Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие вещества называют белками? Каково содержание и роль белка в организме?

2. Дайте характеристику особенностям химического состава и строения белковых молекул.

3. Охарактеризуйте основные свойства белков.

4. Охарактеризуйте состав, строение и биологическую роль нуклеиновых кислот.

5. Какие химические превращения происходят с белками в процессе пищеварения? Каковы пути дальнейших превращений продуктов пищеварения белков?

6. Каковы биохимические механизмы защиты структурных белков пищеварительной системы от самопереваривания?

7. Каковы основные этапы биосинтеза белков в клетках? Какие химические превращения происходят на каждом этапе биосинтеза?

8. Каковы механизмы регуляции синтеза белков?

9. Какие превращения происходят с аминокислотами в организме? Какова роль этих превращений в обеспечении жизнедеятельности организма?

10. Как осуществляется временное и постоянное связывание аммиака, образующегося при дезаминировании аминокислот и других азотосодержащих соединений? Как происходит синтез мочевины из аммиака в печени и его устранение из организма?

Глава 8. Обмен воды и минеральных соединений

8.1. Содержание и роль воды в организме человека

В норме содержание воды в организме человека колеблется в диапазоне 60-70% от массы тела, хотя в отдельных случаях, например, у лиц, страдающих значительной степенью ожирения, может выходить из этого диапазона. Жировая ткань характеризуется пониженным содержанием воды (около 25%). Поэтому у лиц со значительной избыточной массой тела содержание воды в организме может быть менее 60%.

Наибольшее содержание воды наблюдается у новорожденных (около 70% и более). С годами содержание воды снижается и к старости может достигать 60%. Кроме возраста, на содержание воды в организме могут оказывать влияние и индивидуальные особенности, связанные, в частности, с процентным содержанием жировой ткани.

Вода неравномерно распределяется по тканям организма. К тканям с высоким содержанием воды относятся биологические жидкости (кровь, лимфа, межклеточная жидкость, протоплазма клеток). Из консистентных тканей более богаты водой мозговые и нервные ткани (~82%), ткани внутренних органов, мышечная ткань (~75%). К тканям с невысоким содержанием воды (значительно ниже среднего значения) относятся костная и жировая.

Прослеживается четкая связь между интенсивностью обменных процессов в той или иной ткани и содержанием воды. Содержание воды выше в тех тканях, где выше интенсивность обменных процессов. Конечно, воду не следует рассматривать как стимулятор обменных процессов. Высокое содержание воды только создает благоприятные условия для их протекания.

Функции воды в организме чрезвычайно важны и многообразны. Можно сказать, что она выполняет структурную функцию. Вещества, входящие в состав организма (в первую очередь белки), находятся в комплексном соединении с водой. Вода участвует в обеспечении пространственной структуры белковых молекул, которая в значительной степени способствует выполнению ими своих функций. Как правило, масса молекул воды превышает массу молекулы белка, с которой они связаны. Вода находится также в комплексном соединении с углеводами, некоторыми липидами, минеральными соединениями. Выполнением такой структурной функции занята большая часть находящейся в организме воды.

Следующая функция воды – транспортная. Многие продукты питания попадают в организм в водных растворах, или сразу оказываются в них, смешиваясь со слюной, желудочным и кишечным соком. Всасываясь в пищеварительной системе, они также оказываются в водных растворах: крови, лимфе. В виде водных растворов вещества распределяются по организму, доставляются к местам устранения, а многие и устраняются во внешнюю среду. Транспортную функцию выполняет вода, находящаяся в составе крови, лимфы, межклеточной жидкости, протоплазмы, мочи, слюны, желудочного и кишечного сока.

Вода является участником многих химических реакций, происходящих в организме человека. Так, химические превращения, происходящие в процессе пищеварения, являются реакциями гидролиза. Большое число разнообразных реакций, участником которых является вода, происходит и в клетках организма. Так, для полного расщепления 100 г углеводов требуется 120 г воды, 100 г жира – 30 г воды, 100 г белка – 150 г воды.

Вода является внутренней средой организма, средой, в которой происходят химические реакции обмена веществ. Водная среда создает благоприятные условия для протекания химических реакций, обеспечивает дробление реагирующих веществ, их перемещение в пространстве, удаление из зоны реакций продуктов обмена.

Способность воды выполнять практически все указанные выше функции связана с особым строением ее молекул – полярностью. Именно полярность молекул обеспечивает воде способность присоединяться к молекулам белков и других веществ, имеющих полярные участки, а также образованным этими молекулами структурным элементам. С полярностью молекул воды связана и ее высокая растворяющая способность, обеспечивающая ей возможность эффективно выполнять транспортную функцию. С этим свойством воды связано и явление электролитической диссоциации – распада молекул солей, кислот и оснований в водной среде на положительно и отрицательно заряженные частицы - ионы. В результате в организме человека присутствует большое количество разнообразных ионов (металлов, Н⁺, ОН^¯, кислотных остатков), выполняющих чрезвычайно важные функции.

Есть еще одна функция воды (отчасти также связанная с полярностью ее молекул) - терморегуляторная. Вода обладает большой теплоемкостью – она может связывать и отдавать большое количество тепла. Кроме того, вода обладает высокой теплопроводностью. Благодаря этому, а также циркуляции воды по организму в составе биологических жидкостей (крови, лимфы), обеспечивается перераспределение тепла между участками тела с разной теплопродукцией. В результате при различном теплообразовании в разных участках организма температура оказывается примерно одинаковой.

Важнейшим механизмом терморегуляции для человека является потоотделение. Вода обладает очень большой теплотой парообразования. Это свойство воды, как и высокая теплоемкость, объясняется тем, что молекулы воды в силу их полярности могут соединяться друг с другом, образуя ассоциаты. Для того, чтобы перевести воду в мономолекулярное парообразное состояние, надо разорвать связи между молекулами в этих ассоциатах. Для этого требуется затратить большое количество энергии. Биологический смысл этого свойства состоит в том, что испарение даже небольшого количества воды гарантирует большую теплоотдачу. Таким образом, для человека потоотделение и испарение воды - один из важнейших механизмов теплорегуляции.

Являясь составной частью водно-дисперсных систем организма (крови, лимфы протоплазмы клеток, слюны, мочи и других), где ее содержание колеблется от 80 до 99%, вода обеспечивает этим жидкостям не только жидкую консистенцию, но многие свойства, способствующие выполнению специфических функций.

Находящуюся в организме воду можно разделить на три вида:

• Свободная вода, молекулы которой не связаны с молекулами других веществ. Такая вода преобладает в биологических жидкостях (крови,лимфе, межклеточной жидкости и др.), обеспечивая им жидкую консистенцию.

• Связанная вода, молекулы которой находятся в комплексном соединении с молекулами разных веществ: белков, углеводов, минеральных соединений.

• Иммобильная вода – находящаяся в просветах между волокнистыми структурами: мышечными волокнами, волокнами связок, сухожилий и др. Она занимает своеобразное промежуточное положение между свободной и связанной водой. С одной стороны, молекулы иммобильной воды не связаны с молекулами других веществ, с другой – они достаточно прочно фиксированы в просветах волокнистых структур.

Различиями в соотношении свободной и связанной воды обусловлены разные агрегатные состояния различных тканей при приблизительно одинаковом содержании воды. Так, сердечная мышца содержит примерно 80% воды, кровь – примерно 83%. Разница небольшая. При этом сердечная мышца достаточно плотное, твердое образование, а кровь – жидкость. Эти различия обусловлены тем, что в крови значительное количество воды находится в свободном состоянии, а в сердечной мышце – в связанном. Кроме того, в сердечной мышце имеется и иммобильная вода, заключенная между волокнистыми структурами – волокнами сердечной мышцы.

Содержащуюся в организме воду можно разделить на внеклеточную и внутриклеточную. Внеклеточная вода размещена внутри сосудистого русла (в составе крови, лимфы, спинномозговой жидкости) и в межклеточном пространстве. Внутриклеточная вода входит в состав протоплазмы клеток. Между внеклеточной и внутриклеточной водой осуществляется постоянный обмен, ведущую роль в котором играет осмотическое давление различных биологических жидкостей и гидростатическое давление. В свою очередь, главным фактором, определяющим осмотическое давление биологических жидкостей, является концентрация в них электролитов, а также ряда других соединений.