáló gázelegyből állt (metán, ammónia stb.)

• A gázelegy elemei villámlások által reakcióba lépetek egymással

• Az ősóceánba oldódtak és még változatosabb biológiailag fontos molekulák jöttek létre, amelyek közül egyesek képesek autokatalitikus módon gyarapodni

• A változatos biomolekulákból létrejött önszerveződéssel az első sejt

Miller kísérletei és hasonló kísérletek alapján született meg az elképzelés:

Az ősleves túlságosan híg oldat, kevés molekulát tartamazhatott.

A biomolekulák származhatnak meteoritokból és üstökösökből is, amelyek a Földre érkeztek kb. 4 milliárd évvel ezelőtt. A csillagközi porban találtak szerves molekulákat!

Kiszáradó lagúnákban lokális koncentráció növekedés.

(???Panspermia???)

Őspizza

a molekulák a pozitív töltésű pirit felszínhez kötődnek és magas hőmérsékleten (~250°C) valamint nagy nyomáson (~200MPa) szerves molekulák képződnek szervetlenekből kémiai energia segítségével (kemoautotrófia):

Energia forrás:

FeS + H2S = FeS2 +H2

Szénforrás: CO vagy CO2

A felületnek erőteljes katalizáló hatása van (vö.: szervetlen katalizátorok, enzimek)!

A felület kötött szubsztrátok lokális koncentráció növekedés miatt megnő az ütközések száma, ami a kémiai reakciók gyakoribb lefolyásához vezet.

• Katalizátor (gyors reakciók)

• Specifikus (kevés mellékreakció)

• Stereospecifikus

• Az enzimek ma leginkább fehérjék.

Az Őspizza

Agyagásvány felszínen nukleotidok is és aminosavak is könnyebben polimerizálódnak (kb. 50 tagú polimerekig). Sőt a nukleotidok a 3’-5’ kapcsolódást is jobban preferálják a felszínen mint oldatban ahol gyakoribb a 2’-5’ kapcsolódás.

polimerizáció

hidrolízis

ÖsszefoglalásŐsleves elmélet

• sokféle biomolekula

• kémiailag nehezen elképzelhető

Őspizza elmélet

• kevesebb fajta biomolekula

• kémiailag realisztikusabb

Őspalacsinta elmélet

Sokféle molekula képződött az őslégkör-ősleves rendszerben, amelyek aztán felülethez kötődtek és bonyolult biomolekulákká (DNS, RNS,

fehérje stb.) alakultak.

szervetlen vegyületek

kismolekulájú szerves vegyületek

szerves makromolekulák

önreprodukáló körfolyamatok templát polimerizáció membrán képződés

KEMOTONOK

prokarioták

eukarioták

soksejtűek

Az élő rendszerek keletkezésének lépcsőfokai a kemoton-elmélet szerint (Gánti alapján)

Bio

lógi

ai

evol

úció

Pre

biol

ógia

i ev

olúc

ióK

émia

i evo

lúci

ó