Из этого урока вы узнаете о роли минеральных соединений микро - и макроэлементов в жизнедеятельности живых организмов. Вы познакомитесь с водородным показателем среды - рН, узнаете, как этот показатель связан с физиологией организма, каким образом в организме поддерживается постоянный рН среды. Выясните роль неорганических анионов и катионов в процессах обмена веществ, узнаете подробности о функциях катионов Na, K и Са в организме, а также какие другие металлы входят в состав нашего тела и каковы их функции.
Введение
Тема: Основы цитологии
Урок: Минеральные вещества и их роль в жизнедеятельности клетки
1. Введение. Минеральные вещества в клетке
Минеральные вещества составляют от 1 до 1,5% от сырой массы клетки, и находятся в клетки в виде солей дислоцированных на ионы, либо в твердом состоянии (рис. 1).
Рис. 1. Химический состав клеток живых организмов
В цитоплазме любой клетки находятся кристаллические включения, которые представлены слаборастворимыми солями кальция и фосфора; кроме них могут находиться оксид кремния и другие неорганические соединения, которые участвуют в образовании опорных структур клетки - в случае минерального скелета радиолярий - и организма, то есть образуют минеральное вещество костной ткани.
2. Неорганические ионы: катионы и анионы
Неорганические ионы, имеют значение для жизнедеятельности клетки (рис. 2).
Рис. 2. Формулы основных ионов клетки
Катионы - калий, натрий, магний и кальций.
Анионы - хлорид анион, гидрокарбонат анион, гидрофосфат анион, дигидрофосфат анион, карбонат анион, фосфат анион и нитрат анион.
Рассмотрим значение ионов.
Ионы, располагаясь по разные стороны клеточных мембран, образуют так называемый трансмембранный потенциал. Многие ионы неравномерно распределены между клеткой и окружающей средой. Так, концентрация ионов калия (К+) в клетке в 20-30 раз выше, чем в окружающей среде; а концентрация ионов натрия (Na+) в десять раз ниже в клетке, чем в окружающей среде.
Благодаря существованию градиентов концентрации , осуществляются многие жизненно важные процессы, такие как сокращение мышечных волокон, возбуждение нервных клеток, перенос веществ через мембрану.
Катионы влияют на вязкость и текучесть цитоплазмы. Ионы калия уменьшают вязкость и увеличивают текучесть, ионы кальция (Са2+) обладают противоположным действием на цитоплазму клетки.
Анионы слабых кислот - гидрокарбонат анион (НСО3-), гидрофосфат анион (НРО42-) - участвуют в поддержании кислотно-щелочного баланса клетки, то есть pH среды . По своей реакции растворы могут быть кислыми , нейтральными и основными .
Кислотность или основность раствора определяется концентрацией в нем ионов водорода (рис. 3).
Рис. 3. Определение кислотности раствора при помощи универсального индикатора
Эту концентрацию выражают с помощью водородного показателя pH, протяженность шкалы от 0 до 14. Нейтральная среда pH - около 7. Кислая - меньше 7. Основная - больше 7. Быстро определить pH среды можно с помощью индикаторных бумажек, или полосок (см. видео).
Мы опускаем индикаторную бумажку в раствор, затем полоску вынимаем и сразу же сравниваем окрашивание индикаторной зоны полоски с цветами стандартной шкалы сравнения, которая входит в комплект, оценивая схожесть окрашивания и определяя значение pH (см. видео).
3. рН среды и роль ионов в его поддержании
Значение pH в клетке примерно равняется 7.
Изменение pH в ту или иную сторону губительно действует на клетку, поскольку сразу же изменяются биохимические процессы, проходящие в клетке.
Постоянство pH клетки поддерживается благодаря буферным свойствам её содержимого. Буферным называют раствор, который поддерживает постоянное значение pH среды. Обычно буферная система состоит из сильного и слабого электролита: соли и слабого основания или слабой кислоты, которые её образуют.
Действие буферного раствора заключается в том, что он противостоит изменениям pH среды. Изменение pH среды может возникнуть вследствие концентрирования раствора или разбавления его водой, кислотой или щелочью. Когда кислотность, то есть концентрация ионов водорода возрастает, свободные анионы, источником которых служит соль, взаимодействуют с протонами и удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, то усиливается тенденция к освобождению протонов. Таким образом поддерживается pH на определенном уровне, то есть поддерживается концентрация протонов на определенном постоянном уровне.
Некоторые органические соединения, в частности белки, также обладают буферными свойствами.
Катионы магния, кальция, железа, цинка, кобальта, марганца входят в состав ферментов и витаминов (см. видео).
Катионы металлов входят в состав гормонов.
Цинк входит в состав инсулина. Инсулин - это гормон поджелудочной железы, который регулирует уровень глюкозы в крови.
Магний входит в состав хлорофилла.
Железо входит в состав гемоглобина.
При недостатке этих катионов нарушается процессы жизнедеятельности клетки.
4. Ионы металлов как кофакторы
Значение ионов натрия и калия
Ионы натрия и калия распределены по всему объему организма, при этом ионы натрия входят, в основном, в состав межклеточной жидкости, а ионы калия содержатся внутри клеток: 95% ионов калия содержатся внутри клеток , а 95% ионов натрия содержатся в межклеточных жидкостях (рис. 4).
С ионами натрия связано осмотическое давление жидкостей, удержание воды тканями, а также перенос, или транспорт таких веществ как аминокислот и сахара через мембранну.
Значение кальция в организме человека
Кальций является одним из самых распространенных элементов в организме человека. Основная масса кальция входит в состав костей и зубов. Фракция вне костного кальция составляет 1% от общего количества кальция в организме. Внекостный кальций влияет на свертываемость крови, а также нервно-мышечную возбудимость и сокращение мышечных волокон.
Фосфатная буферная система
Фосфатная буферная система играет роль в поддержании кислотно-щелочного баланса организма, кроме этого она поддерживает баланс в просвете канальцев почек, а также внутриклеточной жидкости.
Фосфатная буферная система состоит из дигидрофосфата и гидрофосфата. Гидрофосфат связывает, то есть нейтрализует протон. Дигидрофосфат высвобождает протон и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами.
Фосфатная буферная система входит в буферную систему крови (Рис. 5).
Буферная система крови
В организме человека всегда имеются определенные условия для сдвига нормальной реакции среды ткани, например, крови, в сторону ацидоза (закисления) или алкалоза (раскисления - смещения рН в большую сторону).
В кровь поступают различные продукты, например, молочная кислота, фосфорная кислота, сернистая кислота, образующиеся в результате окисления фосфорорганических соединений либо серосодержащих белков. При этом реакция крови, может сдвигаться в сторону кислых продуктов.
При употреблении мясных продуктов, в кровь поступают кислые соединения. При употреблении растительной пищи, в кровь поступают основания.
Тем не менее, pH крови остается на определенном постоянном уровне.
В крови имеются буферные системы , которые поддерживают pH на определенном уровне.
К буферным системам крови относятся:
Карбонатная буферная система,
Фосфатная буферная система,
Буферная система гемоглобина,
Буферная система белков плазмы (Рис. 6).
Взаимодействие этих буферных систем создает определенное постоянное pH крови.
Таким образом, сегодня мы с вами рассмотрели минеральные вещества и их роль в жизнедеятельности клетки.
Домашнее задание
Какие химические вещества называют минеральными? Каково значение минеральных веществ для живых организмов? Из каких веществ в основном состоят живые организмы? Какие катионы входят в состав живых организмов? Каковы их функции? Какие анионы входят в состав живых организмов? Какова их роль? Что такое буферная система? Какие буферные системы крови вам известны? С чем связано содержание минеральных веществ в организме?
1. Химический состав живых организмов.
2. Википедия.
3. Биология и медицина.
4. Образовательный центр.
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П. В. Ижевский, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. - 2-е изд., переработанное. - Вентана-Граф, 2010. - 224 стр.
3. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.
Минеральные вещества – это один из важнейших компонентов нашего питания, без них невозможно правильное протекание жизненно важных процессов в организме, они обеспечивают правильное формирование химической структуры всех тканей человека и, разумеется, мышечной, в том числе. Все минеральные вещества , присутствующие в нашем организме, можно условно разделить на макроэлементы и микроэлементы.
Макроэлементы – минеральные вещества, содержащиеся в организме в, относительно, больших количествах, это: железо, кальций, натрий, фосфор, магний, калий, сера, хлор.
Микроэлементы – минеральные вещества, содержащиеся в организме в, относительно, малых количествах, это: цинк, марганец, медь, фтор, хром, никель, кобальт и другие.
|
Вещества |
Местонахождение и преобразование |
Свойства |
|
Соединения азота |
В клетках растений ионы аммония и нитратов восстанавливаются и включаются в синтез аминокислот. У животных аминокислоты идут на построение собственных белков. При отмирании организмов включаются в круговорот веществ в форме свободного азота. |
Входят в состав белков, аминокислот, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и АТФ |
|
Соединения фосфора |
Соли фтора(фосфаты)находясь в почве, растворяются корневыми выделениями растений и усваиваются. Остатки фосфорной кислоты при отмирании организмов минерализуются, образуя соли. |
Входят в состав всех мембранных структур; нуклеиновых кислот, ДНК, РНК, АТФ, ферментов тканей (костной) |
|
Соединения калия |
Калий содержится во всех клетках в виде ионов калия, концентрация которых намного выше, чем в окружающей среде. После отмирания возвращается в окружающую среду в виде ионов калия. |
"Калиевый насос" клетки способствует проникновению через мембрану. Активизирует жизнедеятельность клетки, проведение возбуждения и импульсов. |
|
Соединения кальция |
Кальций содержится в клетках в виде ионов и кристаллов солей. |
Образует межклеточное вещество и кристаллы в клетках растений. Входит в состав костей, раковин, известковых скелетов |
Жизнедеятельность клетки характеризуется непрерывно протекающими в ней процессами обмена веществ, причем цитоплазма избирательно реагирует на воздействие разных факторов внешней среды. В поглощении и выделении веществ большую роль играют процессы диффузии и осмоса. Избирательность транспорта через проницаемую мембрану ведет к возникновению в клетке осмотических явлений. Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют: плазмалемма - мембрана, разделяющая цитоплазму и внеклеточную среду, и тонопласт - мембрана, разделяющая цитоплазму и клеточный сок, представляющий собой содержимое вакуоли.
Осмос - диффузия воды через полупроницаемую мембрану из раствора с низкой концентрацией растворенного вещества в раствор с высокой концентрацией растворенного вещества. Давление, при котором диффузия жидкости прекращается, называется осмотическим давлением. Если осмотическое давление раствора больше, чем давление исследуемой жидкости, раствор называют гипертоническим ; если меньше - гипотоническим , если такое же - изотоническим .
Тургор растительной клетки. Если поместить взрослые клетки растений (в составе ткани, к примеру, эпидермиса) в гипотонические условия, они не лопнут, поскольку каждая клетка растения окружена более или менее толстой клеточной стенкой. Она служит ригидной структурой, не позволяющей притекающей воде разорвать клетку. Если бы клеточная стенка и плазматическая мембрана клетки могли растягиваться, вода входила бы в клетку до тех пор, пока концентрация осмотически активных веществ снаружи и внутри клетки не выровнялась бы. В реальности клеточная стенка - прочная нерастяжимая структура, и в гипотонических условиях входящая в клетку вода давит на клеточную стенку, плотно прижимая к ней плазмалемму. Давление протопласта изнутри на клеточную стенку называется тургорным давлением . Клетки растений обладают тургесцентностью . Тургорное давление препятствует дальнейшему поступлению воды в клетку. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку называется тургор .
Минеральные вещества и их роль в клетке
1. Какие вещества называются минеральными?
2. Какой процесс называется диссоциацией?
3. Что такое ионы?
Минеральные вещества клетки.
Большая часть минеральных веществ клетки находится в виде солей, диссоциированных на ионы, либо в твердом состоянии.
По своей реакции растворы могут быть кислыми, основными и нейтральными. Кислотность или основность раствора определяется концентрацией в нем ионов Н+. Эту концентрацию выражают при помощи водородного показателя - рН («пэ-аш»). Нейтральной реакции жидкости отвечает рН = 7,0, кислой реакции - рН < 7,0 и основной - рН > 7,0. Протяженность шкалы рН - от 0 до 14,0.
Значение рН в клетках примерно равно 7,0. Изменение его на одну-две единицы губительно для клетки.
Постоянство рН в клетках поддерживается благодаря буферным свойствам их содержимого.
Буферным называют раствор, содержащий смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда кислотность (концентрация ионов Н+) увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, легко соединяются со свободными ионами Н+ и удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы Н+. Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н+.
Некоторые органические соединения, в частности белки, также имеют буферные свойства.
Являясь компонентами буферных систем организма, ионы определяют их свойства - способность поддерживать рН на постоянном уровне (близко к нейтральной реакции), несмотря на то что в процессе обмена веществ непрерывно образуются кислые и щелочные продукты. Так, фосфатная буферная система млекопитающих , состоящая из НРО|42- и Н2РО-4, поддерживает рН внутриклеточной жидкости в пределах 6,9-7,4, Главной буферной системой внеклеточной среды (плазмы крови) служит бикарбонатная система, состоящая из Н2С03 и НСО4- и поддерживающая рН на уровне 7,4.
Соединения азота, фосфора, кальция и другие неорганические вещества используются для синтеза органических молекул (аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и др.).
Ионы некоторых металлов (Мg, Са, Zе, Си, Мn, Мо, Вr, Со) являются компонентами многих ферментов, гормонов и витаминов или активируют их. Например, ион Fе входит в состав гемоглобина крови, ион Zn - гормона инсулина. При их недостатке нарушаются важнейшие процессы жизнедеятельности клетки.
Буферная система.
1. В каком виде минеральные вещества представлены в живых организмах?
2. Какова роль неорганических ионов в клетке?
3. Какова роль ионов в буферных системах организма?
4. Почему недостаток или отсутствие ионов некоторых металлов приводит к нарушению жизнедеятельности клеток?
Важную роль для жизнедеятельности организмов играют неорганические кислоты и их соли. Так, соляная кислота входит в состав желудочного сока и создает условия для переваривания белков пищи. Остатки серной кислоты способствуют выведению из организма нерастворимых в воде веществ.
Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 10 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта
Клетка – элементарная единица живого, обладающая всеми признаками организма: способностью к размножению, росту, обмену веществ и энергией с окружающей средой, раздражимостью, постоянством химического сотсава.
Макроэлементы – элементы, количество которых в клетке составляет до 0.001% от массы тела. Примеры – кислород, углерод, азот, фосфор, водород, сера, железо, натрий, кальций и др.
Микроэлементы – элементы, количество которых в клетке составляет от 0.001% до 0.000001% от массы тела. Примеры – бор, медь, кобальт, цинк, йод и др.
Ультрамикроэлементы – элементы, содержание которых в клетке не превышает 0.000001% от массы тела. Примеры – золото, ртуть, цезий, селен и др.
2. Составьте схему «Вещества клетки».
3. О чем говорит научный факт сходства элементарного химического состава живой и неживой природы?
Это указывает на общность живой и неживой природы.
Неорганические вещества. Роль воды и минеральных веществ в жизнедеятельности клетки.
1. Дайте определения понятий.
Неорганические вещества – это вода, минеральные соли, кислоты, анионы и катионы, присутствующие как в живых, так и в неживых организмах.
Вода – одно из самых распространенных неорганических веществ в природе, молекула которого состоит из двух атомов водорода и одного атом кислорода.
2. Нарисуйте схему «Строение воды».
3. Какие особенности строения молекул воды придают ей уникальные свойства, без которых невозможна жизнь?
Структура молекулы воды образована двумя атомами водорода и одним атомом кислорода, которые образуют диполь, то есть вода имеет две полярности "+"и"-".Это способствует ее проницаемости через стенки мембраны, способностью растворять химические вещества. Кроме того, диполи воды связываются водородными связями друг с другом, что обеспечивает ее способность быть в различных агрегатных состояниях, а также - растворять или не растворять различные вещества.
4. Заполните таблицу «Роль воды и минеральных веществ в клетке».
5. Каково значение относительного постоянства внутренней среды клетки в обеспечении процессов ее жизнедеятельности?
Постоянство внутренней среды клетки называется гомеостазом. Нарушение гомеостаза влечёт к повреждению клетки или к её смерти, в клетке постоянно происходит пластический обмен и энергетический обмен, это две составляющие метаболизма, и нарушение этого процесса ведёт к повреждению или к гибели всего организма.
6. В чем состоит назначение буферных систем живых организмов и каков принцип их функционирования?
Буферные системы поддерживают определенное значение рН (показатель кислотности) среды в биологических жидкостях. Принцип функционирования заключается в том, что рН среды зависит от концентрации протонов в этой среде (Н+). Буферная система способна поглощать или отдавать протоны в зависимости от их поступления в среду извне или, напротив, удаления из среды, при этом рН не будет изменяться. Наличие буферных систем необходимо в живом организме, так как из-за изменения условий окружающей среды рН может сильно меняться, а большинство ферментов работает только при определенном значении рН.
Примеры буферных систем:
карбонатно-гидрокарбонатная (смесь Na2СО3 и NaHCO3)
фосфатная (смесь K2HPO4 и KH2PO4).
Органические вещества. Роль углеводов, липидов и белков в жизнедеятельности клетки.
1. Дайте определения понятий.
Органические вещества – это вещества, в состав которых обязательно входит углерод; они входят в состав живых организмов и образуются только при их участии.
Белки – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.
Липиды – обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных - из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов.
Углеводы – это органические вещества, в своем составе имеющие карбонильную и несколько гидроксильных групп и иначе называемые сахарами.
2. Впишите в таблицу недостающую информацию «Строение и функции органических веществ клетки».
3. Что понимают под денатурацией белка?
Денатурация белка – это утрата белком своей природной структуры.
Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения клетки.
1. Дайте определения понятий.
Нуклеиновые кислоты – это биополимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов.
АТФ – это соединение, состоящее из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Нуклеотид – это мономер нуклеиновой кислоты, который состоит из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (пентозы) и азотистого основания.
Макроэргическая связь – это связь между остатками фосфорной кислоты в АТФ.
Комплементарность – это пространственное взаимное соответствие нуклеотидов.
2. Докажите, что нуклеиновые кислоты являются биополимерами.
Нуклеиновые кислоты состоят из большого количества повторяющихся нуклеотидов и имеют массу 10.000 до нескольких миллионов углеродных единиц.
3. Охарактеризуйте особенности строения молекулы нуклеотида.
Нуклеотид представляет собой соединение из трех компонентов: остатка фосфорной кислоты, пятиуглеродного сахара (рибозы), и одного из азотистых соединений (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).
4. Какое строение имеет молекула ДНК?
ДНК – двойная спираль, состоящая из множества нуклеотидов, которые последовательно соединяются между собой за счет ковалентных связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Азотистые основания, которые располагаются по одну сторону от остова одной цепи, связаны Н-связями с азотистыми основаниями второй цепи по принципу комплементарности.
5. Применив принцип комплементарности, постройте вторую цепочку ДНК.
Т-А-Т-Ц-А-Г-А-Ц-Ц-Т-А-Ц
А-Т-А-Г-Т-Ц-Т-Г-Г-А-Т-Г.
6. Каковы основные функции ДНК в клетке?
При помощи четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация в клетке об организме, которая передается последующим поколениям.
7. Чем молекула РНК отличается от молекулы ДНК?
РНК представляет собой одинарную цепь меньшего, чем ДНК, размера. В нуклеотидах находится сахар рибоза, а не дезоксирибоза, как в ДНК. Азотистым основанием, вместо тимина, является урацил.
8. Что общего в строении молекул ДНК и РНК?
И РНК, и ДНК являются биополимерами, состоящими из нуклеотидов. В нуклеотидах общим в строении является наличие остатка фосфорной кислоты и оснований аденина, гуанина, цитозина.
9. Заполните таблицу «Типы РНК и их функции в клетке».
10. Что такое АТФ? Какова его роль в клетке?
АТФ – аденозинтрифосфат, макроэргическое соединение. Его функции – универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке.
11. Каково строение молекулы АТФ?
АТФ состоит из трех остатков фосфорной кислоты, рибозы и аденина.
12. Что представляют собой витамины? На какие две большие группы их разделяют?
Витамины – биологически активные органические соединения, играющие важную роль в процессах обмена веществ. Их разделяют на водорастворимые (С, В1, В2 и др.) и жирорастворимые (А, Е и др.).
13. Заполните таблицу «Витамины и их роль в организме человека».
1). Играют роль кофакторов в энзиматических реакциях. Так, многие ионы образуют комплексы с белками, в том числе ферментами. Последние для полного проявления своей каталитической активности нуждаются в присутствии минеральных кофакторов – ионов калия, кальция, натрия, магния, железа. Ионы железа, меди и особенно магния необходимы для активации ферментов, связанных с переносом и высвобождением энергии, транспорта и связывания кислорода.
2). Принимают участие в поддержание осмотического давления и кислотно-основного равновесия (фосфатный и гидрокарбонатный буферы).
3). Обеспечивают процессы свертывания крови,
4). Создают мембранный потенциал и потенциал действия возбудимых клеток
5). Минеральные вещества входят в структуры самых различных органов тела. Неорганические вещества могут иметь в организме форму нерастворимых соединений (например, в костной и хрящевой тканях).
6). Участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и др.
Большую роль в минеральном обмене играют ионы натрия и калия. Эти катионы определяют величину рН, осмотическое давление, объем жидкостей тела. Они участвуют в формировании биоэлектрических потенциалов, в транспорте аминокислот, сахаров и ионов через мембрану клеток. Натрий составляет 93% всех катионов плазмы крови, его концентрация в плазме крови равна 135-145 ммоль/л. Калий – в основном внутриклеточный катион, в плазме крови его концентрация равна 3,3-4,9 ммоль/л.
В организме здорового человека массой тела около 70 кг содержится 150-170 г натрия. Из них 25-30% входят в состав костей и непосредственного участия в метаболизме не принимают. Около 70% общего натрия в организме составляет собственно обменный натрий.
Дневной пищевой рацион жителей цивилизованных стран содержит в среднем 10-12 г хлорида натрия, однако истинная потребность человека в нем значительно ниже и приближается к 4-7 г. Это количество хлорида натрия содержится в обычной пище, что ставит под сомнение необходимость ее дополнительного подсаливания.
Избыточный прием поваренной солиможет приводить к увеличению объемов жидкостей тела, повышению нагрузки на сердце и почки. Увеличение в этих условиях проникновения натрия, а с ним и воды в межклеточные промежутки тканей стенки кровеносных сосудов способствует их набуханию и утолщению, а также сужению просвета сосудов.
Постоянство содержания ионов натрия и калия в плазме крови поддерживается в основном почками. При снижении концентрации натрия и увеличении калия повышается реабсорбция натрия и снижается реабсорбция калия, а также растет секреция калия в почечных канальцах под влиянием минералокортикоида коры надпочечников альдостерона.
В организме здорового человека массой 70 кг содержится 45-35 ммоль/кг калия. Из них всего 50-60 ммоль находятся во внеклеточном пространстве, а остальной калий сосредоточен в клетках. Таким образом, калий является основным внутриклеточным катионом. С возрастом общее содержание калия в организме уменьшается.
Суточное потребление калия составляет 60-100 ммоль; почти столько же выводится почками и лишь немного (2%) – с каловыми массами.
Физиологическая роль калия заключается в его участии во всех видах обмена веществ, в синтезе АТФ и поэтому он влияет на сократимость. Недостаток его вызывает атонию скелетных мышц, умеренный избыток – повышение тонуса, а очень высокое содержание парализует мышечное волокно. Калий вызывает расширение сосудов. Также он участвует в синтезе ацетилхолина, в разрушении холинэстеразы и, следовательно, влияет на синаптическую передачу возбуждения. Вместе с другими ионами он обеспечивает клетке способность к возбуждению.
Хлор является вторым после натрия внеклеточным анионом. Его концентрация во внеклеточной жидкости и плазме составляет 103-110 ммоль/л. Общее содержание хлора в организме около 30 ммоль/кг. Значительное количество хлора обнаружено только в клетках слизистой оболочки желудка. Именно он является резервом для синтеза соляной кислоты желудочного сока, соединяясь с ионами водорода, которые извлекаются из крови клетками слизистой оболочки и выводятся в просвет желудка.
Нормальное содержание кальция в плазме 2,1-2,6 ммоль/л. Из них 50% связаны с белками плазмы (особенно альбуминами), 10% входят в состав растворимых комплексов, 40% находятся в свободной ионизированной форме, которая с клинической точки зрения представляет наибольший интерес.
Физиологически активными являются только свободные ионы Са 2+ , поэтому регуляция обмена направлена на поддержание постоянства концентрации в плазме не общего кальция, а только его физиологически активной фракции.
Наибольшей функциональной активностью обладают ионы кальция, связанные с ионом фосфора. Кальций принимает активное участие в процессах возбуждения, синаптической передачи, мышечного сокращения, сердечной деятельности, участвует в окислительном фосфорилировании углеводов и жиров, в свертывании крови, влияет на проницаемость клеточных мембран, формирует структурную основу костного скелета. Значительная часть внутриклеточного кальция находится в эндоплазматической сети (Т-цистерны).
Главная роль в регуляции равновесия между кальцием плазмы и кальцием костей принадлежит гормону околощитовидных желез (паратирин).
При употреблении пищи, содержащей значительное количество кальция, большая его часть выделяется через кишечник в результате осаждения в основной кишечной среде в виде нерастворимых соединений.
Фосфор поступает в организм главным образом с молочными, мясными, рыбными и зернобобовыми продуктами. Его концентрация в сыворотке крови равна 0,81-1,45 ммоль/л. Суточная потребность в фосфоре составляет примерно 1,2 г, у беременных и кормящих женщин – до 1,6-1,8 г. Фосфор является анионом внутриклеточной жидкости, макроэргических соединений, коферментов тканевого дыхания и гликолиза. Нерастворимые фосфаты кальция составляют основную часть минерального компонента костей, придавая им прочность и твердость. Соли фосфорной кислоты и ее эфиров являются компонентами буферных систем поддержания кислотно-основного состояния тканей.
Железонеобходимо для транспорта кислорода и для окислительных реакций, так как оно входит в состав гемоглобина и цитохромов митохондрий. Его концентрация в крови в комплексе с транспортным белком трансферрином в норме равна 1,0-1,5 мг/л. Суточная потребность в железе для мужчин соответствует 10 мг, для женщин детородного возраста в связи с менструальными кровопотерями эта величина значительно больше и приближается к 18 мг. Для беременных и кормящих женщин в связи с потребностями детского организма этот параметр приближается соответственно к 33 и 38 мг. Железо содержится в мясе, печени, зернобобовых продуктах, гречневой и пшенной крупах. Недостаточность поступления железа в организм встречается часто. Так, у 10-30% женщин детородного возраста выявляется железодефицитная анемия.
Йод представляет собой единственный из известных микроэлементов, участвующих в построении молекул гормонов. Источниками йода являются морские растения и морская рыба, мясо и молочные продукты. Концентрация йода в плазме крови равна 10-15 мкг/л. Суточная потребность составляет 100-150 мкг, для беременных и кормящих женщин – 180-200 мкг. До 90% циркулирующего в крови органического йода приходится на долю тироксина и трийодтиронина. Недостаточное поступление в организм йода может быть причиной нарушения функций щитовидной железы.
Фторобеспечивает защиту зубов от кариеса. Суточная потребность во фторе равна 0,5-1,0 мг. Он поступает в организм с питьевой водой, рыбой, орехами, печенью, мясом, продуктами из овса. Предполагают, что он блокирует микроэлементы, необходимые для активации бактериальных ферментов. Фтор стимулирует кроветворение, реакции иммунитета, предупреждает развитие старческого остеопороза.
Магний – внутриклеточный катион (Mg 2+), содержащийся в организме в количестве 30 ммоль/кг массы тела. Концентрация магния в плазме крови равна 0,65-1,10 ммоль/л. Суточная потребность в нем – около 0,4 г. Магний является катализатором многих внутриклеточных процессов, особенно связанных с углеводным обменом. Он снижает возбудимость нервной системы и сократительную активность скелетных мышц, способствует расширению кровеносных сосудов, уменьшению частоты сокращений сердца и снижению артериального давления.
