Биогенни s-, p-, d- елементи. Биологична роля и тяхното значение в медицината Асистент-преподавател на катедрата по фармацевтична химия Бирма Наталия Ивановна

План на лекцията План на лекцията 1. хранителни вещества. Класификация на биоелементите по Вернадски 2. Свойства и биологична роля на някои s-елементи 3. Свойства и биологична роля на някои p-елементи 4. Свойства и биологична роля на някои d-елементи 5. Биологична роля на водата в организма 1. Биогенни елементи. Класификация на биоелементите по Вернадски 2. Свойства и биологична роля на някои s-елементи 3. Свойства и биологична роля на някои p-елементи 4. Свойства и биологична роля на някои d-елементи 5. Биологична роля на водата в организма

1. Биогенни елементи. Класификация на биоелементите по Вернадски. 1. Биогенни елементи. Класификация на биоелементите по Вернадски. Л. П. Виноградов смята, че концентрацията на елементи в живата материя е пряко пропорционална на съдържанието й в местообитанието, като се вземе предвид разтворимостта на техните съединения. Според А. П. Виноградов химичният състав на тялото се определя от състава на околната среда. Биосферата съдържа 100 милиарда тона жива материя. Около 50% от масата на земната кора е кислород, повече от 25% е силиций. Осемнадесет елемента (O, Si, Al, Fe, Ca. Na, K, Mg, H, Ti, C, P, N, S, Cl, F, Mn, Ba) съставляват 99,8% от масата на земната кора .

Съдържанието на някои елементи в тялото спрямо заобикаляща средаповишена - това се нарича биологична концентрация на елемента. Например въглеродът в земната кора 0,35%, а по съдържание в живите организми се нарежда на второ място (21%). Този модел обаче не винаги се наблюдава. Така силицият в земната кора е 27,6%, но в живите организми има малко от него, алуминият - 7,45%, а в живите организми -1·10 -5%. В живата материя са открити повече от 70 елемента. Елементите, необходими на тялото за изграждане и функциониране на клетки и органи, се наричат ​​биогенни елементи. Съдържанието на някои елементи в организма е повишено в сравнение с околната среда - това се нарича биологична концентрация на елемента. Например въглеродът в земната кора е 0,35%, а по съдържание в живите организми той е на второ място (21%). Този модел обаче не винаги се наблюдава. Така силицият в земната кора е 27,6%, но в живите организми има малко от него, алуминият - 7,45%, а в живите организми -1·10 -5%. В живата материя са открити повече от 70 елемента. Елементите, необходими на тялото за изграждане и функциониране на клетки и органи, се наричат ​​биогенни елементи.

Класификация на биоелементите по Вернадски. Има няколко класификации на биогенните елементи: А) Според тяхната функционална роля: 1) органогени, 97,4% от които в тялото (C, H, O, N, P, S), 2) елементи на електролитния фон (Na , K, Ca, Mg, Cl). Тези метални йони представляват 99% от общото съдържание на метали в тялото; 3) Микроелементите са биологично активни атоми на центровете на ензими, хормони ( преходни метали). Б) Въз основа на концентрацията на елементи в тялото биогенните елементи се разделят: Б) Въз основа на концентрацията на елементи в тялото биогенните елементи се разделят на: 1) макроелементи; 2) микроелементи; 3) ултрамикроелементи.

Биогенните елементи, чието съдържание надвишава 0,01% от телесното тегло, се класифицират като макроелементи. Те включват 12 елемента: органогени, електролитни фонови йони и желязо. Още по-невероятно е, че 99% от живите тъкани съдържат само шест елемента: C, H, O, N, P, Ca. Биогенните елементи, чието съдържание надвишава 0,01% от телесното тегло, се класифицират като макроелементи. Те включват 12 елемента: органогени, електролитни фонови йони и желязо. Още по-невероятно е, че 99% от живите тъкани съдържат само шест елемента: C, H, O, N, P, Ca. Елементите K, Na, Mg, Fe, Cl, S се класифицират като олигобиогенни елементи. Съдържанието им варира от 0,1 до 1%. Елементите K, Na, Mg, Fe, Cl, S се класифицират като олигобиогенни елементи. Съдържанието им варира от 0,1 до 1%. Биогенните елементи, чието общо съдържание е около 0,01%, се класифицират като микроелементи. Съдържанието на всеки от тях е 0,001% (10-3 – 10-5%). Повечето микроелементи се намират главно в чернодробната тъкан. Това е депо от микроелементи. Биогенните елементи, чието общо съдържание е около 0,01%, се класифицират като микроелементи. Съдържанието на всеки от тях е 0,001% (10-3 – 10-5%). Повечето микроелементи се намират главно в чернодробната тъкан. Това е депо от микроелементи. Елементите, чието съдържание е по-малко от %, се класифицират като ултрамикроелементи. Данните за количеството и биологичната роля на много елементи не са напълно разбрани.

Таблица 1. Дневен прием на химични елементи в човешкото тяло Химичен елементДневен прием, mg ВъзрастниДеца Калий Натрий Калций Магнезий Цинк155 Желязо Манган2-51.3 Мед1.5-3.01.0 Титан0.850.06 Молибден0.075-0.250-Хром0.05-0.200.04 Кобалт Около 0.2 Витамин B 12 0.001 Хлор PO SO – Йод 0.150.07 Селен 0.05-0.07 – Флуор 1.5-4.00.6

2. Свойства и биологична роля на някои s-елементи. Биогенните елементи са разделени на три блока: s-, p-, d- блокове. Химическите елементи, чиито атоми са изпълнени с електрони, s-поднивото на външното ниво, се наричат ​​s-елементи. Структурата на валентното им ниво е ns¹-². Малък ядрен заряд голям размератомите допринасят за това, че атомите на s-елементите са типични активни метали; показател за това е ниският им йонизационен потенциал. Биогенните елементи са разделени на три блока: s-, p-, d- блокове. Химическите елементи, чиито атоми са изпълнени с електрони, s-поднивото на външното ниво, се наричат ​​s-елементи. Структурата на валентното им ниво е ns¹-². Малкият ядрен заряд и големият атомен размер допринасят за това, че атомите на s-елементите са типични активни метали; показател за това е ниският им йонизационен потенциал.

Натрият (Na) е един от основните елементи, участващи в минералния метаболизъм на животните и хората. Съдържа се главно в извънклетъчните течности (около 10 mmol/kg в човешките еритроцити, 143 mmol/kg в кръвния серум); участва в поддържането на осмотичното налягане и киселинно-алкалния баланс, в провеждането на нервните импулси. Дневната нужда на човек от натриев хлорид варира от 2 до 10 g и зависи от количеството на тази сол, загубено с потта. Концентрацията на натриеви йони в организма се регулира главно от хормона на надбъбречната кора - алдостерон.

Използване на натриеви съединения в медицината. 1) Хипертоничен разтвор на натриев хлор. Поради високото астматично налягане дехидратира клетките и насърчава плазмолизата на бактериите. Поради високото астматично налягане дехидратира клетките и насърчава плазмолизата на бактериите. Този разтвор се използва външно при лечение на гнойни рани Този разтвор се използва външно при лечение на гнойни рани, възпалителни процеси в устната кухина и обширни изгаряния. възпалителни процеси в устната кухина и обширни изгаряния. 2) Натриев пероксид. Използва се в затворени обекти. Използва се в затворени обекти. 3) Натриев бикарбонат Във воден разтвор в резултат на хидролиза при аниона се появява слабо алкална среда.Във воден разтвор в резултат на хидролиза при аниона се появява слабо алкална среда, която има антимикробен ефект. среда, която има антимикробен ефект. Използва се за намаляване на киселинността и неутрализиране на киселините Използва се за намаляване на киселинността и неутрализиране на киселините върху кожата. Използва се и като отхрачващо средство в лекарствата. попадна на кожата. Използва се и като отхрачващо средство в лекарствата.

Калият (К) е един от биогенните елементи, постоянен компонент на растенията и животните. Дневната нужда от калий при възрастен (2-3 g) се покрива от месо и растителни продукти; при кърмачета нуждата от калий (30 mg/kg) се покрива напълно от кърмата, която съдържа mg% K. Много морски организми извличат калий от водата. Растенията получават калий от почвата. При животните съдържанието на калий е средно 2,4 g/kg. За разлика от натрия, калият е концентриран главно в клетките, много по-малко от него в извънклетъчната среда.

Натрий и калий Натрият и калият функционират по двойки. Скоростта на дифузия на Na + и K + йони през мембраната в покой е малка, разликата в техните концентрации извън клетката и вътре би трябвало да се изравни, ако в клетката няма натриево-калиева помпа, която осигурява отстраняването на натриеви йони, проникващи в него от протоплазмата и въвеждането на калиеви йони Източникът на енергия за помпата е разграждането на фосфорните съединения - АТФ, което се случва под въздействието на ензима - аденозин трифосфатаза. Инхибирането на активността на този ензим води до нарушаване на помпата. С напредване на възрастта на тялото градиентът на концентрацията на калиеви и натриеви йони по границите на клетките намалява и когато настъпи смърт, той се изравнява. Сол - NaCl

Калцият (Ca) е преобладаващ катион в тялото, минерален компонент на скелета и макроелемент с много физиологични функции. 99% от калция в организма се съдържа в костите на скелета и зъбите под формата на хидроксиапатити - калциеви съединения с фосфати. Само около 1% от калция се намира в кръвта и другите биологични течности на тялото. Концентрацията на цитоплазмения калций е по-малка от 1/1000 от съдържанието му в извънклетъчната течност. 99% от калция в организма се съдържа в костите на скелета и зъбите под формата на хидроксиапатити - калциеви съединения с фосфати. Само около 1% от калция се намира в кръвта и другите биологични течности на тялото. Концентрацията на цитоплазмения калций е по-малка от 1/1000 от съдържанието му в извънклетъчната течност.

Магнезий (Mg) Магнезий (Mg) Дневната нужда на човека от магнезий е 0,3-0,5 g; в детска възраст, както и по време на бременност и кърмене, тази нужда е по-висока. Нормалното ниво на магнезий в кръвта е приблизително 4,3 mg%; при повишени нива се наблюдават сънливост, загуба на чувствителност и понякога парализа на скелетната мускулатура. В тялото магнезият се натрупва в черния дроб, след което значителна част от него преминава в костите и мускулите. В мускулите магнезият участва в активирането на процесите на анаеробния въглехидратен метаболизъм.

3. Свойства и биологична роля на някои р-елементи Фосфорът (Р) е един от най-важните биогенни елементи, необходими за живота на всички организми. Той присъства в живите клетки под формата на орто- и пирофосфорни киселини и техните производни, а също така е част от нуклеотиди, нуклеинови киселини, фосфопротеини, фосфолипиди, фосфорни естери на въглехидрати, много коензими и други органични съединения. Биологичната роля на фосфора: необходим за нормалното функциониране на бъбреците, подпомага растежа и възстановяването на организма, нормализира обмяната на веществата, важен е за добрата сърдечна дейност, е източник на енергия, насърчава деленето на клетките, регулира киселинно-алкалния баланс, активира действието на витамините, намалява болката при артрит, укрепва зъбите, венците и костната тъкан участва в регулирането на нервната система

Сяра (S) Сяра (S) Под формата на органични и неорганични съединениясярата постоянно присъства във всички живи организми и е важен биогенен елемент. Биологичната роля на сярата се определя от факта, че тя е част от съединения, широко разпространени в живата природа: аминокиселини (метионин, цистеин), а следователно и протеини и пептиди; коензими (коензим А, липоева киселина), витамини (биотин, тиамин), глутатион и други сулфхидрилни групи (-SH) на цистеинови остатъци играят важна роля в структурата и каталитичната активност на много ензими. Чрез образуване на дисулфидни връзки (- S - S -) вътре и между отделните полипептидни вериги, тези групи участват в поддържането на пространствената структура на протеиновите молекули. Тялото на средностатистически човек (телесно тегло 70 kg) съдържа около 1402 g сяра. Дневната нужда на възрастен от сяра е около 4. Под формата на органични и неорганични съединения сярата постоянно присъства във всички живи организми и е важен биогенен елемент. Биологичната роля на сярата се определя от факта, че тя е част от съединения, широко разпространени в живата природа: аминокиселини (метионин, цистеин), а следователно и протеини и пептиди; коензими (коензим А, липоева киселина), витамини (биотин, тиамин), глутатион и други сулфхидрилни групи (-SH) на цистеинови остатъци играят важна роля в структурата и каталитичната активност на много ензими. Чрез образуване на дисулфидни връзки (- S - S -) вътре и между отделните полипептидни вериги, тези групи участват в поддържането на пространствената структура на протеиновите молекули. Тялото на средностатистически човек (телесно тегло 70 kg) съдържа около 1402 g сяра. Дневната нужда на възрастен от сяра е около 4.

Дефицит на сяра При липса на сяра се наблюдават: тахикардия, кожна дисфункция, косопад, запек, в тежки случаи - омазняване на черния дроб, кръвоизлив в бъбреците, нарушения на въглехидратния метаболизъм и протеиновия метаболизъм, превъзбуждане на нервната система, раздразнителност и други невротични реакции. Освен това дефицитът на сяра може да причини болки в ставите, висока кръвна захар и високи нива на триглицериди в кръвта. При липса на сяра се наблюдават: тахикардия, нарушена функция на кожата, косопад, запек, в тежки случаи - омазняване на черния дроб, кръвоизлив в бъбреците, нарушения на въглехидратната обмяна и белтъчната обмяна, превъзбуждане на нервната система, раздразнителност и др. невротични реакции. Освен това дефицитът на сяра може да причини болки в ставите, висока кръвна захар и високи нива на триглицериди в кръвта.

Препаратите, съдържащи йод, имат антибактериални и противогъбични свойства, има противовъзпалителен и разсейващ ефект; Използват се външно за дезинфекция на рани и подготовка на хирургичното поле. Когато се приемат през устата, йодните препарати влияят на метаболизма и подобряват функцията на щитовидната жлеза. Малки дози йод (микройод) инхибират функцията на щитовидната жлеза, засягайки образуването на тироид-стимулиращ хормон в предния дял на хипофизата. Тъй като йодът влияе върху метаболизма на протеините и мазнините (липидите), той намира приложение при лечението на атеросклероза, тъй като намалява холестерола в кръвта; също повишава фибринолитичната активност на кръвта. За диагностични цели се използват рентгеноконтрастни средства, съдържащи йод.

Хлорът е един от биогенните елементи, постоянен компонент на растителните и животинските тъкани. Съдържание на хлор. в растенията (много хлор в халофитите) - от хилядни от процента до цели проценти, при животните - десети и стотни от процента. Дневната нужда на възрастен от хлор. (2-4 g) се покрива от храната. Хлорът обикновено идва в излишък от храната под формата на натриев хлорид и калиев хлорид. Хлябът, месото и млечните продукти са особено богати на хлор. В животинския организъм хлорът е основното осмотично активно вещество в кръвната плазма, лимфата, цереброспиналната течност и някои тъкани. Играе роля във водно-солевия метаболизъм, насърчавайки задържането на вода в тъканите. Хлорът е един от биогенните елементи, постоянен компонент на растителните и животинските тъкани. Съдържание на хлор. в растенията (много хлор в халофитите) - от хилядни от процента до цели проценти, при животните - десети и стотни от процента. Дневната нужда на възрастен от хлор. (2-4 g) се покрива от храната. Хлорът обикновено идва в излишък от храната под формата на натриев хлорид и калиев хлорид. Хлябът, месото и млечните продукти са особено богати на хлор. В животинския организъм хлорът е основното осмотично активно вещество в кръвната плазма, лимфата, цереброспиналната течност и някои тъкани. Играе роля във водно-солевия метаболизъм, насърчавайки задържането на вода в тъканите.

Най-високото съдържание на бром се открива в бъбречната медула, щитовидната жлеза, мозъчната тъкан и хипофизната жлеза. Бромът е част от стомашния сок, засягайки (заедно с хлора) неговата киселинност. Дневната нужда от бром е 0,5-2 mg. Бромидите, въведени в тялото на животни и хора, повишават концентрацията на инхибиторните процеси в мозъчната кора и спомагат за нормализиране на състоянието на нервната система, която е претърпяла пренапрежение на инхибиторния процес. В същото време, оставайки в щитовидната жлеза, бромът влиза в конкурентна връзка с йода, което засяга дейността на жлезата и във връзка с това състоянието на метаболизма.

Флуорът (F) е постоянно включен в животинските и растителните тъкани; микроелемент Под формата на неорганични съединения се намира главно в костите на животни и хора, mg/kg; особено с високо съдържание на флуорид. в зъбите. В организма на животните и човека постъпва предимно с питейната вода, чието оптимално съдържание на флуор е 1-1,5 mg/l. При недостиг на флуор човек развива зъбен кариес, а при повишен прием – флуороза. Флуорът (F) е постоянно включен в животинските и растителните тъкани; микроелемент Под формата на неорганични съединения се намира главно в костите на животни и хора, mg/kg; особено с високо съдържание на флуорид. в зъбите. В организма на животните и човека постъпва предимно с питейната вода, чието оптимално съдържание на флуор е 1-1,5 mg/l. При недостиг на флуор човек развива зъбен кариес, а при повишен прием – флуороза. Високите концентрации на флуорни йони са опасни поради способността им да инхибират редица ензимни реакции, както и да свързват биологично важни елементи (P, Ca, Mg и др.), нарушавайки техния баланс в организма.

Най-високите концентрации на селен се регистрират в миокарда, черния дроб, бъбреците, хипофизната жлеза и скелетните мускули. Съдържанието на селен в кръвта отразява нивото му в организма и варира средно от 100 до 130 mcg/l. Най-високите концентрации на селен се регистрират в миокарда, черния дроб, бъбреците, хипофизната жлеза и скелетните мускули. Съдържанието на селен в кръвта отразява нивото му в организма и варира средно от 100 до 130 mcg/l. Селенът има антихистаминово, антиалергично, антитератогенно, антиканцерогенно, радиопротективно, детоксикиращо и други ефекти върху организма. Микроелементът инхибира стареенето на организма, поддържа еластичността на тъканите, участва в детоксикацията на соли на тежки метали (кадмий, живак, арсен, олово, никел), хлорорганични съединения, елементарен фосфор и инсулин. Микроелементните съединения повишават фоточувствителността на ретината и стимулират активността на неспецифичните имунни фактори. Патогенезата на атеросклероза, панкреатит, артрит, хематоза и други заболявания е свързана с дефицит на селен в организма.

4. Свойства и биологична роля на някои d-елементи Организмът на здрав човек съдържа приблизително 4-5 грама желязо. Желязото (Fe) изпълнява следните функции в организма: участва в процесите на хематопоезата и вътреклетъчния метаболизъм участва в процесите на хематопоезата и вътреклетъчния метаболизъм, необходими за образуването на хемоглобин и миоглобин, необходими за образуването на хемоглобин и миоглобин, осигурява транспорта на кислород в тялото осигурява транспортирането на кислород в тялото нормализира функционирането на щитовидната жлеза нормализира функционирането на щитовидната жлеза повлиява метаболизма на витамини от група В влияе върху метаболизма на витамини от група В е част от някои ензими (включително рибонуклеотид редуктази, който е участва в синтеза на ДНК) е част от някои ензими (включително рибонуклеотид редуктази, които участват в синтеза на ДНК), необходими за процесите на растеж на тялото, необходими за процесите на растеж на тялото регулира имунитета (осигурява активността на интерферона и клетките убийци) регулира имунитета (осигурява активността на интерферона и клетките убийци) има детоксикиращ ефект (част от черния дроб и участва в неутрализирането на токсините) има детоксикиращ ефект (част от черния дроб и участва в неутрализирането на токсините) е компонент на много оксидативни ензими е компонент на много окислителни ензими предотвратява развитието на анемия предотвратява развитието на анемия подобрява състоянието на кожата, ноктите, косата подобрява състоянието на кожата, ноктите, косата

Хемоглобинът е сложен протеин, който също съдържа непротеинова хем група (около 4% от масата на хемоглобина). Хемът е комплекс от желязо (II) с макроцикличен лиганд - порфирин и има плоска структура. В този комплекс железният атом е свързан с четири азотни атома, донорите на макропръстена, така че железният атом е разположен в центъра на този порфиринов пръстен. Петата връзка на железния атом се образува с азотния атом на имидазоловата група на хистидина - аминокиселинния остатък на глобина

Мед (Cu) За възрастен човек са достатъчни 2 mg мед на ден. В тялото медта е концентрирана в костите и мускулите, мозъка, кръвта, бъбреците и черния дроб. Биологичната роля на медта: - участва активно в изграждането на много от необходимите ни протеини и ензими, както и в процесите на растеж и развитие на клетките и тъканите; - снабдяване на клетките с всички вещества, необходими за нормалния метаболизъм; - заедно с аскорбинова киселинамедта поддържа имунната система активна; - способността на медта да унищожава патогените.

Цинк (Zn) Биологична роля на цинка: * имуностимулираща * Регулиране на нивото на мъжките полови хормони * Добра бременност * Подобряване качеството на зрението * Регулиране функциите на нервната система. * Нормализиране на храносмилателните процеси * Антиоксидант * Нормализиране на нивата на кръвната захар Съдържа се в: * Стриди, скариди, херинга, скумрия, * Месо, говежди черен дроб, птици, мляко, сирене, яйца * Тиквени семки, слънчоглед, бобови растения, гъби, овесени ядки и елда, орехи, чесън, карфиол и зеле, аспержи, чесън, картофи, цвекло, моркови, * Ябълки, круши, сливи, череши Дневна нужда: mg

* участва в процеса на хематопоеза, образуването на червени кръвни клетки, участва в усвояването на желязото; * нормализира метаболизма, насърчава възстановяването на клетките; * стимулира растежа на костната тъкан; * има антиатеросклеротичен и имуностимулиращ ефект; * предотвратява обостряне на нервни заболявания.

Витамин В12 (цианокобаламин) Витамин В12 предотвратява анемията, важен е за нормалния растеж и подобряването на апетита, укрепва имунната система, играе важна роля в регулирането на функцията на кръвотворните органи, повишава енергията, поддържа здрава нервна система, подобрява концентрация, памет и баланс, намалява раздразнителността. Цианокобаламинът е едно от веществата, необходими за здравето на репродуктивните органи на мъжете и жените, така че е в състояние да коригира намаляването на съдържанието на сперма в семенната течност.

Манган (Mn) Дневната нужда на възрастен организъм е 3–5 mg Mn. Биологична роля на мангана: - участва в основните неврохимични процеси в центр нервна система; - участва в образуването на костната и съединителната тъкан; - участва в регулирането на метаболизма на мазнините и въглехидратите, обмяната на витамини С, Е, холин и витамини от група В; - повлиява процесите на хематопоезата и имунна защитахематопоезата и имунната защита на организма. тяло.

5. Биологичната роля на водата в организма Като цяло човешкото тяло се състои от 86-50% вода (86% при новороденото и 50% при сенилното тяло). * Като пълнител - водата поддържа не само външната форма на отделните органи, но и външен видна човека като цяло, но и осигурява нормалното им функциониране. * Като универсален разтворител, водата разтваря хранителните вещества за проникването им в клетката, участва в химичните процеси по време на храносмилането, а също така изхвърля отпадъчните продукти и напуска тялото през бъбреците и кожата, отнасяйки със себе си вредни вещества. * Водата проявява и терморегулаторни свойства – поддържа необходимата телесна температура. * Транспортната функция на водата се осъществява благодарение на високото й повърхностно напрежение. напрежение.

Твърдост на водата Твърдостта на водата се определя от наличието на разтворими соли, главно сулфати и бикарбонати на калций, магнезий, желязо. Твърдостта на водата се изразява в градуси. Една степен на твърдост отговаря на mg-eq/l, което по отношение на CaO и MgO е съответно 10 и 7,2 mg/l. Твърдостта на водата, причинена от хидрокарбонатите Ca(II), Mg(II), Fe(II), се нарича временна твърдост. Временната твърдост се елиминира чрез кипене: бикарбонатите се превръщат в средни карбонати: M(HCO 3) 2 MCO 3 + CO 2 + H 2 O и се утаяват. В резултат на това съдържанието на сол във водата намалява. Ако повишите pH на водата чрез добавяне на алкален реагент (Na 2 CO 3 или Ca (OH) 2), се наблюдава същия ефект.

Постоянната твърдост на водата не може да се елиминира просто с преваряване на водата; това се дължи на наличието на относително добре разтворими сулфати, силикати и хлориди, които не се разрушават при кипене. За премахване на постоянната твърдост на водата са разработени различни методи, например: CaSO 4 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na 2 SO 4.

Моля, отговорете на следните въпроси: 1. Кои елементи се наричат ​​биогенни? 2. Кои химични елементи принадлежат към s-, p-, d-елементите? 3. Каква е биологичната роля на желязото в организма? 4. Каква е биологичната роля на водата в организма? Изпратете вашите отговори на това Вашите отговори изпратете на това

БИОХИМИЯ НА ХРАНЕНЕТО

Пептиди

Те съдържат от три до няколко десетки аминокиселинни остатъци. Те функционират само във висшите части на нервната система.

Тези пептиди, подобно на катехоламините, функционират не само като невротрансмитери, но и като хормони. Те предават информация от клетка на клетка чрез кръвоносната система. Те включват:

а) Неврохипофизарни хормони (вазопресин, либерини, статини). Тези вещества са едновременно хормони и медиатори.

б) Стомашно-чревни пептиди (гастрин, холецистокинин). Гастринът предизвиква чувство на глад, холецистокининът предизвиква усещане за ситост, а също така стимулира свиването на жлъчния мехур и функцията на панкреаса.

в) Опиатоподобни пептиди (или аналгетични пептиди). Те се образуват чрез реакции на ограничена протеолиза на прекурсорния протеин на проопиокортин. Те взаимодействат със същите рецептори като опиатите (например морфин), като по този начин имитират тяхното действие. Общо наименование - ендорфини - причиняват облекчаване на болката. Те лесно се разрушават от протеиназите, така че фармакологичният им ефект е незначителен.

г) Пептиди за сън. Тяхната молекулярна природа не е установена. Известно е само, че прилагането им на животни предизвиква сън.

д) Пептиди на паметта (скотофобин). Натрупва се в мозъка на плъхове по време на обучение за избягване на тъмнината.

е) Пептидите са компоненти на системата RAAS. Доказано е, че въвеждането на ангиотензин II в центъра на жаждата на мозъка предизвиква това усещане и стимулира секрецията на антидиуретичен хормон.

Образуването на пептиди възниква в резултат на ограничени реакции на протеолиза, те също се разрушават под действието на протеинази.

Пълната диета трябва да включва:

1. ЕНЕРГИЙНИ ИЗТОЧНИЦИ (ВЪГЛЕХИДРАТИ, МАЗНИНИ, ПРОТЕИНИ).

2. НЕСЕНЦИАЛНИ АМИНОКИСЕЛИНИ.

3. ОСНОВНИ МАСТНИ КИСЕЛИНИ.

4. ВИТАМИНИ.

5. НЕОРГАНИЧНИ (МИНЕРАЛНИ) КИСЕЛИНИ.

6. ВЛАКНА

ЕНЕРГИЕН ИЗТОЧНИК.

Въглехидратите, мазнините и протеините са макронутриенти. Консумацията им зависи от ръста, възрастта и пола на човека и се определя в грамове.

Въглехидратисъставляват основния източник на енергия в човешкото хранене - най-евтината храна. В развитите страни около 40% от приема на въглехидрати идва от рафинирани захари, а 60% е нишесте. В по-слабо развитите страни делът на нишестето се увеличава. Въглехидратите осигуряват по-голямата част от енергията в човешкото тяло.

мазнини- Това е един от основните източници на енергия. Те се усвояват в стомашно-чревния тракт (GIT) много по-бавно от въглехидратите, поради което допринасят по-добре за усещане за ситост. Триглицеридите от растителен произход са не само източник на енергия, но и незаменими мастни киселини: линолова и линоленова.

катерици- енергийната функция не е основна за тях. Протеините са източници на есенциални и неесенциални аминокиселини, както и прекурсори на биологично активни вещества в организма. Окислението на аминокиселините обаче произвежда енергия. Въпреки че е малък, той съставлява част от енергийната диета.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru

Резюме по темата:

"Биохимични компоненти на живота"

Въведение

Съвременната химия е широк комплекс от науки, възникнали постепенно през дългата си история. историческо развитие. Практическото запознаване на човека с химичните процеси датира от дълбока древност. В продължение на много векове теоретичното обяснение на химичните процеси се основаваше на натурфилософската доктрина за качествата на елементите. В модифициран вид той служи като основа за алхимията, възникнала около 3-4 век. AD и се стремеше да реши проблема с превръщането на неблагородни метали в благородни. След като не успяха да постигнат успех в решаването на този проблем, алхимиците обаче разработиха редица техники за изследване на веществата, откриха някои химични съединения, които до известна степен допринесоха за появата на научната химия.

Химически поглед към природата, произход и сегашно състояние

Химията е активно интегрирана с други науки, което води до появата на биохимията, молекулярна биология, космохимия, геохимия, биогеохимия. Първите изучават химичните процеси в живите организми, геохимията - моделите на поведение на химичните елементи в земната кора. Биогеохимията е наука за процесите на движение, разпределение, дисперсия и концентрация на химични елементи в биосферата с участието на организми. Основателят на биогеохимията е V.I. Вернадски. Космохимията изучава химичния състав на материята във Вселената, нейното изобилие и разпределение между отделните космически тела.

Рязко укрепване на връзката между химията и биологията настъпи в резултат на създаването на A.M.

Теория на Бутлеров химическа структураорганични съединения. Водени от тази теория органичните химици влязоха в състезание с природата. Следващите поколения химици показаха голяма изобретателност, труд, въображение и творческо търсене за насочен синтез на вещества.

Прогресивното развитие на науката през 19-ти век, което доведе до откриването на структурата на атома и подробно познаване на структурата и състава на клетката, разкри практически възможности за химици и биолози да работят заедно по химичните проблеми на изследването на клетката, по въпросите за природата на химичните процеси в живите тъкани и обусловеността на биологичните функции от химичните реакции.

Ако погледнете метаболизма в тялото от чисто химическа гледна точка, както направи И.И. Опарин, ще видим набор от голям брой относително прости и еднакви химични реакции, които се комбинират между тях с течение на времето, не се случват произволно, а в строга последователност, което води до образуването на дълги вериги от реакции. И този ред естествено е насочен към постоянно самосъхранение и самовъзпроизвеждане на цялата жива система като цяло при дадени условия на околната среда.

С една дума, такива специфични свойства на живите същества като растеж, размножаване, подвижност, възбудимост, способност да реагират на промени външна среда, са свързани с определени комплекси от химични трансформации.

Значението на химията сред науките, изучаващи живота, е изключително голямо. Химията разкри най-важната роля на хлорофила като химическа основа на фотосинтезата, хемоглобина като основа на дихателния процес, установи химическата природа на предаването на нервната възбуда, определи структурата на нуклеиновите киселини и др. Но най-важното е, че обективно в самата същност биологични процеси, функциите на живите същества се крият в химическите механизми. Всички функции и процеси, протичащи в живия организъм, могат да бъдат изразени на езика на химията, под формата на специфични химични процеси.

Разбира се, би било погрешно да се свеждат явленията на живота до химически процеси. Това би било грубо механично опростяване. И ясна индикация за това е спецификата на химичните процеси в живите системи в сравнение с неживите. Изследването на тази специфика разкрива единството и взаимосвързаността на химичните и биологичните форми на движение на материята. Това се доказва и от други науки, възникнали в пресечната точка на биологията, химията и физиката: биохимията - науката за метаболизма и химичните процеси в живите организми; биоорганична химия - наука за структурата, функциите и пътищата на синтез на съединенията, които изграждат живите организми; физико-химичната биология като наука за функционирането сложни системипредаване на информация и регулиране на биологични процеси на молекулярно ниво, както и биофизика, биофизична химия и радиационна биология.

Най-големите постижения на този процес са идентифицирането на химически продукти на клетъчния метаболизъм (метаболизъм в растения, животни, микроорганизми), установяването на биологични пътища и цикли на биосинтеза на тези продукти; осъществен е техният изкуствен синтез, разкрита е материалната основа на регулаторния и наследствен молекулярен механизъм и до голяма степен е изяснено значението на химичните процеси и енергетиката на процесите в клетките и живите организми като цяло.

Днес особено важно за химията става прилагането на биологични принципи, които концентрират опита за адаптиране на живите организми към условията на Земята в продължение на много милиони години и опита за създаване на най-напредналите механизми и процеси. По този път вече има определени постижения.

Преди повече от век учените осъзнаха, че в основата на изключителната ефективност на биологичните процеси стои биокатализата. Затова химиците си поставят за цел да създадат нова химия, базирана на каталитичния опит на живата природа. Ще се въведе нов контрол на химичните процеси, където ще започнат да се прилагат принципите за синтезиране на подобни молекули, на базата на принципа на ензимите ще бъдат създадени катализатори с такова разнообразие от качества, които далеч ще надминат съществуващите в нашата индустрия.

Въпреки че ензимите имат общи свойства, присъщи на всички катализатори, те обаче не са идентични с последните, тъй като функционират в рамките на живите системи. Следователно всички опити да се използва опитът на живата природа за ускоряване на химичните процеси в неорганичния свят са изправени пред сериозни ограничения. Засега можем да говорим само за моделиране на някои от функциите на ензимите и използването на тези модели за теоретичен анализ на дейността на живите системи, както и за частично практическо използване на изолирани ензими за ускоряване на определени химични реакции.

Тук е най обещаваща посока, очевидно, са изследвания, фокусирани върху приложението на принципите на биокатализата в химията и химичните технологии, за които е необходимо да се изследва целият каталитичен опит на живата природа, включително опитът от образуването на самия ензим, клетка и дори организъм.

Всъщност теорията за саморазвитието на елементарни отворени каталитични системи общ изгледноминиран от професора на MSU A.P. Руденко през 1964 г. е обща теория за химическата еволюция и биогенезата. Той решава въпроси за движещите сили и механизми на еволюционния процес, тоест за законите на химическата еволюция, за подбора на елементи и структури и тяхната причинно-следствена връзка, за височината на химическата организация и йерархията на химическите системи като следствие. на еволюцията.

Теоретичната основа на тази теория е позицията, че химическата еволюция представлява саморазвитието на каталитичните системи и следователно катализаторите са еволюиращата субстанция. По време на реакцията има естествен подбор на онези каталитични центрове, които имат най-голяма активност. Саморазвитието, самоорганизацията и самоусложняването на каталитичните системи възникват поради постоянния приток на трансформирана енергия. И тъй като основният източник на енергия е основната реакция, максималните еволюционни предимства се получават от каталитични системи, които се развиват на базата на екзотермични реакции. Следователно основната реакция е не само източник на енергия, но и инструмент за избор на най-прогресивните еволюционни промени в катализаторите.

Развивайки тези възгледи, A.P. Руденко формулира основния закон на химическата еволюция, според който тези пътища на еволюционни промени в катализатора се формират с най-голяма скорост и вероятност, по които има максимално увеличение на неговата абсолютна активност.

Практическа последица от теорията за саморазвитие на отворени каталитични системи е така наречената „нестационарна технология“, тоест технология с променящи се условия на реакция. Днес изследователите стигат до извода, че стационарният режим, надеждната стабилизация на който изглежда е ключът към високата ефективност на промишления процес, е само частен случай на нестационарния режим. В същото време бяха открити много нестационарни режими, които допринасят за засилване на реакцията.

Понастоящем вече се виждат перспективи за появата и развитието на нова химия, на базата на които ще бъдат създадени нискоотпадъчни, безотпадни и енергоспестяващи индустриални технологии.

Днес химиците са стигнали до извода, че използвайки същите принципи, на които е изградена химията на организмите, в бъдеще (без да се повтаря точно природата) ще бъде възможно да се изгради фундаментално нова химия, нов контрол на химичните процеси, където ще започнат да се прилагат принципите на синтеза на подобни молекули. Очаква се да бъдат създадени преобразуватели, които използват висока ефективност слънчева светлина, превръщайки я в химическа и електрическа енергия, както и химическата енергия в светлина с висок интензитет.

Да овладеят катализиращия опит на живата природа и да внедрят придобитите знания в промишлено производствохимиците са очертали редица обещаващи пътища.

Първо - развитие на изследванията в областта на металокомплексната катализа с фокус върху съответни обекти от живата природа. Тази катализа е обогатена с техники, използвани от живи организми в ензимни реакции, както и с методи на класическа хетерогенна катализа.

Втори начин се състои от моделиране на биокатализатори. Понастоящем, чрез изкуствен подбор на структури, е възможно да се конструират модели на много ензими, характеризиращи се с висока активност и селективност, понякога почти същите като оригиналите, или с по-голяма структурна простота.

Въпреки това, получените модели все още не са в състояние да заменят естествените биокатализатори на живите системи. На този етап от развитието на химическите познания този проблем е изключително труден за решаване. Ензимът се изолира от жива система, определя се структурата му и се въвежда в реакцията, за да изпълнява каталитични функции. Но той действа за кратко и бързо се разрушава, тъй като е изолиран от цялото, от клетката. Цялата клетка с целия си ензимен апарат е по-важен обект от една изолирана от нея част.

Трети начин овладяването на механизмите на лабораторията на живата природа е свързано с постиженията на химията на неподвижните системи. Същността на имобилизацията е да фиксира ензими, изолирани от жив организъм, върху твърда повърхност чрез адсорбция, което ги превръща в хетерогенен катализатор и осигурява неговата стабилност и непрекъснато действие.

Четвърти начин в развитието на изследванията, фокусирани върху прилагането на принципите на биокатализата в химията и химичните технологии, се характеризира с формулирането на най-широката задача - изучаването и овладяването на целия каталитичен опит на живата природа, включително образуването на ензим, клетка и дори организъм. Това е етапът, на който се поставят основите на еволюционната химия като ефективна наука с нейните работещи функции. Учените твърдят, че това е движение на химическата наука към фундаментално нова химическа технология с перспектива за създаване на аналози на живи системи. Решението на този проблем ще заеме решаващо място в създаването на химията на бъдещето.

Химични елементи в човешкото тяло

химическа биокатализа каталитичен елемент

Всички живи организми на Земята, включително хората, са в тясна връзка с околната среда. Храната и питейната вода допринасят за навлизането на почти всички химични елементи в тялото. Те се въвеждат и извеждат от тялото всеки ден. Анализите показват, че броят на отделните химични елементи и тяхното съотношение в здравия организъм на различните хора е приблизително еднакъв.

Мнението, че почти всички елементи могат да бъдат намерени в човешкото тяло периодичната таблица DI. Менделеев, става обичайно. Предположенията на учените обаче отиват по-далеч - не само всички химични елементи присъстват в живия организъм, но всеки от тях изпълнява някаква биологична функция. Напълно възможно е тази хипотеза да не се потвърди. Въпреки това, тъй като изследванията в тази посока се развиват, биологичната роля на всички Повече ▼химически елементи. Несъмнено времето и работата на учените ще хвърлят светлина върху този въпрос.

Биоактивност на отделни химични елементи. Експериментално е установено, че металите съставляват около 3% (тегловни) в човешкото тяло. Това е много. Ако вземем масата на човек като 70 кг, тогава делът на металите е 2,1 кг. Масата се разпределя между отделните метали, както следва: калций (1700 g), калий (250 g), натрий (70 g), магнезий (42 g), желязо (5 g), цинк (3 g). Останалото е от микроелементи. Ако концентрацията на даден елемент в тялото надвишава 10 2%, тогава той се счита за макроелемент. Микроелементите се намират в организма в концентрации от 10 3 -10 5% . Ако концентрацията на даден елемент е под 10 5%, тогава той се счита за ултрамикроелемент. Неорганичните вещества в живия организъм се намират в различни форми. Повечето метални йони образуват съединения с биологични обекти. Вече е установено, че много ензими (биологични катализатори) съдържат метални йони. Например, манганът е включен в 12 различни ензима, желязото - в 70, медта - в 30, а цинкът - в повече от 100. Естествено, липсата на тези елементи трябва да повлияе на съдържанието на съответните ензими и следователно на нормалното функциониране на тялото. Следователно металните соли са абсолютно необходими за нормалното функциониране на живите организми. Това се потвърждава и от експерименти върху безсолна диета, която е използвана за хранене на опитни животни. За тази цел солите се отстраняват от храната чрез многократно измиване с вода. Оказа се, че яденето на такава храна води до смъртта на животните

Шест елемента, чиито атоми са част от протеини и нуклеинови киселини: въглерод, водород, азот, кислород, фосфор, сяра. След това трябва да подчертаем дванадесет елемента, чиято роля и значение за живота на организмите са известни: хлор, йод, натрий, калий, магнезий, калций, манган, желязо, кобалт, мед, цинк, молибден. В литературата има индикации за проява на биологична активност от ванадий, хром, никел и кадмий

На разположение голямо числоелементи, които са отрови за живия организъм, например живак, талий, прасета и др. Те имат неблагоприятен биологичен ефект, но тялото може да функционира без тях. Има мнение, че причината за действието на тези отрови е свързана с блокирането на определени групи в протеиновите молекули или с изместването на медта и цинка от определени ензими. Има елементи, които са относително големи количестваса отровни, а в ниски концентрации имат благотворен ефект върху организма. Например, арсенът е силна отрова, която нарушава сърдечно-съдовата система и засяга черния дроб и бъбреците, но в малки дози се предписва от лекарите за подобряване на апетита на човек. Учените смятат, че микродозите арсен повишават устойчивостта на организма към вредните микроби. Ипритът е широко известно силно токсично вещество. S(CH 2 CH 2 C1) 2 . Въпреки това, разреден 20 000 хиляди пъти с вазелин под името "Псориазин", той се използва срещу люспест лишей. Съвременната фармакотерапия все още не може без значителен брой лекарства, които съдържат токсични метали. Как да не си спомним поговорката, че в малко лекува, а в голямо осакатява.

Интересното е, че натриевият хлорид (готварска сол) в десетократен излишък в тялото в сравнение с нормалните нива е отровен. Кислородът, необходим на човек за дишане, има токсичен ефект във високи концентрации и особено под налягане. От тези примери става ясно, че концентрацията на даден елемент в тялото понякога играе много важна, а понякога и катастрофална роля.

Желязото е част от кръвния хемоглобин, или по-точно от червените кръвни пигменти, които обратимо свързват молекулярния кислород. Кръвта на възрастен съдържа около 2,6 g желязо. В процеса на живот тялото непрекъснато разгражда и синтезира хемоглобин. За да се възстанови загубата на желязо при разграждането на хемоглобина, човек се нуждае от дневен прием от около 25 mg. Липсата на желязо в организма води до заболяване – анемия. Излишното желязо в организма обаче също е вредно. Свързва се със сидероза на очите и белите дробове, заболяване, причинено от отлагането на железни съединения в тъканите на тези органи. Липсата на мед в организма води до разрушаване на кръвоносните съдове. Освен това се смята, че дефицитът му причинява рак. В някои случаи лекарите свързват рака на белия дроб при по-възрастните хора със свързаното с възрастта намаляване на медта в организма. Излишната мед обаче води до психични разстройства и парализа на някои органи (болест на Уилсън). Само големи количества медни съединения причиняват вреда на хората. В малки дози те се използват в медицината като адстрингент и бактериостаза (потискащи растежа и размножаването на бактерии). Например меден (II) сулфат CuSO 4 използва се при лечение на конюнктивит под формата на капки за очи (0,25% разтвор), както и за изгаряне на трахома под формата на моливи за очи (сплав от меден (II) сулфат, калиев нитрат, стипца и камфор). В случай на изгаряне на кожата с фосфор, тя се навлажнява обилно с 5% разтвор на меден (II) сулфат.

Отдавна е отбелязано бактерицидното (предизвикващо смъртта на различни бактерии) свойство на среброто и неговите соли. Например в медицината разтвор на колоидно сребро (коларгол) се използва за измиване на гнойни рани, пикочния мехур при хроничен цистит и уретрит, както и под формата на капки за очи при гноен конюнктивит и бленорея. Сребърен нитрат AgNO 3 под формата на моливи се използват за обгаряне на брадавици, гранулации и др. В разредени разтвори (0,1-0,25%) се използва като стягащо и антимикробно средство за лосиони, а също и като капки за очи. Учените смятат, че каутеризиращият ефект на сребърния нитрат е свързан с взаимодействието му с тъканните протеини, което води до образуването на протеинови соли на среброто - албуминати.

Понастоящем несъмнено е установено, че всички живи организми се характеризират с феномена на йонна асиметрия - неравномерно разпределение на йони вътре и извън клетката. Например, вътре в клетките на мускулните влакна, сърцето, черния дроб, бъбреците има повишено съдържаниекалиеви йони в сравнение с извънклетъчните. Концентрацията на натриеви йони, напротив, е по-висока извън клетката, отколкото вътре в нея. Наличието на концентрационен градиент на калий и натрий е експериментално установен факт. Изследователите са загрижени за мистерията на природата на калиево-натриевата помпа и нейното функциониране. Към разрешаването на този проблем са насочени усилията на много екипи от учени както у нас, така и в чужбина. Интересното е, че с напредване на възрастта на тялото градиентът на концентрация на калиеви и натриеви йони на границата на клетката намалява. Когато настъпи смърт, концентрацията на калий и натрий вътре и извън клетката веднага се изравнява.

Биологичната функция на литиевите и рубидиевите йони в здраво тяло все още не е ясна. Въпреки това има доказателства, че чрез въвеждането им в тялото е възможно да се лекува една от формите на маниакално-депресивна психоза.

Биолозите и лекарите добре знаят, че гликозидите играят важна роля в човешкото тяло. Някои естествени гликозиди (извлечени от растения) активно действат върху сърдечния мускул, засилват контрактилните функции и забавят сърдечната честота. Ако в тялото попадне голямо количество сърдечен гликозид, може да настъпи пълен сърдечен арест. Някои метални йони повлияват действието на гликозидите. Например, когато магнезиевите йони се въвеждат в кръвта, ефектът на гликозидите върху сърдечния мускул е отслабен, Калциевите йони, напротив, засилват ефекта на сърдечните гликозиди

Някои живачни съединения също са изключително отровни. Известно е, че живачните (II) йони са способни да се свързват силно с протеините. Отровен ефект на живачен хлорид (II) HgCl 2 (сублимат) се проявява предимно в некроза (смърт) на бъбреците и чревната лигавица. В резултат на отравяне с живак, бъбреците губят способността си да отделят отпадъчни продукти от кръвта.

Интересното е, че живачен(I) хлорид Hg 2 кл 2 (древно имекаломел) е безвреден за човешкото тяло. Това вероятно се дължи на изключително ниската разтворимост на солта, в резултат на което живачните йони не навлизат в тялото в забележими количества.

Калиев цианид (калиев цианид) KCN- сол на циановодородната киселина HCN. И двете съединения са бързодействащи и мощни отрови

При остро отравяне с циановодородна киселина и нейните соли се губи съзнание, настъпва дихателна и сърдечна парализа. В началния етап на отравяне човек изпитва замаяност, чувство на натиск в челото, остър главоболие, учестено дишане, сърцебиене. Първата помощ при отравяне с циановодородна киселина и нейните соли е чист въздух, дишане с кислород, топлина. Антидотите са натриев нитрит NaNO 2 и органични нитро съединения: амилнитрит ° С 5 з 11 ОНОи пропил нитрит ° С 3 з 7 ОНО. Смята се, че действието на натриевия нитрит се свежда до превръщането на хемоглобина в метахемоглобин. Последният здраво свързва цианидните йони в цианметагемоглобин. По този начин дихателните ензими се освобождават от цианидни йони, което води до възстановяване на дихателната функция на клетките и тъканите.

Съединенията, съдържащи сяра, се използват широко като антидоти на циановодородната киселина: колоидна сяра, натриев тиосулфат Na 2 С 2 О 3 , натриев тетратионат Na 2 С 4 О 6 , както и съдържащи сяра органични съединения, по-специално аминокиселини - глутатион, цистеин, цистин. Циановодородната киселина и нейните соли, когато реагират със сяра, се превръщат в тиоцианати в съответствие с уравнението

HCN+S > HNCS

Тиоцианатите са напълно безвредни за човешкия организъм.

От древни времена, в случай на опасност от отравяне с цианид, се препоръчва да държите парче захар под бузата. През 1915 г. немските химици Руп и Голце показват, че глюкозата реагира с циановодородна киселина и някои цианиди, за да образува нетоксичното съединение глюкоза цианохидрин:

OH OH OH OH N OH OH OH OH N

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

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

глюкоза цианохидрин глюкоза

Оловото и неговите съединения са доста силни отрови. В човешкото тяло оловото се натрупва в костите, черния дроб и бъбреците.

Съединенията на химичния елемент талий, който се смята за рядък, са много токсични.

Трябва да се отбележи, че всички цветни и особено тежките (намиращи се в края на периодичната таблица) метали са отровни в количества над допустимите.

Въглеродният диоксид се намира в големи количества в човешкото тяло и следователно не може да бъде отровен. За 1 час възрастен издишва приблизително 20 литра (около 40 g) от този газ. При физическа работа количеството издишан въздух въглероден двуокиснараства до 35л. Образува се в резултат на изгарянето на въглехидрати и мазнини в организма. Въпреки това, с високо съдържание CO 2 настъпва задушаване във въздуха поради липса на кислород. Максимална продължителност на престоя на човек в помещение с концентрация CO 2 до 20% (по обем) не трябва да надвишава 2 часа.В Италия има известна пещера („Кучешка пещера“), в която човек може да стои дълго време, а кучето, което се сблъска в нея, се задушава и умира. Факт е, че пещерата е пълна с тежък (в сравнение с азот и кислород) въглероден диоксид до кръста на човек. Тъй като главата на човека е във въздушния слой, той не изпитва никакъв дискомфорт. Докато кучето расте, то се озовава в атмосфера на въглероден диоксид и поради това се задушава.

Лекари и биолози са открили, че когато въглехидратите се окисляват в тялото до вода и въглероден диоксид, една молекула кислород се освобождава на молекула консумиран кислород. CO 2 . Така съотношението на избраните CO 2 да се абсорбира ОТНОСНО 2 (стойността на респираторния коефициент) е равна на единица. В случай на окисление на мазнини дихателният коефициент е приблизително 0,7. Следователно, като се определи стойността на дихателния коефициент, може да се прецени кои вещества се изгарят предимно в тялото. Експериментално е установено, че при краткотрайни, но интензивни мускулни натоварвания енергията се набавя чрез окисление на въглехидратите, а при продължителни натоварвания енергията се набавя главно чрез изгаряне на мазнини. Смята се, че преминаването на тялото към окисление на мазнините е свързано с изчерпването на въглехидратните резерви, което обикновено се наблюдава 5-20 минути след началото на интензивната мускулна работа.

Антидоти

Антидотите са вещества, които елиминират ефектите на отровите върху биологичните структури и инактивират отровите чрез химически

Жълта кръвна сол К 4 образува слабо разтворими съединения с йони на много тежки метали. Това свойство се използва в практиката за лечение на отравяне със соли на тежки метали.

Добър антидот за отравяне със съединения на арсен, живак, олово, кадмий, никел, хром, кобалт и други метали е унитиол:

CH 2 -CH-CH 2 ТАКА 3 Na H 2 ОТНОСНО

Млякото е универсален антидот.

Заключение

Съвременната биохимия е представена от много различни направления в развитието на знанията за природата на материята и методите за нейната трансформация. В същото време химията не е просто сума от знания за веществата, а високо подредена, постоянно развиваща се системазнания, които имат своето място сред другите природни науки.

Химията изучава качественото разнообразие на материалните носители на химичните явления, химическата форма на движение на материята.

Едно от най-важните обективни основания за обособяването на химията като самостоятелна природонаучна дисциплина е признаването на спецификата на химията, връзката на веществата, която се проявява преди всичко в комплекс от сили и различни видове взаимодействия, които определят съществуването на дву- и многоатомни съединения. Този комплекс обикновено се характеризира като химическа връзка, възникващи или избухващи по време на взаимодействието на частици на атомно ниво на организация на материята. Възникването на химическа връзка се характеризира със значително преразпределение на електронната плътност в сравнение с простата позиция на електронната плътност на несвързани атоми или атомни фрагменти, доближени до разстоянието на връзката. Тази характеристика най-точно разделя химическата връзка от различни видове прояви на междумолекулни взаимодействия.

Продължаващото устойчиво нарастване на ролята на биохимията като наука в рамките на естествените науки е съпроводено с бързо развитиефундаментални, комплексни и приложни изследвания, ускорено разработване на нови материали със зададени свойства и нови процеси в областта на технологията на производство и обработка на веществата.

Библиография

1. Голям енциклопедичен речник. Химия. М., 2001.

2. Грушевицкая Т.Т., Садохин А.П. Концепции съвременна естествена наука. М., 1998.

3. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествени науки. М., 1996.

4. Химия // Химически енциклопедичен речник. М., 1983.

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

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

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Химически поглед върху природата, произход и съвременно състояние. Предмет на познание на химическата наука и нейната структура. Връзката между химията и физиката. Връзката между химия и биология. Химията изучава качественото многообразие на материалните носители на химичните явления.

резюме, добавено на 15.03.2004 г


Презентация по химия. Живите системи са химичните елементи, намиращи се в тях. Тесен контакт на живите системи, включително хората, с околната среда. Състав на човешкото тяло. Нарушения на минералния метаболизъм в човешкото тяло. Патологични състояния.

презентация, добавена на 24.12.2008 г


резюме, добавено на 11.10.2011 г


Основните химични елементи, често срещани в човешкото тяло, характерни признаци и симптоми на дефицит на някои от тях. общо описаниесвойства на йода, неговото откриване и значение в организма. Процедурата за определяне на неговия дефицит и механизма за попълване.

презентация, добавена на 27.12.2010 г


Физиологичната роля на берилия в човешкото тяло, неговите синергисти и антагонисти. Ролята на магнезия в човешкото тяло за осигуряване на протичането на различни жизнени процеси. Неутрализиране на излишната киселинност на организма. Стойността на стронция за хората.

резюме, добавено на 05/09/2014


физико- Химични свойстваталий, агрегатно състояние, парно налягане, топлина на изпарение при нормални условия и чувствителност към топлина. Пътища на проникване и трансформация в тялото. Източници на навлизане в околната среда.

тест, добавен на 24.10.2014 г


Химични свойства на металите, тяхното присъствие в човешкото тяло. Ролята на макроелементите (калий, натрий, калций, магнезий) и микроелементите в организма. Съдържание на макро- и микроелементи в хранителните продукти. Последици от дисбаланс на определени елементи.

презентация, добавена на 13.03.2013 г


концепция, основни характеристикии целта на процеса на каталитичен реформинг. Основи на химиятапроцес на реформиране: превръщане на алкани, циклоалкани, арени. Катализатори и макрокинетика на процеса. Промишлени инсталации на каталитичен процес.

курсова работа, добавена на 13.10.2011 г


Определяне на еквивалентната маса на метал и сол чрез метода на изместване на водорода. Ход и данни от експеримента, характеристики на устройствата. Използване на магнезия като метал, основните му химични свойства. Изчисляване на абсолютни и относителни експериментални грешки.

лабораторна работа, добавена на 05.05.2013 г


Нискомолекулни органични съединения с различно химично естество, необходими за осъществяването на процеси, протичащи в живия организъм. Водоразтворими и мастноразтворими витамини. Ежедневната нужда на човека от витамини и техните основни функции.

Системи от биологични (биохимични) елементи

Известно е, че изграждането и функционирането на сложни информационни устройства се основава на използването на стандартни унифицирани компоненти и елементи. Например, всички информационни процеси в цифровите технологии се основават на използването на различни стандартни логически елементи, които изпълняват елементарни логически функции и прости действия за преобразуване на двоична информация. Логическите елементи се използват както за конструиране на електронни схеми, така и за обработка на двоична информация. А теоретична основапри анализиране на комутационни вериги са законите и принципите на логическата алгебра. Логическата алгебра разглежда променливи, които могат да приемат само две стойности: 1 и 0. Типичните структури на логическите интегрални схеми, като правило, се основават на елементи, които изпълняват операции - И, ИЛИ, НЕ И, НИТО. Всички цифрови устройства на микроелектронната технология, независимо колко сложни са, са изградени на базата на логически елементи, които изпълняват най-простите логически операции и функции на двоичната аритметика. Базовите елементи са вид конструктивни и функционални единици и се използват както при проектирането, така и при изграждането на цифрови информационни системи. Изпълняват функционално завършен комплект логически операции, следователно, когато ги използвате, можете да получите логическа функция с всякаква сложност. Освен това всяка типична логическа схема на елемент е направена на базата на отделни дискретни физически компоненти - транзистори, резистори, кондензатори и диоди.

Изненадващо, когато се разглеждат живите молекулярни системи, се наблюдават същите модели. Живите молекулярни системи също имат своя собствена единна биологична (биохимична) елементна база. Следователно и тук е възможен обобщен подход, основан на използването на прости органични молекули (мономери), които играят ролята на съставни елементи на различни биологични молекули и структури. А „теоретичната и технологична“ основа за прилагането на молекулярната основа са нейните собствени универсални закони и принципи, които по подходяща аналогия могат да бъдат приписани на законите на „молекулярната биохимична логика“. Биохимичната логика също така предвижда такова понятие като „молекулярно биологичен елемент“. Този факт още веднъж ни напомня, че всяка жива клеткае информационна система. Следователно, за да разберете моделите на неговото функциониране, първо трябва да разберете елементарната база на живата форма на материята и принципите и правилата за нейното използване. Това е основната тема на тази статия.

Известно е, че всички живи организми се състоят от едни и същи молекулярни градивни елементи - стандартен набор от повече от три дузини типични биохимични (биологични) елементи: нуклеотиди, аминокиселини, прости захари, мастни киселини и др. Броят на тези мономери е малък , и те имат една и съща структура във всички видове организми. Освен това всеки елемент поотделно също представлява най-простата схема, чиито структурни компоненти могат да бъдат няколко химични елемента - водород, кислород, въглерод, азот, фосфор и сяра.

А наличието на определени типични функционални атомни групи, странични групи и атоми в състава на всеки елемент ни позволява да предвидим не само поведението му в химични реакции, но и да предвидим структурната и информационна роля, която елементът ще играе в състава на макромолекулата.

По този начин живите системи, когато конструират различни биологични молекули и структури, използват свои собствени специални, силно специфични молекулни елементи. Тези елементи (като част от живата материя) изпълняват функционално пълен набор от елементарни биохимични функции и операции, следователно, когато се използват Жива природаможе да получи биологична функция с всякаква сложност. В същото време, естествено, има както аналогии, така и съществени различия между техническите и биологичните елементни основи и технологиите за тяхното приложение.

Например, микросхемите на техническите устройства могат да се състоят от стотици, хиляди или повече логически елементи от няколко типа, свързани помежду си по подходящ начин. Биологичните макромолекули също могат да се състоят от стотици, хиляди или повече биохимични елементи от няколко типа, които са ковалентно свързани помежду си и са подредени във вериги от биомолекули под формата на линейна позиционна последователност. Разликата се състои и във факта, че живите системи използват свои собствени принципи и методи за кодиране, предаване и внедряване на информация и се различават от техническите системи не само в субстратния носител, но и в методите за представяне на информация.

Освен това, ако логическият елемент в цифровата технология е най-простият преобразувател на двоична информация, то всеки биологичен елемент в живата система сам играе ролята на елементарна структурна и информационно-функционална единица. В техническите и биологичните системи информационните съобщения се извършват в различни форми. Техническите устройства използват елементарни сигнали 1 и 0 на двоичен код. Тоест, само два цифрови знака се използват за предаване на информационни съобщения. Обикновено символ 1 съответства на потенциал високо ниво, символ 0 - ниско. Двоичните кодове са широко използвани главно поради относително простата хардуерна реализация на логически операции и аритметични операции, както и устройства за предаване и съхранение на съобщения. Тук всеки логически елемент се използва за най-простите трансформации на двоична информация, тоест за преобразуване на двоични символи. По този начин техническите устройства използват хардуерен метод за преобразуване на информация.

Въпреки това, в биологични системи, - наред с хардуерния метод за преобразуване на информация се използва и информационният метод за конструиране и преобразуване на самия хардуер. Това е уникална характеристика на информационните процеси в живите молекулярни системи.

Освен това единицата информация е самият биохимичен елемент, който е буква или символ на информация. Следователно с помощта на химически букви и символи (елементи) се изгражда апаратната система на клетката и същевременно в нейните структури се записва програмна информация. Тоест на първия етап информационните съобщения се предават чрез фиксирана позиционна последователност от букви или символи в „линейни“ вериги от биологични молекули. Това означава, че ако в една техническа система се използва само апаратен метод за преобразуване на информация, то в една молекулярно-биологична система, с помощта на генетична информация и елементна база, първо се извършва изграждането и трансформацията на различни биомолекули и структури, а само тогава тези средства могат да участват в различни информационни процеси. В тази връзка апаратната част на клетката става носител и изпълнител на съответната програмна и молекулярно-биологична информация.

Оказва се, че ако в една техническа система устройството е преобразувател на информационни символи, то в живата клетка е обратното – молекулярните букви и символи, организирани в различни молекулярни последователности от информационни съобщения, сами действат като хардуерни преобразуватели. Освен това функциите на биомолекулите са напълно определени елементарни функциитехните съставни биологични елементи (букви или символи) - тоест информация. И всеки елемент в състава на една биомолекула винаги взаимодейства с други елементи или водни молекули според специални принципи и правила, които могат да бъдат наречени закони на молекулярната биохимична логика. Следователно биохимичните елементи тук очевидно също стават тези програмни елементи, с помощта на които се изграждат алгоритми за функционалното поведение на различни биологични молекули и структури. По този начин, за да се промени функционалната посока на дейността на клетката, до известна степен, с помощта на нови информационни съобщения, е необходимо частично да се промени нейната апаратна система. Смяната на хардуерната система е естествено свързана със синтеза на нови биомолекули и унищожаването на старите, които са служили на предназначението си и са изпълнили задачата си. Следователно, след като изпълни функциите си, всяка биомолекула се разделя на елементарни структурни и информационни единици, които отново могат да бъдат включени в информационните процеси. Използваната информация е така да се каже, изтрита и елиминирана, а отделните букви или символи, които я съставляват, тоест „молекулярно-биологичният шрифт“ се разпада, за да се използва отново в нови информационни съобщения или други клетъчни процеси. Това е основната отличителна черта на предаването на информация в молекулярно-биологичните системи.

Живата клетка е икономична във всичко. Ако си спомним, че химическите букви и символи (елементи) са изградени на базата на отделни атоми и атомни групи, тогава можем да си представим какво колосално количество информация се съхранява в генетичната памет и циркулира в жива клетка, чиито размери са понякога стотни от милиметър на дължина. Например зиготата съдържа цялата информация, необходима за развитието на цялостен организъм.

За да промени контролните действия, клетката постоянно трябва да актуализира информационни съобщения, което съответно води до актуализиране на хардуера на клетката. Следователно в жива клетка тя отива постоянно движениеинформация и съдържание. От една страна, има процес на обработка и актуализиране на контролна информация, и следователно ензими и други протеинови молекули, от друга страна, това води до промяна в химически контролираните процеси, които се извършват от ензимите.

Ако е необходимо, тези процеси се подпомагат от дозирана циркулация на химическа енергия под формата на АТФ.

Може да се види, че за изграждането на различни класове високомолекулни съединения, като нуклеинови киселини, протеини, полизахариди или липиди, живата клетка използва различни системи (азбуки) от биохимични елементи. Обърнете внимание, че от информационна гледна точка тези класове биологични молекули не са нищо повече от различни видове и форми на молекулярна информация. Следователно, за да се представи молекулярната информация в нейните различни видове и форми в живите системи, има системи от биологични елементи от различни видове:

• 1) нуклеотиди, - система от структурни, функционални и информационни биохимични елементи на ДНК и РНК (азбука на нуклеинови киселини);
• 2) аминокиселини, система от структурни, функционални и информационни елементи на протеини (азбука на протеинови молекули), за които има генетичен код под формата на тройка нуклеотиди;
• 3) прости захари, - структурни и функционални елементи и информационни символи (азбука) на полизахаридите;
• 4) мастни киселини, - структурни и функционални елементи и информационни символи (азбука) на липидите и др.

По-ясното идентифициране и класифициране на биологичните елементи, по всяка вероятност, трябва да се разглежда в отделна дисциплина, като „молекулярно-биологична информатика“.

Наличието на системи от молекулярни биохимични елементи (мономери) в живата клетка значително опростява процесите на изграждане на различни класове макромолекули и структурни компоненти, повишава технологичността на тяхното производство и в същото време разширява техните функционални и информационни възможности.

Както виждаме, всеки типичен набор е организиран в своя собствена система от елементи, която има общи биохимични, структурни и технологични характеристики, образува подобни връзки между елементи, които са съвместими по своите физични и химични параметри. По принцип всички структурни и функционални компоненти на живата клетка са изградени от тези молекулни елементи в различни комбинации, състав и последователност. Трябва да се отбележи, че всяка система от биохимични елементи в клетката е отделна азбука и се характеризира със собствен метод на кодиране, както и с вида и формата на представяне на молекулярно-биологичната информация. Това, съответно, е първопричината за появата на различни класове и голямо разнообразие от биологични молекули в живите системи.

Изненадващо е факт - всичко живо на Земята, от незначителна бактерия до човек, се състои от едни и същи градивни елементи - стандартен набор от повече от три дузини типични функционални биологични (биохимични) елементи.

Този уникален комплект включва:

• 1) осем нуклеотида, - „четири от тях играят ролята на кодиращи ДНК единици, а останалите четири се използват за записване на информация в структурата на РНК“;
• 2) двадесет различни стандартни аминокиселини, които са кодирани в ДНК и служат за шаблонно изграждане на протеинови молекули;
• 3) няколко мастни киселини, относително малък брой прости стандартни органични молекули, които служат за изграждане на липиди;

4) основателите на повечето полизахариди са няколко прости захари (монозахариди).

Всички тези елементи са избрани по време на процеса на еволюция поради тяхната уникална пригодност за извършване на различни химически, енергийни, молекулярни, информационни и други биологични функции в живите клетки.

Както виждаме, основата на всяка система са нейните отделни молекулярно-биологични (биохимични) елементи. И на базата на различни системи от биологични елементи - молекулярни азбуки - могат да бъдат "конструирани" различни клетъчни макромолекули - ДНК, РНК, протеини, полизахариди и липиди. Следователно елементарната база представлява онези системи от биохимични елементи, използвайки които една жива клетка е способна да изгражда различни биологични молекули и структури чрез информация и след това да използва тези средства за извършване на всякакви биологични функциии химични трансформации.

„Структурните диаграми“ на основните молекулярни елементи, техните естествени свойства и особености са доста ясно обсъдени и представени в различни учебници по биохимия. Нашата задача е да обърнем повече внимание на информационните аспекти на използването на такива биохимични единици.

Структура, свойства и функции на протеините.

Изясняването на структурата на протеините е един от основните проблеми на съвременната биохимия.

Протеиновите молекули са съединения с високо молекулно тегло, образувани от аминокиселини.

Повечето протеини имат 4 нива на организация (4 структури на протеиновата молекула).

Първична структура на протеин.

В момента първичната структура на около 2500 протеина е дешифрирана, а в природата има 10 12 различни протеина.

Първичната структура е последователността (реда) на свързване на аминокиселинни остатъци с помощта на пептидна връзка.

Пептидната връзка се образува от карбоксилната група на една аминокиселина и аминогрупата на друга аминокиселина.

-Аминокиселините участват в образуването на първичната структура.

Пептидната връзка образува гръбнака на полипептидната верига; тя е повтарящ се фрагмент.

Характеристики на пептидната връзка:

Копланарност - всички атоми, включени в пептидната връзка, са в една и съща равнина.

Заместителите на C-N връзката са в транс позиция.

Пептидната връзка е способна да образува две водородни връзки с други групи, включително пептидни групи.

Пептидната връзка е силна ковалентна връзка, енергията на връзката е 110 kcal/mol.

Свойства на първичната структура на протеина

Определяне - последователността на аминокиселините в протеина е генетично кодирана. Информацията за аминокиселинната последователност се съдържа в ДНК.

Уникалност – всеки протеин в тялото се характеризира със специфична последователност от аминокиселини.

Аминокиселините, които изграждат протеините, се разделят на 2 групи:

Взаимозаменяемите аминокиселини са аминокиселини, които са сходни по структура и свойства.

Незаменими аминокиселини, които се различават по структура и свойства.

Има 2 вида аминокиселинни замествания в протеиновата молекула:

Консервативно - заместване на една аминокиселина с друга, подобна по структура. Такава замяна не променя свойствата на протеина.

Примери: gli-ala, asp-glu, tir-fen, val-ley.

Радикалното заместване е заместването на една аминокиселина с друга, която се различава по структура. Това заместване води до промени в свойствата на протеина.

Примери: glu-val, ser-cis, pro-tri, fen-asp, ile-met.

При радикална замяна се появява протеин с различни свойства, което може да доведе до патология.

Радикалното заместване на Glu с Val на шеста позиция в молекулата на хемоглобина води до развитие на сърповидноклетъчна анемия. При тази патология червените кръвни клетки при условия на ниско парциално налягане придобиват сърповидна форма. След освобождаването на кислород такъв хемоглобин се превръща в слабо разтворима форма и започва да се утаява под формата на вретеновидни кристалоиди, наречени тактоиди. Тактоидите деформират клетката и червените кръвни клетки придобиват сърповидна форма. В този случай настъпва хемолиза на червените кръвни клетки. Болестта протича остро и децата умират. Тази патология се нарича сърповидно-клетъчна анемия.

Универсалност на първичната структура. Протеините, които изпълняват едни и същи функции в различни организми, имат еднаква или подобна първична структура.

В естествените протеини една и съща аминокиселина не се среща повече от 3 пъти подред.

Вторична структура на протеина.

Вторичната структура е начинът, по който полипептидната верига се нагъва в спирална или нагъната конформация.

Конформацията е пространственото разположение в органична молекула на заместващи групи, които могат свободно да променят позицията си в пространството, без да разкъсват връзки, поради свободно въртене около единични въглеродни връзки.

Има 2 вида протеинова вторична структура:

1. -спирала

2. - сгъване.

Вторичната структура е стабилизирана от водородни връзки. Водородните връзки възникват между водородния атом в NH групата и карбоксилния кислород.

Характеристики - спирали.

Всеки протеин се характеризира със собствена степен на спиралност на полипептидната верига. Спиралните участъци се редуват с линейни. В молекулата на хемоглобина β-веригите са спирални с 75%, в лизозима - 42%, в пепсина - 30%.

Степента на спирализиране зависи от първичната структура на протеина.

Аминокиселината пролин предотвратява спирализацията на протеиновата молекула.

Сгъването има леко извита конфигурация на полипептидната верига.

Сгъването се характеризира с водородни връзки в една полипептидна верига или сложни полипептидни вериги.

В протеините са възможни преходи от -спирала към -нагъване и обратно поради пренареждане на водородните връзки.

Сгъването има плоска форма.

Спиралата има пръчковидна форма.

Водородните връзки са слаби връзки, енергията на връзката е 10–20 kcal/mol, но голям брой връзки осигуряват стабилността на протеиновата молекула.

В протеиновата молекула има силни (ковалентни) връзки, както и слаби, което осигурява стабилността на молекулата от една страна и лабилността от друга.

Третична структура на протеин.

Третичната структура на протеина е начинът, по който полипептидната верига е подредена в пространството.

Въз основа на формата на третичната структура на белтъка те се делят на глобуларни и фибриларни.

Ковалентните връзки (пептидни и дисулфидни) участват в стабилизирането на третичната структура на протеиновата молекула. Основна роля в стабилизацията играят нековалентните връзки: водородни, електростатични взаимодействия на заредени групи, междумолекулни сили на Ван дер Ваалс, взаимодействия на неполярни странични радикали на аминокиселини, така наречените хидрофобни взаимодействия.

Хидрофобни радикали на аминокиселини ала, вал, изолей, мет, фен в водна средавзаимодействат помежду си. В този случай неполярните хидрофобни аминокиселинни радикали изглежда са потопени вътре в протеиновата молекула, образувайки там сухи зони, а полярните радикали са ориентирани към водата.

Когато се сгъне, полипептидната верига на протеин има тенденция да приеме енергийно благоприятна форма с по-малко енергиен мирис.

Когато се формира третичната структура, полипептидната верига се огъва в местата на пролин и глицин.

Глобуларните протеини са разтворими във вода, но фибриларните протеини не са.

Кватернерна структура на протеина.

Протеините, състоящи се от една полипептидна верига, имат само третична структура (лизозим, пепсин, миоглобин, трипсин).

Протеините, състоящи се от няколко полипептидни вериги, се характеризират с кватернерна структура.

Кватернерната структура се разбира като комбинация от отделни полипептидни вериги с третична структура във функционално активна протеинова молекула. Всяка отделна полипептидна верига се нарича протомер и често няма биологична активност.

Една протеинова молекула може да има няколко протомера, които, когато се комбинират, образуват олигомер или мултимер.

Протеините с кватернерна структура се характеризират с понятието субединица.

Субединицата е функционално активната част на протеинова молекула.

Пример за протеин с кватернерна структура е хемоглобинът, състоящ се от 4 протомера: 2 и 2 вериги.

Взаимодействието на полипептидните вериги по време на образуването на олигомер се дължи на полярните групи от аминокиселинни остатъци. Между полярните групи се образуват йонни, водородни връзки и хидрофобни взаимодействия.

Денатурация.

Денатурацията е процес на разрушаване на най-високите нива на организация на протеинова молекула (вторична, третична, кватернерна) под въздействието на различни фактори.

В този случай полипептидната верига се разгръща и е в разтвор в разгъната форма или под формата на произволна намотка.

По време на денатурацията хидратната обвивка се губи и протеинът се утаява и в същото време губи естествените си свойства.

Денатурацията се причинява от физични фактори: температура, налягане, механично напрежение, ултразвуково и йонизиращо лъчение; химични фактори: киселини, основи, органични разтворители, алкалоиди, соли на тежки метали.

Има 2 вида денатурация:

Обратимата денатурация - ренатурация или реактивация - е процес, при който денатуриран протеин, след отстраняване на денатуриращите вещества, се самоорганизира отново в първоначалната си структура с възстановяване на биологичната активност.

Необратимата денатурация е процес, при който биологичната активност не се възстановява след отстраняване на денатуриращите агенти.

Свойства на денатурираните протеини.

Увеличаване на броя на реактивните или функционални групи в сравнение с нативната протеинова молекула (това са групи COOH, NH 2, SH, OH, групи от странични радикали на аминокиселини).

Намалена разтворимост и утаяване на протеина (свързано със загубата на хидратираща обвивка), разгъване на протеиновата молекула, с „откриване“ на хидрофобни радикали и неутрализиране на зарядите на полярните групи.

Промяна на конфигурацията на протеинова молекула.

Загуба на биологична активност, причинена от нарушаване на естествената структура.

По-лесно разцепване от протеолитичните ензими в сравнение с нативния протеин - преминаването на компактната нативна структура в разширена свободна форма улеснява достъпа на ензимите до пептидните връзки на протеина, които те разрушават.

Ензимните методи на хидролиза се основават на селективността на действието на протеолитичните ензими, които разцепват пептидните връзки между определени аминокиселини.

Пепсинът разцепва връзките, образувани от остатъци от фенилаланин, тирозин и глутаминова киселина.

Трипсинът разгражда връзките между аргинин и лизин.

Химотрипсинът хидролизира връзките на триптофан, тирозин и фенилаланин.

УРОК 3

Структура и свойства на ензимите.

Ензимите (ензимите) са специфични протеини, които са част от всички клетки и тъкани на живи организми, играещи ролята на биологични катализатори.

Доказателство за протеиновата природа на ензимите.

Иницииране на ензими чрез нагряване. Инактивирането на ензима съвпада с денатурацията на протеина. Ензимите се разрушават и от действието на минерални киселини, алкали, соли, алкалоиди и облъчване с рентгенови и ултравиолетови лъчи.

Електрохимични свойства на ензимите.

1. Изоелектрична точка на ензимите.

   Поведение на ензимите при промяна на концентрацията на водородни гени.

   Висока ензимна специфичност.

   Ензимите не могат да проникнат през полупропускливите мембрани.

   Запазване на ензимната активност след излагане на средства за отстраняване на водата (ацетон, алкохол, неутрални соли на алкални метали).

Ензимите и неорганичните катализатори споделят общи свойства:

Неорганични катализатори и биологични катализатори - ензимите са необходими в малки количества за извършване на реакция.