книги из ГПНТБ / Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения учеб. пособие

Являясь незаменимой средой оби­ тания гидробионтов, вода, в то же время входит непременной и наи­

более значительной составной частью во все виды тка­ ней организма животных и растений: нормальные функции живой протоплазмы могут осуществляться только при достаточном содержании в тканях воды.

Вода имеет большое значение и как вещество, уча­ ствующее во многих биохимических реакциях. Огромное значение имеет тканевая вода для развития биохими­ ческих посмертных процессов, а также для химических и коллоидных процессов, которые протекают в тканях сырца во время его обработки.

Вода является полярным растворителем, ибо ее мо­ лекулы представляют собой молекулярные диполи. По­ этому при гидратации, например, белковых катионов и анионов происходит ориентация диполей воды около СОО'- NH2-rpynn. Степень гидратации, а также скорость диффузии гидратированных ионов зависит от структуры ионов. Образование гидратных оболочек ока­ зывает громадное влияние на свойства коллоидных си­ стем в тканях живых и мертвых организмов и предо­

пределяет развитие многих биохимических процессов. Химически чистая вода является нейтральной жид­

костью, ибо вследствие частичной диссоциации содер­ жит ионы Н' и ОН' в одинаковой концентрации. Экспе­ риментально установлено, что при 22° С концентрация водородных ионов в 1 л воды равна ІО-7. Для удобства обозначения концентрации водородных ионов Зеренсен предложил применять водородный показатель (pH), который определяется как отрицательный логарифм концентрации водородных ионов. Поэтому в нейтраль­ ном растворе pH = 7, в щелочном рН >7 и кислом рН < <7. Константа диссоциации воды (Кя о ) при повыше­

нии температуры возрастает. Вода как источник Н' и ОН' ионов является важнейшим физико-химическим фактором, влияющим на течение биохимических процес­ сов в организме, а также на поведение биоколлоидов. Особенно велико значение воды для физиологических окислительных процессов: замещение водорода гидро­ ксилом ведет к окислению, а замещения гидроксила во­ дородом — к восстановлению.

В организме водных животных и растений вода при­ сутствует не только в виде моногидроля (Н2О), но и в виде ди-, три- и полигидроля. Установлено также, что в организме гидробионтов присутствует незначительное количество тяжелой воды, причем ее содержание воз­ растает с увеличением глубины обитания животных.

Содержащая тяжелый водород (дейтерий) тяжелая вода ЩгО] тормозит ферментативные процессы, замед­ ляет рост и деление клеток, снижает активность дыха­ ния и т. д. Все эти явления усиливаются с повышением концентрации Д20 в воде.

В живом организме непрерывно протекают процес­ сы диффузии газов и солей, совершается перераспреде­ ление воды. Например, растворенные в плазме крови кислород и углекислота диффундируют в эритроциты и лимфу, а из лимфы — в протоплазму клеток. Скорость процессов диффузии и осмоса через мембраны зависит от физико-химических факторов (свойства вещества, разность концентрации растворов по ту и другую сто­ рону мембраны, гидратация ионов, электрозаряд, тем­ пература и др.) и от физиологических факторов, опре­ деляющих свойства и проницаемость живой мембраны. Этим, например, объясняется факт избирательной про­ ницаемости отдельных ионов через живые мембраны. Например, через оболочку эритроцитов не проникают

ионы Na* и К'» а СѴ и НСО зпроникают; С 02 проникает через влажную мембрану скорее, чем О2 и т. д.

Процессы осмоса и диффузии играют огромную роль в регуляции состава крови и процессов обмена, оказы­ вают чрезвычайно большое влияние на ход биохимиче­ ских процессов.

Очень важным свойством водных растворов является их буферность или способность сохранять постоянство значений pH при добавлении растворов кислоты или щелочи.

При посредстве воды в живом Биологическая организме происходят все биохи- роль и обмен воды мические процессы обмена; с водой связаны процессы всасывания, пе­ ремещения и распределения питательных веществ в ор­

ганизме, а также вывод из организма конечных про­ дуктов обмена. Биологическое значение воды исключи­ тельно велико: если организмы могут переносить

потерю почти всего жирового запаса или половину об­ щего содержания белков, то потеря 9—10% воды вы­ зывает тяжелые патологические изменения, а потеря 15—20% общего содержания воды приводит к гибели организма. Даже небольшой дефицит воды ведет к отравлению организма конечными продуктами обмена. Поэтому расход воды в организме должен постоянно пополняться. Пополнение запасов воды может осуще­ ствляться экзогенным (вода поступает с пищей и пить­ ем) и эндогенным (вода образуется в самом организме при окислении составных частей пищи) путями. Основ­ ное значение имеет экзогенный путь.

образующейся в сутки в организме взрослого человека, не превышает 350—450 г. Эндогенная вода, очевидно, имеет большое значение для животных организмов, спо­ собных длительное время существовать без поступления воды извне.

В организме человека вода, поступающая с пищей, всасывается через слизистые желудочно-кишечного трак­ та и переносится потоком крови в печень. Здесь часть задерживается в качестве резерва, а часть транспор­ тируется кровью ко всем органам и тканям организма, где принимает участие в процессах обмена, после чего возвращается в кровь. Через артериальные капилляры вода отдается тканям, а через венозные возвращается в кровеносную систему. Часть воды поступает в меж­ клеточное пространство, в лимфатические сосуды, откуда возвращается в кровеносную систему. Этот круговорот воды обеспечивает снабжение тканей растворенными в плазме питательными веществами и эвакуацию конеч­ ных продуктов обмена.

Из организма в окружающую среду вода непрерыв­ но выделяется несколькими путями. Например, у взрос­ лого человека в сутки выделяется 2,5—2,8 л воды (с мочой, через кожу в виде пота, в виде паров при ды­ хании, через кишечник). Количество выделяемой орга­ низмом воды зависит от условий окружающей среды и состояния организма.

Для компенсации потерь воды организмы нуждают ся в регулярном ее поступлении извне — с пищей И

Количественное содержание воды в различных тка­ нях гидробионтов предопределяется содержанием в них протоплазмы. Например, у рыб наиболее высокое со­ держание влаги (89—99%) имеют биологические жид­ кости (кровь, слизь, лимфа), а наименьшее (2—25%) соединительно-жировая ткань. Ниже приводятся преде­

содержащейся в тканях воды превращается в лед при температуре минус 4—5° С. При дальнейшем охлажде­ нии количество вымерзающей воды возрастает незна­ чительно, но при минус 20° С в кристаллическую фазу переходит 95%'общего содержания воды.

Вся содержащаяся в живом организме вода подразде­ ляется на свободную и связанную.

В животных организмах вода входит в состав кол­ лоидных, главным образом белковых систем. Основная часть (80—90%) содержащейся в тканях воды связана с белками. Связанную с субстратом воду относят к ка­ тегории свободной воды. Свободная вода имеет обыч­ ные физико-химические свойства, является активным растворителем; не имея прочной связи с гидрофильным субстратом, она может быть отделена от тканей меха­ ническим путем.

Связанная вода имеет весьма прочную связь с гид­ рофильным субстратом живого вещества за счет хими­ ческих или физико-химических сил и не может быть отделена от субстрата механическим путем. Эта часть воды теряет способность растворять органические ве­ щества и минеральные соли, замерзает при более низ­ кой температуре, чем свободная вода, имеет понижен­ ную диэлектрическую постоянную, на испарение ее зат­ рачивается больше тепловой энергии.

Свободную воду подразделяют на воду смачивания, макро- и микрокапилляров, осмотическую. Вода смачи­ вания удерживается на поверхности тела рыбы или разрезов тканей силами поверхностного натяжения, т. е. она наименее прочно связана с субстратом. Содержа­ ние воды смачивания у рыб зависит от состояния по­ верхности, площади относительной поверхности тела и

может быть удалена из тканей механическим путем (прессованием, центрифугированием).

В организме между связанной и свободной водой резко выраженной границы не наблюдается: с усилени­ ем гидрофильных свойств белка мощность гидратных оболочек должна возрастать, а количество связанной воды увеличиваться. Если проявляется действие фак­ торов, ослабляющих гидрофильные свойства вещества (добавление электролитов, повышение температуры, уменьшение степени дисперсности и т. д.), то содержа­ ние связанной воды уменьшается.

Количество связанной воды можно определить по

Втканях количественные соотношения воды, различ­ но связанной с гидрофильным биоорганическим субст­ ратом, лабильны, что вызывается многочисленными причинами (род тканей, вид рыбы и ее биологическое состояние) и во многом определяет совокупность физи­ ко-химических, структурно-механических и биохимиче­ ских свойств вещества.

Вмышцах животных и рыб основная часть содер­ жащейся в тканях воды связана с гидрофильным суб­ стратом (белком) за счет капиллярных (40—45%) и осмотических (45—55%) сил, а на долю воды смачива­ ния приходится 0,8—2,5 и связанной — 6,5—7,5%.

что накладывает специфический отпечаток на количе­ ственное содержание и качественный состав минераль­ ных веществ, входящих в состав тканей обитателей гид­ росферы.

Общее содержание минеральных веществ в тканях гидробионтов зависит от физиологического и анатомиче­ ского назначения тканей, а также от биохимических особенностей вида (табл. 4).

Уровень накопления минеральных веществ в одно­ типных тканях непостоянен и зависит от биохимических особенностей вида. Например, в мышцах костистых рыб аккумулируется заметно больше минеральных веществ, чем в мышцах хрящевых, причем у морских видов, оби­ тающих в среде с более высоким осмотическим давле­ нием, содержание солей всегда более высокое ( табл. 5).

Среди костистых морских рыб наиболее высокое со­ держание минеральных веществ обнаружено в сухом веществе мышц некоторых видов камбал (до 16,6%), а наименьшее (до 6,8% )— у сельдевых; у пресноводных костистых рыб больше всего минеральных веществ об­ наружено в сухом веществе мышц карповых и сиговых