ГОУВПО УГМА Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
кафедра биохимии

КУРС ЛЕКЦИЙ
ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

Модуль 8. Биохимия водно-солевого обмена.

Екатеринбург,
2009г

Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический.
2 курс.

Водно-солевой обмен – обмен воды и основных электролитов организма (Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , HCO 3 - , H 3 PO 4).
Электролиты – вещества, диссоциирующие в растворе на анионы и катионы. Их измеряют в моль/л.
Неэлектролиты – вещества, недиссоциирующие в растворе (глюкоза, креатинин, мочевина). Их измеряют в г/л.
Биологическая роль воды

Вода является универсальным растворителем для большинства органических (кроме липидов) и неорганических соединений.
Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.
Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.
Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.
Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.
Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.
В комплексе с ГАГ вода выполняет структурную функцию.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ОРГАНИЗМА
Все жидкости организма характеризуются общими свойствами: объемом, осмотическим давлением и величиной рН.
Объем. У всех наземных животных жидкости составляет около 70% от массы тела.
Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы, телосложения и количества жира. Содержание воды в различных тканях распределяется следующим образом: легкие, сердце и почки (80%), скелетная мускулатура и мозг (75%), кожа и печень (70%), кости (20%), жировая ткань (10%). В целом, у худых людей меньше жира и больше воды. У мужчин на воду приходится 60%, у женщин - 50% от массы тела. У пожилых людей больше жира и меньше мышц. В среднем в организме мужчин и женщин старше 60 лет содержится соответственно 50% и 45% воды.
При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.
Вся жидкость организма разделена на внутриклеточный (67%) и внеклеточный (33%) бассейны.
Внеклеточный бассейн (экстрацеллюлярное пространство) состоит из:

Внутрисосудистой жидкости;
Интерстициальной жидкости (межклеточная);
Трансцеллюлярной жидкости (жидкость плевральной, перикардиальной, перитонеальной полостей и синовиального пространства, цереброспинальная и внутриглазная жидкость, секрет потовых, слюнных и слезных желез, секрет поджелудочной железы, печени, желчного пузыря, ЖКТ и дыхательных путей).

Между бассейнами жидкости интенсивно обмениваются. Перемещение воды из одного сектора в другой происходит при изменении осмотического давления.
Осмотическое давление – это давление, которое создают все растворенные в воде вещества. Осмотическое давление внеклеточной жидкости определяется главным образом концентрацией NaCl.
Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова.
рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации протонов. Величина рН зависит от интенсивности образования в организме кислот и оснований, их нейтрализации буферными системами и удалением из организма с мочой, выдыхаемым воздухом, потом и калом.
В зависимости от особенности обмена, величина рН может заметно отличаться как внутри клеток разных тканей, так и в разных отсеках одной клетки (в цитозоле кислотность нейтральная, в лизосомах и в межмембранном пространстве митохондрий - сильно кислая). В межклеточной жидкости разных органов и тканей и плазме крови величина рН, как и осмотическое давление, относительно постоянная величина.
РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА
В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь, водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.
1. Органы, регулирующие водно-солевой обмен
Поступление воды и солей в организм происходит через ЖКТ, этот процесс контролируется чувством жажды и солевым аппетитом. Выведение излишков воды и солей из организма осуществляют почки. Кроме того, воду из организма выводят кожа, легкие и ЖКТ.
Баланс воды в организме

Для ЖКТ, кожи и легких выведение воды является побочным процессом, который происходит в результате выполнения ими своих основных функций. Например, ЖКТ теряет воду, при выделении из организма непереваренных веществ, продуктов метаболизма и ксенобиотиков. Легкие теряют воду при дыхании, а кожа при терморегуляции.
Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания температуры тела, кожа усиливает потовыделение, а при отравлениях, со стороны ЖКТ возникает рвота или диарея. В результате усиленной дегидратации и потери солей в организме возникает нарушение водно-солевого баланса.

2. Гормоны, регулирующие водно-солевой обмен
Вазопрессин
Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин - пептид с молекулярной массой около 1100 Д, содержащий 9 АК, соединённых одним дисульфидным мостиком.
АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса, переносится в нервные окончания задней доли гипофиза (нейрогипофиз).
Высокое осмотическое давление внеклеточной жидкости активирует осморецепторы гипоталамуса, в результате возникают нервные импульсы, которые передаются в заднюю долю гипофиза и вызывают высвобождение АДГ в кровоток.
АДГ действует через 2 типа рецепторов: V 1 , и V 2 .
Главный физиологический эффект гормона, реализуется через V 2 рецепторы, которые находятся на клетках дистальных канальцев и собирательных трубочек, которые относительно непроницаемы для молекул воды.
АДГ через V 2 рецепторы стимулирует аденилатциклазную систему, в результате фосфорилируются белки, стимулирующие экспрессию гена мембранного белка - аквапорина-2. Аквапорин-2 встраивается в апикальную мембрану клеток, образуя в ней водные каналы. По этим каналам вода пассивной диффузией реабсорбируется из мочи в интерстициальное пространство и моча концентрируется.
В отсутствие АДГ моча не концентрируется (плотность <1010г/л) и может выделяться в очень больших количествах (>20л/сут), что приводит к дегидратации организма. Это состояние называется несахарный диабет.
Причиной дефицита АДГ и несахарного диабета являются: генетические дефекты синтеза препро-АДГ в гипоталамусе, дефекты процессинга и транспорта проАДГ, повреждения гипоталамуса или нейрогипофиза (например, в результате черепно-мозговой травмы, опухоли, ишемии). Нефрогенный несахарный диабет возникает вследствие мутации гена рецептора АДГ типа V 2 .
Рецепторы V 1 локализованы в мембранах ГМК сосудов. АДГ через рецепторы V 1 активирует инозитолтрифосфатную систему и стимулирует высвобождение Са 2+ из ЭР, что стимулирует сокращение ГМК сосудов. Сосудосуживающий эффект АДГ проявляется при высоких концентрациях АДГ.
Натриуретический гормон (предсердный натриуретический фактор, ПНФ, атриопептин)
ПНФ - пептид, содержащий 28 АК с 1 дисульфидным мостиком, синтезируется, главным образом, в кардиомиоцитах предсердий.
Секрецию ПНФ стимулирует в основном повышение АД, а также увеличение осмотического давления плазмы, частоты сердцебиений, концентрации катехоламинов и глюкокортикоидов в крови.
ПНФ действует через гуанилатциклазную систему, активируя протеинкиназу G.
В почках ПНФ расширяет приносящие артериол, что увеличивает почечный кровоток, скорость фильтрации и экскрецию Na + .
В периферических артериях ПНФ снижает тонус гладких мышц, что расширяет артериолы и понижает АД. Кроме того, ПНФ ингибирует выделение ренина, альдостерона и АДГ.
Ренин-ангиотензин- альдостероновая система
Ренин
Ренин - протеолитический фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками, расположенными вдоль афферентных (приносящих) артериол почечного тельца. Секрецию ренина стимулирует падение давления в приносящих артериолах клубочка, вызванное уменьшением АД и снижением концентрации Na + . Секрецию ренина также способствует снижение импульсации от барорецепторов предсердий и артерий в результате уменьшения АД. Секрецию ренина ингибирует Ангиотензин II, высокое АД.
В крови ренин действует на ангиотензиноген.
Ангиотензиноген - ? 2 -глобулин, из 400 АК. Образование ангиотензиногена происходит в печени и стимулируется глюкокортикоидами и эстрогенами. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена, отщепляя от него N-концевой декапептид - ангиотензин I, не имеющий биологической активности.
Под действием антиотензин- превращающего фермента (АПФ) (карбоксидипептидилпептидазы) эдотелиальных клеток, лёгких и плазмы крови, с С-конца ангиотензина I удаляются 2 АК и образуется ангиотензин II (октапептид).
Ангиотензин II
Ангиотензин II функционирует через инозитолтрифосфатную систему клеток клубочковой зоны коры надпочечников и ГМК. Ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны коры надпочечников. Высокие концентрации ангиотензина II вызывают сильное сужение сосудов периферических артерий и повышают АД. Кроме этого, ангиотензин II стимулирует центр жажды в гипоталамусе и ингибирует секрецию ренина в почках.
Ангиотензин II под действием аминопептидаз гидролизуется в ангиотензин III (гептапептид, с активностью ангиотензина II, но имеющий в 4 раза более низкую концентрацию), который затем гидролизуется ангиотензиназами (протеазы) до АК.
Альдостерон
Альдостерон - активный минералокортикостероид, синтезирующийся клетками клу-бочковой зоны коры надпочечников.
Синтез и секрецию альдостерона стимулируют ангиотензин II, низкая концентрация Na + и высокая концентрацией К + в плазме крови, АКТГ, простагландины. Секрецию альдостерона тормозит низкая концентрация К + .
Рецепторы альдостерона локализованы как в ядре, так и в цитозоле клетки. Альдостерон индуцирует синтез: а) белков-транспортёров Na + , переносящих Na + из просвета канальца в эпителиальную клетку почечного канальца; б) Na + ,К + -АТФ-азы в) белков-транспортёров К + , переносящих К + из клеток почечного канальца в первичную мочу; г) митохондриальных ферментов ЦТК, в частности цитратсинтазы, стимулирующих образование молекул АТФ, необходимых для активного транспорта ионов.
В результате альдостерон стимулирует реабсорбцию Na + в почках, что вызывает задержку NaCl в организме и повышает осмотическое давление.
Альдостерон стимулирует секрецию К + , NH 4 + в почках, потовых железах, слизистой оболочке кишечника и слюнных железах.

Роль системы РААС в развитии гипертонической болезни
Гиперпродукция гормонов РААС вызывает повышение объема циркулирующей жидкости, осмотического и артериального давления, и ведет к развитию гипертонической болезни.
Повышение ренина возникает, например, при атеросклерозе почечных артерий, который возникает у пожилых.
Гиперсекреция альдостерона – гиперальдостеронизм, возникает в результате нескольких причин.
Причиной первичного гиперальдостеронизма (синдром Конна) примерно у 80% больных является аденома надпочечников, в остальных случаях - диффузная гипертрофия клеток клубочковой зоны, вырабатывающих альдостерон.
При первичном гиперальдостеронизме избыток альдостерона усиливает реабсорбцию Na + в почечных канальцах, что служит стимулом к секреции АДГ и задержке воды почками. Кроме того, усиливается выведение ионов К + , Mg 2+ и Н + .
В результате развиваются: 1). гипернатриемия, вызывающая гипертонию, гиперволемию и отёки; 2). гипокалиемия, ведущая к мышечной слабости; 3). дефицит магния и 4). лёгкий метаболический алкалоз.
Вторичный гиперальдостеронизм встречается гораздо чаще, чем первичный. Он может быть связан с сердечной недостаточностью, хроническими заболеваниями почек, а также с опухолями, секретирующие ренин. У больных наблюдают повышенный уровень ренина, ангиотензина II и альдостерона. Клинические симптомы менее выражены, чем при первичном альдостеронизе.

КАЛЬЦИЙ, МАГНИЙ, ФОСФОРНЫЙ ОБМЕН
Функции кальция в организме:

Внутриклеточный посредник ряда гормонов (инозитолтрифосфатная система);
Участвует в генерации потенциалов действия в нервах и мышцах;
Участвует в свертывании крови;
Запускает мышечное сокращение, фагоцитоз, секрецию гормонов, нейромедиаторов и т.д.;
Участвует в митозе, апоптозе и некробиозе;
Увеличивает проницаемость мембраны клеток для ионов калия, влияет на натриевую проводимость клеток, на работу ионных насосов;
Кофермент некоторых ферментов;

Функции магния в организме:

Является коферментом многих ферментов (транскетолаз (ПФШ), глюкозо-6ф дегидрогеназы, 6-фосфоглюконат дегидрогеназы, глюконолактон гидролазы, аденилатциклазы и т.д.);
Неорганический компонент костей и зубов.

Функции фосфата в организме:

Неорганический компонент костей и зубов (гидроксиаппатит);
Входит в состав липидов (фосфолипиды, сфинголипиды);
Входит в состав нуклеотидов (ДНК, РНК, АТФ, ГТФ, ФМН, НАД, НАДФ и т.д.);
Обеспечивает энергетический обмен т.к. образует макроэргические связи (АТФ, креатинфосфат);
Входит в состав белков (фосфопротеины);
Входит в состав углеводов (глюкозо-6ф, фруктозо-6ф и т.д.);
Регулирует активность ферментов (реакции фосфорилирования / дефосфорилирования ферментов, входит в состав инозитолтрифосфата – компонента инозитолтрифосфатной системы);
Участвует в катаболизме веществ (реакция фосфоролиза);
Регулирует КОС т.к. образует фосфатный буфер. Нейтрализует и выводит протоны с мочой.

Распределение кальция, магния и фосфатов в организме
У взрослого человека содержится в среднем 1000г кальция:

Кости и зубы содержат 99% кальция. В костях 99% кальция находится в виде малорастворимого гидроксиапатита [Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 Н 2 О], а 1% - в виде растворимых фосфатов;
Внеклеточная жидкость 1%. Кальций плазмы крови представлен в виде: а). свободных ионов Са 2+ (около 50%); б). ионов Са 2+ соединённых с белками, главным образом, с альбумином (45%); в) недиссоциирующих комплексов кальция с цитратом, сульфатом, фосфатом и карбонатом (5%). В плазме крови концентрация общего кальция составляет 2, 2-2,75 ммоль/л, а ионизированного - 1,0-1,15 ммоль/л;
Внутриклеточная жидкость содержит кальция в 10000-100000 раз меньше чем внеклеточной жидкости.

Во взрослом организме содержится в около 1кг фосфора:

Кости и зубы содержат 85% фосфора;
Внеклеточная жидкость – 1% фосфора. В сыворотке крови концентрация неорганического фосфора – 0,81-1,55 ммоль/л, фосфора фосфолипидов 1,5-2г/л;
Внутриклеточная жидкость – 14% фосфора.

Концентрация магния в плазме крови 0,7-1,2 ммоль/л.

Обмен кальция, магния и фосфатов в организме
С пищей в сутки должно поступать кальция - 0,7-0,8г, магния - 0,22-0,26г, фосфора – 0,7-0,8г. Кальций всасывается плохо на 30-50%, фосфор хорошо – на 90%.
Помимо ЖКТ, кальций, магний и фосфор поступают в плазму крови из костной ткани, в процессе ее резорбции. Обмен между плазмой крови и костной тканью по кальцию составляет 0,25-0,5г/сут, по фосфору – 0,15-0,3г/сут.
Выводится кальций, магний и фосфор из организма через почки с мочой, через ЖКТ с калом и через кожу с потом.
Регуляция обмена
Основными регуляторами обмена кальция, магния и фосфора являются паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.
Паратгормон
Паратгормон (ПТГ) - полипептид, из 84 АК (около 9,5 кД), синтезируется в паращитовидных железах.
Секрецию паратгормона стимулирует низкая концентрация Са 2+ , Mg 2+ и высокая концентрация фосфатов, ингибирует витамин Д 3 .
Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са 2+ и увеличивается, если концентрация Са 2+ высока.
Паратгормон действует на кости и почки. Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного фактора роста 1 и цитокинов, которые повышают метаболическую активность остеокластов. В остеокластах ускоряется образование щелочной фосфатазы и коллагеназы, которые вызывают распад костного матрикса, в результате чего происходит мобилизация Са 2+ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость.
В почках паратгормон стимулирует реабсорбцию Са 2+ , Mg 2+ в дистальных извитых канальцах и уменьшает реабсорбцию фосфатов.
Паратгормон индуцирует синтез кальцитриола (1,25(OH) 2 D 3).
В результате паратгормон в плазме крови повышает концентрацию Са 2+ и Mg 2+ , и снижает концентрацию фосфатов.
Гиперпаратиреоз
При первичном гиперпаратиреозе (1:1000) нарушается механизм подавления секреции паратгормона в ответ на гиперкальциемию. Причинами могут быть опухоль (80%), диффузная гиперплазия или рак (менее 2%) паращитовидной железы.
Гиперпаратиреоз вызывает:

разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов. Увеличивается риск переломов позвоночника, бедренных костей и костей предплечья;
гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной возбудимости и мышечной гипотонии. У больных появляются общая и мышечная слабость, быстрая утомляемость и боли в отдельных группах мышц;
образования в почках камней при увеличение концентрации фосфата и Са 2 + в почечных канальцах;
гиперфосфатурию и гипофосфатемию, при снижении реабсорбции фосфатов в почках;

Вторичный гиперпаратиреоз возникает при хронической почечной недостаточности и дефиците витамина D 3 .
При почечной недостаточности угнетается образование кальцитриола, что нарушает всасывание кальция в кишечнике и приводит к гипокальциемии. Гиперпаратиреоз возникает в ответ на гипокальциемию, но паратгормон не способен нормализовать уровень кальция в плазме крови. Иногда возникает гиперфостатемия. В следствие повышения мобилизации кальция из костной ткани развивается остеопороз.
Гипопаратиреоз
Гипопаратиреоз обусловлен недостаточностью паращитовидных желёз и сопровождается гипокальциемией. Гипокальциемия вызывает повышение нервно-мышечной проводимости, приступы тонических судорог, судороги дыхательных мышц и диафрагмы, ларингоспазм.
Кальцитриол
Кальцитриол синтезируется из холестерола.

В коже под влиянием УФ-излучения из 7-дегидрохолестерола образуется большая часть холекальциферола (витамина Д 3). Небольшое количество витамина Д 3 поступает с пищей. Холекальциферол связывается со специфическим витамин Д-связывающим белком (транскальциферином), поступает в кровь и переносится в печень.
В печени 25-гидроксилаза гидроксилирует холекальциферол в кальцидиол (25-гидроксихолекальциферол, 25(OH)Д 3). D-связывающий белок транспортирует кальцидиол в почки.
В почках митохондриальная 1?-гидроксилаза гидроксилирует кальцидиол в кальцитриол (1,25(OH) 2 Д 3), активную форму витамина Д 3 . Индуцирует 1?-гидроксилазу паратгормон.

Синтез кальцитриола стимулирует паратгормон, низкая концентрация фосфатов и Са 2+ (через паратгормон) в крови.
Синтез кальцитриола ингибирует гиперкальциемия, она активирует 24?-гидроксилазу, которая превращает кальцидиол в неактивный метаболит 24,25(OH) 2 Д 3 , при этом соответственно активный кальцитриол не образуется.
Кальцитриол воздействует на тонкий кишечник, почки и кости.
Кальцитриол:

в клетках кишечника индуцирует синтез Са 2 + -переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са 2+ , Mg 2+ и фосфатов;
в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са 2 + , Mg 2+ и фосфатов;
при низком уровне Са 2 + увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз;
при низком уровне паратгормона, стимулирует остеогенез.

В результате кальцитриол повышает в плазме крови концентрацию Са 2+ , Mg 2+ и фосфатов.
При дефиците кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции.
Рахит - заболевание детского возраста, связанное недостаточной минерализацией костной ткани.
Причины рахита: недостаток витамина Д 3 , кальция и фосфора в пищевом рационе, нарушение всасывания витамина Д 3 в тонком кишечнике, снижением синтеза холекальциферола из-за дефицита солнечного света, дефект 1а-гидроксилазы, дефект рецепторов кальцитриола в клетках-мишенях. Снижение концентрации в плазме крови Са 2+ стимулирует секрецию паратгормона, который через остеолиз вызывает разрушение костной ткани.
При рахите поражаются кости черепа; грудная клетка вместе с грудиной выступает вперёд; деформируются трубчатые кости и суставы рук и ног; увеличивается и выпячивается живот; задерживается моторное развитие. Основные способы предупреждения рахита - правильное питание и достаточная инсоляция.
Кальцитонин
Кальцитонин - полипептид, состоит из 32 АК с одной дисульфидной связью, секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз.
Секрецию кальцитонина стимулирует высокая концентрация Са 2+ и глюкагона, подавляет низкая концентрация Са 2+ .
Кальцитонин:

подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са 2 + из кости;
в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са 2 + , Mg 2+ и фосфатов;
тормозит пищеварение в ЖКТ,

Изменения уровня кальция, магния и фосфатов при различных патологиях
Снижение концентрации Са 2+ в плазме крови наблюдается при:

беременности;
алиментарной дистрофии;
рахите у детей;
остром панкреатите;
закупорке желчевыводящих путей, стеаторее;
почечной недостаточности;
вливание цитратной крови;

Повышение концентрации Са 2+ в плазме крови наблюдается при:

переломы костей;
полиартриты;
множественные миеломы;
метастазы злокачественных опухолей в кости;
передозировка витамина Д и Са 2+ ;
механическая желтуха;

Снижение концентрации фосфатов в плазме крови наблюдается при:

рахите;
гиперфункции паращитовидных желез;
остеомаляции;
почечный ацидоз

Повышение концентрации фосфатов в плазме крови наблюдается при:

гипофункции паращитовидных желез;
передозировка витамина Д;
почечной недостаточности;
диабетическом кетоацидозе;
миеломной болезни;
остеолизе.

Концентрация магния часто пропорциональна концентрации калия и зависит от общих причин.
Повышение концентрации Mg 2+ в плазме крови наблюдается при:

распаде тканей;
инфекциях;
уремии;
диабетическом ацидозе;
тиреотоксикозе;
хроническом алкоголизме.

Роль микроэлементов: Mg 2+ , Mn 2+ , Co, Cu, Fe 2+ , Fe 3+ , Ni, Mo, Se, J. Значение церулоплазмина, болезнь Коновалова-Вильсона.

Марганец – кофактор аминоацил-тРНК синтетаз.

Биологическая роль Na + , Cl - , K + , HCO 3 - - основных электролитов, значение в регуляции КОС. Обмен и биологическая роль. Анионная разность и ее коррекция.

Тяжелые металлы (свинец, ртуть, медь, хром и др.), их токсическое действие.

Повышение содержание хлоридов в сыворотке крови: обезвоживание, острая почечная недостаточность, метаболический ацидоз после диареи и потери бикарбонатов, респираторный алкалоз, травма головы, гипофункция надпочечников, при длительном приеме кортикостероидов, тиазидный диуретиков, гиперальдостеронизм, болезнь Кушенга.
Снижение содержания хлоридов в сыворотке крови: алкалоз гипохлоремический (после рвоты), ацидоз респираторный, избыточное потоотделение, нефрит с потерей солей (нарушение реабсорбции), травма головы, состояние с увеличением объема внеклеточной жибкости, калит язвенный, болезнь Аддисона (гипоальдостеронизм).
Повышенное выделение хлоридов с мочой: гипоальдостеронизм (болезнь Аддисона), нефрит с потерей солей, повышенный прием соли, лечение диуретиками.
Снижение выведения хлоридов с мочой: Потеря хлоридов при рвоте, диареи, болезнь Кушинга, терминальная фаза почечной недостаточности, ретенция соли при образовании отеков.
Содержание кальция в сыворотке крови в норме 2,25- 2,75 ммоль/л.
Выделение кальция с мочой в норме 2,5-7,5 ммоль/сут.
Повышение содержание кальция в сыворотке крови: гиперпаратиреоз, метастазы опухолей в костную ткань, миеломная болезнь, сниженное выделение кальцитонина, передозировка витамина Д, тиреотоксикоз.
Снижение содержания кальция в сыворотке крови: гипопаратиреоз, увеличение выделения кальцитонина, гиповитаминоз Д, нарушение реабсорбции в почках, массивная гемотрансфузия, гипоальбунемия.
Повышенное выделение кальция с мочой: длительное воздействие солнечных лучей (гипервитаминоз Д), гиперпаратиреоз, метастазы опухолей в костную ткань, нарушение реабсорбции в почках, тиреотоксикоз, остеопороз, лечение глюкокортикоидами.
Снижение выведения кальция с мочой: гипопаратиреоз, рахит, острый нефрит (нарушение фильтрации в почках), гипотериоз.
Содержание железа в сыворотке крови в норме ммоль/л.
Повышение содержание железа в сыворотке крови: апластическая и гемолитическая анемии, гемохроматоз, острый гепатит и стеатоз, цирроз печени, талассемия, повторные трансфузии.
Снижение содержания железа в сыворотке крови: железодефицитная анемия, острые и хронические инфекции, опухоли, заболевания почек, кровопотеря, беременность, нарушение всасывания железа в кишечнике.

В функциональном отношении принято выделять свободную и связанную воду. Транспортная функция которую вода выполняет как универсальный растворитель Определяет диссоциацию солей будучи диэлектриком Участие в различных химических реакциях: гидратация гидролиз окислительно - востановительные реакции например β - окисление жирных кислот. Движение воды в организме осуществляется при участии ряда факторов к которым относятся: осмотическое давление создаваемое различной концентрацией солей вода движется в сторону более высокой...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

PAGE 1

Реферат

ВОДНО–СОЛЕВОЙ ОБМЕН

Водный обмен

Общее содержание воды в организме взрослого человека составляет 60 – 65% (около 40 л). Наиболее гидратированы головной мозг, почки. Жировая, костная ткань, наоборот, содержат небольшое количество воды.

Вода в организме распределена в разных отделах (компартментах, бассейнах): в клетках, в межклеточном пространстве, внутри сосудов.

Особенностью химического состава внутриклеточной жидкости является высокое содержание калия и белков. Внеклеточная жидкость содержит более высокие концентрации натрия. Значения рН внеклеточной и внутриклеточной жидкости не различаются. В функциональном отношении принято выделять свободную и связанную воду. Связанная вода – та её часть, которая входит в состав гидратных оболочек биополимеров. Количество связанной воды характеризует интенсивность обменных процессов.

Биологическая роль воды в организме.

• Транспортная функция, которую вода выполняет как универсальный растворитель
• Определяет диссоциацию солей, будучи диэлектриком
• Участие в различных химических реакциях: гидратация, гидролиз, окислительно - востановительные реакции (например, β - окисление жирных кислот).

Обмен воды .

Общий объём обмениваемой жидкости для взрослого человека равен 2-2,5 литра в сутки. Для взрослого человека характерен водный баланс, т.е. поступление жидкости равно её выведению.

Вода поступает в организм в виде жидких напитков (около 50% потребляемой жидкости), в составе твёрдых продуктов. 500 мл составляет эндогенная вода, образующаяся в результате окислительных процессов в тканях,

Выведение воды из организма происходит через почки (1,5 л – диурез), путём испарения с поверхности кожи, лёгких (около 1 л), через кишечник (около 100 мл).

Факторы движения воды в организме .

Вода в организме постоянно перераспределяется между различными отсеками. Движение воды в организме осуществляется при участии ряда факторов, к которым относятся:

• осмотическое давление, создаваемое различной концентрацией солей (вода движется в сторону более высокой концентрации соли),
• онкотическое давление, создаваемое перепадом концентрации белков (вода движется в сторону более высокой концентрации белка)
• гидростатическое давление, создаваемое работой сердца

Обмен воды тесно связан с обменом Na и К.

Обмен натрия и калия

Общее содержание натрия в организме составляет 100 г . При этом 50% приходится на внеклеточный натрий, 45% - на натрий, содержащийся в костях, 5% - на внутриклеточный натрий. Содержание натрия в плазме крови равно 130-150 ммоль/л, в клетках крови - 4-10 ммоль/л. Потребность в натрии для взрослого человека составляет около 4-6 г/ сутки.

Общее содержание калия в организме взрослого составляет 160 г. 90% этого количества содержится внутриклеточно, 10% распределяется во внеклеточном пространстве. В плазме крови содержится 4 - 5 ммоль/л, внутри клеток - 110 ммоль/л. Суточная потребность в калии для взрослого человекасоставляет 2-4 г.

Биологическая роль натрия и калия :

• определяют осмотическое давление
• определяют распределение воды
• создают артериальное давление
• участвуют (Na ) во всасывании аминокислот, моносахаров
• калий необходим для биосинтетических процессов.

Всасывания натрия и калия происходит в желудке и в кишечнике. Натрий может незначительно депонироваться в печени. Из организма натрий и калий выводятся в основном через почки, в меньшей степени через потовые железы и через кишечник.

В перераспределении натрия и калия между клетками и внеклеточной жидкостью участвует натрий - калиевая АТФ-аза - мембранный фермент, который за счёт энергии АТФ перемещает ионы натрия и калия против градиента концентрации. Создаваемый перепад концентрации натрия и калия обеспечивает процесс возбуждения ткани.

Регуляция водно-солевого обмена .

Регуляция обмена воды и солей осуществляется при участии центральной нервной системы, вегетативной нервной системы и эндокринной системы.

В центральной нервной системе при уменьшении количества жидкости в организме формируется чувство жажды. Возбуждение питьевого центра, находящегося в гипоталамусе, приводит к потреблению воды и восстановлению её количества в организме.

Вегетативная нервная система участвует в регуляции водного обмена путём регуляции процесса потоотделения.

К гормонам, участвующим в регуляции водно–солевого обмена, относятся антидиуретический гормон, минералокортикоиды, натрийуретический гормон.

Антидиуретический гормон синтезируется в гипоталамусе, перемещается в заднюю долю гипофиза, откуда выделяется в кровь. Данный гормон задерживает воду в организме путём усиления обратной реабсорбции воды в почках, за счёт активации синтеза в них белка аквапорина.

Альдостерон способствует задержке натрия в организме и потере ионов калия через почки. Считается, что данный гормон способствует синтезу белков натриевых каналов, определяющих обратную реабсорбцию натрия. Он также активирует цикл Кребса и синтез АТФ, необходимого для процессов реабсорбции натрия. Альдостерон активирует синтез белков - транспортёров калия, что сопровождается повышенным выведением калия из организма.

Функция и антидиуретического гормона и альдостерона тесно взаимосвязана с ренин - ангиотензиновой системой крови.

Ренин-ангиотензивная система крови .

При уменьшении кровотока через почки при обезвоживании организма в почках вырабатывается протеолитический фермент ренин, который переводит ангиотензиноген (α 2 -глобулин) в ангиотензин I - пептид, состоящий из 10 аминокислот. Ангиотензин I под действием ангиотезинпревращающего фермента (АПФ) подвергается дальнейшему протеолизу и переходит в ангиотензин II , включающий 8 аминокислот, Ангиотензин II суживает сосуды, стимулирует выработку антидиуретического гормона и альдостерона, которые и увеличивают объем жидкости в организме.

Натрийуретический пептид вырабатывается в предсердиях в ответ на увеличение объёма воды в организме и на растяжения предсердий. Он состоит из 28 аминокислот, представляет собой циклический пептид с дисульфидными мостиками. Натрийуретический пептид способствует выведению натрия и воды из организма.

Нарушение водно-солевого обмена .

К нарушениям водно–солевого обмена относятся обезвоживание, гипергидратация, отклонения концентрации натрия и калия в плазме крови.

Обезвоживание (дегидратация) сопровождается тяжёлыми нарушениями функции центральной нервной системы. Причинами обезвоживания организм могут являться:

• водный голод,
• расстройства функции кишечника (диарея),
• увеличение потери через лёгкие (одышка, гипертермия),
• усиленное потоотделение,
• сахарный и несахарный диабет.

Гипергидратация – увеличение количества воды в организме может наблюдаться при ряде патологических состояний:

• повышенное поступление жидкости в организм,
• почечная недостаточность,
• нарушение кровообращения,
• заболевания печени

Местным проявлением накопления жидкости в организме являются отёки .

«Голодные» отёки наблюдаются вследствие гипопротеинемии при белковом голодании, заболеваниях печени. «Сердечные» отёки возникают при нарушении гидростатического давления при заболеваниях сердца. «Почечные» отёки развиваются при изменении осмотического и онкотического давления плазмы крови при болезнях почек

Гипонатриемия, гипокалиемия проявляются нарушением возбудимости, поражением нервной системы, нарушением ритма сердца. Эти состояния могут возникать при различных патологических состояниях:

• нарушение функции почек
• многократная рвота
• диарея
• нарушение выработки альдостерона, натрийуретического гормона.

Роль почек в водно-солевом обмене .

В почках происходит фильтрация, реабсорбции, секреция натрия, калия. На почки оказывает регулирующее влияние альдостерон, антидиуретический гормон. В почках вырабатывается ренин – пусковой фермент ренин – ангиотензиновой системы. Почки осуществляют выделение протонов, и тем самым регулирует рН.

Особенности водного обмена у детей.

У детей повышено общее содержание воды, которое у новорожденных достигает 75%. В детском возрасте отмечается иное распределение воды в организме: снижено количество внутриклеточной воды до 30%, что обусловлено пониженным содержанием внутриклеточных белков. В то же время повышено содержание внеклеточной воды до 45%, что связано более высоким содержанием гидрофильных гликозаминогликанов в межклеточном веществе соединительной ткани.

Водный обмен в детском организме протекает более интенсивно. Потребность в воде у детей в 2-3 раза выше, чем у взрослых. Для детей характерно выделение в составе пищеварительных соков большого количества воды, которая быстро подвергается обратному всасыванию. У детей раннего возраста иное соотношение потерь воды из организма: больше доля воды, выделяемой через лёгкие и кожу. Для детей характерна задержка воды в организме (положительный водный баланс)

В детском возрасте наблюдается неустойчивая регуляция водного обмена, не сформировано чувство жажды, вследствие чего выражена склонность к обезвоживанию.

В течение первых лет жизни преобладает выведение калия над выведением натрия.

Кальций - фосфорный обмен

Общее содержание кальция составляет 2% от массы тела (около 1,5 кг). 99% его сосредоточено в костях, 1% составляет внеклеточный кальций. Содержание кальция в плазме крови равняется 2,3-2,8 ммоль/л, 50% этого количества приходится на ионизированный кальций и 50% - на белковосвязанный кальций.

Функции кальция:

• пластический материал
• участвует в мышечном сокращении
• участвует в свёртывании крови
• регулятор активности многих ферментов (играет роль вторичного посредника)

Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет 1,5 г . Всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте лимитировано. Всасывается примерно 50% кальция пищевых продуктов при участии кальцийсвязывающего белка . Будучи внеклеточных катионом, кальций поступает в клетки через кальциевые каналы, депонируется в клетках в саркоплазматическом ретикулуме и митохондриях.

Общее содержание фосфора в организме составляет 1% от массы тела (около 700 г). 90% фосфора содержится в костях, 10% приходится на внутриклеточный фосфор. В плазме крови содержание фосфора равно 1 -2 ммоль/л

Функции фосфора:

• пластическая функция
• входит в состав макроэргов (АТФ)
• компонент нуклеиновых кислот, липопротеидов, нуклеотидов, солей
• входит в состав фосфатного буфера
• регулятор активности многих ферментов (фосфорилирование – дефосфорилирование ферментов)

Суточная потребность в фосфоре для взрослого человека составляет около 1,5 г. В желудочно–кишечном тракте фосфор всасывается при участии щелочной фосфатазы .

Кальций и фосфор выводятся из организма в основном через почки, незначительное количество теряется через кишечник.

Регуляция кальций – фосфорного обмена.

В регуляции обмена кальция и фосфора участвуют паратгормон, кальцитонин, витамин Д.

Паратгормон повышает уровень кальция в крови и одновременно снижет уровень фосфора. Повышение содержания кальция связано с активацией фосфатазы, коллагеназы остеокластов, в результате чего при обновлении костной ткани происходит «вымывание» кальция в кровь. Кроме того паратгормон активирует всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте при участии кальцийсвязывающего белка и уменьшает выведение кальция через почки. Фосфаты под действием паратгоромна, наоборот, усиленно выводятся через почки.

Кальцитонин снижает уровень кальция и фосфора в крови. Кальцитонин уменьшает активность остеокластов и, тем самым, снижает выделение кальция из костной ткани.

Витамин D , холекальциферол , антирахитический витамин .

Витамин D относится к жирорастворимым витаминам. Суточная потребность в витамине составляет 25 мкг . Витамин D под действием УФ - лучей синтезируется в коже из его предшественника 7-дегидрохолестерина, который в комплексе с белком поступает в печень. В печени при участии микросомальной системы оксигеназ происходит окисление в 25 положении с образованием 25 -гидрокисихолекальциферола. Этот предшественник витамина при участии специфического транспортного белка переносится в почки, где подвергается второй реакции гидроксилирования в первом положении с образованием активной формы витамина D 3 - 1,25-дигидрохолекальциферола (или кальцитриола) . . Реакция гидроксилирования в почках активируется паратгормоном при снижении уровня кальция в крови. При достаточном содержании кальция в организме в почках образуется неактивный метаболит 24,25 (ОН). В реакциях гидроксилирования принимает участие витамин С.

1,25 (ОН) 2 D 3 действует аналогично стероидным гормонам. Проникая в клетки – мишени, он взаимодействует с рецепторами, которые мигрируют в ядро клетки. В энтероцитах этот гормон – рецепторный комплекс стимулирует транскрипцию иРНК, отвечающую за синтез белка – переносчика кальция. В кишечнике усиливается всасывание кальция при участии кальцийсвязывающего белка и Са 2+ - АТФ-азы. В костной ткани витамин D 3 стимулирует процесс деминерализации. В почках активация витамином D 3 кальциевой АТФ-азы сопровождается увеличением реабсорбции ионов кальция и фосфатов. Кальцитриол участвует в регуляции процессов роста и дифференцировки клеток костного мозга. Он обладает антиоксидантным и противоопухолевым действием.

Гиповитаминоз приводит к заболеванию рахитом.

Гипервитаминоз приводит к выраженной деминерализации костей, кальцификацией мягких тканей.

Нарушение кальций – фосфорного обмена

Рахит проявляется нарушением минерализации костной ткани. Заболевание может быть следствием гиповитаминоза D 3. , отсутствием солнечных лучей, недостаточной чувствительностью организма к витамину. Биохимическими симптомами рахита являются снижение уровня кальция и фосфора в крови и снижение активности щелочной фосфатазы. У детей рахит проявляется нарушением остегенеза, деформаций костей, гипотонией мышц, повышенной нервно-мышечной возбудимостью. У взрослых гиповитаминоз приводит к кариесу и остеомаляции, у пожилых людей – к остеопорозу.

У новорожденных может развиваться транзиторная гипокальциемия , поскольку прекращается поступления кальция из организма матери и наблюдается гипопаратиреоз.

Гипокальцемия, гипофосфатемия могут встречаться при нарушении выработки паратгормона, кальцитонина, нарушении функции желудочно – кишечного тракта (рвота, диарея), почек, при механической желтухе, в период заживления переломов.

Обмен железа.

Общее содержание железа в организме взрослого человека составляет 5 г. Железо распределяется в основном внутриклеточно, где преобладает гемовое железо: гемоглобин, миоглобин, цитохромы. Внеклеточное железо представлено белком трансферрином. В плазме крови содержание железа равно 16-19 мкмоль/ л , в эритроцитах - 19 ммоль/л . О бмен железа у взрослых людей составляет 20-25 мг/сутки . Основная часть этого количества (90%) составляет эндогенное железо, освобождающееся при распаде эритроцитов, 10% - экзогенное железо, поступающее в составе пищевых продуктов.

Биологические функции железа:

• обязательный компонент окислительно - восстановительных процессов в организме
• транспорт кислорода (в составе гемоглобина)
• депонирование кислорода (в составе миоглобина)
• антиоксидантная функция (в составе каталазы и пероксидаз)
• стимулирует иммунные реакции в организме

Всасывание железа происходит в кишечнике и является лимитированным процессом. Считается, что всасывается 1/10 часть железа пищевых продуктов. В пищевых продуктах содержится окисленное 3-х валентное железо, которое в кислой среде желудка переходит в F е 2+ . Всасывание железа происходит в несколько этапов: поступление в энтероциты при участии муцина слизистой оболочки, внутриклеточный транспорт ферментами энтероцитов, переход железа в плазму крови. Во всасывании железа участвует белок апоферритин, который связывает железо и остаётся в слизистой кишечника, создавая депо железа. Эта стадия обмена железа является регуляторной: синтез апоферритина уменьшается при недостатке железа в организме.

Всосавшееся железо транспортируется в составе белка трансферрина, где окисляется церулоплазмином до F е 3+ , в результате чего возрастает растворимость железа. Трансферрин взаимодействует с тканевыми рецепторами, количество которых очень вариабельно. Этот этап обмена также является регуляторным.

Железо может депонироваться в форме ферритина и гемосидерина. Ферритин печени – водорастворимый белок, содержащий до 20% F е 2+ в виде фосфата или гидроксида. Гемосидерин – нерастворимый белок, содержит до 30% F е 3+ , включает в свой состав полисахариды, нуклеотиды, липиды..

Выведение железа из организма происходит в составе слущивающегося эпителия кожи, кишечника. Незначительное количество железа теряется через почки с жёлчью и слюной.

К наиболее часто встречающейся патологии обмена железа отностся железодефицитная анемия. Однако возможно и перенасыщение организма железом с накоплением гемосидерина и развитием гемохроматоза .

ТКАНЕВАЯ БИОХИМИЯ

Биохимия соединительной ткани .

Разнообразные виды соединительной ткани построены по единому принципу: в большой массе межклеточного основного вещества (протеогликаны и сетчатые гликопротеиды) распределены волокна (коллагеновые, эластиновые, ретикулиновые) и разнообразные клетки (макрофаги, фибробласты, и другие клетки).

Соединительная ткань выполняет разнообразные функции:

• опорная функция (костный скелет),
• барьерная функция,
• метаболическая функция (синтез в фибробластах химических компонентов ткани),
• депонирующая функция (накопление меланина в меланоцитах),
• репаративная функция (участие в заживлении ран),
• участие в водно-солевом обмене (протеогликаны связывают внеклеточную воду)

Состав и обмен основного межклеточного вещества .

Протеогликаны (смотри химию углеводов) и гликопротеиды (там же).

Синтез гликопротеидов и протеогликанов .

Углеводный компонент протеогликанов представлен гликозаминогликанами (ГАГ), включающими в свой состав ацетиламиносахара и уроновые кислоты. Исходным веществом для их синтеза служит глюкоза

1. глюкозо- 6 - фосфат → фруктозо-6-фосфат глютамин → глюкозамин .
2. глюкоза → УДФ-глюкоза → УДФ - глюкуроновая кислота
3. глюкозамин + УДФ-глюкуроновая кислота + ФАФС → ГАГ
4. ГАГ + белок → протеогликан

Распад протеогликанов, гликопротеидов о существляется различными ферментами: гиалуронидазой, идуронидазой, гексаминидазами, сульфатазами .

Обмен белков соединительной ткани.

Обмен коллагена

Основным белком соединительной ткани является коллаген (структуру смотри в разделе «Химия белков»). Коллаген - это полиморфный белок с различными вариантами сочетания полипептидных цепей в его составе. В организме человека преобладают фибриллообразующие формы коллагена 1,2,3 типа.

Синтез коллагена.

Синтез коллагена происходит в фиробластах и во внеклеточном пространстве, включает несколько стадий. На первых стадиях синтезируется проколлаген (представлен 3 полипептидными цепями, имеющими в своём составе дополнительные N и С концевые фрагменты). Затем происходит посттрансляционная модификация проколлагена двумя способами: путем окисления (гидроксилирование) и путём гликозилирования.

1. окислению подвергается аминокислоты лизин и пролин при участии ферментов лизиноксигеназы, пролиноксигеназы, ионов железа и витамина С. Образовавшиеся гидроксилизин, гидроксипролин, участвуют в формировании поперечных связей в коллагене
2. присоединение углеводного компонента осуществляется при участии ферментов гликозилтрансфераз .

Модифицированный проколлаген поступает в межклеточное пространство, где подвергается частичному протеолизу путём отщепления концевых N и С фрагментов. В результате проколлаген переходит в тропоколлаген - структурный блок коллагенового волокна.

Распад коллагена .

Коллаген - медленно обменивающийся белок. Распад коллагена осуществляется ферментом коллагеназой. Он является цинксодержащим ферментом, который синтезируется в виде проколлагеназы. Проколлагеназа активируется трипсином, плазмином, калликреином путём частичного протеолиза. Коллагеназа расщепляет коллаген в середине молекулы на большие фрагменты, которые далее расщепляются цинксодержащими ферментами желатиназами .

Витамин «С», аскорбиновая кислота, антицинготный витамин

В обмене коллагена очень важную роль играет витамин «С». По химической природе он является лактоном кислоты, по структуре близкой глюкозе. Суточная потребность в аскорбиновой кислоте для взрослого человека составляет 50 – 100 мг. Витамин «С» распространён в фруктах, овощах. Роль витамина «С» заключается в следующем:

• участвует в синтезе коллагена,
• участвует в обмене тирозина,
• участвует в переходе фолиевой кислоты в ТГФК,
• является антиоксидантом

Авитаминоз «С» проявляется цингой (гингивит, анемия, кровоточивость).

Обмен эластина .

Обмен эластина изучен недостаточно. Считается, что синтез эластина в виде проэластина происходит только в эмбриональном периоде. Распад эластина осуществляется ферментом нейтрофилов эластазой , который синтезируется в виде неактивной проэластазы.

Особенности состав и обмена соединительной ткани в детском возрасте.

• Выше содержание протеогликанов,
• Иное соотношение ГАГ: больше гиалуроновой кислоты, меньше хондроттинсульфатов и кератансульфатов.
• Преобладает коллаген 3 типа, менее устойчивый и более быстро обменивающийся.
• Более интенсивный обмен компонентов соединительной ткани.

Нарушения обмена соединительной ткани.

Возможны врождённые нарушения обмена гликозаминогликанов и протеогликанов – мукополисахаридозы. Вторую группу заболеваний соединительной ткани составляют коллагенозы, в частности, ревматизм. При коллагенозах наблюдается деструктция коллагена, одним из симптомов которой является гидроксипролинурия

Биохимия поперечно - полосатой мышечной ткани

Химический состав мышц: 80-82% составляет вода, 20% приходится на сухой остаток. 18% сухого остатка приходится на белки, остальная часть его представлена азотистыми небелковыми веществами, липидами, углеводами, минеральными веществами.

Белки мышц .

Белки мышц делятся на 3 вида:

1. саркоплазматические (водорастворимые) белки, составляют 30% всех белков мышц
2. миофибриллярные (солерастворимые) белки, составляют 50% всех белков мышц
3. стромальные (водонерастворимые) белки, составляют 20% всех мышечных белков

Миофибриллярные белки представлены миозином, актином, (основные белки) тропомиозином и тропонином (минорные белки).

Миозин - белок толстых нитей миофибрилл, имеет молекулярную массу около 500 000 д, состоит из двух тяжёлых цепей и 4 легких цепей. Миозин относится к группе глобулярно - фибрилярных белков. В нём чередуются глобулярные «головки» из лёгких цепей и фибриллярные «хвосты» из тяжёлых цепей. «Головка» миозина обладает ферментативной АТФ-азной активностью. На миозин приходится 50% миофибриллярных белков.

Актин представлен двумя формами глобулярной (G -форма ), фибриллярной (F -форма). G - форма имеет молекулярную массу 43 000 д. F -форма актина имеет вид закрученных нитей из шаровидных G -форм. На этот белок приходится 20-30% миофибриллярных белков.

Тропомиозин - минорный белок с молекулярной массой 65 000 д. Он имеет овальную палочковидную форму, укладывается в углублениях активной нити, и выполняет функцию «изолятора» между активной и миозиновой нитью.

Тропонин – Са - зависимый белок, который меняет свою структуру при взаимодействии с ионами кальция.

Саркоплазматитческие белки представлены миоглобином, ферментами, компонентами дыхательной цепи.

Стромальные белки - коллаген, эластин.

Азотистые экстрактивные вещества мышц.

К азотистым небелковым веществам относятся нуклеотиды (АТФ), аминокислоты (в частности, глютамат), дипептиды мышц (карнозин и ансерин). Данные дипептиды влияют на работу натриевых, кальциевых насосов, активируют работу мышц, регулируют апопоптоз, являются антиоксидантами. К азотистым веществам относится креатин, фосфокреатин и креатинин. Креатин синтезируется в печени и транспортируется в мышцы.

Органические безазотистые вещества

В мышцах содержатся все классы липидов . Углеводы представлены глюкозой, гликогеном и продуктами углеводного обмена (лактат, пируват).

Минеральные вещества

В мышцах содержится набор многих минеральных веществ. Наиболее высока концентрация кальция, натрия, калия, фосфора.

Химизм мышечного сокращения и расслабления.

При возбуждении поперечно – полосатых мышц происходит выход ионов кальция из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму, где концентрация Са 2+ увеличивается до 10 -3 моля. Ионы кальция взаимодействует с регуляторным белком тропонином, изменяя его конформацию. В результате этого происходит смещение регуляторного белка тропомиозина вдоль актинового волокна и освобождение участков взаимодействия актина и миозина. Активируется АТФ-азная активность миозина. За счёт энергии АТФ изменяется угол наклона «головки» миозина по отношению к «хвосту», и в результате происходит скольжение актиновых нитей относительно миозиновых, наблюдается сокращение мышц.

По прекращении поступления импульсов ионы кальция «закачивается» в саркоплазматический ретикулум при участии Са - АТФ-азы за счёт энергии АТФ. Концентрация Са 2+ в цитоплазме снижается до 10 -7 моля, что ведёт к освобождению тропонина от ионов кальция. Это, в свою очередь, сопровождается изоляцией сократительных белков актина и миозина белком тропомиозином, происходит расслабление мышц .

Для мышечного сокращения последовательно используются следующие источники энергии :

1. ограниченный запас эндогенного АТФ
2. незначительный фонд креатинфосфата
3. образование АТФ за счёт 2 молекул АДФ при участии фермента миокиназы

(2 АДФ → АМФ + АТФ)

1. анаэробное окисление глюкозы
2. аэробные процессы окисления глюкозы, жирных кислот, ацетоновых тел

В детском возрасте в мышцах повышено содержание воды, меньше доля миофибриллярных белков, выше уровень стромальных белков.

К нарушениям химического состава и функции поперечно - полосатых мышц относятся миопатии, при которых наблюдается нарушение энергетического обмена в мышцах и снижение содержания миофибриллярных сократительных белков.

Биохимия нервной ткани .

Серое вещество головного мозга (тела нейронов) и белое вещество (аксоны) отличаются содержанием воды и липидов. Химический состав серого и белого вещества:

Белки головного мозга

Белки головного мозга различаются по растворимости. Выделяют водорастворимые (солерастворимые) белки нервной ткани, к которым относятся нейроальбумины, нейроглобулины, гистоны, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, и водонерастворимые (соленерастворимые), к которым относятся нейроколлаген, нейроэластин, нейростромин.

Азотистые небелковые вещества

Небелковые азотсодержащие вещества мозгапредставлены аминокислотами, пуринами, мочевой кислотой, дипептидом карнозином, нейропептидами, нейромедиаторами. Среди аминокислот в большей концентрации содержатся глютамат и аспатрат, относящиеся к возбуждающим аминокислотам головного мозга.

Нейропептиды (нейроэнкефалины, нейроэндорфины) – это пептиды, обладающие морфиноподобным обезболивающим эффектом. Они являются иммуномодуляторами, выполняют нейромедиаторную функцию. Нейромедиаторы норадреналин и ацетилхолин являются биогенными аминами.

Липиды головного мозга

Липиды составляют 5% сырой массы серого вещества и 17% сырой массы белого вещества, соответственно 30 - 70% от сухой массы мозга. Липиды нервной ткани представлены:

• свободными жирными кислотами (арахидоновая, цереброновая, нервоновая)
• фосфолипидами (ацетальфосфатиды, сфингомиелины, холинфосфатиды, холестерин)
• сфинголипидами (ганглиозиды, цереброзиды)

Распределение жиров в сером и белом веществе неравномерно. В сером веществе отмечается более низкое содержание холестерина, высокое содержание цереброзидов. В белом веществе выше доля холестерина и ганглиозидов.

Углеводы головного мозга

Углеводы содержатся в ткани мозга в очень низкой концентрации, что является следствием активного использования глюкозы в нервной ткани. Углеводы представлены глюкозой в концентрации 0,05%, метаболитами углеводного обмена.

Минеральные вещества

Натрий, кальций, магний, распределены в сером и белом веществе довольно равномерно. В белом веществе отмечается повышенная концентрация фосфора.

Основная функция нервной ткани заключается в проведении и передаче нервного импульса.

Проведение нервного импульса

Проведение нервного импульса связано с изменением концентрации натрия и калия внутри и вне клеток. При возбуждении нервного волокна резко увеличивается проницаемость нейронов и их отростков для натрия. Натрий из внеклеточного пространства поступает внутрь клеток. Выход калия из клеток задерживается. В результате происходит возникновение заряда на мембране: наружная поверхность приобретает отрицательный заряд, а внутренняя положительный заряд - возникает потенциал действия . По окончании возбуждения ионы натрия «выкачиваются» во внеклеточное пространство при участии К, Na -АТФ-азы, и мембрана перезаряжается. Снаружи возникает положительный заряд, а внутри - отрицательный заряд - возникает потенциал покоя .

Передача нервного импульса

Передача нервного импульса в синапсахпроисходит в синапсах осуществляется с помощью нейромедиаторов. Классическими нейромедиаторами являются ацетилхолин и норадреналин.

Ацетилхолин синтезируется их ацетил-КоА и холина при участии фермента ацетилхолинтрансферазы , накапливается в синаптических пузырьках, выделяется в синаптическую щель и взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны. Ацетилхолин разрушается ферментом холинэстеразой .

Норадреналин синтезируется из тирозина, разрушается ферментом моноаминоксидазой .

В качестве медиаторов могут выступать также ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), серотонин, глицин.

Особенности метаболизма нервной ткани заключаются в следующем:

• наличие гематоэнцефалического барьера ограничивает проницаемость мозга для многих веществ,
• преобладают аэробные процессы
• основным энергетическим субстратом является глюкоза

У детей к моменту рождения сформировано 2/3 нейронов, остальная часть их формируется в течение первого года. Масса мозга у годовалого ребёнка составляет около 80% от массы мозга взрослого человека. В процессе созревания мозга резко увеличивается содержание липидов, активно протекают процессы миелинизации.

Биохимия печени.

Химический состав ткани печени: 80% вода, 20% сухой остаток (белки, азотистые вещества, липиды, углеводы, минеральные вещества).

Печень участвует во всех видах обмена организма человека.

Углеводный обмен

В печени активно протекает синтез и распад гликогена, глюконеогенез, происходит усвоение галактозы и фруктозы, активен пентозофосфатный путь.

Липидный обмен

В печени происходит синтез триацилглицеринов, фосфолипидов, холестерина, синтез липопротеидов (ЛПОНП, ЛПВП), синтез жёлчных кислот из холестерина, синтез ацетоновых тел, которые затем транспортируются в ткани,

Азотистый обмен

Для печени характерен активный обмен белков. В ней происходит синтез всех альбуминов и большинства глобулинов плазмы крови, факторов свёртывания крови. В печени также определённый создаётся резерв белков организма. В печени активно протекает катаболизм аминокислот – дезаминирование, трансаминирование, синтез мочевины. В гепатоцитах происходит распад пуринов с образованием мочевой кислоты, синтез азотистых веществ - холина, креатина.

Антитоксическая функция

Печень является важнейшим органом обезвреживания как экзогенных (лекарственных веществ), так и эндогенных токсических веществ (билирубин, продукты гниения белков аммиак). Детоксикация ядовитых веществ в печени происходит в несколько этапов:

1. повышается полярность и гидрофильность обезвреживаемых веществ путём окисления (индол в индоксил), гидролиза (ацетилсалициловая → уксусная + салициловая кислоты), восстановления и т. д.
2. конъюгирование с глюкуроновой кислотой, серной кислотой, гликоколом, глютатионом, металотионеином (для солей тяжелых металлов)

В результате биотрансформации токсичность, как правило, заметно снижается.

Пигментный обмен

Участие печени в обмене жёлчных пигментов состоит в обезвреживании билирубина, разрушении уробилиногена

Порфириновый обмен :

В печени происходит синтез порфобилиногена, уропорфириногена, копропорфириногена, протопорфирина и гема.

Обмен гормонов

Печень активно осуществляет инактивацию адреналина, стероидов (конъюгирование, окисление), серотонина, других биогенных аминов.

Водно-солевой обмен

Печень косвенно участвует в водно-солевом обмене путём синтеза белков плазмы крови, определяющих онкотическое давление, синтеза ангиотензиногена – предшественника ангиотензина II .

Минеральный обмен

: В печени происходит депонирование железа, меди, синтез транспортных белков церулоплазмина и трансферрина, экскреция минеральных веществ в составе жёлчи..

В раннем детском возрасте функции печени находятся в стадии становления, возможно их нарушение.

Литература

Баркер Р.: Наглядная неврология. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005

И.П. Ашмарин, Е.П. Каразеева, М.А. Карабасова и др.: Патологическая физиология и биохимия. - М.: Экзамен, 2005

Кветная Т.В.: Мелатонин - нейроиммуноэндокринный маркер возрастной патологии. - СПб.: ДЕАН, 2005

Павлов А.Н.: Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. - М.: Высшая школа, 2005

Печерский А.В.: Частичный возрастной андрогенный дефицит. - СПб.: СПбМАПО, 2005

Под ред. Ю.А. Ершова; Рец. Н.Е. Кузьменко: Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. - М.: Высшая школа, 2005

Т.Л. Алейникова и др. ; Под ред. Е.С. Северина; Рец.: Д.М. Никулина, З.И. Микашенович, Л.М. Пустовалова: Биохимия. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2005

Тюкавкина Н.А.: Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 2005

Жижин Г.В.: Саморегулируемые волны химических реакций и биологических популяций. - СПб.: Наука, 2004

Иванов В.П.: Белки клеточных мембран и сосудистые дистонии у человека. - Курск: КГМУ КМИ, 2004

Ин-т физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН; Отв. ред. В.В. Кузнецов: Андрей Львович Курсанов: Жизнь и творчество. - М.: Наука, 2004

Комов В.П.: Биохимия. - М.: Дрофа, 2004

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
21479.		ОБМЕН БЕЛКОВ	150.03 KB
	Различают три вида азотистого баланса: азотистое равновесие положительный азотистый баланс отрицательный азотистый баланс При положительном азотистом балансе поступление азота преобладает над его выделением. При заболевании почек возможен ложный положительный азотистый баланс при котором происходит задержка в организме конечных продуктов азотистого обмена. При отрицательном азотистом балансе преобладает выделение азота над его поступлением. Это состояние возможно при таких заболеваниях как туберкулез ревматизм онкологические...
21481.		ОБМЕН И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ	194.66 KB
	Жиры включают в свой состав различные спирты и жирные кислоты. Спирты представлены глицерином сфингозином холестерином В тканях человека преобладают длинноцепочечные жирные кислоты с чётным числом углеродных атомов. Различают насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты...
385.		СТРОЕНИЕ И ОБМЕН УГЛЕВОДОВ	148.99 KB
	Строение и биологическая роль глюкозы и гликогена. Гексозодифосфатный путь расщепления глюкозы. Открытая цепь и циклические формы углеводов на рисунке молекула глюкозы представлена в виде открытой цепи и в виде циклической структуры. У гексоз типа глюкозы первый атом углерода соединяется с кислородом при пятом углеродном атоме что приводит к образованию шестичленного кольца.
7735.		ОБЩЕНИЕ КАК ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ	35.98 KB
	По невербальным каналам коммуникации в процессе общения передается около 70 процентов информации и только 30 по вербальным. Следовательно больше о человеке может сказать не слово а взгляд мимика пластика позы жесты телодвижения межличностная дистанція одежда и другие невербальные средства общения. Итак основными задачами невербального общения можно считать следующие: создание и поддержание психологического контакта регуляция процесса общения; добавление новых значимых оттенков словесному тексту правильное толкование слов;...
6645.		Обмен веществ и энергии (метаболизм)	39.88 KB
	Поступление веществ в клетку. Благодаря содержанию растворов солей сахаров и других осмотически активных веществ клетки характеризуются наличием в них определенного осмотического давления. Разность концентрации веществ внутри и снаружи клетки называют градиентом концентрации.
21480.		ОБМЕН И ФУНКЦИИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ	116.86 KB
	Дезоксирибонуклеиновая кислота Азотистые основания в ДНК представлены аденином гуанином тимином цитозином углевод - дезоксирибозой. ДНК играет важную роль в хранении генетической информации. В отличие от РНК в ДНК присутствуют две полинуклеотидные цепи. Молекулярная масса ДНК около 109 дальтон.
386.		СТРОЕНИЕ И ОБМЕН ЖИРОВ И ЛИПОИДОВ	724.43 KB
	В составе липидов обнаружены многочисленные и разнообразные структурные компоненты: высшие жирные кислоты спирты альдегиды углеводы азотистые основания аминокислоты фосфорная кислота и др. Жирные кислоты входящие в состав жиров делятся на предельные и непредельные. Жирные кислоты Некоторые физиологически важные насыщенные жирные кислоты Число атомов С Тривиальное название Систематическое название Химическая формула соединения...
10730.		Международный технологический обмен. Международная торговля услугами	56.4 KB
	Транспортные услуги на мировом рынке. Основное отличие состоит в том что услуги обычно не имеют овеществленной формы хотя ряд услуг приобретает ее например: в виде магнитных носителей для компьютерных программ различной документации отпечатанной на бумаге и др. Услуги в отличие от товаров производятся и потребляются в основном одновременно и не подлежат хранению. ситуация когда продавец и покупатель услуги не перемещаются через границу се пересекает только услуга.
4835.		Обмен железа и нарушение обмена железа. Гемоседероз	138.5 KB
	Железо является важнейшим микроэлементом, принимает участие в дыхании, кроветворении, иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях, входит в состав более 100 ферментов. Железо является незаменимой составной частью гемоглобина и миогемоглобина. В организме взрослого человека содержится около 4 г железа, из них более половины (около 2,5 г) составляет железо гемоглобина.

Вода- важнейшая составная часть живого организма. Организмы без воды существовать не могут. Без воды человек погибает менее чем через неделю, тогда как без пищи, но получая воду он может прожить более месяца. Потеря организмом 20% воды приводит к смерти. В организме содержание воды составляет 2 / 3 от массы тела и изменяется с возрастом. Количество воды в разных тканях различно. Суточная потребность человека в воде примерно составляет 2,5 л. Эта потребность в воде покрывается за счет введения в организм жидкостей и пищевых продуктов. Эту воду считают экзогенной. Воду, которая образуется в результате окислительного распада в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной.

Вода является средой, в которой протекает большинство реакций обмена. Она принимает непосредственное участие в обмене веществ. Определенная роль принадлежит воде в процессах теплорегуляции организма. С помощью воды происходит доставка тканям и клеткам питательных веществ и удаление из них конечных продуктов обмена.

Выделение воды из организма осуществляется почками - 1,2- 1,5 л, кожей - 0,5 л, легкими - 0,2-0,3 л. Обмен воды регулируется нервно-гормональной системой. Задержке воды в организме способствуют гормоны коры надпочечников (кортизон, альдостерон) и гормон задней доли гипофиза вазопрессин. Гормон щитовидной железы тироксин усиливает выведение воды из организма.
^

ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Минеральные соли относятся к числу пищевых незаменимых веществ. Минеральные элементы не обладают питательной ценностью, но они нужны организму как вещества, участвующие в регуляции обмена веществ, в поддержании осмотического давления, для обеспечения постоянства рН внутри- и внеклеточной жидкости организма. Многие минеральные элементы являются структурными компонентами ферментов и витаминов.

В состав органов и тканей человека и животных входят макроэлементы и микроэлементы. Последние содержатся в организме в очень незначительных количествах. В различных живых организмах, как и в теле человека, в наибольшем количестве встречаются кислород, углерод, водород, азот. Эти элементы, а также фосфор и сера, входят в состав живых клеток в виде различных соединений. К макроэлементам следует отнести также натрий, калий, кальций, хлор и магний. Из микроэлементов в организме животных обнаружены следующие:медь, марганец, йод, молибден, цинк, фтор, кобальт и др. Железо занимает промежуточное положение между макро- и микроэлементами.

Минеральные вещества в организм поступают только с пищей. Затем через слизистую оболочку кишечника и кровеносные сосуды- в воротную вену и в печень. В печени происходит задержка некоторых минеральных веществ: натрия, железа, фосфора. Железо входит в состав гемоглобина, участвуя в переносе кислорода, а также в состав окислительно-восстановительных ферментов. Кальций входит в состав костной ткани и придает ей прочность. Кроме того, играет важную роль при свертывании крови. Очень для организма фосфор, который встречается кроме свободного (неорганического) в соединениях с белками, жирами и углеводами. Магний регулирует нервно-мышечную возбудимость, активизирует многие ферменты. Кобальт входит в состав витамина В 12 . Йод участвует в образовании гормонов щитовидной железы. Фтор встречается в тканях зубов. Натрий и калий имеют большое значение в поддержании осмотического давления крови.

Обмен минеральных веществ тесно связан с обменом органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов). Например, ионы кобальта, марганца, магния, железа необходимы для нормального обмена аминокислот. Ионы хлора активируют амилазу. Ионы кальция оказывают активирующее действие на липазу. Окисление жирных кислот идет более энергично в присутствии ионов меди и железа.
^

ГЛАВА 12. ВИТАМИНЫ

Витамины-это низкомолекулярные органические соединения, являющиеся обязательным компонентом пищи. Они не синтезируются в животном организме. Основным источником для организма человека и животных является растительная пища.

Витамины являются биологически активными веществами. Их отсутствие или недостаток в пище сопровождается резким нарушением процессов жизнедеятельности, приводящим к возникновению тяжелых болезней. Необходимость в витаминах обусловлена тем, что многие из них являются составными частями ферментов и коферментов.

По своему химическому строению витамины весьма разнообразны. Их делят на две группы: водорастворимые и жирорастворимые.

^ ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

1. Витамин B 1 (тиамин, аневрин). Его химическая структура характеризуется наличием аминной группы и атома серы. Наличие спиртовой группы в витамине B 1 дает возможность образовывать с кислотами сложные эфиры. Соединяясь с двумя молекулами фосфорной кислоты, тиамин образует сложный эфир тиаминдифосфат, который является коферментной формой витамина. Тиаминдифосфат является коферментом декарбоксилаз, катализирующих декарбоксилирование -кетокислот. При отсутствии или недостаточном поступлении в организм витамина B 1 становится невозможным осуществление углеводного обмена. Нарушения происходят на стадии утилизации пировиноградной и -кетоглютаровой кислот.

2. Витамин В 2 (рибофлавин). Этот витамин является метилиро-ванным производным изоаллоксазина, связанного с 5-атомным спиртом рибитолом.

В организме рибофлавин в виде сложного эфира с фосфорной кислотой входит в состав простетической группы флавиновых ферментов (ФМН, ФАД), катализирующих процессы биологического окисления, обеспечивая перенос водорода в дыхательной цепи, а также реакции синтеза и распада жирных кислот.

3. Витамин В 3 (пантотеновая кислота). Пантотеновая кислота построена из -аланина и диоксидиметилмасляной кислоты, соединенных пептидной связью. Биологическое значение пантотеновой кислоты состоит в том, что она входит в состав кофермента А, играющего огромную роль в обмене углеводов, жиров и белков.

4. Витамин B 6 (пиридоксин). По химической природе витамин B 6 является производным пиридина. Фосфорилированное произ-водное пиридоксина является коферментом ферментов, катализирующих реакции обмена аминокислот.

5. Витамин B 12 (кобаламин). Химическая структура витамина отличается большой сложностью. В его состав, входит, четыре пиррольных кольца. В центре находится атом кобальта, связанный с азотом пиррольных колец.

Витамину B 12 принадлежит большая роль в переносе метильных групп, а также синтезе нуклеиновых кислот.

6. Витамин РР (никотиновая кислота и ее амид). Никотиновая кислота представляет собой производное пиридина.

Амид никотиновой кислоты является составной частью коферментов НАД+и НАДФ + , входящих в состав дегидрогеназ.

7. Фолиевая кислота (Витамин В с). Выделена из листьев шпината (латинское folium -лист). В состав фолиевой кислоты входит пара-аминобензойная кислота и глютаминовая кислота. Фолиевой кислоте принадлежит важная роль в обмене нуклеиновых кислот и синтезе белка.

8. Пара-аминобензойная кислота. Ей принадлежит большая роль в синтезе фолиевой кислоты.

9. Биотин (витамин Н). Биотин входит в состав фермента, катализирующего процесс карбоксилирования (присоединения CO 2 к углеродной цепи). Биотин необходим для синтеза жирных кислот и пуринов.

10. Витамин С (аскорбиновая кислота). По химической структуре аскорбиновая кислота близка к гексозам. Особенностью этого соединения является его способность к обратимому окислению с образованием дегидроаскорбиновой кислоты. Оба эти соединения обладают витаминной активностью. Аскорбиновая кислота принимает участие в окислительно-восстановительных процессах организма, предохраняет от окисления SH-группы ферментов, обладает способностью обезвоживать токсины.

^ ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

К этой группе относятся витамины групп А, Д, Е, К- и др.

1. Витамины группы А. Витамин A 1 (ретинол, антиксерофтальмический) по своей химической природе близок к каротинам. Представляет собой циклический одноатомный спирт.

2. Витамины группы Д (антирахитический витамин). По своей химической структуре витамины группы Д близки к стеринам. Витамин Д 2 образуется из эргостерина дрожжей, а Д 3 - из 7-де-гидрохолестерина в животных тканях под влиянием ультрафиолетового облучения.

3. Витамины группы Е (, , -токоферолы). Основные изменения при авитаминозе Е происходят в половой системе (потеря способности к вынашиванию плода, дегенеративные изменения сперматозоидов). Вместе с этим недостаточность витамина Е вызывает поражение самых разнообразных тканей.

4. Витамины группы К. По своему химическому строению витамины этой группы (K 1 и К 2) относятся к нафтохинонам. Характерным признаком авитаминоза К является возникновение подкожных, внутримышечных и других кровоизлияний и нарушение свертывания крови. Причиной этого является нарушение синтеза белка протромбина-компонента системы свертывания крови.

АНТИВИТАМИНЫ

Антивитамины являются антагонистами витаминов: Часто эти вещества очень близки по структуре к соответствующим витаминам, и тогда в основе их действия лежит «конкурентное» вытеснение антивитамином соответствующего витамина из его комплекса в ферментной системе. В результате образуется «недеятельный» фермент, нарушается обмен и возникает тяжелое заболевание. Например, сульфаниламиды являются антивитаминами парааминобензойной кислоты. Антивитамином витамина B 1 является пиритиамин.

Различают также структуроразличные антивитамины, которые способны связывать витамины, лишая их витаминной активности.
^

ГЛАВА 13. ГОРМОНЫ

Гормоны так же, как и витамины, относятся к биологически активным веществам и являются регуляторами обмена веществ и физиологических функций. Их регулирующая роль сводится к активации или ингибированию ферментных систем, изменению проницаемости биологических мембран и транспорта веществ через них, возбуждению или усилению различных биосинтетических процессов, в том числе и синтеза ферментов.

Гормоны вырабатываются в железах внутренней секреции (эндокринных железах), которые не имеют выводных протоков и свой секрет выделяют непосредственно в кровоток. К числу эндокринных желез относятся щитовидная, паращитовидные (около щитовидные), половые железы, надпочечники, гипофиз, поджелудочная, зобная (вилочковая) железы.

Заболевания, возникающие при нарушении функций той или иной эндокринной железы, являются следствием либо ее гипофункции (пониженной секреции гормона), либо гиперфункции (избыточного выделения гормона).

Гормоны по химической структуре можно разделить на три группы: гормоны белковой природы; гормоны, производные аминокислоты тирозина, и гормоны стероидной структуры.

^ ГОРМОНЫ БЕЛКОВОЙ ПРИРОДЫ

К ним относятся гормоны поджелудочной железы, передней до ли гипофиза и паращитовидных желез.

Гормоны поджелудочной железы-инсулин и глюкагон -участвуют в регуляции углеводного обмена. По своему действию являются антагонистами между собой. Инсулин снижает, а глюкагон увеличивает уровень сахара в крови.

Гормоны гипофиза регулируют деятельность многих других эндокринных желез. К ним относятся:

Соматотропный гормон (СТГ) - гормон роста, стимулирует рост клеток, повышает уровень биосинтетических процессов;

Тиреотропный гормон (ТТГ) -стимулирует деятельность щитовидной железы;

Адренокортикотропный гормон (АКТГ) - регулирует биосинтез кортикостероидов корой надпочечников;

Гонадотропные гормоны -регулируют функцию половых желез.

^ ГОРМОНЫ РЯДА ТИРОЗИНА

К ним относятся гормоны щитовидной железы и гормоны мозгового слоя надпочечников. Основными гормонами щитовидной железы являются тироксин и трийодтиронин. Эти гормоны являются йодированными производными аминокислоты тирозина. При гипофункции щитовидной железы снижаются обменные процессы. Гиперфункция щитовидной железы приводит к повышению основного обмена.

Мозговое вещество надпочечников вырабатывает два гормона-адреналин и норадреналин. Эти вещества повышают кровяное давление. Адреналин оказывает значительное влияние на обмен углеводов -повышает уровень глюкозы в крови.

^ СТЕРОИДНЫЕ ГОРМОНЫ

К этому классу относятся гормоны, вырабатываемые корковым слоем надпочечников и половыми железами (яичниками и семенниками). По химической природе они представляют собой стероиды. Кора надпочечников вырабатывает кортикостероиды, они содержат С 21 -атом. Их делят на минералокортикоиды, из которых наиболее активными являются альдостерон и дезоксикортикостерон. и глюкокортикоиды -кортизол (гидрокортизон), кортизон и кортикостерон. Глюкокортикоиды оказывают большое влияние на обмен углеводов и белков. Минералокортикоиды регулируют в основном обмен воды и минеральных веществ.

Различают мужские (андрогены) и женские (эстрогены) половые гормоны. Первые являются С 19 -, а вторые C 18 -стероидами. К андрогенам относятся тестостерон, андростендион и др., к эстрогенам - эстрадиол, эстрон и эстриол. Наиболее активными является тестостерон и эстрадиол. Половые гормоны обусловливают нормальное половое развитие, формирование вторичных половых признаков, оказывают влияние на обмен веществ.

^ ГЛАВА 14. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

В проблеме питания можно выделить три взаимосвязанных раздела: рациональное питание, лечебное и лечебно-профилактическое. Основой является так называемое рациональное питание, так как оно строится с учетом потребностей здорового человека, в зависимости от возраста, профессии, климатических и др. условий. Основа рационального питания - сбалансированность и правильный режим питания. Рациональное питание является средством нормализации состояния организма и поддержания его высокой трудоспособности.

С пищей в организм человека поступают углеводы, белки, жи­ры, аминокислоты, витамины, минеральные вещества. Потребность в этих веществах различна и определяется физиологическим состоянием организма. Растущий организм нуждается в большем количестве пищи. Человек, занимающийся спортом или физическим трудом, расходует большое количество энергии, а поэтому также нуждается в большем количестве пищи, чем человек малоподвижный.

В питании человека количество белков, жиров и углеводов должно быть в соотношении 1:1:4, т. е. необходимо на 1 г белка.употреблять 1 г жира и 4 г углеводов. Белки должны обеспечивать около 14% калорийности суточного рациона, жиры около 31%, а углеводы около 55%.

На современном этапе развития науки о питании недостаточно исходить только из общего потребления пищевых веществ. Весьма важно установить удельный вес в питании незаменимых компонентов пищи (незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, витаминов, минеральных веществ и др.). Современное учение о потребностях человека в пище получило выражение в концепции сбалансированного питания. Согласно этой концепции, обеспечение нормальной жизнедеятельности возможно не только при условии снабжения организма адекватным количеством энергии и белка, но и при соблюдении достаточно сложных взаимоотношений между многочисленными незаменимыми факторами питания, способными проявлять в организме максимум своего полезного биологического действия. В основе закона сбалансированного питания лежат представления о количественных и качественных аспектах процессов ассимиляции пищи в организме, т. е. вся сумма обменных энзиматических реакций.

В Институте питания АМН СССР разработаны средние данные о величинах потребности взрослого человека в пищевых веществах. Главным образом, в определении оптимальных соотношений отдельных пищевых веществ именно такое соотношение пищевых веществ необходимо в среднем для поддержания нормальной жизнедеятельности взрослого человека. Поэтому при подготовке общих рационов питания и оценке отдельных продуктов необходимо ориентироваться на данные соотношения. Важно помнить, что вредна не только недостаточность отдельных эссенциальных факторов, но опасен и их избыток. Причина токсичности избытка незаменимых пищевых веществ, вероятно, связана с разбалансированностью рациона питания, которое в свою очередь приводит к нарушению биохимического гомеостаза (постоянства состава и свойств внутренней среды) организма, к нарушению клеточного питания.

Приведенная сбалансированность питания вряд ли может быть перенесена без изменения в структуру питания людей, находящихся в различных условиях труда и быта, людей различного возраста и пола и т. п. Исходя из того, что в основе различий в потребностях в энергии и пищевых веществах лежат особенности протекания обменных процессов и их гормональной и нервной регуляции, необходимо для лиц различного возраста и пола, а также для лиц со значительными отклонениями от средних показателей нормального энзиматического статуса в обычное представление формулы сбалансированного питания внести определенные корректировки.

Институтом питания АМН СССР предложены нормативы для

расчета оптимальных рационов питания населения нашей страны.

Эти рационы дифференцированы относительно трех климатических

зон: северной, центральной и южной. Однако последние научные данные говорят о том, что такое деление сегодня не может удовлетворять. Последние исследования показали, что в пределах нашей страны Север необходимо делить на две зоны: европейский и азиатский. Эти зоны между собой существенно отличаются по климатическим условиям. В институте клинической и экспериментальной медицины СО АМН СССР (г. Новосибирск) в результате длительных исследований показано, что в условиях азиатского Севера перестраивается обмен белков, жиров, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов, в связи с чем возникает необходимость уточнения норм питания человека с учетом сдвигов в обмене веществ. В настоящее время в широких масштабах ведутся исследования в области рационализации питания населения Сибири и Дальнего Востока. Первостепенная роль в изучении этого вопроса отводится биохимическим исследованиям.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ

(Водно-солевой обмен. Биохимия почек и мочи)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рецензент: профессор Н.В. Козаченко

Утверждена на заседании кафедры пр.№ _____ от _______________2004 г.

Утверждена зав. кафедрой ________________________________________

Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов

пр.№ _____ от _______________2004 г.

Председатель________________________________________________

Водно-солевой обмен

Одним из наиболее часто нарушающихся при патологии видов обмена веществ является водно-солевой. Он связан с постоянным движением воды и минеральных веществ из внешней среды организма во внутреннюю, и наоборот.

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5-3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700-1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800-1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ - 200-300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50-300 мл), дыхательные пути и кожу (850-1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5-3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

Участие воды в процессах жизнедеятельности весьма разнообразно. Вода является растворителем многих соединений, непосредственным компонентом ряда физико-химических и биохимических превращений, транспортером эндо- и экзогенных веществ. Кроме того, она выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхности хрящей суставов (тем самым облегчая их подвижность), участвует в терморегуляции. Вода поддерживает гомеостаз, зависящий от величины осмотического давления плазмы (изоосмия) и объема жидкости (изоволемия), функционирования механизмов регуляции кислотно-основного состояния, протекания процессов, обеспечивающих постоянство температуры (изотермию).

В организме человека вода пребывает в трех основных физико-химических состояниях, в соответствии с которыми выделяют: 1) свободную, или мобильную, воду (составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости); 2) воду, связанную гидрофильными коллоидами, и 3) конституциональную, входящую в структуру молекул белков, жиров и углеводов.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4-5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15-16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки,ноэта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Μn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

В таблице 1 (колонка 2) приведено среднее содержание минеральных веществ в организме взрослого человека (в расчете на массу 65 кг).Среднесуточная потребность взрослого человека в указанных элементах приведена в колонке 4. У детей и женщин в период беременности и кормления ребенка, а также у больных потребность в микроэлементах обычно выше.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод - в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо - в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н 2 О, Ca 2+ , PO 4 3- , связыванию Fe 2+ , I - , экскреции H 2 O, Na + , Ca 2+ , PO 4 3- .

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca 2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ - явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальцияможет наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl - при сильной рвоте.

Из-за недостаточного содержания иода в пищевых продуктах во многих районах Центральной Европы распространенным явлением стали иододефицитные состояния и зобная болезнь. Дефицит магния может возникать из-за диареи или из-за однообразного питания при алкоголизме. Недостаток в организме микроэлементов часто проявляется нарушением кроветворения, т. е. анемией.

В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

Таблица 1

Похожая информация.