45.5) Зависимости величины набухания от различных факторов.

Величина набухания ВМС зависит от:

– природы ВМС. У жестких полимеров (с большим числом поперечных связей между цепями) степень набухания невелика – ограниченное набухание. При уменьшении числа поперечных связей набухание неограниченное. Оно плавно переходит в растворение. На рис. 6 зависимость набухания в бензоле от жесткости полимерных цепей.

– природы растворителя. Полярные полимеры набухают в полярных жидкостях (белок в воде), неполярные – в неполярных (каучук в бензоле).

– температуры. По­вышение температуры ускоряет набухание, но уменьшает степень набу­хания. Ограниченное набухание желатина в холодной воде сменяется неограниченным в горячей.

– давления. Увеличение внешнего давления вызывает увеличение степени на­бухания.

– присутствия посторонних веществ, особенно электролитов. Возрастание жесткости кислоты или основания подавляет набухание.

– рН среды. Влияние рН среды на набухание особенно значительно для амфотерных полиэлектролитов (к ним относятся важнейшие биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты). Степень набухания белка минимальна в изоэлектрической точке.

– формы и степени измельченности образца.

46. Аномальная вязкость растворов ВМС. Вязкость крови и других биологических жидкостей. Осмотическое давление растворов биополимеров. Полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка и методы ее определения. Онкотическое давление плазмы и сыворотки крови.

Вязкостью (внутренним трением) называют свойство жидкостей оказывать сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение.

Растворы ВМС имеют значительно большую вязкость по сравнению с растворами низкомолекулярных веществ. Помимо этого, растворы ВМС не являются ньютоновскими жидкостями, так как величина их вязкости зависит от напряжения сдвига – отношения тангенциально приложенной к образцу силы к единице поверхности.

Аномально высокая вязкость растворов ВМС объясняется наличием в их растворах надмолекулярных структур. При увеличении напряжения сдвига надмолекулярные структуры ориентируются вдоль оси потока, что снижает вязкость. При больших значениях напряжения сдвига может произойти разрушение надмолекулярных структур, вследствие чего раствор приобретёт свойства ньютоновской жидкости.

Осмотическое давление в жидкостях организма (кровь, лимфа, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость и др.) выпол­няет важную физиологическую функцию, влияющую на распределение в тканях организма воды, солей и различных питательных веществ.

Осмотическое давление указанных биологических жидкостей зависит главным образом от растворенных в них низкомоле­кулярных минеральных веществ, преимущественно хлористого натрия, но также от высокомолекулярных соединений, находящихся в коллоидном состоянии, главным образом белков.

Несмотря на то, что в плазме крови содержится от 6 до 8% белков, коллоидо-осмотическое давление составляет примерно 0,5% (30—40 см водного столба) от общего осмотического давления плазмы, причем около 80% онкотического давления обуслов­лено наиболее низкодисперсными белками — альбуминами, а ос­тальные 20% падают на другие белки плазмы.

Существенным физиологическим моментом, связанным с важ­нейшими процессами, происходящими в организме, является под­держание состояния осмотического равновесия между кровью и тканевыми жидкостями, которое, будучи динамическим, обеспечи­вает постоянный обмен жидкости, низкомолекулярных питатель­ных веществ и конечных продуктов обмена. Распределение воды и минеральных веществ между кровью и тканями и поддержание осмотического равнове­сия обеспечивается в основном нормальной концентрацией белков в плазме крови, а кровяное давление компенсируется колло­идно-осмотическим давлением. Безбелковая часть плазмы в результате гидростатического давления проникает в межклеточное пространство ткани, а в ве­нозной части капилляров проис­ходит обратный ток жидкости в сторону пониженного гидростати­ческого давления по сравнению с коллоидоосмотическим давлени­ем крови. Аналогичные процессы имеют место и в почках при образовании мочи. При понижении содержания белка в крови, т. е. при гипопротеинемиях, вследствие голодания, нарушений деятельности пищеварительного тракта или потери белка с мочой при заболеваниях почек, возникает разница в онкотическом давлении в тканевых жидкостях и в крови. Вода уст­ремляется в сторону более высо­кого давления — в ткани; возни­кают так называемые онкотические отеки подкожной клетчатки.

Если звено полимерной цепи содержит ионогенную группу, то полимер называют полиэлектролитом. Они растворимы в полимерных растворителях, электропроводны, и на их свой­ствах сильно отражается кулоновское взаимодействие зарядов.

К классу синтетических полиэлектролитов, имеющих широкую область применения, относятся полиамфолиты. В сильнощелочных средах (высокие рН) молекулы полиамфолитов приобретают суммарный отрицательный заряд. При некотором промежуточном значении кислотности (3 < рН < < 11 для белков) суммарный заряд макромолекулы становится равным нулю. Это значение называется изоэлектрической точкой полиамфолита.

Изоэлектрическая точка может быть измерена однозначно с помощью электрофореза, может быть использованы данные по набуханию полиамфолитов в р-рах с разл.pH.

47. Понятие биогенности химических элементов. Классификация биогенных и абиогенных элементов. Биологическая роль химических элементов в организме. Химический гомеостаз.

Понятие биогенности химических элементов. Классификация биогенных и абиогенных элементов. Биологическая роль химических элементов в организме. Химический гомеостаз.

Биогенные элементы -элементы, необходимые организму для построения и жизнедеятельности клеток и органов

Первоэлементы	Водород, углерод, кислород, азот,фосфор, сера.	Каркасные элементы органических молекул, составляющие большинство аминокислот.Непременные участники белковых молекул, ДНК и РНК. Создатели первичной, доклеточной жизни
Макроэлементы	Калий, натрий, кальций, магний, хлор, кремний	Элементы буферной системы первых одноклеточных организмов и клеточного потенциала. Первые элементы скелетного аппарата простейших организмов
Макроэлементы	Калий, натрий, кальций, магний, хлор, кремний	Элементы буферной системы первых одноклеточных организмов и клеточного потенциала. Первые элементы скелетного аппарата простейших организмов
Эссенциальные микроэлементы	Железо, медь, цинк, марганец, хром, селен, молибден йод, кобальт, фтор.	Включились в метаболизм с возникновением кровеносной системы. Участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Составляющие коферментов организма.
Условно эссенциальные микроэлементы	Мышьяк бром, литий, никель, ванадийкадмий, свинец	Узкоспециализированная группа элементов, “работающая” не у всех видов организмов. Некоторые входят в состав коферментов
Брэйн-элементы	Золото, олово, таллий, теллур, германий, галлий	Предположительно, участвуют в проводимости импульсов головного мозга млекопитающих

Нейтральные	Титан, рубидий	Не заняли своего места в метаболизме животных из-за слабой реакционной способности, несмотря на широкую распространенность в литосфере
Конкуренты	Барий, стронций, цезий	Участвовали в метаболизме морских форм организмов, что и определило их дальнейшую конкуренцию в метаболизме сухопутных видов (ведущую к патологии)
Агрессивные	Ртуть, бериллий, осмий, висмут	Элементы поздней вулканической деятельности. В связи с тем, что не нашли места в метаболизме организмов, вредны в малых дозах

Элементы в природе и организме

Академик В. Вернадский писал: «Для понимания сложнейших жизненных процессов их надо изучать в связи с первоисточником всего живого — земной корой. Организм вне связи с земной корой не существует».

На основании анализа горных пород установлено, что в биосферу (лито-, гидро- и атмосферу) входят около 90 химических элементов. Важнейшими являются 8 элементов:

О, Si, Fe, Al, Ca, Na, К, Mg- общее содержание 98,5 масс. %.

Структурные образования живой клетки включают в себя всего 6 биогенных элементов: С, Н, О, N, P, S.( основные макроэлементы)!!!!

По В. Вернадскому, средний химический состав человека включает примерно 80 элементов, из них макроэлементы: О, С, Н, N, Са, Р, К, Na, Cl, S, Mg, Fe, Zn, Si содержащие 65∙10^-3масс.%, и

микроэлементы: Вr, Сu, F, I, Mn, As, В, Pb, Ti, Co, Мо и др., содержание меньше 10^-3 масс. %

Больше всего в организме легких элементов. Возрастание атомной массы в ПСЭ увеличивает токсичность элементов и снижает их содержание в организме.

В. Вернадский разработал учение о биогеохимических провинциях (областях), которые характеризуются определенным качественным и количественным составом элементов в биосфере. Биосфера оказывает направленное влияние на биохимические процессы в живых организмах данной области.

В. Ковальский создал раздел биологии- геохимическую экологию, изучающую взаимоотношения организма с окружающей средой. Геохимическая экология изучает биохимическую и физиологическую адаптацию организма к определенному содержанию элементов данной среды. Установлено, что повышение (или понижение) содержания элементов в биосфере заставляет организм приспосабливаться к ним и развиваться нормально. Однако часть организмов (5 – 20 %) в этих условиях заболевают. Установлено канцерогенное действие некоторых металлов: Al, Fe, Au, Co, Ni, Hg, Sn, Se, Ag, Cr.

Биологическая роль химических элементов в организме

Биологическая роль элементов в организме человека чрезвычайно разнообразна.

Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, поддержании постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного состава.

Микроэлементы, входят в состав ферментов, гормонов, витаминов, биологически активных веществ в качестве комплексообразователей (активаторов), участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом дыхании, обезвреживании токсических веществ.

Микроэлементы активно влияют на процессы кроветворения, окисления - восстановления, проницаемости сосудов и тканей. Са, Р, F, I, Al, Si - определяют формирование костной и зубной тканей.

В организме человека поддерживается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов - химический гомеостаз. Нарушение этого баланса может привести к различным заболеваниям.

Кроме шести основных макроэлементов (С, Н, О, N, P, S) из которых состоят углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты, для нормального питания человека и животных, необходимы «неорганические» макроэлементы - Са, Cl, Mg, К, Na — и микроэлементы - Сu, F, I, Fe, Mo, Zn, а так же возможно - Se, As, Cr, Ni, Si, Sn, V.

Недостаток и избыток элементов в организме одинаково вреден.

Ряд элементов (Ag, Hg, Pb, Cd и др.) считаются токсичными, так как попадание их в организм даже в микроколичествах приводит к тяжелым патологическим явлениям