Šūnas ķīmiskais sastāvs. Minerāli un to loma šūnā
Minerāli un to loma šūnā
1. Kādas vielas sauc par minerālvielām?
2. Kādu procesu sauc par disociāciju?
3. Kas ir joni?
Šūnu minerāli.
Lielākā daļa minerālvielu šūnas ir sāļu veidā, disociēts jonos vai cietā stāvoklī.
Atbilstoši to reakcijai šķīdumi var būt skābi, bāziski un neitrāli. Šķīduma skābumu jeb bāziskumu nosaka H+ jonu koncentrācija tajā. Šo koncentrāciju izsaka, izmantojot pH indikatoru - pH ("p-pelni"). Šķidruma neitrālā reakcija atbilst pH = 7,0, skābes reakcija - pH< 7,0 и основной - рН >7.0. pH skalas garums ir no 0 līdz 14,0.
PH vērtība šūnās ir aptuveni vienāda ar 7,0. Mainot to par vienu vai divām vienībām, ir kaitīga šūnai.
PH noturība šūnās tiek uzturēta to satura buferīpašību dēļ.
Buferšķīdums ir šķīdums, kas satur vājas skābes un tās šķīstošā sāls maisījumu. Palielinoties skābumam (H+ jonu koncentrācijai), brīvie anjoni, kas nāk no sāls, viegli savienojas ar brīvajiem H+ joniem un izvada tos no šķīduma. Samazinoties skābumam, tiek atbrīvoti papildu H+ joni. Tādējādi buferšķīdumā tiek uzturēta relatīvi nemainīga H+ jonu koncentrācija.
Dažiem organiskiem savienojumiem, jo īpaši olbaltumvielām, ir arī buferizācijas īpašības.
Kā organisma bufersistēmu sastāvdaļas joni nosaka to īpašības – spēju uzturēt pH nemainīgā līmenī (tuvu neitrālajam), neskatoties uz to, ka vielmaiņas laikā nepārtraukti veidojas skābi un sārmaini produkti. Jā, fosfātu bufersistēma zīdītāji, kas sastāv no HPO | 42- un H2PO-4, uztur intracelulārā šķidruma pH 6,9-7,4 robežās.Ekstracelulārās vides (asins plazmas) galvenā bufersistēma ir bikarbonātu sistēma, kas sastāv no H2CO3 un HCO4- un uztur pH plkst.7.4.
Slāpekļa, fosfora, kalcija un citu neorganisko vielu savienojumus izmanto organisko molekulu (aminoskābju, olbaltumvielu, nukleīnskābes un utt.).
Daži metālu joni (Mg, Ca, Ze, Cu, Mn, Mo, Br, Co) ir daudzu enzīmu, hormonu un vitamīni vai aktivizējiet tos. Piemēram, Fe jons ir daļa no asins hemoglobīna, Zn jons ir daļa no insulīna hormona. Ar to trūkumu tiek traucēti svarīgākie šūnu vitālās aktivitātes procesi.
bufersistēma.
1. Kādā veidā minerāli atrodas dzīvajos organismos?
2. Kāda ir neorganisko jonu loma šūnā?
3. Kāda ir jonu loma organisma bufersistēmās?
4. Kāpēc noteiktu metālu jonu trūkums vai trūkums izraisa šūnu darbības traucējumus?
Neorganiskajām skābēm un to sāļiem ir liela nozīme organismu dzīvē. Tātad sālsskābe ir daļa no kuņģa sulas un rada apstākļus pārtikas olbaltumvielu sagremošanai. Sērskābes atliekas veicina ūdenī nešķīstošu vielu izvadīšanu no organisma.
Kamenskis A. A., Kriksunovs E. V., Pasečņiks V. V. Bioloģija 10. klase
Iesnieguši lasītāji no vietnes
1). Tie spēlē kofaktoru lomu enzīmu reakcijās. Tādējādi daudzi joni veido kompleksus ar olbaltumvielām, ieskaitot fermentus. Lai pilnībā izpaustos to katalītiskā aktivitāte, pēdējiem ir nepieciešami minerālu kofaktori - kālija, kalcija, nātrija, magnija un dzelzs joni. Dzelzs, vara un jo īpaši magnija joni ir nepieciešami, lai aktivizētu fermentus, kas saistīti ar enerģijas pārnesi un atbrīvošanu, skābekļa transportēšanu un saistīšanu.
2). Tie piedalās osmotiskā spiediena un skābju-bāzes līdzsvara uzturēšanā (fosfātu un bikarbonātu buferi).
3). Atbalsta asins recēšanas procesus
4). Izveidot uzbudināmo šūnu membrānas potenciālu un darbības potenciālu
5). Minerāli ir iekļauti dažādu ķermeņa orgānu struktūrās. Neorganiskās vielas organismā var būt nešķīstošu savienojumu veidā (piemēram, kaulu un skrimšļa audos).
6). Piedalīties redoksreakcijās utt.
Nātrija un kālija joniem ir svarīga loma minerālvielu metabolismā. Šie katjoni nosaka pH vērtību, osmotisko spiedienu un ķermeņa šķidrumu tilpumu. Tie ir iesaistīti bioelektrisko potenciālu veidošanā, aminoskābju, cukuru un jonu transportēšanā caur šūnu membrānu. Nātrijs veido 93% no visiem asins plazmas katjoniem, tā koncentrācija asins plazmā ir 135-145 mmol/l. Kālijs galvenokārt ir intracelulārs katjons, tā koncentrācija asins plazmā ir 3,3-4,9 mmol / l.
Vesela cilvēka ķermenī, kas sver apmēram 70 kg, ir 150-170 g nātrija. No tiem 25-30% ir daļa no kauliem un nav tieši iesaistīti vielmaiņā. Apmēram 70% no kopējā nātrija daudzuma organismā ir apmaināms nātrijs.
Civilizēto valstu iedzīvotāju ikdienas uzturā ir vidēji 10-12 g nātrija hlorīda, bet patiesā cilvēka vajadzība pēc tā ir daudz mazāka un tuvojas 4-7 g.Šāds nātrija hlorīda daudzums ir sastopams parastā pārtikā, kas atmet šaubas par papildu sālīšanas nepieciešamību.
Pārmērīga sāls uzņemšana var izraisīt šķidruma daudzuma palielināšanos organismā, palielinot slodzi sirdij un nierēm. Šādos apstākļos nātrija un līdz ar to ūdens iekļūšanas palielināšanās asinsvadu sieniņu audu starpšūnu telpās veicina to pietūkumu un sabiezēšanu, kā arī asinsvadu lūmena sašaurināšanos.
Nātrija un kālija jonu satura noturību asins plazmā uztur galvenokārt nieres. Samazinoties nātrija koncentrācijai un palielinoties kālija līmenim, palielinās nātrija reabsorbcija un samazinās kālija reabsorbcija, kā arī palielinās kālija sekrēcija nieru kanāliņos virsnieru garozas mineralokortikoīda aldosterona ietekmē.
Vesela cilvēka organismā, kas sver 70 kg, kālija ir 45-35 mmol/kg. No tiem tikai 50-60 mmol atrodas ārpusšūnu telpā, un pārējais kālijs ir koncentrēts šūnās. Tādējādi kālijs ir galvenais intracelulārais katjons. Ar vecumu kopējais kālija daudzums organismā samazinās.
Kālija dienas deva ir 60-100 mmol; gandrīz tikpat daudz izdalās ar nierēm un tikai nedaudz (2%) - ar izkārnījumiem.
Kālija fizioloģiskā loma ir tā līdzdalībā visu veidu metabolismā, ATP sintēzē, un tāpēc tas ietekmē kontraktilitāti. Tā trūkums izraisa skeleta muskuļu atoniju, mērens pārpalikums izraisa tonusa paaugstināšanos, bet ļoti augsts saturs paralizē muskuļu šķiedras. Kālijs izraisa vazodilatāciju. Tas ir iesaistīts arī acetilholīna sintēzē, holīnesterāzes iznīcināšanā un tādējādi ietekmē ierosmes sinaptisko pārraidi. Kopā ar citiem joniem tas nodrošina šūnai spēju uzbudināt.
Hlors ir otrais ārpusšūnu anjons pēc nātrija. Tā koncentrācija ekstracelulārajā šķidrumā un plazmā ir 103-110 mmol/l. Kopējais hlora saturs organismā ir aptuveni 30 mmol/kg. Ievērojams hlora daudzums tika konstatēts tikai kuņģa gļotādas šūnās. Tieši viņš ir rezerve kuņģa sulas sālsskābes sintēzei, apvienojoties ar ūdeņraža joniem, kurus no asinīm ekstrahē gļotādas šūnas un izdalās kuņģa lūmenā.
Parastais kalcija saturs plazmā ir 2,1-2,6 mmol / l. No tiem 50% ir saistīti ar plazmas olbaltumvielām (īpaši albumīnu), 10% ir daļa no šķīstošiem kompleksiem, 40% ir brīvā jonizētā formā, kas no klīniskā viedokļa rada vislielāko interesi.
Fizioloģiski aktīvi ir tikai brīvie Ca 2+ joni, tāpēc vielmaiņas regulēšana ir vērsta uz nemainīgas koncentrācijas plazmā uzturēšanu nevis kopējā kalcija, bet tikai tā fizioloģiski aktīvās frakcijas sastāvā.
Kalcija joniem, kas saistīti ar fosfora joniem, ir visaugstākā funkcionālā aktivitāte. Kalcijs aktīvi piedalās ierosmes, sinaptiskās transmisijas, muskuļu kontrakcijas, sirds darbības procesos, piedalās ogļhidrātu un tauku oksidatīvajā fosforilācijā, asins koagulācijā, ietekmē šūnu membrānu caurlaidību un veido kaulu skeleta strukturālo pamatu. . Ievērojama intracelulārā kalcija daļa atrodas endoplazmatiskajā retikulumā (T-cisternā).
Galvenā loma plazmas kalcija un kaulu kalcija līdzsvara regulēšanā pieder epitēlijķermenīšu hormonam (paratirīnam).
Ēdot pārtiku, kas satur ievērojamu daudzumu kalcija, lielākā daļa no tā izdalās caur zarnām nokrišņu rezultātā galvenajā zarnu vidē nešķīstošu savienojumu veidā.
Fosfors organismā nonāk galvenokārt ar piena, gaļas, zivju un pākšaugu produktiem. Tā koncentrācija asins serumā ir 0,81-1,45 mmol/l. Fosfora ikdienas nepieciešamība ir aptuveni 1,2 g, grūtniecēm un sievietēm zīdīšanas periodā - līdz 1,6-1,8 g Fosfors ir intracelulārā šķidruma anjons, makroerģiski savienojumi, audu elpošanas un glikolīzes koenzīmi. Nešķīstošie kalcija fosfāti veido lielāko daļu kaulu minerālvielu, piešķirot tiem spēku un cietību. Fosforskābes sāļi un tās esteri ir bufersistēmu sastāvdaļas audu skābju-bāzes stāvokļa uzturēšanai.
Dzelzs ir nepieciešams skābekļa transportēšanai un oksidatīvām reakcijām, jo tas ir daļa no hemoglobīna un mitohondriju citohromiem. Tā koncentrācija asinīs kombinācijā ar transportproteīnu transferīnu parasti ir 1,0-1,5 mg/l. Dienas nepieciešamība pēc dzelzs vīriešiem atbilst 10 mg, sievietēm reproduktīvā vecumā menstruālā asins zuduma dēļ šī vērtība ir daudz lielāka un tuvojas 18 mg. Grūtniecēm un sievietēm, kas baro bērnu ar krūti, bērna ķermeņa vajadzību dēļ šis parametrs tuvojas attiecīgi 33 un 38 mg. Dzelzs ir atrodams gaļā, aknās, pākšaugos, griķos un prosā. Dzelzs trūkums organismā ir izplatīts. Tātad dzelzs deficīta anēmija tiek atklāta 10-30% sieviešu reproduktīvā vecumā.
Jods ir vienīgais zināmais mikroelements, kas iesaistīts hormonu molekulu veidošanā. Joda avoti ir jūras augi un jūras zivis, gaļa un piena produkti. Joda koncentrācija asins plazmā ir 10-15 mkg/l. Dienas nepieciešamība ir 100-150 mkg, grūtniecēm un sievietēm zīdīšanas periodā - 180-200 mkg. Līdz 90% no organiskā joda, kas cirkulē asinīs, veido tiroksīns un trijodtironīns. Nepietiekama joda uzņemšana organismā var izraisīt vairogdziedzera darbības traucējumus.
Fluors aizsargā zobus no kariesa. Dienas nepieciešamība pēc fluora ir 0,5-1,0 mg. Organismā tas nonāk ar dzeramo ūdeni, zivīm, riekstiem, aknām, gaļu, auzu produktiem. Tiek uzskatīts, ka tas bloķē mikroelementus, kas nepieciešami baktēriju enzīmu aktivizēšanai. Fluors stimulē hematopoēzi, imūnreakcijas, novērš senils osteoporozes attīstību.
Magnijs ir intracelulārs katjons (Mg 2+), ko organismā satur 30 mmol/kg ķermeņa svara. Magnija koncentrācija asins plazmā ir 0,65-1,10 mmol / l. Ikdienas nepieciešamība pēc tā ir aptuveni 0,4 g Magnijs ir katalizators daudziem intracelulāriem procesiem, īpaši tiem, kas saistīti ar ogļhidrātu metabolismu. Tas samazina nervu sistēmas uzbudināmību un skeleta muskuļu saraušanās aktivitāti, veicina asinsvadu paplašināšanos, sirds kontrakciju biežuma samazināšanos un asinsspiediena pazemināšanos.
Neorganiskie joni jeb minerāli organismā veic šādas funkcijas:
1. Bioelektriskā funkcija.Šī funkcija ir saistīta ar potenciālu atšķirību starp šūnu membrānām. Jonu koncentrācijas gradients abās membrānas pusēs rada potenciālu aptuveni 60-80 mV dažādās šūnās. Šūnas membrānas iekšējā puse ir negatīvi uzlādēta attiecībā pret ārējo. Jo lielāks ir membrānas elektriskais potenciāls, jo lielāks ir olbaltumvielu saturs un tā jonizācija (negatīvais lādiņš) šūnas iekšienē un katjonu koncentrācija ārpus šūnas (apgrūtināta Na + un K + jonu difūzija caur membrānu šūnā). ). Šo neorganisko jonu funkciju izmanto īpaši uzbudināmu šūnu (nervu, muskuļu) funkciju regulēšanai un nervu impulsu vadīšanai.
2. Osmotiskā funkcija izmanto osmotiskā spiediena regulēšanai. Dzīva šūna pakļaujas izoosmopolaritātes likumam: visās ķermeņa vidēs, starp kurām notiek brīva ūdens apmaiņa, tiek noteikts vienāds osmotiskais spiediens. Ja jonu skaits kādā vidē palielinās, tad ūdens plūst aiz tiem, līdz tiek izveidots jauns līdzsvars un jauns osmotiskā spiediena līmenis.
3. Strukturālā funkcija metālu komplekso īpašību dēļ. Metālu joni mijiedarbojas ar olbaltumvielu, nukleīnskābju un citu makromolekulu anjonu grupām un tādējādi kopā ar citiem faktoriem nodrošina šo molekulu noteiktu konformāciju uzturēšanu. Tā kā biopolimēru bioloģiskā aktivitāte ir atkarīga no to konformācijām, tad bez līdzdalības nav iedomājama normāla to funkciju īstenošana ar olbaltumvielām, netraucēta nukleīnskābēs esošās informācijas realizācija, supramolekulāru kompleksu veidošanās, subcelulāru struktūru veidošanās un citi procesi. katjoniem un anjoniem.
4. Regulējošā funkcija Metālu joni ir fermentu aktivatori un tādējādi regulē ķīmisko transformāciju ātrumu šūnā. Šī ir tieša katjonu regulējoša darbība. Netieši metāla joni bieži ir nepieciešami cita regulatora, piemēram, hormona, darbībai. Ņemsim dažus piemērus. Insulīna aktīvās formas veidošanās nav iespējama bez cinka joniem. RNS terciāro struktūru lielā mērā nosaka šķīduma jonu stiprums, un spirāles veidošanā ir tieši iesaistīti tādi katjoni kā Cr 2+, Ni 2+, Fe 2+, Zn 2+, Mn 2+ un citi. nukleīnskābju struktūra. Mg 2+ jonu koncentrācija ietekmē tādas supramolekulāras struktūras veidošanos kā ribosomas.
5. Transporta funkcija izpaužas atsevišķu metālu (metaloproteīnu sastāvā) līdzdalībā elektronu vai vienkāršu molekulu pārnesē. Piemēram, dzelzs un vara katjoni ir daļa no citohromiem, kas ir elektronu nesēji elpošanas ķēdē, un dzelzs hemoglobīnā saista skābekli un piedalās tā pārnesē.
6. Enerģijas funkcija saistīta ar fosfātu anjonu izmantošanu ATP un ADP veidošanā (ATP ir galvenais enerģijas nesējs dzīvos organismos).
7. Mehāniskā funkcija. Piemēram, Ca +2 katjons un fosfāta anjons ir daļa no kaulu hidroksilapatīta un kalcija fosfāta un nosaka to mehānisko izturību.
8. Sintētiskā funkcija. Sarežģītu molekulu sintēzē tiek izmantoti daudzi neorganiskie joni. Piemēram, joda joni I¯ ir iesaistīti jodtironīnu sintēzē vairogdziedzera šūnās; anjons (SO 4) 2- - ētera-sēra savienojumu sintēzē (kaitīgo organisko spirtu un skābju neitralizācijas laikā organismā). Selēnam ir svarīga loma aizsardzības mehānismā pret peroksīda toksisko iedarbību. Tas veido selenocisteīnu, cisteīna analogu, kurā sēra atomus aizstāj selēna atomi. Selenocisteīns ir glutationa peroksidāzes enzīma sastāvdaļa, kas katalizē ūdeņraža peroksīda reducēšanu ar glutationu (tripeptīds - γ-glutamil-cisteinilglicīns)
Ir svarīgi atzīmēt, ka dažu jonu savstarpēja aizvietojamība ir iespējama noteiktās robežās. Ja dažu metāla jonu trūkst, to var aizstāt ar cita metāla jonu, kam ir līdzīgas fizikāli ķīmiskās īpašības un jonu rādiuss. Piemēram, nātrija jonu aizstāj ar litija jonu; kalcija jons - stroncija jons; molibdēna jons - vanādija jonu; dzelzs jons - kobalta jons; dažreiz magnija joni - mangāna joni.
Sakarā ar to, ka minerāli aktivizē fermentu darbību, tie ietekmē visus vielmaiņas aspektus. Apskatīsim, kā izpaužas nukleīnskābju, olbaltumvielu, ogļhidrātu un lipīdu apmaiņas atkarība no noteiktu neorganisko jonu klātbūtnes.
No šīs nodarbības uzzināsiet par mikro un makro elementu minerālu savienojumu lomu dzīvo organismu dzīvē. Iepazīsies ar vides pH – pH, uzzināsi, kā šis rādītājs ir saistīts ar organisma fizioloģiju, kā organisms uztur nemainīgu vides pH. Uzziniet neorganisko anjonu un katjonu lomu vielmaiņas procesos, uzziniet vairāk par Na, K un Ca katjonu funkcijām organismā, kā arī par to, kādi citi metāli ir mūsu ķermeņa sastāvdaļa un kādas ir to funkcijas.
Ievads
Tēma: Citoloģijas pamati
Nodarbība: Minerāli un to nozīme šūnu dzīvē
1. Ievads. Minerāli šūnā
Minerālvielas veido no 1 līdz 1,5% no šūnas svaigās masas un atrodas šūnās sāļu veidā, kas izmežģīti jonos, vai cietā stāvoklī (1. att.).
Rīsi. 1. Dzīvo organismu šūnu ķīmiskais sastāvs
Jebkuras šūnas citoplazmā ir kristāliski ieslēgumi, kurus attēlo nedaudz šķīstoši kalcija un fosfora sāļi; papildus tiem var būt silīcija oksīds un citi neorganiskie savienojumi, kas ir iesaistīti šūnas - radiolāru minerālā skeleta - un ķermeņa nesošo struktūru veidošanā, tas ir, tie veido minerālvielu. no kaulu audiem.
2. Neorganiskie joni: katjoni un anjoni
Neorganiskie joni ir svarīgi šūnas dzīvībai (2. att.).
Rīsi. 2. Šūnas galveno jonu formulas
Katjoni- kālijs, nātrijs, magnijs un kalcijs.
anjoni- hlorīda anjons, ūdeņraža karbonāta anjons, hidrogēnfosfāta anjons, dihidrogēnfosfāta anjons, karbonāta anjons, fosfāta anjons un nitrāta anjons.
Apsveriet jonu nozīmi.
Joni, kas atrodas šūnu membrānu pretējās pusēs, veido tā saukto transmembrānu potenciālu. Daudzi joni ir nevienmērīgi sadalīti starp šūnu un vidi. Tādējādi kālija jonu (K+) koncentrācija šūnā ir 20-30 reizes lielāka nekā vidē; un nātrija jonu (Na+) koncentrācija šūnā ir desmit reizes mazāka nekā vidē.
Caur esamību koncentrācijas gradienti, tiek veikti daudzi dzīvībai svarīgi procesi, piemēram, muskuļu šķiedru kontrakcija, nervu šūnu ierosināšana un vielu pārnešana caur membrānu.
Katjoni ietekmē citoplazmas viskozitāti un plūstamību. Kālija joni samazina viskozitāti un palielina plūstamību, kalcija joniem (Ca2+) ir pretēja ietekme uz šūnu citoplazmu.
Vāju skābju anjoni - bikarbonāta anjons (HCO3-), hidrofosfāta anjons (HPO42-) - ir iesaistīti šūnas skābju-bāzes līdzsvara uzturēšanā, t.i. pHvides. Atbilstoši viņu reakcijai risinājumi var būt skābs, neitrāla Un galvenais.
Šķīduma skābumu jeb bāziskumu nosaka ūdeņraža jonu koncentrācija tajā (3. att.).
Rīsi. 3. Šķīduma skābuma noteikšana, izmantojot universālo indikatoru
Šo koncentrāciju izsaka, izmantojot pH vērtību, skalas garums ir no 0 līdz 14. Neitrāls pH ir aptuveni 7. Skābs ir mazāks par 7. Bāzisks ir lielāks par 7. Barotnes pH var ātri noteikt, izmantojot indikatorpapīrus. vai sloksnes (skat. video) .
Iegremdējam indikatora papīru šķīdumā, pēc tam noņemam sloksni un nekavējoties salīdzinām sloksnes indikatora zonas krāsu ar komplektā iekļautās standarta salīdzināšanas skalas krāsām, novērtējot krāsas līdzību un nosakot pH. vērtība (skat. video).
3. Barotnes pH un jonu loma tā uzturēšanā
PH vērtība šūnā ir aptuveni 7.
PH izmaiņas vienā vai otrā virzienā negatīvi ietekmē šūnu, jo nekavējoties mainās šūnā notiekošie bioķīmiskie procesi.
Šūnu pH uztur bufera īpašības tās saturu. Buferšķīdums ir šķīdums, kas uztur nemainīgu barotnes pH vērtību. Parasti bufersistēma sastāv no stipra un vāja elektrolīta: sāls un vājas bāzes vai vājas skābes, kas to veido.
Buferšķīduma iedarbība ir tāda, ka tas iztur barotnes pH izmaiņas. Barotnes pH izmaiņas var rasties šķīduma koncentrēšanas vai atšķaidīšanas ar ūdeni, skābi vai sārmu rezultātā. Palielinoties skābumam, tas ir, ūdeņraža jonu koncentrācijai, brīvie anjoni, kuru avots ir sāls, mijiedarbojas ar protoniem un izvada tos no šķīduma. Kad skābums samazinās, palielinās tendence atbrīvot protonus. Tādā veidā pH tiek uzturēts noteiktā līmenī, tas ir, protonu koncentrācija tiek uzturēta noteiktā nemainīgā līmenī.
Dažiem organiskiem savienojumiem, jo īpaši olbaltumvielām, ir arī buferizācijas īpašības.
Magnija, kalcija, dzelzs, cinka, kobalta, mangāna katjoni ir daļa no fermentiem un vitamīniem (skat. video).
Metāla katjoni ir daļa no hormoniem.
Cinks ir daļa no insulīna. Insulīns ir aizkuņģa dziedzera hormons, kas regulē glikozes līmeni asinīs.
Magnijs ir daļa no hlorofila.
Dzelzs ir daļa no hemoglobīna.
Ar šo katjonu trūkumu šūnas dzīvībai svarīgie procesi tiek traucēti.
4. Metālu joni kā kofaktori
Nātrija un kālija jonu vērtība
Nātrija un kālija joni ir izplatīti visā ķermenī, savukārt nātrija joni galvenokārt ir daļa no starpšūnu šķidruma, un kālija joni atrodas šūnās: 95% jonu kālijs ietverts šūnu iekšienē, un 95% jonu nātrijs ietverts starpšūnu šķidrumi(4. att.).
Saistīts ar nātrija joniem osmotiskais spiediensšķidrumi, ūdens aizture audos un transports, vai transports tādas vielas kā aminoskābes un cukuri caur membrānu.
Kalcija nozīme cilvēka organismā
Kalcijs ir viens no visbiežāk sastopamajiem elementiem cilvēka organismā. Lielākā daļa kalcija atrodas kaulos un zobos. Kaulu kalcija daļa ir 1% no kopējā kalcija daudzuma organismā. Ārpus kaula kalcijs ietekmē asins recēšanu, kā arī neiromuskulāro uzbudināmību un muskuļu šķiedru kontrakciju.
Fosfātu bufersistēma
Fosfātu bufersistēmai ir nozīme ķermeņa skābju-bāzes līdzsvara uzturēšanā, turklāt tā uztur līdzsvaru nieru kanāliņu lūmenā, kā arī intracelulārajā šķidrumā.
Fosfātu bufersistēma sastāv no dihidrogēnfosfāta un hidrogēnfosfāta. Hidrofosfāts saistās, tas ir, neitralizē protonu. Dihidrogēnfosfāts atbrīvo protonu un mijiedarbojas ar sārmainiem produktiem, kas nonāk asinīs.
Fosfātu bufersistēma ir daļa no asins bufersistēmas (5. att.).
Asins bufersistēma
Cilvēka organismā vienmēr pastāv zināmi apstākļi normālas audu vides, piemēram, asiņu, reakcijas pārejai uz acidozi (paskābināšanos) vai alkalozi (deoksidāciju – pH paaugstināšanu).
Asinīs nonāk dažādi produkti, piemēram, pienskābe, fosforskābe, sērskābe, kas veidojas fosfororganisko savienojumu vai sēru saturošo olbaltumvielu oksidēšanās rezultātā. Šajā gadījumā asins reakcija var pāriet uz skābiem produktiem.
Ēdot gaļas produktus, skābie savienojumi nonāk asinsritē. Ēdot augu pārtiku, bāzes nonāk asinīs.
Tomēr asiņu pH saglabājas noteiktā nemainīgā līmenī.
Asinīs ir bufersistēmas kas uztur pH noteiktā līmenī.
Asins bufersistēmas ietver:
karbonāta bufersistēma,
fosfātu bufera sistēma,
hemoglobīna bufersistēma,
Plazmas olbaltumvielu bufersistēma (6. att.).
Šo bufersistēmu mijiedarbība rada noteiktu nemainīgu asins pH.
Tādējādi šodien mēs esam apsvēruši minerālus un to lomu šūnas dzīvē.
Mājasdarbs
Kādas ķīmiskās vielas sauc par minerālvielām? Kāda ir minerālu nozīme dzīviem organismiem? No kādām vielām galvenokārt sastāv dzīvie organismi? Kādi katjoni ir atrodami dzīvos organismos? Kādas ir viņu funkcijas? Kādi anjoni ir atrodami dzīvos organismos? Kāda ir viņu loma? Kas ir bufersistēma? Kādas asins bufersistēmas jūs zināt? Kāds ir minerālvielu saturs organismā?
1. Dzīvo organismu ķīmiskais sastāvs.
2. Vikipēdija.
3. Bioloģija un medicīna.
4. Izglītības centrs.
Bibliogrāfija
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Vispārīgā bioloģija 10-11 klase Bustard, 2005. g.
2. Bioloģija. 10. klase. Vispārējā bioloģija. Pamatlīmenis / P. V. Iževskis, O. A. Korņilova, T. E. Loščiļina un citi - 2. izdevums, pārstrādāts. - Ventana-Graf, 2010. - 224 lpp.
3. Beļajevs D.K.Bioloģijas 10.-11.klase. Vispārējā bioloģija. Pamata līmenis. - 11. izd., stereotips. - M.: Izglītība, 2012. - 304 lpp.
4. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazovs V. I. Bioloģija 10.-11.kl. Vispārējā bioloģija. Pamata līmenis. - 6. izdevums, pievienot. - Bustards, 2010. - 384 lpp.
1. Kādas vielas sauc par minerālvielām?
Atbilde. Minerālvielas ķīmiskie elementi, kas nepieciešami dzīvam organismam normālas dzīves nodrošināšanai (kalcijs fosfors kālijs magnijs)
Magnijs ir vitāli svarīgs elements, muskuļi atslābina no tā līdzdalības. Magnijs kavē nervu galu ierosmi, piedalās daudzos katalītiskos procesos, spēj stimulēt zarnu kustīgumu, tādējādi veicinot toksīnu (tostarp holesterīna) izvadīšanu un palielina žults sekrēciju. Magnijam ir vazodilatējoša iedarbība, uzlabojas sirds muskuļa asins piegāde.
Kālijs ir minerālviela, kas nepieciešama perifērās un centrālās nervu sistēmas šūnu normālai darbībai, osmotiskā spiediena uzturēšanai un visu muskuļu normālai darbībai. Tos veicina ūdens izvadīšana no organisma un līdz ar to arī kaitīgie vielmaiņas produkti.
Nātrijs. Sāls ir būtiska mūsu ķermenim. Tā ir neatņemama asins un audu šķidruma sastāvdaļa. Nepieciešamais pārtikas daudzums nonāk organismā kopā ar pārtiku.
Fosfors ir vissvarīgākais elements, kas ir daļa no nukleīnskābju proteīniem, kaulu audiem; tas ietekmē augšanas un reģenerācijas procesus audos. Fosfors ir nepieciešams kauliem, un tas ir nepieciešams arī muskuļos. Cilvēka enerģijas akumulators ir adenozīntrifosforskābe (ATP). Kad cilvēks strādā, šī skābe sadalās, izdalot tai raksturīgo enerģiju.
Būtisks elements ir sērs, kura nozīmi galvenokārt nosaka fakts, ka tas ir iekļauts olbaltumvielu sastāvā sēru saturošu aminoskābju (cisteīna un metionīna) veidā, kā arī dažu citu vielu sastāvā. hormoni un vitamīni. Cilvēka vajadzību pēc sēra apmierina (apmēram 1 g dienā) ar normālu ikdienas uzturu.
Hlors ir arī vitāli svarīgs elements, kas piedalās kuņģa sulas veidošanā, veido plazmu un aktivizē vairākus enzīmus. Hlora saturs pārtikas produktos svārstās no 2-160 mg/%. Bez galda sāls pievienošanas uzturā būtu 1,6 g hlora.
Dzelzs ir nepieciešams hematopoēzei, tas nodrošina skābekļa transportēšanu no plaušām uz audiem. Dzelzs ir daļa no hemoglobīna, sarkanā pigmenta asinīs. Sarkanās asins šūnas veidojas kaulu smadzenēs; tie nonāk asinsritē un cirkulē tajā 6 nedēļas. Tad tie sadalās savās sastāvdaļās, un tajos esošā dzelzs nonāk liesā un aknās, tur nogulsnējot “pēc pieprasījuma”.
Cinks ir daļa no asins un muskuļu audiem. Šis elements ir nepieciešams, kura nozīmi nosaka tas, ka tas ir daļa no aizkuņģa dziedzera hormona insulīna, un tiek regulēts cukura līmenis asinīs. Tas ir svarīgi arī pilnīgai brūču dzīšanai, piedalās asinsspiediena regulēšanā un veicina prostaglandīnu veidošanos, kam piemīt pretiekaisuma iedarbība; palīdz izvadīt no organisma holesterīnu.
2. Kādu procesu sauc par disociāciju?
Atbilde. Elektrolītiskā disociācija - elektrolīta sadalīšanās process jonos, kad tas tiek izšķīdināts ūdenī vai izkusis.
Disociācija jonos notiek izšķīdušās vielas mijiedarbības ar šķīdinātāju dēļ; pēc spektroskopisko metožu datiem šī mijiedarbība lielākoties ir ķīmiska. Līdzās šķīdinātāja molekulu šķīdinātāja spējai elektrolītiskajā disociācijā zināmu lomu spēlē arī šķīdinātāja makroskopiskā īpašība - tā dielektriskā konstante.
3. Kas ir joni?
Atbilde. Jons ir daļiņa, kurā kopējais protonu skaits nav vienāds ar kopējo elektronu skaitu. Jonam, kurā kopējais protonu skaits ir lielāks par kopējo elektronu skaitu, ir pozitīvs lādiņš un to sauc par katjonu. Jonam, kurā kopējais protonu skaits ir mazāks par kopējo elektronu skaitu, ir negatīvs lādiņš un to sauc par anjonu.
Neatkarīgu daļiņu veidā joni ir atrodami visos vielas agregātstāvokļos: gāzēs (jo īpaši atmosfērā), šķidrumos (kausējumos un šķīdumos), kristālos un plazmā (jo īpaši starpzvaigžņu telpā) .
Jautājumi pēc §8
1. Kādā veidā minerāli atrodas dzīvajos organismos?
Atbilde. Lielākā daļa šūnas minerālvielu ir sāļu veidā, disociēti jonos vai cietā stāvoklī.
Gandrīz jebkuras šūnas citoplazmā ir kristāliski ieslēgumi, kas parasti sastāv no slikti šķīstošiem kalcija un fosfora sāļiem. Turklāt tie var saturēt silīcija dioksīdu un citas neorganiskas vielas. Tos izmanto, lai veidotu šūnas nesošās struktūras (piemēram, radiolāru minerālu skeletu) un ķermeņa - kaulaudu minerālvielu (kalcija un fosfora sāļus), gliemju čaumalas (kalcija sāļus), hitīnu (kalcija sāļus) utt.
2. Kāda ir neorganisko jonu loma šūnā?
Atbilde. Neorganiskos jonus, kuriem ir ne maza nozīme šūnu dzīvības procesu nodrošināšanā, pārstāv minerālu katjoni (K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH) un anjoni (Cl-, HPO, H2PO, HCO, NO, PO, CO). sāļi. Katjonu un anjonu koncentrācija šūnā un tās vidē ir atšķirīga. Rezultātā veidojas potenciāla atšķirība starp šūnas saturu un tās vidi, kas nodrošina tādus svarīgus procesus kā aizkaitināmība un ierosmes pārnešana pa nervu vai muskuļu.
3. Kāda ir jonu loma organisma bufersistēmās?
Atbilde. PH noturība šūnās tiek uzturēta to satura buferīpašību dēļ. Buferšķīdums ir šķīdums, kas satur vājas skābes un tās šķīstošā sāls maisījumu. Palielinoties skābumam (H+ jonu koncentrācijai), brīvie anjoni, kas nāk no sāls, viegli savienojas ar brīvajiem H+ joniem un izvada tos no šķīduma. Samazinoties skābumam, tiek atbrīvoti papildu H+ joni. Tādējādi buferšķīdumā tiek uzturēta relatīvi nemainīga H+ jonu koncentrācija. Dažiem organiskiem savienojumiem, jo īpaši olbaltumvielām, ir arī buferizācijas īpašības.
Kā organisma bufersistēmu sastāvdaļas joni nosaka to īpašības – spēju uzturēt pH nemainīgā līmenī (tuvu neitrālajam), neskatoties uz to, ka vielmaiņas procesā nepārtraukti veidojas skābi un sārmaini produkti. Tādējādi zīdītāju fosfātu bufersistēma, kas sastāv no HPO42- un H2PO4-, uztur intracelulārā šķidruma pH diapazonā no 6,9 līdz 7,4. Ekstracelulārās vides (asins plazmas) galvenā bufersistēma ir bikarbonātu sistēma, kas sastāv no H2CO3 un HCO4- un uztur pH 7,4.
4. Kāpēc noteiktu metālu jonu trūkums vai trūkums izraisa šūnu darbības traucējumus?
Atbilde. Daži metālu joni (Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Br, Co) ir daudzu enzīmu, hormonu un vitamīnu sastāvdaļas vai aktivizē tos. Piemēram, Fe jons ir daļa no asins hemoglobīna, Zn jons ir daļa no hormona insulīna. Ar to trūkumu tiek traucēti svarīgākie šūnu vitālās aktivitātes procesi.
