PREHRANSKA BIOKEMIJA

Peptidi

Vsebujejo od tri do več deset aminokislinskih ostankov. Delujejo le v višjih delih živčnega sistema.

Ti peptidi, tako kot kateholamini, opravljajo funkcijo ne le nevrotransmiterjev, ampak tudi hormonov. Prenašajo informacije od celice do celice skozi cirkulacijski sistem. Tej vključujejo:

a) Nevrohipofizni hormoni (vazopresin, liberini, statini). Te snovi so hkrati hormoni in mediatorji.

b) Gastrointestinalni peptidi (gastrin, holecistokinin). Gastrin povzroča lakoto, holecistokinin povzroča sitost, poleg tega pa spodbuja krčenje žolčnika in delovanje trebušne slinavke.

c) Opiatom podobni peptidi (ali peptidi za lajšanje bolečin). Nastane z reakcijami omejene proteolize prekurzorskega proteina proopiokortina. Vzajemno delujejo z istimi receptorji kot opiati (na primer morfin) in tako posnemajo njihovo delovanje. Splošno ime - endorfini - povzroča lajšanje bolečin. Z lahkoto jih uničijo proteinaze, zato je njihov farmakološki učinek zanemarljiv.

d) Spalni peptidi. Njihova molekularna narava ni bila ugotovljena. Znano je le, da njihovo dajanje živalim povzroči spanec.

e) Spominski peptidi (skotofobin). Kopiči se v možganih podgan med treningom izogibanja temi.

f) Peptidi so sestavni deli sistema RAAS. Dokazano je, da vnos angiotenzina II v center za žejo v možganih povzroči ta občutek in spodbudi izločanje antidiuretičnega hormona.

Tvorba peptidov nastane kot posledica reakcij omejene proteolize, uničijo se tudi pod delovanjem proteinaz.

Popoln obrok mora vsebovati:

1. VIRI ENERGIJE (OGLJIKOVI HIDRATI, MAŠČOBE, BELJAKOVINE).

2. ESENCICALNE AMINOKISLINE.

3. ESENCILNE MAŠČOBNE KISLINE.

4. VITAMINI.

5. ANORGANSKE (MINERALNE) KISLINE.

6. VLAKNINE

VIRI ENERGIJE.

Ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine so makrohranila. Njihova poraba je odvisna od višine, starosti in spola osebe ter je določena v gramih.

Ogljikovi hidrati predstavljajo glavni vir energije v prehrani ljudi – najcenejša hrana. V razvitih državah približno 40 % vnosa ogljikovih hidratov prihaja iz rafiniranih sladkorjev, 60 % pa predstavlja škrob. V manj razvitih državah se delež škroba povečuje. Ogljikovi hidrati tvorijo glavnino energije v človeškem telesu.

Maščobe je eden glavnih virov energije. V prebavilih (GIT) se prebavljajo veliko počasneje kot ogljikovi hidrati, zato bolje prispevajo k občutku sitosti. Trigliceridi rastlinskega izvora niso samo vir energije, ampak tudi esencialne maščobne kisline: linolna in linolenska.

Veverice- energetska funkcija zanje ni glavna. Beljakovine so viri esencialnih in neesencialnih aminokislin, pa tudi predhodniki biološko aktivnih snovi v telesu. Ko pa aminokisline oksidirajo, nastane energija. Čeprav je majhen, predstavlja del energijske prehrane.

Kazalo za temo "Členonožci. Hordati.":

Preučevanje kemije živih organizmov, tj. biokemija, je tesno povezana s splošnim hitrim razvojem biologije v 20. stoletju. Pomen biokemije je, da zagotavlja temeljno razumevanje fiziologije, z drugimi besedami, razumevanje delovanja bioloških sistemov.

To pa najde uporabo v kmetijstvu (ustvarjanje pesticidov, herbicidov itd.); v medicini (vključno s celotno farmacevtsko industrijo); v različnih fermentacijskih panogah, ki nam dobavljajo široko paleto izdelkov, vključno s pekovskimi izdelki; končno v vsem, kar je povezano z živili in prehrano, torej v dietetiki, v tehnologiji pridelave živil in v znanosti o njihovem shranjevanju. z biokemijo povezana z nastankom številnih novih obetavnih področij v biologiji, kot so genetski inženiring, biotehnologija ali molekularni pristop k proučevanju genetskih bolezni.

Biokemija ima tudi pomembno povezovalno vlogo v biologiji. Ko obravnavamo žive organizme na biokemični ravni, niso najbolj presenetljive razlike med njimi, temveč njihove podobnosti.

Elementi, ki jih najdemo v živih organizmih

Elementi, ki jih najdemo v živih organizmih

AT zemeljska skorja našli okoli 100 kemični elementi, a le 16 jih je potrebnih za življenje. Najpogostejši v živih organizmih (v padajočem vrstnem redu glede na število atomov) so štirje elementi: vodik, ogljik, kisik in dušik.

Predstavljajo več kot 90 % mase in števila atomov, ki sestavljajo vse žive organizme. Vendar pa v zemeljskem prvem štiri mesta po razširjenosti zasedajo kisik, silicij, aluminij in natrij. biološki pomen vodika, kisika, dušika in ogljika je predvsem posledica njihove valence 1, 2, 3 in 4, pa tudi njihove sposobnosti tvorbe močnejših kovalentnih vezi kot drugi elementi iste valence.

Sistemi bioloških (biokemičnih) elementov

Znano je, da konstrukcija in delovanje kompleksnih informacijskih naprav temelji na uporabi tipičnih enotnih enot in elementov. Na primer, vsi informacijski procesi v digitalni tehnologiji temeljijo na uporabi različne vrste logični elementi, ki izvajajo osnovne logične funkcije in najpreprostejša dejanja za pretvorbo binarnih informacij. Logični elementi se uporabljajo tako za gradnjo elektronskih vezij kot za obdelavo binarnih informacij. AMPAK teoretična osnova pri analizi stikalnih vezij so zakoni in principi algebre logike. V algebri logike se upoštevajo spremenljivke, ki lahko zavzamejo le dve vrednosti: 1 in 0. Tipične strukture logičnih integriranih vezij praviloma temeljijo na elementih, ki izvajajo operacije - IN, ALI, IN-NE, ALI- NE. Vse poljubno zapletene digitalne naprave mikroelektronske tehnologije so zgrajene na podlagi logičnih elementov, ki izvajajo najpreprostejše logične operacije in funkcije binarne aritmetike. Osnovni elementi so neke vrste gradbene in funkcionalne enote in se uporabljajo tako pri načrtovanju kot pri gradnji digitalnih informacijskih sistemov. Izvajajo funkcionalno popoln nabor logičnih operacij, tako da lahko z njihovo uporabo dobite logično funkcijo katere koli kompleksnosti. Poleg tega je vsako tipično logično vezje elementa izdelano na podlagi ločenih diskretnih fizičnih komponent - tranzistorjev, uporov, kondenzatorjev in diod.

Presenetljivo so enaki vzorci opaženi pri obravnavi živih molekularnih sistemov. Živi molekularni sistemi imajo tudi svojo enotno biološko (biokemijsko) elementno bazo. Zato je tukaj možen tudi posplošen pristop, ki temelji na uporabi preprostih organskih molekul (monomerov), ki igrajo vlogo sestavnih elementov različnih bioloških molekul in struktur. In »teoretična in tehnološka« podlaga za uporabo molekularne osnove so njeni univerzalni zakoni in principi, ki jih lahko po ustrezni analogiji pripišemo zakonom »molekularne biokemijske logike«. Biokemijska logika predvideva tudi tak koncept kot "molekularni biološki element". To dejstvo nas še enkrat opominja, da je katera koli živa celica je informacijski sistem. Zato je treba za razumevanje vzorcev njegovega delovanja najprej obravnavati elementarno bazo žive oblike materije ter načela in pravila njene uporabe. To je glavna tema tega članka.

Znano je, da so vsi živi organizmi sestavljeni iz istih molekularnih gradnikov - standardnega nabora več kot treh ducatov tipičnih biokemičnih (bioloških) elementov: nukleotidov, aminokislin, enostavnih sladkorjev, maščobnih kislin itd. Število teh monomerov je majhno , in imajo enako strukturo v vseh vrstah organizmov. Poleg tega vsak element posebej predstavlja tudi najpreprostejšo shemo, katere strukturne komponente so lahko več kemičnih elementov - vodik, kisik, ogljik, dušik, fosfor in žveplo.

Prisotnost določenih tipičnih funkcionalnih atomskih skupin, stranskih skupin in atomov v sestavi vsakega elementa omogoča napovedovanje ne le njegovega obnašanja v kemijskih reakcijah, temveč tudi predvidevanje strukturne in informacijske vloge, ki jo bo imel element v sestavi. makromolekule.

Tako živi sistemi pri gradnji različnih bioloških molekul in struktur uporabljajo svoje posebne, zelo specifične molekularne elemente. Ti elementi (kot del žive snovi) izvajajo funkcionalno popoln niz elementarnih biokemičnih funkcij in operacij, zato lahko divje živali z njihovo uporabo pridobijo biološko funkcijo katere koli kompleksnosti. Ob tem seveda obstaja tako analogija kot bistvene razlike med tehničnimi in biološkimi elementarnimi osnovami ter tehnologijami za njihovo uporabo.

Na primer, mikročipi tehničnih naprav so lahko sestavljeni iz več sto, tisoč ali več logičnih elementov različnih vrst, ki so med seboj ustrezno povezani. Biološke makromolekule so lahko sestavljene tudi iz več sto, tisoč ali več biokemičnih elementov več vrst, ki so med seboj kovalentno povezani in postavljeni v verige biomolekul v obliki linearnega položajnega zaporedja. Razlika je tudi v tem, da živi sistemi uporabljajo lastne principe in metode kodiranja, prenosa in izvajanja informacij ter se od tehničnih sistemov razlikujejo ne le po nosilcu substrata, ampak tudi po načinih podajanja informacij.

Poleg tega, če je logični element v digitalni tehnologiji najpreprostejši pretvornik binarnih informacij, potem vsak biološki element v živem sistemu sam igra vlogo elementarne strukturne in informacijsko-funkcionalne enote. V tehničnih in bioloških sistemih se informacijska sporočila izvajajo v različnih oblikah. V tehničnih napravah se uporabljajo elementarni signali 1 in 0 binarne kode. To pomeni, da se za prenos informacijskih sporočil uporabljata samo dva digitalna znaka. Običajno simbol 1 ustreza potencialu visoka stopnja, simbol 0 - nizek. Binarne kode so zelo razširjene predvsem zaradi razmeroma preproste strojne izvedbe logičnih operacij in aritmetičnih operacij ter naprav za prenos in shranjevanje sporočil. Pri tem vsak logični element služi za najenostavnejše transformacije binarnih informacij, to je za transformacijo binarnih znakov. Tako se v tehničnih napravah uporablja strojna metoda pretvorbe informacij.

V bioloških sistemih pa se poleg strojne metode pretvorbe informacij uporablja tudi informacijska metoda gradnje in pretvorbe same strojne opreme. To je edinstvena lastnost informacijskih procesov v živih molekularnih sistemih.

Poleg tega je enota informacije sam biokemijski element, ki je črka ali simbol informacije. Zato se s pomočjo kemičnih črk in simbolov (elementov) gradi strojni sistem celice, hkrati pa se v njene strukture zapisujejo programske informacije. To pomeni, da se na prvi stopnji informacijska sporočila prenašajo s fiksnim pozicijskim zaporedjem črk ali simbolov v "linearnih" verigah bioloških molekul. To pomeni, da če se v tehničnem sistemu uporablja samo strojna metoda transformacije informacij, potem se v molekularno biološkem sistemu s pomočjo genetske informacije in elementarne baze najprej zgradijo in transformirajo različne biomolekule in strukture, šele nato te. sredstva lahko sodelujejo v različnih informacijskih procesih. Pri tem strojni del celice postane nosilec in izvajalec ustrezne programske opreme in molekularno bioloških informacij.

Izkazalo se je, da če je v tehničnem sistemu naprava pretvornik informacijskih simbolov, potem v živi celici, nasprotno, molekularne črke in simboli, organizirani v različne molekularne sekvence informacijskih sporočil, sami delujejo kot pretvorniki strojne opreme. Poleg tega so funkcije biomolekul popolnoma določene z osnovnimi funkcijami njihovih sestavnih bioloških elementov (črk ali simbolov), to je informacij. In vsak element v sestavi biomolekule vedno sodeluje z drugimi elementi ali molekulami vode po posebnih principih in pravilih, ki jih lahko imenujemo zakoni molekularne biokemijske logike. Zato bio kemični elementi tu očitno postanejo tudi tisti programski elementi, s pomočjo katerih se gradijo algoritmi za funkcionalno obnašanje različnih bioloških molekul in struktur. Tako je za spremembo funkcionalne usmeritve delovanja celice v določeni meri s pomočjo novih informacijskih sporočil potrebno delno spremeniti njen strojni sistem. Sprememba strojnega sistema je seveda povezana s sintezo novih biomolekul in uničenjem starih, ki so odslužile svoj čas in opravile svojo nalogo. Zato se vsaka biomolekula po opravljeni funkciji razdeli na osnovne strukturne in informacijske enote, ki se lahko ponovno vključijo v informacijske procese. Uporabljene informacije se tako rekoč izbrišejo in izločijo, posamezne črke ali simboli, ki jih sestavljajo, torej »molekularno biološka pisava«, pa se drobijo, da bi jih lahko ponovno uporabili v novih informacijskih sporočilih ali drugih celičnih procesih. To je glavna značilnost prenosov informacij v molekularno bioloških sistemih.

Živa celica je varčna v vsem. Če se spomnimo, da so kemične črke in simboli (elementi) zgrajeni na podlagi posameznih atomov in atomskih skupin, potem si lahko predstavljamo, kakšna ogromna količina informacij je shranjena v genetskem spominu in kroži v živi celici, katere razsežnosti so včasih dolgi stotinke milimetra. Na primer, zigota vsebuje vse informacije, potrebne za razvoj celotnega organizma.

Za spremembo nadzornih dejanj mora celica nenehno posodabljati informacijska sporočila, kar posledično vodi do posodobitve strojne opreme celice. Zato v živi celici nenehno poteka gibanje informacij in snovi. Na eni strani poteka proces obdelave in posodabljanja kontrolnih informacij, s tem encimov in drugih proteinskih molekul, na drugi strani pa to vodi do spremembe kemično nadzorovanih procesov, ki jih izvajajo encimi.

Po potrebi so ti procesi podprti z doziranim kroženjem kemične energije v obliki ATP.

Vidimo lahko, da živa celica za izgradnjo različnih razredov makromolekularnih spojin, kot so nukleinske kisline, proteini, polisaharidi ali lipidi, uporablja različne sisteme (abecede) biokemičnih elementov. Upoštevajte, da z informacijskega vidika ti razredi bioloških molekul niso nič drugega kot različne vrste in oblike molekularnih informacij. Zato za predstavitev molekularne informacije v različnih vrstah in oblikah v živih sistemih obstajajo sistemi bioloških elementov različnih vrst:

• 1) nukleotidi, - sistem strukturnih, funkcionalnih in informacijskih biokemičnih elementov DNA in RNA (abeceda nukleinska kislina);
• 2) aminokisline - sistem strukturnih, funkcionalnih in informacijskih elementov beljakovin (abeceda beljakovinskih molekul), za katere obstaja genetska koda v obliki tria nukleotidov;
• 3) preprosti sladkorji - strukturni in funkcionalni elementi ter informacijski simboli (abeceda) polisaharidov;
• 4) maščobne kisline, - strukturni in funkcionalni elementi ter informacijski simboli (abeceda) lipidov itd.

Z jasnejšo identifikacijo in klasifikacijo bioloških elementov bi se po vsej verjetnosti morala ukvarjati posebna disciplina, kot je »molekularno biološka informatika«.

Prisotnost sistemov molekularnih biokemičnih elementov (monomerov) v živi celici močno poenostavlja procese gradnje različnih razredov makromolekul in strukturnih komponent, povečuje proizvodnost njihove izdelave in hkrati širi njihove funkcionalne in informacijske zmogljivosti.

Kot lahko vidimo, je vsak tipski niz organiziran v svoj sistem elementov, ki ima skupne biokemične, strukturne in tehnološke značilnosti, tvori istovrstne vezi med elementi, ki so združljivi po svojih fizikalno-kemijskih parametrih. V osnovi so vse strukturne in funkcionalne komponente žive celice zgrajene iz teh molekularnih elementov v različnih kombinacijah, sestavi in ​​zaporedju. Treba je opozoriti, da je vsak sistem biokemičnih elementov v celici ločena abeceda in je zanj značilen lasten način kodiranja, pa tudi vrsta in oblika predstavitve molekularno bioloških informacij. To je torej temeljni vzrok za nastanek različnih razredov in velike raznolikosti bioloških molekul v živih sistemih.

Presenetljivo je dejstvo - vse življenje na Zemlji, od nepomembne bakterije do osebe, je sestavljeno iz istih gradnikov - standardnega niza več kot treh ducatov tipičnih funkcionalnih bioloških (biokemičnih) elementov.

Ta edinstveni komplet vključuje:

• 1) osem nukleotidov, - "štirje od njih igrajo vlogo kodirnih enot DNA, ostali štirje pa se uporabljajo za zapisovanje informacij v strukturi RNA";
• 2) dvajset različnih standardnih aminokislin, ki so kodirane v DNA in služijo za matrično konstrukcijo proteinskih molekul;
• 3) več maščobnih kislin, - relativno ne velika številka preproste standardne organske molekule, ki služijo za izgradnjo lipidov;

4) predniki večine polisaharidov so številni enostavni sladkorji (monosaharidi).

Vsi ti elementi so bili izbrani v teku evolucije zaradi edinstvene primernosti za opravljanje različnih kemičnih, energetskih, molekularnih, informacijskih in drugih bioloških funkcij v živih celicah.

Kot lahko vidimo, so osnova vsakega sistema njegovi posamezni molekularni biološki (biokemični) elementi. In na podlagi različne sisteme biološki elementi, - molekularne abecede, različne celične makromolekule - DNK, RNK, proteine, polisaharide in lipide je mogoče “oblikovati”. Elementna baza so torej tisti sistemi biokemičnih elementov, s pomočjo katerih lahko živa celica informacijsko gradi različne biološke molekule in strukture ter nato s temi sredstvi izvaja kakršno koli biološke funkcije in kemične transformacije.

"Strukturne sheme" osnovnih molekularnih elementov, njihove naravne lastnosti in značilnosti so precej jasno obravnavane in predstavljene v različnih učbenikih o biokemiji. Naša naloga je, da več pozornosti posvetimo informativnim vidikom uporabe takšnih biokemičnih enot.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Gostuje na http://www.allbest.ru

Povzetek na temo:

"Biokemične sestavine življenja"

Uvod

Sodobna kemija je širok kompleks ved, ki se postopoma oblikuje v svojem dolgem zgodovinskem razvoju. Praktično seznanjanje človeka s kemičnimi procesi sega v pradavnino. Dolga stoletja je teoretična razlaga kemijskih procesov temeljila na naravni filozofiji lastnosti elementov. V spremenjeni obliki je služil kot osnova za alkimijo, ki je nastala okoli 3.-4. AD in prizadevanje za rešitev problema pretvarjanja navadnih kovin v plemenite. Ker pri reševanju tega problema niso uspeli, so alkimisti kljub temu razvili številne metode za preučevanje snovi, odkrili nekatere kemične spojine, kar je do neke mere prispevalo k nastanku znanstvene kemije.

Kemijski pogled na naravo, izvor in stanje tehnike

Kemija se aktivno povezuje z drugimi vedami, kar je povzročilo nastanek biokemije, molekularne biologije, kozmokemije, geokemije, biogeokemije. Prvi proučujejo kemijske procese v živih organizmih, geokemija - vzorce obnašanja kemičnih elementov v zemeljski skorji. Biogeokemija je veda o procesih gibanja, porazdelitve, disperzije in koncentracije kemičnih elementov v biosferi s sodelovanjem organizmov. Ustanovitelj biogeokemije je V.I. Vernadskega. Kozmokemija proučuje kemično sestavo snovi v vesolju, njeno številčnost in porazdelitev med posameznimi vesoljskimi telesi.

Ostra krepitev odnosa med kemijo in biologijo je nastala zaradi ustvarjanja A.M.

Butlerova teorija kemijske zgradbe organskih spojin. Vodeni po tej teoriji so organski kemiki vstopili v tekmovanje z naravo. Naslednje generacije kemikov so pokazale veliko iznajdljivosti, dela, domišljije in ustvarjalnega iskanja usmerjene sinteze snovi.

Postopen razvoj znanosti v 19. stoletju, ki je pripeljal do odkritja strukture atoma in podrobnega poznavanja zgradbe in sestave celice, je kemikom in biologom odprl praktične možnosti za skupno delo pri kemijskih problemih teorijo celice, o vprašanjih o naravi kemijskih procesov v živih tkivih in o pogojenosti bioloških funkcij.kemijskih reakcij.

Če na metabolizem v telesu pogledate s čisto kemičnega vidika, kot pravi A.I. Oparina, bomo videli niz velikega števila razmeroma enostavnih in enotnih kemičnih reakcij, ki se kombinirajo med dobey v času, se ne pojavljajo naključno, ampak v strogem zaporedju, kar povzroči nastanek dolgih verig reakcij. In ta red je naravno usmerjen v nenehno samoohranjanje in samoreprodukcijo celotnega življenjskega sistema kot celote v danih okoljskih razmerah.

Z eno besedo, takšne specifične lastnosti živih bitij, kot so rast, razmnoževanje, mobilnost, razdražljivost, sposobnost odzivanja na spremembe v zunanjem okolju, so povezane z določenimi kompleksi kemičnih transformacij.

Pomen kemije med vedami, ki proučujejo življenje, je izjemno velik. Prav kemija je razkrila najpomembnejšo vlogo klorofila kot kemične osnove fotosinteze, hemoglobina kot osnove procesa dihanja, ugotovila je kemično naravo prenosa živčnega vzbujanja, določila strukturo nukleinskih kislin itd. Toda glavno je, da objektivno ležijo kemični mehanizmi v sami osnovi bioloških procesov, delovanja živih bitij. Vse funkcije in procese, ki se dogajajo v živem organizmu, lahko izrazimo v jeziku kemije, v obliki specifičnih kemičnih procesov.

Seveda bi bilo napačno reducirati življenjske pojave na kemične procese. To bi bila groba mehanična poenostavitev. In jasen dokaz za to je specifičnost kemičnih procesov v živih sistemih v primerjavi z neživimi. Preučevanje te specifičnosti razkriva enotnost in medsebojno povezanost kemičnih in bioloških oblik gibanja snovi. O tem govorijo tudi druge vede, ki so nastale na stičišču biologije, kemije in fizike: biokemija je veda o metabolizmu in kemijskih procesih v živih organizmih; bioorganska kemija - veda o zgradbi, funkcijah in načinih sinteze spojin, ki sestavljajo žive organizme; fizikalna in kemijska biologija kot veda o delovanju kompleksnih sistemov za prenos informacij in uravnavanje bioloških procesov na molekularni ravni ter biofizika, biofizikalna kemija in radiacijska biologija.

Glavni dosežki tega procesa so bili določitev kemijskih produktov celičnega metabolizma (presnova v rastlinah, živalih, mikroorganizmih), vzpostavitev bioloških poti in ciklov biosinteze teh produktov; izvedena je bila njihova umetna sinteza, odkritje materialnih osnov regulacijskega in dednega molekularnega mehanizma ter v veliki meri razjasnjen pomen kemičnih procesov v energijskih procesih celice in živih organizmov nasploh.

Zdaj za kemijo postaja še posebej pomembna uporaba bioloških načel, v katerih so koncentrirane izkušnje prilagajanja živih organizmov razmeram na Zemlji v mnogih milijonih let, izkušnje ustvarjanja najnaprednejših mehanizmov in procesov. Na tej poti so že določeni dosežki.

Pred več kot stoletjem so znanstveniki spoznali, da je osnova izjemne učinkovitosti bioloških procesov biokataliza. Zato si kemiki prizadevajo ustvariti nova kemija ki temelji na katalitični izkušnji žive narave. V njem se bo pojavila nova kontrola kemijskih procesov, kjer bodo uporabljeni principi sinteze podobnih molekul, na principu encimov bodo ustvarjeni katalizatorji tako raznolikih kvalitet, ki bodo daleč presegli obstoječe v naši industriji.

Kljub dejstvu, da imajo encimi skupne lastnosti, ki so značilne za vse katalizatorje, pa niso enaki slednjim, saj delujejo v živih sistemih. Zato se vsi poskusi uporabe izkušenj žive narave za pospeševanje kemičnih procesov v anorganskem svetu soočajo z resnimi omejitvami. Zaenkrat lahko govorimo le o modeliranju nekaterih funkcij encimov in uporabi teh modelov za teoretično analizo delovanja živih sistemov ter o delni praktični uporabi izoliranih encimov za pospešitev nekaterih kemijskih reakcij.

Tu so očitno najbolj obetavne raziskave, usmerjene v uporabo principov biokatalize v kemiji in kemijska tehnologija, za kar je treba proučiti celotno katalitsko izkušnjo žive narave, vključno z izkušnjo nastajanja samega encima, celice in celo organizma.

Teorija samorazvoja elementarnih odprtih katalitskih sistemov, ki jo je v najbolj splošni obliki predstavil profesor A.P. Rudenko leta 1964, je splošna teorija kemijske evolucije in biogeneze. Rešuje vprašanja o gonilne sile in mehanizmi evolucijskega procesa, to je zakonitosti kemijske evolucije, selekcija elementov in struktur ter njihova vzročnost, višina kemijske organizacije in hierarhija kemijskih sistemov kot posledica evolucije.

Teoretično jedro te teorije je stališče, da je kemijska evolucija samorazvoj katalitskih sistemov in so zato katalizatorji razvijajoča se snov. Med reakcijo pride do naravne selekcije tistih katalitskih centrov, ki imajo največjo aktivnost. Samorazvoj, samoorganizacija in samokomplikacija katalitskih sistemov nastanejo zaradi nenehnega dotoka transformabilne energije. In ker je glavni vir energije osnovna reakcija, so katalitični sistemi, ki se razvijajo na podlagi eksotermnih reakcij, deležni največjih evolucijskih prednosti. Osnovna reakcija torej ni le vir energije, temveč tudi orodje za izbiro najnaprednejših evolucijskih sprememb v katalizatorjih.

Razvijanje teh pogledov je A.P. Rudenko je oblikoval osnovni zakon kemijske evolucije, po katerem se z največjo hitrostjo in verjetnostjo oblikujejo tiste poti evolucijskih sprememb katalizatorja, na katerih pride do največjega povečanja njegove absolutne aktivnosti.

Praktična posledica teorije o samorazvoju odprtih katalitskih sistemov je tako imenovana "nestacionarna tehnologija", to je tehnologija s spreminjajočimi se reakcijskimi pogoji. Danes raziskovalci prihajajo do zaključka, da je stacionarni režim, katerega zanesljiva stabilizacija se je zdela ključna za visoko učinkovitost industrijskega procesa, le poseben primer nestacionarnega režima. Hkrati je bilo ugotovljenih veliko nestacionarnih režimov, ki prispevajo k intenziviranju reakcije.

Trenutno so že vidne možnosti za nastanek in razvoj nove kemije, na podlagi katere bodo ustvarjene nizkoodpadne, brezodpadne in energetsko varčne industrijske tehnologije.

Danes so kemiki prišli do zaključka, da bo z uporabo istih principov, na katerih je zgrajena kemija organizmov, v prihodnosti (brez natančnega ponavljanja narave) mogoče zgraditi bistveno novo kemijo, nov nadzor kemičnih procesov, kjer bodo uporabljeni principi sinteze podobnih molekul. Predvideva se izdelava pretvornikov, ki izkoriščajo sončno svetlobo z visoko učinkovitostjo in jo pretvarjajo v kemično in električno energijo ter kemično energijo v svetlobo velike jakosti.

Da bi obvladali katalitične izkušnje žive narave in uporabili pridobljeno znanje v industrijski proizvodnji, so kemiki začrtali številne obetavne načine.

Prvi - razvoj raziskav na področju katalize kovinskih kompleksov s poudarkom na ustreznih objektih divjih živali. Ta kataliza je obogatena z metodami, ki jih živi organizmi uporabljajo pri encimskih reakcijah, ter metodami klasične heterogene katalize.

Drugi način je modeliranje biokatalizatorjev. Trenutno je zaradi umetne selekcije struktur mogoče zgraditi modele številnih encimov, za katere je značilna visoka aktivnost in selektivnost, včasih skoraj enaka kot pri originalih ali z večjo preprostostjo strukture.

Vendar pa doslej pridobljeni modeli ne morejo nadomestiti naravnih biokatalizatorjev živih sistemov. Na tej stopnji razvoja kemijskega znanja je ta problem izjemno težko rešljiv. Encim izoliramo iz živega sistema, določimo njegovo strukturo, vnesemo ga v reakcijo za izvajanje katalitičnih funkcij. A deluje kratek čas in hitro propade, saj je izoliran od celote, od celice. Celotna celica z vsem svojim encimskim aparatom je pomembnejši objekt kot en sam detajl, izoliran iz nje.

tretji način z razvojem mehanizmov laboratorija žive narave je povezan z dosežki kemije imobiliziranih sistemov. Bistvo imobilizacije je fiksacija encimov, izoliranih iz živega organizma, na trdno površino z adsorpcijo, ki jih spremeni v heterogeni katalizator in zagotovi njegovo stabilnost in neprekinjeno delovanje.

Četrti način v razvoju raziskav, usmerjenih v uporabo principov biokatalize v kemiji in kemijski tehnologiji, je značilna zastavitev najširše naloge - preučevanje in razvoj celotnega katalitičnega doživljanja žive narave, vključno s tvorbo encima, celica in celo organizem. To je stopnja, na kateri so postavljeni temelji evolucijske kemije kot učinkovite znanosti s svojimi delovnimi funkcijami. Znanstveniki trdijo, da je to gibanje kemijske znanosti k bistveno novi kemijski tehnologiji z možnostjo ustvarjanja analogov živih sistemov. Rešitev tega problema bo zavzela najpomembnejše mesto pri ustvarjanju kemije prihodnosti.

Kemični elementi v človeškem telesu

kemijska biokataliza katalitični element

Vsi živi organizmi na Zemlji, vključno s človekom, so v tesnem stiku z okolju. Hrana in pitna voda prispevata k vnosu skoraj vseh kemičnih elementov v telo. Dnevno jih vnašamo v telo in izločamo iz njega. Analize so pokazale, da sta količina posameznih kemičnih elementov in njihovo razmerje v zdravem telesu različnih ljudi približno enaka.

Mnenje, da skoraj vse elemente lahko najdemo v človeškem telesu periodni sistem DI. Mendelejev, postane znan. Vendar domneve znanstvenikov gredo še dlje - v živem organizmu niso le prisotni vsi kemični elementi, ampak vsak od njih opravlja neko biološko funkcijo. Možno je, da ta hipoteza ne bo potrjena. Vendar, ko se raziskave v tej smeri razvijajo, biološka vloga vseh več kemični elementi. Nedvomno bosta čas in delo znanstvenikov osvetlila to vprašanje.

Bioaktivnost posameznih kemičnih elementov. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da kovine v človeškem telesu predstavljajo približno 3 % (po masi). To je veliko. Če vzamemo maso osebe 70 kg, potem je delež kovin 2,1 kg. Pri posameznih kovinah je masa porazdeljena takole: kalcij (1700), kalij (250 g), natrij (70 g), magnezij (42 g), železo (5 g), cink (3 g). Ostalo so elementi v sledovih. Če koncentracija elementa v telesu presega 102 %, se šteje za makrohranilo. Elementi v sledovih se v telesu nahajajo v koncentracijah 10 3 -10 5 %. . Če je koncentracija elementa pod 105 %, se šteje za ultramikroelement. Anorganske snovi v živem organizmu so v različnih oblikah. Večina kovinskih ionov tvori spojine z biološkimi predmeti. Danes je že ugotovljeno, da številni encimi (biološki katalizatorji) vsebujejo kovinske ione. Na primer, mangan je del 12 različnih encimov, železo - 70, baker - 30 in cink - več kot 100. Seveda mora pomanjkanje teh elementov vplivati ​​na vsebnost ustreznih encimov in s tem na normalno delovanje telesa. . Tako so kovinske soli nujno potrebne za normalno delovanje živih organizmov. To so potrdili tudi poskusi brezsolne diete, s katero so hranili poskusne živali. V ta namen smo z večkratnim umivanjem z vodo iz hrane odstranili soli. Izkazalo se je, da je uživanje takšne hrane povzročilo smrt živali

Šest elementov, katerih atomi so del beljakovin in nukleinskih kislin: ogljik, vodik, dušik, kisik, fosfor, žveplo. Nato je treba razlikovati med dvanajstimi elementi, katerih vloga in pomen za življenje organizmov sta znana: klor, jod, natrij, kalij, magnezij, kalcij, mangan, železo, kobalt, baker, cink, molibden. V literaturi obstajajo znaki manifestacije biološka aktivnost vanadij, krom, nikelj in kadmij

Obstaja veliko elementov, ki so strupeni za živi organizem, kot so živo srebro, talij, prašiči itd. Imajo škodljiv biološki učinek, vendar telo brez njih lahko deluje. Obstaja mnenje, da je vzrok za delovanje teh strupov povezan z zaviranjem določenih skupin v beljakovinskih molekulah ali z izpodrivanjem bakra in cinka iz nekaterih encimov. Obstajajo elementi, ki so relativno velike količine so strupene in v nizkih koncentracijah blagodejno vplivajo na telo. Na primer, arzen je močan strup, ki moti srčno-žilni sistem in vpliva na jetra in ledvice, vendar ga v majhnih odmerkih zdravniki predpisujejo za izboljšanje apetita. Znanstveniki verjamejo, da mikrodoze arzena povečajo odpornost telesa na delovanje škodljivih mikrobov. Iperit je znana strupena snov. S(CH 2 CH 2 C1) 2 . Vendar pa se v 20.000-krat razredčenem vazelinu pod imenom "psoriazin" uporablja proti luskastemu lišaju. Sodobna farmakoterapija še vedno ne more brez velikega števila zdravil, ki vključujejo strupene kovine. Kako se tukaj ne spomniti reka, da v majhnih količinah zdravi, v velikih pa hromi.

Zanimivo je, da je natrijev klorid (kuhinjska sol) v desetkratnem presežku v telesu v primerjavi z normalno vsebnostjo strup. Kisik, potreben za človekovo dihanje, ima v visoki koncentraciji in predvsem pod pritiskom toksičen učinek. Iz teh primerov je razvidno, da ima koncentracija elementa v telesu včasih zelo pomembno, včasih pa katastrofalno vrednost.

Železo je del krvnega hemoglobina oziroma rdečih krvnih pigmentov, ki reverzibilno vežejo molekularni kisik. Pri odraslem človeku kri vsebuje približno 2,6 g železa. V procesu življenja v telesu poteka stalen razpad in sinteza hemoglobina. Za povrnitev železa, izgubljenega z razgradnjo hemoglobina, potrebuje oseba dnevni vnos približno 25 mg. Pomanjkanje železa v telesu vodi do bolezni – anemije. Škodljiv pa je tudi presežek železa v telesu. Povezan je s siderozo oči in pljuč - boleznijo, ki jo povzroča odlaganje železovih spojin v tkivih teh organov. Pomanjkanje bakra v telesu povzroči uničenje krvnih žil. Poleg tega se domneva, da njegovo pomanjkanje povzroča raka. V nekaterih primerih je pljučni rak pri starejših ljudeh povezan s starostnim zmanjšanjem bakra v telesu. Presežek bakra pa vodi v duševne motnje in paralizo nekaterih organov (Wilsonova bolezen). Človeku škodujejo le velike količine bakrovih spojin. V majhnih odmerkih se uporabljajo v medicini kot adstrigentno in bakteriostatično (zavirajo rast in razmnoževanje bakterij) sredstvo. Na primer, bakrov sulfat (II) CuSO 4 uporablja se pri zdravljenju konjunktivitisa v obliki kapljic za oko (0,25% raztopina), pa tudi za kauterizacijo trahoma v obliki svinčnikov za oči (zlitina bakrovega (II) sulfata, kalijevega nitrata, galuna in kafre). V primeru opeklin kože s fosforjem jo obilno navlažimo s 5% raztopino bakrovega (II) sulfata.

Baktericidno (povzroča smrt različnih bakterij) lastnost srebra in njegovih soli je že dolgo opažena. Na primer, v medicini se raztopina koloidnega srebra (kolargol) uporablja za izpiranje gnojnih ran, Mehur s kroničnim cistitisom in uretritisom, pa tudi v obliki kapljic za oko z gnojnim konjunktivitisom in blenorejo. Srebrov nitrat AgNO 3 v obliki svinčnikov se uporabljajo za kauterizacijo bradavic, granulacij itd. V razredčenih raztopinah (0,1-0,25%) se uporablja kot adstrigentno in protimikrobno sredstvo za losjone, pa tudi kapljice za oči. Znanstveniki verjamejo, da je kauterizirajoči učinek srebrovega nitrata povezan z njegovo interakcijo s tkivnimi beljakovinami, kar vodi v nastanek srebrovih beljakovinskih soli - albuminatov.

Trenutno je nedvomno ugotovljeno, da je pojav ionske asimetrije neločljivo povezan z vsemi živimi organizmi - neenakomerna porazdelitev ionov znotraj in zunaj celice. Na primer, v celicah mišičnih vlaken, srca, jeter, ledvic je povečana vsebnost kalijevih ionov v primerjavi z zunajcelično. Nasprotno pa je koncentracija natrijevih ionov višja zunaj celice kot znotraj nje. Prisotnost koncentracijskega gradienta kalija in natrija je eksperimentalno ugotovljeno dejstvo. Raziskovalci so zaskrbljeni zaradi skrivnosti narave kalijeve natrijeve črpalke in njenega delovanja. V reševanje tega problema so usmerjena prizadevanja številnih skupin znanstvenikov pri nas in v tujini. Zanimivo je, da se s staranjem organizma koncentracijski gradient kalijevih in natrijevih ionov na celični meji zmanjšuje. Ko nastopi smrt, se koncentracija kalija in natrija znotraj in zunaj celice takoj izenači.

Biološka funkcija litijevih in rubidijevih ionov v zdravem telesu še ni jasna. Vendar pa obstajajo dokazi, da je z njihovim vnosom v telo mogoče zdraviti eno od oblik manično-depresivne psihoze.

Biologi in zdravniki dobro vedo, da imajo glikozidi pomembno vlogo v človeškem telesu. Nekateri naravni glikozidi (pridobljeni iz rastlin) aktivno delujejo na srčno mišico, povečujejo kontraktilne funkcije in upočasnjujejo srčni utrip. Če v telo vstopi velika količina srčnega glikozida, lahko pride do popolnega srčnega zastoja. Ioni nekaterih kovin vplivajo na delovanje glikozidov. Na primer, ko v kri vstopijo magnezijevi ioni, se učinek glikozidov na srčno mišico oslabi, kalcijevi ioni pa, nasprotno, povečajo učinek srčnih glikozidov.

Nekatere spojine živega srebra so tudi izjemno strupene. Znano je, da se ioni živega srebra (II) lahko močno vežejo na beljakovine. Toksični učinek živosrebrovega (II) klorida HgCl 2 (živosrebrov klorid) se kaže predvsem v nekrozi (nekrozi) ledvic in črevesne sluznice. Zaradi zastrupitve z živim srebrom ledvice izgubijo sposobnost izločanja odpadnih snovi iz krvi.

Zanimivo, živosrebrov(I) klorid hg 2 Cl 2 (staro ime kalomel) je neškodljiv za človeško telo. Verjetno je to posledica izjemno nizke topnosti soli, zaradi česar živosrebrovi ioni ne vstopajo v telo v opaznih količinah.

Kalijev cianid (Kalijev cianid) KCN- sol cianovodikove kisline HCN. Obe spojini sta hitro delujoči in močni strupi.

Pri akutni zastrupitvi s cianovodikovo kislino in njenimi solmi pride do izgube zavesti, paralize dihanja in srca. V začetni fazi zastrupitve oseba doživi vrtoglavico, občutek pritiska v čelu, oster glavobol, hitro dihanje in palpitacije. Prva pomoč pri zastrupitvah s cianovodikovo kislino in njenimi solmi - svež zrak, dihanje s kisikom, toplota. Protistrupi so natrijev nitrit NaNO 2 in organske nitro spojine: amilnitrit C 5 H 11 ONO in propil nitrit C 3 H 7 ONO. Menijo, da je delovanje natrijevega nitrita zmanjšano na pretvorbo hemoglobina v metahemoglobin. Slednji trdno veže cianidne ione na cianmethemoglobin. Na ta način se iz cianidnih ionov sprostijo dihalni encimi, kar vodi do ponovne vzpostavitve dihalne funkcije celic in tkiv.

Spojine, ki vsebujejo žveplo, se pogosto uporabljajo kot protistrupi za cianovodikovo kislino: koloidno žveplo, natrijev tiosulfat. Na 2 S 2 O 3 , natrijev tetrationat Na 2 S 4 O 6 , pa tudi z vsebnostjo žvepla organske spojine, zlasti aminokisline - glutation, cistein, cistin. Cianovodikova kislina in njene soli se pri interakciji z žveplom pretvorijo v tiocianate v skladu z enačbo

HCN+S > HNCS

Tiocianati so popolnoma neškodljivi za človeško telo.

Dolgo časa je bilo v primeru nevarnosti zastrupitve s cianidom priporočljivo držati košček sladkorja za lice. Leta 1915 sta nemška kemika Rupp in Golze pokazala, da glukoza reagira s cianovodikovo kislino in nekaterimi cianidi, da nastane nestrupena spojina glukoza cianohidrin:

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

glukoza cianohidrin glukoza

Svinec in njegove spojine so precej močni strupi. V človeškem telesu se svinec kopiči v kosteh, jetrih in ledvicah.

Spojine kemičnega elementa talija, ki veljajo za redke, so zelo strupene.

Poudariti je treba, da so vse barvne in še posebej težke (na koncu periodnega sistema) kovine strupene v količinah nad dovoljenimi.

Ogljikov dioksid se v človeškem telesu nahaja v velikih količinah in zato ne more biti strupen. V 1 uri odrasel človek izdihne približno 20 litrov (približno 40 g) tega plina. Pri fizičnem delu se količina izdihanega ogljikov dioksid poveča na 35 litrov. Nastane kot posledica izgorevanja ogljikovih hidratov in maščob v telesu. Vendar z visoko vsebnostjo SO 2 v zraku pride do zadušitve zaradi pomanjkanja kisika. Največje trajanje bivanja osebe v prostoru s koncentracijo SO 2 do 20% (po prostornini) ne sme presegati 2 uri.V Italiji je znana jama (»Dog's Cave«), v kateri lahko človek stoji dlje časa, pes, ki teče tja, pa se zaduši in umre. Dejstvo je, da je približno do pasu osebe jama napolnjena s težkim (v primerjavi z dušikom in kisikom) ogljikovim dioksidom. Ker je človeška glava v zračni plasti, ne čuti nelagodja. Pes se med rastjo znajde v atmosferi ogljikovega dioksida in se zato zaduši.

Zdravniki in biologi so ugotovili, da se pri oksidaciji ogljikovih hidratov v telesu v vodo in ogljikov dioksid sprosti ena molekula kisika na porabljeno molekulo kisika. SO 2 . Tako je razmerje med dodeljenimi SO 2 do absorbiranega O 2 (vrednost respiratornega koeficienta) je enaka ena. V primeru oksidacije maščob je respiratorni koeficient približno 0,7. Zato lahko z določitvijo vrednosti respiratornega koeficienta presodimo, katere snovi se v telesu pretežno izgorevajo. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da se pri kratkotrajnih, a intenzivnih obremenitvah mišic energija pridobiva zaradi oksidacije ogljikovih hidratov, pri dolgotrajnih pa predvsem zaradi izgorevanja maščob. Menijo, da je prehod telesa na oksidacijo maščob povezan z izčrpanostjo rezerve ogljikovih hidratov, ki se običajno opazi 5-20 minut po začetku intenzivnega mišičnega dela.

Protistrupi

Protistrupi - snovi, ki odpravijo učinke strupov na biološke strukture in onesposobijo strupe s kemičnimi

rumena krvna sol K 4 tvori slabo topne spojine z ioni številnih težkih kovin. Ta lastnost se v praksi uporablja za zdravljenje zastrupitev s solmi težkih kovin.

Dober protistrup za zastrupitev s spojinami arzena, živega srebra, svinca, kadmija, niklja, kroma, kobalta in drugih kovin je unitiol:

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

Mleko je univerzalni protistrup.

Zaključek

Sodobno biokemijo predstavlja veliko različnih smeri razvoja znanja o naravi snovi in ​​načinih njene transformacije. Hkrati pa kemija ni le vsota znanja o snoveh, temveč visoko urejen, nenehno razvijajoč se sistem znanja, ki ima svoje mesto med ostalimi naravoslovnimi vedami.

Kemija preučuje kvalitativno raznolikost materialnih nosilcev kemijskih pojavov, kemično obliko gibanja snovi.

Ena najpomembnejših objektivnih podlag za izločitev kemije kot samostojne naravoslovne discipline je priznanje specifičnosti kemije razmerja snovi, ki se kaže predvsem v kompleksu sil in različnih vrst interakcij, ki določajo obstoj dvo- in poliatomskih spojin. Ta kompleks je običajno označen kot kemična vez, ki nastane ali se zlomi med interakcijo delcev atomske ravni organizacije snovi. Za pojav kemijske vezi je značilna znatna prerazporeditev elektronske gostote v primerjavi s preprostim položajem elektronske gostote nevezanih atomov ali atomskih fragmentov, ki so blizu razdalje vezi. Ta lastnost najbolj natančno loči kemično vez od različnih manifestacij medmolekulskih interakcij.

Nenehno vztrajno povečevanje vloge biokemije kot vede v okviru naravoslovja spremlja hiter razvoj temeljnih, kompleksnih in aplikativnih raziskav, pospešen razvoj novih materialov z želenimi lastnostmi in novih procesov na področju proizvodne tehnologije. in predelava snovi.

Bibliografija

1. Veliki enciklopedični slovar. kemija. M., 2001.

2. Grushevitskaya T.T., Sadokhin A.P. Koncepti sodobnega naravoslovja. M., 1998.

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

4. Kemija // Kemijski enciklopedični slovar. M., 1983.

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

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

Gostuje na Allbest.ru

Podobni dokumenti

Kemijski pogled na naravo, izvor in trenutno stanje. Predmet znanja o kemijski znanosti in njeni zgradbi. Razmerje med kemijo in fiziko. Razmerje med kemijo in biologijo. Kemija proučuje kvalitativno raznolikost snovnih nosilcev kemijskih pojavov.

povzetek, dodan 15.3.2004


Predstavitev kemije. Živi sistemi so kemični elementi, ki jih najdemo v njih. Tesen stik živih sistemov, pa tudi človeka, z okoljem. Sestava človeškega telesa. Kršitve metabolizma mineralov v človeškem telesu. patološka stanja.

predstavitev, dodana 24.12.2008


povzetek, dodan 11.10.2011


Glavni kemični elementi, ki so pogosti v človeškem telesu, značilni znaki in simptomi pomanjkanja nekaterih od njih. splošen opis lastnosti joda, njegovo odkritje in pomen v telesu. Postopek za ugotavljanje njegovega pomanjkanja in mehanizem dopolnjevanja.

predstavitev, dodana 27.12.2010


Fiziološka vloga berilija v človeškem telesu, njegovi sinergisti in antagonisti. Vloga magnezija v človeškem telesu pri zagotavljanju poteka različnih življenjskih procesov. Nevtralizacija odvečne kislosti telesa. Vrednost stroncija za ljudi.

povzetek, dodan 09.05.2014


fizikalno- Kemijske lastnosti talij, agregatno stanje, nasičen parni tlak, toplota uparjanja pri normalnih pogojih in občutljivost na toploto. Načini prodiranja in transformacije v telesu. Viri sproščanja v okolje.

test, dodan 24.10.2014


Kemijske lastnosti kovin, njihova prisotnost v človeškem telesu. Vloga makroelementov (kalij, natrij, kalcij, magnezij) in mikroelementov v telesu. Vsebnost makro- in mikroelementov v živilih. Posledice neravnovesja določenih elementov.

predstavitev, dodana 13.3.2013


koncept, splošne značilnosti in namen procesa katalitičnega reformiranja. Kemijske osnove procesa reforminga: transformacija alkanov, cikloalkanov, arenov. Katalizatorji in makrokinetika procesa. Industrijske instalacije katalitičnega procesa.

seminarska naloga, dodana 13.10.2011


Določanje ekvivalentne mase kovine in soli z metodo izpodrivanja vodika. Potek in podatki eksperimenta, značilnosti inštrumentov. Uporaba magnezija kot kovine, njegove glavne kemijske lastnosti. Izračun absolutnih in relativnih napak izkušenj.

laboratorijske vaje, dodano 05.05.2013


Različne organske spojine z nizko molekulsko maso kemična narava potrebno za izvajanje procesov, ki se pojavljajo v živem organizmu. Vodotopni in v maščobi topni vitamini. Dnevna potreba človeka po vitaminih in njihove glavne funkcije.

Tema: “BIOKEMIJA KRVI. KRVNA PLAZMA: SESTAVINE IN NJIHOVE FUNKCIJE. METABOLIZEM ERITROCITOV. POMEN BIOKEMIJSKIH PREISKAV KRVI V AMBULANTI»

1. Beljakovine v krvni plazmi: biološka vloga. Vsebnost beljakovinskih frakcij v plazmi. Spremembe beljakovinske sestave plazme pri patoloških stanjih (hiperproteinemija, hipoproteinemija, disproteinemija, paraproteinemija).
2. Proteini akutne faze vnetja: biološka vloga, primeri proteinov.
3. Lipoproteinske frakcije krvne plazme: značilnosti sestave, vloga v telesu.
4. Plazemski imunoglobulini: glavni razredi, strukturna shema, biološke funkcije. Interferoni: biološka vloga, mehanizem delovanja (shema).
5. Encimi krvne plazme (sekretorni, izločevalni, indikator): diagnostična vrednost študije aktivnosti aminotransferaz (ALT in AST), alkalne fosfataze, amilaze, lipaze, tripsina, izoencimov laktat dehidrogenaze, kreatin kinaze.
6. Neproteinske dušikove komponente krvi (sečnina, aminokisline, sečna kislina, kreatinin, indikan, direktni in indirektni bilirubin): zgradba, biološka vloga, diagnostična vrednost njihovega določanja v krvi. Koncept azotemije.
7. Brez dušika organske sestavine krvi (glukoza, holesterol, proste maščobne kisline, ketonska telesa, piruvat, laktat), diagnostična vrednost njihovega določanja v krvi.
8. Značilnosti strukture in delovanja hemoglobina. Regulatorji afinitete hemoglobina za O2. Molekularne oblike hemoglobina. Derivati ​​hemoglobina. Klinični in diagnostični pomen določanja hemoglobina v krvi.
9. Metabolizem eritrocitov: vloga glikolize in pentozofosfatne poti v zrelih eritrocitih. Glutation: vloga v eritrocitih. Encimski sistemi, ki sodelujejo pri nevtralizaciji reaktivnih kisikovih spojin.
10. Koagulacija krvi kot kaskada aktivacije proencimov. Notranje in zunanje poti koagulacije. Skupna pot koagulacije krvi: aktivacija protrombina, pretvorba fibrinogena v fibrin, tvorba fibrinskega polimera.
11. Sodelovanje vitamina K pri posttranslacijski modifikaciji koagulacijskih faktorjev krvi. Dikumarol kot antivitamin K.

30.1. Sestava in funkcije krvi.

kri- tekoče gibljivo tkivo, ki kroži v zaprtem sistemu krvnih žil in prenaša različne kemične snovi organov in tkiv ter izvajanje integracije presnovnih procesov, ki potekajo v različnih celicah.

Kri je sestavljena iz plazma in oblikovani elementi (eritrociti, levkociti in trombociti). Serum se od plazme razlikuje po odsotnosti fibrinogena. 90% krvne plazme predstavlja voda, 10% je suhi ostanek, ki vključuje beljakovine, neproteinske dušikove komponente (ostanki dušika), organske sestavine brez dušika in minerale.

30.2. Beljakovine krvne plazme.

Krvna plazma vsebuje kompleksno večkomponentno (več kot 100) mešanico beljakovin, ki se razlikujejo po izvoru in delovanju. Večina plazemskih beljakovin se sintetizira v jetrih. Imunoglobulini in številni drugi zaščitni proteini imunokompetentnih celic.

30.2.1. beljakovinske frakcije. S soljenjem plazemskih beljakovin lahko izoliramo frakcije albumina in globulina. Običajno je razmerje teh frakcij 1,5 - 2,5. Uporaba metode elektroforeze na papirju vam omogoča identifikacijo 5 beljakovinskih frakcij (v padajočem vrstnem redu hitrosti migracije): albumini, α1-, α2-, β- in γ-globulini. Pri uporabi bolj subtilnih metod frakcioniranja v vsaki frakciji, razen albumina, je mogoče izolirati številne beljakovine (vsebnost in sestava beljakovinskih frakcij krvnega seruma glej sliko 1).

Slika 1. Elektroferogram beljakovin krvnega seruma in sestava beljakovinskih frakcij.

Albumini- beljakovine z molekulsko maso okoli 70.000 Da. Zaradi svoje hidrofilnosti in visoke vsebnosti v plazmi imajo pomembno vlogo pri vzdrževanju koloidno-osmotskega (onkotskega) krvnega tlaka in uravnavanju izmenjave tekočin med krvjo in tkivi. Opravljajo transportno funkcijo: izvajajo prenos prostih maščobnih kislin, žolčnih pigmentov, steroidnih hormonov, ionov Ca2 + in številnih zdravil. Albumini služijo tudi kot bogata in hitro prodana rezerva aminokislin.

α 1-globulini:

• Kislo α 1-glikoprotein (orosomukoid) - vsebuje do 40 % ogljikovih hidratov, njegova izoelektrična točka je v kislem okolju (2,7). Delovanje tega proteina ni v celoti ugotovljeno; znano je, da v zgodnjih fazah vnetnega procesa orozomukoid spodbuja nastanek kolagenskih vlaken v žarišču vnetja (J. Musil, 1985).
• α 1 - Antitripsin - zaviralec številnih proteaz (tripsin, kimotripsin, kalikrein, plazmin). Prirojeno zmanjšanje vsebnosti α1-antitripsina v krvi je lahko dejavnik predispozicije za bronhopulmonalne bolezni, saj so elastična vlakna pljučnega tkiva še posebej občutljiva na delovanje proteolitičnih encimov.
• Beljakovine, ki vežejo retinol prenaša v maščobi topen vitamin A.
• Protein, ki veže tiroksin - veže in prenaša ščitnične hormone, ki vsebujejo jod.
• transkortin - veže in prenaša glukokortikoidne hormone (kortizol, kortikosteron).

α 2-globulini:

• Haptoglobini (25% α2-globulini) - tvorijo stabilen kompleks s hemoglobinom, ki se pojavi v plazmi kot posledica intravaskularne hemolize eritrocitov. Komplekse haptoglobin-hemoglobin prevzamejo celice RES, kjer se hem in proteinske verige razgradijo, železo pa se ponovno uporabi za sintezo hemoglobina. To preprečuje izgubo železa v telesu in poškodbe ledvic zaradi hemoglobina.
• ceruloplazmin - protein, ki vsebuje bakrove ione (ena molekula ceruloplazmina vsebuje 6-8 Cu2+ ionov), ki ji dajejo modro barvo. Je transportna oblika bakrovih ionov v telesu. Ima oksidazno aktivnost: oksidira Fe2+ v Fe3+, kar zagotavlja vezavo železa s transferinom. Sposoben oksidirati aromatske amine, sodeluje pri presnovi adrenalina, norepinefrina, serotonina.

β-globulini:

• Transferin - glavni protein frakcije β-globulina, sodeluje pri vezavi in ​​transportu železovega železa v različna tkiva, zlasti v hematopoetska. Transferin uravnava vsebnost Fe3+ v krvi, preprečuje prekomerno kopičenje in izgubo z urinom.
• Hemopeksin - veže hem in preprečuje njegovo izgubo skozi ledvice. Kompleks hem-hemopeksin jemljejo iz krvi jetra.
• C-reaktivni protein (C-RP) - beljakovina, ki lahko obarja (v prisotnosti Ca2+) C-polisaharid celične stene pnevmokok. Biološka vloga je določena s sposobnostjo aktiviranja fagocitoze in zaviranja procesa agregacije trombocitov. Pri zdravih ljudeh je koncentracija C-RP v plazmi zanemarljiva in je ni mogoče določiti s standardnimi metodami. Pri akutnem vnetnem procesu se poveča za več kot 20-krat, v tem primeru se C-RP nahaja v krvi. Študija C-RP ima prednost pred drugimi markerji vnetnega procesa: določanje ESR in štetje števila levkocitov. Ta indikator je bolj občutljiv, njegovo povečanje se pojavi prej in po okrevanju se hitro vrne v normalno stanje.

γ-globulini:

• Imunoglobulini (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE) so protitelesa, ki jih proizvaja telo kot odgovor na vnos tujkov z antigenskim delovanjem. Za podrobnosti o teh beljakovinah glejte 1.2.5.

30.2.2. Kvantitativne in kvalitativne spremembe beljakovinske sestave krvne plazme. Pri različnih patoloških stanjih se lahko beljakovinska sestava krvne plazme spremeni. Glavne vrste sprememb so:

• hiperproteinemija - povečanje vsebnosti skupnih beljakovin v plazmi. Vzroki: izguba velike količine vode (bruhanje, driska, obsežne opekline), nalezljive bolezni (zaradi povečanja količine γ-globulinov).
• hipoproteinemija - zmanjšanje vsebnosti skupnih beljakovin v plazmi. Opažamo ga pri boleznih jeter (zaradi motene sinteze beljakovin), pri boleznih ledvic (zaradi izgube beljakovin z urinom), pri stradanju (zaradi pomanjkanja aminokislin za sintezo beljakovin).
• Disproteinemija - sprememba odstotka beljakovinskih frakcij z normalno vsebnostjo skupnih beljakovin v krvni plazmi, na primer zmanjšanje vsebnosti albuminov in povečanje vsebnosti ene ali več globulinskih frakcij pri različnih vnetnih boleznih.
• Paraproteinemija - pojav v krvni plazmi patoloških imunoglobulinov - paraproteinov, ki se razlikujejo od normalnih beljakovin v fizikalno-kemijskih lastnostih in biološki aktivnosti. Takšni proteini vključujejo npr. krioglobulini, ki med seboj tvorijo oborine pri temperaturah pod 37 ° C. Paraproteini se nahajajo v krvi z Waldenströmovo makroglobulinemijo, z multiplim mielomom (v slednjem primeru lahko premagajo ledvično pregrado in jih v urinu zaznamo kot Bence-Jonesove beljakovine) . Paraproteinemijo običajno spremlja hiperproteinemija.

30.2.3. Lipoproteinske frakcije krvne plazme. Lipoproteini so kompleksne spojine, ki prenašajo lipide v krvi. Vključujejo: hidrofobno jedro, ki vsebuje triacilglicerole in estre holesterola, in amfifilna lupina, tvorijo fosfolipidi, prosti holesterol in apoproteinski proteini (slika 2). Človeška plazma vsebuje naslednje frakcije lipoproteinov:

Slika 2. Diagram strukture lipoproteina krvne plazme.

• lipoproteini visoke gostote oz α-lipoproteini , saj se med elektroforezo na papirju premikajo skupaj z α-globulini. Vsebujejo veliko beljakovin in fosfolipidov, prenašajo holesterol iz perifernih tkiv v jetra.
• lipoproteini nizke gostote oz β-lipoproteini , saj se med elektroforezo na papirju premikajo skupaj z β-globulini. bogat s holesterolom; prenašajo iz jeter v periferna tkiva.
• Lipoproteini zelo nizke gostote oz pre-β-lipoproteini (na elektroforegramu se nahaja med α- in β-globulini). Služijo kot transportna oblika endogenih triacilglicerolov, so predhodniki lipoproteinov nizke gostote.
• Hilomikroni - elektroforetično nepomična; v krvi, vzeti na prazen želodec, ni. So transportna oblika eksogenih (živilskih) triacilglicerolov.

30.2.4. Beljakovine akutne faze vnetja. To so beljakovine, katerih vsebnost se poveča v krvni plazmi med akutnim vnetnim procesom. Sem spadajo na primer naslednje beljakovine:

1. haptoglobin ;
2. ceruloplazmin ;
3. C-reaktivni protein ;
4. α 1-antitripsin ;
5. fibrinogen (komponenta sistema za strjevanje krvi; glejte 30.7.2).

Hitrost sinteze teh proteinov se poveča predvsem zaradi zmanjšanja tvorbe albuminov, transferina in albuminov (majhnega deleža plazemskih proteinov z največjo mobilnostjo med disk elektroforezo in ki ustreza pasu na elektroferogramu pred albumini). ), katerih koncentracija se med akutnim vnetjem zmanjša.

Biološka vloga proteinov akutne faze: a) vsi ti proteini so zaviralci encimov, ki se sproščajo pri celični destrukciji in preprečujejo sekundarno poškodbo tkiva; b) ti proteini imajo imunosupresivni učinek (V.L. Dotsenko, 1985).

30.2.5. Zaščitni plazemski proteini. Zaščitni proteini so imunoglobulini in interferoni.

Imunoglobulini (protitelesa) - skupina beljakovin, ki nastanejo kot odgovor na tuje strukture (antigene), ki vstopajo v telo. Sintetizirajo jih v bezgavkah in vranici limfociti B. Obstaja 5 razredov imunoglobulini- IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Slika 3 Shema strukture imunoglobulinov (variabilna regija je prikazana sivo, konstantna regija ni zasenčena).

Molekule imunoglobulinov imajo enoten strukturni načrt. Strukturno enoto imunoglobulina (monomer) tvorijo štiri polipeptidne verige, ki so med seboj povezane z disulfidnimi vezmi: dve težki (H verige) in dve lahki (L verige) (glej sliko 3). IgG, IgD in IgE so po svoji strukturi običajno monomeri, molekule IgM so zgrajene iz petih monomerov, IgA sestavljata dva ali več strukturne enote ali so monomeri.

Proteinske verige, ki sestavljajo imunoglobuline, lahko pogojno razdelimo na specifične domene ali regije, ki imajo določene strukturne in funkcionalne značilnosti.

N-terminalne regije obeh L- in H-verig imenujemo variabilna regija (V), saj so za njihovo strukturo značilne pomembne razlike v različnih razredih protiteles. Znotraj variabilne domene obstajajo 3 hipervariabilne regije z največjo raznolikostjo aminokislinskega zaporedja. Gre za variabilno regijo protiteles, ki je odgovorna za vezavo antigenov po principu komplementarnosti; primarna struktura beljakovinskih verig v tej regiji določa specifičnost protiteles.

C-terminalne domene verig H in L imajo razmeroma stalno primarno strukturo znotraj vsakega razreda protiteles in se imenujejo konstantna regija (C). Konstantna regija določa lastnosti različnih razredov imunoglobulinov, njihovo porazdelitev v telesu in lahko sodeluje pri sprožitvi mehanizmov, ki povzročajo uničenje antigenov.

interferoni - družina beljakovin, ki jih sintetizirajo celice telesa kot odziv na virusno okužbo in imajo protivirusni učinek. Poznamo več vrst interferonov s specifičnim spektrom delovanja: levkocitni (α-interferon), fibroblastni (β-interferon) in & imunski (γ-interferon). Interferone sintetizirajo in izločajo nekatere celice in svoj učinek kažejo z delovanjem na druge celice, v tem pogledu so podobni hormonom. Mehanizem delovanja interferonov je prikazan na sliki 4.

Slika 4 Mehanizem delovanja interferonov (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

Z vezavo na celične receptorje interferoni inducirajo sintezo dveh encimov, 2,5"-oligoadenilat sintetaze in protein kinaze, verjetno zaradi iniciacije transkripcije ustreznih genov. Oba nastala encima izkazujeta svojo aktivnost v prisotnosti dvoverižnih RNA, in sicer so takšne RNA produkti replikacije mnogih virusov ali pa se nahajajo v njihovih virionih. Prvi encim sintetizira 2",5"-oligoadenilate (iz ATP), ki aktivirajo celično ribonukleazo I; drugi encim fosforilira translacijski iniciacijski faktor IF2. Končni rezultat teh procesov je zaviranje biosinteze beljakovin in razmnoževanja virusa v okuženi celici (Yu.A. Ovchinnikov, 1987).

30.2.6. Encimi v krvni plazmi. Vse encime v krvni plazmi lahko razdelimo v tri skupine:

1. sekretorni encimi - sintetizirani v jetrih, sproščeni v kri, kjer opravljajo svojo funkcijo (na primer faktorji strjevanja krvi);
2. izločevalni encimi - sintetizirani v jetrih, običajno izločeni z žolčem (na primer alkalna fosfataza), njihova vsebnost in aktivnost v krvni plazmi se povečata, ko je odtok žolča moten;
3. indikatorski encimi - se sintetizirajo v različnih tkivih in vstopijo v kri, ko so celice teh tkiv uničene. V različnih celicah prevladujejo različni encimi, zato se ob poškodbi organa v krvi pojavijo zanj značilni encimi. To se lahko uporablja pri diagnozi bolezni.

Na primer, če so jetrne celice poškodovane ( hepatitis) v krvi se poveča aktivnost alanin aminotransferaze (ALT), aspartat aminotransferaze (ACT), izoencima laktat dehidrogenaze LDH5, glutamat dehidrogenaze, ornitin karbamoil transferaze.

Ko so miokardne celice poškodovane ( srčni infarkt) v krvi se poveča aktivnost aspartat aminotransferaze (ACT), laktat dehidrogenaze LDH1, izoencima kreatin kinaze MB.

Poškodbe celic trebušne slinavke pankreatitis) v krvi poveča aktivnost tripsina, α-amilaze, lipaze.

30.3. Neproteinske dušikove sestavine krvi (preostali dušik).

V to skupino snovi spadajo: sečnina, sečna kislina, aminokisline, kreatin, kreatinin, amoniak, indikan, bilirubin in druge spojine (glej sliko 5). Vsebnost preostalega dušika v krvni plazmi zdravih ljudi je 15-25 mmol / l. Povečanje preostalega dušika v krvi se imenuje azotemija . Glede na vzrok delimo azotemijo na retencijsko in produkcijsko.

Retencijska azotemija se pojavi, ko pride do kršitve izločanja produktov presnove dušika (predvsem sečnine) v urinu in je značilna za odpoved ledvic. V tem primeru do 90% neproteinskega dušika v krvi pade na dušik sečnine namesto 50% v normi.

Proizvodna azotemija se razvije s prekomernim vnosom dušikovih snovi v kri zaradi povečanega razpada tkivnih beljakovin (dolgotrajno stradanje, diabetes mellitus, hude poškodbe in opekline, nalezljive bolezni).

Določitev preostalega dušika se izvaja v filtratu krvnega seruma brez beljakovin. Zaradi mineralizacije brezbeljakovinskega filtrata pri segrevanju s koncentrirano H2SO4 preide dušik vseh neproteinskih spojin v obliko (NH4)2SO4. Ione NH4 + določamo z Nesslerjevim reagentom.

• Urea - glavni končni produkt presnove beljakovin v človeškem telesu. Nastane kot posledica nevtralizacije amoniaka v jetrih, ki ga ledvice izločajo iz telesa. Zato se vsebnost sečnine v krvi zmanjša pri boleznih jeter in poveča pri odpovedi ledvic.
• Amino kisline- vstopijo v kri, ko se absorbirajo iz prebavil ali so produkti razgradnje tkivnih beljakovin. V krvi zdravih ljudi aminokisline prevladujejo alanin in glutamin, ki sta poleg sodelovanja pri biosintezi beljakovin transportni obliki amoniaka.
• Sečna kislina je končni produkt katabolizma purinskih nukleotidov. Njegova vsebnost v krvi se poveča s protinom (zaradi povečanega izobraževanja) in z okvarjenim delovanjem ledvic (zaradi nezadostnega izločanja).
• Kreatin- sintetiziran v ledvicah in jetrih, v mišicah pa se spremeni v kreatin fosfat - vir energije za procese krčenja mišic. Pri boleznih mišičnega sistema se vsebnost kreatina v krvi znatno poveča.
• Kreatinin- končni produkt presnove dušika, ki nastane kot posledica defosforilacije kreatin fosfata v mišicah, ki se izloča iz telesa z ledvicami. Vsebnost kreatinina v krvi se zmanjša z boleznimi mišičnega sistema, poveča z odpovedjo ledvic.
• indijski - produkt razstrupljanja indola, ki nastaja v jetrih, izločajo ga ledvice. Njegova vsebnost v krvi se zmanjša z boleznimi jeter, poveča - s povečanimi procesi razpadanja beljakovin v črevesju, z boleznimi ledvic.
• Bilirubin (direkten in posreden) so produkti katabolizma hemoglobina. Vsebnost bilirubina v krvi se poveča z zlatenico: hemolitično (zaradi posrednega bilirubina), obstruktivno (zaradi neposrednega bilirubina), parenhimsko (zaradi obeh frakcij).

Slika 5 Neproteinske dušikove spojine krvne plazme.

30.4. Organske sestavine krvi brez dušika.

V to skupino snovi spadajo hranila (ogljikovi hidrati, lipidi) in produkti njihove presnove (organske kisline). Najvišja vrednost v ambulanti ima določanje vsebnosti glukoze, holesterola, prostih maščobnih kislin, ketonskih teles in mlečne kisline v krvi. Formule teh snovi so prikazane na sliki 6.

• Glukoza- glavni energetski substrat telesa. Njegova vsebnost pri zdravih ljudeh v krvi na prazen želodec je 3,3 - 5,5 mmol / l. Zvišanje glukoze v krvi (hiperglikemija) opazili po jedi, s čustvenim stresom, pri bolnikih z diabetesom mellitusom, hipertiroidizmom, Itsenko-Cushingovo boleznijo. Znižanje glukoze v krvi (hipoglikemija) opaženi med stradanjem, intenzivnim fizičnim naporom, akutno zastrupitvijo z alkoholom, prevelikim odmerkom insulina.
• holesterol- obvezna lipidna komponenta bioloških membran, predhodnik steroidnih hormonov, vitamina D3, žolčnih kislin. Njegova vsebnost v krvni plazmi zdravih ljudi je 3,9 - 6,5 mmol / l. Zvišanje ravni holesterola v krvi hiperholesterolemija) opazimo pri aterosklerozi, sladkorni bolezni, miksedemu, holelitiazi. Znižana raven holesterola v krvi ( hipoholesterolemija) najdemo pri hipertiroidizmu, cirozi jeter, črevesnih boleznih, stradanju, pri jemanju holeretičnih zdravil.
• Proste maščobne kisline (FFA) jih tkiva in organi uporabljajo kot energijski material. Vsebnost prostih maščobnih kislin v krvi se poveča med postom, sladkorno boleznijo, po dajanju adrenalina in glukokortikoidov; zmanjša s hipotiroidizmom, po uvedbi insulina.
• Ketonska telesa. Ketonska telesa so acetoacetat, β-hidroksibutirat, aceton- produkti nepopolne oksidacije maščobnih kislin. Poveča se vsebnost ketonskih teles v krvi ( hiperketonemija) s postom, vročino, sladkorno boleznijo.
• Mlečna kislina (laktat) je končni produkt anaerobne oksidacije ogljikovih hidratov. Njegova vsebnost v krvi se poveča med hipoksijo (telesna aktivnost, bolezni pljuč, srca, krvi).
• Pirovinska kislina (piruvat)- vmesni produkt katabolizma ogljikovih hidratov in nekaterih aminokislin. Najbolj dramatično povečanje vsebnosti piruvične kisline v krvi opazimo pri mišičnem delu in pomanjkanju vitamina B1.

Slika 6 Organske snovi krvne plazme brez dušika.

30.5. Mineralne sestavine krvne plazme.

Minerali so bistvene sestavine krvne plazme. Najpomembnejši kationi so natrijevi, kalijevi, kalcijevi in ​​magnezijevi ioni. Odgovarjajo jim anioni: kloridi, bikarbonati, fosfati, sulfati. Del kationov v krvni plazmi je povezan z organskimi anioni in beljakovinami. Vsota vseh kationov je enaka vsoti anionov, saj je krvna plazma električno nevtralna.

• Natrij je glavni kation zunajcelične tekočine. Njegova vsebnost v krvni plazmi je 135 - 150 mmol / l. Natrijevi ioni sodelujejo pri vzdrževanju osmotskega tlaka zunajcelične tekočine. Hipernatriemijo opazimo s hiperfunkcijo nadledvične skorje, z uvedbo hipertonične raztopine natrijevega klorida parenteralno. Hiponatremija je lahko posledica diete brez soli, insuficience nadledvične žleze, diabetične acidoze.
• kalij je glavni znotrajcelični kation. V krvni plazmi je vsebovan v količini 3,9 mmol / l, v eritrocitih pa 73,5 - 112 mmol / l. Tako kot natrij tudi kalij vzdržuje osmotsko in kislinsko-bazično homeostazo v celici. Hiperkalemija je opažena s povečanim uničenjem celic (hemolitična anemija, sindrom dolgotrajne stiske), z oslabljenim izločanjem kalija z ledvicami, z dehidracijo telesa. Hipokalemijo opazimo s hiperfunkcijo nadledvične skorje, z diabetično acidozo.
• kalcij v krvni plazmi se nahaja v obliki oblik. Opravljanje različnih funkcij: povezana z beljakovinami (0,9 mmol / l), ionizirana (1,25 mmol / l) in neionizirana (0,35 mmol / l). Biološko aktiven je le ioniziran kalcij. Hiperkalciemijo opazimo pri hiperparatiroidizmu, hipervitaminozi D, Itsenko-Cushingovem sindromu, destruktivnih procesih v kostnem tkivu. Hipokalcemija se pojavi pri rahitisu, hipoparatiroidizmu, bolezni ledvic.
• kloridi ki jih vsebuje krvna plazma v količini 95 - 110 mmol / l, sodelujejo pri vzdrževanju osmotskega tlaka, kislinsko-baznega stanja zunajcelične tekočine. Hiperkloremija se pojavi pri srčnem popuščanju, arterijski hipertenziji, hipokloremija - pri bruhanju, bolezni ledvic.
• Fosfati v krvni plazmi so komponente pufrskega sistema, njihova koncentracija je 1 - 1,5 mmol / l. Hiperfosfatemijo opazimo pri boleznih ledvic, hipoparatiroidizmu, hipervitaminozi D. Hipofosfatemijo opazimo pri hiperparatiroidizmu, miksedemu, rahitisu.

0.6. Kislinsko-bazično stanje in njegova regulacija.

Kislinsko-bazično stanje (CBS) - razmerje med koncentracijo vodikovih (H+) in hidroksilnih (OH-) ionov v telesnih tekočinah. Za zdravo osebo je značilna relativna konstantnost kazalcev CBS zaradi skupnega delovanja krvnih puferskih sistemov in fiziološkega nadzora (dihalni in izločevalni organi).

30.6.1. Puferski sistemi krvi. Puferski sistemi telesa so sestavljeni iz šibkih kislin in njihovih soli z močnimi bazami. Za vsak vmesni sistem sta značilna dva indikatorja:

• pH pufra(odvisno od razmerja komponent pufra);
• vmesni rezervoar, to je količina močne baze ali kisline, ki ji je treba dodati puferska raztopina za spremembo pH na enoto (odvisno od absolutnih koncentracij komponent pufra).

Ločimo naslednje krvne puferske sisteme:

• bikarbonat(H2CO3/NaHCO3);
• fosfat(NaH2PO4/Na2HPO4);
• hemoglobin(deoksihemoglobin kot šibka kislina/kalijeva sol oksihemoglobina);
• beljakovine(njegovo delovanje je posledica amfoterne narave beljakovin). Bikarbonat in sorodni hemoglobinski puferski sistemi skupaj predstavljajo več kot 80 % puferske kapacitete krvi.

30.6.2. Respiratorna regulacija CBS Izvaja se s spreminjanjem intenzivnosti zunanjega dihanja. S kopičenjem CO2 in H+ v krvi se poveča pljučna ventilacija, kar vodi do normalizacije plinske sestave krvi. Zmanjšanje koncentracije ogljikovega dioksida in H + povzroči zmanjšanje pljučne ventilacije in normalizacijo teh indikatorjev.

30.6.3. Regulacija ledvic KOS Izvaja se predvsem prek treh mehanizmov:

• reabsorpcija bikarbonatov (v celicah ledvičnih tubulov nastane ogljikova kislina H2 CO3 iz H2 O in CO2; disociira, H + se sprosti v urin, HCO3 se reabsorbira v kri);
• reabsorpcija Na + iz glomerularnega filtrata v zameno za H + (v tem primeru se Na2 HPO4 v filtratu spremeni v NaH2 PO4 in kislost urina se poveča) ;
• izločanje NH 4 + (med hidrolizo glutamina v celicah tubulov nastane NH3; medsebojno deluje s H +, nastanejo ioni NH4 +, ki se izločajo z urinom.

30.6.4. Laboratorijski kazalci CBS krvi. Za karakterizacijo CBS se uporabljajo naslednji kazalniki:

• pH krvi;
• delni tlak CO2 (pCO2) kri;
• delni tlak O2 (pO2) kri;
• vsebnost bikarbonatov v krvi pri danih vrednostih pH in pCO2 ( dejanski ali pravi bikarbonat, AB );
• vsebnost bikarbonatov v pacientovi krvi pri standardnih pogojih, tj. pri rSO2 =40 mm Hg. ( standardni bikarbonat, SB );
• vsota baz vsi puferski sistemi krvi ( BB );
• presežek oz pomanjkanje baze krvi v primerjavi z normalnim indikatorjem za tega bolnika ( BITI , iz angleščine. presežek osnove).

Prvi trije kazalniki se določijo neposredno v krvi s pomočjo posebnih elektrod, na podlagi pridobljenih podatkov pa se preostali kazalniki izračunajo z uporabo nomogramov ali formul.

30.6.5. Kršitve COS krvi. Obstajajo štiri glavne oblike kislinsko-bazičnih motenj:

• presnovna acidoza - pojavi se pri sladkorni bolezni in stradanju (zaradi kopičenja ketonskih teles v krvi), pri hipoksiji (zaradi kopičenja laktata). S to kršitvijo se pCO2 in [HCO3 -] krvi zmanjšata, poveča se izločanje NH4 + z urinom;
• respiratorna acidoza - pojavi se pri bronhitisu, pljučnici, bronhialni astmi (posledica zadrževanja ogljikovega dioksida v krvi). S to kršitvijo se poveča pCO2 in kri, poveča se izločanje NH4 + z urinom;
• presnovna alkaloza - se razvije z izgubo kisline, na primer z neukrotljivim bruhanjem. S to kršitvijo se povečata pCO2 in kri, poveča se izločanje HCO3 - z urinom se kislost urina zmanjša.
• respiratorna alkaloza - opazili pri povečanem prezračevanju pljuč, na primer pri plezalcih na visoki nadmorski višini. S to kršitvijo se pCO2 in [HCO3 -] krvi zmanjšata, kislost urina pa se zmanjša.

Za zdravljenje presnovne acidoze se uporablja raztopina natrijevega bikarbonata; za zdravljenje presnovne alkaloze - uvedba raztopine glutaminske kisline.

30.7. Nekateri molekularni mehanizmi strjevanja krvi.

30.7.1. strjevanje krvi- niz molekularnih procesov, ki vodijo do prenehanja krvavitve iz poškodovane posode zaradi nastanka krvnega strdka (tromba). Splošna shema procesa strjevanja krvi je prikazana na sliki 7.

Slika 7 Splošna shema koagulacije krvi.

Večina koagulacijskih faktorjev je prisotnih v krvi v obliki neaktivnih prekurzorjev - proencimov, katerih aktivacijo izvajajo delna proteoliza. Številni faktorji strjevanja krvi so odvisni od vitamina K: protrombin (faktor II), prokonvertin (faktor VII), faktorji Christmas (IX) in Stuart-Prower (X). Vloga vitamina K je določena s sodelovanjem pri karboksilaciji glutamatnih ostankov v N-terminalni regiji teh proteinov s tvorbo γ-karboksiglutamata.

Koagulacija krvi je kaskada reakcij, pri katerih aktivirana oblika enega koagulacijskega faktorja katalizira aktivacijo naslednjega, dokler se ne aktivira končni faktor, ki je strukturna osnova tromba.

Značilnosti kaskadnega mehanizma so naslednji:

1) v odsotnosti dejavnika, ki sproži proces nastajanja tromba, do reakcije ne more priti. Zato bo proces strjevanja krvi omejen le na tisti del krvnega obtoka, kjer se pojavi tak pobudnik;

2) dejavniki, ki delujejo na začetnih stopnjah strjevanja krvi, so potrebni v zelo majhnih količinah. Na vsaki povezavi kaskade se njihov učinek močno poveča ( se poveča), kar ima za posledico hiter odziv na poškodbe.

V normalnih pogojih obstajajo notranje in zunanje poti za strjevanje krvi. Notranja pot se začne ob stiku z atipično površino, kar povzroči aktivacijo dejavnikov, ki so prvotno prisotni v krvi. zunanja pot koagulacijo sprožijo spojine, ki običajno niso prisotne v krvi, ampak pridejo tja zaradi poškodbe tkiva. Oba mehanizma sta potrebna za normalen potek procesa strjevanja krvi; razlikujejo le v začetnih fazah, nato pa se združijo v skupna pot kar povzroči nastanek fibrinskega strdka.

30.7.2. Mehanizem aktivacije protrombina. Neaktivni prekurzor trombina - protrombin - sintetiziran v jetrih. Pri njegovi sintezi sodeluje vitamin K. Protrombin vsebuje ostanke redke aminokisline - γ-karboksiglutamata (skrajšana oznaka - Gla). V procesu aktivacije protrombina sodelujejo trombocitni fosfolipidi, ioni Ca2+ in koagulacijska faktorja Va in Xa. Aktivacijski mehanizem je predstavljen na naslednji način (slika 8).

Slika 8 Shema aktivacije protrombina na trombocitih (R. Murray et al., 1993).

Poškodba krvne žile povzroči interakcijo trombocitov s kolagenskimi vlakni žilne stene. To povzroči uničenje trombocitov in spodbuja sproščanje negativno nabitih fosfolipidnih molekul na notranji strani. plazemska membrana trombocitov. Negativno nabite skupine fosfolipidov vežejo ione Ca2+. Ioni Ca2+ pa medsebojno delujejo z ostanki γ-karboksiglutamata v molekuli protrombina. Ta molekula je fiksirana na trombocitni membrani v želeni orientaciji.

Membrana trombocitov vsebuje tudi receptorje za faktor Va. Ta faktor se veže na membrano in pritrdi faktor Xa. Faktor Xa je proteaza; na določenih mestih cepi molekulo protrombina, posledično nastane aktivni trombin.

30.7.3. Pretvorba fibrinogena v fibrin. Fibrinogen (faktor I) je topen plazemski glikoprotein z molekulsko maso približno 340 000. Sintetizira se v jetrih. Molekula fibrinogena je sestavljena iz šestih polipeptidnih verig: dveh verig A α, dveh verig B β in dveh verig γ (glej sliko 9). Konci polipeptidnih verig fibrinogena nosijo negativen naboj. To je posledica prisotnosti velikega števila glutamatnih in aspartatnih ostankov v N-terminalnih regijah verig Aa in Bb. Poleg tega B-regije verig Bb vsebujejo ostanke redke aminokisline tirozin-O-sulfata, ki so prav tako negativno nabiti:

To spodbuja topnost beljakovine v vodi in preprečuje združevanje njenih molekul.

Slika 9 Shema strukture fibrinogena; puščice prikazujejo vezi, hidrolizirane s trombinom. R. Murray et al., 1993).

Pretvorba fibrinogena v fibrin katalizira trombin (faktor IIa). Trombin hidrolizira štiri peptidne vezi v fibrinogenu: dve vezi v verigah A α in dve vezi v verigah B β. Fibrinopeptida A in B se odcepita od molekule fibrinogena in nastane fibrinski monomer (njegova sestava je α2 β2 γ2 ). Fibrinski monomeri so netopni v vodi in se zlahka povežejo med seboj ter tvorijo fibrinski strdek.

Pod delovanjem encima pride do stabilizacije fibrinskega strdka transglutaminaza (faktor XIIIa). Tudi ta faktor aktivira trombin. Transglutaminaza tvori navzkrižne povezave med fibrinskimi monomeri s pomočjo kovalentnih izopeptidnih vezi.

30.8. Značilnosti metabolizma eritrocitov.

30.8.1. rdeče krvne celice - visoko specializirane celice, katerih glavna naloga je transport kisika iz pljuč v tkiva. Življenjska doba eritrocitov je v povprečju 120 dni; njihovo uničenje se pojavi v celicah retikuloendotelijskega sistema. Za razliko od večine telesnih celic eritrocit nima celičnega jedra, ribosomov in mitohondrijev.

30.8.2. Izmenjava energije. Glavni energijski substrat eritrocita je glukoza, ki prihaja iz krvne plazme z olajšano difuzijo. Približno 90% glukoze, ki jo porabijo eritrociti, je izpostavljeno glikoliza(anaerobna oksidacija) s tvorbo končnega produkta – mlečne kisline (laktata). Zapomnite si funkcije, ki jih glikoliza opravlja v zrelih rdečih krvničkah:

1) v reakcijah glikolize nastane ATP skozi fosforilacija substrata . Glavna smer uporabe ATP v eritrocitih je zagotoviti delovanje Na +, K + -ATPaze. Ta encim prenaša Na+ ione iz eritrocitov v krvno plazmo, preprečuje kopičenje Na+ v eritrocitih in pomaga ohranjati geometrijsko obliko teh krvnih celic (bikonkavni disk).

2) v reakciji dehidrogenacije gliceraldehid-3-fosfat nastane pri glikolizi NADH. Ta koencim je encimski kofaktor methemoglobin reduktaza sodeluje pri obnovi methemoglobina v hemoglobin po naslednji shemi:

Ta reakcija preprečuje kopičenje methemoglobina v eritrocitih.

3) metabolit glikolize 1, 3-difosfoglicerat sposoben s sodelovanjem encima difosfoglicerat mutaza v prisotnosti 3-fosfoglicerata, ki se pretvori v 2, 3-difosfoglicerat:

2,3-difosfoglicerat sodeluje pri uravnavanju afinitete hemoglobina za kisik. Njegova vsebnost v eritrocitih se med hipoksijo poveča. Hidroliza 2,3-difosfoglicerat katalizira encim difosfoglicerat fosfataza.

Približno 10 % glukoze, ki jo porabi eritrocit, se porabi v oksidacijski poti pentozofosfata. Reakcije te poti služijo kot glavni vir NADPH za eritrocit. Ta koencim je potreben za pretvorbo oksidiranega glutationa (glej 30.8.3) v reducirano obliko. Pomanjkanje ključnega encima pentozofosfatne poti - glukoza-6-fosfat dehidrogenaza - skupaj z zmanjšanjem razmerja NADPH / NADP + v eritrocitih, povečanjem vsebnosti oksidirane oblike glutationa in zmanjšanjem odpornosti celic (hemolitična anemija).

30.8.3. Mehanizmi za nevtralizacijo reaktivnih kisikovih spojin v eritrocitih. Molekularni kisik se pod določenimi pogoji lahko pretvori v aktivne oblike, ki vključujejo superoksidni anion O2 -, vodikov peroksid H2 O2, hidroksilni radikal OH. in singletni kisik 1 O2. Te oblike kisika so zelo reaktivne, lahko škodljivo vplivajo na beljakovine in lipide bioloških membran ter povzročijo uničenje celic. Večja ko je vsebnost O2, več njegovih aktivnih oblik nastane. Zato eritrociti, ki nenehno sodelujejo s kisikom, vsebujejo učinkovite antioksidativne sisteme, ki lahko nevtralizirajo aktivne metabolite kisika.

Pomembna sestavina antioksidativnih sistemov je tripeptid glutation, nastane v eritrocitih kot posledica interakcije γ-glutamilcisteina in glicina:

Reducirana oblika glutationa (okrajšano G-SH) sodeluje pri nevtralizaciji vodikovega peroksida in organskih peroksidov (R-O-OH). Pri tem nastane voda in oksidiran glutation (skrajšano G-S-S-G).

Pretvorbo oksidiranega glutationa v reduciran glutation katalizira encim glutation reduktaza. Vir vodika – NADPH (iz pentozofosfatne poti, glej 30.8.2):

RBC vsebujejo tudi encime superoksid dismutaza in katalaze izvajanje naslednjih transformacij:

Antioksidativni sistemi so še posebej pomembni za eritrocite, saj eritrociti ne obnavljajo beljakovin s sintezo.