1. lecke
Ábra. 2. Hidrogén a vízmolekulák közötti
Ha vízbe öntjük por vegyület polarizált kötésekre atomok között az anyag hordozó részleges pozitív töltés, és a víz oxigénatomok fordul elő elektrosztatikus vonzás; is előfordul közötti hidrogénatomok a víz és a szóban forgó anyag hordozó szénatomok negatív résztöltést. Ha a molekulák az anyag fog kötődni vízzel erősebben, mint minden más, akkor feloldjuk (például, mivel a kristályok fog viselkedni NaCl vagy szacharóz). Ha egy erősebb kapcsolat molekuláris anyagok egymással, csak a por nedves lesz a vizet (például őrölt üveg).
A vízbe helyezett a vegyületet apoláros kötések - mondjuk, a szén, a vízmolekulák nem lép kölcsönhatásba az anyaggal. Ők sokkal „jövedelmezőbb” alkotnak hidrogénkötéseket egymással, mint egy anyag, mivel kénytelenek voltak ki a vízből, és nem oldódnak. Ha az anyag folyékony, akkor elkülöníthető a vizet (például kerozin).
Vegyületek nem poláros hidrofób kovalens kötések nevezik (a görög Hydro -. Víz, Phobos - félelem, azaz, „a félelem a víz.”.). A szilárd hidrofób anyagokat nem nedvesíti a víz. Anyagok poláris kovalens és ionos kötések, vagy könnyen oldódnak vízben, vagy a jól nedvesített, ezek az úgynevezett hidrofil (a görög phileo -. Szerelem).
Ábra. 3. Forró víz a hidrofób felületre (a bal oldalon) és hidrofil (jobbra) anyag
Víz végez más fontos funkciókat. Így, azonnal belép több kémiai reakciók - például az emésztőrendszerben okoz a hidrolízis (bomlás alatt víz hatására) a különböző tápanyagok - fehérjék, zsírok, szénhidrátok. Ennek része a vér víz hőt a helyeken a termelés minden testrészét. Mivel a nagy hőkapacitású felszívja a felesleges hőt során biokémiai reakciók, és megakadályozza a túlmelegedés a test. A víz nagy párolgás rejtett hője, és ez a tulajdonság hűtésére használják a test (ziháló kutya kilóg a nyelve, csak hogy a víz elpárologtatása lehűti, és vele együtt az egész test). Végül, a víz és oldott anyagok teremt turgornyomás.
Az élő szervezetek, amelyek több különféle kémiai elemek. Például, egy felnőtt 70 kg-os a következő elemi összetétel:
1. táblázat közelítő elemi összetétele az emberi test
Sok foszfor és kalcium beépülését a csontokba. Kalcium is fontos szerepet játszik a szabályozás a különböző élettani és biokémiai folyamatok - izom-összehúzódás, a véralvadásban, a sejtosztódás és mások. A foszfor egy része a nukleinsav, nukleotidok, és a különböző energiában gazdag vegyületek. Azt is szabályozásában vesz részt az enzim aktivitását.
nátrium, kálium és a klór is részt vesz annak létrehozásában a szükséges ozmotikus nyomás a sejtek citoplazmájában és az extracelluláris folyadékokban, fenntartásában az elektromos potenciál a külső membrán, a folyamatok a gerjesztés ideg- és izomsejtek.
Kén része fehérje és néhány szerkezeti poliszacharidok.
Magnézium-ionok, cink és mangán van szükség bizonyos enzimeket. A növényi sejtekben a magnézium tartalmazza a klorofill pigment.
A vasion Fe 2+ lényeges komponense a hemoglobin - oxigén-hordozó fehérje a vérben és a mioglobin - fehérje által tárolt oxigén az izmokban. Továbbá, a vas és a réz ionok része enzimek biooxidation.
A kobalt-ion lényeges eleme a B12-vitamin. amely szükséges bizonyos enzimek.
Jód része a pajzsmirigy hormonok - tiroxin és trijód-tironin.
Koncentrációja sok ionok változhat a sejten belül és kívül:
2. táblázat koncentrációja szervetlen ionok az emberi testnedvekben (mM-ban)
A különbség az intracelluláris és extracelluláris koncentráció kálium-ionok és a klór kritikus szerepet játszik a létesítmény elektromos töltés a sejtmembránon - T N .. nyugalmi potenciál. Minden élő eukarióta sejtekben a külső a külső membrán pozitív töltés, és a belsejében - negatív. Ez a potenciális különbség széles skálán változik a különböző típusú sejtek: ideg a harántcsíkolt izom sejtekben, és a sejteket akkor a tartományban 50-100 mV, a simaizom sejtek kevesebb, mint 30 mV, és fibroblasztok még kisebb. Feltételezzük, hogy az ilyen forgalmazási díjak megfelelő negatív érték a membránpotenciál, azaz. E., Egy tipikus humán idegsejt membrán potenciál -75 mV.
Ahhoz, hogy megértsük, hogyan van egy membránpotenciál képzeljük el, hogy a sejt körül teljesen vízhatlan membrán - „műanyag zsák”. A sejten beiül a nagy koncentrációjú kálium-K + kationokra és szerves anionok A - - nukleinsavak és fehérjék sok (. Cm osztályok 5. és 7.) fiziológiás körülmények között olyan anionok. A sejten kívül a kálium-ion-koncentráció alacsony, nincs nukleinsav nem áll rendelkezésre, és egy anion töltésének kiegyenlítésére K +. Ez Cl -. Nem díjat a membrán nem: mind a sejteken belül, és az összeget az anionok kívül szigorúan egyenlő a számát kationok, a két oldalán a membrán elektromosan semleges.
Most képzeljük el, hogy ahelyett, hogy egy műanyag zsák sejt körül egy normális külső membrán. Ez a membrán impermeábilis nagy molekulák a fehérjék és nukleinsavak, így az anionok A - nem képesek elhagyni a sejt. Azonban, ez a membrán speciális fehérje - a kálium-csatornák, amelyek biztosítják, hogy permeábilis ionok K +. Hol akar ez menni ezeken a csatornákon? Természetesen a másik oldalon, ahol egy csomó azt az irányt, ahol ez nem elég - azaz, belülről kifelé a cellában. De akkor ez a lépés nem zavarva? Nem, nagyon hamar el fog kezdeni, hogy ellensúlyozza az elektromos mező: a pozitív töltésű részecskék kiemelkedik a sejt, és negatív töltésű párját - marad a sejtben. Ezért, a membrán lesz a villamos potenciál, és a több fog jönni ki a K + ionok. A magasabb membránpotenciál, annál erősebb ez zavarja a további termelés a kation. Hamarosan jön az egyensúlyi: néhány K + ionok ki a cellából, és a felelős a membránon úgy, hogy az elektromos mező megakadályozza a további felszabadulását ez az ion.
Ábra. 4. reakcióvázlat a membránpotenciál. A bal oldalon a cella (belső cella környezetet analóg) tartalmaz sok K + ionok és a nagy anionok A -. és a jobb oldalon - néhány ilyen, és más ionok. Az 1. lépésben, a sejtmembrán átjárhatóvá válnak a kálium ionok (jelen a külső sejtmembránban), de továbbra is át nem eresztő a nagy anionok. Miután néhány az ionok K + ki a sejt, egy elektromos potenciál jelent meg a membránon, és a rendszer lépett dinamikus egyensúlyi állapot (2. lépés)
Ideg- és izomsejtek megvan az a tulajdonsága ingerlékenység - a képesség, hogy drasztikusan változtatni a nagysága a membrán potenciál, hogy bizonyos ingerek. Ezek a sejtek membrán potenciál a normál, nem gerjesztett állapot, az úgynevezett nyugalmi potenciál, és éles hirtelen változása a gerjesztő - akciós potenciált. A fejlesztési folyamat a gerjesztési döntő szerepet a nátrium-ionok.
A sejteket kívül állati test számos ion Na +. Nyugalmi, a sejtmembrán lényegében nem áteresztő a nátrium, így nem járul hozzá jelentős mértékben a kialakulását a membrán potenciál. Azonban, a membrán az ideg- és izomsejtek különleges proteinek - feszültségfüggő nátrium csatornák. Van egy csomó érdekes tulajdonságot. Míg membránpotenciál negatív (-50 mV, és még alább), ezeket a csatornákat zárva vannak, amelyen keresztül átmegy a jelenlegi. De amint a potenciális elér egy küszöbértéket (az idegsejt -50 mV), ezeket a csatornákat nyitva. irányítja az áramlás a Na + kationok a sejtbe - sőt sok több külső, mint belül. Ez a beáramló nátrium ionok gyorsan membrán depolarizációját okozza, majd az ellenkező polarizáció és +35 mV.
De amint a membrán visszatér polarizált, zárt csatornákat. Továbbá, míg nem lesz képes megfelelni az új ingerek - membrán szakasz, mint a „pihenő”. A K + ionok fog megjelenni kifelé: valójában ezek sokkal kisebb, mint a külső, mint belül, a membrán potenciál egyensúlytól távoli értéke -75 mV. Mivel a kimenő feszültség a K + csökken, és a sejt visszatér eredeti állapotába.
Egy ilyen tört membránpotenciál nevezzük akciós potenciál, és ez egy ingerület. Hossza mindössze 1 ms az idegek, a 10 ms a vázizom és 200 ms a szívizomban. Az akciós potenciál terjed gyorsan mentén ingerelhető sejtben - bizonyos neuronok gerjesztés átviteli sebessége 120 m / s. Szerint azonban a többi neuron akciós potenciál továbbítjuk lassan 0,5 m / s (megjegyzés, ha bejön egy tégla mezítláb, a tapintható jel eléri az agy szinte azonnal, de a fájdalom csak bizonyos idő után).
Ábra. 5. Az akciós potenciál
A kérdés merülhet fel: a gerjesztés a cella tartalmazza egy bizonyos mennyiségű Na + ionok és közzétett néhány K +. Ez azt jelenti, hogy ha több tíz impulzus átmegy egy neuron a külső és belső koncentrációk ezek az ionok lesz egyenlő, és az ideg leállnak? Ennek elkerülése érdekében, a külső membrán speciális fehérje, Na + / K + -ATPáz. Ez az ion-szivattyú, amely szivattyúk ki sejtek ionok és a Na + ionok a pumpáló K + (cm. 9. lecke). Ez lehetővé teszi, hogy visszaállítsa az ionos összetétele ingerelhető sejtek.
A koncentrációkat a szervetlen ionok eltérőek lehetnek az egyes sejtekben és organellumok. Így, az üregben az endoplazmás retikulum kalcium-ion koncentrációja a Ca 2+ nagyon magas - néhány mmol / liter, míg a citoplazmában, ez nagyon alacsony (körülbelül 0,01 mikromol / l). Gerjesztés hatására az izomsejtek membránján az endoplazmás retikulum nyitott speciális kalcium csatornák, az ionok jön ki ez a organellum a citoplazmába, ahol a koncentráció növekedésével. Növelése Ca 2+ koncentráció elindítja a folyamatot, az izom-összehúzódás.
A során számos biokémiai reakciók nagyon fontos savasság, azaz azt a koncentrációt az ionok H +. Ahhoz, hogy megbecsüljük azt használja az úgynevezett hidrogén-ion exponens (pH kijelölt). pH = -lg [H +], ahol [H +] - a koncentráció a ionok H +. A semleges oldatok pH = 7, savas pH-nál <7, а у щелочных рН> 7. A sejtek citoplazmájában pH-ja 7,2-7,4, az oldat közel semleges. Más organellumok pH eltérő lehet: a lizoszómák savas, és a mitokondriális mátrixban - lúgos. A sejt a savas környezetben a különböző sejtszervecskék állandó szinten. Sok fiziológiás folyadékok tartalmazhatnak olyan anyagokat, hogy pufferoló hatású - azok megakadályozzák a pH változását.
Pufferhatással van, különösen, egy keveréket disszociálatlan és a disszociált formák gyenge savak pH-értékei közel -lg K d. Emlékezzünk, hogy a K d - a sav disszociációs állandó, azaz a reakció egyensúlyi állandója ON ↔ H + + A .. -.
Vegyük például, a viselkedés a nátrium-acetát és ecetsav pH-ját körülbelül 5-(-lg K d CH3COOH körülbelül 4,8). A megoldás jelen lesz szinte azonos mennyiségben ionok CH3CHOO - és a nem disszociált molekulák CH3COOH. Ha, Ehhez az oldathoz egy kevés sav, az újonnan hozzáadott H + ionok fog kötődni ionokat CH3CHOO -. rendelkezésre a megoldást, és a savasodás szinte nem történik meg - csökken a pH enyhén. Ha nem ad hozzá savas és lúgos, majd CH3COOH molekulák disszociál, és a képződött H + ionok lúg hozzáadásával semlegesítjük, a pH-t is elhagyta szinte változatlan (növelése nagyon kissé). Ennélfogva, ha a pH körülbelül 5, az oldatot egy nagy puffer kapacitása. Megjegyezzük, hogy a fiziológiás pH (azaz, körülbelül 7 ..), A megoldás nem pufferolt szinte az összes ecetsavat molekulák disszociálnak, és hozzá egy alkáli pH meredeken emelkedik.
Hogy a pH belül organellumok gyakran használják enzimek aktívan szállítására H + ionok a membránon keresztül.
Az oldott anyagok mozognak sejttérfogat miatt véletlenszerű, kaotikus mozgása molekulák. Passzív mozgását egy anyag egy régió a magasabb koncentrációjú régiók az alacsonyabb koncentrációjú nevezzük diffúzió.
A diffúzió sebessége a részecskék nagyobb, a kisebb méretük. Az átlagos molekulatömege néhány száz dalton (1 Dalton = 1 amu) mozgó és 10 mikrométer (átlagos mérete az állati sejt) körülbelül 0,1-0,2 másodpercig. A diffúziós sebessége nagy molekulák (fehérjék, nukleinsavak) lényegesen kisebb, de még mindig elegendő az igények a cella. Még nagyobbak - a sejtszervecskék - oly módon, hogy mozogni túl lassan, így a sejt, amely speciális közlekedési rendszerek mozgatni őket.
A sejtmembránok a vízzel szemben áteresztők, de nem áteresztő számos intracelluláris anyagok. Ha fel a ketrec tiszta vízben, ezek az anyagok nem megy ki a ketrec, de a víz lép bele, mert a koncentráció alsó cella. Ilyen diffúziós oldószer a membránon keresztül át nem eresztő olyan oldott anyagokat, úgynevezett ozmózis. Mivel a ozmózis emberi sejtek nem lehet a desztillált vízben: belép a sejtbe, a sejt megduzzad és robban gyorsan. Ha az emberi sejtek oldatba helyezzük a nagy sókoncentrációval, a víz jön ki belőlük, és a sejteket zsugorodnak. A sejtek a növények és a mikrobák egy vastag sejtfal, amely lehetővé teszi számukra, hogy változatlanok maradnak.