BIOCHIMIA NUTRIȚIONALĂ

Peptide

Conțin de la trei până la câteva zeci de reziduuri de aminoacizi. Ele funcționează numai în părțile superioare ale sistemului nervos.

Aceste peptide, precum catecolaminele, îndeplinesc funcția nu numai a neurotransmițătorilor, ci și a hormonilor. Ei transmit informații de la celulă la celulă prin sistemul de circulație. Acestea includ:

a) Hormoni neurohipofizari (vasopresină, liberine, statine). Aceste substanțe sunt atât hormoni, cât și mediatori.

b) Peptide gastrointestinale (gastrina, colecistochinină). Gastrina induce foamea, colecistochinina induce sațietatea și, de asemenea, stimulează contracția vezicii biliare și funcția pancreatică.

c) Peptide asemănătoare opiaceelor ​​(sau peptide pentru calmarea durerii). Format prin reacții de proteoliză limitată a proteinei precursoare de proopiocortină. Interacționează cu aceiași receptori ca și opiaceele (de exemplu, morfina), imitând astfel acțiunea lor. Denumirea comună - endorfine - provoacă ameliorarea durerii. Ele sunt ușor distruse de proteinaze, astfel încât efectul lor farmacologic este neglijabil.

d) Peptidele somnului. Natura lor moleculară nu a fost stabilită. Se știe doar că administrarea lor la animale induce somnul.

e) Peptide de memorie (scotofobina). Se acumulează în creierul șobolanilor în timpul antrenamentului pentru a evita întunericul.

f) Peptidele sunt componente ale sistemului RAAS. S-a demonstrat că introducerea angiotensinei-II în centrul de sete al creierului provoacă această senzație și stimulează secreția de hormon antidiuretic.

Formarea peptidelor are loc ca urmare a reacțiilor de proteoliză limitată, ele fiind, de asemenea, distruse sub acțiunea proteinazelor.

O masă completă trebuie să conțină:

1. SURSE DE ENERGIE (GHIDRATII, GRASIMI, PROTEINE).

2. AMINOACIZI ESENTIAL.

3. ACIZI GRAȘI ESENTIALI.

4. VITAMINE.

5. ACIZI INORGANICI (MINERALI).

6. FIBRA

SURSE DE ENERGIE.

Carbohidrații, grăsimile și proteinele sunt macronutrienți. Consumul lor depinde de inaltimea, varsta si sexul persoanei si este determinat in grame.

Carbohidrați constituie principala sursă de energie în alimentația umană – cea mai ieftină hrană. În țările dezvoltate, aproximativ 40% din aportul de carbohidrați provine din zaharuri rafinate, iar 60% din amidon. În țările mai puțin dezvoltate, ponderea amidonului este în creștere. Carbohidrații formează cea mai mare parte a energiei din corpul uman.

Grasimi este una dintre principalele surse de energie. Ele sunt digerate în tractul gastrointestinal (TGI) mult mai lent decât carbohidrații, astfel încât contribuie mai bine la senzația de sațietate. Trigliceridele de origine vegetală nu sunt doar o sursă de energie, ci și acizi grași esențiali: linoleic și linolenic.

Veverițe- functia energetica nu este cea principala pentru ei. Proteinele sunt surse de aminoacizi esentiali si neesentiali, precum si precursori ai substantelor biologic active din organism. Cu toate acestea, atunci când aminoacizii sunt oxidați, se generează energie. Deși este mic, face parte din dieta energetică.

Cuprins pentru subiectul „Artropode. Chordate.”:

Studiul chimiei organismelor vii, i.e. biochimie, este strâns legat de dezvoltarea rapidă generală a biologiei în secolul al XX-lea. Importanța biochimiei este că oferă o înțelegere fundamentală a fiziologiei, cu alte cuvinte, o înțelegere a modului în care funcționează sistemele biologice.

Aceasta, la rândul său, își găsește aplicație în agricultură (crearea de pesticide, erbicide etc.); în medicină (inclusiv întreaga industrie farmaceutică); în diverse industrii de fermentație care ne furnizează o gamă largă de produse, inclusiv produse de panificație; în cele din urmă, în tot ceea ce este legat de alimentație și nutriție, adică în dietetică, în tehnologia producerii alimentelor și în știința depozitării lor. cu biochimia legate de apariția unui număr de noi domenii promițătoare în biologie, cum ar fi ingineria genetică, biotehnologia sau o abordare moleculară a studiului bolilor genetice.

Biochimie joacă, de asemenea, un rol unificator important în biologie. Când luăm în considerare organismele vii la nivel biochimic, nu atât diferențele dintre ele sunt cele mai izbitoare, ci asemănările lor.

Elemente găsite în organismele vii

Elemente găsite în organismele vii

Aproximativ 100 se găsesc în scoarța terestră. elemente chimice, dar doar 16 dintre ele sunt necesare vieții. Cele mai frecvente în organismele vii (în ordinea descrescătoare a numărului de atomi) sunt patru elemente: hidrogen, carbon, oxigen și azot.

Ele reprezintă mai mult de 90% atât din masă, cât și din numărul de atomi care alcătuiesc toate organismele vii. Cu toate acestea, în primul pământesc patru locuri în prevalență ocupă oxigen, siliciu, aluminiu și sodiu. semnificație biologică hidrogenul, oxigenul, azotul și carbonul se datorează în principal valenței lor, respectiv 1, 2, 3 și 4, precum și capacității lor de a forma legături covalente mai puternice decât alte elemente cu aceeași valență.

Sisteme de elemente biologice (biochimice).

Se știe că construcția și funcționarea dispozitivelor de informare complexe se bazează pe utilizarea unor unități și elemente tipice unificate. De exemplu, toate procesele informaționale din tehnologia digitală se bazează pe utilizarea diferitelor elemente logice standard care îndeplinesc funcții logice elementare și cele mai simple acțiuni de conversie a informațiilor binare. Elementele logice sunt folosite atât pentru construirea de circuite electronice, cât și pentru procesarea informațiilor binare. DAR baza teoreticaîn analiza circuitelor de comutare sunt legile și principiile algebrei logicii. În algebra logicii se consideră variabile care pot lua doar două valori: 1 și 0. Structurile tipice ale circuitelor integrate logice, de regulă, se bazează pe elemente care efectuează operații - ȘI, SAU, ȘI-NU, SAU- NU. Toate dispozitivele digitale arbitrar complexe ale tehnologiei microelectronice sunt construite pe baza unor elemente logice care implementează cele mai simple operații și funcții logice ale aritmeticii binare. Elementele de bază sunt un fel de clădiri și unități funcționale și sunt utilizate atât în ​​proiectarea, cât și în construcția sistemelor informatice digitale. Ele implementează un set complet funcțional de operații logice, astfel încât atunci când le utilizați, puteți obține o funcție logică de orice complexitate. Mai mult, fiecare circuit logic tipic al elementului este realizat pe baza unor componente fizice separate - tranzistoare, rezistențe, condensatoare și diode.

În mod surprinzător, aceleași modele sunt observate atunci când se consideră sisteme moleculare vii. Sistemele moleculare vii au, de asemenea, propria lor bază unificată de elemente biologice (biochimice). Prin urmare, aici este posibilă și o abordare generalizată, bazată pe utilizarea unor molecule organice simple (monomeri), care joacă rolul de elemente constitutive ale diferitelor molecule și structuri biologice. Iar baza „teoretică și tehnologică” pentru aplicarea bazei moleculare sunt legile și principiile sale universale, care, prin analogie adecvată, pot fi atribuite legilor „logicii biochimice moleculare”. Logica biochimică prevede, de asemenea, un astfel de concept ca „element biologic molecular”. Acest fapt ne amintește încă o dată că orice celulă vie este un sistem informațional. Prin urmare, pentru a înțelege modelele funcționării sale, ar trebui să se ocupe în primul rând de baza elementară a formei vii a materiei și de principiile și regulile de utilizare a acesteia. Acesta este subiectul principal al acestui articol.

Se știe că toate organismele vii constau din aceleași blocuri moleculare - un set standard de mai mult de trei duzini de elemente biochimice (biologice) tipice: nucleotide, aminoacizi, zaharuri simple, acizi grași etc. Numărul acestor monomeri este mic. și au aceeași structură în toate tipurile de organisme. Mai mult, fiecare element separat reprezintă și cea mai simplă schemă, ale cărei componente structurale pot fi mai multe elemente chimice - hidrogen, oxigen, carbon, azot, fosfor și sulf.

Și prezența anumitor grupări atomice funcționale tipice, grupuri laterale și atomi în compoziția fiecărui element face posibilă prezicerea nu numai a comportamentului acestuia în reacțiile chimice, ci și a prevedea rolul structural și informațional pe care elementul îl va juca în compoziție. a macromoleculei.

Astfel, sistemele vii în construcția diferitelor molecule și structuri biologice folosesc propriile elemente moleculare speciale, foarte specifice. Aceste elemente (ca parte a materiei vii) implementează un set complet funcțional de funcții și operații biochimice elementare, prin urmare, atunci când le folosesc, fauna sălbatică poate obține o funcție biologică de orice complexitate. În același timp, desigur, există atât o analogie, cât și diferențe semnificative între bazele elementare tehnice și biologice și tehnologiile pentru aplicarea lor.

De exemplu, microcipurile dispozitivelor tehnice pot consta din sute, mii sau mai multe elemente logice de mai multe tipuri, interconectate într-un mod adecvat. Macromoleculele biologice pot consta, de asemenea, din sute, mii sau mai multe elemente biochimice de mai multe tipuri, care sunt legate covalent între ele și plasate în lanțuri de biomolecule sub forma unei secvențe poziționale liniare. Diferența constă și în faptul că sistemele vii folosesc propriile principii și metode pentru codificarea, transmiterea și implementarea informațiilor și diferă de sistemele tehnice nu numai în purtătorul de substrat, ci și în metodele de prezentare a informațiilor.

Mai mult, dacă un element logic din tehnologia digitală este cel mai simplu convertor de informații binare, atunci fiecare element biologic dintr-un sistem viu joacă însuși rolul unei unități structurale și funcționale informaționale elementare. În sistemele tehnice și biologice, mesajele informaționale sunt realizate sub diferite forme. În dispozitivele tehnice se folosesc semnalele elementare 1 și 0 ale codului binar. Adică, doar două caractere digitale sunt folosite pentru a transmite mesaje informative. De obicei simbolul 1 corespunde potențialului nivel inalt, simbol 0 - scăzut. Codurile binare sunt utilizate pe scară largă în principal datorită implementării hardware relativ simple a operațiilor logice și a operațiilor aritmetice, precum și a dispozitivelor pentru transmiterea și stocarea mesajelor. Aici, fiecare element logic servește la cele mai simple transformări ale informațiilor binare, adică la transformarea caracterelor binare. Astfel, în dispozitivele tehnice se folosește o metodă hardware de conversie a informațiilor.

Cu toate acestea, în sisteme biologice, - împreună cu metoda hardware de conversie a informațiilor, se folosește și metoda informațională de construire și conversie a hardware-ului în sine. Aceasta este o caracteristică unică a proceselor informaționale din sistemele moleculare vii.

Mai mult, unitatea de informare este însuși elementul biochimic, care este litera sau simbolul informației. Prin urmare, cu ajutorul literelor și simbolurilor chimice (elemente), sistemul hardware al celulei este construit și, în același timp, informațiile programului sunt scrise în structurile acesteia. Adică, în prima etapă, mesajele informaționale sunt transmise printr-o secvență pozițională fixă ​​de litere sau simboluri în lanțuri „liniare” de molecule biologice. Aceasta înseamnă că dacă într-un sistem tehnic se folosește doar o metodă hardware de transformare a informațiilor, atunci într-un sistem biologic molecular, cu ajutorul informațiilor genetice și a bazei elementare, se construiesc și se transformă mai întâi diverse biomolecule și structuri și abia apoi acestea. mijloacele pot participa la diferite procese de informare. În acest sens, partea hardware a celulei devine purtătorul și implementatorul software-ului corespunzător și al informațiilor biologice moleculare.

Se dovedește că, dacă într-un sistem tehnic dispozitivul este un convertor de simboluri informaționale, atunci într-o celulă vie este invers - literele moleculare și simbolurile organizate în diverse secvențe moleculare de mesaje informaționale acționează în sine ca convertoare ale hardware-ului. Mai mult, funcțiile biomoleculelor sunt complet determinate de funcțiile elementare ale elementelor biologice constitutive ale acestora (litere sau simboluri), adică informații. Și fiecare element din compoziția unei biomolecule interacționează întotdeauna cu alte elemente sau molecule de apă conform unor principii și reguli speciale, care pot fi numite legi ale logicii biochimice moleculare. Prin urmare bio elemente chimice aici, aparent, devin și acele elemente de program cu ajutorul cărora se construiesc algoritmi pentru comportamentul funcțional al diferitelor molecule și structuri biologice. Astfel, pentru a modifica orientarea funcțională a activității celulei - într-o anumită măsură, cu ajutorul unor noi mesaje informaționale, este necesară modificarea parțială a sistemului hardware al acesteia. Schimbarea sistemului hardware este, desigur, asociată cu sinteza de noi biomolecule și cu distrugerea celor vechi care și-au servit timpul și și-au îndeplinit sarcina. Prin urmare, după îndeplinirea funcțiilor sale, fiecare biomoleculă este împărțită în unități structurale și informaționale elementare, care pot fi din nou implicate în procesele informaționale. Informația folosită este, parcă, ștearsă și eliminată, iar literele sau simbolurile individuale care o alcătuiesc, adică „fontul biologic molecular” se prăbușește pentru a fi refolosite în noi mesaje informaționale sau alte procese celulare. Aceasta este principala caracteristică distinctivă a transferurilor de informații în sistemele biologice moleculare.

O celulă vie este economică în orice. Dacă ne amintim că literele și simbolurile (elementele) chimice sunt construite pe baza atomilor individuali și a grupurilor atomice, atunci ne putem imagina ce cantitate colosală de informații este stocată în memoria genetică și circulă într-o celulă vie, ale cărei dimensiuni au uneori o lungime de sutimi de milimetru. De exemplu, un zigot conține toate informațiile necesare dezvoltării unui întreg organism.

Pentru a schimba acțiunile de control, celula trebuie să actualizeze în mod constant mesajele de informații, ceea ce, în consecință, duce la o actualizare a hardware-ului celulei. Prin urmare, într-o celulă vie există o mișcare constantă a informațiilor și materiei. Pe de o parte, există un proces de procesare și actualizare a informațiilor de control și, prin urmare, enzime și alte molecule de proteine, pe de altă parte, acest lucru duce la o schimbare a proceselor controlate chimic care sunt efectuate de enzime.

Dacă este necesar, aceste procese sunt susținute de circulația dozei de energie chimică sub formă de ATP.

Se poate observa că pentru a construi diferite clase de compuși macromoleculari, precum acizi nucleici, proteine, polizaharide sau lipide, o celulă vie folosește diferite sisteme (alfabete) de elemente biochimice. Rețineți că din punct de vedere informațional, aceste clase de molecule biologice nu sunt altceva decât tipuri și forme diferite de informații moleculare. Prin urmare, pentru a reprezenta informația moleculară în diferitele sale tipuri și forme în sistemele vii, există sisteme de elemente biologice de diferite tipuri:

• 1) nucleotide, - un sistem de elemente biochimice structurale, funcționale și informaționale ale ADN și ARN (alfabet acizi nucleici);
• 2) aminoacizi - un sistem de elemente structurale, funcționale și informaționale ale proteinelor (alfabetul moleculelor de proteine), pentru care există un cod genetic sub forma unui trio de nucleotide;
• 3) zaharuri simple - elemente structurale si functionale si simboluri informative (alfabet) ale polizaharidelor;
• 4) acizi grași, - elemente structurale și funcționale și simboluri informaționale (alfabet) ale lipidelor etc.

O identificare și o clasificare mai clară a elementelor biologice, după toate probabilitățile, ar trebui să fie tratate de o disciplină separată, cum ar fi „informatica biologică moleculară”.

Prezența sistemelor de elemente biochimice moleculare (monomeri) într-o celulă vie simplifică foarte mult procesele de construire a diferitelor clase de macromolecule și componente structurale, crește fabricabilitatea fabricării lor și, în același timp, le extinde capacitățile funcționale și informaționale.

După cum putem observa, fiecare set de tip este organizat în propriul sistem de elemente, care are caracteristici biochimice, structurale și tehnologice comune, formează legături de același tip între elemente care sunt compatibile în parametrii lor fizico-chimici. Practic, toate componentele structurale și funcționale ale unei celule vii sunt construite din aceste elemente moleculare în diferite combinații, compoziție și secvență. Trebuie remarcat faptul că fiecare sistem de elemente biochimice dintr-o celulă este un alfabet separat și se caracterizează prin propria sa metodă de codare, precum și prin tipul și forma de reprezentare a informațiilor biologice moleculare. Aceasta, în consecință, este cauza principală a apariției diferitelor clase și a unei mari varietăți de molecule biologice în sistemele vii.

În mod surprinzător, este un fapt - toată viața de pe Pământ, de la o bacterie nesemnificativă la o persoană, constă din aceleași blocuri de construcție - un set standard de mai mult de trei duzini de elemente biologice (biochimice) funcționale tipice.

Acest set unic include:

• 1) opt nucleotide, - „patru dintre ele joacă rolul de unități codificatoare ADN, iar celelalte patru sunt folosite pentru înregistrarea informațiilor în structura ARN”;
• 2) douăzeci de aminoacizi standard diferiți care sunt codificați în ADN și servesc pentru construcția matricei a moleculelor de proteine;
• 3) mai mulți acizi grași - un număr relativ mic de molecule organice standard simple care servesc la construirea lipidelor;

4) strămoșii majorității polizaharidelor sunt mai multe zaharuri simple (monozaharide).

Toate aceste elemente au fost selectate în cursul evoluției datorită caracterului lor unic pentru a îndeplini diferite funcții chimice, energetice, moleculare, informaționale și alte funcții biologice în celulele vii.

După cum putem vedea, baza fiecărui sistem sunt elementele sale biologice moleculare (biochimice) individuale. Și pe bază diverse sisteme elemente biologice, - alfabete moleculare, diverse macromolecule celulare - pot fi „proiectate” ADN, ARN, proteine, polizaharide și lipide. Prin urmare, baza elementară sunt acele sisteme de elemente biochimice, cu ajutorul cărora o celulă vie este capabilă să construiască diverse molecule și structuri biologice prin intermediul informațiilor și apoi, folosind aceste mijloace, să realizeze orice functii biologiceși transformări chimice.

„Schemele structurale” ale elementelor moleculare de bază, proprietățile și caracteristicile lor naturale sunt destul de clar luate în considerare și prezentate în diverse manuale de biochimie. Sarcina noastră este să acordăm mai multă atenție aspectelor informaționale ale utilizării unor astfel de unități biochimice.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Foloseste formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Găzduit la http://www.allbest.ru

Rezumat pe subiect:

„Componentele biochimice ale vieții”

Introducere

Chimia modernă este un complex larg de științe, format treptat în cursul dezvoltării sale istorice îndelungate. Cunoașterea practică a omului cu procesele chimice datează din cele mai vechi timpuri. Timp de multe secole, explicația teoretică a proceselor chimice s-a bazat pe filosofia naturală a calităților elementului. Într-o formă modificată, a servit drept bază pentru alchimie, care a apărut în jurul secolelor III-IV. ANUNȚ și străduindu-se să rezolve problema conversiei metalelor comune în metale nobile. Neavând succes în rezolvarea acestei probleme, alchimiștii, totuși, au dezvoltat o serie de metode pentru studierea substanțelor, au descoperit unii compuși chimici, care au contribuit într-o anumită măsură la apariția chimiei științifice.

Vedere chimică a naturii, originilor și stării actuale

Chimia este integrată activ cu alte științe, rezultând apariția biochimiei, biologiei moleculare, cosmochimiei, geochimiei, biogeochimiei. Primul studiază procesele chimice în organismele vii, geochimia - modelele de comportament ale elementelor chimice din scoarța terestră. Biogeochimia este știința proceselor de mișcare, distribuție, dispersie și concentrare a elementelor chimice în biosferă cu participarea organismelor. Fondatorul biogeochimiei este V.I. Vernadsky. Cosmochimia studiază compoziția chimică a materiei din Univers, abundența și distribuția ei între corpurile cosmice individuale.

O întărire bruscă a relației dintre chimie și biologie a avut loc ca urmare a creării lui A.M.

Teoria lui Butlerov a structurii chimice a compușilor organici. Ghidați de această teorie, chimiștii organici au intrat în competiție cu natura. Generațiile ulterioare de chimiști au dat dovadă de o mare ingeniozitate, muncă, imaginație și căutare creativă pentru o sinteză direcționată a materiei.

Dezvoltarea progresivă a științei în secolul al XIX-lea, care a condus la descoperirea structurii atomului și la o cunoaștere detaliată a structurii și compoziției celulei, a deschis oportunități practice pentru chimiști și biologi de a lucra împreună la problemele chimice ale doctrina celulei, asupra întrebărilor despre natura proceselor chimice din țesuturile vii, asupra condiționalității funcțiilor biologice.reacții chimice.

Dacă te uiți la metabolismul din organism din punct de vedere pur chimic, așa cum A.I. Oparin, vom vedea un set de un număr mare de reacții chimice relativ simple și uniforme care se combină între dobey în timp, nu se desfășoară aleatoriu, ci într-o secvență strictă, rezultând în formarea de lanțuri lungi de reacții. Și această ordine este în mod firesc îndreptată către autoconservarea și auto-reproducția constantă a întregului sistem viu ca întreg în condițiile de mediu date.

Într-un cuvânt, proprietăți specifice ale viețuitoarelor, cum ar fi creșterea, reproducerea, mobilitatea, excitabilitatea, capacitatea de a răspunde la schimbările din mediul extern, sunt asociate cu anumite complexe de transformări chimice.

Semnificația chimiei printre științele care studiază viața este excepțional de mare. Chimia a fost cea care a relevat rolul cel mai important al clorofilei ca bază chimică a fotosintezei, hemoglobina ca bază a procesului de respirație, a fost stabilită natura chimică a transmiterii excitației nervoase, a fost determinată structura acizilor nucleici etc. Dar principalul lucru este că, în mod obiectiv, mecanismele chimice stau la baza proceselor biologice, a funcțiilor viețuitoarelor. Toate funcțiile și procesele care au loc într-un organism viu pot fi exprimate în limbajul chimiei, sub forma unor procese chimice specifice.

Desigur, ar fi greșit să reducem fenomenele vieții la procese chimice. Aceasta ar fi o simplificare mecanică grosolană. Și o dovadă clară a acestui lucru este specificul proceselor chimice din sistemele vii în comparație cu cele nevii. Studiul acestui specific dezvăluie unitatea și interrelația dintre formele chimice și biologice ale mișcării materiei. Alte științe care au apărut la intersecția dintre biologie, chimie și fizică vorbesc despre același lucru: biochimia este știința metabolismului și a proceselor chimice din organismele vii; chimie bioorganică - știința structurii, funcțiilor și modalităților de sinteză a compușilor care alcătuiesc organismele vii; biologia fizică și chimică ca știință a funcționării sistemelor complexe de transmitere a informațiilor și a reglementării proceselor biologice la nivel molecular, precum și biofizica, chimia biofizică și biologia radiațiilor.

Realizările majore ale acestui proces au fost identificarea produselor chimice ale metabolismului celular (metabolismul la plante, animale, microorganisme), stabilirea căilor biologice și a ciclurilor de biosinteză a acestor produse; s-a realizat sinteza lor artificială, s-a făcut descoperirea fundamentelor materiale ale mecanismului molecular de reglare și ereditar și a fost clarificată în mare măsură semnificația proceselor chimice, a proceselor energetice ale celulei și ale organismelor vii în general.

Acum, pentru chimie, devine deosebit de importantă aplicarea principiilor biologice, în care se concentrează experiența adaptării organismelor vii la condițiile Pământului de-a lungul multor milioane de ani, experiența creării celor mai avansate mecanisme și procese. Există deja anumite realizări pe această cale.

În urmă cu mai bine de un secol, oamenii de știință și-au dat seama că baza eficienței excepționale a proceselor biologice este biocataliza. Prin urmare, chimiștii și-au stabilit obiectivul de a crea o nouă chimie bazată pe experiența catalitică a naturii vii. În el va apărea un nou control al proceselor chimice, unde se vor aplica principiile sintezei moleculelor similare, se vor crea catalizatori pe principiul enzimelor cu o asemenea varietate de calități care le vor depăși cu mult pe cele existente în industria noastră.

În ciuda faptului că enzimele au proprietăți comune inerente tuturor catalizatorilor, totuși, ele nu sunt identice cu aceștia din urmă, deoarece funcționează în sistemele vii. Prin urmare, toate încercările de a folosi experiența naturii vii pentru a accelera procesele chimice din lumea anorganică se confruntă cu limitări serioase. Până acum, putem vorbi doar despre modelarea unora dintre funcțiile enzimelor și utilizarea acestor modele pentru analiza teoretică a activității sistemelor vii, precum și aplicarea practică parțială a enzimelor izolate pentru accelerarea unor reacții chimice.

Aici, cea mai promițătoare direcție, evident, este cercetarea axată pe aplicarea principiilor biocatalizei în chimie și tehnologie chimică, pentru care este necesar să se studieze întreaga experiență catalitică a naturii vii, inclusiv experiența formării enzimei în sine, a celulei și chiar a organismului.

Teoria autodezvoltării sistemelor catalitice deschise elementare, prezentată în cea mai generală formă de profesorul A.P. Rudenko în 1964, este o teorie generală a evoluției chimice și a biogenezei. Ea rezolvă întrebări despre forţe motriceși mecanismele procesului evolutiv, adică legile evoluției chimice, selecția elementelor și structurilor și cauzalitatea acestora, înălțimea organizării chimice și a ierarhiei sisteme chimice ca o consecinţă a evoluţiei.

Miezul teoretic al acestei teorii este poziția conform căreia evoluția chimică este o auto-dezvoltare a sistemelor catalitice și, prin urmare, catalizatorii sunt substanța în evoluție. În cursul reacției, există o selecție naturală a acelor centri catalitici care au cea mai mare activitate. Autodezvoltarea, autoorganizarea și autocomplicarea sistemelor catalitice apar datorită afluxului constant de energie transformabilă. Și întrucât principala sursă de energie este reacția de bază, sistemele catalitice care se dezvoltă pe baza reacțiilor exoterme primesc avantaje evolutive maxime. Prin urmare, reacția de bază nu este doar o sursă de energie, ci și un instrument pentru selectarea celor mai progresive modificări evolutive ale catalizatorilor.

Dezvoltând aceste opinii, A.P. Rudenko a formulat legea de bază a evoluției chimice, conform căreia acele căi ale modificărilor evolutive ale catalizatorului se formează cu cea mai mare viteză și probabilitate, pe care are loc creșterea maximă a activității sale absolute.

O consecință practică a teoriei autodezvoltării sistemelor catalitice deschise este așa-numita „tehnologie non-staționară”, adică tehnologia cu condiții de reacție în schimbare. Astăzi, cercetătorii ajung la concluzia că regimul staționar, a cărui stabilizare fiabilă părea a fi cheia eficienței ridicate a procesului industrial, este doar un caz special al regimului non-staționar. Totodată, s-au găsit multe regimuri nestaţionare care contribuie la intensificarea reacţiei.

În prezent, perspectivele apariției și dezvoltării unei noi chimie sunt deja vizibile, pe baza căreia se vor crea tehnologii industriale cu deșeuri reduse, fără deșeuri și cu economie de energie.

Astăzi, chimiștii au ajuns la concluzia că, folosind aceleași principii pe care se construiește chimia organismelor, în viitor (fără a repeta exact natura) se va putea construi o chimie fundamental nouă, un nou control al proceselor chimice, unde se vor aplica principiile sintezei moleculelor similare. Se are în vedere realizarea unor convertoare care să utilizeze lumina solară cu eficiență ridicată, transformând-o în energie chimică și electrică, precum și energia chimică în lumină de mare intensitate.

Pentru a stăpâni experiența catalitică a naturii vii și pentru a implementa cunoștințele dobândite în producția industrială, chimiștii au subliniat o serie de modalități promițătoare.

Primul - dezvoltarea cercetării în domeniul catalizei complexe metalice cu accent pe obiectele corespunzătoare ale faunei sălbatice. Această cataliză este îmbogățită prin metodele utilizate de organismele vii în reacțiile enzimatice, precum și prin metodele clasice de cataliză heterogenă.

A doua cale este de a modela biocatalizatori. În prezent, datorită selecției artificiale a structurilor, s-au putut construi modele ale multor enzime caracterizate prin activitate și selectivitate ridicate, uneori aproape la fel cu cea a originalelor, sau cu o simplitate mai mare a structurii.

Cu toate acestea, modelele obținute până acum nu sunt capabile să înlocuiască biocatalizatorii naturali ai sistemelor vii. În această etapă a dezvoltării cunoștințelor chimice, această problemă este extrem de dificil de rezolvat. Enzima este izolată dintr-un sistem viu, se determină structura sa, este introdusă în reacție pentru a îndeplini funcții catalitice. Dar funcționează pentru scurt timp și se prăbușește rapid, deoarece este izolat de ansamblu, de celulă. O celulă întreagă cu tot aparatul ei enzimatic este un obiect mai important decât un singur detaliu izolat de ea.

a treia cale la dezvoltarea mecanismelor laboratorului naturii vii este asociată cu realizările chimiei sistemelor imobilizate. Esența imobilizării este fixarea enzimelor izolate dintr-un organism viu pe o suprafață solidă prin adsorbție, care le transformă într-un catalizator eterogen și îi asigură stabilitatea și funcționarea continuă.

A patra cale în dezvoltarea cercetării axate pe aplicarea principiilor biocatalizei în chimie și tehnologia chimică, se caracterizează prin stabilirea celei mai largi sarcini - studiul și dezvoltarea întregii experiențe catalitice a naturii vii, inclusiv formarea unei enzime, o celulă și chiar un organism. Acesta este stadiul în care se află bazele chimiei evolutive ca știință eficientă cu funcțiile sale de lucru. Oamenii de știință susțin că aceasta este o mișcare a științei chimice către o tehnologie chimică fundamental nouă, cu perspectiva creării de analogi ai sistemelor vii. Rezolvarea acestei probleme va ocupa cel mai important loc în crearea chimiei viitorului.

Elemente chimice din corpul uman

element catalitic de biocataliză chimică

Toate organismele vii de pe Pământ, inclusiv oamenii, sunt în contact strâns cu mediu inconjurator. Alimentele și apa de băut contribuie la aportul de aproape toate elementele chimice în organism. Ele sunt introduse zilnic în organism și excretate din acesta. Analizele au arătat că cantitatea de elemente chimice individuale și raportul lor într-un corp sănătos de oameni diferiți sunt aproximativ aceleași.

Opinia că aproape toate elementele sistemului periodic al D.I. Mendeleev, devine familiar. Cu toate acestea, ipotezele oamenilor de știință merg mai departe - nu numai toate elementele chimice sunt prezente într-un organism viu, dar fiecare dintre ele îndeplinește o anumită funcție biologică. Este posibil ca această ipoteză să nu fie confirmată. Cu toate acestea, pe măsură ce cercetările în această direcție se dezvoltă, se dezvăluie rolul biologic al unui număr tot mai mare de elemente chimice. Fără îndoială, timpul și munca oamenilor de știință vor face lumină asupra acestei probleme.

Bioactivitatea elementelor chimice individuale. S-a stabilit experimental că metalele reprezintă aproximativ 3% (din masă) în corpul uman. Aceasta este mult. Dacă luăm masa unei persoane ca 70 kg, atunci ponderea metalelor este de 2,1 kg. Pentru metalele individuale, masa este distribuită astfel: calciu (1700), potasiu (250 g), sodiu (70 g), magneziu (42 g), fier (5 g), zinc (3 g). Restul sunt oligoelemente. Dacă concentrația unui element în organism depășește 102%, atunci acesta este considerat un macronutrient. Oligoelemente se găsesc în organism în concentrații de 10 3 -10 5% . Dacă concentrația unui element este sub 105%, atunci acesta este considerat un ultramicroelement. Substanțele anorganice dintr-un organism viu sunt sub diferite forme. Majoritatea ionilor metalici formează compuși cu obiectele biologice. S-a stabilit deja astăzi că multe enzime (catalizatori biologici) conțin ioni metalici. De exemplu, manganul face parte din 12 enzime diferite, fier - 70, cupru - 30 și zinc - mai mult de 100. Desigur, lipsa acestor elemente ar trebui să afecteze conținutul enzimelor corespunzătoare și, prin urmare, funcționarea normală a organismului. . Astfel, sărurile metalice sunt absolut necesare pentru funcționarea normală a organismelor vii. Acest lucru a fost confirmat și de experimentele cu o dietă fără sare, care a fost folosită pentru hrănirea animalelor de experiment. În acest scop, sărurile au fost îndepărtate din alimente prin spălare repetată cu apă. S-a dovedit că consumul de astfel de alimente a dus la moartea animalelor

Șase elemente, ai căror atomi fac parte din proteine ​​și acizi nucleici: carbon, hidrogen, azot, oxigen, fosfor, sulf. În continuare, trebuie distinse douăsprezece elemente, al căror rol și semnificație pentru viața organismelor sunt cunoscute: clor, iod, sodiu, potasiu, magneziu, calciu, mangan, fier, cobalt, cupru, zinc, molibden. În literatură există indicii ale manifestării activității biologice prin vanadiu, crom, nichel și cadmiu

Există un număr mare de elemente care sunt otrăvitoare pentru un organism viu, cum ar fi mercurul, taliul, porcii etc. Au un efect biologic negativ, dar organismul poate funcționa fără ele. Există opinia că motivul acțiunii acestor otrăvuri este asociat cu blocarea anumitor grupări din moleculele de proteine ​​sau cu deplasarea cuprului și zincului din anumite enzime. Sunt elemente care sunt relativ cantitati mari sunt otrăvitoare, iar în concentrații scăzute au un efect benefic asupra organismului. De exemplu, arsenul este o otravă puternică care perturbă sistemul cardiovascular și afectează ficatul și rinichii, dar în doze mici este prescris de medici pentru a îmbunătăți apetitul unei persoane. Oamenii de știință cred că microdozele de arsenic cresc rezistența organismului la acțiunea microbilor dăunători. Gazul muștar este o substanță otrăvitoare binecunoscută. S(CH 2 CH 2 C1) 2 . Cu toate acestea, în vaselină diluată de 20.000 de ori sub denumirea de „Psoriasin” se folosește împotriva lichenului solzos. Farmacoterapia modernă încă nu se poate descurca fără un număr semnificativ de medicamente, care includ metale toxice. Cum să nu-ți amintești zicala de aici că în cantități mici vindecă, dar în cantități mari schilod.

Interesant, clorura de sodiu (sare de masă) într-un exces de zece ori în organism față de conținutul normal este o otravă. Oxigenul, necesar unei persoane pentru a respira, în concentrație mare și mai ales sub presiune, are un efect toxic. Din aceste exemple se poate observa că concentrația unui element în organism joacă uneori o valoare foarte semnificativă și uneori catastrofală.

Fierul face parte din hemoglobina din sânge, sau mai degrabă, pigmenții roșii din sânge care leagă reversibil oxigenul molecular. La un adult, sângele conține aproximativ 2,6 g de fier. În procesul vieții în organism există o descompunere constantă și sinteza hemoglobinei. Pentru a restabili fierul pierdut odată cu descompunerea hemoglobinei, o persoană are nevoie de un aport zilnic de aproximativ 25 mg. Lipsa fierului în organism duce la o boală - anemie. Cu toate acestea, excesul de fier din organism este, de asemenea, dăunător. Este asociat cu sideroza ochilor și plămânilor - o boală cauzată de depunerea compușilor de fier în țesuturile acestor organe. Lipsa de cupru în organism provoacă distrugerea vaselor de sânge. În plus, se crede că deficiența acestuia provoacă cancer. În unele cazuri, cancerul pulmonar la persoanele în vârstă este asociat cu o scădere a cuprului din organism legată de vârstă. Cu toate acestea, un exces de cupru duce la tulburări psihice și paralizie a unor organe (boala Wilson). Pentru oameni, numai cantități mari de compuși de cupru provoacă daune. În doze mici, ele sunt utilizate în medicină ca agent astringent și bacteriostatic (inhibând creșterea și reproducerea bacteriilor). De exemplu, sulfat de cupru (II) CuSO 4 utilizat în tratamentul conjunctivitei sub formă de picături pentru ochi (soluție 0,25%), precum și pentru cauterizarea în trahom sub formă de creioane pentru ochi (un aliaj de sulfat de cupru (II), azotat de potasiu, alaun și camfor). În cazul arsurilor pielii cu fosfor, se umezește abundent cu o soluție 5% de sulfat de cupru (II).

Proprietatea bactericidă (care provoacă moartea diferitelor bacterii) a argintului și a sărurilor sale a fost observată de mult. De exemplu, în medicină, o soluție de argint coloidal (collargol) este utilizată pentru a spăla rănile purulente, Vezică cu cistita cronică și uretrita, precum și sub formă de picături pentru ochi cu conjunctivită purulentă și blenoree. Nitrat de argint AgNO 3 sub formă de creioane, se folosesc pentru cauterizarea negilor, granulațiilor etc. În soluții diluate (0,1-0,25%), se folosește ca agent astringent și antimicrobian pentru loțiuni, precum și picături pentru ochi. Oamenii de știință cred că efectul de cauterizare al nitratului de argint este asociat cu interacțiunea acestuia cu proteinele tisulare, ceea ce duce la formarea de săruri proteice de argint - albuminați.

În prezent, s-a stabilit fără îndoială că fenomenul de asimetrie ionică este inerent tuturor organismelor vii - o distribuție neuniformă a ionilor în interiorul și în afara celulei. De exemplu, în interiorul celulelor fibrelor musculare, inimii, ficatului, rinichilor, există un conținut crescut de ioni de potasiu comparativ cu extracelular. Concentrația ionilor de sodiu, dimpotrivă, este mai mare în afara celulei decât în ​​interiorul acesteia. Prezența unui gradient de concentrație de potasiu și sodiu este un fapt stabilit experimental. Cercetătorii sunt îngrijorați de misterul naturii pompei de potasiu-sodiu și de funcționarea acesteia. Eforturile multor echipe de oameni de știință, atât din țara noastră, cât și din străinătate, vizează rezolvarea acestei probleme. Interesant, pe măsură ce organismul îmbătrânește, gradientul de concentrație al ionilor de potasiu și sodiu la limita celulară scade. Când apare moartea, concentrația de potasiu și sodiu în interiorul și în afara celulei se egalizează imediat.

Funcția biologică a ionilor de litiu și rubidiu într-un organism sănătos nu este încă clară. Cu toate acestea, există dovezi că prin introducerea lor în organism este posibilă tratarea uneia dintre formele de psihoză maniaco-depresivă.

Biologii și medicii știu bine că glicozidele joacă un rol important în corpul uman. Unele glicozide naturale (extrase din plante) acționează activ asupra mușchiului inimii, sporind funcțiile contractile și încetinind ritmul cardiac. Dacă o cantitate mare de glicozidă cardiacă intră în organism, poate apărea un stop cardiac complet. Ionii unor metale afectează acțiunea glicozidelor. De exemplu, atunci când ionii de magneziu sunt introduși în sânge, efectul glicozidelor asupra mușchiului inimii este slăbit.Ionii de calciu, dimpotrivă, sporesc efectul glicozidelor cardiace.

Unii compuși ai mercurului sunt, de asemenea, extrem de toxici. Se știe că ionii de mercur (II) sunt capabili să se lege puternic de proteine. Efectul toxic al clorurii de mercur (II). HgCl 2 (clorura mercurica) se manifesta in primul rand in necroza (necroza) rinichilor si mucoasei intestinale. Ca urmare a otrăvirii cu mercur, rinichii își pierd capacitatea de a elimina deșeurile din sânge.

Interesant este clorura de mercur(I). hg 2 Cl 2 (numele antic de calomel) este inofensiv pentru corpul uman. Acest lucru se datorează probabil solubilității extrem de scăzute a sării, ca urmare a căreia ionii de mercur nu intră în organism în cantități vizibile.

Cianură de potasiu (cianura de potasiu) KCN- sare de acid cianhidric HCN. Ambii compuși sunt otrăvuri puternice și cu acțiune rapidă.

În otrăvirea acută cu acid cianhidric și sărurile sale, se pierde cunoștința, apare paralizia respiratorie și cardiacă. În stadiul inițial al otrăvirii, o persoană are amețeli, o senzație de presiune în frunte, o durere de cap acută, respirație rapidă și palpitații. Primul ajutor pentru otrăvirea cu acid cianhidric și sărurile sale - aer curat, respirație cu oxigen, căldură. Antidoturile sunt nitritul de sodiu NaNO 2 și compuși organici nitro: nitritul de amil C 5 H 11 ONOși nitrit de propil C 3 H 7 ONO. Se crede că acțiunea nitritului de sodiu se reduce la conversia hemoglobinei în meta-hemoglobină. Acesta din urmă leagă ferm ionii de cianură de cianmethemoglobină. În acest fel, enzimele respiratorii sunt eliberate din ionii de cianură, ceea ce duce la restabilirea funcției respiratorii a celulelor și țesuturilor.

Compușii care conțin sulf sunt utilizați pe scară largă ca antidoturi pentru acidul cianhidric: sulf coloidal, tiosulfat de sodiu N / A 2 S 2 O 3 , tetrationat de sodiu N / A 2 S 4 O 6 , precum și care conțin sulf compusi organici, în special, aminoacizi - glutation, cisteină, cistina. Acidul cianhidric și sărurile sale, atunci când interacționează cu sulful, sunt transformate în tiocianați în conformitate cu ecuația

HCN+S > HNCS

Tiocianați sunt complet inofensivi pentru corpul uman.

Multă vreme, în caz de pericol de otrăvire cu cianură, s-a recomandat să țină o bucată de zahăr în spatele obrazului. În 1915, chimiștii germani Rupp și Golze au arătat că glucoza reacționează cu acidul cianhidric și unele cianuri pentru a forma compusul netoxic glucoză cianohidrina:

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

glucoză cianohidrina glucoză

Plumbul și compușii săi sunt otrăvuri destul de puternice. În corpul uman, plumbul se acumulează în oase, ficat și rinichi.

Compușii elementului chimic taliu, care sunt considerați rari, sunt foarte toxici.

Trebuie subliniat că toate metalele neferoase și mai ales grele (situate la sfârșitul tabelului periodic) sunt otrăvitoare în cantități peste cele admise.

Dioxidul de carbon se găsește în cantități mari în corpul uman și, prin urmare, nu poate fi otrăvitor. Timp de 1 oră, un adult expiră aproximativ 20 de litri (aproximativ 40 g) din acest gaz. În timpul muncii fizice, cantitatea de dioxid de carbon expirată crește la 35 de litri. Se formează ca urmare a arderii carbohidraților și grăsimilor din organism. Cu toate acestea, cu un conținut ridicat ASA DE 2 sufocarea apare în aer din cauza lipsei de oxigen. Durata maximă a șederii unei persoane într-o cameră cu concentrare ASA DE 2 până la 20% (din volum) nu trebuie să depășească 2 ore.În Italia, există o peșteră binecunoscută („Peștera câinelui”), în care o persoană poate sta mult timp, iar un câine care aleargă acolo se sufocă și moare. Faptul este că aproximativ până la talia unei persoane, peștera este umplută cu dioxid de carbon greu (în comparație cu azot și oxigen). Deoarece capul uman se află în stratul de aer, el nu simte niciun disconfort. Câinele, pe măsură ce crește, se află într-o atmosferă de dioxid de carbon și, prin urmare, se sufocă.

Medicii și biologii au stabilit că atunci când carbohidrații sunt oxidați în organism în apă și dioxid de carbon, o moleculă de oxigen este eliberată pentru fiecare moleculă de oxigen consumată. ASA DE 2 . Astfel, raportul dintre alocate ASA DE 2 la absorbit DESPRE 2 (valoarea coeficientului respirator) este egală cu unu. În cazul oxidării grăsimilor, coeficientul respirator este de aproximativ 0,7. Prin urmare, prin determinarea valorii coeficientului respirator, se poate aprecia ce substanțe sunt arse predominant în organism. S-a stabilit experimental că în timpul sarcinilor musculare de scurtă durată, dar intense, energia se obține datorită oxidării carbohidraților, iar pe termen lung - în principal datorită arderii grăsimilor. Se crede că trecerea organismului la oxidarea grăsimilor este asociată cu epuizarea rezervei de carbohidrați, care se observă de obicei la 5-20 de minute după începerea muncii musculare intense.

Antidoturi

Antidoturi - substanțe care elimină efectele otrăvurilor asupra structurilor biologice și invalidează otrăvurile prin substanțe chimice

sare galbenă din sânge K 4 formează compuși slab solubili cu ioni ai multor metale grele. Această proprietate este utilizată în practică pentru tratarea otrăvirii cu săruri ale metalelor grele.

Un bun antidot pentru otrăvirea cu compuși de arsen, mercur, plumb, cadmiu, nichel, crom, cobalt și alte metale este unitiol:

CH 2 -CH-CH 2 ASA DE 3 Na H 2 DESPRE

Laptele este antidotul universal.

Concluzie

Biochimia modernă este reprezentată de multe direcții diferite în dezvoltarea cunoștințelor despre natura materiei și metodele de transformare a acesteia. În același timp, chimia nu este doar o sumă de cunoștințe despre substanțe, ci un sistem de cunoștințe extrem de ordonat, în continuă evoluție, care își are locul printre alte științe ale naturii.

Chimia studiază diversitatea calitativă a materialelor purtători ai fenomenelor chimice, forma chimică a mișcării materiei.

Unul dintre cele mai semnificative temeiuri obiective pentru evidențierea chimiei ca disciplină independentă de științe naturale este recunoașterea specificității chimiei relației dintre substanțe, care se manifestă în primul rând într-un complex de forțe și diferite tipuri de interacțiuni care determină existența. de compuși biatomici și poliatomici. Acest complex este de obicei caracterizat ca legătură chimică, care apar sau se rupe în timpul interacțiunii particulelor de la nivelul atomic al organizării materiei. Apariția unei legături chimice se caracterizează printr-o redistribuire semnificativă a densității electronice în comparație cu poziția simplă a densității electronice a atomilor nelegați sau a fragmentelor atomice care sunt aproape de distanța de legătură. Această caracteristică separă cel mai precis legătura chimică de diferite manifestări ale interacțiunilor intermoleculare.

Creșterea continuă și constantă a rolului biochimiei ca știință în cadrul științei naturii este însoțită de dezvoltarea rapidă a cercetării fundamentale, complexe și aplicate, dezvoltarea accelerată de noi materiale cu proprietăți dorite și noi procese în domeniul tehnologiei pentru producerea și prelucrarea substanțelor.

Bibliografie

1. Marele dicționar enciclopedic. Chimie. M., 2001.

2. Grushevitskaya T.T., Sadokhin A.P. Concepte ale științelor naturale moderne. M., 1998.

3. Kuznetsov V.I., Idlis G.M., Gutina V.N. Științele naturii. M., 1996.

4. Chimie // Dicţionar Enciclopedic Chimic. M., 1983.

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

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

Găzduit pe Allbest.ru

Documente similare

Vedere chimică a naturii, originilor și stării actuale. Subiectul cunoașterii științei chimice și a structurii acesteia. Relația dintre chimie și fizică. Relația dintre chimie și biologie. Chimia studiază diversitatea calitativă a purtătorilor materiale ai fenomenelor chimice.

rezumat, adăugat 15.03.2004


Prezentare de chimie. Sistemele vii sunt elementele chimice care se găsesc în ele. Contactul strâns al sistemelor vii, precum și al omului, cu mediul. Compoziția corpului uman. Încălcări ale metabolismului mineral în corpul uman. stări patologice.

prezentare, adaugat 24.12.2008


rezumat, adăugat la 10.11.2011


Principalele elemente chimice comune în corpul uman, semnele și simptomele caracteristice ale lipsei unora dintre ele. Descrierea generală a proprietăților iodului, descoperirea și importanța acestuia în organism. Procedura de determinare a deficienței sale și mecanismul de reaprovizionare.

prezentare, adaugat 27.12.2010


Rolul fiziologic al beriliului în corpul uman, sinergicii și antagoniștii săi. Rolul magneziului în corpul uman pentru a asigura fluxul diferitelor procese de viață. Neutralizarea excesului de aciditate a organismului. Valoarea stronțiului pentru oameni.

rezumat, adăugat 05.09.2014


Proprietățile fizice și chimice ale taliului, starea de agregare, presiunea vaporilor saturati, căldura de vaporizare în condiții normale și sensibilitatea la căldură. Modalități de pătrundere și transformare în organism. Surse de eliberare în mediu.

test, adaugat 24.10.2014


Proprietățile chimice ale metalelor, prezența lor în corpul uman. Rolul macroelementelor (potasiu, sodiu, calciu, magneziu) și al microelementelor în organism. Conținutul de macro și microelemente din produsele alimentare. Consecințele dezechilibrului anumitor elemente.

prezentare, adaugat 13.03.2013


concept, caracteristici generaleși scopul procesului de reformare catalitică. Bazele chimice ale procesului de reformare: transformarea alcanilor, cicloalcanilor, arenelor. Catalizatori și macrocinetica procesului. Instalaţii industriale ale procesului catalitic.

lucrare de termen, adăugată 13.10.2011


Determinarea masei echivalente de metal si sare prin metoda deplasarii hidrogenului. Cursul și datele experimentului, caracteristicile instrumentelor. Utilizarea magneziului ca metal, principalele sale proprietăți chimice. Calculul erorilor absolute și relative ale experienței.

munca de laborator, adaugat 05.05.2013


Compuși organici cu greutate moleculară mică de diverși natura chimica necesare pentru implementarea proceselor care au loc într-un organism viu. Vitamine solubile în apă și liposolubile. Nevoia zilnică a omului de vitamine și principalele lor funcții.

Subiect: „BIOCHIMIA SÂNGELOR. PLASMA DE SÂNG: COMPONENTE ŞI FUNCŢIILE LOR. METABOLISMUL ERITROCITELOR. SEMNIFICAȚIA TESTELOR DE SÂNGE BIOCHIMICE ÎN CLINICĂ»

1. Proteinele plasmatice sanguine: rol biologic. Conținutul fracțiilor proteice din plasmă. Modificări ale compoziției proteice a plasmei în condiții patologice (hiperproteinemie, hipoproteinemie, disproteinemie, paraproteinemie).
2. Proteinele fazei acute a inflamației: rol biologic, exemple de proteine.
3. Fracțiile lipoproteice ale plasmei sanguine: caracteristici ale compoziției, rol în organism.
4. Imunoglobuline plasmatice: clase principale, schemă de structură, funcții biologice. Interferonii: rol biologic, mecanism de actiune (schema).
5. Enzime plasmatice sanguine (secretor, excretor, indicator): valoarea diagnostică a studiului activității aminotransferazelor (ALT și AST), fosfatazei alcaline, amilază, lipază, tripsină, izoenzime ale lactat dehidrogenazei, creatin kinazei.
6. Componentele sangvine neproteice care contin azot (uree, aminoacizi, acid uric, creatinina, indican, bilirubina directa si indirecta): structura, rolul biologic, valoarea diagnostica a determinarii lor in sange. Conceptul de azotemie.
7. Fără azot componente organice sânge (glucoză, colesterol, acizi grași liberi, corpi cetonici, piruvat, lactat), valoarea diagnostică a determinării lor în sânge.
8. Caracteristici ale structurii și funcției hemoglobinei. Regulatori ai afinității hemoglobinei pentru O2. Formele moleculare ale hemoglobinei. Derivați ai hemoglobinei. Semnificația clinică și diagnostică a determinării hemoglobinei în sânge.
9. Metabolismul eritrocitelor: rolul glicolizei și al căii pentoze fosfat în eritrocitele mature. Glutation: rol în eritrocite. Sisteme enzimatice implicate în neutralizarea speciilor reactive de oxigen.
10. Coagularea sângelui ca cascadă de activare a proenzimei. Căile interne și externe de coagulare. Cale comună de coagulare a sângelui: activarea protrombinei, conversia fibrinogenului în fibrină, formarea polimerului de fibrină.
11. Participarea vitaminei K la modificarea post-translațională a factorilor de coagulare a sângelui. Dicumarolul ca antivitamina K.

30.1. Compoziția și funcțiile sângelui.

Sânge- țesut mobil lichid care circulă într-un sistem închis de vase de sânge, transportând diverse substanțe chimice către organe și țesuturi și integrând procesele metabolice care au loc în diferite celule.

Sângele este alcătuit din plasmă Și elemente de formă (eritrocite, leucocite și trombocite). Ser diferă de plasmă prin absența fibrinogenului. 90% din plasma sanguină este apă, 10% este reziduu uscat, care include proteine, componente azotate neproteice (azot rezidual), componente organice fără azot și minerale.

30.2. Proteinele plasmatice ale sângelui.

Plasma sanguină conține un amestec complex multicomponent (mai mult de 100) de proteine ​​care diferă ca origine și funcție. Majoritatea proteinelor plasmatice sunt sintetizate în ficat. Imunoglobuline și o serie de alte proteine ​​de protecție de către celulele imunocompetente.

30.2.1. fracții proteice. Prin sărarea proteinelor plasmatice, fracțiile de albumină și globulină pot fi izolate. În mod normal, raportul acestor fracții este 1,5 - 2,5. Folosirea metodei electroforezei pe hârtie vă permite să identificați 5 fracții proteice (în ordinea descrescătoare a ratei de migrare): albumine, α1 -, α2 -, β- și γ-globuline. Când se utilizează metode mai subtile de fracționare în fiecare fracțiune, cu excepția albuminei, un număr de proteine ​​pot fi izolate (conținutul și compoziția fracțiilor proteice ale serului sanguin, vezi Figura 1).

Poza 1. Electroferograma proteinelor din serul sanguin și compoziția fracțiilor proteice.

Albumine- proteine ​​cu greutate moleculară aproximativ 70.000 Da. Datorită hidrofilității și conținutului ridicat în plasmă, acestea joacă un rol important în menținerea tensiunii arteriale coloido-osmotice (oncotice) și în reglarea schimbului de fluide între sânge și țesuturi. Ei îndeplinesc o funcție de transport: efectuează transferul de acizi grași liberi, pigmenți biliari, hormoni steroizi, ioni de Ca2 + și multe medicamente. Albuminele servesc, de asemenea, ca o rezervă bogată și rapid vândută de aminoacizi.

α 1-globuline:

• acru α 1-glicoproteină (orosomucoid) - contine pana la 40% carbohidrati, punctul sau izoelectric se afla in mediu acid (2.7). Funcția acestei proteine ​​nu a fost pe deplin stabilită; se știe că în stadiile incipiente ale procesului inflamator, orosomucoidul favorizează formarea fibrelor de colagen în focarul inflamației (J. Musil, 1985).
• α 1 - Antitripsină - un inhibitor al unui număr de proteaze (tripsină, chimotripsină, kalikreină, plasmină). O scădere congenitală a conținutului de α1-antitripsină din sânge poate fi un factor de predispoziție la boli bronhopulmonare, deoarece fibrele elastice ale țesutului pulmonar sunt deosebit de sensibile la acțiunea enzimelor proteolitice.
• Proteine ​​care leagă retinolul transportă vitamina A solubilă în grăsimi.
• Proteine ​​care leagă tiroxina - leagă și transportă hormonii tiroidieni care conțin iod.
• Transcortin - leagă și transportă hormonii glucocorticoizi (cortizol, corticosteron).

α 2-globuline:

• Haptoglobine (25% α2-globuline) - formează un complex stabil cu hemoglobina care apare în plasmă ca urmare a hemolizei intravasculare a eritrocitelor. Complexele haptoglobină-hemoglobină sunt preluate de celulele RES, unde lanțurile de hem și proteine ​​sunt degradate, iar fierul este reutilizat pentru sinteza hemoglobinei. Acest lucru previne pierderea fierului de către organism și deteriorarea rinichilor de către hemoglobină.
• ceruloplasmina - o proteina ce contine ioni de cupru (o molecula de ceruloplasmina contine 6-8 ioni Cu2+), care ii dau culoarea albastra. Este o formă de transport a ionilor de cupru în organism. Are activitate oxidazică: oxidează Fe2+ la Fe3+, ceea ce asigură legarea fierului prin transferină. Capabil să oxideze aminele aromatice, participă la schimbul de adrenalină, norepinefrină, serotonină.

β-globuline:

• Transferrina - principala proteină a fracţiei de β-globuline, este implicată în legarea şi transportul fierului feric către diverse ţesuturi, în special către cele hematopoietice. Transferrina reglează conținutul de Fe3+ din sânge, previne acumularea excesivă și pierderea în urină.
• Hemopexină - leagă hemul și previne pierderea acestuia de către rinichi. Complexul hemo-hemopexină este prelevat din sânge de către ficat.
• Proteina C reactivă (C-RP) - o proteina capabila sa precipite (in prezenta Ca2 + ) C-polizaharida peretelui celular pneumococic. Rolul biologic este determinată de capacitatea de a activa fagocitoza și de a inhiba procesul de agregare a trombocitelor. La persoanele sănătoase, concentrația de C-RP în plasmă este neglijabilă și nu poate fi determinată prin metode standard. Într-un proces inflamator acut, crește de peste 20 de ori; în acest caz, C-RP se găsește în sânge. Studiul C-RP are un avantaj față de alți markeri ai procesului inflamator: determinarea VSH și numărarea numărului de leucocite. Acest indicator este mai sensibil, creșterea lui are loc mai devreme și după recuperare revine rapid la normal.

γ-globuline:

• Imunoglobuline (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE) sunt anticorpi produși de organism ca răspuns la introducerea de substanțe străine cu activitate antigenică. Consultați 1.2.5 pentru detalii despre aceste proteine.

30.2.2. Modificări cantitative și calitative ale compoziției proteice a plasmei sanguine.În diferite condiții patologice, compoziția proteică a plasmei sanguine se poate modifica. Principalele tipuri de modificări sunt:

• Hiperproteinemie - o creștere a conținutului de proteine ​​plasmatice totale. Cauze: pierderea unor cantități mari de apă (vărsături, diaree, arsuri extinse), boli infecțioase (datorită creșterii cantității de γ-globuline).
• Hipoproteinemie - o scădere a conținutului de proteine ​​totale din plasmă. Se observă în bolile hepatice (datorită unei încălcări a sintezei proteinelor), în bolile renale (datorită pierderii proteinelor în urină), în timpul înfometării (din cauza lipsei de aminoacizi pentru sinteza proteinelor).
• Disproteinemie - o modificare a procentului de fracții proteice cu un conținut normal de proteine ​​totale în plasma sanguină, de exemplu, o scădere a conținutului de albumine și o creștere a conținutului uneia sau mai multor fracții de globulină în diferite boli inflamatorii.
• Paraproteinemie - apariția în plasma sanguină a imunoglobulinelor patologice - paraproteine ​​care diferă de proteinele normale prin proprietăți fizico-chimice și activitate biologică. Astfel de proteine ​​includ, de exemplu, crioglobuline, formând precipitate între ele la temperaturi sub 37°C. Paraproteinele se găsesc în sânge cu macroglobulinemia Waldenström, cu mielom multiplu (în acest din urmă caz, pot depăși bariera renală și pot fi detectate în urină ca proteine ​​Bence-Jones) . Paraproteinemia este de obicei însoțită de hiperproteinemie.

30.2.3. Fracțiile lipoproteice ale plasmei sanguine. Lipoproteinele sunt compuși complecși care transportă lipidele în sânge. Ei includ: miez hidrofob, care conțin triacilgliceroli și esteri de colesterol și coajă amfifilă, format din fosfolipide, colesterol liber și proteine ​​apoproteice (Figura 2). Plasma umană conține următoarele fracțiuni de lipoproteine:

Figura 2. Diagrama structurii lipoproteinelor plasmatice sanguine.

• lipoproteine ​​de înaltă densitate sau α-lipoproteine , deoarece în timpul electroforezei pe hârtie se mișcă împreună cu α-globulinele. Conțin multe proteine ​​și fosfolipide, transportă colesterolul din țesuturile periferice la ficat.
• lipoproteine ​​de joasă densitate sau β-lipoproteine , deoarece în timpul electroforezei pe hârtie se mișcă împreună cu β-globulinele. bogat în colesterol; îl transportă de la ficat la țesuturile periferice.
• Lipoproteine ​​cu densitate foarte mică sau pre-β-lipoproteine (situat între α- și β-globuline pe electroforegramă). Servește ca formă de transport a triacilglicerolilor endogeni, sunt precursori ai lipoproteinelor de joasă densitate.
• Chilomicronii - imobil electroforetic; în sângele luat pe stomacul gol, sunt absente. Sunt o formă de transport a triacilglicerolilor exogeni (alimentari).

30.2.4. Proteinele fazei acute a inflamației. Acestea sunt proteine, al căror conținut crește în plasma sanguină în timpul unui proces inflamator acut. Acestea includ, de exemplu, următoarele proteine:

1. haptoglobina ;
2. ceruloplasmina ;
3. proteina C-reactiva ;
4. α 1-antitripsină ;
5. fibrinogen (o componentă a sistemului de coagulare a sângelui; vezi 30.7.2).

Viteza de sinteză a acestor proteine ​​crește în primul rând datorită scăderii formării albuminelor, transferinei și albuminelor (o mică fracțiune a proteinelor plasmatice cu cea mai mare mobilitate în timpul electroforezei discului și care corespunde unei benzi de pe electroforegrama în fața albuminelor). ), a cărui concentrație scade în timpul inflamației acute.

Rolul biologic al proteinelor de fază acută: a) toate aceste proteine ​​sunt inhibitori ai enzimelor eliberate în timpul distrugerii celulelor și previn afectarea secundară a țesuturilor; b) aceste proteine ​​au un efect imunosupresor (V.L. Dotsenko, 1985).

30.2.5. Proteine ​​plasmatice protectoare. Proteinele protectoare includ imunoglobulinele și interferonii.

Imunoglobuline (anticorpi) - un grup de proteine ​​produse ca răspuns la structurile străine (antigeni) care pătrund în organism. Ele sunt sintetizate în ganglionii limfatici și splină de limfocitele B. Există 5 clase imunoglobuline- IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Figura 3 Schema structurii imunoglobulinelor (regiunea variabilă este afișată cu gri, regiunea constantă nu este umbrită).

Moleculele de imunoglobuline au un singur plan structural. Unitatea structurală a unei imunoglobuline (monomer) este formată din patru lanțuri polipeptidice interconectate prin legături disulfurice: două grele (lanțuri H) și două ușoare (lanțuri L) (vezi Figura 3). IgG, IgD și IgE sunt de obicei monomeri în structura lor, moleculele IgM sunt construite din cinci monomeri, IgA consta din doi sau mai mulți unități structurale sau sunt monomeri.

Lanțurile proteice care alcătuiesc imunoglobulinele pot fi împărțite condiționat în domenii specifice sau regiuni care au anumite caracteristici structurale și funcționale.

Regiunile N-terminale ale lanțurilor L și H sunt numite regiunea variabilă (V), deoarece structura lor este caracterizată de diferențe semnificative în diferite clase de anticorpi. În domeniul variabil, există 3 regiuni hipervariabile cu cea mai mare diversitate în secvența de aminoacizi. Este regiunea variabilă a anticorpilor care este responsabilă pentru legarea antigenelor conform principiului complementarității; structura primară a lanțurilor proteice din această regiune determină specificitatea anticorpilor.

Domeniile C-terminale ale lanțurilor H și L au o structură primară relativ constantă în cadrul fiecărei clase de anticorpi și sunt denumite regiunea constantă (C). Regiunea constantă determină proprietățile diferitelor clase de imunoglobuline, distribuția lor în organism și poate lua parte la lansarea mecanismelor care provoacă distrugerea antigenelor.

interferoni - o familie de proteine ​​sintetizate de celulele organismului ca raspuns la o infectie virala si au efect antiviral. Există mai multe tipuri de interferoni cu un spectru specific de acțiune: leucocitar (α-interferon), fibroblast (β-interferon) și & imunitar (γ-interferon). Interferonii sunt sintetizati si secretati de unele celule si isi arata efectul actionand asupra altor celule, in acest sens sunt asemanatori hormonilor. Mecanismul de acțiune al interferonilor este prezentat în figura 4.

Figura 4 Mecanismul de acțiune al interferonilor (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

Prin legarea la receptorii celulari, interferonii induc sinteza a două enzime, 2", 5"-oligoadenilat sintetaza și protein kinaza, probabil datorită inițierii transcripției genelor corespunzătoare. Ambele enzime rezultate își arată activitatea în prezența ARN-urilor dublu catenare, și anume, astfel de ARN-uri sunt produse ale replicării multor virusuri sau sunt conținute în virionii lor. Prima enzimă sintetizează 2", 5"-oligoadenilați (din ATP), care activează ribonucleaza I celulară; a doua enzimă fosforilează factorul de iniţiere a translaţiei IF2. Rezultatul final al acestor procese este inhibarea biosintezei proteinelor și a reproducerii virusului într-o celulă infectată (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

30.2.6. Enzime din plasma sanguină. Toate enzimele conținute în plasma sanguină pot fi împărțite în trei grupe:

1. enzime secretoare - sintetizate în ficat, eliberate în sânge, unde își îndeplinesc funcția (de exemplu, factorii de coagulare a sângelui);
2. enzime excretoare - sintetizate în ficat, excretate în mod normal cu bilă (de exemplu, fosfatază alcalină), conținutul și activitatea lor în plasma sanguină crește atunci când fluxul biliar este perturbat;
3. enzime indicator - sunt sintetizate in diverse tesuturi si patrund in sange cand celulele acestor tesuturi sunt distruse. În diferite celule predomină diferite enzime, prin urmare, atunci când un organ este deteriorat, în sânge apar enzime caracteristice acestuia. Acesta poate fi folosit în diagnosticul bolilor.

De exemplu, dacă celulele hepatice sunt deteriorate ( hepatită) în sânge, crește activitatea alanin aminotransferazei (ALT), aspartat aminotransferazei (ACT), izoenzimei lactat dehidrogenazei LDH5, glutamat dehidrogenazei, ornitin carbamoil transferazei.

Când celulele miocardice sunt deteriorate ( infarct) în sânge, activitatea aspartat aminotransferazei (ACT), a lactat dehidrogenazei LDH1, a izoenzimei creatin kinazei MB crește.

Deteriorarea celulelor pancreatice pancreatită) în sânge crește activitatea tripsinei, α-amilazei, lipazei.

30.3. Componente azotate neproteice ale sângelui (azot rezidual).

Acest grup de substanțe include: ureea, acidul uric, aminoacizii, creatina, creatinina, amoniacul, indicanul, bilirubina și alți compuși (vezi Figura 5). Conținutul de azot rezidual din plasma sanguină a persoanelor sănătoase este de 15-25 mmol / l. Se numește o creștere a azotului rezidual din sânge azotemie . În funcție de cauză, azotemia este împărțită în retenție și producție.

Azotemie de retenție apare atunci când există o încălcare a excreției de produse metabolice a azotului (în primul rând uree) în urină și este caracteristică insuficienței renale. În acest caz, până la 90% din azotul neproteic din sânge cade pe azotul ureic în loc de 50% în normă.

Azotemie de producție se dezvoltă cu aportul excesiv de substanțe azotate în sânge din cauza defalcării crescute a proteinelor tisulare (foame prelungită, diabet zaharat, leziuni și arsuri grave, boli infecțioase).

Determinarea azotului rezidual se realizează într-un filtrat de ser sanguin fără proteine. Ca urmare a mineralizării filtratului fără proteine, atunci când este încălzit cu H2SO4 concentrat, azotul tuturor compușilor neproteici se transformă în forma (NH4)2SO4. Ionii NH4 + sunt determinați folosind reactivul Nessler.

• uree - principalul produs final al metabolismului proteinelor în corpul uman. Se formează ca urmare a neutralizării amoniacului din ficat, excretat din organism de către rinichi. Prin urmare, conținutul de uree din sânge scade odată cu bolile hepatice și crește odată cu insuficiența renală.
• Aminoacizi- pătrund în sânge atunci când sunt absorbite din tractul gastrointestinal sau sunt produse ale descompunerii proteinelor tisulare. În sângele oamenilor sănătoși, aminoacizii sunt dominați de alanină și glutamina, care, împreună cu participarea la biosinteza proteinelor, sunt forme de transport ale amoniacului.
• Acid uric este produsul final al catabolismului nucleotidelor purinice. Conținutul său în sânge crește odată cu guta (ca urmare a creșterii educației) și cu funcția renală afectată (din cauza excreției insuficiente).
• Creatina- sintetizat in rinichi si ficat, in muschi se transforma in creatina fosfat - o sursa de energie pentru procesele de contractie musculara. Cu boli ale sistemului muscular, conținutul de creatină din sânge crește semnificativ.
• Creatinină- produsul final al metabolismului azotului, format ca urmare a defosforilării fosfatului de creatină în mușchi, excretat din organism prin rinichi. Conținutul de creatinină din sânge scade odată cu bolile sistemului muscular, crește odată cu insuficiența renală.
• indican - produs de detoxifiere a indolului, format în ficat, excretat prin rinichi. Conținutul său în sânge scade odată cu bolile hepatice, crește - cu procesele crescute de degradare a proteinelor în intestin, cu boli de rinichi.
• Bilirubina (directă și indirectă) sunt produse ale catabolismului hemoglobinei. Conținutul de bilirubină din sânge crește odată cu icterul: hemolitic (datorită bilirubinei indirecte), obstructiv (datorită bilirubinei directe), parenchimatoase (datorită ambelor fracții).

Figura 5 Compuși azotați non-proteici ai plasmei sanguine.

30.4. Componentele organice ale sângelui fără azot.

Acest grup de substanțe include nutrienții (glucide, lipide) și produsele lor metabolice (acizi organici). Cea mai mare valoareîn clinică are o determinare a conținutului de glucoză, colesterol, acizi grași liberi, corpi cetonici și acid lactic din sânge. Formulele acestor substanțe sunt prezentate în Figura 6.

• Glucoză- principalul substrat energetic al organismului. Conținutul său la persoanele sănătoase în sânge pe stomacul gol este de 3,3 - 5,5 mmol / l. O creștere a glicemiei (hiperglicemie) observat după masă, cu stres emoțional, la pacienții cu diabet zaharat, hipertiroidism, boala Itsenko-Cushing. Scăderea glicemiei (hipoglicemie) observat în timpul înfometării, efort fizic intens, intoxicație acută cu alcool, supradozaj cu insulină.
• colesterolul- o componenta lipidica obligatorie a membranelor biologice, un precursor al hormonilor steroizi, vitamina D3, acizii biliari. Conținutul său în plasma sanguină a oamenilor sănătoși este de 3,9 - 6,5 mmol / l. O creștere a nivelului de colesterol din sânge hipercolesterolemie) se observă în ateroscleroză, diabet zaharat, mixedem, colelitiază. Scăderea nivelului de colesterol din sânge ( hipocolesterolemie) se găsește în hipertiroidie, ciroză hepatică, boli intestinale, înfometare, la administrarea de medicamente coleretice.
• Acizi grași liberi (FFA) sunt folosite de țesuturi și organe ca material energetic. Conținutul de FFA din sânge crește în timpul postului, diabet zaharat, după administrarea de adrenalină și glucocorticoizi; scade odată cu hipotiroidismul, după introducerea insulinei.
• Corpii cetonici. Corpii cetonici sunt acetoacetat, p-hidroxibutirat, acetonă- produse de oxidare incompletă a acizilor grași. Conținutul de corpi cetonici din sânge crește ( hipercetonemie) cu post, febră, diabet.
• Acid lactic (lactat) este produsul final al oxidării anaerobe a carbohidraților. Conținutul său în sânge crește în timpul hipoxiei (activitate fizică, boli ale plămânilor, inimii, sângelui).
• Acid piruvic (piruvat)- un produs intermediar al catabolismului carbohidraților și a unor aminoacizi. Cea mai dramatică creștere a conținutului de acid piruvic din sânge se observă în timpul lucrului muscular și al deficitului de vitamina B1.

Figura 6 Substanțe organice fără azot din plasma sanguină.

30.5. Componentele minerale ale plasmei sanguine.

Mineralele sunt componente esențiale ale plasmei sanguine. Cei mai importanți cationi sunt ionii de sodiu, potasiu, calciu și magneziu. Anionii le corespund: cloruri, bicarbonați, fosfați, sulfați. O parte din cationii din plasma sanguină sunt asociați cu anioni organici și proteine. Suma tuturor cationilor este egală cu suma anionilor, deoarece plasma sanguină este neutră din punct de vedere electric.

• Sodiu este cationul principal al lichidului extracelular. Conținutul său în plasma sanguină este de 135 - 150 mmol / l. Ionii de sodiu sunt implicați în menținerea presiunii osmotice a lichidului extracelular. Hipernatremia se observă cu hiperfuncție a cortexului suprarenal, cu introducerea unei soluții hipertonice de clorură de sodiu parenteral. Hiponatremia se poate datora unei diete fara sare, insuficientei suprarenale, acidozei diabetice.
• Potasiu este principalul cation intracelular. În plasma sanguină, este conținut într-o cantitate de 3,9 mmol / l, iar în eritrocite - 73,5 - 112 mmol / l. Ca și sodiul, potasiul menține homeostazia osmotică și acido-bazică în celulă. Hiperkaliemia se observă cu distrugere celulară crescută (anemie hemolitică, sindrom de zdrobire prelungit), cu excreție afectată de potasiu de către rinichi, cu deshidratare a organismului. Hipokaliemia se observă cu hiperfuncție a cortexului suprarenal, cu acidoză diabetică.
• Calciuîn plasma sanguină este conținută sub formă de forme. Îndeplinesc diverse funcții: asociate cu proteine ​​(0,9 mmol/l), ionizate (1,25 mmol/l) și neionizate (0,35 mmol/l). Biologic activ este doar calciul ionizat. Hipercalcemia se observă în hiperparatiroidism, hipervitaminoză D, sindrom Itsenko-Cushing, procese distructive în țesutul osos. Hipocalcemia apare în rahitism, hipoparatiroidism, boli de rinichi.
• cloruri conținute în plasma sanguină în cantitate de 95 - 110 mmol / l, sunt implicate în menținerea presiunii osmotice, a stării acido-bazice a lichidului extracelular. Hipercloremia se observă cu insuficiență cardiacă, hipertensiune arterială, hipocloremie - cu vărsături, boli de rinichi.
• Fosfațiîn plasma sanguină sunt componente ale sistemului tampon, concentrația lor este de 1 - 1,5 mmol / l. Hiperfosfatemia se observă în boli ale rinichilor, hipoparatiroidism, hipervitaminoză D. Hipofosfatemia se observă în hiperparatiroidism, mixedem, rahitism.

0.6. Starea acido-bazică și reglarea acesteia.

Stare acido-bazică (CBS) - raportul dintre concentrația ionilor de hidrogen (H+) și hidroxil (OH-) din fluidele corporale. O persoană sănătoasă se caracterizează printr-o relativă constanță a indicatorilor CBS, datorită acțiunii comune sisteme tampon sânge și control fiziologic (respirator și excretor).

30.6.1. Sisteme tampon ale sângelui. Sistemele tampon ale organismului constau din acizi slabi și sărurile lor cu baze puternice. Fiecare sistem tampon este caracterizat de doi indicatori:

• pH-ul tampon(depinde de raportul componentelor tampon);
• rezervor tampon, adică cantitatea de bază sau acid tare care trebuie adăugată în soluția tampon pentru a modifica pH-ul cu unul (depinde de concentrațiile absolute ale componentelor tampon).

Se disting următoarele sisteme tampon de sânge:

• bicarbonat(H2C03/NaHC03);
• fosfat(NaH2P04/Na2HP04);
• hemoglobină(deoxihemoglobina ca o sare slabă de acid/potasiu a oxihemoglobinei);
• proteină(acțiunea sa se datorează naturii amfotere a proteinelor). Bicarbonatul și sistemele tampon de hemoglobină strâns înrudite reprezintă împreună mai mult de 80% din capacitatea tampon a sângelui.

30.6.2. Reglarea respiratorie a CBS efectuată prin modificarea intensităţii respiraţiei externe. Odată cu acumularea de CO2 și H+ în sânge, ventilația pulmonară crește, ceea ce duce la normalizarea compoziției gazoase a sângelui. O scădere a concentrației de dioxid de carbon și H + determină o scădere a ventilației pulmonare și normalizarea acestor indicatori.

30.6.3. Reglarea renală KOS Se realizează în principal prin trei mecanisme:

• reabsorbția bicarbonaților (în celulele tubilor renali, acidul carbonic H2CO3 se formează din H2O și CO2; se disociază, H + este eliberat în urină, HCO3 este reabsorbit în sânge);
• reabsorbția Na + din filtratul glomerular în schimbul cu H + (în acest caz, Na2 HPO4 din filtrat se transformă în NaH2 PO4 și aciditatea urinei crește) ;
• secretia de NH 4 + (în timpul hidrolizei glutaminei în celulele tubulilor, se formează NH3; interacționează cu H +, se formează ioni NH4 +, care sunt excretați în urină.

30.6.4. Indicatori de laborator ai CBS de sânge. Pentru a caracteriza CBS se folosesc următorii indicatori:

• pH-ul sângelui;
• presiunea parțială a CO2 (pCO2) sânge;
• presiunea parțială a O2 (pO2) sânge;
• conținutul de bicarbonați din sânge la valori date de pH și pCO2 ( bicarbonat real sau adevărat, AB );
• conținutul de bicarbonați din sângele pacientului în condiții standard, adică la рСО2 =40 mm Hg. ( bicarbonat standard, SB );
• suma de baze toate sistemele tampon ale sângelui ( BB );
• exces sau deficiență de bază sânge comparativ cu normalul pentru acest indicator pacient ( FI , din engleza. exces de bază).

Primii trei indicatori sunt determinați direct în sânge cu ajutorul electrozilor speciali, pe baza datelor obținute, indicatorii rămași sunt calculați folosind nomograme sau formule.

30.6.5. Încălcări ale COS a sângelui. Există patru forme principale de tulburări acido-bazice:

• acidoza metabolica - apare cu diabet zaharat și înfometare (datorită acumulării de corpi cetonici în sânge), cu hipoxie (datorită acumulării de lactat). Cu această încălcare, pCO2 și [HCO3 -] din sânge scad, excreția de NH4 + cu urină crește;
• acidoza respiratorie - apare cu bronșită, pneumonie, astm bronșic (ca urmare a retenției de dioxid de carbon în sânge). Cu această încălcare, pCO2 și sânge cresc, excreția de NH4 + cu urina crește;
• alcaloza metabolica - se dezvoltă odată cu pierderea acizilor, de exemplu, cu vărsături indomabile. Cu această încălcare, pCO2 și sânge cresc, excreția de HCO3 crește - cu urina, aciditatea urinei scade.
• alcaloza respiratorie - observat cu ventilație crescută a plămânilor, de exemplu, la alpiniștii la altitudine mare. Cu această încălcare, pCO2 și [HCO3 -] din sânge scad, iar aciditatea urinei scade.

Pentru tratamentul acidozei metabolice se folosește administrarea unei soluții de bicarbonat de sodiu; pentru tratamentul alcalozei metabolice - introducerea unei soluții de acid glutamic.

30.7. Unele mecanisme moleculare de coagulare a sângelui.

30.7.1. coagularea sângelui- un set de procese moleculare care duc la încetarea sângerării dintr-un vas deteriorat ca urmare a formării unui cheag de sânge (tromb). Schema generală a procesului de coagulare a sângelui este prezentată în Figura 7.

Figura 7 Schema generală a coagulării sângelui.

Majoritatea factorilor de coagulare sunt prezenți în sânge sub formă de precursori inactivi - proenzime, a căror activare este efectuată de proteoliză parțială. O serie de factori de coagulare a sângelui sunt dependenți de vitamina K: protrombină (factor II), proconvertin (factor VII), factori de Crăciun (IX) și Stuart-Prower (X). Rolul vitaminei K este determinat de participarea la carboxilarea resturilor de glutamat din regiunea N-terminală a acestor proteine ​​cu formarea de γ-carboxiglutamat.

Coagularea sângelui este o cascadă de reacții în care forma activată a unui factor de coagulare catalizează activarea următorului până când factorul final, care este baza structurală a trombului, este activat.

Caracteristicile mecanismului în cascadă sunt după cum urmează:

1) în absența unui factor care inițiază procesul de formare a trombului, reacția nu poate avea loc. Prin urmare, procesul de coagulare a sângelui va fi limitat doar la acea parte a fluxului sanguin în care apare un astfel de inițiator;

2) factorii care acționează în fazele inițiale ale coagulării sângelui sunt necesari în cantități foarte mici. La fiecare verigă a cascadei, efectul lor este mult îmbunătățit ( este amplificată), rezultând un răspuns rapid la daune.

În condiții normale, există căi interne și externe pentru coagularea sângelui. Calea interioară este inițiată prin contactul cu o suprafață atipică, ceea ce duce la activarea factorilor prezenți inițial în sânge. calea exterioară coagularea este inițiată de compuși care în mod normal nu sunt prezenți în sânge, dar intră acolo ca urmare a leziunilor tisulare. Ambele mecanisme sunt necesare pentru desfășurarea normală a procesului de coagulare a sângelui; ele diferă numai în stadiile inițiale și apoi se combină în cale comună conducând la formarea unui cheag de fibrină.

30.7.2. Mecanismul de activare a protrombinei. precursor inactiv de trombină - protrombina - sintetizat in ficat. În sinteza sa este implicată vitamina K. Protrombina conține reziduuri ale unui aminoacid rar - γ-carboxiglutamat (denumirea prescurtată - Gla). Fosfolipidele plachetare, ionii de Ca2+ și factorii de coagulare Va și Xa sunt implicați în procesul de activare a protrombinei. Mecanismul de activare este prezentat după cum urmează (Figura 8).

Figura 8 Schema de activare a protrombinei pe trombocite (R. Murray et al., 1993).

Deteriorarea vasului de sânge duce la interacțiunea trombocitelor din sânge cu fibrele de colagen ale peretelui vascular. Acest lucru determină distrugerea trombocitelor și promovează eliberarea de molecule de fosfolipide încărcate negativ din partea interioară a membranei plasmatice a trombocitelor. Grupările de fosfolipide încărcate negativ leagă ionii de Ca2+. Ionii de Ca2+, la rândul lor, interacționează cu resturile de γ-carboxiglutamat din molecula de protrombină. Această moleculă este fixată pe membrana trombocitară în orientarea dorită.

Membrana trombocitară conține și receptori pentru factorul Va. Acest factor se leagă de membrană și atașează factorul Xa. Factorul Xa este o protează; scindează molecula de protrombină în anumite locuri, ca urmare, se formează trombina activă.

30.7.3. Transformarea fibrinogenului în fibrină. Fibrinogenul (factorul I) este o glicoproteină plasmatică solubilă cu o greutate moleculară de aproximativ 340 000. Este sintetizată în ficat. Molecula de fibrinogen constă din șase lanțuri polipeptidice: două lanțuri A α, două lanțuri B β și două lanțuri γ (vezi Figura 9). Capetele lanțurilor polipeptidice de fibrinogen poartă o sarcină negativă. Acest lucru se datorează prezenței unui număr mare de reziduuri de glutamat și aspartat în regiunile N-terminale ale lanțurilor Aa și Bb. În plus, regiunile B ale lanțurilor Bb conțin reziduuri ale aminoacidului rar tirozin-O-sulfat, care sunt, de asemenea, încărcate negativ:

Aceasta promovează solubilitatea proteinei în apă și previne agregarea moleculelor sale.

Figura 9 Schema structurii fibrinogenului; săgeţile arată legăturile hidrolizate de trombină. R. Murray şi colab., 1993).

Conversia fibrinogenului în fibrină catalizează trombina (factorul IIa). Trombina hidrolizează patru legături peptidice în fibrinogen: două legături în lanțurile A α și două legături în lanțurile B β. Fibrinopeptidele A și B sunt scindate din molecula de fibrinogen și se formează un monomer de fibrină (compoziția sa este α2 β2 γ2 ). Monomerii de fibrină sunt insolubili în apă și se asociază cu ușurință între ei, formând un cheag de fibrină.

Stabilizarea cheagului de fibrină are loc sub acțiunea enzimei transglutaminaza (factorul XIIIa). Acest factor este activat și de trombină. Transglutaminaza formează legături încrucișate între monomerii de fibrină folosind legături izopeptidice covalente.

30.8. Caracteristicile metabolismului eritrocitar.

30.8.1. globule rosii - celule foarte specializate, a căror funcție principală este transportul oxigenului de la plămâni la țesuturi. Durata de viață a eritrocitelor este în medie de 120 de zile; distrugerea lor are loc în celulele sistemului reticuloendotelial. Spre deosebire de majoritatea celulelor corpului, unui eritrocit îi lipsește un nucleu celular, ribozomi și mitocondrii.

30.8.2. Schimb de energie. Principalul substrat energetic al eritrocitelor este glucoza, care provine din plasma sanguină prin difuzie facilitată. Aproximativ 90% din glucoza utilizată de eritrocit este expusă glicoliza(oxidare anaerobă) cu formarea produsului final - acid lactic (lactat). Amintiți-vă care sunt funcțiile pe care le îndeplinește glicoliza în celulele roșii mature:

1) în reacţiile de glicoliză se formează ATP prin fosforilarea substratului . Direcția principală de utilizare a ATP în eritrocite este asigurarea activității Na +, K + -ATPazei. Această enzimă transportă ionii de Na+ din eritrocite în plasma sanguină, previne acumularea de Na+ în eritrocite și ajută la menținerea formei geometrice a acestor celule sanguine (discul biconcav).

2) în reacția de dehidrogenare gliceraldehidă-3-fosfat format în glicoliză NADH. Această coenzimă este un cofactor enzimatic methemoglobin reductază implicat în restaurarea methemoglobinei în hemoglobină conform următoarei scheme:

Această reacție previne acumularea de methemoglobină în eritrocite.

3) metabolit al glicolizei 1, 3-difosfoglicerat capabil cu participarea enzimei difosfoglicerat mutaza în prezenţa 3-fosfoglicerat de transformat în 2, 3-difosfoglicerat:

2,3-Difosfogliceratul este implicat în reglarea afinității hemoglobinei pentru oxigen. Conținutul său în eritrocite crește în timpul hipoxiei. Hidroliza 2,3-difosfogliceratului catalizează enzima difosfoglicerat fosfatază.

Aproximativ 10% din glucoza consumată de eritrocit este utilizată în calea de oxidare a pentozei fosfat. Reacțiile acestei căi servesc ca sursă principală de NADPH pentru eritrocit. Această coenzimă este necesară pentru a transforma glutationul oxidat (vezi 30.8.3) în forma redusă. Deficiența unei enzime cheie a căii pentozei fosfatului - glucozo-6-fosfat dehidrogenază - însoțită de o scădere a raportului NADPH / NADP + în eritrocite, o creștere a conținutului formei oxidate de glutation și o scădere a rezistenței celulare (anemie hemolitică).

30.8.3. Mecanisme de neutralizare a speciilor reactive de oxigen din eritrocite. Oxigenul molecular în anumite condiții poate fi transformat în forme active, care includ anionul superoxid O2-, peroxidul de hidrogen H2O2, radicalul hidroxil OH. și oxigen singlet 1 O2. Aceste forme de oxigen sunt foarte reactive, pot avea un efect dăunător asupra proteinelor și lipidelor membranelor biologice și pot provoca distrugerea celulelor. Cu cât conținutul de O2 este mai mare, cu atât se formează mai multe forme active ale acestuia. Prin urmare, eritrocitele, care interacționează constant cu oxigenul, conțin sisteme antioxidante eficiente capabile să neutralizeze metaboliții activi de oxigen.

O componentă importantă a sistemelor antioxidante este tripeptida glutation, formată în eritrocite ca urmare a interacțiunii γ-glutamilcisteinei și glicinei:

Forma redusă a glutationului (abreviat G-SH) este implicată în neutralizarea peroxidului de hidrogen și a peroxizilor organici (R-O-OH). Aceasta produce apă și glutation oxidat (abreviat G-S-S-G).

Conversia glutationului oxidat în glutation redus este catalizată de enzimă glutation reductază. Sursă de hidrogen - NADPH (din calea pentozei fosfat, vezi 30.8.2):

RBC-urile conțin și enzime superoxid dismutaza Și catalaza efectuând următoarele transformări:

Sistemele antioxidante sunt de o importanță deosebită pentru eritrocite, deoarece eritrocitele nu reînnoiesc proteinele prin sinteză.