VÝŽIVOVÁ BIOCHÉMIA

Peptidy

Obsahujú tri až niekoľko desiatok aminokyselinových zvyškov. Fungujú iba vo vyšších častiach nervového systému.

Tieto peptidy, podobne ako katecholamíny, plnia funkciu nielen neurotransmiterov, ale aj hormónov. Prenášajú informácie z bunky do bunky prostredníctvom obehového systému. Tie obsahujú:

a) Neurohypofýzové hormóny (vazopresín, liberíny, statíny). Tieto látky sú hormóny aj mediátory.

b) Gastrointestinálne peptidy (gastrín, cholecystokinín). Gastrín navodzuje hlad, cholecystokinín navodzuje pocit sýtosti a tiež stimuluje kontrakciu žlčníka a funkciu pankreasu.

c) Peptidy podobné opiátom (alebo peptidy na úľavu od bolesti). Vzniká reakciami obmedzenej proteolýzy prekurzorového proteínu proopiokortínu. Interagujú s rovnakými receptormi ako opiáty (napríklad morfín), čím napodobňujú ich pôsobenie. Všeobecný názov - endorfíny - spôsobuje úľavu od bolesti. Ľahko ich ničia proteinázy, takže ich farmakologický účinok je zanedbateľný.

d) Spánkové peptidy. Ich molekulárna povaha nebola stanovená. Je známe len to, že ich podávanie zvieratám vyvoláva spánok.

e) Pamäťové peptidy (skotofóbín). Hromadí sa v mozgu potkanov počas tréningu, aby sa zabránilo tme.

f) Peptidy sú súčasťou systému RAAS. Ukázalo sa, že zavedenie angiotenzínu-II do centra smädu v mozgu spôsobuje tento pocit a stimuluje sekréciu antidiuretického hormónu.

K tvorbe peptidov dochádza v dôsledku reakcií obmedzenej proteolýzy, sú tiež zničené pôsobením proteináz.

Kompletné jedlo by malo obsahovať:

1. ZDROJE ENERGIE (SACHARIDY, TUKY, BIELKOVINY).

2. esenciálne amínokyseliny.

3. ZÁKLADNÉ MASTNÉ KYSELINY.

4. VITAMÍNY.

5. ANORGANICKÉ (MINERÁLNE) KYSELINY.

6. VLÁKNO

ZDROJE ENERGIE.

Sacharidy, tuky a bielkoviny sú makroživiny. Ich spotreba závisí od výšky, veku a pohlavia človeka a udáva sa v gramoch.

Sacharidy predstavujú hlavný zdroj energie vo výžive človeka – najlacnejšie jedlo. Vo vyspelých krajinách približne 40 % príjmu sacharidov pochádza z rafinovaných cukrov a 60 % tvorí škrob. V menej rozvinutých krajinách sa zvyšuje podiel škrobu. Sacharidy tvoria hlavnú časť energie v ľudskom tele.

Tuky je jedným z hlavných zdrojov energie. Trávia sa v gastrointestinálnom trakte (GIT) oveľa pomalšie ako sacharidy, takže lepšie prispievajú k pocitu sýtosti. Triglyceridy rastlinného pôvodu sú nielen zdrojom energie, ale aj esenciálnych mastných kyselín: linolová a linolénová.

Veveričky- energetická funkcia nie je pre nich hlavná. Proteíny sú zdrojom esenciálnych a neesenciálnych aminokyselín, ako aj prekurzorov biologicky aktívnych látok v tele. Keď sa však aminokyseliny oxidujú, generuje sa energia. Hoci je malý, tvorí určitú časť energetickej stravy.

Obsah pre tému "Článkonožce. Chordáty.":

Náuka o chémii živých organizmov, t.j. biochémia, úzko súvisí so všeobecným prudkým rozvojom biológie v 20. storočí. Význam biochémie je, že poskytuje základné pochopenie fyziológie, inými slovami, pochopenie toho, ako fungujú biologické systémy.

To zasa nachádza uplatnenie v poľnohospodárstve (tvorba pesticídov, herbicídov atď.); v medicíne (vrátane celého farmaceutického priemyslu); v rôznych fermentačných odvetviach, ktoré nám dodávajú širokú škálu produktov vrátane pekárenských výrobkov; napokon vo všetkom, čo súvisí s potravinami a výživou, teda v dietetike, v technológii výroby potravín a vo vede o ich skladovaní. s biochémiou spojené so vznikom množstva nových perspektívnych oblastí v biológii, akými sú genetické inžinierstvo, biotechnológia či molekulárny prístup k štúdiu genetických chorôb.

Biochémia tiež zohráva dôležitú zjednocujúcu úlohu v biológii. Keď uvažujeme o živých organizmoch na biochemickej úrovni, nie sú najvýraznejšie rozdiely medzi nimi, ale ich podobnosti.

Prvky nachádzajúce sa v živých organizmoch

Prvky nachádzajúce sa v živých organizmoch

V zemskej kôre sa ich nachádza približne 100. chemické prvky, ale len 16 z nich je potrebných pre život. Najbežnejšie v živých organizmoch (v zostupnom poradí podľa počtu atómov) sú štyri prvky: vodík, uhlík, kyslík a dusík.

Tvoria viac ako 90 % hmotnosti aj počtu atómov, ktoré tvoria všetky živé organizmy. Avšak v pozemskom prvom štyri miesta v prevalencii zaberajú kyslík, kremík, hliník a sodík. biologický význam vodíka, kyslíka, dusíka a uhlíka je spôsobená najmä ich mocenstvom, v tomto poradí, 1, 2, 3 a 4, ako aj ich schopnosťou tvoriť silnejšie kovalentné väzby ako iné prvky rovnakej mocnosti.

Systémy biologických (biochemických) prvkov

Je známe, že konštrukcia a prevádzka zložitých informačných zariadení je založená na použití typických jednotných celkov a prvkov. Napríklad všetky informačné procesy v digitálnej technológii sú založené na použití rôznych štandardných logických prvkov, ktoré vykonávajú elementárne logické funkcie a najjednoduchšie úkony na konverziu binárnych informácií. Logické prvky sa používajú ako na stavbu elektronických obvodov, tak aj na spracovanie binárnych informácií. A teoretický základ v analýze spínacích obvodov sú zákony a princípy algebry logiky. V algebre logiky sa uvažujú premenné, ktoré môžu nadobúdať iba dve hodnoty: 1 a 0. Typické štruktúry logických integrovaných obvodov sú spravidla založené na prvkoch, ktoré vykonávajú operácie - AND, OR, AND-NOT, OR- NIE. Všetky ľubovoľne zložité digitálne zariadenia mikroelektronickej technológie sú postavené na základe logických prvkov, ktoré implementujú najjednoduchšie logické operácie a funkcie binárnej aritmetiky. Základné prvky sú akési stavebné a funkčné celky a používajú sa ako pri návrhu, tak aj pri výstavbe digitálnych informačných systémov. Implementujú funkčne kompletný súbor logických operácií, takže pri ich použití môžete získať logickú funkciu akejkoľvek zložitosti. Okrem toho je každý typický logický obvod prvku vyrobený na základe samostatných diskrétnych fyzických komponentov - tranzistorov, rezistorov, kondenzátorov a diód.

Prekvapivo sa rovnaké vzorce pozorujú pri zvažovaní živých molekulárnych systémov. Živé molekulárne systémy majú tiež svoju jednotnú biologickú (biochemickú) základňu prvkov. Preto je tu možný aj zovšeobecnený prístup založený na použití jednoduchých organických molekúl (monomérov), ktoré zohrávajú úlohu základných prvkov rôznych biologických molekúl a štruktúr. A „teoretickým a technologickým“ základom pre aplikáciu molekulárnej základne sú jej univerzálne zákony a princípy, ktoré možno vhodnou analógiou pripísať zákonom „molekulárnej biochemickej logiky“. Biochemická logika tiež poskytuje taký koncept ako „molekulárny biologický prvok“. Táto skutočnosť nám opäť pripomína, že každá živá bunka je informačný systém. Preto, aby sme pochopili zákonitosti jej fungovania, treba sa v prvom rade zaoberať elementárnym základom živej formy hmoty a princípmi a pravidlami jej používania. Toto je hlavná téma tohto článku.

Je známe, že všetky živé organizmy pozostávajú z rovnakých molekulárnych stavebných blokov - štandardnej sady viac ako troch desiatok typických biochemických (biologických) prvkov: nukleotidov, aminokyselín, jednoduchých cukrov, mastných kyselín atď. Počet týchto monomérov je malý a majú rovnakú štruktúru vo všetkých typoch organizmov. Okrem toho každý prvok samostatne predstavuje aj najjednoduchšiu schému, ktorej štruktúrnymi zložkami môže byť niekoľko chemických prvkov - vodík, kyslík, uhlík, dusík, fosfor a síra.

A prítomnosť určitých typických funkčných atómových skupín, vedľajších skupín a atómov v zložení každého prvku umožňuje predpovedať nielen jeho správanie v chemických reakciách, ale aj predvídať štrukturálnu a informačnú úlohu, ktorú bude prvok hrať v zložení. makromolekuly.

Živé systémy teda pri konštrukcii rôznych biologických molekúl a štruktúr využívajú svoje vlastné špeciálne, vysoko špecifické molekulárne prvky. Tieto prvky (ako súčasť živej hmoty) realizujú funkčne kompletný súbor elementárnych biochemických funkcií a operácií, preto pri ich použití môže divoká zver získať biologickú funkciu akejkoľvek zložitosti. Zároveň samozrejme existuje analógia a značné rozdiely medzi technickými a biologickými elementárnymi základňami a technológiami ich aplikácie.

Napríklad mikroobvody technických zariadení môžu pozostávať zo stoviek, tisícov alebo viacerých logických prvkov niekoľkých typov, ktoré sú navzájom vhodným spôsobom prepojené. Biologické makromolekuly môžu pozostávať aj zo stoviek, tisícov alebo viacerých biochemických prvkov niekoľkých typov, ktoré sú navzájom kovalentne spojené a umiestnené v reťazcoch biomolekúl vo forme lineárnej polohovej sekvencie. Rozdiel spočíva aj v tom, že živé systémy využívajú vlastné princípy a metódy na kódovanie, prenos a implementáciu informácií a od technických systémov sa líšia nielen nosičom substrátu, ale aj spôsobmi prezentácie informácií.

Navyše, ak je logický prvok v digitálnej technike najjednoduchším prevodníkom binárnej informácie, potom každý biologický prvok v živom systéme sám plní úlohu elementárnej štruktúrnej a informačno-funkčnej jednotky. V technických a biologických systémoch sa informačné správy vykonávajú v rôznych formách. V technických zariadeniach sa používajú elementárne signály 1 a 0 binárneho kódu. To znamená, že na prenos informačných správ sa používajú iba dva digitálne znaky. Zvyčajne symbol 1 zodpovedá potenciálu vysoký stupeň, symbol 0 - nízka. Binárne kódy sú široko používané najmä z dôvodu relatívne jednoduchej hardvérovej implementácie logických operácií a aritmetických operácií, ako aj zariadení na prenos a ukladanie správ. Každý logický prvok tu slúži na najjednoduchšie transformácie binárnej informácie, teda na transformáciu binárnych znakov. V technických zariadeniach sa teda používa hardvérová metóda konverzie informácií.

Avšak v biologické systémy, - spolu s hardvérovou metódou konverzie informácií sa využíva aj informačná metóda budovania a konverzie samotného hardvéru. Toto je jedinečná vlastnosť informačných procesov v živých molekulárnych systémoch.

Jednotkou informácie je navyše samotný biochemický prvok, ktorým je písmeno alebo symbol informácie. Preto sa pomocou chemických písmen a symbolov (elementov) buduje hardvérový systém bunky a zároveň sa do jej štruktúr zapisujú informácie o programe. To znamená, že v prvej fáze sa informačné správy prenášajú pomocou pevnej pozičnej sekvencie písmen alebo symbolov v „lineárnych“ reťazcoch biologických molekúl. To znamená, že ak sa v technickom systéme použije len hardvérová metóda transformácie informácie, tak v molekulárno-biologickom systéme sa pomocou genetickej informácie a elementárnej bázy najskôr budujú a transformujú rôzne biomolekuly a štruktúry a až potom tieto prostriedky sa môžu podieľať na rôznych informačných procesoch. V tomto smere sa hardvérová časť bunky stáva nositeľom a implementátorom zodpovedajúceho softvéru a molekulárno-biologickej informácie.

Ukazuje sa, že ak je v technickom systéme zariadenie prevodníkom informačných symbolov, tak v živej bunke naopak molekulárne písmená a symboly, usporiadané do rôznych molekulárnych sekvencií informačných správ, samy osebe fungujú ako prevodníky hardvéru. Okrem toho sú funkcie biomolekúl úplne určené elementárnymi funkciami ich základných biologických prvkov (písmen alebo symbolov), to znamená informácií. A každý prvok v zložení biomolekuly vždy interaguje s inými prvkami alebo molekulami vody podľa špeciálnych princípov a pravidiel, ktoré možno nazvať zákonmi molekulárnej biochemickej logiky. Preto bio chemické prvky tu sa zrejme stávajú aj tými programovými prvkami, pomocou ktorých sa budujú algoritmy funkčného správania rôznych biologických molekúl a štruktúr. Aby sa teda zmenila funkčná orientácia činnosti bunky – do určitej miery pomocou nových informačných správ je potrebné čiastočne zmeniť jej hardvérový systém. Zmena hardvérového systému je samozrejme spojená so syntézou nových biomolekúl a zničením starých, ktoré doslúžili a splnili svoju úlohu. Preto sa každá biomolekula po splnení svojich funkcií rozdelí na elementárne štruktúrne a informačné jednotky, ktoré sa opäť môžu zapojiť do informačných procesov. Použitá informácia je akoby vymazaná a eliminovaná a jednotlivé písmená alebo symboly, ktoré ju tvoria, teda „molekulárne biologické písmo“ sa rozpadá, aby sa znovu použilo v nových informačných správach alebo iných bunkových procesoch. Toto je hlavný rozlišovací znak prenosu informácií v molekulárnych biologických systémoch.

Živá bunka je ekonomická vo všetkom. Ak si pripomenieme, že chemické písmená a symboly (prvky) sú postavené na základe jednotlivých atómov a atómových skupín, potom si možno predstaviť, aké kolosálne množstvo informácií je uložených v genetickej pamäti a koluje v živej bunke, ktorej rozmery sú niekedy dlhé stotiny milimetra. Napríklad zygota obsahuje všetky informácie potrebné pre vývoj celého organizmu.

Na zmenu riadiacich akcií potrebuje bunka neustále aktualizovať informačné správy, čo teda vedie k aktualizácii hardvéru bunky. Preto v živej bunke prebieha neustály pohyb informácií a hmoty. Na jednej strane je proces spracovania a aktualizácie riadiacich informácií, a teda enzýmov a iných molekúl proteínov, na druhej strane to vedie k zmene chemicky riadených procesov, ktoré vykonávajú enzýmy.

V prípade potreby sú tieto procesy podporované dávkovým obehom chemickej energie vo forme ATP.

Je vidieť, že na vytvorenie rôznych tried makromolekulárnych zlúčenín, ako sú nukleové kyseliny, proteíny, polysacharidy alebo lipidy, živá bunka využíva rôzne systémy (abecedy) biochemických prvkov. Všimnite si, že z informačného hľadiska nie sú tieto triedy biologických molekúl ničím iným ako rôznymi typmi a formami molekulárnych informácií. Preto na reprezentáciu molekulárnej informácie v jej rôznych typoch a formách v živých systémoch existujú systémy biologických prvkov rôznych typov:

• 1) nukleotidy, - systém štruktúrnych, funkčných a informačných biochemických prvkov DNA a RNA (abeceda nukleových kyselín);
• 2) aminokyseliny - systém štruktúrnych, funkčných a informačných prvkov bielkovín (abeceda molekúl bielkovín), pre ktoré existuje genetický kód vo forme tria nukleotidov;
• 3) jednoduché cukry - štruktúrne a funkčné prvky a informačné symboly (abeceda) polysacharidov;
• 4) mastné kyseliny, - štruktúrne a funkčné prvky a informačné symboly (abeceda) lipidov a pod.

Jasnejšou identifikáciou a klasifikáciou biologických prvkov by sa s najväčšou pravdepodobnosťou mala zaoberať samostatná disciplína, akou je „molekulárna biologická informatika“.

Prítomnosť systémov molekulárnych biochemických prvkov (monomérov) v živej bunke výrazne zjednodušuje procesy budovania rôznych tried makromolekúl a štruktúrnych komponentov, zvyšuje vyrobiteľnosť ich výroby a zároveň rozširuje ich funkčné a informačné schopnosti.

Ako vidíme, každý typový súbor je organizovaný do vlastného systému prvkov, ktorý má spoločné biochemické, štrukturálne a technologické vlastnosti, tvorí väzby rovnakého typu medzi prvkami, ktoré sú kompatibilné vo svojich fyzikálno-chemických parametroch. V podstate všetky štrukturálne a funkčné zložky živej bunky sú postavené z týchto molekulárnych prvkov v rôznych kombináciách, zložení a postupnosti. Treba si uvedomiť, že každý systém biochemických prvkov v bunke je samostatnou abecedou a vyznačuje sa vlastnou kódovacou metódou, ako aj typom a formou reprezentácie molekulárnobiologickej informácie. Toto je teda základná príčina vzniku rôznych tried a veľkého množstva biologických molekúl v živých systémoch.

Prekvapivo je to fakt – celý život na Zemi, od bezvýznamnej baktérie až po človeka, pozostáva z rovnakých stavebných kameňov – štandardného súboru viac ako troch desiatok typických funkčných biologických (biochemických) prvkov.

Táto jedinečná sada obsahuje:

• 1) osem nukleotidov, - „štyri z nich zohrávajú úlohu kódujúcich jednotiek DNA a ďalšie štyri sa používajú na zaznamenávanie informácií v štruktúre RNA“;
• 2) dvadsať rôznych štandardných aminokyselín, ktoré sú kódované v DNA a slúžia na konštrukciu matrice proteínových molekúl;
• 3) niekoľko mastných kyselín – relatívne malý počet jednoduchých štandardných organických molekúl, ktoré slúžia na stavbu lipidov;

4) predchodcami väčšiny polysacharidov sú viaceré jednoduché cukry (monosacharidy).

Všetky tieto prvky boli vybrané v priebehu evolúcie kvôli ich jedinečnej vhodnosti na vykonávanie rôznych chemických, energetických, molekulárnych, informačných a iných biologických funkcií v živých bunkách.

Ako vidíme, základom každého systému sú jeho jednotlivé molekulárne biologické (biochemické) prvky. A na základni rôzne systémy biologické prvky, - molekulárne abecedy, rôzne bunkové makromolekuly - možno „navrhnúť“ DNA, RNA, proteíny, polysacharidy a lipidy. Elementárnou základňou sú preto tie systémy biochemických prvkov, pomocou ktorých je živá bunka schopná prostredníctvom informácií vybudovať rôzne biologické molekuly a štruktúry a potom pomocou týchto prostriedkov uskutočniť akékoľvek biologické funkcie a chemické premeny.

"Štrukturálne schémy" základných molekulárnych prvkov, ich prirodzené vlastnosti a vlastnosti sú celkom jasne zvážené a prezentované v rôznych učebniciach biochémie. Našou úlohou je venovať väčšiu pozornosť informačným aspektom využitia takýchto biochemických jednotiek.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Hostiteľom je http://www.allbest.ru

Abstrakt na tému:

"Biochemické zložky života"

Úvod

Moderná chémia je široký komplex vied, ktorý sa postupne formoval v priebehu jej dlhého historického vývoja. Praktické oboznámenie človeka s chemickými procesmi siaha až do staroveku. Po mnoho storočí bolo teoretické vysvetlenie chemických procesov založené na prírodnej filozofii vlastností prvkov. V upravenej podobe slúžila ako základ alchýmie, ktorá vznikla približne v 3.-4. AD a snahou vyriešiť problém premeny základných kovov na ušľachtilé. Alchymisti, ktorí nedosiahli úspech pri riešení tohto problému, vyvinuli množstvo metód na štúdium látok, objavili niektoré chemické zlúčeniny, ktoré do určitej miery prispeli k vzniku vedeckej chémie.

Chemický pohľad na prírodu, vznik a súčasný stav

Chémia je aktívne integrovaná s inými vedami, výsledkom čoho je vznik biochémie, molekulárnej biológie, kozmochémie, geochémie, biogeochémie. Prvý študuje chemické procesy v živých organizmoch, geochémiu – vzorce správania sa chemických prvkov v zemskej kôre. Biogeochémia je veda o procesoch pohybu, distribúcie, šírenia a koncentrácie chemických prvkov v biosfére za účasti organizmov. Zakladateľom biogeochémie je V.I. Vernadského. Kozmochémia študuje chemické zloženie hmoty vo vesmíre, jej množstvo a rozloženie medzi jednotlivými kozmickými telesami.

K prudkému posilneniu vzťahu medzi chémiou a biológiou došlo v dôsledku vytvorenia A.M.

Butlerovova teória chemickej štruktúry organických zlúčenín. Organickí chemici vedení touto teóriou vstúpili do súťaže s prírodou. Nasledujúce generácie chemikov preukázali veľkú vynaliezavosť, prácu, fantáziu a tvorivé hľadanie riadenej syntézy hmoty.

Postupný rozvoj vedy v 19. storočí, ktorý viedol k objavu štruktúry atómu a podrobnému poznaniu štruktúry a zloženia bunky, otvoril praktické možnosti pre chemikov a biológov spolupracovať na chemických problémoch náuka o bunke, o otázkach o podstate chemických procesov v živých tkanivách, o podmienenosti biologických funkcií.chemické reakcie.

Ak sa pozriete na metabolizmus v tele z čisto chemického hľadiska, ako A.I. Oparin, uvidíme súbor veľkého množstva relatívne jednoduchých a jednotných chemických reakcií, ktoré sa medzi dobey v čase kombinujú, neprebiehajú náhodne, ale v prísnom poradí, výsledkom čoho je vznik dlhých reťazcov reakcií. A tento poriadok prirodzene smeruje k neustálej sebazáchove a sebareprodukcii celého živého systému ako celku v daných podmienkach prostredia.

Jedným slovom, také špecifické vlastnosti živých vecí, ako je rast, reprodukcia, pohyblivosť, excitabilita, schopnosť reagovať na zmeny vo vonkajšom prostredí, sú spojené s určitými komplexmi chemických premien.

Význam chémie medzi vedami, ktoré študujú život, je mimoriadne veľký. Práve chémia odhalila najvýznamnejšiu úlohu chlorofylu ako chemického základu fotosyntézy, hemoglobínu ako základu dýchacieho procesu, stanovila sa chemická podstata prenosu nervového vzruchu, určila sa štruktúra nukleových kyselín atď. Ale hlavná vec je, že objektívne sú chemické mechanizmy základom biologických procesov, funkcií živých vecí. Všetky funkcie a procesy vyskytujúce sa v živom organizme možno vyjadriť v jazyku chémie vo forme špecifických chemických procesov.

Samozrejme, bolo by nesprávne zredukovať fenomény života na chemické procesy. Bolo by to hrubé mechanické zjednodušenie. A jasným dôkazom toho je špecifickosť chemických procesov v živých systémoch v porovnaní s neživými. Štúdium tejto špecifickosti odhaľuje jednotu a vzájomný vzťah chemických a biologických foriem pohybu hmoty. Iné vedy, ktoré vznikli na priesečníku biológie, chémie a fyziky, hovoria o tom istom: biochémia je veda o metabolizme a chemických procesoch v živých organizmoch; bioorganická chémia - náuka o štruktúre, funkciách a spôsoboch syntézy zlúčenín tvoriacich živé organizmy; fyzikálna a chemická biológia ako veda o fungovaní zložitých systémov prenosu informácií a regulácii biologických procesov na molekulárnej úrovni, ako aj biofyzika, biofyzikálna chémia a radiačná biológia.

Hlavnými úspechmi tohto procesu bola identifikácia chemických produktov bunkového metabolizmu (metabolizmus v rastlinách, živočíchoch, mikroorganizmoch), vytvorenie biologických dráh a cyklov biosyntézy týchto produktov; zrealizovala sa ich umelá syntéza, objavili sa materiálne základy regulačného a dedičného molekulárneho mechanizmu a do značnej miery sa objasnil význam chemických procesov, energetických procesov bunky a živých organizmov vôbec.

Teraz pre chémiu nadobúda význam najmä aplikácia biologických princípov, v ktorých sa sústreďujú skúsenosti s prispôsobovaním živých organizmov podmienkam Zeme počas mnohých miliónov rokov, skúsenosti s vytváraním najpokročilejších mechanizmov a procesov. Na tejto ceste už existujú určité úspechy.

Pred viac ako storočím si vedci uvedomili, že základom výnimočnej účinnosti biologických procesov je biokatalýza. Preto si chemici dali za cieľ vytvoriť novú chémiu založenú na katalytickej skúsenosti živej prírody. Objaví sa v ňom nové riadenie chemických procesov, kde sa uplatnia princípy syntézy podobných molekúl, vzniknú katalyzátory na princípe enzýmov s takou rozmanitosťou kvalít, ktoré ďaleko predčia tie existujúce v našom odvetví.

Napriek skutočnosti, že enzýmy majú spoločné vlastnosti obsiahnuté vo všetkých katalyzátoroch, nie sú s nimi identické, pretože fungujú v živých systémoch. Preto všetky pokusy využiť skúsenosti živej prírody na urýchlenie chemických procesov v anorganickom svete narážajú na vážne obmedzenia. Zatiaľ sa môžeme baviť len o modelovaní niektorých funkcií enzýmov a využití týchto modelov na teoretický rozbor aktivity živých systémov, ako aj čiastočnú praktickú aplikáciu izolovaných enzýmov na urýchlenie niektorých chemických reakcií.

Tu je zrejme najsľubnejším smerom výskum zameraný na aplikáciu princípov biokatalýzy v chémii a chemická technológia, na čo je potrebné naštudovať si celú katalytickú skúsenosť živej prírody, vrátane skúsenosti s tvorbou samotného enzýmu, bunky a dokonca aj organizmu.

Teória samovývoja elementárnych otvorených katalytických systémov, ktorú v najvšeobecnejšej forme predložil profesor A.P. Rudenko v roku 1964, je všeobecná teória chemickej evolúcie a biogenézy. Rieši otázky o hybné sily a mechanizmy evolučného procesu, teda zákony chemickej evolúcie, výber prvkov a štruktúr a ich kauzalita, výška chemickej organizácie a hierarchie chemické systémy ako dôsledok evolúcie.

Teoretickým jadrom tejto teórie je pozícia, že chemická evolúcia je samovývoj katalytických systémov, a preto sú katalyzátory vyvíjajúcou sa látkou. V priebehu reakcie dochádza k prirodzenému výberu tých katalytických centier, ktoré majú najväčšiu aktivitu. Samovývoj, samoorganizácia a samokomplikácia katalytických systémov nastáva v dôsledku neustáleho prílevu transformovateľnej energie. A keďže hlavným zdrojom energie je základná reakcia, katalytické systémy vyvíjajúce sa na základe exotermických reakcií získavajú maximálne evolučné výhody. Základná reakcia je teda nielen zdrojom energie, ale aj nástrojom na výber najprogresívnejších evolučných zmien v katalyzátoroch.

Rozvíjaním týchto názorov A.P. Rudenko sformuloval základný zákon chemickej evolúcie, podľa ktorého s najväčšou rýchlosťou a pravdepodobnosťou vznikajú tie dráhy evolučných zmien katalyzátora, na ktorých dochádza k maximálnemu zvýšeniu jeho absolútnej aktivity.

Praktickým dôsledkom teórie vlastného vývoja otvorených katalytických systémov je takzvaná „nestacionárna technológia“, teda technológia s meniacimi sa reakčnými podmienkami. Výskumníci dnes prichádzajú k záveru, že stacionárny režim, ktorého spoľahlivá stabilizácia sa zdala byť kľúčom k vysokej efektivite priemyselného procesu, je len špeciálnym prípadom nestacionárneho režimu. Zároveň sa našlo mnoho nestacionárnych režimov, ktoré prispievajú k zintenzívneniu reakcie.

V súčasnosti sú už viditeľné perspektívy vzniku a rozvoja novej chémie, na základe ktorej vzniknú nízkoodpadové, bezodpadové a energeticky úsporné priemyselné technológie.

Chemici dnes dospeli k záveru, že s použitím rovnakých princípov, na ktorých je postavená chémia organizmov, bude v budúcnosti (bez presne opakujúcej sa prírody) možné vybudovať zásadne novú chémiu, nové riadenie chemických procesov, nové riadenie chemických procesov. kde sa budú uplatňovať princípy syntézy podobných molekúl. Predpokladá sa vytvorenie konvertorov, ktoré využívajú slnečné svetlo s vysokou účinnosťou a premieňajú ho na chemickú a elektrickú energiu, ako aj chemickú energiu na svetlo veľkej intenzity.

Na zvládnutie katalytickej skúsenosti živej prírody a implementáciu poznatkov získaných v priemyselnej výrobe načrtli chemici niekoľko sľubných spôsobov.

najprv - rozvoj výskumu v oblasti katalýzy kovových komplexov so zameraním na zodpovedajúce objekty voľne žijúcich živočíchov. Táto katalýza je obohatená o metódy používané živými organizmami pri enzymatických reakciách, ako aj o metódy klasickej heterogénnej katalýzy.

Druhý spôsob je modelovanie biokatalyzátorov. V súčasnosti je vďaka umelému výberu štruktúr možné zostaviť modely mnohých enzýmov, ktoré sa vyznačujú vysokou aktivitou a selektivitou, niekedy takmer rovnakou ako pôvodné, alebo s väčšou jednoduchosťou štruktúry.

Doteraz získané modely však nie sú schopné nahradiť prirodzené biokatalyzátory živých systémov. V tomto štádiu vývoja chemických poznatkov je tento problém mimoriadne ťažko riešiteľný. Enzým sa izoluje zo živého systému, určí sa jeho štruktúra, zavedie sa do reakcie na vykonávanie katalytických funkcií. Ale funguje krátko a rýchlo skolabuje, keďže je izolovaný od celku, od bunky. Celá bunka so všetkým jej enzýmovým aparátom je dôležitejším objektom ako jeden z nej izolovaný detail.

tretí spôsob Rozvoj mechanizmov laboratória živej prírody je spojený s úspechmi chémie imobilizovaných systémov. Podstatou imobilizácie je fixácia enzýmov izolovaných zo živého organizmu na pevnom povrchu adsorpciou, ktorá ich premení na heterogénny katalyzátor a zabezpečí jeho stabilitu a nepretržitú prevádzku.

Štvrtý spôsob v rozvoji výskumu zameraného na aplikáciu princípov biokatalýzy v chémii a chemickej technológii, sa vyznačuje stanovením najširšej úlohy - štúdium a rozvoj celej katalytickej skúsenosti živej prírody, vrátane tvorby enzýmu, bunka a dokonca aj organizmus. Toto je štádium, v ktorom sú základy evolučnej chémie ako efektívnej vedy s jej pracovnými funkciami. Vedci tvrdia, že ide o pohyb chemickej vedy smerom k zásadne novej chemickej technológii s perspektívou vytvorenia analógov živých systémov. Riešenie tohto problému zaujme najdôležitejšie miesto pri tvorbe chémie budúcnosti.

Chemické prvky v ľudskom tele

chemická biokatalýza katalytický prvok

Všetky živé organizmy na Zemi, vrátane ľudí, sú v úzkom kontakte životné prostredie. Jedlo a pitná voda prispievajú k príjmu takmer všetkých chemických prvkov do tela. Denne sa zavádzajú do tela a vylučujú sa z neho. Rozbory ukázali, že množstvo jednotlivých chemických prvkov a ich pomer v zdravom organizme rôznych ľudí je približne rovnaký.

Názor, že takmer všetky prvky periodického systému D.I. Mendelejev sa zoznámi. Predpoklady vedcov však idú ďalej – v živom organizme sú nielen všetky chemické prvky, ale každý z nich plní nejakú biologickú funkciu. Je možné, že sa táto hypotéza nepotvrdí. S rozvojom výskumu v tomto smere sa však odhaľuje biologická úloha stále väčšieho počtu chemických prvkov. Do tejto problematiky nepochybne vnesie svetlo čas a práca vedcov.

Bioaktivita jednotlivých chemických prvkov. Experimentálne sa zistilo, že kovy tvoria asi 3 % (hmotn.) v ľudskom tele. Toto je veľa. Ak vezmeme hmotnosť človeka ako 70 kg, potom podiel kovov je 2,1 kg. Pre jednotlivé kovy je hmota rozdelená nasledovne: vápnik (1700), draslík (250 g), sodík (70 g), horčík (42 g), železo (5 g), zinok (3 g). Zvyšok tvoria stopové prvky. Ak koncentrácia prvku v tele presiahne 102%, potom sa považuje za makronutrient. Stopové prvky sa v tele nachádzajú v koncentráciách 10 3 -10 5 % . Ak je koncentrácia prvku nižšia ako 105 %, potom sa považuje za ultramikroprvok. Anorganické látky v živom organizme sú v rôznych formách. Väčšina kovových iónov tvorí zlúčeniny s biologickými objektmi. Dnes sa už zistilo, že mnohé enzýmy (biologické katalyzátory) obsahujú kovové ióny. Napríklad mangán je súčasťou 12 rôznych enzýmov, železo - 70, meď - 30 a zinok - viac ako 100. Prirodzene, nedostatok týchto prvkov by mal ovplyvniť obsah zodpovedajúcich enzýmov, a tým aj normálne fungovanie organizmu. . Kovové soli sú teda absolútne nevyhnutné pre normálne fungovanie živých organizmov. Potvrdili to aj pokusy na bezsolnej diéte, ktorou sa kŕmili pokusné zvieratá. Na tento účel sa soli z potravín odstránili opakovaným umývaním vodou. Ukázalo sa, že konzumácia takéhoto jedla viedla k smrti zvierat

Šesť prvkov, ktorých atómy sú súčasťou bielkovín a nukleových kyselín: uhlík, vodík, dusík, kyslík, fosfor, síra. Ďalej treba rozlíšiť dvanásť prvkov, ktorých úloha a význam pre život organizmov sú známe: chlór, jód, sodík, draslík, horčík, vápnik, mangán, železo, kobalt, meď, zinok, molybdén. V literatúre sú náznaky prejavov biologickej aktivity vanádom, chrómom, niklom a kadmiom

Existuje veľké množstvo prvkov, ktoré sú pre živý organizmus jedovaté, ako je ortuť, tálium, ošípané atď. Majú nepriaznivý biologický účinok, ale telo môže fungovať aj bez nich. Existuje názor, že dôvod pôsobenia týchto jedov je spojený s blokovaním určitých skupín v molekulách bielkovín alebo s vytesnením medi a zinku z určitých enzýmov. Sú prvky, ktoré sú relatívne veľké množstvá sú jedovaté a v nízkych koncentráciách majú priaznivý vplyv na organizmus. Napríklad arzén je silný jed, ktorý narúša kardiovaskulárny systém a ovplyvňuje pečeň a obličky, ale v malých dávkach ho lekári predpisujú na zlepšenie chuti do jedla. Vedci sa domnievajú, že mikrodávky arzénu zvyšujú odolnosť organizmu voči pôsobeniu škodlivých mikróbov. Horčičný plyn je známa jedovatá látka. S(CH 2 CH 2 C1) 2 . Vo vazelíne zriedenej 20 000-krát pod názvom „Psoriasin“ sa však používa proti šupinatému lišajníku. Moderná farmakoterapia sa stále nezaobíde bez značného množstva liekov, medzi ktoré patria toxické kovy. Ako si tu nepamätať príslovie, že v malom množstve lieči, ale vo veľkom ochromuje.

Zaujímavosťou je, že chlorid sodný (kuchynská soľ) v desaťnásobnom prebytku v tele oproti bežnému obsahu je jed. Kyslík, potrebný na dýchanie človeka, vo vysokej koncentrácii a najmä pod tlakom, pôsobí toxicky. Z týchto príkladov je vidieť, že koncentrácia nejakého prvku v tele má niekedy veľmi významnú, niekedy až katastrofálnu hodnotu.

Železo je súčasťou krvného hemoglobínu, respektíve červených krvných farbív, ktoré reverzibilne viažu molekulárny kyslík. U dospelého človeka obsahuje krv asi 2,6 g železa. V procese života v tele dochádza k neustálemu rozpadu a syntéze hemoglobínu. Na obnovenie železa strateného rozpadom hemoglobínu človek potrebuje denný príjem asi 25 mg. Nedostatok železa v tele vedie k ochoreniu - anémii. Škodí však aj nadbytok železa v tele. Je spojená so siderózou očí a pľúc - ochorením spôsobeným ukladaním zlúčenín železa v tkanivách týchto orgánov. Nedostatok medi v tele spôsobuje deštrukciu krvných ciev. Okrem toho sa verí, že jeho nedostatok spôsobuje rakovinu. V niektorých prípadoch je rakovina pľúc u starších ľudí spojená s vekom podmieneným poklesom medi v tele. Nadbytok medi však vedie k duševným poruchám a paralýze niektorých orgánov (Wilsonova choroba). Ľuďom škodí len veľké množstvo zlúčenín medi. V malých dávkach sa používajú v medicíne ako adstringentné a bakteriostatické (inhibujúce rast a množenie baktérií) činidlo. Napríklad síran meďnatý (II) CuSO 4 používa sa pri liečbe konjunktivitídy vo forme očných kvapiek (0,25% roztok), ako aj na kauterizáciu trachómu vo forme očných ceruziek (zliatina síranu meďnatého (II), dusičnanu draselného, ​​kamenca a gáforu). Pri popáleninách kože fosforom sa hojne navlhčí 5% roztokom síranu meďnatého.

Baktericídna (spôsobujúca smrť rôznych baktérií) vlastnosť striebra a jeho solí je už dlho známa. Napríklad v medicíne sa roztok koloidného striebra (collargol) používa na umývanie hnisavých rán, močového mechúra s chronickou cystitídou a uretritídou, ako aj vo forme očných kvapiek s hnisavou konjunktivitídou a blenorrheou. Dusičnan strieborný AgNO 3 vo forme ceruziek sa používajú na kauterizáciu bradavíc, granulácií atď. V zriedených roztokoch (0,1-0,25%) sa používa ako adstringentné a antimikrobiálne činidlo pre pleťové vody, ako aj očné kvapky. Vedci sa domnievajú, že kauterizačný účinok dusičnanu strieborného je spojený s jeho interakciou s tkanivovými proteínmi, čo vedie k tvorbe solí strieborných proteínov - albuminátov.

V súčasnosti sa nepochybne zistilo, že fenomén iónovej asymetrie je vlastný všetkým živým organizmom - nerovnomerné rozloženie iónov vo vnútri a mimo bunky. Napríklad vo vnútri buniek svalových vlákien, srdca, pečene, obličiek je zvýšený obsah iónov draslíka v porovnaní s extracelulárnymi. Koncentrácia sodíkových iónov je naopak vyššia mimo bunky ako v nej. Prítomnosť koncentračného gradientu draslíka a sodíka je experimentálne potvrdená skutočnosť. Výskumníkov znepokojuje záhada povahy draslíkovo-sodnej pumpy a jej fungovania. K vyriešeniu tejto problematiky smeruje úsilie mnohých tímov vedcov u nás aj v zahraničí. Je zaujímavé, že starnutím organizmu klesá koncentračný gradient iónov draslíka a sodíka na hranici buniek. Keď dôjde k smrti, koncentrácia draslíka a sodíka vo vnútri a mimo bunky sa okamžite vyrovná.

Biologická funkcia iónov lítia a rubídia v zdravom organizme ešte nie je jasná. Existujú však dôkazy, že ich zavedením do tela je možné liečiť jednu z foriem maniodepresívnej psychózy.

Biológovia a lekári dobre vedia, že glykozidy hrajú v ľudskom tele dôležitú úlohu. Niektoré prírodné glykozidy (extrahované z rastlín) aktívne pôsobia na srdcový sval, zvyšujú kontraktilné funkcie a spomaľujú srdcovú frekvenciu. Ak sa do tela dostane veľké množstvo srdcového glykozidu, môže dôjsť k úplnej zástave srdca. Ióny niektorých kovov ovplyvňujú pôsobenie glykozidov. Napríklad pri zavádzaní magnéziových iónov do krvi dochádza k oslabeniu účinku glykozidov na srdcový sval, vápenaté ióny naopak posilňujú účinok srdcových glykozidov.

Niektoré zlúčeniny ortuti sú tiež extrémne toxické. Je známe, že ióny ortuti (II) sú schopné silne sa viazať s proteínmi. Toxický účinok chloridu ortutnatého (II). HgCl 2 (chlorid ortutnatý) sa prejavuje predovšetkým nekrózou (nekrózou) obličiek a črevnej sliznice. Obličky v dôsledku otravy ortuťou strácajú schopnosť vylučovať odpadové látky z krvi.

Zaujímavé je, že chlorid ortuťnatý hg 2 Cl 2 (starodávny názov kalomel) je pre ľudský organizmus neškodný. Je to pravdepodobne spôsobené extrémne nízkou rozpustnosťou soli, v dôsledku čoho sa ióny ortuti nedostávajú do tela vo výrazných množstvách.

Kyanid draselný (kyanid draselný) KCN- soľ kyseliny kyanovodíkovej HCN. Obe zlúčeniny sú rýchlo pôsobiace a silné jedy.

Pri akútnej otrave kyselinou kyanovodíkovou a jej soľami dochádza k strate vedomia, k paralýze dýchania a srdca. V počiatočnom štádiu otravy má človek závraty, pocit tlaku na čele, akútnu bolesť hlavy, zrýchlené dýchanie a búšenie srdca. Prvá pomoc pri otravách kyselinou kyanovodíkovou a jej soľami - čerstvý vzduch, dýchanie kyslíkom, teplo. Antidotá sú dusitan sodný NaNO 2 a organické nitrozlúčeniny: amylnitrit C 5 H 11 ONO a propylnitrit C 3 H 7 ONO. Predpokladá sa, že pôsobenie dusitanu sodného sa znižuje na premenu hemoglobínu na meta-hemoglobín. Ten pevne viaže kyanidové ióny na kyanmethemoglobín. Týmto spôsobom sa z kyanidových iónov uvoľňujú respiračné enzýmy, čo vedie k obnoveniu dýchacej funkcie buniek a tkanív.

Zlúčeniny obsahujúce síru sa široko používajú ako antidotá pre kyselinu kyanovodíkovú: koloidná síra, tiosíran sodný Na 2 S 2 O 3 tetrationát sodný Na 2 S 4 O 6 ako aj s obsahom síry Organické zlúčeniny, najmä aminokyseliny - glutatión, cysteín, cystín. Kyselina kyanovodíková a jej soli sa pri interakcii so sírou premieňajú na tiokyanáty v súlade s rovnicou

HCN+S > HNCS

Tiokyanáty sú pre ľudský organizmus úplne neškodné.

Dlho sa v prípade nebezpečenstva otravy kyanidom odporúčalo držať kúsok cukru za lícom. V roku 1915 nemeckí chemici Rupp a Golze ukázali, že glukóza reaguje s kyselinou kyanovodíkovou a niektorými kyanidmi za vzniku netoxickej zlúčeniny glukózový kyanohydrín:

OH OH OH OH N OH OH OH OH OH

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

CH2-CH-CH-CH-CH-C \u003d O + HCN\u003e CH2-CH-CH-CH-CH-C-OH

glukóza kyanohydrín glukóza

Olovo a jeho zlúčeniny sú dosť silné jedy. V ľudskom tele sa olovo hromadí v kostiach, pečeni a obličkách.

Veľmi toxické sú zlúčeniny chemického prvku tália, ktoré patria medzi vzácne.

Je potrebné zdôrazniť, že všetky neželezné a najmä ťažké (nachádzajúce sa na konci periodickej tabuľky) kovy sú jedovaté v množstvách presahujúcich prípustné množstvá.

Oxid uhličitý sa v ľudskom tele nachádza vo veľkom množstve, a preto nemôže byť jedovatý. Za 1 hodinu dospelý človek vydýchne asi 20 litrov (asi 40 g) tohto plynu. Pri fyzickej práci sa množstvo vydychovaného oxidu uhličitého zvyšuje na 35 litrov. Vzniká v dôsledku spaľovania sacharidov a tukov v tele. Avšak s vysokým obsahom SO 2 dusenie nastáva vo vzduchu v dôsledku nedostatku kyslíka. Maximálna dĺžka pobytu osoby v miestnosti so sústredením SO 2 do 20% (objemovo) by nemalo presiahnuť 2 hodiny.V Taliansku je známa jaskyňa („Psia jaskyňa“), v ktorej človek vydrží dlho stáť a pes, ktorý tam pobehuje, sa zadusí a zomrie. Faktom je, že približne po pás človeka je jaskyňa naplnená ťažkým (v porovnaní s dusíkom a kyslíkom) oxidom uhličitým. Keďže ľudská hlava je vo vzduchovej vrstve, nepociťuje žiadne nepohodlie. Pes sa pri raste ocitne v atmosfére oxidu uhličitého, a preto sa dusí.

Lekári a biológovia zistili, že keď sa sacharidy v tele oxidujú na vodu a oxid uhličitý, uvoľní sa jedna molekula kyslíka na molekulu spotrebovaného kyslíka. SO 2 . Teda pomer pridelených SO 2 k absorbovanému O 2 (hodnota respiračného koeficientu) sa rovná jednej. V prípade oxidácie tukov je respiračný koeficient približne 0,7. Stanovením hodnoty respiračného koeficientu sa teda dá posúdiť, ktoré látky sa v organizme prevažne spaľujú. Experimentálne sa zistilo, že pri krátkodobom, ale intenzívnom zaťažení svalov sa energia získava oxidáciou sacharidov a pri dlhodobom najmä spaľovaním tukov. Predpokladá sa, že prepnutie tela na oxidáciu tukov je spojené s vyčerpaním zásob uhľohydrátov, ktoré sa zvyčajne pozoruje 5-20 minút po začiatku intenzívnej svalovej práce.

Antidotá

Antidotá - látky, ktoré eliminujú účinky jedov na biologické štruktúry a zneškodňujú jedy prostredníctvom chemických látok

žltá krvná soľ K 4 tvorí ťažko rozpustné zlúčeniny s iónmi mnohých ťažkých kovov. Táto vlastnosť sa v praxi využíva pri liečbe otravy soľami ťažkých kovov.

Dobrým protijedom pri otravách zlúčeninami arzénu, ortuti, olova, kadmia, niklu, chrómu, kobaltu a iných kovov je unitiol:

CH 2 -CH-CH 2 SO 3 Na H 2 O

Mlieko je univerzálny protijed.

Záver

Moderná biochémia je zastúpená mnohými rôznymi smermi vo vývoji poznatkov o podstate hmoty a metódach jej premeny. Chémia zároveň nie je len súhrnom poznatkov o látkach, ale vysoko usporiadaným, neustále sa vyvíjajúcim systémom poznania, ktorý má svoje miesto medzi ostatnými prírodnými vedami.

Chémia študuje kvalitatívnu rôznorodosť materiálnych nosičov chemických javov, chemickú formu pohybu hmoty.

Jedným z najvýznamnejších objektívnych podkladov pre vyčlenenie chémie ako samostatnej prírodovednej disciplíny je uznanie špecifickosti chémie vzťahu látok, ktorá sa prejavuje predovšetkým v komplexe síl a rôznych typov interakcií, ktoré určujú existenciu dvoj- a viacatómových zlúčenín. Tento komplex sa zvyčajne charakterizuje ako chemická väzba, vznikajúce alebo lámajúce sa pri interakcii častíc atómovej úrovne organizácie hmoty. Vzhľad chemickej väzby je charakterizovaný výraznou redistribúciou elektrónovej hustoty v porovnaní s jednoduchou polohou elektrónovej hustoty neviazaných atómov alebo atómových fragmentov, ktoré sú blízko vzdialenosti väzby. Táto vlastnosť najpresnejšie oddeľuje chemickú väzbu od rôznych prejavov medzimolekulových interakcií.

Neustále zvyšovanie úlohy biochémie ako vedy v rámci prírodných vied je sprevádzané prudkým rozvojom základného, ​​komplexného a aplikovaného výskumu, zrýchleným vývojom nových materiálov s požadovanými vlastnosťami a novými postupmi v oblasti technológií pre výroba a spracovanie látok.

Bibliografia

1. Veľký encyklopedický slovník. Chémia. M., 2001.

2. Grushevitskaya T.T., Sadokhin A.P. Pojmy moderných prírodných vied. M., 1998.

3. Kuznecov V.I., Idlis G.M., Gutina V.N. Prírodná veda. M., 1996.

4. Chémia // Chemický encyklopedický slovník. M., 1983.

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

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

Hostené na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Chemický pohľad na prírodu, vznik a súčasný stav. Predmet poznania chemickej vedy a jej štruktúra. Vzťah medzi chémiou a fyzikou. Vzťah medzi chémiou a biológiou. Chémia študuje kvalitatívnu rôznorodosť materiálových nosičov chemických javov.

abstrakt, pridaný 15.03.2004


Prezentácia z chémie. Živé systémy sú chemické prvky, ktoré sa v nich nachádzajú. Úzky kontakt živých systémov, ale aj človeka s prostredím. Zloženie ľudského tela. Porušenie metabolizmu minerálov v ľudskom tele. patologické stavy.

prezentácia, pridaná 24.12.2008


abstrakt, pridaný 11.10.2011


Hlavné chemické prvky bežné v ľudskom tele, charakteristické znaky a príznaky nedostatku niektorých z nich. Všeobecný popis vlastností jódu, jeho objav a význam v organizme. Postup na určenie jeho nedostatku a mechanizmus doplňovania.

prezentácia, pridané 27.12.2010


Fyziologická úloha berýlia v ľudskom tele, jeho synergisti a antagonisti. Úloha horčíka v ľudskom organizme zabezpečiť tok rôznych životných procesov. Neutralizácia nadmernej kyslosti tela. Hodnota stroncia pre ľudí.

abstrakt, pridaný 09.05.2014


Fyzikálne a chemické vlastnosti tália, stav agregácie, tlak nasýtených pár, výparné teplo za normálnych podmienok a citlivosť na teplo. Spôsoby prieniku a premeny v tele. Zdroje uvoľňovania do životného prostredia.

test, pridaný 24.10.2014


Chemické vlastnosti kovov, ich prítomnosť v ľudskom tele. Úloha makroprvkov (draslík, sodík, vápnik, horčík) a mikroprvkov v tele. Obsah makro- a mikroprvkov v potravinárskych výrobkoch. Dôsledky nerovnováhy určitých prvkov.

prezentácia, pridané 13.03.2013


koncept, všeobecné charakteristiky a účel procesu katalytickej reformy. Chemické základy reformačného procesu: transformácia alkánov, cykloalkánov, arénov. Katalyzátory a makrokinetika procesu. Priemyselné zariadenia katalytického procesu.

ročníková práca, pridaná 13.10.2011


Stanovenie ekvivalentnej hmotnosti kovu a soli metódou vytesňovania vodíka. Priebeh a údaje experimentu, charakteristika prístrojov. Použitie horčíka ako kovu, jeho hlavné chemické vlastnosti. Výpočet absolútnych a relatívnych chýb skúsenosti.

laboratórne práce, doplnené 05.05.2013


Nízkomolekulárne organické zlúčeniny rôznych chemickej povahy nevyhnutné na realizáciu procesov prebiehajúcich v živom organizme. Vitamíny rozpustné vo vode a v tukoch. Denná ľudská potreba vitamínov a ich hlavné funkcie.

Téma: „BIOCHÉMIA KRVI. KRVNÁ PLAZMA: KOMPONENTY A ICH FUNKCIE. METABOLIZMUS ERYTROCYTOV. VÝZNAM BIOCHEMICKÉHO KREVNÉHO TESTOVANIA V KLINICE»

1. Proteíny krvnej plazmy: biologická úloha. Obsah proteínových frakcií v plazme. Zmeny v proteínovom zložení plazmy pri patologických stavoch (hyperproteinémia, hypoproteinémia, dysproteinémia, paraproteinémia).
2. Proteíny akútnej fázy zápalu: biologická úloha, príklady bielkovín.
3. Lipoproteínové frakcie krvnej plazmy: vlastnosti zloženia, úloha v organizme.
4. Plazmatické imunoglobulíny: hlavné triedy, štruktúrna schéma, biologické funkcie. Interferóny: biologická úloha, mechanizmus účinku (schéma).
5. Enzýmy krvnej plazmy (sekrečné, vylučovacie, indikátor): diagnostická hodnota štúdie aktivity aminotransferáz (ALT a AST), alkalickej fosfatázy, amylázy, lipázy, trypsínu, izoenzýmov laktátdehydrogenázy, kreatínkinázy.
6. Nebielkovinové zložky krvi obsahujúce dusík (močovina, aminokyseliny, kyselina močová, kreatinín, indikán, priamy a nepriamy bilirubín): štruktúra, biologická úloha, diagnostická hodnota ich stanovenia v krvi. Pojem azotémia.
7. Bez dusíka organické zložky krvi (glukóza, cholesterol, voľné mastné kyseliny, ketolátky, pyruvát, laktát), diagnostická hodnota ich stanovenia v krvi.
8. Vlastnosti štruktúry a funkcie hemoglobínu. Regulátory afinity hemoglobínu k O2. Molekulárne formy hemoglobínu. Deriváty hemoglobínu. Klinický a diagnostický význam stanovenia hemoglobínu v krvi.
9. Metabolizmus červených krviniek: úloha glykolýzy a pentózofosfátovej dráhy v zrelých erytrocytoch. Glutatión: úloha v erytrocytoch. Enzýmové systémy zapojené do neutralizácie reaktívnych foriem kyslíka.
10. Koagulácia krvi ako kaskáda aktivácie proenzýmov. Vnútorné a vonkajšie cesty koagulácie. Bežná cesta koagulácie krvi: aktivácia protrombínu, premena fibrinogénu na fibrín, tvorba fibrínového polyméru.
11. Účasť vitamínu K na posttranslačnej modifikácii faktorov zrážania krvi. Dikumarol ako antivitamín K.

30.1. Zloženie a funkcie krvi.

Krv- tekuté pohyblivé tkanivo cirkulujúce v uzavretom systéme krvných ciev, transportujúce rôzne chemikálie do orgánov a tkanív a integrujúce metabolické procesy prebiehajúce v rôznych bunkách.

Krv sa skladá z plazma a tvarované prvky (erytrocyty, leukocyty a krvné doštičky). Sérum sa líši od plazmy v neprítomnosti fibrinogénu. 90 % krvnej plazmy tvorí voda, 10 % sušina, ktorá zahŕňa bielkoviny, nebielkovinové dusíkaté zložky (zvyškový dusík), bezdusíkové organické zložky a minerály.

30.2. Proteíny krvnej plazmy.

Krvná plazma obsahuje komplexnú viaczložkovú (viac ako 100) zmes bielkovín, ktoré sa líšia pôvodom a funkciou. Väčšina plazmatických proteínov sa syntetizuje v pečeni. Imunoglobulíny a množstvo ďalších ochranných proteínov imunokompetentnými bunkami.

30.2.1. proteínové frakcie. Vysolením plazmatických proteínov možno izolovať frakcie albumínu a globulínu. Bežne je pomer týchto frakcií 1,5 – 2,5. Použitie metódy elektroforézy na papieri umožňuje identifikovať 5 proteínových frakcií (v zostupnom poradí rýchlosti migrácie): albumíny, α1 -, α2 -, β- a γ-globulíny. Pri použití jemnejších metód frakcionácie v každej frakcii, okrem albumínu, možno izolovať množstvo proteínov (obsah a zloženie proteínových frakcií krvného séra, pozri obrázok 1).

Obrázok 1. Elektroferogram proteínov krvného séra a zloženie proteínových frakcií.

albumíny- bielkoviny s molekulová hmotnosť asi 70 000 Áno. Pre svoju hydrofilnosť a vysoký obsah v plazme hrajú dôležitú úlohu pri udržiavaní koloidno-osmotického (onkotického) krvného tlaku a regulácii výmeny tekutín medzi krvou a tkanivami. Vykonávajú transportnú funkciu: uskutočňujú prenos voľných mastných kyselín, žlčových pigmentov, steroidných hormónov, iónov Ca2+ a mnohých liečiv. Albumíny tiež slúžia ako bohatá a rýchlo predajná zásoba aminokyselín.

α 1-globulíny:

• Kyslé α 1-glykoproteín (orosomukoid) - obsahuje až 40% sacharidov, jeho izoelektrický bod je v kyslom prostredí (2,7). Funkcia tohto proteínu nebola úplne stanovená; je známe, že v skorých štádiách zápalového procesu podporuje orosomukoid tvorbu kolagénových vlákien v ohnisku zápalu (J. Musil, 1985).
• α 1 - Antitrypsín - inhibítor radu proteáz (trypsín, chymotrypsín, kalikreín, plazmín). Vrodené zníženie obsahu α1-antitrypsínu v krvi môže byť predispozičným faktorom k bronchopulmonálnym ochoreniam, pretože elastické vlákna pľúcneho tkaniva sú obzvlášť citlivé na pôsobenie proteolytických enzýmov.
• Proteín viažuci retinol transportuje vitamín A rozpustný v tukoch.
• Proteín viažuci tyroxín - viaže a transportuje hormóny štítnej žľazy obsahujúce jód.
• Transcortin - viaže a transportuje glukokortikoidné hormóny (kortizol, kortikosterón).

α 2-globulíny:

• Haptoglobíny (25% α2-globulínov) - tvoria stabilný komplex s hemoglobínom, ktorý sa objavuje v plazme v dôsledku intravaskulárnej hemolýzy erytrocytov. Komplexy haptoglobín-hemoglobín sú vychytávané bunkami RES, kde dochádza k degradácii hému a proteínových reťazcov a železo sa opätovne používa na syntézu hemoglobínu. Tým sa zabráni strate železa v tele a poškodeniu obličiek hemoglobínom.
• ceruloplazmínu - proteín obsahujúci ióny medi (jedna molekula ceruloplazmínu obsahuje 6-8 iónov Cu2+), ktoré mu dodávajú modrú farbu. Ide o transportnú formu iónov medi v tele. Má oxidázovú aktivitu: oxiduje Fe2+ na Fe3+, čím zabezpečuje väzbu železa transferínom. Je schopný oxidovať aromatické amíny, podieľa sa na výmene adrenalínu, norepinefrínu, serotonínu.

β-globulíny:

• transferín - hlavná bielkovina β-globulínovej frakcie, podieľa sa na väzbe a transporte trojmocného železa do rôznych tkanív, najmä do krvotvorných. Transferín reguluje obsah Fe3+ v krvi, zabraňuje nadmernému hromadeniu a strate močom.
• Hemopexín - viaže hem a zabraňuje jeho strate obličkami. Heme-hemopexínový komplex je odoberaný z krvi pečeňou.
• C-reaktívny proteín (C-RP) - proteín schopný vyzrážať (v prítomnosti Ca2 + ) C-polysacharid bunkovej steny pneumokoka. Biologická úloha je určená schopnosťou aktivovať fagocytózu a inhibovať proces agregácie krvných doštičiek. U zdravých ľudí je koncentrácia C-RP v plazme zanedbateľná a nedá sa stanoviť štandardnými metódami. Pri akútnom zápalovom procese sa zvyšuje viac ako 20-krát, v tomto prípade sa C-RP nachádza v krvi. Štúdium C-RP má výhodu oproti iným markerom zápalového procesu: stanovenie ESR a počítanie počtu leukocytov. Tento indikátor je citlivejší, jeho zvýšenie nastáva skôr a po zotavení sa rýchlo vráti do normálu.

γ-globulíny:

• Imunoglobulíny (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE) sú protilátky produkované telom v reakcii na zavedenie cudzích látok s antigénnou aktivitou. Podrobnosti o týchto proteínoch nájdete v časti 1.2.5.

30.2.2. Kvantitatívne a kvalitatívne zmeny v zložení bielkovín krvnej plazmy. Za rôznych patologických stavov sa zloženie proteínov krvnej plazmy môže meniť. Hlavné typy zmien sú:

• Hyperproteinémia - zvýšenie obsahu celkovej plazmatickej bielkoviny. Príčiny: strata veľkého množstva vody (vracanie, hnačka, rozsiahle popáleniny), infekčné ochorenia (v dôsledku zvýšenia množstva γ-globulínov).
• Hypoproteinémia - zníženie obsahu celkových bielkovín v plazme. Pozoruje sa pri ochoreniach pečene (kvôli porušeniu syntézy bielkovín), pri ochoreniach obličiek (v dôsledku straty bielkovín v moči), počas hladovania (kvôli nedostatku aminokyselín na syntézu bielkovín).
• Dysproteinémia - zmena percenta bielkovinových frakcií s normálnym obsahom celkových bielkovín v krvnej plazme, napríklad zníženie obsahu albumínov a zvýšenie obsahu jednej alebo viacerých globulínových frakcií pri rôznych zápalových ochoreniach.
• Paraproteinémia - výskyt patologických imunoglobulínov - paraproteínov v krvnej plazme, ktoré sa líšia od normálnych bielkovín fyzikálno-chemickými vlastnosťami a biologickou aktivitou. Medzi takéto proteíny patrí napr. kryoglobulíny, pričom sa navzájom tvoria zrazeniny pri teplotách pod 37 °C. Paraproteíny sa nachádzajú v krvi s Waldenströmovou makroglobulinémiou, s mnohopočetným myelómom (v druhom prípade môžu prekonať renálnu bariéru a môžu byť detekované v moči ako Bence-Jonesove proteíny) . Paraproteinémia je zvyčajne sprevádzaná hyperproteinémiou.

30.2.3. Lipoproteínové frakcie krvnej plazmy. Lipoproteíny sú komplexné zlúčeniny, ktoré transportujú lipidy v krvi. Zahŕňajú: hydrofóbne jadro, obsahujúce triacylglyceroly a estery cholesterolu a amfifilná škrupina, tvorené fosfolipidmi, voľným cholesterolom a apoproteínovými proteínmi (obrázok 2). Ľudská plazma obsahuje nasledujúce frakcie lipoproteínov:

Obrázok 2 Schéma štruktúry lipoproteínu krvnej plazmy.

• lipoproteíny s vysokou hustotou alebo a-lipoproteíny , keďže počas elektroforézy na papieri sa pohybujú spolu s α-globulínmi. Obsahujú veľa bielkovín a fosfolipidov, transportujú cholesterol z periférnych tkanív do pečene.
• lipoproteíny s nízkou hustotou alebo β-lipoproteíny , keďže pri elektroforéze na papieri sa pohybujú spolu s β-globulínmi. bohaté na cholesterol; transportujú ho z pečene do periférnych tkanív.
• Lipoproteíny s veľmi nízkou hustotou alebo pre-β-lipoproteíny (na elektroforegrame sa nachádza medzi α- a β-globulínmi). Slúžia ako transportná forma endogénnych triacylglycerolov, sú prekurzormi lipoproteínov s nízkou hustotou.
• Chylomikróny - elektroforeticky nehybné; v krvi odobratej nalačno, chýbajú. Sú transportnou formou exogénnych (potravinových) triacylglycerolov.

30.2.4. Proteíny akútnej fázy zápalu. Ide o bielkoviny, ktorých obsah sa zvyšuje v krvnej plazme pri akútnom zápalovom procese. Patria sem napríklad tieto proteíny:

1. haptoglobínu ;
2. ceruloplazmínu ;
3. C-reaktívny proteín ;
4. α 1-antitrypsín ;
5. fibrinogén (zložka systému zrážania krvi; pozri 30.7.2).

Rýchlosť syntézy týchto proteínov sa zvyšuje predovšetkým v dôsledku zníženia tvorby albumínov, transferínu a albumínov (malá frakcia plazmatických proteínov s najvyššou pohyblivosťou počas diskovej elektroforézy, ktorá zodpovedá pruhu na elektroforegrame pred albumínmi ), ktorých koncentrácia pri akútnom zápale klesá.

Biologická úloha proteínov akútnej fázy: a) všetky tieto proteíny sú inhibítormi enzýmov uvoľňovaných počas bunkovej deštrukcie a zabraňujú sekundárnemu poškodeniu tkaniva; b) tieto proteíny majú imunosupresívny účinok (V.L. Dotsenko, 1985).

30.2.5. Ochranné plazmatické proteíny. Ochranné proteíny zahŕňajú imunoglobulíny a interferóny.

Imunoglobulíny (protilátky) - skupina proteínov produkovaných ako odpoveď na cudzie štruktúry (antigény) vstupujúce do tela. Sú syntetizované v lymfatických uzlinách a slezine lymfocytmi B. Existuje 5 tried imunoglobulíny- IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Obrázok 3 Schéma štruktúry imunoglobulínov (variabilná oblasť je znázornená sivou farbou, konštantná oblasť nie je vytieňovaná).

Molekuly imunoglobulínov majú jeden štruktúrny plán. Štrukturálnu jednotku imunoglobulínu (monomér) tvoria štyri polypeptidové reťazce vzájomne prepojené disulfidovými väzbami: dva ťažké (H reťazce) a dva ľahké (L reťazce) (pozri obrázok 3). IgG, IgD a IgE sú vo svojej štruktúre zvyčajne monoméry, molekuly IgM sú postavené z piatich monomérov, IgA pozostávajú z dvoch alebo viacerých štruktúrne jednotky alebo sú to monoméry.

Proteínové reťazce, ktoré tvoria imunoglobulíny, môžu byť podmienene rozdelené do špecifických domén alebo oblastí, ktoré majú určité štrukturálne a funkčné vlastnosti.

N-koncové oblasti L- a H-reťazca sa nazývajú variabilná oblasť (V), pretože ich štruktúra je charakterizovaná významnými rozdielmi v rôznych triedach protilátok. Vo variabilnej doméne sú 3 hypervariabilné oblasti s najväčšou diverzitou v aminokyselinovej sekvencii. Je to variabilná oblasť protilátok, ktorá je zodpovedná za väzbu antigénov podľa princípu komplementarity; primárna štruktúra proteínových reťazcov v tejto oblasti určuje špecifickosť protilátok.

C-koncové domény H a L reťazcov majú relatívne konštantnú primárnu štruktúru v rámci každej triedy protilátok a označujú sa ako konštantná oblasť (C). Konštantná oblasť určuje vlastnosti rôznych tried imunoglobulínov, ich distribúciu v tele a môže sa podieľať na spúšťaní mechanizmov, ktoré spôsobujú deštrukciu antigénov.

Interferóny - rodina proteínov syntetizovaných bunkami tela v reakcii na vírusovú infekciu a majú antivírusový účinok. Existuje niekoľko typov interferónov so špecifickým spektrom účinku: leukocytový (α-interferón), fibroblastový (β-interferón) a & imunitný (γ-interferón). Interferóny sú syntetizované a vylučované niektorými bunkami a prejavujú svoj účinok pôsobením na iné bunky, v tomto smere sú podobné hormónom. Mechanizmus účinku interferónov je znázornený na obrázku 4.

Obrázok 4 Mechanizmus účinku interferónov (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

Interferóny naviazaním na bunkové receptory indukujú syntézu dvoch enzýmov, 2",5"-oligoadenylátsyntetázy a proteínkinázy, pravdepodobne v dôsledku iniciácie transkripcie zodpovedajúcich génov. Oba výsledné enzýmy vykazujú svoju aktivitu v prítomnosti dvojvláknových RNA, konkrétne také RNA sú produktmi replikácie mnohých vírusov alebo sú obsiahnuté v ich viriónoch. Prvý enzým syntetizuje 2",5"-oligoadenyláty (z ATP), ktoré aktivujú bunkovú ribonukleázu I; druhý enzým fosforyluje translačný iniciačný faktor IF2. Konečným výsledkom týchto procesov je inhibícia biosyntézy proteínov a reprodukcie vírusu v infikovanej bunke (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

30.2.6. Enzýmy v krvnej plazme. Všetky enzýmy obsiahnuté v krvnej plazme možno rozdeliť do troch skupín:

1. sekrečné enzýmy - syntetizované v pečeni, uvoľnené do krvi, kde plnia svoju funkciu (napríklad faktory zrážanlivosti krvi);
2. vylučovacie enzýmy - syntetizované v pečeni, normálne vylučované žlčou (napríklad alkalická fosfatáza), ich obsah a aktivita v krvnej plazme sa zvyšuje, keď je odtok žlče narušený;
3. indikátorové enzýmy - sú syntetizované v rôznych tkanivách a vstupujú do krvi, keď sú bunky týchto tkanív zničené. V rôznych bunkách prevládajú rôzne enzýmy, preto sa pri poškodení orgánu v krvi objavia enzýmy, ktoré sú preň charakteristické. To sa dá využiť pri diagnostike chorôb.

Napríklad, ak sú poškodené pečeňové bunky ( hepatitída) v krvi sa zvyšuje aktivita alanínaminotransferázy (ALT), aspartátaminotransferázy (ACT), laktátdehydrogenázy izoenzýmu LDH5, glutamátdehydrogenázy, ornitínkarbamoyltransferázy.

Keď sú bunky myokardu poškodené ( infarkt) v krvi sa zvyšuje aktivita aspartátaminotransferázy (ACT), laktátdehydrogenázy LDH1, izoenzýmu kreatínkinázy MB.

Poškodenie buniek pankreasu zápal pankreasu) v krvi zvyšuje aktivitu trypsínu, α-amylázy, lipázy.

30.3. Nebielkovinové dusíkaté zložky krvi (zvyškový dusík).

Do tejto skupiny látok patria: močovina, kyselina močová, aminokyseliny, kreatín, kreatinín, amoniak, indikán, bilirubín a ďalšie zlúčeniny (pozri obrázok 5). Obsah zvyškového dusíka v krvnej plazme zdravých ľudí je 15-25 mmol / l. Zvýšenie zvyškového dusíka v krvi sa nazýva azotémia . V závislosti od príčiny sa azotémia delí na retenčnú a produkčnú.

Retenčná azotémia sa vyskytuje, keď dôjde k porušeniu vylučovania produktov metabolizmu dusíka (predovšetkým močoviny) v moči a je charakteristické pre zlyhanie obličiek. V tomto prípade až 90 % nebielkovinového dusíka v krvi pripadá na močovinový dusík namiesto 50 % v norme.

Produkčná azotémia vzniká pri nadmernom príjme dusíkatých látok do krvi v dôsledku zvýšeného rozkladu tkanivových bielkovín (dlhotrvajúce hladovanie, diabetes mellitus, ťažké úrazy a popáleniny, infekčné ochorenia).

Stanovenie zvyškového dusíka sa uskutočňuje v bezbielkovinovom filtráte krvného séra. V dôsledku mineralizácie bezbielkovinového filtrátu sa pri zahrievaní s koncentrovanou H2SO4 dusík všetkých nebielkovinových zlúčenín premení na formu (NH4)2SO4. NH4+ ióny sa stanovia pomocou Nesslerovho činidla.

• močovina - hlavný konečný produkt metabolizmu bielkovín v ľudskom tele. Vzniká v dôsledku neutralizácie amoniaku v pečeni, vylučovaného z tela obličkami. Preto sa obsah močoviny v krvi znižuje pri ochoreniach pečene a zvyšuje sa pri zlyhaní obličiek.
• Aminokyseliny- vstupujú do krvi pri absorpcii z gastrointestinálneho traktu alebo sú produktmi rozkladu tkanivových bielkovín. V krvi zdravých ľudí dominujú aminokyseliny alanín a glutamín, ktoré sú spolu s účasťou na biosyntéze bielkovín transportnými formami amoniaku.
• Kyselina močová je konečným produktom katabolizmu purínových nukleotidov. Jeho obsah v krvi sa zvyšuje pri dne (v dôsledku zvýšeného vzdelania) a pri poruche funkcie obličiek (v dôsledku nedostatočného vylučovania).
• Kreatín- syntetizovaný v obličkách a pečeni, vo svaloch sa mení na kreatínfosfát - zdroj energie pre procesy svalovej kontrakcie. Pri ochoreniach svalového systému sa obsah kreatínu v krvi výrazne zvyšuje.
• Kreatinín- konečný produkt metabolizmu dusíka, vznikajúci ako výsledok defosforylácie kreatínfosfátu vo svaloch, vylučovaný z tela obličkami. Obsah kreatinínu v krvi klesá pri ochoreniach svalového systému, zvyšuje sa pri zlyhaní obličiek.
• Indický - detoxikačný produkt indolu, tvorený v pečeni, vylučovaný obličkami. Jeho obsah v krvi klesá pri ochoreniach pečene, zvyšuje sa - pri zvýšených procesoch rozpadu bielkovín v čreve, pri ochoreniach obličiek.
• Bilirubín (priamy a nepriamy) sú produktmi katabolizmu hemoglobínu. Obsah bilirubínu v krvi sa zvyšuje so žltačkou: hemolytická (v dôsledku nepriameho bilirubínu), obštrukčná (v dôsledku priameho bilirubínu), parenchýmová (v dôsledku oboch frakcií).

Obrázok 5 Nebielkovinové dusíkaté zlúčeniny krvnej plazmy.

30.4. Organické zložky krvi bez dusíka.

Do tejto skupiny látok patria živiny (sacharidy, lipidy) a ich metabolické produkty (organické kyseliny). Najvyššia hodnota v ambulancii má stanovenie obsahu glukózy, cholesterolu, voľných mastných kyselín, ketolátok a kyseliny mliečnej v krvi. Vzorce týchto látok sú znázornené na obrázku 6.

• Glukóza- hlavný energetický substrát tela. Jeho obsah u zdravých ľudí v krvi nalačno je 3,3 – 5,5 mmol/l. Zvýšenie hladiny glukózy v krvi (hyperglykémia) pozorované po jedle, s emočným stresom, u pacientov s diabetes mellitus, hypertyreózou, Itsenko-Cushingovou chorobou. Zníženie hladiny glukózy v krvi (hypoglykémia) pozorované počas hladovania, intenzívnej fyzickej námahy, akútnej otravy alkoholom, predávkovania inzulínom.
• cholesterolu- obligátna lipidová zložka biologických membrán, prekurzor steroidných hormónov, vitamínu D3, žlčových kyselín. Jeho obsah v krvnej plazme zdravých ľudí je 3,9 – 6,5 mmol/l. Zvýšenie hladiny cholesterolu v krvi hypercholesterolémia) sa pozoruje pri ateroskleróze, diabetes mellitus, myxedéme, cholelitiáze. Znížená hladina cholesterolu v krvi ( hypocholesterolémia) sa vyskytuje pri hypertyreóze, cirhóze pečene, črevných ochoreniach, hladovaní, pri užívaní choleretických liekov.
• Voľné mastné kyseliny (FFA) sú využívané tkanivami a orgánmi ako energetický materiál. Obsah FFA v krvi sa zvyšuje nalačno, diabetes mellitus, po podaní adrenalínu a glukokortikoidov; klesá pri hypotyreóze, po zavedení inzulínu.
• Ketónové telieska. Ketónové telieska sú acetoacetát, β-hydroxybutyrát, acetón- produkty neúplnej oxidácie mastných kyselín. Zvyšuje sa obsah ketolátok v krvi ( hyperketonémia) s pôstom, horúčkou, cukrovkou.
• Kyselina mliečna (laktát) je konečným produktom anaeróbnej oxidácie sacharidov. Jeho obsah v krvi sa zvyšuje pri hypoxii (fyzická aktivita, choroby pľúc, srdca, krvi).
• Kyselina pyrohroznová (pyruvát)- medziprodukt katabolizmu sacharidov a niektorých aminokyselín. Najdramatickejšie zvýšenie obsahu kyseliny pyrohroznovej v krvi sa pozoruje pri svalovej práci a nedostatku vitamínu B1.

Obrázok 6 Bezdusíkové organické látky krvnej plazmy.

30.5. Minerálne zložky krvnej plazmy.

Minerály sú základnými zložkami krvnej plazmy. Najdôležitejšie katióny sú sodík, draslík, vápnik a horčík. Zodpovedajú im anióny: chloridy, hydrogénuhličitany, fosforečnany, sírany. Časť katiónov v krvnej plazme je spojená s organickými aniónmi a bielkovinami. Súčet všetkých katiónov sa rovná súčtu aniónov, keďže krvná plazma je elektricky neutrálna.

• Sodík je hlavným katiónom extracelulárnej tekutiny. Jeho obsah v krvnej plazme je 135 - 150 mmol/l. Sodné ióny sa podieľajú na udržiavaní osmotického tlaku extracelulárnej tekutiny. Hypernatriémia sa pozoruje pri hyperfunkcii kôry nadobličiek so zavedením hypertonického roztoku chloridu sodného parenterálne. Hyponatriémia môže byť spôsobená diétou bez soli, nedostatočnosťou nadobličiek, diabetickou acidózou.
• Draslík je hlavný intracelulárny katión. V krvnej plazme je obsiahnutý v množstve 3,9 mmol / l a v erytrocytoch - 73,5 - 112 mmol / l. Podobne ako sodík, aj draslík udržiava osmotickú a acidobázickú homeostázu v bunke. Hyperkaliémia je zaznamenaná so zvýšenou deštrukciou buniek (hemolytická anémia, predĺžený crush syndróm), so zhoršeným vylučovaním draslíka obličkami, s dehydratáciou tela. Hypokaliémia sa pozoruje pri hyperfunkcii kôry nadobličiek, s diabetickou acidózou.
• Vápnik v krvnej plazme je obsiahnutý vo forme foriem. Vykonávanie rôznych funkcií: spojené s proteínmi (0,9 mmol / l), ionizované (1,25 mmol / l) a neionizované (0,35 mmol / l). Biologicky aktívny je iba ionizovaný vápnik. Hyperkalcémia sa pozoruje pri hyperparatyreóze, hypervitaminóze D, Itsenko-Cushingovom syndróme, deštruktívnych procesoch v kostnom tkanive. Hypokalciémia sa vyskytuje pri krivici, hypoparatyreóze, ochorení obličiek.
• chloridy obsiahnuté v krvnej plazme v množstve 95 - 110 mmol/l, sa podieľajú na udržiavaní osmotického tlaku, acidobázického stavu extracelulárnej tekutiny. Hyperchlorémia sa pozoruje so srdcovým zlyhaním, arteriálnou hypertenziou, hypochlorémiou - s vracaním, ochorením obličiek.
• Fosfáty v krvnej plazme sú súčasťou pufrovacieho systému, ich koncentrácia je 1 – 1,5 mmol/l. Hyperfosfatémia sa pozoruje pri ochoreniach obličiek, hypoparatyreóze, hypervitaminóze D. Hypofosfatémia sa pozoruje pri hyperparatyreóze, myxedéme, krivici.

0.6. Acidobázický stav a jeho regulácia.

Acidobázický stav (CBS) - pomer koncentrácie vodíkových (H+) a hydroxylových (OH-) iónov v telesných tekutinách. Zdravá osoba je charakterizovaná relatívnou stálosťou ukazovateľov CBS v dôsledku spoločného pôsobenia nárazníkové systémy krvná a fyziologická kontrola (respiračná a vylučovacia).

30.6.1. Pufrové systémy krvi. Pufrové systémy tela pozostávajú zo slabých kyselín a ich solí so silnými zásadami. Každý nárazníkový systém je charakterizovaný dvoma ukazovateľmi:

• pH pufra(závisí od pomeru zložiek pufra);
• vyrovnávacia nádrž, teda množstvo silnej zásady alebo kyseliny, ktoré sa musí pridať do tlmivého roztoku, aby sa pH zmenilo o jednu (závisí od absolútnych koncentrácií zložiek tlmivého roztoku).

Rozlišujú sa tieto krvné pufrovacie systémy:

• bikarbonát(H2C03/NaHC03);
• fosfát(NaH2P04/Na2HP04);
• hemoglobínu(deoxyhemoglobín ako slabá kyselina/draselná soľ oxyhemoglobínu);
• bielkoviny(jeho pôsobenie je spôsobené amfotérnou povahou bielkovín). Bikarbonátové a úzko súvisiace hemoglobínové pufrovacie systémy spolu tvoria viac ako 80 % pufrovacej kapacity krvi.

30.6.2. Respiračná regulácia CBS vykonávané zmenou intenzity vonkajšieho dýchania. S akumuláciou CO2 a H+ v krvi sa zvyšuje pľúcna ventilácia, čo vedie k normalizácii plynového zloženia krvi. Zníženie koncentrácie oxidu uhličitého a H + spôsobuje zníženie pľúcnej ventilácie a normalizáciu týchto indikátorov.

30.6.3. Renálna regulácia KOS Vykonáva sa hlavne prostredníctvom troch mechanizmov:

• reabsorpcia bikarbonátov (v bunkách obličkových tubulov vzniká z H2 O a CO2 kyselina uhličitá H2 CO3; disociuje sa, H + sa uvoľňuje do moču, HCO3 sa reabsorbuje do krvi);
• reabsorpcia Na + z glomerulárneho filtrátu výmenou za H + (v tomto prípade sa Na2 HPO4 vo filtráte mení na NaH2 PO4 a kyslosť moču sa zvyšuje) ;
• sekrécia NH 4 + (pri hydrolýze glutamínu v bunkách tubulov vzniká NH3, interaguje s H +, vznikajú ióny NH4 +, ktoré sa vylučujú močom.

30.6.4. Laboratórne ukazovatele CBS krvi. Na charakterizáciu CBS sa používajú tieto ukazovatele:

• pH krvi;
• parciálny tlak CO2 (pCO2) krv;
• parciálny tlak O2 (p02) krv;
• obsah bikarbonátov v krvi pri daných hodnotách pH a pCO2 ( skutočný alebo skutočný bikarbonát, AB );
• obsah bikarbonátov v krvi pacienta za štandardných podmienok, t.j. pri рСО2 = 40 mm Hg. ( štandardný bikarbonát, SB );
• súčet základov všetky pufrovacie systémy krvi ( BB );
• prebytok alebo nedostatok bázy krv v porovnaní s normálom pre tento indikátor pacienta ( BE , z angličtiny. prebytok bázy).

Prvé tri ukazovatele sa určujú priamo v krvi pomocou špeciálnych elektród, na základe získaných údajov sa zvyšné ukazovatele vypočítajú pomocou nomogramov alebo vzorcov.

30.6.5. Porušenie COS krvi. Existujú štyri hlavné formy acidobázických porúch:

• metabolická acidóza - vyskytuje sa pri diabetes mellitus a hladovaní (v dôsledku hromadenia ketolátok v krvi), pri hypoxii (v dôsledku hromadenia laktátu). Pri tomto porušení klesá pCO2 a [HCO3 -] krvi, zvyšuje sa vylučovanie NH4 + močom;
• respiračná acidóza - vyskytuje sa pri bronchitíde, zápale pľúc, bronchiálnej astme (v dôsledku zadržiavania oxidu uhličitého v krvi). Pri tejto poruche sa zvyšuje pCO2 a krv, zvyšuje sa vylučovanie NH4 + močom;
• metabolická alkalóza - vyvíja sa stratou kyselín, napríklad pri neodbytnom zvracaní. Pri tomto porušení sa zvyšuje pCO2 a krv, zvyšuje sa vylučovanie HCO3 - močom a znižuje sa kyslosť moču.
• respiračná alkalóza - pozorované pri zvýšenej ventilácii pľúc, napríklad u horolezcov vo vysokej nadmorskej výške. Pri tomto porušení klesá pCO2 a [HCO3 -] krvi a znižuje sa kyslosť moču.

Na liečbu metabolickej acidózy sa používa podávanie roztoku hydrogénuhličitanu sodného; na liečbu metabolickej alkalózy - zavedenie roztoku kyseliny glutámovej.

30.7. Niektoré molekulárne mechanizmy zrážania krvi.

30.7.1. zrážanie krvi- súbor molekulárnych procesov, ktoré vedú k zastaveniu krvácania z poškodenej cievy v dôsledku vzniku krvnej zrazeniny (trombu). Všeobecná schéma procesu zrážania krvi je znázornená na obrázku 7.

Obrázok 7 Všeobecná schéma zrážania krvi.

Väčšina koagulačných faktorov je v krvi prítomná vo forme neaktívnych prekurzorov – proenzýmov, ktorých aktiváciu zabezpečujú tzv. čiastočná proteolýza. Na vitamíne K závisí množstvo faktorov zrážania krvi: protrombín (faktor II), prokonvertín (faktor VII), vianočné faktory (IX) a Stuart-Prower (X). Úloha vitamínu K je určená účasťou na karboxylácii glutamátových zvyškov v N-terminálnej oblasti týchto proteínov za vzniku γ-karboxyglutamátu.

Zrážanie krvi je kaskáda reakcií, pri ktorých aktivovaná forma jedného koagulačného faktora katalyzuje aktiváciu ďalšieho, až kým sa neaktivuje konečný faktor, ktorý je štrukturálnym základom trombu.

Vlastnosti kaskádového mechanizmu sú nasledujúce:

1) v neprítomnosti faktora iniciujúceho proces tvorby trombu nemôže reakcia nastať. Preto bude proces zrážania krvi obmedzený len na tú časť krvného obehu, kde sa takýto iniciátor objaví;

2) faktory pôsobiace v počiatočných štádiách zrážania krvi sú potrebné vo veľmi malých množstvách. Na každom článku kaskády sa ich účinok výrazne zvyšuje ( je zosilnený), čo má za následok rýchlu reakciu na poškodenie.

Za normálnych podmienok existujú vnútorné a vonkajšie cesty zrážania krvi. Vnútorná cesta sa iniciuje kontaktom s atypickým povrchom, čo vedie k aktivácii faktorov pôvodne prítomných v krvi. vonkajšia cesta koaguláciu spúšťajú zlúčeniny, ktoré sa bežne v krvi nenachádzajú, ale dostávajú sa tam v dôsledku poškodenia tkaniva. Oba tieto mechanizmy sú nevyhnutné pre normálny priebeh procesu zrážania krvi; líšia sa iba v počiatočných fázach a potom sa spájajú do spoločná cesta čo vedie k vytvoreniu fibrínovej zrazeniny.

30.7.2. Mechanizmus aktivácie protrombínu. Neaktívny prekurzor trombínu - protrombín - syntetizovaný v pečeni. Na jeho syntéze sa podieľa vitamín K. Protrombín obsahuje zvyšky vzácnej aminokyseliny – γ-karboxyglutamátu (skrátené označenie – Gla). Na procese aktivácie protrombínu sa podieľajú doštičkové fosfolipidy, ióny Ca2+ a koagulačné faktory Va a Xa. Mechanizmus aktivácie je znázornený nasledovne (obrázok 8).

Obrázok 8 Schéma aktivácie protrombínu na krvných doštičkách (R. Murray a kol., 1993).

Poškodenie cievy vedie k interakcii krvných doštičiek s kolagénovými vláknami cievnej steny. To spôsobuje deštrukciu krvných doštičiek a podporuje uvoľňovanie negatívne nabitých fosfolipidových molekúl z vnútornej strany plazmatickej membrány krvných doštičiek. Záporne nabité skupiny fosfolipidov viažu ióny Ca2+. Ca2+ ióny zasa interagujú s y-karboxyglutamátovými zvyškami v molekule protrombínu. Táto molekula je fixovaná na membráne krvných doštičiek v požadovanej orientácii.

Membrána krvných doštičiek obsahuje aj receptory pre faktor Va. Tento faktor sa viaže na membránu a pripája faktor Xa. Faktor Xa je proteáza; na určitých miestach štiepi molekulu protrombínu, v dôsledku čoho vzniká aktívny trombín.

30.7.3. Premena fibrinogénu na fibrín. Fibrinogén (faktor I) je rozpustný plazmatický glykoproteín s molekulovou hmotnosťou asi 340 000. Syntetizuje sa v pečeni. Molekula fibrinogénu pozostáva zo šiestich polypeptidových reťazcov: dvoch reťazcov A a, dvoch reťazcov B p a dvoch reťazcov y (pozri obrázok 9). Konce polypeptidových reťazcov fibrinogénu nesú záporný náboj. Je to spôsobené prítomnosťou veľkého počtu glutamátových a aspartátových zvyškov v N-terminálnych oblastiach reťazcov Aa a Bb. Okrem toho B-oblasti Bb reťazcov obsahujú zvyšky vzácnej aminokyseliny tyrozín-O-sulfátu, ktoré sú tiež negatívne nabité:

To podporuje rozpustnosť proteínu vo vode a zabraňuje agregácii jeho molekúl.

Obrázok 9 Schéma štruktúry fibrinogénu; šípky ukazujú väzby hydrolyzované trombínom. R. Murray a kol., 1993).

Konverzia fibrinogénu na fibrín katalyzuje trombín (faktor IIa). Trombín hydrolyzuje štyri peptidové väzby vo fibrinogéne: dve väzby v reťazcoch A α a dve väzby v reťazcoch B β. Z molekuly fibrinogénu sa odštiepia fibrinopeptidy A a B a vznikne monomér fibrínu (jeho zloženie je α2 β2 γ2 ). Fibrínové monoméry sú nerozpustné vo vode a ľahko sa navzájom spájajú a vytvárajú fibrínovú zrazeninu.

Pôsobením enzýmu dochádza k stabilizácii fibrínovej zrazeniny transglutamináza (faktor XIIIa). Tento faktor je tiež aktivovaný trombínom. Transglutamináza vytvára krížové väzby medzi fibrínovými monomérmi pomocou kovalentných izopeptidových väzieb.

30.8. Vlastnosti metabolizmu erytrocytov.

30.8.1. červené krvinky - vysoko špecializované bunky, ktorých hlavnou funkciou je transport kyslíka z pľúc do tkanív. Životnosť erytrocytov je v priemere 120 dní; k ich deštrukcii dochádza v bunkách retikuloendotelového systému. Na rozdiel od väčšiny telesných buniek erytrocytom chýba bunkové jadro, ribozómy a mitochondrie.

30.8.2. Výmena energie. Hlavným energetickým substrátom erytrocytu je glukóza, ktorá pochádza z krvnej plazmy uľahčenou difúziou. Približne 90 % glukózy spotrebovanej erytrocytmi je vystavených pôsobeniu glykolýza(anaeróbna oxidácia) za vzniku konečného produktu – kyseliny mliečnej (laktátu). Pamätajte na funkcie, ktoré glykolýza vykonáva v zrelých červených krvinkách:

1) vzniká pri reakciách glykolýzy ATP cez fosforylácia substrátu . Hlavným smerom použitia ATP v erytrocytoch je zabezpečenie práce Na +, K + -ATPázy. Tento enzým transportuje ióny Na+ z erytrocytov do krvnej plazmy, zabraňuje hromadeniu Na+ v erytrocytoch a pomáha udržiavať geometrický tvar týchto krviniek (bikonkávny disk).

2) v dehydrogenačnej reakcii glyceraldehyd-3-fosfát vznikajúce pri glykolýze NADH. Tento koenzým je enzýmový kofaktor methemoglobín reduktázy podieľa sa na obnove methemoglobínu na hemoglobín podľa nasledujúcej schémy:

Táto reakcia zabraňuje akumulácii methemoglobínu v erytrocytoch.

3) metabolit glykolýzy 1, 3-difosfoglycerát schopné za účasti enzýmu difosfoglycerátmutáza v prítomnosti 3-fosfoglycerátu, na ktorý sa má premeniť 2, 3-difosfoglycerát:

2,3-Difosfoglycerát sa podieľa na regulácii afinity hemoglobínu ku kyslíku. Jeho obsah v erytrocytoch sa zvyšuje pri hypoxii. Hydrolýza 2,3-difosfoglycerátu katalyzuje enzým difosfoglycerátfosfatáza.

Približne 10 % glukózy spotrebovanej erytrocytmi sa používa v dráhe oxidácie pentózofosfátu. Reakcie tejto dráhy slúžia ako hlavný zdroj NADPH pre erytrocyty. Tento koenzým je potrebný na premenu oxidovaného glutatiónu (pozri 30.8.3) na redukovanú formu. Nedostatok kľúčového enzýmu pentózofosfátovej dráhy - glukózo-6-fosfátdehydrogenáza - sprevádzané znížením pomeru NADPH / NADP + v erytrocytoch, zvýšením obsahu oxidovanej formy glutatiónu a znížením bunkovej rezistencie (hemolytická anémia).

30.8.3. Mechanizmy na neutralizáciu reaktívnych foriem kyslíka v erytrocytoch. Molekulový kyslík môže byť za určitých podmienok premenený na aktívne formy, ktoré zahŕňajú superoxidový anión O2-, peroxid vodíka H202, OH hydroxylový radikál. a singletový kyslík 102. Tieto formy kyslíka sú vysoko reaktívne, môžu mať škodlivý účinok na proteíny a lipidy biologických membrán a spôsobiť deštrukciu buniek. Čím vyšší je obsah O2, tým viac sa tvorí jeho aktívnych foriem. Preto erytrocyty, neustále interagujúce s kyslíkom, obsahujú účinné antioxidačné systémy schopné neutralizovať aktívne metabolity kyslíka.

Dôležitou zložkou antioxidačných systémov je tripeptid glutatión, vznikajúce v erytrocytoch v dôsledku interakcie y-glutamylcysteínu a glycínu:

Redukovaná forma glutatiónu (skrátene G-SH) sa podieľa na neutralizácii peroxidu vodíka a organických peroxidov (R-O-OH). Vzniká tak voda a oxidovaný glutatión (skrátene G-S-S-G).

Premena oxidovaného glutatiónu na redukovaný glutatión je katalyzovaná enzýmom glutatiónreduktázy. Zdroj vodíka - NADPH (z pentózofosfátovej dráhy, pozri 30.8.2):

Červené krvinky obsahujú aj enzýmy superoxiddismutáza a kataláza vykonať nasledujúce transformácie:

Antioxidačné systémy sú obzvlášť dôležité pre erytrocyty, pretože erytrocyty neobnovujú proteíny syntézou.