ХРАНИТЕЛНА БИОХИМИЯ

Пептиди

Те съдържат от три до няколко десетки аминокиселинни остатъци. Те функционират само във висшите части на нервната система.

Тези пептиди, подобно на катехоламините, изпълняват функцията не само на невротрансмитери, но и на хормони. Те предават информация от клетка на клетка чрез циркулационната система. Те включват:

а) Неврохипофизарни хормони (вазопресин, либерини, статини). Тези вещества са едновременно хормони и медиатори.

б) Стомашно-чревни пептиди (гастрин, холецистокинин). Гастринът предизвиква глад, холецистокининът предизвиква ситост, а също така стимулира свиването на жлъчния мехур и функцията на панкреаса.

в) Опиатоподобни пептиди (или болкоуспокояващи пептиди). Образува се от реакции на ограничена протеолиза на протеина прекурсор на проопиокортин. Взаимодейства със същите рецептори като опиатите (например морфин), като по този начин имитира тяхното действие. Общото наименование - ендорфини - причинява облекчаване на болката. Те лесно се разрушават от протеиназите, така че фармакологичният им ефект е незначителен.

г) Пептиди за сън. Тяхната молекулярна природа не е установена. Известно е само, че приложението им на животните предизвиква сън.

д) Пептиди на паметта (скотофобин). Натрупва се в мозъка на плъхове по време на тренировка, за да избегне тъмнината.

е) Пептидите са компоненти на системата RAAS. Доказано е, че въвеждането на ангиотензин-II в центъра на жаждата на мозъка предизвиква това усещане и стимулира секрецията на антидиуретичен хормон.

Образуването на пептиди възниква в резултат на реакции на ограничена протеолиза, те също се разрушават под действието на протеинази.

Пълноценното хранене трябва да съдържа:

1. ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯ (ВЪГЛЕХИДРАТИ, МАЗНИНИ, БЕЛТЪЦИ).

2. ЕСЕНЦИАЛНИ АМИНОКИСЕЛИНИ.

3. ЕСЕНЦИОННИ МАСНИ КИСЕЛИНИ.

4. ВИТАМИНИ.

5. НЕОРГАНИЧНИ (МИНЕРАЛНИ) КИСЕЛИНИ.

6. Влакна

ЕНЕРГИЕН ИЗТОЧНИК.

Въглехидратите, мазнините и протеините са макронутриенти. Консумацията им зависи от ръста, възрастта и пола на човека и се определя в грамове.

Въглехидратипредставляват основният източник на енергия в човешкото хранене - най-евтината храна. В развитите страни около 40% от приема на въглехидрати идва от рафинирани захари, а 60% е нишесте. В по-слабо развитите страни делът на нишестето се увеличава. Въглехидратите формират основната част от енергията в човешкото тяло.

Мазниние един от основните източници на енергия. Те се усвояват в стомашно-чревния тракт (GIT) много по-бавно от въглехидратите, така че допринасят по-добре за усещането за ситост. Триглицеридите от растителен произход са не само източник на енергия, но и незаменими мастни киселини: линолова и линоленова.

катерици- енергийната функция не е основна за тях. Протеините са източници на есенциални и неесенциални аминокиселини, както и предшественици на биологично активни вещества в организма. Въпреки това, когато аминокиселините се окисляват, се генерира енергия. Въпреки че е малък, той съставлява част от енергийната диета.

Съдържание на темата "Члестоноги. Хордови.":

Изучаването на химията на живите организми, т.е. биохимия, е тясно свързана с общото бурно развитие на биологията през 20 век. Значението на биохимиятае, че осигурява фундаментално разбиране на физиологията, с други думи, разбиране за това как работят биологичните системи.

Това от своя страна намира приложение в селското стопанство (създаване на пестициди, хербициди и др.); в медицината (включително цялата фармацевтична индустрия); в различни индустрии за ферментация, които ни доставят широка гама от продукти, включително хлебни изделия; накрая, във всичко, свързано с храната и храненето, т. е. в диетологията, в технологията на производството на храни и в науката за тяхното съхранение. с биохимиясвързано с появата на редица нови обещаващи области в биологията, като генно инженерство, биотехнология или молекулярни подход към изследването на генетичните заболявания.

биохимиясъщо играе важна обединяваща роля в биологията. Когато разглеждаме живите организми на биохимично ниво, не толкова разликите между тях са най-поразителни, а техните прилики.

Елементи, открити в живите организми

Елементи, открити в живите организми

Приблизително 100 са открити в земната кора. химични елементи, но само 16 от тях са необходими за живота. Най-често срещаните в живите организми (в низходящ ред на броя на атомите) са четири елемента: водород, въглерод, кислород и азот.

Те представляват повече от 90% както от масата, така и от броя на атомите, които изграждат всички живи организми. Въпреки това, в земното първо четири места по разпространениезаемат кислород, силиций, алуминий и натрий. биологично значениеводород, кислород, азот и въглерод се дължи главно на тяхната валентност, съответно 1, 2, 3 и 4, както и на способността им да образуват по-силни ковалентни връзки от други елементи със същата валентност.

Системи от биологични (биохимични) елементи

Известно е, че изграждането и работата на сложни информационни устройства се основава на използването на типични унифицирани възли и елементи. Например, всички информационни процеси в цифровите технологии се основават на използването на различни стандартни логически елементи, които изпълняват елементарни логически функции и най-простите действия за преобразуване на двоична информация. Логическите елементи се използват както за изграждане на електронни схеми, така и за обработка на двоична информация. А теоретична основапри анализа на комутационни вериги са законите и принципите на алгебрата на логиката. В алгебрата на логиката се разглеждат променливи, които могат да приемат само две стойности: 1 и 0. Типичните структури на логическите интегрални схеми, като правило, се основават на елементи, които извършват операции - И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ- НЕ. Всички произволно сложни цифрови устройства на микроелектронната технология са изградени на базата на логически елементи, които реализират най-простите логически операции и функции на двоичната аритметика. Основните елементи са вид сградни и функционални единици и се използват както при проектирането, така и при изграждането на цифрови информационни системи. Те изпълняват функционално пълен набор от логически операции, така че когато ги използвате, можете да получите логическа функция с всякаква сложност. Освен това всяка типична логическа схема на елемента е направена на базата на отделни дискретни физически компоненти - транзистори, резистори, кондензатори и диоди.

Изненадващо, същите модели се наблюдават при разглеждане на живи молекулярни системи. Живите молекулярни системи също имат своя унифицирана биологична (биохимична) елементна база. Следователно тук е възможен и обобщен подход, основан на използването на прости органични молекули (мономери), които играят ролята на съставни елементи на различни биологични молекули и структури. А „теоретическата и технологичната“ основа за прилагането на молекулярната база са нейните универсални закони и принципи, които по подходяща аналогия могат да бъдат приписани на законите на „молекулярната биохимична логика“. Биохимичната логика също така предвижда такова понятие като „молекулярно-биологичен елемент“. Този факт още веднъж ни напомня, че всяка жива клетка е информационна система. Следователно, за да се разберат моделите на нейното функциониране, трябва преди всичко да се занимаваме с елементарната база на живата форма на материята и принципите и правилата за нейното използване. Това е основната тема на тази статия.

Известно е, че всички живи организми се състоят от едни и същи молекулярни градивни елементи - стандартен набор от повече от три дузини типични биохимични (биологични) елементи: нуклеотиди, аминокиселини, прости захари, мастни киселини и т.н. Броят на тези мономери е малък , и те имат еднаква структура във всички видове организми. Освен това всеки елемент поотделно също представлява най-простата схема, чиито структурни компоненти могат да бъдат няколко химични елемента - водород, кислород, въглерод, азот, фосфор и сяра.

А наличието на определени типични функционални атомни групи, странични групи и атоми в състава на всеки елемент дава възможност да се предвиди не само поведението му в химичните реакции, но и да се предвиди структурната и информационна роля, която елементът ще играе в състава на макромолекулата.

По този начин живите системи при изграждането на различни биологични молекули и структури използват свои собствени специални, силно специфични молекулярни елементи. Тези елементи (като част от живата материя) изпълняват функционално пълен набор от елементарни биохимични функции и операции, следователно, когато ги използва, дивата природа може да получи биологична функция с всякаква сложност. В същото време, разбира се, има както аналогия, така и съществени разлики между техническите и биологичните елементни бази и технологиите за тяхното приложение.

Например, микросхемите на технически устройства могат да се състоят от стотици, хиляди или повече логически елементи от няколко типа, свързани помежду си по подходящ начин. Биологичните макромолекули също могат да се състоят от стотици, хиляди или повече биохимични елементи от няколко типа, които са ковалентно свързани помежду си и поставени във вериги от биомолекули под формата на линейна позиционна последователност. Разликата се крие и във факта, че живите системи използват свои собствени принципи и методи за кодиране, предаване и внедряване на информация и се различават от техническите системи не само по субстратния носител, но и по методите за представяне на информация.

Освен това, ако логически елемент в цифровата технология е най-простият преобразувател на двоична информация, то всеки биологичен елемент в самата жива система играе ролята на елементарна структурна и информационно-функционална единица. В техническите и биологичните системи информационните съобщения се осъществяват в различни форми. В техническите устройства се използват елементарни сигнали 1 и 0 на двоичния код. Тоест само два цифрови знака се използват за предаване на информационни съобщения. Обикновено символът 1 съответства на потенциала високо ниво, символ 0 - ниско. Двоичните кодове са широко използвани главно поради относително простата хардуерна реализация на логически операции и аритметични операции, както и устройства за предаване и съхранение на съобщения. Тук всеки логически елемент служи за най-простите трансформации на двоична информация, тоест за трансформация на двоични знаци. По този начин в техническите устройства се използва хардуерен метод за преобразуване на информация.

Въпреки това, в биологични системи, - наред с хардуерния метод за преобразуване на информация се използва и информационният метод за изграждане и преобразуване на самия хардуер. Това е уникална особеност на информационните процеси в живите молекулярни системи.

Освен това единицата информация е самият биохимичен елемент, който е буквата или символът на информацията. Следователно с помощта на химически букви и символи (елементи) се изгражда хардуерната система на клетката и в същото време в нейните структури се записва програмна информация. Тоест на първия етап информационните съобщения се предават чрез фиксирана позиционна последователност от букви или символи в „линейни“ вериги от биологични молекули. Това означава, че ако в техническата система се използва само хардуерен метод за преобразуване на информация, то в молекулярно-биологичната система с помощта на генетична информация и елементна база първо се изграждат и трансформират различни биомолекули и структури и едва след това тези средства могат да участват в различни информационни процеси. В тази връзка хардуерната част на клетката става носител и изпълнител на съответния софтуер и молекулярно-биологична информация.

Оказва се, че ако в техническа система устройството е преобразувател на информационни символи, то в жива клетка, напротив, молекулярните букви и символи, организирани в различни молекулярни последователности от информационни съобщения, сами по себе си действат като преобразуватели на хардуера. Освен това функциите на биомолекулите се определят изцяло от елементарните функции на съставните им биологични елементи (букви или символи), тоест информация. И всеки елемент в състава на биомолекула винаги взаимодейства с други елементи или водни молекули според специални принципи и правила, които могат да се нарекат закони на молекулярната биохимична логика. Следователно био химични елементитук явно се превръщат и в онези програмни елементи, с помощта на които се изграждат алгоритми за функционалното поведение на различни биологични молекули и структури. По този начин, за да се промени функционалната ориентация на дейността на клетката, до известна степен, с помощта на нови информационни съобщения, е необходима частична промяна на нейната хардуерна система. Промяната в хардуерната система, разбира се, е свързана със синтеза на нови биомолекули и унищожаването на стари, отслужили времето си и изпълнили задачата си. Следователно, след като изпълнява функциите си, всяка биомолекула се разделя на елементарни структурни и информационни единици, които отново могат да бъдат включени в информационните процеси. Използваната информация като че ли се изтрива и елиминира, а отделните букви или символи, които я съставят, тоест „молекулярният биологичен шрифт“ се разпада, за да бъде използвана повторно в нови информационни съобщения или други клетъчни процеси. Това е основната отличителна черта на трансфера на информация в молекулярните биологични системи.

Живата клетка е икономична във всичко. Ако си припомним, че химическите букви и символи (елементи) са изградени на базата на отделни атоми и атомни групи, тогава може да си представим какво колосално количество информация се съхранява в генетичната памет и циркулира в жива клетка, чиито размери понякога са стотни от милиметъра на дължина. Например, една зигота съдържа цялата информация, необходима за развитието на цял организъм.

За да промени контролните действия, клетката постоянно трябва да актуализира информационните съобщения, което съответно води до актуализация на хардуера на клетката. Следователно в жива клетка има постоянно движение на информация и материя. От една страна има процес на обработка и актуализиране на контролната информация, а оттам и на ензими и други протеинови молекули, от друга страна, това води до промяна в химическите контролирани процеси, които се осъществяват от ензимите.

Ако е необходимо, тези процеси се поддържат от дозовата циркулация на химическа енергия под формата на АТФ.

Може да се види, че за изграждането на различни класове макромолекулни съединения, като нуклеинови киселини, протеини, полизахариди или липиди, жива клетка използва различни системи (азбуки) от биохимични елементи. Имайте предвид, че от информационна гледна точка тези класове биологични молекули не са нищо друго освен различни видове и форми на молекулярна информация. Следователно, за представяне на молекулярната информация в нейните различни видове и форми в живите системи, съществуват системи от биологични елементи от различни видове:

• 1) нуклеотиди, - система от структурни, функционални и информационни биохимични елементи на ДНК и РНК (азбука нуклеинова киселина);
• 2) аминокиселини - система от структурни, функционални и информационни елементи на протеини (азбука от протеинови молекули), за които има генетичен код под формата на трио нуклеотиди;
• 3) прости захари - структурни и функционални елементи и информационни символи (азбука) на полизахаридите;
• 4) мастни киселини, - структурни и функционални елементи и информационни символи (азбука) на липидите и др.

По-ясното идентифициране и класификация на биологичните елементи по всяка вероятност трябва да се занимава с отделна дисциплина, като например „молекулярна биологична информатика“.

Наличието на системи от молекулярни биохимични елементи (мономери) в жива клетка значително опростява процесите на изграждане на различни класове макромолекули и структурни компоненти, повишава технологичността на тяхното производство и в същото време разширява техните функционални и информационни възможности.

Както виждаме, всеки тип набор е организиран в собствена система от елементи, която има общи биохимични, структурни и технологични характеристики, образува връзки от един и същи тип между елементи, които са съвместими по своите физикохимични параметри. По принцип всички структурни и функционални компоненти на жива клетка са изградени от тези молекулярни елементи в различни комбинации, състав и последователност. Трябва да се отбележи, че всяка система от биохимични елементи в клетката е отделна азбука и се характеризира със собствен метод на кодиране, както и вид и форма на представяне на молекулярно-биологичната информация. Това, съответно, е основната причина за появата на различни класове и голямо разнообразие от биологични молекули в живите системи.

Изненадващо е факт – целият живот на Земята, от незначителна бактерия до човек, се състои от едни и същи градивни елементи – стандартен набор от повече от три дузини типични функционални биологични (биохимични) елементи.

Този уникален комплект включва:

• 1) осем нуклеотида, - „четири от тях играят ролята на ДНК кодиращи единици, а останалите четири се използват за записване на информация в структурата на РНК“;
• 2) двадесет различни стандартни аминокиселини, които са кодирани в ДНК и служат за матричната конструкция на протеинови молекули;
• 3) няколко мастни киселини - относително малък брой прости стандартни органични молекули, които служат за изграждане на липиди;

4) предшествениците на повечето полизахариди са няколко прости захари (монозахариди).

Всички тези елементи са селектирани в хода на еволюцията поради тяхната уникална пригодност за изпълнение на различни химични, енергийни, молекулярни, информационни и други биологични функции в живите клетки.

Както виждаме, основата на всяка система са нейните отделни молекулярно-биологични (биохимични) елементи. И на базата различни системибиологични елементи, - молекулярни азбуки, различни клетъчни макромолекули - ДНК, РНК, протеини, полизахариди и липиди могат да бъдат "проектирани". Следователно елементарната база са онези системи от биохимични елементи, с помощта на които жива клетка е в състояние да изгради различни биологични молекули и структури чрез информация и след това, използвайки тези средства, да извършва всякакви биологични функциии химични трансформации.

„Структурните схеми“ на основните молекулярни елементи, техните естествени свойства и особености са доста ясно разгледани и представени в различни учебници по биохимия. Нашата задача е да обърнем повече внимание на информационните аспекти на използването на подобни биохимични единици.

Изпратете вашата добра работа в базата от знания е лесно. Използвайте формуляра по-долу

Студенти, специализанти, млади учени, които използват базата от знания в своето обучение и работа, ще Ви бъдат много благодарни.

Хоствано на http://www.allbest.ru

Резюме по темата:

"Биохимични компоненти на живота"

Въведение

Съвременната химия е широк комплекс от науки, който постепенно се е развил в хода на своето дълго историческо развитие. Практическото запознаване на човека с химичните процеси датира от дълбока древност. В продължение на много векове теоретичното обяснение на химичните процеси се основава на естествената философия на елементите-качества. В модифицирана форма той послужи като основа за алхимията, възникнала около 3-4 век. АД и стремеж към решаване на проблема с превръщането на неблагородните метали в благородни. След като не постигнаха успех в решаването на този проблем, алхимиците обаче разработиха редица методи за изследване на веществата, откриха някои химични съединения, които до известна степен допринесоха за появата на научната химия.

Химичен поглед върху природата, произхода и текущото състояние

Химията се интегрира активно с други науки, което води до появата на биохимия, молекулярна биология, космохимия, геохимия, биогеохимия. Първите изучават химичните процеси в живите организми, геохимията - моделите на поведение на химичните елементи в земната кора. Биогеохимията е наука за процесите на движение, разпределение, разпръскване и концентрация на химични елементи в биосферата с участието на организми. Основателят на биогеохимията е V.I. Вернадски. Космохимията изучава химичния състав на материята във Вселената, нейното изобилие и разпределение между отделните космически тела.

Рязко укрепване на връзката между химията и биологията настъпи в резултат на създаването на A.M.

Теорията на Бутлеров за химичната структура на органичните съединения. Водени от тази теория, органичните химици влязоха в конкуренция с природата. Следващите поколения химици показаха голяма изобретателност, труд, въображение и творческо търсене за насочен синтез на материята.

Прогресивното развитие на науката през 19-ти век, което доведе до откриването на структурата на атома и детайлно познаване на структурата и състава на клетката, отвори практически възможности за химици и биолози да работят заедно по химическите проблеми на учението за клетката, по въпросите за природата на химичните процеси в живите тъкани, за обусловеността на биологичните функции, химичните реакции.

Ако погледнете метаболизма в тялото от чисто химическа гледна точка, както A.I. Опарин, ще видим набор от голям брой относително прости и еднакви химични реакции, които се комбинират между добей във времето, не протичат на случаен принцип, а в строга последователност, което води до образуването на дълги вериги от реакции. И този ред естествено е насочен към постоянно самосъхранение и самовъзпроизводство на цялата жива система като цяло в дадени условия на околната среда.

С една дума, такива специфични свойства на живите същества като растеж, размножаване, мобилност, възбудимост, способност да реагират на промените във външната среда, са свързани с определени комплекси от химични трансформации.

Значението на химията сред науките, които изучават живота, е изключително голямо. Именно химията разкри най-важната роля на хлорофила като химическа основа на фотосинтезата, хемоглобина като основа на дихателния процес, установена е химичната природа на предаването на нервно възбуждане, определена е структурата на нуклеиновите киселини и др. Но основното е, че обективно химическите механизми лежат в самата основа на биологичните процеси, функциите на живите същества. Всички функции и процеси, протичащи в живия организъм, могат да бъдат изразени на езика на химията, под формата на специфични химични процеси.

Разбира се, би било погрешно да се свеждат явленията на живота до химически процеси. Това би било грубо механистично опростяване. И ясно доказателство за това е спецификата на химичните процеси в живите системи в сравнение с неживите. Изследването на тази специфика разкрива единството и взаимовръзката на химичните и биологичните форми на движението на материята. Други науки, възникнали на пресечната точка на биологията, химията и физиката, говорят за същото: биохимията е наука за обмяната на веществата и химичните процеси в живите организми; биоорганична химия - науката за структурата, функциите и начините на синтез на съединения, които изграждат живите организми; физичната и химичната биология като наука за функционирането на сложни системи за предаване на информация и регулиране на биологичните процеси на молекулярно ниво, както и биофизика, биофизична химия и радиационна биология.

Основните постижения на този процес са идентифицирането на химически продукти на клетъчния метаболизъм (метаболизъм в растения, животни, микроорганизми), установяване на биологични пътища и цикли на биосинтеза на тези продукти; осъществен е техният изкуствен синтез, направено е откриване на материалните основи на регулаторния и наследствения молекулен механизъм и до голяма степен е изяснено значението на химичните процеси, енергийните процеси на клетката и живите организми като цяло.

Сега за химията става особено важно прилагането на биологични принципи, в които се концентрира опитът от адаптиране на живите организми към условията на Земята в продължение на много милиони години, опитът от създаване на най-модерни механизми и процеси. По този път вече има определени постижения.

Преди повече от век учените осъзнаха, че в основата на изключителната ефективност на биологичните процеси е биокатализата. Затова химиците си поставят за цел да създадат нова химия, базирана на каталитичния опит на живата природа. В него ще се появи нов контрол на химичните процеси, където ще се прилагат принципите на синтеза на подобни молекули, ще се създават катализатори на принципа на ензими с такова разнообразие от качества, които далеч надминават съществуващите в нашата индустрия.

Въпреки факта, че ензимите имат общи свойства, присъщи на всички катализатори, те обаче не са идентични с последните, тъй като функционират в живите системи. Следователно всички опити за използване на опита на живата природа за ускоряване на химичните процеси в неорганичния свят са изправени пред сериозни ограничения. Засега можем да говорим само за моделиране на някои от функциите на ензимите и използване на тези модели за теоретичен анализ на дейността на живите системи, както и за частично практическо приложение на изолирани ензими за ускоряване на някои химични реакции.

Тук най-обещаващата посока, очевидно, е изследване, фокусирано върху прилагането на принципите на биокатализата в химията и химическа технология, за което е необходимо да се изследва целият каталитичен опит на живата природа, включително опитът от образуването на самия ензим, на клетката и дори на организма.

Теорията за саморазвитие на елементарни отворени каталитични системи, изложена в най-обща форма от професор A.P. Руденко през 1964 г., е обща теория на химическата еволюция и биогенеза. Тя решава въпроси за движещи силии механизми на еволюционния процес, тоест законите на химическата еволюция, подбора на елементи и структури и тяхната причинно-следствена връзка, височината на химическата организация и йерархия химически системикато следствие от еволюцията.

Теоретичното ядро ​​на тази теория е позицията, че химическата еволюция е саморазвитие на каталитични системи и следователно катализаторите са еволюиращото вещество. В хода на реакцията има естествен подбор на онези каталитични центрове, които имат най-голяма активност. Саморазвитието, самоорганизацията и самоусложняването на каталитичните системи възникват поради постоянния приток на трансформируема енергия. И тъй като основният източник на енергия е основната реакция, каталитичните системи, развиващи се на базата на екзотермични реакции, получават максимални еволюционни предимства. Следователно основната реакция е не само източник на енергия, но и инструмент за избор на най-прогресивните еволюционни промени в катализаторите.

Развивайки тези възгледи, A.P. Руденко формулира основния закон на химическата еволюция, според който с най-голяма скорост и вероятност се формират онези пътища на еволюционни промени на катализатора, по които настъпва максимално увеличаване на неговата абсолютна активност.

Практическа последица от теорията за саморазвитие на отворени каталитични системи е така наречената "нестационарна технология", тоест технология с променящи се условия на реакция. Днес изследователите стигат до извода, че стационарният режим, чиято надеждна стабилизация изглежда е ключът към високата ефективност на индустриалния процес, е само частен случай на нестационарния режим. В същото време бяха открити много нестационарни режими, които допринасят за засилването на реакцията.

В момента вече се виждат перспективите за възникване и развитие на нова химия, на базата на която ще се създават нискоотпадни, безотпадни и енергоспестяващи индустриални технологии.

Днес химиците стигнаха до заключението, че използвайки същите принципи, върху които е изградена химията на организмите, в бъдеще (без точно повтаряне на природата) ще бъде възможно да се изгради принципно нова химия, нов контрол на химичните процеси, където ще се прилагат принципите на синтез на подобни молекули. Предвижда се създаване на преобразуватели, които използват слънчева светлина с висока ефективност, превръщайки я в химическа и електрическа енергия, както и химическата енергия в светлина с голям интензитет.

За овладяване на каталитичния опит на живата природа и прилагане на знанията, придобити в промишленото производство, химиците са очертали редица обещаващи начини.

Първо - развитие на изследвания в областта на катализа на метални комплекси с акцент върху съответните обекти от дивата природа. Тази катализа се обогатява от методите, използвани от живите организми в ензимните реакции, както и от методите на класическата хетерогенна катализа.

Втори начин е да се моделират биокатализатори. Понастоящем, благодарение на изкуствения подбор на структури, е възможно да се изградят модели на много ензими, характеризиращи се с висока активност и селективност, понякога почти същите като тези на оригиналите, или с по-голяма простота на структурата.

Въпреки това, получените досега модели не са в състояние да заменят естествените биокатализатори на живите системи. На този етап от развитието на химическите знания този проблем е изключително труден за решаване. Ензимът се изолира от жива система, определя се структурата му, въвежда се в реакцията за извършване на каталитични функции. Но работи за кратко и бързо се срива, тъй като е изолиран от цялото, от клетката. Цяла клетка с целия й ензимен апарат е по-важен обект от един-единствен детайл, изолиран от нея.

трети начин с развитието на механизмите на лабораторията на живата природа е свързано с постиженията на химията на имобилизираните системи. Същността на имобилизацията е фиксирането на ензими, изолирани от жив организъм, върху твърда повърхност чрез адсорбция, което ги превръща в хетерогенен катализатор и осигурява неговата стабилност и непрекъсната работа.

Четвърти начин в развитието на изследвания, фокусирани върху прилагането на принципите на биокатализата в химията и химическата технология, се характеризира с поставянето на най-широката задача - изучаването и развитието на целия каталитичен опит на живата природа, включително образуването на ензим, клетка и дори организъм. Това е етапът, на който се поставят основите на еволюционната химия като ефективна наука с нейните работни функции. Учените твърдят, че това е движение на химическата наука към принципно нова химическа технология с перспектива за създаване на аналози на живи системи. Решението на този проблем ще заеме най-важното място в създаването на химията на бъдещето.

Химически елементи в човешкото тяло

химическа биокатализа каталитичен елемент

Всички живи организми на Земята, включително хората, са в близък контакт с тях заобикаляща среда. Храната и питейната вода допринасят за приема на почти всички химични елементи в организма. Те се въвеждат ежедневно в тялото и се отделят от него. Анализите показват, че количеството на отделните химични елементи и тяхното съотношение в здраво тяло на различни хора са приблизително еднакви.

Мнението, че почти всички елементи от периодичната система на D.I. Менделеев, става познато. Предположенията на учените обаче отиват по-далеч – не само всички химични елементи присъстват в живия организъм, но всеки от тях изпълнява някаква биологична функция. Възможно е тази хипотеза да не се потвърди. Но с развитието на изследванията в тази посока се разкрива биологичната роля на все по-голям брой химични елементи. Несъмнено времето и работата на учените ще хвърлят светлина върху този въпрос.

Биоактивност на отделни химични елементи. Експериментално е установено, че металите съставляват около 3% (по маса) в човешкото тяло. Това е много. Ако вземем масата на човек като 70 кг, тогава делът на металите е 2,1 кг. За отделните метали масата се разпределя, както следва: калций (1700), калий (250 g), натрий (70 g), магнезий (42 g), желязо (5 g), цинк (3 g). Останалото са микроелементи. Ако концентрацията на даден елемент в тялото надвишава 102%, тогава той се счита за макронутриент. Микроелементите се намират в организма в концентрации от 10 3 -10 5% . Ако концентрацията на елемент е под 105%, тогава той се счита за ултрамикроелемент. Неорганичните вещества в живия организъм са в различни форми. Повечето метални йони образуват съединения с биологични обекти. Днес вече е установено, че много ензими (биологични катализатори) съдържат метални йони. Например манганът е част от 12 различни ензими, желязото – 70, медта – 30, а цинкът – повече от 100. Естествено, липсата на тези елементи би трябвало да повлияе на съдържанието на съответните ензими, а оттам и на нормалното функциониране на организма. . По този начин металните соли са абсолютно необходими за нормалното функциониране на живите организми. Това се потвърждава и от експерименти с безсолна диета, която се използва за хранене на опитни животни. За целта солите се отстраняват от храната чрез многократно измиване с вода. Оказа се, че яденето на такава храна води до смъртта на животните

Шест елемента, чиито атоми са част от протеини и нуклеинови киселини: въглерод, водород, азот, кислород, фосфор, сяра. След това трябва да се разграничат дванадесет елемента, чиято роля и значение за живота на организмите са известни: хлор, йод, натрий, калий, магнезий, калций, манган, желязо, кобалт, мед, цинк, молибден. В литературата има индикации за проява на биологична активност от ванадий, хром, никел и кадмий

Има голям брой елементи, които са отровни за живия организъм, като живак, талий, прасета и др. Те имат неблагоприятен биологичен ефект, но тялото може да функционира и без тях. Има мнение, че причината за действието на тези отрови е свързана с блокирането на определени групи в протеиновите молекули или с изместването на медта и цинка от определени ензими. Има елементи, които са относително големи количестваса отровни, а в ниски концентрации влияят благоприятно на организма. Например арсенът е силна отрова, която нарушава сърдечно-съдовата система и засяга черния дроб и бъбреците, но в малки дози се предписва от лекарите за подобряване на апетита на човек. Учените смятат, че микродозите арсен повишават устойчивостта на организма към действието на вредни микроби. Горчичният газ е добре познато отровно вещество. S(CH 2 CH 2 C1) 2 . Въпреки това, във вазелин, разреден 20 000 пъти под името "Псориазин" се използва срещу люспести лишеи. Съвременната фармакотерапия все още не може без значителен брой лекарства, които включват токсични метали. Как да не си спомни тук поговорката, че в малки количества лекува, но в големи количества осакатява.

Интересното е, че натриевият хлорид (готварска сол) в десетократен излишък в тялото в сравнение с нормалното съдържание е отрова. Кислородът, необходим за дишането на човек, във висока концентрация и особено под налягане, има токсичен ефект. От тези примери може да се види, че концентрацията на елемент в тялото понякога играе много значима, а понякога и катастрофална стойност.

Желязото е част от кръвния хемоглобин, или по-скоро червените кръвни пигменти, които обратимо свързват молекулния кислород. При възрастен човек кръвта съдържа около 2,6 g желязо. В процеса на живот в тялото има постоянен разпад и синтез на хемоглобин. За да възстанови желязото, загубено с разпадането на хемоглобина, човек се нуждае от дневен прием от около 25 mg. Липсата на желязо в организма води до заболяване – анемия. Излишното желязо в организма обаче също е вредно. Свързва се със сидероза на очите и белите дробове - заболяване, причинено от отлагането на железни съединения в тъканите на тези органи. Липсата на мед в организма причинява разрушаване на кръвоносните съдове. Освен това се смята, че неговият дефицит причинява рак. В някои случаи ракът на белия дроб при по-възрастни хора се свързва с свързано с възрастта намаляване на медта в организма. Излишъкът от мед обаче води до психични разстройства и парализа на някои органи (болест на Уилсън). За хората само големи количества медни съединения причиняват вреда. В малки дози те се използват в медицината като стягащо и бактериостатично (инхибиращо растежа и размножаването на бактериите) средство. Например меден сулфат (II) CuSO 4 използва се при лечение на конюнктивит под формата на капки за очи (0,25% разтвор), както и за каутеризация при трахома под формата на моливи за очи (сплав от меден сулфат (II), калиев нитрат, стипца и камфор). При изгаряния на кожата с фосфор, тя се навлажнява обилно с 5% разтвор на меден (II) сулфат.

Бактерицидното (предизвикващо смъртта на различни бактерии) свойство на среброто и неговите соли е забелязано отдавна. Например, в медицината разтвор на колоидно сребро (коларгол) се използва за измиване на гнойни рани, Пикочен мехурс хроничен цистит и уретрит, както и под формата на капки за очи с гноен конюнктивит и бленорея. Сребърен нитрат AgNO 3 под формата на моливи се използват за каутеризация на брадавици, гранулации и др. В разредени разтвори (0,1-0,25%) се използва като стягащо и антимикробно средство за лосиони, както и капки за очи. Учените смятат, че каутеризиращият ефект на сребърния нитрат е свързан с взаимодействието му с тъканните протеини, което води до образуването на сребърни протеинови соли - албуминати.

Понастоящем несъмнено е установено, че явлението йонна асиметрия е присъщо на всички живи организми – неравномерно разпределение на йони вътре и извън клетката. Например, вътре в клетките на мускулните влакна, сърцето, черния дроб, бъбреците има повишено съдържание на калиеви йони в сравнение с извънклетъчните. Концентрацията на натриеви йони, напротив, е по-висока извън клетката, отколкото вътре в нея. Наличието на концентрационен градиент на калий и натрий е експериментално установен факт. Изследователите са загрижени за мистерията на природата на калиево-натриевата помпа и нейното функциониране. Към разрешаването на този проблем са насочени усилията на много екипи от учени, както у нас, така и в чужбина. Интересно е, че с напредването на възрастта на организма концентрационният градиент на калиеви и натриеви йони на границата на клетката намалява. Когато настъпи смъртта, концентрацията на калий и натрий вътре и извън клетката незабавно се изравнява.

Биологичната функция на литиевите и рубидиеви йони в здраво тяло все още не е ясна. Има обаче доказателства, че чрез въвеждането им в тялото е възможно да се лекува една от формите на маниакално-депресивна психоза.

Биолозите и лекарите са наясно, че гликозидите играят важна роля в човешкото тяло. Някои естествени гликозиди (извлечени от растения) действат активно върху сърдечния мускул, като подобряват контрактилните функции и забавят сърдечния ритъм. Ако в тялото попадне голямо количество сърдечен гликозид, може да настъпи пълен сърдечен арест. Йоните на някои метали влияят върху действието на гликозидите. Например, когато магнезиевите йони се въвеждат в кръвта, ефектът на гликозидите върху сърдечния мускул се отслабва. Калциевите йони, напротив, засилват ефекта на сърдечните гликозиди.

Някои живачни съединения също са изключително токсични. Известно е, че йони на живак (II) са способни да се свързват силно с протеини. Токсичен ефект на живачен (II) хлорид HgCl 2 (живачен хлорид) се проявява предимно в некроза (некроза) на бъбреците и чревната лигавица. В резултат на отравяне с живак бъбреците губят способността си да отделят отпадните продукти от кръвта.

Интересното е, че живачен(I) хлорид hg 2 кл 2 (древното име на каломела) е безвреден за човешкия организъм. Това вероятно се дължи на изключително ниската разтворимост на солта, в резултат на което живачните йони не навлизат в тялото в забележими количества.

Калиев цианид (Калиев цианид) KCN- сол на циановодородна киселина HCN. И двете съединения са бързодействащи и мощни отрови.

При остро отравяне с циановодородна киселина и нейните соли се губи съзнание, настъпва парализа на дишането и сърцето. В началния стадий на отравяне човек изпитва замаяност, чувство на натиск в челото, остро главоболие, учестено дишане и сърцебиене. Първа помощ при отравяне с циановодородна киселина и нейните соли - чист въздух, кислородно дишане, топлина. Антидотите са натриев нитрит NaNO 2 и органични нитро съединения: амилнитрит ° С 5 Х 11 ONOи пропил нитрит ° С 3 Х 7 ONO. Смята се, че действието на натриевия нитрит се свежда до превръщането на хемоглобина в мета-хемоглобин. Последният здраво свързва цианидните йони с цианметхемоглобина. По този начин от цианидните йони се освобождават дихателни ензими, което води до възстановяване на дихателната функция на клетките и тъканите.

Съдържащите сяра съединения се използват широко като антидоти за циановодородна киселина: колоидна сяра, натриев тиосулфат на 2 С 2 О 3 , натриев тетратионат на 2 С 4 О 6 , както и съдържащи сяра органични съединения, по-специално аминокиселини - глутатион, цистеин, цистин. Циановодородната киселина и нейните соли, когато взаимодействат със сярата, се превръщат в тиоцианати в съответствие с уравнението

HCN+S > HNCS

Тиоцианатите са напълно безвредни за човешкото тяло.

Дълго време, в случай на опасност от отравяне с цианид, се препоръчваше да държите парче захар зад бузата. През 1915 г. немските химици Rupp и Golze показват, че глюкозата реагира с циановодородна киселина и някои цианиди, за да образува нетоксичното съединение глюкоза цианохидрин:

OH OH OH OH N OH OH OH OH OH

| | | | | | | | | | | |

CH 2 -CH-CH-CH-CH-C \u003d O + HCN\u003e CH 2 -CH-CH-CH-CH-C-OH

глюкоза цианхидрин глюкоза

Оловото и неговите съединения са доста силни отрови. В човешкото тяло оловото се натрупва в костите, черния дроб и бъбреците.

Съединенията на химичния елемент талий, които се считат за редки, са много токсични.

Трябва да се отбележи, че всички цветни и особено тежки (намиращи се в края на периодичната таблица) метали са отровни в количества над допустимите.

Въглеродният диоксид се намира в големи количества в човешкото тяло и следователно не може да бъде отровен. За 1 час възрастен издишва около 20 литра (около 40 g) от този газ. По време на физическа работа количеството на издишания въглероден диоксид се увеличава до 35 литра. Образува се в резултат на изгарянето на въглехидрати и мазнини в организма. Въпреки това, с високо съдържание ТАКА 2 настъпва задушаване във въздуха поради липса на кислород. Максималната продължителност на престоя на човек в стая с концентрация ТАКА 2 до 20% (по обем) не трябва да надвишава 2 ч. В Италия има известна пещера („Кучешка пещера“), в която човек може да стои дълго време, а куче, което тича там, се задушава и умира. Факт е, че приблизително до кръста на човек пещерата е пълна с тежък (в сравнение с азот и кислород) въглероден диоксид. Тъй като човешката глава е във въздушния слой, той не изпитва никакъв дискомфорт. Кучето, докато расте, попада в атмосфера на въглероден диоксид и поради това се задушава.

Лекари и биолози са установили, че когато въглехидратите се окисляват в тялото до вода и въглероден диоксид, една молекула кислород се освобождава на молекула консумиран кислород. ТАКА 2 . По този начин съотношението на разпределените ТАКА 2 към усвоените О 2 (стойността на дихателния коефициент) е равна на единица. В случай на окисляване на мазнините, дихателният коефициент е приблизително 0,7. Следователно, като се определи стойността на дихателния коефициент, може да се прецени кои вещества се изгарят предимно в тялото. Експериментално е установено, че при краткотрайни, но интензивни мускулни натоварвания енергията се получава поради окисляването на въглехидратите, а при дългосрочни – основно поради изгарянето на мазнини. Смята се, че преминаването на тялото към окисляване на мазнините е свързано с изчерпване на въглехидратния резерв, което обикновено се наблюдава 5-20 минути след началото на интензивната мускулна работа.

Антидоти

Антидоти - вещества, които премахват въздействието на отровите върху биологичните структури и обезвреждат отровите чрез химични

жълта кръвна сол К 4 образува слабо разтворими съединения с йони на много тежки метали. Това свойство се използва на практика за лечение на отравяне със соли на тежки метали.

Добър антидот при отравяне със съединения на арсен, живак, олово, кадмий, никел, хром, кобалт и други метали е унитиол:

CH 2 -CH-CH 2 ТАКА 3 Na H 2 О

Млякото е универсалният антидот.

Заключение

Съвременната биохимия е представена от много различни посоки в развитието на знанията за природата на материята и методите за нейното преобразуване. В същото време химията не е просто сбор от знания за веществата, а силно подредена, постоянно развиваща се система от знания, която има своето място в редица други природни науки.

Химията изучава качественото разнообразие от материални носители на химични явления, химичната форма на движението на материята.

Едно от най-значимите обективни основания за обособяване на химията като самостоятелна природонаучна дисциплина е признаването на спецификата на химията на връзката на веществата, която се проявява преди всичко в комплекс от сили и различни видове взаимодействия, които определят съществуването на дву- и многоатомни съединения. Този комплекс обикновено се характеризира като химическа връзка, възникващи или разрушаващи се по време на взаимодействието на частици от атомно ниво на организацията на материята. Появата на химическа връзка се характеризира със значително преразпределение на електронната плътност в сравнение с простото положение на електронната плътност на несвързани атоми или атомни фрагменти, които са близки до разстоянието на връзката. Тази характеристика най-точно разделя химическата връзка от различни прояви на междумолекулни взаимодействия.

Продължаващото устойчиво нарастване на ролята на биохимията като наука в рамките на естествените науки е съпроводено с бързо развитие на фундаментални, комплексни и приложни изследвания, ускорено разработване на нови материали с желани свойства и нови процеси в областта на технологиите за производството и преработката на вещества.

Библиография

1. Голям енциклопедичен речник. Химия. М., 2001г.

2. Грушевицкая Т.Т., Садохин А.П. Концепции на съвременното естествознание. М., 1998г.

3. Кузнецов V.I., Idlis G.M., Gutina V.N. Естествени науки. М., 1996.

4. Химия // Химически енциклопедичен речник. М., 1983.

5. http://n-t.ru/ri/kk/hm16.htm

6. http://www.alhimik.ru/kunst/man"s_elem.html

Хоствано на Allbest.ru

Подобни документи

Химичен поглед върху природата, произхода и текущото състояние. Предмет на познанието на химическата наука и нейната структура. Връзка между химия и физика. Връзката между химията и биологията. Химията изучава качественото разнообразие от материални носители на химични явления.

резюме, добавен на 15.03.2004


Презентация по химия. Живите системи са химичните елементи, намиращи се в тях. Тесен контакт на живите системи, както и на човека, с околната среда. Съставът на човешкото тяло. Нарушения на минералния метаболизъм в човешкото тяло. патологични състояния.

презентация, добавена на 24.12.2008


резюме, добавено на 11.10.2011


Основните химични елементи, често срещани в човешкото тяло, характерните признаци и симптоми на липса на някои от тях. Общо описание на свойствата на йода, неговото откриване и значение в организма. Процедурата за определяне на неговия дефицит и механизъм за попълване.

презентация, добавена на 27.12.2010


Физиологичната роля на берилия в човешкото тяло, неговите синергисти и антагонисти. Ролята на магнезия в човешкото тяло за осигуряване на протичането на различни жизнени процеси. Неутрализиране на излишната киселинност на тялото. Стойността на стронция за хората.

резюме, добавен на 05.09.2014


Физични и химични свойства на талия, агрегатно състояние, налягане на наситените пари, топлина на изпаряване при нормални условия и чувствителност към топлина. Начини на проникване и трансформация в тялото. Източници на изпускане в околната среда.

тест, добавен на 24.10.2014


Химични свойства на металите, тяхното присъствие в човешкото тяло. Ролята на макроелементите (калий, натрий, калций, магнезий) и микроелементите в организма. Съдържанието на макро- и микроелементи в хранителните продукти. Последици от дисбаланс на определени елементи.

презентация, добавена на 13.03.2013


концепция, основни характеристикии целта на процеса на каталитичен реформинг. Химични основи на процеса на реформинг: трансформация на алкани, циклоалкани, арени. Катализатори и макрокинетика на процеса. Промишлени инсталации на каталитичния процес.

курсова работа, добавена на 13.10.2011


Определяне на еквивалентната маса на метала и солта по метода на изместване на водорода. Ходът и данните от експеримента, характеристиките на инструментите. Използването на магнезий като метал, неговите основни химични свойства. Изчисляване на абсолютни и относителни грешки на опита.

лабораторна работа, добавена на 05.05.2013г


Нискомолекулни органични съединения от различни химическа природанеобходими за осъществяването на процеси, протичащи в живия организъм. Водоразтворими и мастноразтворими витамини. Ежедневната потребност на човека от витамини и техните основни функции.

Тема: „БИОХИМИЯ НА КРЪВТА. КРЪВНА ПЛАЗМА: КОМПОНЕНТИ И ТЕХНИТЕ ФУНКЦИИ. МЕТАБОЛИЗЪМ НА ЕРИТРОЦИТИТЕ. ЗНАЧЕНИЕТО НА БИОХИМИЧНОТО КРЪВНО ИЗСЛЕДВАНЕ В КЛИНИКАТА»

1. Протеини в кръвната плазма: биологична роля. Съдържанието на протеинови фракции в плазмата. Промени в протеиновия състав на плазмата при патологични състояния (хиперпротеинемия, хипопротеинемия, диспротеинемия, парапротеинемия).
2. Протеини от острата фаза на възпаление: биологична роля, примери за протеини.
3. Липопротеинови фракции на кръвната плазма: особености на състава, роля в организма.
4. Плазмени имуноглобулини: основни класове, структурна схема, биологични функции. Интерферони: биологична роля, механизъм на действие (схема).
5. Ензими на кръвната плазма (секреторни, екскреторни, индикаторни): диагностична стойност на изследването на активността на аминотрансферазите (ALT и AST), алкална фосфатаза, амилаза, липаза, трипсин, изоензими на лактат дехидрогеназа, креатин киназа.
6. Непротеинови азот-съдържащи кръвни компоненти (урея, аминокиселини, пикочна киселина, креатинин, индикан, директен и индиректен билирубин): ​​структура, биологична роля, диагностична стойност на определянето им в кръвта. Концепцията за азотемия.
7. Без азот органични компонентикръв (глюкоза, холестерол, свободни мастни киселини, кетонни тела, пируват, лактат), диагностичната стойност на определянето им в кръвта.
8. Особености на структурата и функцията на хемоглобина. Регулатори на афинитета на хемоглобина за O2. Молекулни форми на хемоглобин. Производни на хемоглобина. Клинико-диагностично значение на определянето на хемоглобина в кръвта.
9. Метаболизъм на червените кръвни клетки: ролята на гликолизата и пентозофосфатния път в зрелите еритроцити. Глутатион: роля в еритроцитите. Ензимни системи, участващи в неутрализацията на реактивни кислородни видове.
10. Коагулация на кръвта като каскада от проензимно активиране. Вътрешни и външни пътища на коагулация. Общ път на коагулация на кръвта: активиране на протромбина, превръщане на фибриноген във фибрин, образуване на фибринов полимер.
11. Участие на витамин К в посттранслационна модификация на факторите на кръвосъсирването. Дикумарол като антивитамин К.

30.1. Състав и функции на кръвта.

кръв- течна подвижна тъкан, циркулираща в затворена система от кръвоносни съдове, транспортираща различни химикали до органи и тъкани и интегрираща метаболитни процеси, протичащи в различни клетки.

Кръвта се състои от плазма и оформени елементи (еритроцити, левкоцити и тромбоцити). Серум се различава от плазмата по липсата на фибриноген. 90% от кръвната плазма е вода, 10% е сух остатък, който включва протеини, непротеинови азотни компоненти (остатъчен азот), безазотни органични компоненти и минерали.

30.2. Протеини в кръвната плазма.

Кръвната плазма съдържа сложна многокомпонентна (повече от 100) смес от протеини, които се различават по произход и функция. Повечето плазмени протеини се синтезират в черния дроб. Имуноглобулини и редица други защитни протеини от имунокомпетентни клетки.

30.2.1. протеинови фракции.Чрез осоляване на плазмените протеини могат да се изолират албумини и глобулинови фракции. Обикновено съотношението на тези фракции е 1,5 - 2,5. Използването на метода на електрофореза върху хартия ви позволява да идентифицирате 5 протеинови фракции (в низходящ ред на скоростта на миграция): албумини, α1 -, α2 -, β- и γ-глобулини. При използване на по-фини методи за фракциониране във всяка фракция, с изключение на албумина, могат да бъдат изолирани редица протеини (съдържанието и състава на протеиновите фракции на кръвния серум, вижте Фигура 1).

Снимка 1.Електроферограма на протеини в кръвния серум и състав на протеиновите фракции.

Албумини- протеини с молекулно теглооколо 70 000 Да. Поради своята хидрофилност и високо съдържание в плазмата, те играят важна роля за поддържане на колоидно-осмотично (онкотично) кръвно налягане и регулиране на обмена на течности между кръвта и тъканите. Те изпълняват транспортна функция: осъществяват преноса на свободни мастни киселини, жлъчни пигменти, стероидни хормони, йони Са2+ и много лекарства. Албумините също служат като богат и бързо продаван резерв от аминокиселини.

α 1-глобулини:

• Кисел α 1-гликопротеин (орозомукоид) - съдържа до 40% въглехидрати, изоелектричната му точка е в кисела среда (2.7). Функцията на този протеин не е напълно установена; известно е, че в ранните етапи на възпалителния процес орозомукоидът насърчава образуването на колагенови влакна във фокуса на възпалението (J. Musil, 1985).
• α 1 - Антитрипсин - инхибитор на редица протеази (трипсин, химотрипсин, каликреин, плазмин). Вроденото намаляване на съдържанието на α1-антитрипсин в кръвта може да бъде фактор на предразположение към бронхопулмонални заболявания, тъй като еластичните влакна на белодробната тъкан са особено чувствителни към действието на протеолитичните ензими.
• Ретинол свързващ протеин транспортира мастноразтворимия витамин А.
• Тироксин-свързващ протеин - свързва и транспортира йод-съдържащите хормони на щитовидната жлеза.
• Транскортин - свързва и транспортира глюкокортикоидните хормони (кортизол, кортикостерон).

α 2-глобулини:

• Хаптоглобини (25% α2-глобулини) - образуват стабилен комплекс с хемоглобин, който се появява в плазмата в резултат на интраваскуларна хемолиза на еритроцитите. Комплексите хаптоглобин-хемоглобин се поемат от RES клетки, където хема и протеиновите вериги се разграждат и желязото се използва повторно за синтеза на хемоглобина. Това предотвратява загубата на желязо от организма и увреждането на бъбреците от хемоглобина.
• церулоплазмин - протеин, съдържащ медни йони (една молекула церулоплазмин съдържа 6-8 Cu2+ йони), които му придават син цвят. Това е транспортна форма на медни йони в тялото. Има оксидазна активност: окислява Fe2+ до Fe3+, което осигурява свързването на желязото чрез трансферин. Способен да окислява ароматните амини, участва в обмяната на адреналин, норепинефрин, серотонин.

β-глобулини:

• трансферин - основният протеин от β-глобулиновата фракция, участва в свързването и транспорта на фери желязо до различни тъкани, особено до кръвотворни. Трансферинът регулира съдържанието на Fe3+ в кръвта, предотвратява прекомерното натрупване и загуба в урината.
• Хемопексин - свързва хема и предотвратява загубата му от бъбреците. Комплексът хем-хемопексин се взема от кръвта от черния дроб.
• С-реактивен протеин (C-RP) - протеин, способен да утаява (в присъствието на Са2+) С-полизахарида на клетъчната стена на пневмокока. Биологична роляопределя се от способността за активиране на фагоцитозата и инхибиране на процеса на тромбоцитна агрегация. При здрави хора концентрацията на C-RP в плазмата е незначителна и не може да бъде определена със стандартни методи. При остър възпалителен процес се увеличава повече от 20 пъти, като в този случай C-RP се открива в кръвта. Изследването на C-RP има предимство пред други маркери на възпалителния процес: определяне на ESR и преброяване на броя на левкоцитите. Този индикатор е по-чувствителен, увеличаването му настъпва по-рано и след възстановяване бързо се връща към нормалното.

γ-глобулини:

• Имуноглобулини (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE) са антитела, произвеждани от организма в отговор на въвеждането на чужди вещества с антигенна активност. Вижте 1.2.5 за подробности относно тези протеини.

30.2.2. Количествени и качествени промени в протеиновия състав на кръвната плазма.При различни патологични състояния протеиновият състав на кръвната плазма може да се промени. Основните видове промени са:

• Хиперпротеинемия - повишаване на съдържанието на общия плазмен протеин. Причини: загуба на големи количества вода (повръщане, диария, обширни изгаряния), инфекциозни заболявания (поради увеличаване на количеството γ-глобулини).
• Хипопротеинемия - намаляване на съдържанието на общия протеин в плазмата. Наблюдава се при чернодробни заболявания (поради нарушение на протеиновия синтез), при бъбречни заболявания (поради загуба на белтъчини в урината), по време на гладуване (поради липса на аминокиселини за протеиновия синтез).
• Диспротеинемия - промяна в процента на протеинови фракции с нормално съдържание на общ протеин в кръвната плазма, например намаляване на съдържанието на албумини и увеличаване на съдържанието на една или повече глобулинови фракции при различни възпалителни заболявания.
• Парапротеинемия - появата в кръвната плазма на патологични имуноглобулини - парапротеини, които се различават от нормалните протеини по физикохимични свойства и биологична активност. Такива протеини включват напр. криоглобулини, образувайки преципитати помежду си при температури под 37 ° C. Парапротеините се откриват в кръвта с макроглобулинемия на Валденстрьом, с множествен миелом (в последния случай те могат да преодолеят бъбречната бариера и да се открият в урината като протеини на Бенс Джоунс) . Парапротеинемията обикновено е придружена от хиперпротеинемия.

30.2.3. Липопротеинови фракции в кръвната плазма.Липопротеините са сложни съединения, които транспортират липидите в кръвта. Те включват: хидрофобно ядро,съдържащи триацилглицероли и холестеролни естери, и амфифилна обвивка,образуван от фосфолипиди, свободен холестерол и апопротеинови протеини (Фигура 2). Човешката плазма съдържа следните фракции липопротеини:

Фигура 2.Диаграма на структурата на липопротеините в кръвната плазма.

• липопротеини с висока плътност или α-липопротеини , тъй като по време на електрофореза върху хартия те се движат заедно с α-глобулините. Те съдържат много протеини и фосфолипиди, транспортират холестерола от периферните тъкани към черния дроб.
• липопротеини с ниска плътност или β-липопротеини , тъй като по време на електрофореза върху хартия те се движат заедно с β-глобулините. богати на холестерол; транспортира го от черния дроб до периферните тъкани.
• Липопротеини с много ниска плътност или пре-β-липопротеини (намира се между α- и β-глобулини на електрофореграмата). Служат като транспортна форма на ендогенни триацилглицероли, предшественици на липопротеини с ниска плътност.
• Хиломикрони - електрофоретично неподвижни; в кръвта, взета на празен стомах, липсват. Те са транспортна форма на екзогенни (хранителни) триацилглицероли.

30.2.4. Протеини от острата фаза на възпаление.Това са протеини, чието съдържание се увеличава в кръвната плазма по време на остър възпалителен процес. Те включват например следните протеини:

1. хаптоглобин ;
2. церулоплазмин ;
3. С-реактивен протеин ;
4. α 1-антитрипсин ;
5. фибриноген (компонент от системата за коагулация на кръвта; виж 30.7.2).

Скоростта на синтез на тези протеини се увеличава главно поради намаляването на образуването на албумини, трансферин и албумини (малка част от плазмените протеини с най-висока подвижност по време на електрофореза на диска и която съответства на лента на електрофореграмата пред албумините ), чиято концентрация намалява по време на остро възпаление.

Биологичната роля на протеините в остра фаза: а) всички тези протеини са инхибитори на ензимите, освободени по време на клетъчното разрушаване и предотвратяват вторично увреждане на тъканите; б) тези протеини имат имуносупресивен ефект (V.L. Dotsenko, 1985).

30.2.5. Защитни плазмени протеини.Защитните протеини включват имуноглобулини и интерферони.

Имуноглобулини (антитела) - група протеини, произведени в отговор на навлизане в тялото на чужди структури (антигени). Синтезират се в лимфните възли и далака от В лимфоцити Има 5 класа имуноглобулини- IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Фигура 3Схема на структурата на имуноглобулините (променливата област е показана в сиво, постоянната област не е засенчена).

Молекулите на имуноглобулините имат единен структурен план. Структурната единица на имуноглобулина (мономер) се образува от четири полипептидни вериги, свързани помежду си с дисулфидни връзки: две тежки (Н вериги) и две леки (L вериги) (виж фигура 3). IgG, IgD и IgE обикновено са мономери в структурата си, IgM молекулите са изградени от пет мономера, IgA се състоят от два или повече структурни звена, или са мономери.

Протеиновите вериги, които изграждат имуноглобулините, могат условно да бъдат разделени на специфични домени или региони, които имат определени структурни и функционални характеристики.

N-терминалните области на L- и H-вериги се наричат ​​променлива област (V), тъй като тяхната структура се характеризира със значителни разлики в различните класове антитела. В рамките на променливия домен има 3 хиперпроменливи области с най-голямо разнообразие в аминокиселинната последователност. Променливият регион на антителата е отговорен за свързването на антигените съгласно принципа на комплементарност; първичната структура на протеиновите вериги в този регион определя специфичността на антителата.

С-крайните домени на H и L веригите имат относително постоянна първична структура във всеки клас антитела и се означават като константна област (С). Постоянният регион определя свойствата на различни класове имуноглобулини, тяхното разпределение в тялото и може да участва в стартирането на механизми, които причиняват разрушаването на антигените.

интерферони - семейство протеини, синтезирани от клетките на тялото в отговор на вирусна инфекция и имат антивирусен ефект. Има няколко вида интерферони със специфичен спектър на действие: левкоцитен (α-интерферон), фибробласт (β-интерферон) и & имунен (γ-интерферон). Интерфероните се синтезират и секретират от някои клетки и проявяват ефекта си, като действат върху други клетки, в това отношение те са подобни на хормоните. Механизмът на действие на интерфероните е показан на фигура 4.

Фигура 4Механизмът на действие на интерфероните (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

Свързвайки се с клетъчните рецептори, интерфероните индуцират синтеза на два ензима, 2",5"-олигоаденилат синтетаза и протеин киназа, вероятно поради инициирането на транскрипция на съответните гени. И двата получени ензима показват своята активност в присъствието на двуверижни РНК, а именно такива РНК са продукти на репликация на много вируси или се съдържат в техните вириони. Първият ензим синтезира 2",5"-олигоаденилати (от АТФ), които активират клетъчната рибонуклеаза I; вторият ензим фосфорилира фактор за иницииране на транслация IF2. Крайният резултат от тези процеси е инхибирането на биосинтеза на протеини и репродукцията на вируса в заразена клетка (Ю. А. Овчинников, 1987).

30.2.6. Ензими в кръвната плазма.Всички ензими, съдържащи се в кръвната плазма, могат да бъдат разделени на три групи:

1. секреторни ензими - синтезирани в черния дроб, освободени в кръвта, където изпълняват своята функция (например фактори на кръвосъсирването);
2. екскреторни ензими - синтезирани в черния дроб, нормално екскретирани с жлъчката (например алкална фосфатаза), тяхното съдържание и активност в кръвната плазма се увеличават, когато се нарушава изтичането на жлъчката;
3. индикаторни ензими - синтезират се в различни тъкани и влизат в кръвта при унищожаване на клетките на тези тъкани. В различните клетки преобладават различни ензими, следователно, когато органът е увреден, в кръвта се появяват характерни за него ензими. Това може да се използва при диагностициране на заболявания.

Например, ако чернодробните клетки са увредени ( хепатит) в кръвта се повишава активността на аланин аминотрансфераза (ALT), аспартат аминотрансфераза (ACT), лактат дехидрогеназа LDH5 изоензим, глутамат дехидрогеназа, орнитин карбамоил трансфераза.

Когато миокардните клетки са увредени ( сърдечен удар) в кръвта се повишава активността на аспартат аминотрансфераза (ACT), лактат дехидрогеназа LDH1, креатин киназа MB изоензим.

Увреждане на клетките на панкреаса Панкреатит) в кръвта повишава активността на трипсин, α-амилаза, липаза.

30.3. Непротеинови азотни компоненти на кръвта (остатъчен азот).

Тази група вещества включва: урея, пикочна киселина, аминокиселини, креатин, креатинин, амоняк, индикан, билирубин и други съединения (виж Фигура 5). Съдържанието на остатъчен азот в кръвната плазма на здрави хора е 15-25 mmol / l. Увеличаването на остатъчния азот в кръвта се нарича азотемия . В зависимост от причината, азотемията се разделя на задържаща и производствена.

Ретенционна азотемия възниква, когато има нарушение на отделянето на продукти на азотния метаболизъм (предимно урея) в урината и е характерно за бъбречна недостатъчност. В този случай до 90% от непротеиновия азот в кръвта се пада на уреен азот вместо 50% в нормата.

Производствена азотемия се развива при прекомерен прием на азотни вещества в кръвта поради повишено разграждане на тъканните протеини (продължително гладуване, захарен диабет, тежки наранявания и изгаряния, инфекциозни заболявания).

Определянето на остатъчния азот се извършва в безбелтъчен филтрат на кръвен серум. В резултат на минерализацията на безбелтъчния филтрат, когато се нагрява с концентрирана H2SO4, азотът на всички непротеинови съединения се трансформира във формата (NH4)2SO4. Йоните на NH4 + се определят с реактива на Неслер.

• урея -основният краен продукт на протеиновия метаболизъм в човешкото тяло. Образува се в резултат на неутрализацията на амоняка в черния дроб, отделян от тялото чрез бъбреците. Следователно съдържанието на урея в кръвта намалява при чернодробни заболявания и се увеличава при бъбречна недостатъчност.
• Аминокиселини- влизат в кръвта, когато се абсорбират от стомашно-чревния тракт или са продукти от разграждането на тъканните протеини. В кръвта на здрави хора аминокиселините са доминирани от аланин и глутамин, които заедно с участието в биосинтеза на протеини са транспортни форми на амоняк.
• Пикочна киселинае краен продукт от катаболизма на пуриновите нуклеотиди. Съдържанието му в кръвта се увеличава при подагра (в резултат на повишено образование) и при нарушена бъбречна функция (поради недостатъчна екскреция).
• креатин- синтезиран в бъбреците и черния дроб, в мускулите се превръща в креатин фосфат - енергиен източник за процесите на мускулна контракция. При заболявания на мускулната система съдържанието на креатин в кръвта се увеличава значително.
• креатинин- крайният продукт на азотния метаболизъм, образуван в резултат на дефосфорилиране на креатин фосфата в мускулите, отделян от организма чрез бъбреците. Съдържанието на креатинин в кръвта намалява при заболявания на мускулната система, увеличава се при бъбречна недостатъчност.
• индикански -индолов продукт за детоксикация, образуван в черния дроб, екскретиран от бъбреците. Съдържанието му в кръвта намалява при чернодробни заболявания, увеличава се - при повишени процеси на разпад на протеини в червата, при бъбречни заболявания.
• Билирубин (пряк и индиректен)са продукти на катаболизма на хемоглобина. Съдържанието на билирубин в кръвта се увеличава с жълтеница: хемолитична (поради индиректния билирубин), обструктивна (поради директния билирубин), паренхимна (поради двете фракции).

Фигура 5Непротеинови азотни съединения на кръвната плазма.

30.4. Органични компоненти на кръвта без азот.

Тази група вещества включва хранителни вещества (въглехидрати, липиди) и техните метаболитни продукти (органични киселини). Най-висока стойноств клиниката има определяне на съдържанието на глюкоза, холестерол, свободни мастни киселини, кетонни тела и млечна киселина в кръвта. Формулите на тези вещества са показани на фигура 6.

• глюкоза- основният енергиен субстрат на тялото. Съдържанието му при здрави хора в кръвта на празен стомах е 3,3 - 5,5 mmol / l. Повишаване на кръвната глюкоза (хипергликемия)наблюдава се след хранене, с емоционален стрес, при пациенти със захарен диабет, хипертиреоидизъм, болест на Иценко-Кушинг. Намаляване на кръвната глюкоза (хипогликемия)наблюдавани по време на гладуване, интензивно физическо натоварване, остро алкохолно отравяне, предозиране на инсулин.
• холестерол- задължителен липиден компонент на биологичните мембрани, предшественик на стероидните хормони, витамин D3, жлъчни киселини. Съдържанието му в кръвната плазма на здрави хора е 3,9 - 6,5 mmol / l. Повишаване на нивата на холестерола в кръвта хиперхолестеролемия) се наблюдава при атеросклероза, захарен диабет, микседем, холелитиаза. Понижени нива на холестерол в кръвта ( хипохолестеролемия) се среща при хипертиреоидизъм, цироза на черния дроб, чревни заболявания, гладуване, при прием на холеретични лекарства.
• Свободни мастни киселини (FFA)се използват от тъканите и органите като енергиен материал. Съдържанието на FFA в кръвта се повишава по време на гладуване, захарен диабет, след приложение на адреналин и глюкокортикоиди; намалява при хипотиреоидизъм, след въвеждането на инсулин.
• Кетонни тела.Кетонните тела са ацетоацетат, β-хидроксибутират, ацетон- продукти от непълно окисление на мастни киселини. Съдържанието на кетонни тела в кръвта се увеличава ( хиперкетонемия) с гладуване, треска, диабет.
• Млечна киселина (лактат)е краен продукт от анаеробно окисление на въглехидратите. Съдържанието му в кръвта се увеличава по време на хипоксия (физическа активност, заболявания на белите дробове, сърцето, кръвта).
• Пирогроздна киселина (пируват)- междинен продукт от катаболизма на въглехидратите и някои аминокиселини. Най-драматично повишаване на съдържанието на пирогроздна киселина в кръвта се наблюдава при мускулна работа и дефицит на витамин В1.

Фигура 6Безазотни органични вещества на кръвната плазма.

30.5. Минерални компоненти на кръвната плазма.

Минералите са основни компоненти на кръвната плазма. Най-важните катиони са натриеви, калиеви, калциеви и магнезиеви йони. На тях отговарят аниони: хлориди, бикарбонати, фосфати, сулфати. Част от катионите в кръвната плазма са свързани с органични аниони и протеини. Сумата от всички катиони е равна на сумата от аниони, тъй като кръвната плазма е електрически неутрална.

• натрийе основният катион на извънклетъчната течност. Съдържанието му в кръвната плазма е 135 - 150 mmol / l. Натриевите йони участват в поддържането на осмотичното налягане на извънклетъчната течност. Наблюдава се хипернатриемия с хиперфункция на кората на надбъбречната жлеза, с парентерално въвеждане на хипертоничен разтвор на натриев хлорид. Хипонатриемията може да се дължи на диета без сол, надбъбречна недостатъчност, диабетна ацидоза.
• калийе основният вътреклетъчен катион. В кръвната плазма се съдържа в количество от 3,9 mmol / l, а в еритроцитите - 73,5 - 112 mmol / l. Подобно на натрия, калият поддържа осмотичната и киселинно-алкалната хомеостаза в клетката. Хиперкалиемия се отбелязва с повишено разрушаване на клетките (хемолитична анемия, синдром на продължително смачкване), с нарушена екскреция на калий от бъбреците, с дехидратация на тялото. Хипокалиемия се наблюдава при хиперфункция на кората на надбъбречната жлеза, при диабетна ацидоза.
• калцийв кръвната плазма се съдържа под формата на форми. Изпълнява различни функции: свързани с протеини (0,9 mmol/l), йонизирани (1,25 mmol/l) и нейонизирани (0,35 mmol/l). Биологично активен е само йонизираният калций. Хиперкалциемия се наблюдава при хиперпаратиреоидизъм, хипервитаминоза D, синдром на Иценко-Кушинг, деструктивни процеси в костната тъкан. Хипокалцемия се среща при рахит, хипопаратиреоидизъм, бъбречни заболявания.
• хлоридисъдържащи се в кръвната плазма в количество от 95 - 110 mmol / l, участват в поддържането на осмотичното налягане, киселинно-алкалното състояние на извънклетъчната течност. Хиперхлоремия се наблюдава при сърдечна недостатъчност, артериална хипертония, хипохлоремия - при повръщане, бъбречно заболяване.
• фосфатив кръвната плазма са компоненти на буферната система, тяхната концентрация е 1 - 1,5 mmol / l. Хиперфосфатемия се наблюдава при бъбречни заболявания, хипопаратиреоидизъм, хипервитаминоза D. Хипофосфатемия се наблюдава при хиперпаратиреоидизъм, микседем, рахит.

0.6. Киселинно-алкално състояние и неговото регулиране.

Киселинно-алкално състояние (CBS) - съотношението на концентрацията на водородни (H+) и хидроксилни (OH-) йони в телесните течности. Здравият човек се характеризира с относително постоянство на показателите на CBS, дължащо се на съвместното действие буферни системикръвен и физиологичен контрол (дихателен и отделителен).

30.6.1. Буферни системи на кръвта.Буферните системи на тялото се състоят от слаби киселини и техните соли със силни основи. Всяка буферна система се характеризира с два индикатора:

• буферно рН(зависи от съотношението на буферните компоненти);
• буферен резервоар, тоест количеството силна основа или киселина, което трябва да се добави към буферния разтвор, за да се промени рН с едно (зависи от абсолютните концентрации на компонентите на буфера).

Различават се следните кръвни буферни системи:

• бикарбонат(H2CO3 /NaHC03);
• фосфат(NaH2PO4 /Na2HPO4);
• хемоглобин(деоксихемоглобин като слаба киселина/калиева сол на оксихемоглобина);
• протеин(действието му се дължи на амфотерната природа на протеините). Бикарбонатните и тясно свързани хемоглобинови буферни системи заедно съставляват повече от 80% от буферния капацитет на кръвта.

30.6.2. Дихателна регулация на CBSизвършва се чрез промяна на интензивността на външното дишане. С натрупването на СО2 и Н+ в кръвта се увеличава белодробната вентилация, което води до нормализиране на газовия състав на кръвта. Намаляването на концентрацията на въглероден диоксид и Н + причинява намаляване на белодробната вентилация и нормализиране на тези показатели.

30.6.3. Бъбречна регулация КОСОсъществява се основно чрез три механизма:

• реабсорбция на бикарбонати (в клетките на бъбречните тубули въглеродната киселина H2CO3 се образува от H2O и CO2; тя се дисоциира, H + се освобождава в урината, HCO3 се резорбира в кръвта);
• реабсорбция на Na + от гломерулния филтрат в замяна на H + (в този случай Na2HPO4 във филтрата се превръща в NaH2PO4 и киселинността на урината се повишава) ;
• NH секреция 4 + (по време на хидролизата на глутамин в клетките на тубулите се образува NH3; той взаимодейства с Н +, образуват се NH4 + йони, които се отделят с урината.

30.6.4. Лабораторни показатели на CBS на кръвта.За характеризиране на CBS се използват следните показатели:

• pH на кръвта;
• парциално налягане на CO2 (pCO2) кръв;
• парциално налягане на O2 (pO2) кръв;
• съдържанието на бикарбонати в кръвта при дадени стойности на pH и pCO2 ( действителен или истински бикарбонат, AB );
• съдържанието на бикарбонати в кръвта на пациента при стандартни условия, т.е. при рСО2 =40 mm Hg. ( стандартен бикарбонат, SB );
• сума от основи всички буферни системи на кръвта ( BB );
• излишък или дефицит на база кръв в сравнение с нормалния за този пациент показател ( БЪДА , от английски. базов излишък).

Първите три показателя се определят директно в кръвта с помощта на специални електроди, въз основа на получените данни, останалите показатели се изчисляват с помощта на номограми или формули.

30.6.5. Нарушения на COS на кръвта.Има четири основни форми на киселинно-алкални нарушения:

• метаболитна ацидоза - възниква при захарен диабет и гладуване (поради натрупване на кетонни тела в кръвта), при хипоксия (поради натрупване на лактат). При това нарушение pCO2 и [HCO3 -] на кръвта намаляват, екскрецията на NH4 + с урината се увеличава;
• респираторна ацидоза - възниква при бронхит, пневмония, бронхиална астма (в резултат на задържане на въглероден диоксид в кръвта). При това нарушение рСО2 и кръвта се увеличават, екскрецията на NH4 + с урината се увеличава;
• метаболитна алкалоза - развива се при загуба на киселини, например при неукротимо повръщане. При това нарушение рСО2 и кръвта се увеличават, екскрецията на HCO3 се увеличава - с урината киселинността на урината намалява.
• респираторна алкалоза - наблюдава се при повишена вентилация на белите дробове, например при катерачи на голяма надморска височина. При това нарушение pCO2 и [HCO3 -] на кръвта намаляват и киселинността на урината намалява.

За лечение на метаболитна ацидоза се прилага разтвор на натриев бикарбонат; за лечение на метаболитна алкалоза - въвеждане на разтвор на глутаминова киселина.

30.7. Някои молекулярни механизми на коагулация на кръвта.

30.7.1. съсирване на кръвта- набор от молекулярни процеси, които водят до спиране на кървенето от увреден съд в резултат на образуването на кръвен съсирек (тромб). Общата схема на процеса на коагулация на кръвта е показана на фигура 7.

Фигура 7Обща схема на коагулация на кръвта.

Повечето фактори на коагулацията присъстват в кръвта под формата на неактивни прекурсори - проензими, чието активиране се осъществява от частична протеолиза. Редица фактори на коагулацията на кръвта са зависими от витамин К: протромбин (фактор II), проконвертин (фактор VII), фактори на Коледа (IX) и Стюарт-Проуър (X). Ролята на витамин К се определя от участието в карбоксилирането на глутаматните остатъци в N-терминалната област на тези протеини с образуването на γ-карбоксиглутамат.

Коагулацията на кръвта е каскада от реакции, при които активираната форма на един фактор на коагулация катализира активирането на следващия, докато се активира крайният фактор, който е структурната основа на тромба.

Характеристики на каскадния механизъмса както следва:

1) при липса на фактор, иницииращ процеса на образуване на тромби, реакцията не може да възникне. Следователно процесът на коагулация на кръвта ще бъде ограничен само до тази част от кръвния поток, където се появява такъв инициатор;

2) фактори, действащи в началните етапи на коагулацията на кръвта, са необходими в много малки количества. При всяка връзка на каскадата техният ефект се засилва значително ( се усилва), което води до бърза реакция на повреда.

При нормални условия съществуват вътрешни и външни пътища за съсирване на кръвта. Вътрешен път се инициира от контакт с атипична повърхност, което води до активиране на фактори, първоначално присъстващи в кръвта. външен път коагулацията се инициира от съединения, които обикновено не присъстват в кръвта, но влизат там в резултат на увреждане на тъканите. И двата механизма са необходими за нормалното протичане на процеса на коагулация на кръвта; те се различават само в началните етапи и след това се комбинират в общ път което води до образуване на фибринов съсирек.

30.7.2. Механизмът на активиране на протромбина.Неактивен тромбин прекурсор - протромбин - синтезиран в черния дроб. В синтеза му участва витамин К. Протромбинът съдържа остатъци от рядка аминокиселина - γ-карбоксиглутамат (съкратено обозначение - Gla). Тромбоцитните фосфолипиди, Са2+ йони и коагулационните фактори Va и Xa участват в процеса на активиране на протромбина. Механизмът за активиране е представен по следния начин (Фигура 8).

Фигура 8Схема за активиране на протромбин върху тромбоцитите (R. Murray et al., 1993).

Увреждането на кръвоносния съд води до взаимодействието на кръвните тромбоцити с колагеновите влакна на съдовата стена. Това причинява разрушаване на тромбоцитите и насърчава освобождаването на отрицателно заредени фосфолипидни молекули от вътрешната страна на плазмената мембрана на тромбоцитите. Отрицателно заредените групи фосфолипиди свързват Са2+ йони. Са2+ йони от своя страна взаимодействат с γ-карбоксиглутаматните остатъци в протромбиновата молекула. Тази молекула е фиксирана върху тромбоцитната мембрана в желаната ориентация.

Тромбоцитната мембрана съдържа и рецептори за фактор Va. Този фактор се свързва с мембраната и прикрепя фактор Ха. Фактор Ха е протеаза; той разцепва протромбиновата молекула на определени места, в резултат на което се образува активен тромбин.

30.7.3. Превръщане на фибриноген във фибрин.Фибриногенът (фактор I) е разтворим плазмен гликопротеин с молекулно тегло около 340 000. Синтезира се в черния дроб. Молекулата на фибриногена се състои от шест полипептидни вериги: две A α вериги, две B β вериги и две γ вериги (вижте Фигура 9). Краищата на полипептидните вериги на фибриногена носят отрицателен заряд. Това се дължи на наличието на голям брой глутаматни и аспартатни остатъци в N-терминалните области на Aa и Bb веригите. В допълнение, B-областите на Bb веригите съдържат остатъци от рядката аминокиселина тирозин-О-сулфат, които също са отрицателно заредени:

Това насърчава разтворимостта на протеина във вода и предотвратява агрегацията на неговите молекули.

Фигура 9Схема на структурата на фибриногена; стрелките показват връзките, хидролизирани от тромбин. R. Murray et al., 1993).

Превръщането на фибриноген във фибрин катализира тромбин (фактор IIa). Тромбинът хидролизира четири пептидни връзки във фибриногена: две връзки в A α веригите и две връзки във B β веригите. Фибринопептидите А и В се отцепват от молекулата на фибриногена и се образува фибринов мономер (съставът му е α2 β2 γ2 ). Фибриновите мономери са неразтворими във вода и лесно се свързват един с друг, образувайки фибринов съсирек.

Стабилизирането на фибриновия съсирек става под действието на ензима трансглутаминаза (фактор XIIIa). Този фактор също се активира от тромбин. Трансглутаминазата образува кръстосани връзки между фибриновите мономери, използвайки ковалентни изопептидни връзки.

30.8. Характеристики на метаболизма на еритроцитите.

30.8.1. червени кръвни телца - високоспециализирани клетки, чиято основна функция е транспортирането на кислород от белите дробове до тъканите. Продължителността на живота на еритроцитите е средно 120 дни; тяхното разрушаване се случва в клетките на ретикулоендотелната система. За разлика от повечето телесни клетки, еритроцитите нямат клетъчно ядро, рибозоми и митохондрии.

30.8.2. Енергиен обмен.Основният енергиен субстрат на еритроцита е глюкозата, която идва от кръвната плазма чрез улеснена дифузия. Около 90% от глюкозата, използвана от еритроцита, е изложена гликолиза(анаеробно окисление) с образуването на крайния продукт - млечна киселина (лактат). Запомнете функциите, които гликолизата изпълнява в зрелите червени кръвни клетки:

1) в реакциите на гликолиза се образува АТФпрез субстратно фосфорилиране . Основната посока на използването на АТФ в еритроцитите е да се осигури работата на Na +, K + -АТФаза. Този ензим транспортира Na+ йони от еритроцитите до кръвната плазма, предотвратява натрупването на Na+ в еритроцитите и спомага за поддържането на геометричната форма на тези кръвни клетки (двуконкав диск).

2) в реакцията на дехидрогениране глицералдехид-3-фосфатобразуван при гликолиза NADH. Този коензим е ензимен кофактор метхемоглобин редуктаза участва във възстановяването на метхемоглобина до хемоглобина по следната схема:

Тази реакция предотвратява натрупването на метхемоглобин в еритроцитите.

3) метаболит на гликолизата 1, 3-дифосфоглицератспособни с участието на ензима дифосфоглицерат мутаза в присъствието на 3-фосфоглицерат, който да се превърне в 2, 3-дифосфоглицерат:

2,3-Дифосфоглицератът участва в регулирането на афинитета на хемоглобина към кислорода. Съдържанието му в еритроцитите се увеличава по време на хипоксия. Хидролизата на 2,3-дифосфоглицерат катализира ензима дифосфоглицерат фосфатаза.

Приблизително 10% от глюкозата, консумирана от еритроцита, се използва в пътя на окисление на пентозофосфата. Реакциите по този път служат като основен източник на NADPH за еритроцита. Този коензим е необходим за превръщане на окисления глутатион (виж 30.8.3) в редуцирана форма. Дефицит на ключов ензим от пътя на пентозофосфата - глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа - придружено от намаляване на съотношението NADPH / NADP + в еритроцитите, увеличаване на съдържанието на окислена форма на глутатион и намаляване на клетъчната резистентност (хемолитична анемия).

30.8.3. Механизми за неутрализиране на реактивните кислородни видове в еритроцитите.Молекулярният кислород при определени условия може да бъде превърнат в активни форми, които включват супероксиден анион O2 -, водороден пероксид H2O2, OH хидроксилен радикал. и синглетен кислород 1 O2. Тези форми на кислород са силно реактивни, могат да имат увреждащ ефект върху протеините и липидите на биологичните мембрани и да причинят разрушаване на клетките. Колкото по-високо е съдържанието на О2, толкова повече се образуват неговите активни форми. Следователно еритроцитите, постоянно взаимодействащи с кислорода, съдържат ефективни антиоксидантни системи, способни да неутрализират активните кислородни метаболити.

Важен компонент на антиоксидантните системи е трипептидът глутатион,образуван в еритроцитите в резултат на взаимодействието на γ-глутамилцистеин и глицин:

Редуцираната форма на глутатион (съкратено G-SH) участва в неутрализацията на водороден пероксид и органични пероксиди (R-O-OH). Това произвежда вода и окислен глутатион (съкратено G-S-S-G).

Превръщането на окисления глутатион в редуциран глутатион се катализира от ензима глутатион редуктаза. Източник на водород - NADPH (от пентозофосфатния път, виж 30.8.2):

Черните кръвни клетки също съдържат ензими супероксид дисмутаза и каталаза извършване на следните трансформации:

Антиоксидантните системи са от особено значение за еритроцитите, тъй като еритроцитите не обновяват протеините чрез синтез.