Содержание воды в организме человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Каким образом структура воды определяет ее свойства как растворителя

Если поместить воду во внешнее электрическое поле, то молекулы ее под действием поля стремятся расположиться в пространстве так, как показано на рис.1. Это явление называется ориентационной поляризацией, ею обладают вещества с полярными молекулами. Высокая полярность молекул воды является одной из важнейших причин ее высокой активности при многих химических взаимодействиях. Она же служит причиной и электролитической диссоциации в воде солей, кислот и оснований. С нею связана также и растворимость электролитов в воде.

Растворение есть не только физический, но и химический процесс. Растворы образуются путем взаимодействия частиц растворенного вещества с частицами растворителя. Вода обладает способностью растворять многие вещества, т. е. давать с ними однородные физико-химические системы переменного состава (растворы). Растворенные в природных водах соли находятся в диссоциированном состоянии, в виде ионов. В твердом кристаллическом состоянии ионные соединения состоят из закономерно расположенных положительных и отрицательных ионов. Молекулы в этом случае отсутствуют. Так, например, в галите, как это определено рентгеновским структурным анализом, каждый ион Na+ окружен шестью ионами Сl-, а также ион Сl- шестью ионами натрия. Ионы взаимодействуют между собой, притягивая друг друга (ионная связь).

В чем состоит механизм растворения? Молекулы воды в силу особенностей своего строения и возникающего из-за этого вокруг них силового поля обладают способностью притягивать молекулы других веществ. Процесс растворения заключается как раз во взаимодействии частиц растворяющего вещества с частицами воды. При соприкосновении с водой какой-нибудь соли ионы, образующие ее кристаллическую решетку, будут притягиваться противоположно заряженными частицами молекул воды. Например, при погружении в воду кристаллов галита ион натрия (катион) будет притягиваться отрицательным полюсом молекулы воды, а ион хлора (анион) - положительным (рис. 2). Чтобы ионы кристаллической решетки оторвались друг от друга и перешли в раствор, необходимо преодолеть силу притяжения этой решетки. При растворении солей такой силой является притяжение ионов решетки молекулами воды, характеризуемое так называемой энергией гидратации

Рис. 1. Ориентационная поляризация молекул воды.

Рис. 2. Разрушение ионной решетки кристалла NaCl полярными молекулами воды при растворении.

Рис. 3. Гидратированные молекулы воды.

Если при этом энергия гидратации будет по сравнению с энергией кристаллической решетки достаточно велика, ионы будут оторваны от последней и перейдут в раствор.

В зависимости от природы вещества при его растворении обычно происходит выделение или поглощение тепла. Ионы растворенного вещества притягивают и удерживают вокруг себя определенное число молекул воды, которые образуют оболочку, называемую гидратной. Таким образом, в водном растворе ионы являются гидратированными, т. е. химически связанными с молекулами воды (рис. 3). При кристаллизации многих солей часть гидратной воды захватывается кристаллическими решетками. Подобную кристаллизационную воду содержит гипс CaSO4*2H2O, мирабилит Na2S04*10H20, сода Na2CO3*10Н2О. Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами.

2. Связать ее строение с физическими и химическими свойствами и биологическими функциями

Водородная связь -- это взаимодействие атома водорода с более электроотрицательным атомом, имеющее частично донорно-акцепторный, частично электростатический характер.

Любая химическая связь характеризуется энергией ее образования. По энергии водородная связь занимает промежуточное положение между ковалентной (200--400 кДж/моль) и ионной химическими связями и слабыми ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, находясь в пределах 12--30 кДж/моль.

Необычная структура воды обусловливает ее уникальные физико-химические свойства. Все биохимические процессы в организме протекают в водной среде. Вещества, находящиеся в водном растворе, имеют водную оболочку, которая образуется в результате взаимодействия полярных молекул воды с заряженными группами макромолекул или ионов. Чем больше такая оболочка, тем лучше растворимо вещество.

По отношению к воде молекулы или их части делят на гидрофильные (водорастворимые) и гидрофобные (водонерастворимые). Гидрофильными являются все органические и неорганические соединения, диссоциирующие на ионы, биологические мономеры и биополимеры, имеющие полярные группы.

К гидрофобным следует отнести соединения, молекулы которых содержат неполярные группы или цепи (триацилглицерины, стероиды и др.). Молекулы некоторых соединений содержат как гидрофильные, так и гидрофобные группы; такие соединения называются амфифильными (от греч. amphy -- двоякий). К ним относятся жирные кислоты, фосфолипиды и др.

Из вышесказанного следует, что диполи воды способны взаимодействовать не только между собой, но ft с полярными молекулами органических и неорганических веществ, локализованных в клетке организма. Этот процесс получил название гидратации веществ.

Физико-химические свойства воды определяют ее биологические функции:

??? Вода является прекрасным растворителем.

??? Вода выполняет функцию регулятора теплового баланса организма, так как ее теплоемкость значительно превышает теплоемкость любого биологического вещества. По этой причине вода может долго сохранять тепло при изменении температуры окружающей среды и переносить его на расстояние.

??? Вода способствует сохранению внутриклеточного давления и формы клеток (тургор).

??? В определенных биохимических процессах вода выступает в качестве субстрата.

Содержание воды в организме человека зависит от возраста: чем моложе человек, тем выше содержание воды. У новорожденных вода составляет 75% от массы тела, у детей от 1 года до 10 лет -- 60--65%, а у людей старше 50 лет -- 50--55%. Внутри клеток содержится 2/3 общего количества воды, внеклеточная вода составляет 1/3. Необходимое содержание воды в организме человека поддерживается за счёт поступления ее извне (примерно 2 л в сутки); около 0,3 л в сутки образуется в процессе распада веществ внутри организма. Нарушение водного баланса в клетках организма приводит к тяжелым последствиям вплоть до гибели клеток. Функции клеток зависят от общего количества внутриклеточной и внеклеточной воды, от водного окружения макромолекул и субклеточных структур. Резкое изменение содержания воды в организме приводит к патологии.

В чем заключается значение рибосом в процессе биологического синтеза белков в клетке?

Рибосомы, внутриклеточные частицы, осуществляющие биосинтез белка в процессе функционирования (т. е. синтеза белка).

Рибосомы осуществляет несколько функций:

1. Специфическое связывание и удержание компонентов белоксинтезирующей системы [информационная, или матричная, РНК (иРНК) аминоацил-тРНК; пептидил-тРНК; гуанозинтрифосфат (ГТФ) ; белковые факторы трансляции EF - Т и EF - G];

2. Каталитические функции (образование пептидной связи, гидролиз ГТФ);

3. функции механического перемещения субстратов (иРНК, тРНК) , или транслокации. Функции связывания (удержания) компонентов и катализа распределены между двумя рибосомными субчастицами. Малая рибосомная субчастица содержит участки для связывания иРНК и аминоацил-тРНК и, по-видимому, не несёт каталитических функций. Большая субчастица содержит каталитический участок для синтеза пептидной связи, а также центр, участвующий в гидролизе ГТФ;

4. Удерживает на себе растущую цепь белка в виде пептидил-тРНК.

Каждая из субъединиц может проявить связанные с ней функции отдельно, без связи с другой субчастицей. Однако ни одна из субчастиц в отдельности не обладает функцией транслокации, осуществляемой только полной Рибосомой.

3. Дайте определение понятию «метаболизм»

Метаболимзм (от греч. мефбвплЮ -- «превращение, изменение»), или обмен веществ -- набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Метаболизм обычно делят на две стадии: катаболизм и анаболизм. В ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, обычно выделяя энергию. А в процессах анаболизма -- из более простых синтезируются более сложные вещества и это сопровождается затратами энергии.

Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями. В них, при участии ферментов, одни биологически значимые молекулы, последовательно превращаются в другие.

4. Нарушение митоза, его причины и последствия

Митомз (др.-греч. мЯфпт -- нить) -- непрямое деление клетки, наиболее распространённый способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

Митоз -- один из фундаментальных процессов онтогенеза. Митотическое деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяций клеток тканей. В результате митотического деления клеток меристем увеличивается количество клеток тканей растений. Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений.

Патология митоза

Патология митоза развивается при нарушении нормального течения митотического деления и зачастую приводит к возникновению клеток с несбалансированными кариотипами, следовательно, ведёт к развитию мутаций и анеуплоидии. Также в результате развития отдельных форм патологии наблюдаются хромосомные аберрации. Незавершённые митозы, прекращающиеся по причине дезорганизации или разрушения митотического аппарата, приводят к образованию полиплоидных клеток. Полиплоидия и формирование дву- и многоядерных клеток возникают в случае нарушений механизмов цитокинеза. При значительных последствиях патологии митоза возможна гибель клетки.

В нормальных тканях патология встречается в незначительных количествах. Например, в эпидермисе мышей встречается около 0,3% патологических митозов; в эпителии гортани и матки человека -- около 2%. Патологические митозы часто наблюдаются при канцерогенезе, при различных экстремальных воздействиях, при лучевой болезни или вирусной инфекции, при раке и предраковых гиперплазиях. Частота патологических митозов также увеличивается с возрастом.

Условно различают патологию митоза функционального и органического типа. К функциональным нарушениям относят, например, гипореактивность вступающих в митоз клеток -- снижение реакции на физиологические регуляторы, определяющие интенсивность пролиферации нормальных клеток.

Органические нарушения возникают при повреждении структур, участвующих в митотическом делении (хромосомы, митотический аппарат, клеточная поверхность), а также при нарушении процессов, связанных с данными структурами (репликация ДНК, образование веретена деления, движение хромосом, цитокинез).

Классификация и общая характеристика различных форм патологий митоза

На основании морфологических признаков и цитохимических нарушений митотического процесса выделяют три основных группы патологий митоза: патология, связанная с повреждением хромосом; патология, связанная с повреждением митотического аппарата; нарушение цитокинеза.[93]

Патология митоза, связанная с повреждением хромосом

1) Задержка митоза в профазе наблюдается при нарушениях репликации ДНК.

2) Нарушение спирализации и деспирализации хромосом прослеживается в результате действия на делящуюся клетку различными митотическими ядами. Например, воздействие колхицина приводит к гиперспирализации хромосом, которые приобретают укороченную и утолщенную форму.

3) Раннее (преждевременное) разделение хроматид в профазе (в норме разделение хроматид происходит на рубеже перехода метафазы в анафазу). Обозначенная патология наблюдается, к примеру, при изменении осмотического давления в фибробластах кролика в культуре ткани или же при воздействии канцерогенов (бензопирена, метилхолантрена) на мышиные фибробласты.[93]

4) Фрагментация и пульверизация хромосом возникает в опухолевых клетках, при вирусной инфекции, в результате воздействия на нормальные клетки ионизирующего излучения или мутагенов. Фрагменты могут быть одиночными, парными и множественными. Те из них, которые лишены центромерного участка, не участвуют в метакинезе, и, соответственно, не расходятся к полюсам деления в анафазе. При массовой фрагментации хромосом (пульверизация) большинство фрагментов также беспорядочно рассеиваются в цитоплазме и не участвуют в метакинезе.

В итоге часть фрагментов хромосом может попасть в одно из дочерних ядер, либо резорбироваться, либо образовать обособленное микроядро. Также отдельные фрагменты обладают способностью воссоединяться своими концами, причём подобные воссоединения носят случайный характер и приводят к хромосомным аберрациям.

5) Хромосомные и хроматидные мосты являются следствием фрагментации хромосом. При воссоединении фрагментов содержащих центромер образуется дицентрическая хромосома, которая в ходе анафазы растягивается между противоположными полюсами деления, образуя мост. Хромосомный (обычно двойной) мост возникает в результате воссоединения фрагментов хромосом, каждый из которых образован двумя хроматидами с центромерой. Хроматидный (обычно одиночный) мост возникает в результате воссоединения двух фрагментов отдельных хроматид с центромерой.

К концу анафазы -- в начале телофазы мосты обычно быстро рвутся в результате чрезмерного растягивания дицентрических фрагментов хромосом. Образование мостов приводит к генотипической разнородности дочерних клеток, а также нарушает течение завершающих стадий деления и задерживает цитокинез.

6) Отставание хромосом в метакинезе и при расхождении к полюсам возникает при повреждении хромосом в области кинетохора. Поврежденные хромосомы пассивно «дрейфуют» в цитоплазме и в итоге либо разрушаются и элиминируются из клетки, либо случайным образом попадают в одно из дочерних ядер, либо образуют отдельное микроядро. Отставание хромосом наблюдалось в культурах ткани опухолевых клеток, а также в экспериментах, в ходе которых кинетохоры хромосом облучались микропучком ультрафиолетовых лучей.

7) Образование микроядер происходит вследствие фрагментации или отставания отдельных хромосом, вокруг которых в телофазе формируется ядерная оболочка, параллельно образованию оболочки вокруг основных дочерних ядер. Новообразованные микроядра либо сохраняются в клетке в течение всего дальнейшего клеточного цикла вплоть до очередного деления, либо подвергаются пикнозу, разрушаются и выводятся из клетки.

8) При нерасхождении хромосом сестринские хроматиды не разъединяются с началом анафазы и вместе отходят к одному из полюсов, что приводит к анеуплоидии.

9) Набухание и слипание хромосом наблюдается в опухолевых клетках и при воздействии токсических доз различных митотических ядов. Вследствие набухания хромосомы теряют свои нормальные очертания и слипаются, превращаясь в комковатые массы. Расхождения хромосом не происходит и клетки в таком состоянии зачастую погибают.

Патология митоза, связанная с повреждением митотического аппарата

1) Задержка митоза в метафазе характерна для всей группы патологий митоза, связанных с повреждением митотического аппарата.

2) Колхициновый митоз или к-митоз -- одна из форм патологии митоза, связанная с повреждением митотического аппарата вследствие воздействия статмокинетических ядов (колхицина, колцемида, винбластина, винкристина, аценафтена, нокодазол, метанола и др.).

В результате воздействия статмокинетических ядов митоз задерживается на стадии метафазы в связи с дезорганизацией различных компонентов митотического веретена деления -- центриолей, микротрубочек, кинетохоров. Повреждения также затрагивают клеточное ядро, плазмалемму, различные внутриклеточные органоиды (митохондрии, хлоропласты, аппарат Гольджи). Действие статмокинетических ядов усиливает спирализацию хромосом, что приводит к их укорочению и утолщению, а порой доводит до набухания и слипания хромосом. Как следствие, происходят хромосомные аберрации, образуются микроядра в результате фрагментации или отставания хромосом, развивается анеуплоидия.[100] биологический белок митоз метаболизм

Исход к-митоза зависит от дозы и времени воздействия статмокинетического яда на делящуюся клетку. При токсических дозах наблюдается пикноз ядра и гибель клетки. Значительные отравления приводят к полиплоидизации. Воздействие небольших доз обратимо. В течение нескольких часов может восстановиться митотический аппарат и продолжиться митотическое деление.

3) Рассеивание хромосом в метафазе происходит в результате повреждения или полной дезорганизации митотического аппарата.

4) Многополюсный митоз связан с аномалией репродукции центриолей, что ведет к формированию дополнительных полюсов и веретен деления. В итоге хромосомы распределяются неравномерно между дочерними ядрами, что, в свою очередь, ведет к образованию анеуплоидных клеток с несбалансированным набором хромосом.

5) Моноцентрический митоз связан с нарушением разделения центриолей. При этом формируется лишь один полюс, от которого расходятся нити единственного полуверетена. В итоге моноцентрический митоз приводит к полиплоидизации.

6) Асимметричный митоз характеризуется непропорциональным развитием противоположных полюсов деления, что приводит к неравномерному распределению хромосом между дочерними ядрами, то есть к анеуплоидии. В результате асимметричный митоз приводит к образованию микроклеток и гигантских клеток с гипо- и гиперплоидными ядрами.

7) Трёхгрупповая метафаза и метафаза с полярными хромосомами характеризуется наличием в метафазе помимо основной экваториальной пластинки ещё двух групп или отдельных («полярных») хромосом в области полюсов деления клетки.[102] Хромосомы сохраняются вблизи полюсов веретена из-за отставания в процессе метакинеза, а не из-за преждевременного расхождения. Причинами отставания могут служить повреждения кинетохора или дезорганизация отдельных хромосомальных нитей, участвующих в движении отстающих хромосом.

8) Полая метафаза представляет собой кольцевое скопление хромосом в экваториальной пластинке вдоль периферии клетки.

Патология митоза, связанная с нарушением цитотомии

Различают две группы патологий митоза, связанные с нарушением цитотомии: раннюю цитотомию, берущую начало ещё в анафазе; либо наоборот, запаздывание или полное отсутствие цитотомии, в результате чего формируются двуядерные клетки, либо образуется одно полиплоидное ядро.

Задача

В молекуле ДНК обнаружено 920 цитидиловых нуклеотидов, которые составляют 20% от общего количества нуклеотидов этой ДНК. Определите:

а) сколько содержится других нуклеотидов (по отдельности) в этой молекуле ДНК;

б) какова длина ДНК?

Решение:

Цитидиловых нуклеотидов 920 =20%, по принципу комплементарности Гуаниловых тоже будет 920 нуклеотидов = 20%

Ц+Г , всего 1840 -это 40%

Если составить пропорцию, то узнаем сколько всего нуклеотидов 920 - 20% Х - 100%

отсюда Х= (920х100) : 20 =4600 нуклеотидов всего.

Теперь узнаем сколько нуклеотидов Тимидиловых и Адениловых

100% - 40% = 60% (Т, А), так как они тоже комплементарны друг другу, то их будет по 30 % (1380 нуклеотидов Т и 1380 нуклетидов А)

Длина ДНК (1 нуклеотид = 0,34нм), значит:

(920+9201380+1380)-это = 4600 х 0,34 = 1564нм.

Размещено на Allbest.ru