TOIDU BIOKEEMIA

Peptiidid

Need sisaldavad kolme kuni mitukümmend aminohappejääki. Nad toimivad ainult närvisüsteemi kõrgemates osades.

Need peptiidid, nagu katehhoolamiinid, ei toimi mitte ainult neurotransmitteritena, vaid ka hormoonidena. Nad edastavad tsirkulatsioonisüsteemi kaudu teavet rakust rakku. Need sisaldavad:

a) Neurohüpofüüsi hormoonid (vasopressiin, liberiinid, statiinid). Need ained on samaaegselt nii hormoonid kui ka vahendajad.

b) Seedetrakti peptiidid (gastriin, koletsüstokiniin). Gastriin kutsub esile näljatunde, koletsüstokiniin küllastustunde ning stimuleerib ka sapipõie kokkutõmbumist ja pankrease funktsiooni.

c) Opiaaditaolised peptiidid (või valuvaigisti peptiidid). Moodustunud proopiokortiini prekursorvalgu piiratud proteolüüsi reaktsioonides. Nad interakteeruvad samade retseptoritega nagu opiaadid (nagu morfiin), jäljendades seeläbi nende toimet. Üldnimetus - endorfiinid - põhjustavad valu leevendamist. Proteinaasid hävitavad neid kergesti, mistõttu on nende farmakoloogiline toime tühine.

d) Unepeptiidid. Nende molekulaarne olemus ei ole kindlaks tehtud. On vaid teada, et nende manustamine loomadele kutsub esile und.

e) mälupeptiidid (skotofobiin). Koguneb rottide ajju pimeduse vältimise treeningu ajal.

f) Peptiidid – RAAS-süsteemi komponendid. On näidatud, et angiotensiin-II viimine aju janukeskusesse põhjustab selle tunde ilmnemise ja stimuleerib antidiureetilise hormooni sekretsiooni.

Peptiidide moodustumine toimub piiratud proteolüüsi reaktsioonide tulemusena, samuti hävivad need proteinaaside toimel.

Hea toitumine peaks sisaldama:

1. ENERGIAALLIKAD (SÜSIVESIKUD, RASVAD, VALGUD).

2. ASENDAMATUD AMINOHAPPED.

3. MITTEASENDAVAD RASVHAPEED.

4. VITAMIINID.

5. ANORGAANILISED (MINERAALSED) HAPPED.

6. KIUD

ENERGIAALLIKAD.

Süsivesikud, rasvad ja valgud on makrotoitained. Nende tarbimine sõltub inimese pikkusest, vanusest ja soost ning määratakse grammides.

Süsivesikud moodustavad inimeste toitumise peamise energiaallika – kõige odavama toiduaine. Arenenud riikides saadakse umbes 40% süsivesikute tarbimisest rafineeritud suhkrutest ja 60% tärklisest. Vähem arenenud riikides tärklise osakaal suureneb. Tänu süsivesikutele moodustub põhiosa energiast inimkehas.

Rasvad on üks peamisi energiaallikaid. Need seeditakse seedetraktis (GI traktis) palju aeglasemalt kui süsivesikud, seega aitavad need paremini kaasa küllastustunde tekkimisele. Taimset päritolu triglütseriidid pole mitte ainult energiaallikad, vaid ka asendamatud rasvhapped: linool- ja linoleenhape.

Oravad- energiafunktsioon pole nende jaoks peamine. Valgud on asendamatute ja asendamatute aminohapete allikad, samuti bioloogiliselt aktiivsete ainete eelkäijad organismis. Aminohapete oksüdeerimisel tekib aga energia. Kuigi see on väike, moodustab see osa energiatoidust.

Õppeaine "Lülijalgsed. Akordid." sisukord:

Elusorganismide keemia uurimine, s.o. biokeemia, on tihedalt seotud bioloogia üldise kiire arenguga XX sajandil. Biokeemia tähtsus on see, et see annab fundamentaalse arusaama füsioloogiast ehk teisisõnu arusaama sellest, kuidas bioloogilised süsteemid töötavad.

See leiab omakorda rakendust põllumajanduses (pestitsiidide, herbitsiidide jms loomine); meditsiinis (sh kogu ravimitööstus); erinevates fermentatsioonitehastes, mis varustavad meid laia tootevalikuga, sealhulgas pagaritoodetega; lõpuks kõiges toidu ja toitumisega seonduvas ehk dietoloogias, toiduainete tootmise tehnoloogias ja nende säilitamise teaduses. Biokeemiaga seostatakse ka mitmete paljulubavate uute suundade esilekerkimist bioloogias, nagu geenitehnoloogia, biotehnoloogia või molekulaarne lähenemine geneetiliste haiguste uurimisele.

Biokeemia mängib ka bioloogias olulist ühendavat rolli. Kui vaadelda elusorganisme biokeemilisel tasandil, ei ole nendevahelised erinevused silmatorkavamad kui nende sarnasused.

Elusorganismides leiduvad elemendid

Elusorganismides sisalduvad elemendid

Maakoores on neid umbes 100 keemilised elemendid kuid ainult 16 neist on eluks vajalikud. Kõige tavalisemad elusorganismides (aatomite arvu vähenemise järjekorras) on neli elementi: vesinik, süsinik, hapnik ja lämmastik.

Need moodustavad üle 90% kõigi elusorganismide massist ja aatomite arvust. Siiski maises esiteks neli kohta levimuses on hõivatud hapniku, räni, alumiiniumi ja naatriumiga. Bioloogiline tähtsus vesinik, hapnik, lämmastik ja süsinik on seotud peamiselt nende valentsiga, mis võrdub vastavalt 1, 2, 3 ja 4, samuti nende võimega moodustada tugevamaid kovalentseid sidemeid kui teised sama valentsiga elemendid.

Bioloogiliste (biokeemiliste) elementide süsteemid

Teatavasti põhineb keerukate infoseadmete ehitus ja tööpõhimõte standardsete ühtsete sõlmede ja elementide kasutamisel. Näiteks kõik digitaaltehnoloogia infoprotsessid põhinevad erinevate tüüpiliste loogiliste elementide kasutamisel, mis täidavad elementaarseid loogilisi funktsioone ja lihtsamaid toiminguid binaarse teabe teisendamiseks. Loogikaelemente kasutatakse nii elektroonikalülituste ehitamiseks kui ka binaarse info töötlemiseks. A teoreetiline alus lülitusahelate analüüsis on loogikaalgebra seadused ja põhimõtted. Loogikalgebras arvestatakse muutujaid, mis võivad võtta ainult kaks väärtust: 1 ja 0. Loogiliste integraallülituste tüüpiliste struktuuride aluse panevad reeglina elemendid, mis sooritavad tehteid - JA, VÕI, JA-EI, VÕI- MITTE. Kõik suvaliselt keerulised mikroelektroonika digitaalsed seadmed on üles ehitatud loogiliste elementide baasil, mis realiseerivad binaararitmeetika lihtsamaid loogilisi tehteid ja funktsioone. Põhielemendid on omamoodi hoone- ja funktsionaalsed üksused ning neid kasutatakse nii digitaalsete infosüsteemide projekteerimisel kui ka ehitamisel. Need rakendavad funktsionaalselt täielikku loogiliste toimingute komplekti, nii et nende kasutamisel saate mis tahes keerukusega loogilise funktsiooni. Pealegi on elemendi iga tüüpiline loogikalülitus tehtud eraldi diskreetsete füüsiliste komponentide - transistoride, takistite, kondensaatorite ja dioodide - alusel.

Üllataval kombel täheldatakse samu mustreid ka elusate molekulaarsüsteemide puhul. Elusatel molekulaarsüsteemidel on ka oma ühtne bioloogiliste (biokeemiliste) elementide baas. Seetõttu on siin võimalik ka üldistatud lähenemine, mis põhineb lihtsate orgaaniliste molekulide (monomeeride) kasutamisel, mis täidavad erinevate bioloogiliste molekulide ja struktuuride koostisosade rolli. Ja molekulaarse aluse rakendamise "teoreetiliseks ja tehnoloogiliseks" aluseks on nende universaalsed seadused ja põhimõtted, mida saab analoogia põhjal omistada "molekulaarse biokeemilise loogika" seadustele. Biokeemiline loogika näeb ette ka sellise mõiste nagu "molekulaarbioloogiline element". See asjaolu tuletab meile veel kord meelde, et iga elusrakk on infosüsteem. Seetõttu tuleks selle toimimise seaduspärasuste mõistmiseks ennekõike aru saada aine elusvormi elementaarbaasist ning selle kasutamise põhimõtetest ja reeglitest. See on selle artikli põhiteema.

On teada, et kõik elusorganismid koosnevad samadest molekulaarsetest ehitusplokkidest – standardkomplektist, mis koosneb enam kui kolmekümnest tüüpilisest biokeemilisest (bioloogilisest) elemendist: nukleotiidid, aminohapped, lihtsuhkrud, rasvhapped jne. Nende monomeeride arv on väike. ja neil on igat tüüpi organismides sama struktuur. Veelgi enam, iga element eraldi esindab ka kõige lihtsamat skeemi, mille struktuurikomponendid võivad olla mitmed keemilised elemendid - vesinik, hapnik, süsinik, lämmastik, fosfor ja väävel.

Ja teatud tüüpiliste funktsionaalsete aatomirühmade, kõrvalrühmade ja aatomite olemasolu iga elemendi koostises võimaldab ennustada mitte ainult selle käitumist keemilistes reaktsioonides, vaid ka ennustada elemendi struktuurilist ja informatsioonilist rolli kompositsioonis. makromolekulist.

Seega kasutavad elussüsteemid erinevate bioloogiliste molekulide ja struktuuride ehitamisel oma spetsiaalseid, puhtalt spetsiifilisi molekulaarseid elemente. Need elemendid (elusaine osana) teostavad funktsionaalselt täielikku elementaarsete biokeemiliste funktsioonide ja toimingute komplekti, seetõttu võib elusloodus nende kasutamisel omandada mis tahes keerukusega bioloogilise funktsiooni. Sel juhul on loomulikult nii analoogia kui ka olulisi erinevusi tehniliste ja bioloogiliste elementide aluste ja nende rakendamise tehnoloogiate vahel.

Näiteks tehniliste seadmete mikroskeemid võivad koosneda sadadest, tuhandetest või enamast mitut tüüpi loogilistest elementidest, mis on omavahel sobival viisil ühendatud. Bioloogilised makromolekulid võivad koosneda ka sadadest, tuhandetest või enamatest mitut tüüpi biokeemilistest elementidest, mis seostuvad omavahel kovalentselt ja paiknevad biomolekulide ahelates lineaarse asendijärjestuse kujul. Erinevus seisneb ka selles, et elussüsteemid kasutavad teabe kodeerimiseks, edastamiseks ja juurutamiseks oma põhimõtteid ja meetodeid ning erinevad tehnilistest süsteemidest mitte ainult substraatkandja, vaid ka teabe esitamise meetodite poolest.

Veelgi enam, kui digitaaltehnoloogias on loogiline element lihtsaim binaarinformatsiooni muundur, siis iga bioloogilis-loogiline element elussüsteemis ise täidab elementaarse struktuurse ja info-funktsionaalse üksuse rolli. Tehnilistes ja bioloogilistes süsteemides edastatakse infoteateid erineval kujul. Tehnilistes seadmetes kasutatakse kahendkoodi elementaarsignaale 1 ja 0. See tähendab, et teabesõnumite edastamiseks kasutatakse ainult kahte digitaalset märki. Tavaliselt vastab sümbol 1 potentsiaalile kõrge tase, sümbol 0 – madal. Binaarkoode kasutatakse laialdaselt peamiselt tänu loogiliste ja aritmeetiliste toimingute suhteliselt lihtsale riistvaralisele realiseerimisele, samuti teadete edastamise ja salvestamise seadmetele. Siin on iga loogiline element binaarteabe lihtsaimaks teisendamiseks, st binaarsete sümbolite teisendamiseks. Seega kasutatakse tehnilistes seadmetes teabe teisendamiseks riistvaralist meetodit.

Siiski sisse bioloogilised süsteemid, - koos teabe teisendamise riistvarameetodiga kasutatakse ka teabemeetodit riistvara enda konstrueerimiseks ja teisendamiseks. See on elusate molekulaarsüsteemide teabeprotsesside ainulaadne omadus.

Veelgi enam, teabe ühik on biokeemiline element ise, mis on teabe täht või sümbol. Seetõttu ehitatakse keemiliste tähtede ja sümbolite (elementide) abil üles lahtri riistvarasüsteem ning samal ajal kirjutatakse selle struktuuri programmiinfo. See tähendab, et esimeses etapis edastatakse teabesõnumid tähtede või sümbolite paigutuse fikseeritud asendijada kaudu bioloogiliste molekulide "lineaarsetes" ahelates. See tähendab, et kui tehnilises süsteemis kasutatakse ainult riistvaralist teabe teisendamise meetodit, siis molekulaarbioloogilises süsteemis konstrueeritakse ja transformeeritakse esmalt erinevad biomolekulid ja struktuurid ning alles seejärel need vahendid võivad osaleda erinevates infoprotsessides. Sellega seoses saab raku riistvaraosa vastava tarkvara ja molekulaarbioloogilise informatsiooni kandjaks ja juurutajaks.

Selgub, et kui tehnilises süsteemis on aparaat infosümbolite muundur, siis elusrakus, vastupidi, - molekulaarsed tähed ja sümbolid, mis on organiseeritud mitmesugusteks infosõnumite molekulaarseteks jadadeks, toimivad ise riistvara muundurina. . Veelgi enam, biomolekulide funktsioonid määravad täielikult nende koostisosade bioloogiliste elementide (tähed või sümbolid), see tähendab teabe elementaarsed funktsioonid. Ja iga element biomolekuli koostises interakteerub alati teiste elementide või veemolekulidega vastavalt spetsiaalsetele põhimõtetele ja reeglitele, mida võib vabalt nimetada molekulaarse biokeemilise loogika seaduspärasusteks. Seetõttu bio keemilised elemendid siin muutuvad nad ilmselt ka nendeks programmielementideks, mille abil ehitatakse erinevate bioloogiliste molekulide ja struktuuride funktsionaalse käitumise algoritme. Seega on raku tegevuse funktsionaalse orientatsiooni teatud määral muutmiseks uute infoteadete abil vaja osaliselt muuta selle riistvarasüsteemi. Riistvarasüsteemi muutus on loomulikult seotud uute biomolekulide sünteesiga ja vanade, mis on oma aja ära teeninud ja ülesande täitnud, hävitamisega. Seetõttu jaguneb iga biomolekul pärast oma funktsioonide täitmist elementaarseteks struktuuri- ja infoüksusteks, mida saab taas kaasata infoprotsessidesse. Kasutatav teave justkui kustutatakse ja elimineeritakse ning selle üksikud tähed või sümbolid ehk “molekulaarbioloogiline font” lagunevad, et seda saaks uuesti kasutada uutes infosõnumites või muudes rakuprotsessides. See on molekulaarbioloogilistes süsteemides teabe edastamise peamine eristav tunnus.

Elav rakk on kõiges kokkuhoidlik. Kui meenutada, et keemilised tähed ja sümbolid (elemendid) on üles ehitatud üksikute aatomite ja aatomirühmade baasil, siis võib ette kujutada, milline kolossaalne kogus informatsiooni talletub geneetilises mälus ja ringleb elusrakus, mille mõõtmed on mõnikord sajandikku millimeetrit pikk. Näiteks sügoot sisaldab kogu tervikliku organismi arenguks vajalikku teavet.

Juhttoimingute muutmiseks peab rakk pidevalt uuendama infosõnumeid, mis viib vastavalt lahtri riistvara uuendamiseni. Seetõttu toimub elusrakus pidev info ja aine liikumine. Ühelt poolt toimub kontrollinformatsiooni, mille all mõeldakse ensüüme ja muid valgumolekule, töötlemise ja uuendamise protsess, teisalt toob see kaasa muutuse ensüümide poolt läbiviidavates keemiliselt juhitavates protsessides.

Vajadusel toetab neid protsesse keemilise energia doosiringlus ATP kujul.

On näha, et elusrakk kasutab erinevaid biokeemiliste elementide süsteeme (tähestikke), et ehitada erinevaid kõrgmolekulaarsete ühendite klasse, nagu nukleiinhapped, valgud, polüsahhariidid või lipiidid. Pange tähele, et teabe seisukohast pole need bioloogiliste molekulide klassid midagi muud kui molekulaarse teabe erinevad tüübid ja vormid. Seetõttu on elussüsteemides molekulaarse teabe esitamiseks selle erinevat tüüpi ja vormides erinevat tüüpi bioloogiliste elementide süsteeme:

• 1) nukleotiidid – DNA ja RNA struktuursete, funktsionaalsete ja informatsiooniliste biokeemiliste elementide süsteem (tähestik nukleiinhapped);
• 2) aminohapped - valkude struktuursete, funktsionaalsete ja informatsiooniliste elementide süsteem (valgumolekulide tähestik), mille jaoks on olemas geneetiline kood nukleotiidide kolmiku kujul;
• 3) lihtsuhkrud - polüsahhariidide struktuursed ja funktsionaalsed elemendid ning infosümbolid (tähestik);
• 4) rasvhapped, - lipiidide struktuursed ja funktsionaalsed elemendid ning infosümbolid (tähestik) jne.

Bioloogiliste elementide selgema identifitseerimise ja klassifitseerimisega peaks suure tõenäosusega tegelema eraldi distsipliin, näiteks "molekulaarbioloogiline informaatika".

Molekulaarsete biokeemiliste elementide (monomeeride) süsteemide olemasolu elusrakus lihtsustab oluliselt erinevate makromolekulide klasside ja struktuurikomponentide konstrueerimise protsesse, suurendab nende valmistamise võimsust ja samal ajal laiendab nende funktsionaalseid ja informatsioonilisi võimalusi.

Nagu näeme, on iga standardikomplekt organiseeritud oma elementide süsteemiks, millel on ühised biokeemilised, struktuursed ja tehnoloogilised tunnused, mis moodustab sama tüüpi seoseid elementide vahel, mis ühilduvad oma füüsikalis-keemiliste parameetritega. Põhimõtteliselt on kõik elusraku struktuursed ja funktsionaalsed komponendid üles ehitatud nendest molekulaarsetest elementidest erinevates kombinatsioonides, koostises ja järjestuses. Tuleb märkida, et iga raku biokeemiliste elementide süsteem on eraldi tähestik ja seda iseloomustab oma kodeerimismeetod, samuti molekulaarbioloogilise teabe esitamise tüüp ja vorm. See on seega erinevate klasside ja suure hulga bioloogiliste molekulide ilmumise peamine põhjus elussüsteemides.

Üllataval kombel on tõsiasi, et kogu elu Maal, alates tühisest bakterist kuni inimeseni, koosneb samadest ehitusplokkidest – enam kui kolmekümnest tüüpilisest funktsionaalsest bioloogilisest (biokeemilisest) elemendist koosnev standardkomplekt.

See ainulaadne komplekt sisaldab:

• 1) kaheksa nukleotiidi - "neist neli mängivad DNA kodeerivate üksuste rolli ja ülejäänud nelja kasutatakse teabe kirjutamiseks RNA struktuuri";
• 2) kakskümmend erinevat standardset aminohapet, mis on kodeeritud DNA-s ja on mõeldud valgumolekulide maatriksi konstrueerimiseks;
• 3) mitu rasvhapet - suhteliselt väike arv lihtsaid standardseid orgaanilisi molekule, mis on mõeldud lipiidide moodustamiseks;

4) enamiku polüsahhariidide asutajad on mitmed lihtsuhkrud (monosahhariidid).

Kõik need elemendid valiti välja evolutsiooni käigus, kuna need sobivad ainulaadselt erinevate - keemiliste, energeetiliste, molekulaarsete, informatsiooniliste ja muude bioloogiliste funktsioonide täitmiseks elusrakkudes.

Nagu näeme, põhineb iga süsteem oma individuaalsetel molekulaarbioloogilistel (biokeemilistel) elementidel. Ja baasis erinevad süsteemid"konstrueerida" saab bioloogilisi elemente - molekulaarseid tähestikke, raku erinevaid makromolekule - DNA-d, RNA-d, valke, polüsahhariide ja lipiide. Seetõttu kujutab elementaarbaas endast neid biokeemiliste elementide süsteeme, mille abil on elusrakk võimeline üles ehitama erinevaid bioloogilisi molekule ja struktuure informatsioonilisel viisil ning seejärel neid vahendeid kasutades teostama bioloogilised funktsioonid ja keemilised muutused.

Põhiliste molekulaarsete elementide, nende looduslike omaduste ja iseärasuste "struktuuriskeemid" on üsna selgelt läbi vaadatud ja esitatud erinevates biokeemia õpikutes. Meie ülesanne on pöörata rohkem tähelepanu selliste biokeemiliste ühikute kasutamise teabeaspektidele.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Postitatud aadressil http://www.allbest.ru

Teema kokkuvõte:

"Elu biokeemilised komponendid"

Sissejuhatus

Kaasaegne keemia on lai hulk teadusi, mis kujunesid järk-järgult oma pika ajaloolise arengu käigus. Inimese praktiline tutvus keemiliste protsessidega ulatub iidsetesse aegadesse. Keemiliste protsesside teoreetiline seletus põhines palju sajandeid loodusfilosoofilisel õpetusel elementidest-omadustest. Muudetud kujul oli see aluseks alkeemiale, mis tekkis umbes 3.-4. sajandil. AD ja püüdes lahendada mitteväärismetallide väärismetallideks muutmise probleemi. Olles selle probleemi lahendamisel edu saavutamata, töötasid alkeemikud sellegipoolest välja mitmeid meetodeid ainete uurimiseks, avastasid mõned keemilised ühendid, mis aitasid teatud määral kaasa teadusliku keemia tekkele.

Keemiline pilk loodusele, päritolule ja hetkeseisule

Keemia lõimub aktiivselt teiste teadustega, mille tulemusena tekkisid biokeemia, molekulaarbioloogia, kosmokeemia, geokeemia, biogeokeemia. Esimesed uurivad keemilisi protsesse elusorganismides, geokeemiat – seadusi, mis reguleerivad keemiliste elementide käitumist maakoores. Biogeokeemia on teadus keemiliste elementide liikumise, leviku, hajumise ja kontsentreerumise protsessidest biosfääris organismide osalusel. Biogeokeemia rajaja on V.I. Vernadski. Kosmokeemia uurib aine keemilist koostist Universumis, selle arvukust ja jaotumist üksikute kosmiliste kehade vahel.

Keemia ja bioloogia vaheliste suhete järsk tugevnemine toimus A.M. loomise tulemusena.

Butlerovi teooria orgaaniliste ühendite keemilisest struktuurist. Sellele teooriale tuginedes astusid orgaanilised keemikud loodusega konkurentsi. Järgmised keemikute põlvkonnad näitasid üles suurt leidlikkust, tööd, kujutlusvõimet ja loomingulisi otsinguid aine suunatud sünteesi poole.

Teaduse järkjärguline areng 19. sajandil, mis viis aatomi struktuuri avalikustamiseni ning üksikasjalike teadmisteni raku ehituse ja koostise kohta, avas keemikutele ja bioloogidele praktilised võimalused töötada koos keemiaprobleemidega. rakuteooria, eluskudedes toimuvate keemiliste protsesside olemuse ja bioloogiliste funktsioonide tingimuslikkuse küsimused.keemilised reaktsioonid.

Kui vaadata ainevahetust organismis puhtalt keemilisest vaatenurgast, siis nagu A.I. Oparin, näeme komplekti suurest hulgast suhteliselt lihtsatest ja monotoonsetest keemilistest reaktsioonidest, mis ajaliselt kombineeritakse dobeade vahel, ei toimu juhuslikult, vaid ranges järjestuses, mille tulemusena moodustuvad pikad reaktsiooniahelad. Ja see kord on loomulikult suunatud kogu elusüsteemi kui terviku püsivale enesesäilitamisele ja taastootmisele antud keskkonnatingimustes.

Ühesõnaga, sellised elusolendite spetsiifilised omadused nagu kasv, paljunemine, liikuvus, erutuvus, võime reageerida väliskeskkonna muutustele on seotud teatud keemiliste transformatsioonide kompleksidega.

Keemia tähtsus elu uurivate teaduste seas on äärmiselt suur. Just keemia paljastas klorofülli olulisema rolli fotosünteesi keemilise alusena, hemoglobiini kui hingamisprotsessi alust, tegi kindlaks närvilise erutuse edasikandumise keemilise olemuse, määras nukleiinhapete struktuuri jne. Kuid peamine on see, et objektiivselt on bioloogiliste protsesside, elusolendite funktsioonide aluseks keemilised mehhanismid. Kõik elusorganismis toimuvad funktsioonid ja protsessid, osutub võimalikuks väljendada keemia keeles, konkreetsete keemiliste protsesside kujul.

Muidugi oleks vale taandada elunähtused keemilistele protsessidele. See oleks jäme mehaaniline ülelihtsus. Ja selle selgeks tõendiks on elussüsteemide keemiliste protsesside spetsiifilisus võrreldes elututega. Selle spetsiifilisuse uurimine paljastab aine keemiliste ja bioloogiliste liikumisvormide ühtsuse ja omavahelised seosed. Sellest räägivad ka teised teadused, mis on tekkinud bioloogia, keemia ja füüsika ristumiskohas: biokeemia on teadus elusorganismide ainevahetusest ja keemilistest protsessidest; bioorgaaniline keemia - teadus elusorganisme moodustavate ühendite ehitusest, funktsioonidest ja sünteesiviisidest; füüsikalis-keemiline bioloogia kui teadus, mis käsitleb komplekssete infoedastussüsteemide toimimist ja bioloogiliste protsesside reguleerimist molekulaarsel tasandil, samuti biofüüsikat, biofüüsikalist keemiat ja kiirgusbioloogiat.

Selle protsessi peamised saavutused olid rakkude metabolismi keemiliste produktide määramine (ainevahetus taimedes, loomades, mikroorganismides), nende produktide bioloogiliste radade ja biosünteesi tsüklite loomine; realiseeriti nende kunstlik süntees, avastati regulatsiooni- ja päriliku molekulaarse mehhanismi materiaalsed alused ning selgitati suures osas keemiliste protsesside tähendust rakuprotsesside ja laiemalt elusorganismide energeetikas.

Nüüd muutub keemia jaoks eriti oluliseks bioloogiliste printsiipide rakendamine, mis koondab paljude miljonite aastate jooksul elusorganismide Maa tingimustega kohanemise kogemuse, kõige täiuslikumate mehhanismide ja protsesside loomise kogemuse. Sellel teel on juba teatud saavutusi.

Rohkem kui sajand tagasi mõistsid teadlased, et biokatalüüs on bioloogiliste protsesside erakordse efektiivsuse aluseks. Seetõttu seadsid keemikud endale eesmärgiks luua eluslooduse katalüütilisel kogemusel põhinev uus keemia. Sellesse ilmub uus keemiliste protsesside juhtimine, kus hakatakse rakendama sarnaste molekulide sünteesi põhimõtteid, luuakse ensüümide põhimõttel nii erineva kvaliteediga katalüsaatoreid, mis ületavad kaugelt meie tööstuses olemasolevaid.

Hoolimata asjaolust, et ensüümidel on kõigile katalüsaatoritele omased ühised omadused, ei ole nad siiski viimastega identsed, kuna toimivad elussüsteemides. Seetõttu seisavad kõik katsed kasutada eluslooduse kogemusi anorgaanilises maailmas toimuvate keemiliste protsesside kiirendamiseks tõsiste piirangutega. Seni saab rääkida vaid osade ensüümide funktsioonide modelleerimisest ja nende mudelite kasutamisest elussüsteemide aktiivsuse teoreetiliseks analüüsiks, aga ka eraldatud ensüümide osaliselt praktilisest rakendamisest mõningate keemiliste reaktsioonide kiirendamiseks.

Siin on ilmselt kõige lootustandvam suund biokatalüüsi põhimõtete rakendamisele keemias ja keemias. keemiline tehnoloogia, mille jaoks on vaja uurida kogu eluslooduse katalüütilist kogemust, sealhulgas ensüümi enda, raku ja isegi organismi tekkekogemust.

Elementaarsete avatud katalüütiliste süsteemide enesearendamise teooria selle kõige üldisemal kujul, mille esitas Moskva Riikliku Ülikooli professor A.P. Rudenko aastal 1964, on üldine keemilise evolutsiooni ja biogeneesi teooria. Ta lahendab küsimusi selle kohta edasiviiv jõud ja evolutsiooniprotsessi mehhanismid, see tähendab keemilise evolutsiooni seaduste, elementide ja struktuuride valiku ja nende põhjuste, keemilise organisatsiooni kõrguse ja hierarhia kohta keemilised süsteemid evolutsiooni tagajärjena.

Selle teooria teoreetiline tuum on väide, et keemiline evolutsioon on katalüütiliste süsteemide iseareng ja seetõttu on katalüsaatorid arenev aine. Reaktsiooni käigus toimub nende katalüütiliste kohtade loomulik valik, millel on suurim aktiivsus. Katalüütiliste süsteemide eneseareng, iseorganiseerumine ja isekomplitseerimine toimub transformeeritava energia pideva sissevoolu tõttu. Ja kuna põhiline energiaallikas on põhireaktsioon, saavutavad maksimaalsed evolutsioonilised eelised eksotermiliste reaktsioonide alusel arenevate katalüütiliste süsteemide abil. Seega pole põhireaktsioon mitte ainult energiaallikas, vaid ka vahend katalüsaatorite kõige progressiivsemate evolutsiooniliste muutuste valimiseks.

Neid seisukohti arendades on A.P. Rudenko sõnastas keemilise evolutsiooni põhiseaduse, mille kohaselt moodustuvad katalüsaatoris suurima kiiruse ja tõenäosusega need evolutsiooniliste muutuste teed, millel on maksimaalne selle absoluutse aktiivsuse tõus.

Avatud katalüütiliste süsteemide enesearengu teooria praktiline tagajärg on nn "mittestatsionaarne tehnoloogia", see tähendab muutuvate reaktsioonitingimustega tehnoloogia. Tänapäeval jõuavad teadlased järeldusele, et statsionaarne režiim, mille usaldusväärne stabiliseerimine näis olevat tööstusprotsessi kõrge efektiivsuse võti, on mittestatsionaarse režiimi erijuht. Samal ajal on avastatud palju mittestatsionaarseid režiime, mis aitavad kaasa reaktsiooni intensiivistumisele.

Praegu on juba näha väljavaated uue keemia tekkeks ja arenguks, mille baasil luuakse jäätmevaene, jäätmevaba ja energiasäästlik tööstustehnoloogia.

Tänapäeval on keemikud jõudnud järeldusele, et kasutades samu põhimõtteid, millele organismide keemia on üles ehitatud, on tulevikus (loodust täpselt kordamata) võimalik ehitada põhimõtteliselt uus keemia, uus keemiliste protsesside juhtimine, kus hakatakse rakendama sarnaste molekulide sünteesi põhimõtteid. Kavas on luua muundurid, mis kasutavad suure kasuteguriga päikesevalgust, muutes selle keemiliseks ja elektrienergiaks, samuti keemilise energia suure intensiivsusega valguseks.

Metsloomade katalüütilise kogemuse arendamiseks ja tööstuslikus tootmises omandatud teadmiste rakendamiseks on keemikud välja toonud mitmeid paljutõotavaid viise.

Esiteks - metallikompleksi katalüüsi valdkonna uuringute arendamine, keskendudes vastavatele eluslooduse objektidele. Seda katalüüsi rikastavad meetodid, mida elusorganismid kasutavad ensümaatilistes reaktsioonides, aga ka klassikalise heterogeense katalüüsi meetodid.

Teine viis seisneb biokatalüsaatorite modelleerimises. Praegu on tänu struktuuride kunstlikule valikule olnud võimalik konstrueerida paljude ensüümide mudeleid, mida iseloomustab kõrge aktiivsus ja selektiivsus, mis mõnikord on "peaaegu samad, mis originaalidel või millel on suurem lihtsus struktuur.

Saadud mudelid ei ole aga seni suutelised asendama elussüsteemide looduslikke biokatalüsaatoreid. Keemiaalaste teadmiste arendamise praeguses etapis on seda probleemi äärmiselt raske lahendada. Ensüüm vabaneb elussüsteemist, määratakse selle struktuur, see viiakse reaktsiooni katalüütiliste funktsioonide täitmiseks. Kuid see töötab lühikest aega ja variseb kiiresti kokku, kuna see on isoleeritud tervikust, rakust. Terve rakk kogu oma ensümaatilise aparatuuriga on olulisem objekt kui üks temast eraldatud tükk.

Kolmas viis eluslooduse labori mehhanismide valdamist seostatakse immobiliseeritud süsteemide keemia saavutustega. Immobiliseerimise olemus seisneb elusorganismist eraldatud ensüümide fikseerimises tahkele pinnale adsorptsiooni abil, mis muudab need heterogeenseks katalüsaatoriks ning tagab selle stabiilsuse ja pideva toime.

Neljas viis Biokatalüüsi põhimõtete rakendamisele keemias ja keemiatehnoloogias keskendunud teadustöö arendamisel iseloomustab seda kõige laiema ülesande sõnastamine - kogu eluslooduse katalüütilise kogemuse uurimine ja arendamine, sealhulgas ensüümi moodustamine. , rakk ja isegi organism. See on etapp, kus evolutsioonilise keemia kui tõhusa teaduse alused koos oma tööfunktsioonidega. Teadlased väidavad, et see on keemiateaduse liikumine põhimõtteliselt uue keemilise tehnoloogia poole, mille eesmärk on luua elussüsteemide analooge. Selle probleemi lahendamisel on tulevikukeemia loomisel oluline koht.

Keemilised elemendid inimkehas

keemilise biokatalüüsi katalüütiline element

Kõik elusorganismid Maal, sealhulgas inimesed, on nendega tihedas kontaktis keskkond... Toit ja joogivesi aitavad kaasa peaaegu kõigi keemiliste elementide sattumisele kehasse. Neid viiakse kehasse ja eemaldatakse kehast iga päev. Analüüsid on näidanud, et üksikute keemiliste elementide hulk ja nende suhe erinevate inimeste terves kehas on ligikaudu samad.

Arvamus, et praktiliselt kõik D.I. perioodilise süsteemi elemendid. Mendelejev, muutub harjumuspäraseks. Teadlaste oletused lähevad aga kaugemale – elusorganismis mitte ainult ei esine kõik keemilised elemendid, vaid igaüks neist täidab mingit bioloogilist funktsiooni. On täiesti võimalik, et see hüpotees ei saa kinnitust. Sellesuunaliste uuringute arenedes ilmneb aga üha suurema hulga keemiliste elementide bioloogiline roll. Kahtlemata annab sellele küsimusele valgust teadlaste aeg ja töö.

Üksikute keemiliste elementide bioaktiivsus. Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et inimkehas moodustavad metallid umbes 3% (massi järgi). Seda on palju. Kui võtta inimese massiks 70 kg, siis on metallide osakaal 2,1 kg. Üksikute metallide puhul jaotub mass järgmiselt: kaltsium (1700), kaalium (250 g), naatrium (70 g), magneesium (42 g), raud (5 g), tsink (3 g). Ülejäänud on mikroelementide jaoks. Kui mingi elemendi kontsentratsioon organismis ületab 10 2%, siis loetakse seda makrotoitaineks. Mikroelemente leidub organismis kontsentratsioonis 10 3 -10 5%. . Kui elemendi kontsentratsioon on alla 10 5%, siis loetakse seda ultramikroelemendiks. Anorgaanilised ained elusorganismis on erineval kujul. Enamik metalliioone moodustab bioloogiliste objektidega ühendeid. On juba kindlaks tehtud, et paljud ensüümid (bioloogilised katalüsaatorid) sisaldavad metalliioone. Näiteks mangaan on osa 12 erinevast ensüümist, raud - 70, vask - 30 ja tsink - rohkem kui 100. Loomulikult peaks nende elementide puudumine mõjutama vastavate ensüümide sisaldust ja seega ka ensüümide normaalset toimimist. keha. Seega on metallisoolad elusorganismide normaalseks funktsioneerimiseks hädavajalikud. Seda kinnitasid ka katsed soolavaba dieediga, mida kasutati katseloomade söötmiseks. Selleks eemaldati toidust sool korduva veega pesemise teel. Selgus, et sellise toidu söömine viis loomade surmani.

Kuus elementi, mille aatomid on osa valkudest ja nukleiinhapetest: süsinik, vesinik, lämmastik, hapnik, fosfor, väävel. Edasi tuleks eristada kahtteist elementi, mille roll ja tähtsus organismide elutegevusele on teada: kloor, jood, naatrium, kaalium, magneesium, kaltsium, mangaan, raud, koobalt, vask, tsink, molübdeen. Kirjanduses on viiteid vanaadiumi, kroomi, nikli ja kaadmiumi bioloogilise aktiivsuse avaldumise kohta.

Seal on suur hulk elemente, mis on elusorganismidele mürgid, näiteks elavhõbe, tallium, sead jne. Neil on ebasoodne bioloogiline toime, kuid ilma nendeta saab keha toimida. Arvatakse, et nende mürkide toime põhjuseks on teatud rühmade blokeerimine valgu molekulides või vase ja tsingi väljatõrjumine mõnest ensüümist. On elemente, mis on suhteliselt suured hulgad on mürk ja madalates kontsentratsioonides avaldavad kehale kasulikku mõju. Näiteks arseen on võimas mürk, mis häirib südame-veresoonkonna tööd ning kahjustab maksa ja neere, kuid väikestes annustes kirjutavad seda arstid välja inimese söögiisu parandamiseks. Teadlased usuvad, et arseeni mikrodoosid suurendavad organismi vastupanuvõimet kahjulike mikroobide toimele. Tugev mürgine aine sinep on laialt tuntud. S (CH 2 CH 2 C1) 2 ... 20 000 tuhat korda lahjendatud vaseliinis "Psoriazina" nime all kasutatakse seda aga ketendava sambliku vastu. Kaasaegne farmakoteraapia ei saa ikka veel hakkama ilma märkimisväärse hulga toksilisi metalle sisaldavate ravimiteta. Kuidas mitte meeles pidada siinset ütlust, et väikestes kogustes ravib ja suurtes kogustes - sandistab.

Huvitav on see, et naatriumkloriidi (lauasoola) kümnekordses koguses organismis normaalse sisaldusega võrreldes on mürk. Hapnik, mis on inimesele hingamiseks vajalik, suures kontsentratsioonis ja eriti rõhu all, mõjub mürgiselt. Need näited näitavad, et mõne elemendi kontsentratsioon kehas mängib mõnikord väga olulist ja mõnikord katastroofilist tähtsust.

Raud on osa vere hemoglobiinist või õigemini punastest verepigmentidest, mis seovad pöörduvalt molekulaarset hapnikku. Täiskasvanu veres on umbes 2,6 g rauda. Keha eluprotsessis toimub pidev hemoglobiini lagunemine ja süntees. Hemoglobiini lagunemisel kaotatud raua taastamiseks vajab inimene umbes 25 mg päevast kogust. Rauapuudus organismis viib haiguseni – aneemiani. Liigne raud organismis on aga ka kahjulik. Seda seostatakse silmade ja kopsude sideroosiga – haigus, mis on põhjustatud rauaühendite ladestumisest nende elundite kudedesse. Vase puudumine kehas põhjustab veresoonte hävimist. Lisaks arvatakse, et selle puudus on vähi põhjuseks. Mõnel juhul seostavad arstid eakate inimeste kopsuvähki vanusega seotud vasesisalduse vähenemisega kehas. Liigne vask põhjustab aga psüühikahäireid ja mõne elundi halvatust (Wilsoni tõbi). Ainult suured kogused vaseühendeid on inimestele kahjulikud. Väikestes annustes kasutatakse neid meditsiinis kokkutõmbava ja bakteriostaatilise (bakterite kasvu ja paljunemist pidurdava) vahendina. Nii näiteks vask(II)sulfaat CuSO 4 kasutatakse konjunktiviidi raviks silmatilkade kujul (0,25% lahus), samuti trahhoomi kauteriseerimiseks silmapliiatsite kujul (vask(II)sulfaadi, kaaliumnitraadi, maarja ja kampri sulam). Fosforiga nahapõletuse korral niisutatakse seda ohtralt 5% vask(II)sulfaadi lahusega.

Hõbeda ja selle soolade bakteritsiidset (mitmesuguste bakterite surma põhjustavat) omadust on juba ammu täheldatud. Näiteks meditsiinis kasutatakse kolloidhõbeda (kollargooli) lahust mädaste haavade pesemiseks, põis kroonilise tsüstiidi ja uretriidi korral, samuti silmatilkade kujul mädase konjunktiviidi ja blennorröaga. Hõbenitraat AgNO 3 pliiatsite kujul kasutatakse tüügaste, granulatsioonide jne kauteriseerimiseks. Lahjendatud lahustes (0,1-0,25%) kasutatakse seda kokkutõmbava ja antimikroobse ainena losjoonides, samuti silmatilkades. Teadlased usuvad, et hõbenitraadi kauteriseeriv toime tuleneb selle koostoimest koevalkudega, mis viib hõbeda valgusoolade – albuminaatide – moodustumiseni.

Praegusel ajal on kahtlemata kindlaks tehtud, et kõik elusorganismid on omane ioonse asümmeetria nähtusele - ioonide ebaühtlasele jaotumisele rakus ja väljaspool. Näiteks lihaskiudude, südame, maksa, neerude rakkudes on kaaliumiioonide sisaldus rakuväliste rakkudega võrreldes suurem. Naatriumioonide kontsentratsioon, vastupidi, on väljaspool rakku suurem kui selle sees. Kaaliumi ja naatriumi kontsentratsioonigradiendi olemasolu on eksperimentaalselt kindlaks tehtud fakt. Teadlased on mures naatrium-kaaliumpumba olemuse ja selle toimimise pärast. Paljude teadlaste rühmade jõupingutused nii meie riigis kui ka välismaal on suunatud selle probleemi lahendamisele. Huvitav on see, et keha vananedes väheneb kaaliumi- ja naatriumioonide kontsentratsioonigradient raku piiril. Surma saabudes võrdsustub koheselt kaaliumi ja naatriumi kontsentratsioon rakus ja väljaspool seda.

Liitiumi- ja rubiidiumiioonide bioloogiline funktsioon terves kehas pole veel selge. Siiski on tõendeid selle kohta, et nende kehasse viimisega on võimalik ravida üht maniakaal-depressiivse psühhoosi vormidest.

Bioloogid ja arstid teavad hästi, et glükosiididel on inimkehas oluline roll. Mõned looduslikud glükosiidid (taimedest ekstraheeritud) toimivad aktiivselt südamelihasele, tugevdades kontraktiilseid funktsioone ja aeglustades südame löögisagedust. Kui kehasse satub suur kogus südameglükosiidi, võib tekkida täielik südameseiskus. Teatud metalliioonid mõjutavad glükosiidide toimet. Näiteks magneesiumiioonide sattumisel verre nõrgeneb glükosiidide toime südamelihasele Kaltsiumiioonid, vastupidi, tugevdavad südameglükosiidide toimet.

Mõned elavhõbedaühendid on samuti äärmiselt mürgised. On teada, et elavhõbeda (II) ioonid on võimelised valkudega kindlalt seonduma. Elavhõbe(II)kloriidi toksiline toime HgCl 2 (elavhõbekloriid) avaldub eelkõige neerude ja soole limaskesta nekroosis (nekroosis). Elavhõbedamürgistuse tagajärjel kaotavad neerud võime verest jääkaineid väljutada.

Huvitav on see, et elavhõbe (I) kloriid Hg 2 Cl 2 (kalomeli iidne nimetus) on inimorganismile kahjutu. Tõenäoliselt on see tingitud soola ülimadalast lahustuvusest, mille tulemusena ei satu elavhõbedaioone kehasse märgatavas koguses.

Kaaliumtsüaniid (kaaliumtsüaniidina) KCN- vesiniktsüaniidhappe sool HCN... Mõlemad ühendid on kiire toimega ja võimsad mürgid.

Vesiniktsüaniidhappe ja selle sooladega ägeda mürgistuse korral kaob teadvus ning tekib hinge ja südame halvatus. Mürgistuse algstaadiumis kogeb inimene pearinglust, survetunnet otsmikul, ägedat peavalu, kiiret hingamist, südamepekslemist. Esmaabi vesiniktsüaniidhappe ja selle sooladega mürgitamisel - värske õhk, hapniku hingamine, soojus. Naatriumnitrit on vastumürk. NaNO 2 ja orgaanilised nitroühendid: amüülnitrit C 5 H 11 ONO ja propüülnitrit C 3 H 7 ONO... Arvatakse, et naatriumnitriti mõju väheneb hemoglobiini muutumiseni metahemoglobiiniks. Viimane seob tsüaniidioonid kindlalt tsüaanmethemoglobiiniga. Sel viisil vabanevad hingamisteede ensüümid tsüaniidioonidest, mis viib rakkude ja kudede hingamisfunktsiooni taastumiseni.

Vesiniktsüaniidhappe vastumürkidena kasutatakse laialdaselt väävlit sisaldavaid ühendeid: kolloidne väävel, naatriumtiosulfaat Na 2 S 2 O 3 , naatriumtetrationaat Na 2 S 4 O 6 samuti väävlit sisaldavad orgaanilised ühendid, eelkõige aminohapped - glutatioon, tsüsteiin, tsüstiin. Vesiniktsüaniidhape ja selle soolad muundatakse väävliga interakteerudes tiotsüanaatideks vastavalt võrrandile

HCN + S> HNCS

Tiotsüanaadid on inimkehale täiesti kahjutud.

Pikka aega, kui oli tsüaniidimürgituse oht, soovitati suhkrutükki põsel hoida. 1915. aastal näitasid Saksa keemikud Rupp ja Golze, et glükoos interakteerub vesiniktsüaniidhappe ja mõnede tsüaniididega, moodustades mittetoksilise glükoostsüanohüdriini ühendi:

OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH

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

CH 2 -CH-CH-CH-CH-C = O + HCN> CH 2 -CH-CH-CH-CH-C-OH

glükoos tsüanohüdriin glükoos

Plii ja selle ühendid on üsna võimsad mürgid. Inimkehas koguneb plii luudesse, maksa ja neerudesse.

Keemilise elemendi talliumi ühendid, mida peetakse haruldasteks, on väga mürgised.

Tuleb märkida, et kõik värvilised ja eriti rasked (mis asuvad perioodilise süsteemi lõpus) ​​metallid, mille kogus ületab lubatud normi, on mürgised.

Süsinikdioksiidi leidub inimkehas suurtes kogustes ja seetõttu ei saa see olla mürgine. 1 tunni jooksul hingab täiskasvanu välja umbes 20 liitrit (umbes 40 g) seda gaasi. Füüsilise töö tegemisel suureneb väljahingatava süsihappegaasi hulk 35 liitrini. See moodustub kehas süsivesikute ja rasvade põlemise tulemusena. Küll aga suure sisuga CO 2 õhus tekib hapnikupuuduse tõttu lämbumine. Inimese maksimaalne kestus keskendumisega ruumis viibimiseks CO 2 kuni 20% (mahu järgi) ei tohiks ületada 2 tundi.Itaalias on tuntud koobas ("Dog's Cave"), milles inimene võib kaua seista ja seal jooksev koer lämbub ja sureb. Fakt on see, et umbes inimese vöökohani on koobas täidetud raske (lämmastiku ja hapnikuga võrreldes) süsinikdioksiidiga. Kuna inimese pea on õhukihis, siis ta ebamugavust ei tunne. Koer satub kasvades süsihappegaasi atmosfääri ja seetõttu lämbub.

Arstid ja bioloogid on kindlaks teinud, et kui süsivesikud oksüdeeritakse organismis veeks ja süsinikdioksiidiks, vabaneb üks molekul tarbitud hapnikumolekuli kohta. CO 2 ... Seega suhe valitud CO 2 imenduda O 2 (hingamiskoefitsiendi väärtus) on võrdne ühega. Rasvade oksüdatsiooni korral on hingamiskoefitsient ligikaudu 0,7. Seetõttu saab hingamiskoefitsiendi väärtust määrates hinnata, millised ained organismis valdavalt põlevad. Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et lühiajaliste, kuid intensiivsete lihaste koormuste korral saadakse energiat süsivesikute oksüdeerumise tõttu, pikaajalisel - peamiselt rasvade põlemisel. Arvatakse, et keha üleminek rasvade oksüdatsioonile on seotud süsivesikute reservi ammendumisega, mida tavaliselt täheldatakse 5-20 minutit pärast intensiivse lihastöö algust.

Antidoodid

Antidoodid on ained, mis kõrvaldavad mürkide mõju bioloogilistele struktuuridele ja inaktiveerivad mürke keemiliste vahenditega.

Kollane veresool K 4 moodustab paljude raskemetallide ioonidega halvasti lahustuvaid ühendeid. Seda omadust kasutatakse praktikas raskmetallisooladega mürgituse raviks.

Unitiool on hea vastumürk mürgistuse korral arseeni, elavhõbeda, plii, kaadmiumi, nikli, kroomi, koobalti ja muude metallide ühenditega:

CH 2 -CH-CH 2 NII 3 Na H 2 O

Piim on universaalne vastumürk.

Järeldus

Kaasaegset biokeemiat esindavad paljud erinevad suunad teadmiste arendamisel aine olemuse ja selle muundamise meetodite kohta. Samas pole keemia lihtsalt ainetealaste teadmiste summa, vaid kõrgelt korrastatud, pidevalt arenev teadmiste süsteem, millel on oma koht teiste loodusteaduste seas.

Keemia uurib keemiliste nähtuste materiaalsete kandjate kvalitatiivset mitmekesisust, aine liikumise keemilist vormi.

Keemia kui iseseisva loodusteadusliku distsipliini eraldamise üks olulisemaid objektiivseid aluseid on ainete vahekorra keemia eripära tunnistamine, mis avaldub ennekõike jõudude kompleksis ja erinevat tüüpi ainete suhetes. interaktsioonid, mis määravad kahe- ja polüaatomiliste ühendite olemasolu. Seda kompleksi iseloomustatakse tavaliselt kui keemiline side mis tekib või laguneb aineorganisatsiooni aatomitasandi osakeste vastasmõju käigus. Keemilise sideme tekkimist iseloomustab elektrontiheduse märkimisväärne ümberjaotumine võrreldes sideme kaugusele koondatud sidumata aatomite või aatomifragmentide elektrontiheduse lihtsa asukohaga. See omadus eraldab kõige täpsemalt keemilise sideme erinevatest molekulidevaheliste interaktsioonide ilmingutest.

Biokeemia kui teaduse osatähtsuse pideva suurenemisega loodusteadustes kaasneb fundamentaal-, kompleks- ja rakendusuuringute kiire areng, uute soovitud omadustega materjalide ning uute protsesside arendamine tehnoloogia vallas tootmiseks ja ainete töötlemine.

Bibliograafia

1. Suur entsüklopeediline sõnastik. Keemia. M., 2001.

2. Gruševitskaja T.T., Sadokhin A.P. Kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonid. M., 1998.

3. Kuznetsov V.I., Idlis GM., Gutina V.N. Loodusteadus. M., 1996.

4. Keemia // Keemiaentsüklopeediline sõnastik. M., 1983.

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

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

Postitatud saidile Allbest.ru

Sarnased dokumendid

Keemiline vaade loodusele, päritolule ja hetkeseisule. Keemiateaduse ja selle struktuuri tundmise aine. Keemia ja füüsika seos. Keemia ja bioloogia seos. Keemia uurib keemiliste nähtuste materjalikandjate kvalitatiivset mitmekesisust.

abstraktne, lisatud 15.03.2004


Keemia esitlus. Elussüsteemid on neis leiduvad keemilised elemendid. Elussüsteemide, aga ka inimeste tihe kontakt keskkonnaga. Inimkeha koostis. Mineraalide ainevahetuse häired inimkehas. Patoloogilised seisundid.

esitlus lisatud 24.12.2008


kokkuvõte, lisatud 11.10.2011


Peamised inimkehas levinud keemilised elemendid, mõnede nende puudumise iseloomulikud tunnused ja sümptomid. Joodi omaduste üldkirjeldus, selle avastamine ja tähendus organismis. Selle puuduse kindlakstegemise kord ja selle täiendamise mehhanism.

esitlus lisatud 27.12.2010


Berülliumi füsioloogiline roll inimorganismis, selle sünergistid ja antagonistid. Magneesiumi roll inimorganismis erinevate eluprotsesside kulgemise tagamiseks. Liigse happesuse neutraliseerimine kehas. Strontsiumi väärtus inimesele.

kokkuvõte lisatud 05.09.2014


Talliumi füüsikalis-keemilised omadused, agregatsiooni olek, küllastunud aururõhk, aurustumissoojus normaaltingimustes ja tundlikkus kuumenemise suhtes. Kehasse tungimise ja transformatsiooni viisid. Keskkonda sattumise allikad.

test, lisatud 24.10.2014


Metallide keemilised omadused, nende esinemine inimkehas. Makroelementide (kaalium, naatrium, kaltsium, magneesium) ja mikroelementide roll organismis. Makro- ja mikroelementide sisaldus toidus. Teatud elementide tasakaalustamatuse tagajärjed.

esitlus lisatud 13.03.2013


kontseptsioon, üldised omadused ja katalüütilise reformimise protsessi eesmärk. Reformimisprotsessi keemilised alused: alkaanide, tsükloalkaanide, areenide muundamine. Protsessi katalüsaatorid ja makrokineetika. Katalüütiliste protsesside tehased.

kursusetöö, lisatud 13.10.2011


Metalli ja soola ekvivalentmassi määramine vesiniku väljatõrjumise meetodil. Katse käik ja andmed, seadmete omadused. Magneesiumi kasutamine metallina, selle peamised keemilised omadused. Katse absoluutsete ja suhteliste vigade arvutamine.

laboritööd, lisatud 05.05.2013


Erinevate madala molekulmassiga orgaanilised ühendid keemiline olemus, mis on vajalik elusorganismis toimuvate protsesside läbiviimiseks. Vesilahustuvad ja rasvlahustuvad vitamiinid. Inimese igapäevane vitamiinivajadus ja nende põhifunktsioonid.

Teema: “VERE BIOKEEMIA. VEREPLASMA: KOMPONENDID JA NENDE FUNKTSIOONID. Erütrotsüütide metabolism. VERE BIOKEEMILISE ANALÜÜSI TÄHTSUS KLIINIKUS "

1. Plasmavalgud: bioloogiline roll. Valgufraktsioonide sisaldus plasmas. Plasma valgu koostise muutused patoloogiliste seisundite korral (hüperproteineemia, hüpoproteineemia, düsproteineemia, paraproteineemia).
2. Põletiku ägeda faasi valgud: bioloogiline roll, valkude näited.
3. Vereplasma lipoproteiinide fraktsioonid: koostise iseärasused, roll organismis.
4. Vereplasma immunoglobuliinid: põhiklassid, struktuuriskeem, bioloogilised funktsioonid. Interferoonid: bioloogiline roll, toimemehhanism (skeem).
5. Vereplasma ensüümid (sekretoorne, eritav, indikaator): aminotransferaaside (ALT ja AST), aluselise fosfataasi, amülaasi, lipaasi, trüpsiini, laktaatdehüdrogenaasi isoensüümide, kreatiinkinaasi aktiivsuse uuringu diagnostiline väärtus.
6. Mittevalgulised lämmastikku sisaldavad verekomponendid (uurea, aminohapped, kusihape, kreatiniin, indikaan, otsene ja kaudne bilirubiin): struktuur, bioloogiline roll, nende määramise diagnostiline väärtus veres. Asoteemia mõiste.
7. Lämmastikuvaba orgaanilised komponendid veri (glükoos, kolesterool, vabad rasvhapped, ketoonkehad, püruvaat, laktaat), nende määramise diagnostiline väärtus veres.
8. Hemoglobiini ehituse ja funktsiooni tunnused. Hemoglobiini afiinsuse regulaatorid O2 suhtes. Hemoglobiini molekulaarsed vormid. Hemoglobiini derivaadid. Hemoglobiini määramise kliiniline ja diagnostiline väärtus veres.
9. Erütrotsüütide metabolism: glükolüüsi ja pentoosfosfaadi raja roll küpsetes erütrotsüütides. Glutatioon: roll punastes verelibledes. Ensüümisüsteemid, mis on seotud reaktiivsete hapnikuliikide detoksikatsiooniga.
10. Vere hüübimine kui ensüümide aktiveerimise kaskaad. Sisemised ja välised koagulatsiooniteed. Vere hüübimise üldine rada: protrombiini aktiveerimine, fibrinogeeni muundumine fibriiniks, fibriinpolümeeri moodustumine.
11. K-vitamiini osalemine vere hüübimisfaktorite translatsioonijärgses muutmises. Dicumarol kui K-vitamiini vastane aine.

30.1. Vere koostis ja funktsioon.

Veri- vedel liikuv kude, mis ringleb suletud veresoonte süsteemis, transpordib erinevaid kemikaale elunditesse ja kudedesse ning integreerib ainevahetusprotsesse erinevates rakkudes.

Veri koosneb plasma ja vormitud elemendid (erütrotsüüdid, leukotsüüdid ja trombotsüüdid). Vere seerum erineb plasmast fibrinogeeni puudumise poolest. 90% vereplasmast on vesi, 10% kuivjääk, mis sisaldab valke, mittevalgulisi lämmastikku sisaldavaid komponente (jääklämmastik), lämmastikuvabu orgaanilisi komponente ja mineraalaineid.

30.2. Plasma valgud.

Vereplasma sisaldab keerulist mitmekomponentset (üle 100) valkude segu, mis erinevad päritolu ja funktsiooni poolest. Suurem osa plasmavalkudest sünteesitakse maksas. Immunoglobuliinid ja mitmed teised kaitsvad valgud immunokompetentsete rakkude poolt.

30.2.1. Valgu fraktsioonid. Plasmavalkude väljasoolamisega saab eraldada albumiini ja globuliini fraktsioone. Tavaliselt on nende fraktsioonide suhe 1,5–2,5. Elektroforeesi meetodi kasutamine paberil võimaldab tuvastada 5 valgufraktsiooni (migratsioonikiiruse kahanevas järjekorras): albumiin, α1 -, α2 -, β- ja γ-globuliinid. Kasutades igas fraktsioonis peenemaid fraktsioneerimismeetodeid, on lisaks albumiinile võimalik eraldada hulk valke (valgufraktsioonide sisaldus ja koostis vereseerumis, vt joonis 1).

1. pilt. Vere seerumi valkude elektroferogramm ja valgufraktsioonide koostis.

Albumiin- valgud koos molekulmass umbes 70 000 Jah. Hüdrofiilsuse ja suure plasmasisalduse tõttu on neil oluline roll kolloid-osmootse (onkootilise) vererõhu säilitamisel ning vere ja kudede vahelise vedelike vahetuse reguleerimisel. Transpordifunktsiooni läbiviimine: vabade rasvhapete, sapipigmentide, steroidhormoonide, Ca2 + ioonide ja paljude ravimite ülekandmine. Albumiin toimib ka rikkaliku ja kiiresti realiseeritava aminohappevaruna.

α 1-globuliinid:

• Hapu α 1-glükoproteiin (orosomukoid) - sisaldab kuni 40% süsivesikuid, selle isoelektriline punkt on happelises keskkonnas (2,7). Selle valgu funktsioon ei ole täielikult mõistetav; on teada, et põletikulise protsessi algstaadiumis soodustab orosomukoid kollageenkiudude teket põletikukoldes (Y. Musil, 1985).
• α 1 - antitrüpsiin - mitmete proteaaside (trüpsiin, kümotrüpsiin, kallikreiin, plasmiin) inhibiitor. α1-antitrüpsiini sisalduse kaasasündinud vähenemine veres võib olla bronhopulmonaarsete haiguste eelsoodumuse tegur, kuna kopsukoe elastsed kiud on proteolüütiliste ensüümide toime suhtes eriti tundlikud.
• Retinooli siduv valk viib läbi rasvlahustuva A-vitamiini transporti.
• Türoksiini siduv valk - seob ja transpordib joodi sisaldavaid kilpnäärmehormoone.
• Transkortiin - seob ja transpordib glükokortikoidhormoone (kortisool, kortikosteroon).

α 2-globuliinid:

• Haptoglobiinid (25% α2-globuliinid) - moodustavad stabiilse kompleksi hemoglobiiniga, mis ilmub plasmas erütrotsüütide intravaskulaarse hemolüüsi tulemusena. Haptoglobiini-hemoglobiini kompleksid imenduvad RES-rakkudesse, kus heemi- ja valguahelad lagunevad ning rauda kasutatakse uuesti hemoglobiini sünteesiks. See hoiab ära raua kaotuse kehas ja neerude kahjustamise hemoglobiini poolt.
• Tseruloplasmiin - vaseioone sisaldav valk (üks tseruloplasmiini molekul sisaldab 6-8 Cu2 + iooni), mis annavad sellele sinise värvuse. See on vaseoonide transpordivorm kehas. Sellel on oksüdaasi aktiivsus: see oksüdeerib Fe2 + kuni Fe3 +, mis tagab raua seondumise transferriiniga. Võimeline oksüdeerima aromaatseid amiine, osaleb adrenaliini, norepinefriini, serotoniini vahetuses.

β-globuliinid:

• Transferriin - β-globuliini fraktsiooni peamine valk, osaleb raudraua sidumisel ja transportimisel erinevatesse kudedesse, eriti vereloome kudedesse. Transferriin reguleerib Fe3+ sisaldust veres, takistab liigset kogunemist ja kadu uriinis.
• Hemopeksiin - seob heemi ja takistab selle kadu neerude kaudu. Heem-hemopeksiini kompleks püütakse verest kinni maksas.
• C-reaktiivne valk (CRP) - valk, mis on võimeline sadestama (Ca2+ juuresolekul) pneumokoki rakuseina C-polüsahhariidi. Bioloogiline roll selle määrab võime aktiveerida fagotsütoosi ja pärssida trombotsüütide agregatsiooni protsessi. Tervetel inimestel on CRP kontsentratsioon plasmas tühine ja seda ei saa standardmeetoditega määrata. Ägeda põletikulise protsessi korral suureneb see rohkem kui 20 korda, sel juhul leitakse CRP veres. CRP-uuringul on eelis teiste põletikulise protsessi markerite ees: ESR-i määramine ja leukotsüütide arvu loendamine. See indikaator on tundlikum, selle suurenemine toimub varem ja pärast taastumist normaliseerub see kiiresti.

γ-globuliinid:

• Immunoglobuliinid (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE) on antikehad, mida organism toodab vastusena antigeense toimega võõrainete sissetoomisele. Nende valkude kohta lisateabe saamiseks vt 1.2.5.

30.2.2. Kvantitatiivsed ja kvalitatiivsed muutused vereplasma valgu koostises. Erinevate patoloogiliste seisundite korral võib vereplasma valgu koostis muutuda. Peamised muudatuste tüübid on järgmised:

• Hüperproteineemia - plasma üldvalgu sisalduse suurenemine. Põhjused: suures koguses veekaotus (oksendamine, kõhulahtisus, ulatuslikud põletused), nakkushaigused (γ-globuliinide hulga suurenemise tõttu).
• Hüpoproteineemia - plasma üldvalgu sisalduse vähenemine. Seda täheldatakse maksahaiguste (valgusünteesi rikkumise tõttu), neeruhaiguste (valgude kadumise tõttu uriinis), tühja kõhuga (valgu sünteesiks vajalike aminohapete puudumise tõttu).
• Düsproteineemia - normaalse üldvalgusisaldusega valgufraktsioonide protsendi muutus vereplasmas, näiteks albumiinisisalduse vähenemine ja ühe või mitme globuliinifraktsiooni sisalduse suurenemine erinevate põletikuliste haiguste korral.
• Paraproteineemia - patoloogiliste immunoglobuliinide ilmumine vereplasmas - paraproteiinid, mis erinevad tavalistest valkudest füüsikaliste ja keemiliste omaduste ning bioloogilise aktiivsuse poolest. Nende valkude hulka kuuluvad näiteks krüoglobuliinid, moodustades üksteisega sademeid temperatuuril alla 37 ° C. Paraproteiine leidub veres Waldenstromi makroglobulineemia, müeloomiga (viimasel juhul suudavad nad ületada neerubarjääri ja neid leidub uriinis Bens-Jonesi valkudena). Paraproteineemiaga kaasneb tavaliselt hüperproteineemia.

30.2.3. Vereplasma lipoproteiinide fraktsioonid. Lipoproteiinid on komplekssed ühendid, mis transpordivad veres lipiide. Nad sisaldavad: hüdrofoobne tuum, mis sisaldavad triatsüülglütseroole ja kolesterooli estreid ning amfifiilne kest, moodustuvad fosfolipiidide, vaba kolesterooli ja apoproteiini valkude poolt (joonis 2). Inimese vereplasma sisaldab järgmisi lipoproteiinide fraktsioone:

Joonis 2. Vereplasma lipoproteiini struktuuri skeem.

• Suure tihedusega lipoproteiinid või α-lipoproteiinid , kuna paberil elektroforeesi ajal liiguvad nad koos α-globuliinidega. Need sisaldavad palju valke ja fosfolipiide, transpordivad kolesterooli perifeersetest kudedest maksa.
• Madala tihedusega lipoproteiinid või β-lipoproteiinid , kuna paberil elektroforeesi ajal liiguvad nad koos β-globuliinidega. Kolesteroolirikas; transportida see maksast perifeersesse kudedesse.
• Väga madala tihedusega lipoproteiinid või pre-β-lipoproteiinid (elektroforetogrammil asuvad nad α- ja β-globuliinide vahel). Toimib endogeensete triatsüülglütseroolide transpordivormina, on madala tihedusega lipoproteiinide prekursorid.
• Külomikronid - elektroforeetiliselt liikumatu; tühja kõhuga võetud veres puuduvad. Need on eksogeensete (toidu) triatsüülglütseroolide transpordivorm.

30.2.4. Põletiku ägeda faasi valgud. Need on valgud, mille sisaldus vereplasmas suureneb ägeda põletikulise protsessi käigus. Nende hulka kuuluvad näiteks järgmised valgud:

1. haptoglobiin ;
2. tseruloplasmiin ;
3. C-reaktiivne valk ;
4. α 1-antitrüpsiin ;
5. fibrinogeen (vere hüübimissüsteemi komponent; vt 30.7.2).

Nende valkude sünteesi kiirus suureneb peamiselt albumiinide, transferriini ja albumiini moodustumise vähenemise tõttu (väike osa plasmavalkudest, millel on ketta elektroforeesi ajal suurim liikuvus ja mis vastab elektroforetogrammi ribale enne albumiini). , mille kontsentratsioon ägeda põletiku ajal väheneb.

Ägeda faasi valkude bioloogiline roll: a) kõik need valgud on rakkude hävitamise käigus vabanevate ensüümide inhibiitorid ja hoiavad ära sekundaarse koekahjustuse; b) neil valkudel on immunosupressiivne toime (V.L. Dotsenko, 1985).

30.2.5. Vereplasma kaitsvad valgud. Kaitsefunktsiooni täitvate valkude hulka kuuluvad immunoglobuliinid ja interferoonid.

Immunoglobuliinid (antikehad) - valkude rühm, mis tekib vastusena võõrstruktuuride (antigeenide) sisenemisele kehasse. Neid sünteesivad lümfotsüüdid B lümfisõlmedes ja põrnas. Seal on 5 klassi immunoglobuliinid- IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Joonis 3. Immunoglobuliinide struktuuri skeem (muutuv piirkond on näidatud halliga, konstantne piirkond ei ole varjutatud).

Immunoglobuliini molekulidel on üks struktuuriplaan. Immunoglobuliini (monomeeri) struktuuriüksuse moodustavad neli polüpeptiidahelat, mis on omavahel seotud disulfiidsidemetega: kaks rasket (H-ahelad) ja kaks kerget (L-ahelad) (vt joonis 3). IgG, IgD ja IgE on oma struktuuris reeglina monomeerid, IgM molekulid on üles ehitatud viiest monomeerist, IgA koosneb kahest või enamast. struktuuriüksused või on monomeerid.

Immunoglobuliine moodustavad valguahelad võib tinglikult jagada spetsiifilisteks domeenideks või piirkondadeks, millel on teatud struktuursed ja funktsionaalsed omadused.

Nii L- kui ka H-ahela N-terminaalseid piirkondi nimetatakse varieeruvaks piirkonnaks (V), kuna nende struktuuri iseloomustavad olulised erinevused erinevate antikehaklasside vahel. Muutuvas domeenis on 3 hüpervarieeruvat piirkonda, mille aminohappejärjestus on suurim. See on antikehade varieeruv piirkond, mis vastutab antigeeni sidumise eest vastavalt komplementaarsuse põhimõttele; valguahelate esmane struktuur selles piirkonnas määrab antikehade spetsiifilisuse.

H- ja L-ahela C-terminaalsetel domeenidel on igas antikehaklassis suhteliselt konstantne primaarstruktuur ja neid nimetatakse konstantseks piirkonnaks (C). Konstantne piirkond määrab erinevate immunoglobuliinide klasside omadused, nende jaotumise kehas ja võib osaleda käivitamismehhanismides, mis põhjustavad antigeenide hävitamist.

Interferoonid - valkude perekond, mida organismi rakud sünteesivad vastusena viirusinfektsioonile ja millel on viirusevastane toime. Spetsiifilise toimespektriga interferoone on mitut tüüpi: leukotsüüdid (α-interferoon), fibroblastid (β-interferoon) ja & immuunsed (γ-interferoon). Interferoone sünteesivad ja sekreteerivad mõned rakud ning need näitavad oma toimet teistele rakkudele toimides, selles osas on nad hormoonidega sarnased. Interferoonide toimemehhanism on näidatud joonisel 4.

Joonis 4. Interferoonide toimemehhanism (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

Seondudes raku retseptoritega, indutseerivad interferoonid kahe ensüümi - 2", 5" -oligoadenülaadi süntetaasi ja proteiinkinaasi sünteesi, tõenäoliselt tänu vastavate geenide transkriptsiooni käivitamisele. Mõlemad saadud ensüümid näitavad oma aktiivsust kaheahelaliste RNA-de juuresolekul, nimelt on need RNA-d paljude viiruste replikatsiooniproduktid või sisalduvad nende virioonides. Esimene ensüüm sünteesib 2 ", 5" -oligoadenülaate (ATP-st), mis aktiveerivad raku ribonukleaasi I; teine ​​ensüüm fosforüülib translatsiooni initsiatsioonifaktori IF2. Nende protsesside lõpptulemus on valkude biosünteesi ja viiruse paljunemise pärssimine nakatunud rakus (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

30.2.6. Plasma ensüümid. Kõik vereplasmas sisalduvad ensüümid võib jagada kolme rühma:

1. sekretoorsed ensüümid - sünteesitakse maksas, satuvad verre, kus nad täidavad oma funktsiooni (näiteks vere hüübimisfaktorid);
2. eritavad ensüümid - sünteesitakse maksas, erituvad tavaliselt sapiga (näiteks aluseline fosfataas), nende sisaldus ja aktiivsus vereplasmas suureneb, kui sapi väljavool on häiritud;
3. indikaatorensüümid - sünteesitakse erinevates kudedes ja sisenevad vereringesse, kui nende kudede rakud hävivad. Erinevates rakkudes domineerivad erinevad ensüümid, mistõttu mingi organi kahjustumisel ilmuvad verre talle iseloomulikud ensüümid. Seda saab kasutada haiguste diagnoosimisel.

Näiteks kui maksarakud on kahjustatud ( hepatiit) veres suureneb alaniini aminotransferaasi (ALT), aspartaataminotransferaasi (ACT), laktaatdehüdrogenaasi LDH5 isoensüümi, glutamaatdehüdrogenaasi, ornitiinkarbamoüültransferaasi aktiivsus.

Müokardi rakkude kahjustuse korral ( südameatakk) veres suureneb aspartaataminotransferaasi (ACT), laktaatdehüdrogenaasi eoensüümi LDH1 ja kreatiinkinaasi MB isoensüümi aktiivsus.

Kui kõhunäärmerakud on kahjustatud ( pankreatiit) veres suureneb trüpsiini, α-amülaasi, lipaasi aktiivsus.

30.3. Vere mittevalgulised lämmastikku sisaldavad komponendid (jääklämmastik).

Sellesse ainete rühma kuuluvad: uurea, kusihape, aminohapped, kreatiin, kreatiniin, ammoniaak, indikaan, bilirubiin ja muud ühendid (vt joonis 5). Tervete inimeste vereplasma jääklämmastikusisaldus on 15-25 mmol / l. Jääklämmastiku sisalduse suurenemist veres nimetatakse asoteemia ... Sõltuvalt põhjusest jaotatakse asoteemia retentsiooniks ja tootmiseks.

Retentsiooni asoteemia tekib siis, kui lämmastiku ainevahetusproduktide (peamiselt uurea) eritumine uriiniga on häiritud ja on iseloomulik neerupuudulikkusele. Sel juhul langeb kuni 90% mittevalgulisest lämmastikust veres uurea lämmastikule normi 50% asemel.

Tootmise asoteemia areneb koos lämmastikku sisaldavate ainete liigse tarbimisega verre koevalkude suurenenud lagunemise tõttu (pikaajaline paastumine, suhkurtõbi, rasked haavad ja põletused, nakkushaigused).

Jääklämmastiku määramine viiakse läbi valguvaba vereseerumi filtraadiga. Valguvaba filtraadi mineraliseerumise tulemusena kontsentreeritud H2SO4-ga kuumutamisel muundub kõigi mittevalguühendite lämmastik vormiks (NH4) 2 SO4. NH4+ ioonid määratakse Nessleri reaktiivi abil.

• Uurea - inimorganismi valkude metabolismi peamine lõpp-produkt. Moodustunud ammoniaagi neutraliseerimise tulemusena maksas, eritub see organismist neerude kaudu. Seetõttu väheneb uurea sisaldus veres maksahaiguste ja suureneb neerupuudulikkuse korral.
• Aminohapped- sisenevad vereringesse seedetraktist imendumise ajal või on koevalkude lagunemise saadused. Tervete inimeste veres on aminohapetest ülekaalus alaniin ja glutamiin, mis koos valkude biosünteesis osalemisega on ammoniaagi transpordivormid.
• Kusihappe- puriini nukleotiidide katabolismi lõpp-produkt. Selle sisaldus veres suureneb podagra (kõrgenenud hariduse tagajärjel) ja neerufunktsiooni kahjustusega (ebapiisava eritumise tõttu).
• Kreatiin- see sünteesitakse neerudes ja maksas, lihastes muutub kreatiinfosfaadiks - lihaste kokkutõmbumisprotsesside energiaallikaks. Lihassüsteemi haiguste korral suureneb kreatiini sisaldus veres märkimisväärselt.
• Kreatiniin- kreatiinfosfaadi defosforüülimise tulemusena lihastes tekkiv lämmastiku metabolismi lõpp-produkt eritub organismist neerude kaudu. Kreatiniini sisaldus veres väheneb lihassüsteemi haiguste korral, suureneb neerupuudulikkuse korral.
• indikan - indooli neutraliseerimise saadus, mis moodustub maksas ja eritub neerude kaudu. Selle sisaldus veres väheneb maksahaiguste korral, suureneb - valkude lagunemisprotsesside intensiivistumisel soolestikus, neeruhaiguste korral.
• Bilirubiin (otsene ja kaudne)- hemoglobiini katabolismi saadused. Bilirubiini sisaldus veres suureneb kollatõvega: hemolüütiline (kaudse bilirubiini tõttu), obstruktiivne (otse bilirubiini tõttu), parenhümaalne (mõlema fraktsiooni tõttu).

Joonis 5. Vereplasma mittevalgulised lämmastikuühendid.

30.4. Lämmastikuvabad vere orgaanilised komponendid.

Sellesse ainete rühma kuuluvad toitained (süsivesikud, lipiidid) ja nende ainevahetusproduktid (orgaanilised happed). Kõrgeim väärtus kliinikus on veresuhkru, kolesterooli, vabade rasvhapete, ketoonkehade ja piimhappe määramine. Nende ainete valemid on näidatud joonisel 6.

• Glükoos- keha peamine energiasubstraat. Selle sisaldus tervetel inimestel tühja kõhuga veres on 3,3–5,5 mmol / l. Suurenenud vere glükoosisisaldus (hüperglükeemia) täheldatud pärast söömist, emotsionaalse stressi korral suhkurtõve, hüpertüreoidismi, Itsenko-Cushingi tõvega patsientidel. Vere glükoosisisalduse langus (hüpoglükeemia) täheldatud paastumise, intensiivse füüsilise koormuse, ägeda alkoholimürgistuse, insuliini üleannustamise ajal.
• Kolesterool- bioloogiliste membraanide oluline lipiidkomponent, steroidhormoonide, D3-vitamiini, sapphapete eelkäija. Selle sisaldus tervete inimeste vereplasmas on 3,9–6,5 mmol / l. Vere kolesteroolisisalduse tõus ( hüperkolesteroleemia) on täheldatud ateroskleroosi, suhkurtõve, mükseedi, sapikivitõve korral. Vere kolesteroolitaseme alandamine ( hüpokolesteroleemia) leitakse kilpnäärme ületalitluse, maksatsirroosi, soolehaiguste, nälgimise, kolereetilise toimega ravimite võtmisel.
• Vabad rasvhapped (FFA) koed ja elundid kasutavad neid energeetilise materjalina. FFA sisaldus veres suureneb tühja kõhuga, suhkurtõve korral, pärast adrenaliini ja glükokortikoidide manustamist; väheneb hüpotüreoidism pärast insuliini manustamist.
• Ketoonkehad. Ketoonkehad hõlmavad atsetoatsetaat, β-hüdroksübutüraat, atsetoon- rasvhapete mittetäieliku oksüdatsiooni saadused. Ketoonkehade sisaldus veres suureneb ( hüperketoneemia) paastu ajal, palavik, suhkurtõbi.
• Piimhape (laktaat)- süsivesikute anaeroobse oksüdatsiooni lõpp-produkt. Selle sisaldus veres suureneb hüpoksiaga (füüsiline aktiivsus, kopsu-, südame-, verehaigused).
• Püruviinhape (püruvaat)- süsivesikute ja mõnede aminohapete katabolismi vaheprodukt. Kõige dramaatilisem püroviinamarihappe sisalduse tõusu veres täheldatakse lihastöö ja B1-vitamiini vaeguse korral.

Joonis 6. Vereplasma lämmastikuvabad orgaanilised ained.

30.5. Vereplasma mineraalsed komponendid.

Mineraalid on vereplasma olulised komponendid. Kõige olulisemad katioonid on naatriumi, kaaliumi, kaltsiumi ja magneesiumi ioonid. Neile vastavad anioonid: kloriidid, vesinikkarbonaadid, fosfaadid, sulfaadid. Mõned vereplasmas olevad katioonid on seotud orgaaniliste anioonide ja valkudega. Kõigi katioonide summa on võrdne anioonide summaga, kuna vereplasma on elektriliselt neutraalne.

• Naatrium- rakuvälise vedeliku peamine katioon. Selle sisaldus vereplasmas on 135-150 mmol / l. Naatriumioonid on seotud rakuvälise vedeliku osmootse rõhu säilitamisega. Hüpernatreemiat täheldatakse neerupealiste koore hüperfunktsiooni korral naatriumkloriidi hüpertoonilise lahuse parenteraalse sisseviimisega. Hüponatreemia võib põhjustada soolavaba dieet, neerupealiste puudulikkus või diabeetiline atsidoos.
• Kaalium on peamine rakusisene katioon. Vereplasmas sisaldub see koguses 3,9 mmol / l ja erütrotsüütides - 73,5 - 112 mmol / l. Nagu naatrium, säilitab kaalium rakus osmootse ja happe-aluse homöostaasi. Hüperkaleemiat täheldatakse rakkude suurenenud hävimise (hemolüütiline aneemia, pikaajaline purustamise sündroom), kaaliumi neerude eritumise ja dehüdratsiooniga. Hüpokaleemiat täheldatakse neerupealiste koore hüperfunktsiooni ja diabeetilise atsidoosi korral.
• Kaltsium vereplasmas sisaldub kujul. Erinevate funktsioonide täitmine: seotud valkudega (0,9 mmol / l), ioniseeritud (1,25 mmol / l) ja ioniseerimata (0,35 mmol / l). Ainult ioniseeritud kaltsium on bioloogiliselt aktiivne. Hüperkaltseemiat täheldatakse hüperparatüreoidismi, hüpervitaminoosi D, Itsenko-Cushingi sündroomi, luukoe hävitavate protsesside korral. Hüpokaltseemia esineb rahhiidi, hüpoparatüreoidismi ja neeruhaiguste korral.
• Kloriidid sisalduvad vereplasmas koguses 95–110 mmol / l, osalevad rakuvälise vedeliku osmootse rõhu, happe-aluse oleku säilitamises. Hüperkloreemiat täheldatakse südamepuudulikkuse, arteriaalse hüpertensiooni, hüpokloreemia - oksendamise, neeruhaiguste korral.
• Fosfaadid vereplasmas on puhversüsteemi komponendid, nende kontsentratsioon on 1–1,5 mmol / l. Hüperfosfateemiat täheldatakse neeruhaiguste, hüpoparatüreoidismi, hüpervitaminoosi D korral. Hüpofosfateemiat täheldatakse hüperparatüreoidismi, mükseedeemi, rahhiidi korral.

0.6. Happe-aluseline olek ja selle reguleerimine.

Happe-aluse olek (CBS) - vesiniku (H +) ja hüdroksüüli (OH-) ioonide kontsentratsiooni suhe kehavedelikes. Tervet inimest iseloomustab CBS-i näitajate suhteline püsivus ühistegevuse tõttu puhversüsteemid vere ja füsioloogiline kontroll (hingamis- ja eritusorganid).

30.6.1. Vere puhversüsteemid. Keha puhversüsteemid koosnevad nõrkadest hapetest ja nende sooladest tugevate alustega. Iga puhversüsteemi iseloomustab kaks näitajat:

• pH puhver(sõltub puhvri komponentide suhtest);
• puhverpaak, ehk tugeva aluse või happe kogus, mis tuleb puhverlahusele lisada, et pH muutuks ühe ühiku võrra (sõltub puhvri komponentide absoluutsetest kontsentratsioonidest).

Eristatakse järgmisi verepuhvrisüsteeme:

• bikarbonaat(H2CO3 / NaHC03);
• fosfaat(NaH2PO4 / Na2HPO4);
• hemoglobiini(desoksühemoglobiin nõrga happena / oksühemoglobiini kaaliumisool);
• valk(selle toime on tingitud valkude amfoteersusest). Bikarbonaat ja lähedalt seotud hemoglobiini puhversüsteemid moodustavad koos enam kui 80% vere puhvermahust.

30.6.2. KOS-i hingamisregulatsioon viiakse läbi välise hingamise intensiivsuse muutmisega. CO2 ja H + kogunemisega veres paraneb kopsuventilatsioon, mis viib vere gaasilise koostise normaliseerumiseni. Süsinikdioksiidi ja H + kontsentratsiooni langus põhjustab kopsuventilatsiooni vähenemist ja nende näitajate normaliseerumist.

30.6.3. Neerude regulatsioon KOS toimub peamiselt kolme mehhanismi kaudu:

• bikarbonaatide reabsorptsioon (neerutuubulite rakkudes H2O-st ja CO2-st moodustub süsihape H2CO3; dissotsieerub, H + eraldub uriini, HCO3 reabsorbeerub verre);
• Na + reabsorptsioon glomerulaarfiltraadist H + vastu (sel juhul muutub filtraadis Na2 HPO4 NaH2 PO4-ks ja uriini happesus suureneb) ;
• NH sekretsioon 4 + (glutamiini hüdrolüüsil tuubulite rakkudes moodustub NH3; see interakteerub H +-ga, tekivad NH4 + ioonid, mis erituvad uriiniga.

30.6.4. Verepildi laboratoorsed näitajad. Reoveepuhasti iseloomustamiseks kasutatakse järgmisi näitajaid:

• vere pH;
• CO2 osarõhk (pCO2) veri;
• O2 osarõhk (pO2) veri;
• bikarbonaatide sisaldus veres antud pH ja pCO2 juures ( tegelik või tõeline vesinikkarbonaat, AB );
• bikarbonaatide sisaldus patsiendi veres standardtingimustes, s.o. pCO2 juures = 40 mm Hg ( standardne vesinikkarbonaat, SB );
• põhjuste summa kõik vere puhversüsteemid ( BB );
• üleliigne või aluste puudumine veri võrreldes konkreetse patsiendi näitaja normaalsega ( OLE , inglise keelest. baasi ülejääk).

Esimesed kolm indikaatorit määratakse otse veres spetsiaalsete elektroodide abil, saadud andmete põhjal arvutatakse ülejäänud näitajad nomogrammide või valemite abil.

30.6.5. Vere CBS-i rikkumised. Happe-aluse häireid on neli peamist vormi:

• metaboolne atsidoos - esineb suhkurtõve ja nälgimise korral (ketoonkehade kogunemise tõttu veres), hüpoksiaga (laktaadi kogunemise tõttu). Selle rikkumisega väheneb pCO2 ja [HCO3 -] veri, suureneb NH4 + eritumine uriiniga;
• hingamisteede atsidoos - esineb bronhiidi, kopsupõletiku, bronhiaalastma korral (süsinikdioksiidi peetuse tagajärjel veres). Selle rikkumisega tõuseb pCO2 ja veri, suureneb NH4 + eritumine uriiniga;
• metaboolne alkaloos - areneb koos hapete kadumisega, näiteks alistamatu oksendamisega. Selle rikkumisega suureneb pCO2 ja veri, suureneb HCO3 eritumine uriiniga ja uriini happesus väheneb.
• hingamisteede alkaloos - täheldatud kopsude suurenenud ventilatsiooni korral, näiteks kõrgel ronijatel. Selle rikkumisega väheneb pCO2 ja [HCO3 -] veri ning väheneb uriini happesus.

Metaboolse atsidoosi raviks kasutatakse naatriumvesinikkarbonaadi lahust; metaboolse alkaloosi raviks - glutamiinhappe lahuse sisseviimine.

30.7. Mõned vere hüübimise molekulaarsed mehhanismid.

30.7.1. Vere hüübimine- molekulaarsete protsesside kogum, mis põhjustab verehüüve (trombi) moodustumise tagajärjel kahjustatud anumast verejooksu lakkamist. Vere hüübimisprotsessi üldine skeem on näidatud joonisel 7.

Joonis 7. Vere hüübimise üldine skeem.

Enamik hüübimisfaktoreid esineb veres inaktiivsete lähteainetena – ensüümidena, mille aktiveerimise viib läbi osaline proteolüüs... Mitmed vere hüübimisfaktorid sõltuvad K-vitamiinist: protrombiin (II faktor), prokonvertiin (VII faktor), jõulufaktorid (IX) ja Stuart-Prower (X). K-vitamiini rolli määrab tema osalemine glutamaadi jääkide karboksüülimisel nende valkude N-terminaalses piirkonnas koos γ-karboksüglutamaadi moodustumisega.

Vere hüübimine on reaktsioonide kaskaad, mille käigus ühe hüübimisfaktori aktiveeritud vorm katalüüsib järgmise aktiveerumist, kuni aktiveerub viimane faktor, mis on trombi struktuurne alus.

Kaskaadmehhanismi omadused on järgmised:

1) trombi moodustumist käivitava teguri puudumisel ei saa reaktsioon toimuda. Seetõttu piirdub vere hüübimisprotsess ainult selle vereringe osaga, kus selline initsiaator ilmub;

2) vere hüübimise algstaadiumis mõjuvad tegurid on vajalikud väga väikestes kogustes. Kaskaadi igal lülil korrutatakse nende mõju ( võimendatud), mis lõpuks annab kahjustustele kiire reageerimise.

Normaalsetes tingimustes on olemas sisemised ja välised vere hüübimisrajad. Sisemine tee tekib kokkupuutel ebatüüpilise pinnaga, mis viib algselt veres esinevate tegurite aktiveerumiseni. Väline tee koagulatsiooni käivitavad ühendid, mida tavaliselt veres ei esine, kuid mis satuvad sinna koekahjustuse tagajärjel. Mõlemad mehhanismid on vajalikud vere hüübimisprotsessi normaalseks kulgemiseks; need erinevad ainult algstaadiumis ja seejärel ühinevad ühine tee mis põhjustab fibriini trombi moodustumist.

30.7.2. Protrombiini aktiveerimise mehhanism. Mitteaktiivne trombiini prekursor - protrombiin - sünteesitakse maksas. Selle sünteesis osaleb vitamiin K. Protrombiin sisaldab haruldase aminohappe – γ-karboksüglutamaadi jääke, lühendatult Gla). Protrombiini aktiveerimise protsessis osalevad trombotsüütide fosfolipiidid, Ca2 + ioonid ja hüübimisfaktorid Va ja Xa. Aktiveerimismehhanism on esitatud järgmiselt (joonis 8).

Joonis 8. Protrombiini aktiveerimise skeem trombotsüütidel (R. Murri et al., 1993).

Veresoonte kahjustus põhjustab vereliistakute koostoimet veresoonte seina kollageenkiududega. See põhjustab trombotsüütide hävimist ja hõlbustab negatiivselt laetud fosfolipiidimolekulide vabanemist trombotsüütide plasmamembraani siseküljelt väljapoole. Negatiivselt laetud fosfolipiidrühmad seovad Ca2+ ioone. Ca2 + ioonid omakorda interakteeruvad protrombiini molekulis γ-karboksüglutamaadi jääkidega. See molekul on fikseeritud trombotsüütide membraanile soovitud orientatsioonis.

Trombotsüütide membraan sisaldab ka Va faktori retseptoreid. See tegur seondub membraaniga ja kinnitab faktori Xa. Faktor Xa on proteaas; see lõhustab teatud kohtades protrombiini molekuli, mille tulemusena tekib aktiivne trombiin.

30.7.3. Fibrinogeeni muundamine fibriiniks. Fibrinogeen (faktor I) on lahustuv plasma glükoproteiin, mille molekulmass on umbes 340 000. Seda sünteesitakse maksas. Fibrinogeeni molekul koosneb kuuest polüpeptiidahelast: kaks A-α-ahelat, kaks B-β-ahelat ja kaks γ-ahelat (vt joonis 9). Fibrinogeeni polüpeptiidahelate otsad on negatiivselt laetud. Selle põhjuseks on suure hulga glutamaadi ja aspartaadi jääkide olemasolu Aa- ja Bb-ahela N-terminaalsetes piirkondades. Lisaks sisaldavad Bb-ahelate B-piirkonnad haruldase aminohappe türosiin-O-sulfaadi jääke, mis on samuti negatiivselt laetud:

See soodustab valgu lahustuvust vees ja takistab selle molekulide agregatsiooni.

Joonis 9. Fibrinogeeni struktuuriskeem; nooled näitavad trombiini poolt hüdrolüüsitud sidemeid. R. Murry et al., 1993).

Fibrinogeeni muundamine fibriiniks katalüüsib trombiin (tegur IIa). Trombiin hüdrolüüsib fibrinogeenis neli peptiidsidet: kaks sidet A α ahelates ja kaks sidet B β ahelates. Fibrinopeptiidid A ja B lõhustatakse fibrinogeeni molekulist ja moodustub fibriini monomeer (selle koostis on α2 β2 γ2). Fibriini monomeerid on vees lahustumatud ja assotsieeruvad üksteisega kergesti, moodustades fibriini trombi.

Fibriini trombi stabiliseerumine toimub ensüümi toimel transglutaminaas (faktor XIIIa). Seda faktorit aktiveerib ka trombiin. Transglutaminaasi ristsidemed fibriini monomeeride vahel, kasutades kovalentseid isopeptiidsidemeid.

30.8. Erütrotsüütide metabolismi tunnused.

30.8.1. Erütrotsüüdid - kõrgelt spetsialiseerunud rakud, mille põhiülesanne on hapniku transportimine kopsudest kudedesse. Erütrotsüütide eluiga on keskmiselt 120 päeva; nende hävitamine toimub retikulo-endoteliaalsüsteemi rakkudes. Erinevalt enamikust keharakkudest puudub erütrotsüüdil rakutuum, ribosoomid ja mitokondrid.

30.8.2. Energiavahetus. Erütrotsüütide peamine energiasubstraat on glükoos, mis pärineb hõlbustatud difusiooni teel vereplasmast. Umbes 90% erütrotsüütide kasutatavast glükoosist puutub kokku glükolüüs(anaeroobne oksüdatsioon) koos lõpptoote - piimhappe (laktaadi) moodustumisega. Pidage meeles funktsioone, mida glükolüüs küpsetes erütrotsüütides täidab:

1) tekib glükolüüsi reaktsioonides ATF tee substraadi fosforüülimine ... ATP kasutamise põhisuund erütrotsüütides on Na +, K + -ATPaasi töö tagamine. See ensüüm transpordib Na + ioonid erütrotsüütidest vereplasmasse, takistab Na + kuhjumist erütrotsüütides ja aitab säilitada nende vererakkude geomeetrilist kuju (kaksinõgus ketas).

2) dehüdrogeenimisreaktsioonis glütseraldehüüd-3-fosfaat moodustub glükolüüsi käigus NADH... See koensüüm on ensüümi kofaktor methemoglobiini reduktaas osalemine methemoglobiini hemoglobiiniks taastamisel vastavalt järgmisele skeemile:

See reaktsioon takistab methemoglobiini kogunemist punastesse verelibledesse.

3) glükolüüsi metaboliit 1, 3-difosfoglütseraat võimeline ensüümi osalusel difosfoglütseraadi mutaas 3-fosfoglütseraadi juuresolekul muutuvad 2, 3-difosfoglütseraat:

2,3-difosfoglütseraat osaleb hemoglobiini afiinsuse reguleerimises hapniku suhtes. Selle sisaldus erütrotsüütides suureneb hüpoksiaga. 2,3-difosfoglütseraadi hüdrolüüsi katalüüsib ensüüm difosfoglütseraadi fosfataas.

Ligikaudu 10% erütrotsüütide poolt tarbitavast glükoosist kasutatakse pentoosfosfaadi oksüdatsioonirajas. Selle raja reaktsioonid on erütrotsüütide peamine NADPH allikas. See koensüüm on vajalik oksüdeeritud glutatiooni (vt 30.8.3) muutmiseks redutseeritud vormiks. Pentoosfosfaadi raja võtmeensüümi puudulikkus - glükoos-6-fosfaatdehüdrogenaas - millega kaasneb NADPH / NADP + suhte vähenemine erütrotsüütides, glutatiooni oksüdeeritud vormi sisalduse suurenemine ja rakkude resistentsuse vähenemine (hemolüütiline aneemia).

30.8.3. Mehhanismid reaktiivsete hapnikuliikide neutraliseerimiseks erütrotsüütides. Molekulaarne hapnik võib teatud tingimustel muutuda aktiivseteks vormideks, mille hulka kuuluvad superoksiidi anioon О2 -, vesinikperoksiid Н2 О2, hüdroksüülradikaal ОН. ja singletthapnik 1 О2. Need hapniku vormid on väga reaktiivsed, võivad kahjustada bioloogiliste membraanide valke ja lipiide ning põhjustada rakkude hävimist. Mida suurem on O2 sisaldus, seda rohkem moodustuvad selle aktiivsed vormid. Seetõttu sisaldavad erütrotsüüdid, mis pidevalt hapnikuga suhtlevad, tõhusaid antioksüdante, mis on võimelised neutraliseerima aktiivseid hapniku metaboliite.

Antioksüdantide süsteemide oluline komponent on tripeptiid glutatioon, moodustub erütrotsüütides γ-glutamüültsüsteiini ja glütsiini koostoime tulemusena:

Glutatiooni redutseeritud vorm (lühendatud tähis G-SH) osaleb vesinikperoksiidi ja orgaaniliste peroksiidide (R-O-OH) neutraliseerimises. See tekitab vett ja oksüdeeritud glutatiooni (lühendatud nimetus G-S-S-G).

Oksüdeeritud glutatiooni muundamine redutseeritud glutatiooniks katalüüsib ensüümi glutatioonreduktaas. Vesinikuallikas – NADPH (pentoosfosfaadi rajast, vt 30.8.2):

Erütrotsüüdid sisaldavad ka ensüüme superoksiidi dismutaas ja katalaas teostab järgmisi transformatsioone:

Antioksüdandisüsteemid on erütrotsüütide jaoks eriti olulised, kuna valgud ei uuene erütrotsüütide sünteesi teel.