چه موادی باعث بافر سلولی می شوند؟ ترکیب تمام اجزای سلول در یک محیط واحد. سیتوپلاسم یک ساختار پویا است: گاهی اوقات یک حرکت دایره ای سیتوپلاسم در سلول ها قابل توجه است - سیکلوز که شامل اندامک ها و آخال ها می شود.

سیتوپلاسم. - قسمت اجباری سلول که بین غشای پلاسمایی و هسته محصور شده و نشان دهنده یک ماده پایه چسبناک و بی رنگ از سیتوپلاسم است، اجزای دائمی سیتوپلاسم هستند و اجزاء اجزای موقت سیتوپلاسم هستند. ترکیب شیمیایی سیتوپلاسم متفاوت است. اساس آن آب است (60-50٪ از کل جرم سیتوپلاسم). سیتوپلاسم غنی از پروتئین است.

سیتوپلاسم واکنش قلیایی دارد. یکی از ویژگی های سیتوپلاسم حرکت ثابت (سیکلوز) است. در درجه اول با حرکت اندامک های سلولی، به عنوان مثال کلروپلاست ها، تشخیص داده می شود، اگر حرکت سیتوپلاسم متوقف شود، سلول می میرد، زیرا تنها با حرکت مداوم می تواند وظایف خود را انجام دهد.

ماده اصلی سیتوپلاسم - هیالوپلاسم (سیتوزول) - است محلول کلوئیدی بی رنگ، لزج، غلیظ و شفاف. در آن است که تمام فرآیندهای متابولیک انجام می شود، اتصال هسته و تمام اندامک ها را تضمین می کند. بسته به غلبه قسمت مایع یا مولکول های بزرگ در هیالوپلاسم، دو شکل هیالوپلاسم متمایز می شود: سل - هیالوپلاسم مایع تر و ژل - هیالوپلاسم ضخیم تر. انتقال متقابل بین آنها امکان پذیر است: ژل به راحتی به سول تبدیل می شود و بالعکس.

وظایف هیالوپلاسم:

ترکیب تمام اجزای سلول در یک محیط واحد

محیطی برای واکنش های شیمیایی

محیطی برای وجود و عملکرد اندامک ها.

هیالوپلاسم و ارگاستوپلاسم اهمیت فوق العاده ساختاری و عملکردی.

هیالوپلاسما(از یونانی hyalos - شیشه و پلاسما)، پلاسما اصلی، ماتریس سیتوپلاسم، یک سیستم کلوئیدی پیچیده بی رنگ در یک سلول، قادر به انتقال برگشت پذیر از سل به ژل. ترکیب G. شامل پروتئین های محلول (آنزیم های گلیکولیز، فعال شدن اسیدهای آمینه در طی بیوسنتز پروتئین، بسیاری از ATPases و غیره)، RNA محلول، پلی ساکاریدها و لیپیدها می باشد. G. اسیدهای آمینه، اسیدهای چرب، نوکلئوتیدها، قندها و مواد معدنی را انتقال می دهد. یون ها، انتقال ATP ترکیب G. توسط بافر و اسمزی تعیین می شود. خواص سلولی
سیتوپلاسم

سیتوپلاسم سلول های یوکاریوتی از محتویات نیمه مایع و اندامک ها تشکیل شده است. ماده نیمه مایع اصلی سیتوپلاسم هیالوپلاسم (از یونانی hyalos - شیشه) یا ماتریکس نامیده می شود. هیالوپلاسما بخش مهمی از سلول، محیط داخلی آن است.

این یک سیستم کلوئیدی پیچیده است که توسط پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، آب و سایر مواد تشکیل می شود. هیالوپلاسم در حالت محلول حاوی تعداد زیادی آمینو اسید، نوکلئوتید و سایر بلوک های سازنده بیوپلیمرها، بسیاری از محصولات واسطه ای است که در طول سنتز و تجزیه درشت مولکول ها به وجود می آیند، و همچنین یون های ترکیبات معدنی مانند Na-، K-، Ca2+. Mg2-، Cl-، NS03، NR042 و غیره

با وجود این واقعیت که هیالوپلاسم به عنوان یک ماده همگن در میکروسکوپ الکترونی ظاهر می شود، همگن نیست. هیالوپلاسم از دو فاز تشکیل شده است - مایع و جامد. فاز مایع محلول کلوئیدی پروتئین های مختلف و مواد دیگر است. فاز مایع شامل سیستمی از رشته های پروتئینی نازک (-2 نانومتر ضخامت) است - میکروترابکول ها که از سیتوپلاسم در جهات مختلف عبور می کنند. این سیستم به اصطلاح میکروترابکولار است (شکل 1.7).

سیستم میکروترابکولار تمام ساختارهای درون سلولی را به هم متصل می کند. در محل تلاقی یا اتصال انتهای میکروترابکول ها، گروه هایی از ریبوزوم ها قرار دارند.

در ارتباط با سیستم میکروترابکولار، کمپلکس های رشته ای، پروتئینی یا رشته ها (رشته های نازک) - میکروتوبول ها و ریز رشته ها هستند.

میکروتوبول ها، ریز رشته ها و سیستم میکروترابکولار اسکلت سیتوپلاسمی داخل سلولی (اسکلت سلولی) را تشکیل می دهند که قرار دادن تمام اجزای ساختاری سلول را سازماندهی می کند.

وظایف هیالوپلاسم به شرح زیر است:

1) محیط داخلی سلول است که بسیاری از فرآیندهای شیمیایی در آن رخ می دهد.

2) تمام ساختارهای سلولی را متحد می کند و تعامل شیمیایی بین آنها را تضمین می کند.

3) محل اندامک ها را در سلول مشخص می کند.

4) حمل و نقل درون سلولی مواد و حرکت اندامک ها را فراهم می کند (مثلاً حرکت کلروپلاست ها در سلول های گیاهی).

5) مخزن و ناحیه اصلی حرکت مولکول های ATP است. 6) شکل سلول را تعیین می کند.

ارگاستوپلاسمانواحی سیتوپلاسم سلول های گیاهی و حیوانی مناطق غنی از اسید ریبونوکلئیک (به عنوان مثال، توده های برگ در سلول های کبد، اجسام Nissl در نورون ها). در یک میکروسکوپ الکترونی، این مناطق به عنوان عناصر منظم شبکه آندوپلاسمی دانه ای مشاهده می شوند.
؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟ ???????بعدش چیه!؟!؟!

غشای پلاسما، عملکردهای آن ایده های مدرن در مورد غشای پلاسما.

غشای سلولی(یا سیتولما، یا پلاسمالما، یا غشای پلاسمایی) محتویات هر سلول را از محیط خارجی جدا می کند و یکپارچگی آن را تضمین می کند. تنظیم تبادل بین سلول و محیط؛ غشاهای داخل سلولی سلول را به بخش های بسته تخصصی تقسیم می کنند - محفظه ها یا اندامک ها، که در آن شرایط محیطی خاصی حفظ می شود.

کارکرد

مانع- متابولیسم تنظیم شده، انتخابی، غیرفعال و فعال را با محیط فراهم می کند. به عنوان مثال، غشای پراکسی زوم از سیتوپلاسم در برابر پراکسیدهایی که برای سلول خطرناک هستند محافظت می کند. نفوذپذیری انتخابی به این معنی است که نفوذپذیری یک غشا به اتم ها یا مولکول های مختلف به اندازه، بار الکتریکی و خواص شیمیایی آنها بستگی دارد. نفوذپذیری انتخابی تضمین می کند که سلول و محفظه های سلولی از محیط جدا شده و مواد لازم تامین می شود.

حمل و نقل- انتقال مواد به داخل و خارج سلول از طریق غشاء انجام می شود. حمل و نقل از طریق غشا تضمین می کند: تحویل مواد مغذی، حذف محصولات نهایی متابولیک، ترشح مواد مختلف، ایجاد شیب یون، حفظ pH بهینه و غلظت یون در سلول، که برای عملکرد آنزیم های سلولی ضروری است.

ذراتی که به هر دلیلی قادر به عبور از دولایه فسفولیپیدی نیستند (مثلاً به دلیل خاصیت آبدوست، چون غشای داخل آن آبگریز است و اجازه عبور مواد آبدوست را نمی دهد یا به دلیل اندازه بزرگشان)، اما برای سلول ضروری است. ، می تواند از طریق پروتئین های حامل ویژه (انتقال دهنده ها) و پروتئین های کانال یا توسط اندوسیتوز به غشاء نفوذ کند.

در انتقال غیرفعال، مواد از دولایه لیپیدی بدون صرف انرژی در امتداد گرادیان غلظت با انتشار عبور می کنند. یک نوع از این مکانیسم انتشار تسهیل شده است که در آن یک مولکول خاص به ماده ای کمک می کند تا از غشاء عبور کند. این مولکول ممکن است کانالی داشته باشد که تنها به یک نوع ماده اجازه عبور می دهد.

حمل و نقل فعال به انرژی نیاز دارد زیرا در برابر گرادیان غلظت رخ می دهد. پروتئین های پمپ خاصی روی غشاء وجود دارد، از جمله ATPase، که به طور فعال یون های پتاسیم (K+) را به داخل سلول پمپ می کند و یون های سدیم (Na+) را از آن خارج می کند.

ماتریس -موقعیت نسبی و جهت گیری پروتئین های غشایی، تعامل بهینه آنها را تضمین می کند.

مکانیکی -استقلال سلول، ساختارهای درون سلولی آن و همچنین ارتباط با سلول های دیگر (در بافت ها) را تضمین می کند. دیواره های سلولی نقش عمده ای در تضمین عملکرد مکانیکی و در حیوانات، ماده بین سلولی دارند.

انرژی -در طول فتوسنتز در کلروپلاست ها و تنفس سلولی در میتوکندری، سیستم های انتقال انرژی در غشاهای آنها عمل می کنند که پروتئین ها نیز در آن شرکت می کنند.

گیرنده -برخی از پروتئین های موجود در غشاء گیرنده هستند (مولکول هایی که سلول با کمک آنها سیگنال های خاصی را درک می کند).

برای مثال، هورمون‌هایی که در خون گردش می‌کنند، فقط روی سلول‌های هدفی که گیرنده‌های مربوط به این هورمون‌ها دارند، عمل می‌کنند. انتقال دهنده های عصبی (مواد شیمیایی که هدایت تکانه های عصبی را تضمین می کنند) به پروتئین های گیرنده ویژه در سلول های هدف نیز متصل می شوند.

آنزیمی -پروتئین های غشایی اغلب آنزیم هستند. به عنوان مثال، غشای پلاسمایی سلول های اپیتلیال روده حاوی آنزیم های گوارشی است.

اجرای تولید و هدایت پتانسیل های زیستی.

با کمک غشاء، غلظت ثابتی از یون ها در سلول حفظ می شود: غلظت یون K+ در داخل سلول بسیار بیشتر از خارج است، و غلظت Na+ بسیار کمتر است، که بسیار مهم است، زیرا این امر تضمین می کند. حفظ اختلاف پتانسیل روی غشاء و تولید یک تکانه عصبی.

علامت گذاری سلول- آنتی ژن هایی روی غشاء وجود دارد که به عنوان نشانگر عمل می کنند - "برچسب هایی" که به سلول اجازه شناسایی می دهند. اینها گلیکوپروتئین ها هستند (یعنی پروتئین هایی با زنجیره های جانبی الیگوساکارید شاخه ای متصل به آنها) که نقش "آنتن" را بازی می کنند. به دلیل پیکربندی‌های بی‌شمار زنجیره‌های جانبی، می‌توان برای هر نوع سلول یک نشانگر خاص ساخت. با کمک نشانگرها، سلول ها می توانند سلول های دیگر را بشناسند و به طور هماهنگ با آنها عمل کنند، مثلاً در تشکیل اندام ها و بافت ها. این همچنین به سیستم ایمنی اجازه می دهد تا آنتی ژن های خارجی را تشخیص دهد.

بر اساس ایده های مدرنلایه مرکزی چنین غشایی یک لایه لیپیدی مایع است که حاوی پروتئین های درون غشایی است. اعتقاد بر این است که پروتئین های مرتبط با غشاء کروی هستند. برخی از آنها در سطح قطبی غشاء قرار دارند یا تا حدی در تک لایه آن غوطه ور هستند، هم از بیرون و هم از داخل. اینها به اصطلاح پروتئین های محیطی هستند که از نظر عملکردی با غشاء مرتبط هستند و با پیوندهای غیرکووالانسی روی سطح آن نگه داشته می شوند. سایر پروتئین های انتگرال از کل ضخامت غشاء، از جمله از طریق لایه های غیر قطبی داخلی آن عبور می کنند. در پروتئین های انتگرال، توالی بقایای اسید آمینه به گونه ای توزیع می شود که بقایای اسید آمینه آبگریز ساختارهایی را تشکیل می دهند که به غشاء نفوذ می کنند و آنهایی که آبدوست، حوزه های عملکردی را در سطح داخلی و/یا خارجی غشا تشکیل می دهند. بنابراین، پروتئین های غشایی از نظر عملکردی متفاوت یک ساختار موزاییکی منحصر به فرد را در دو لایه فسفولیپید کریستالی مایع تشکیل می دهند. این موزاییک کاملاً ثابت نیست، که به کلاس‌های مختلف PL و لیپیدهای جزئی غشا اجازه می‌دهد تا خوشه‌های خاصی (بخش‌هایی از تک لایه سطحی غشاء) را در طول انتشار جانبی تشکیل دهند.

غشای پلاسمایی حاوی گلیکولیپیدهای زیادی است که بخش های کربوهیدرات قطبی آنها (بقایای تک و الیگوساکارید) روی سطح آن قرار دارند که به آنها اجازه می دهد تا عملکردهای خاصی مانند دریافت (تشخیص سلولی) و واکنش های ایمونوشیمیایی را انجام دهند. بخش های الیگوساکارید آبدوست گلیکولیپیدها که از لایه دوگانه بیرون زده اند، نوعی پوسته بیرونی در سلول های یوکاریوتی - گلیکوکالیکس را تشکیل می دهند.

لایه ای از آب که بیرون تک لایه فسفولیپیدها و پروتئین های غشایی را می پوشاند نیز نقش خاصی در تثبیت لایه دوتایی لیپیدی ایفا می کند. چنین تک لایه های آب به دلیل پیوندهای هیدروژنی بین "سر" قطبی PL و مولکول های آب روی سطح غشاء نگه داشته می شوند. در یک لایه دولایه، مولکول‌های لیپیدی منفرد می‌توانند به اطراف حرکت کنند (نشر جانبی)، که باعث سیالیت و انعطاف‌پذیری غشاء می‌شود. تک تک مولکول‌های PL، بسته به طول زنجیره اسیدهای چرب خود، می‌توانند با استفاده از مکانیزم فلیپ فلاپ، بین تک لایه‌های بیرونی و داخلی غشا حرکت کنند.

همه اینها نشان می دهد که غشای دولایه یک سیستم واحد پویا و خود تنظیم کننده است

مدل های BM

1.4 تکامل ایده ها در مورد ساختار غشاها

وجود غشاء در اطراف سلول های زنده بیش از صد سال پیش در آثار K. Nägeli مشخص شد، که در سال 1855 کشف کرد که سلول های دست نخورده می توانند حجم خود را با تغییر فشار اسمزی محیط تغییر دهند. این مطالعات توسط E. Overton ادامه یافت و نشان داد که مولکول های غیر قطبی راحت تر از ترکیبات قطبی از غشای سلول عبور می کنند.

بر اساس این مشاهدات، او ابتدا پیشنهاد کرد که غشای سلولی ماهیتی لیپیدی دارد. توسعه ایده ها در مورد ساختار غشاها به لطف کار E. Gorter و F. Grendel که در سال 1925 انجام شد، به طور قابل توجهی پیشرفت کرد. این نویسندگان برای اولین بار مفهوم یک لایه لیپیدی را مطرح کردند. این ایده از یک آزمایش ساده ناشی شد. لیپیدهای گلبول قرمز با استون استخراج و سپس لایه نازکی از آنها بر روی سطح آب تهیه شد.

با استفاده از یک شناور، لایه ای از مولکول های چربی در سطح مشترک آب و هوا فشرده شد تا این لایه شروع به مقاومت در برابر فشرده سازی بیشتر کرد. این پدیده با تشکیل یک فیلم لیپیدی تک مولکولی متراکم توضیح داده شد. اندازه گیری سطح اشغال شده توسط لیپیدها و مقایسه آن با سطح گلبول های قرمز خون که لیپیدها از آن استخراج شده اند، نسبت 2:1 را نشان می دهد. از این نتیجه به این نتیجه رسید که غشای گلبول قرمز متشکل از مولکول های چربی است که در دو لایه قرار گرفته اند. ظاهراً این نتیجه گیری Gorter E. و Grendel F. فقط به دلیل جبران اشتباهات متقابل درست بود (اول اینکه استخراج با استون تمام چربی ها را استخراج نمی کند و ثانیاً آنها با استفاده از سطح گلبول های قرمز سطح گلبول های قرمز را دست کم گرفتند. سلول های خشک شده برای تعیین آن). با این حال، از نظر تاریخی، این کار از اهمیت زیادی برخوردار بود زیرا مفهوم یک لایه دولایه لیپیدی به عنوان پایه ساختاری غشاهای بیولوژیکی در واقع درست معلوم شد. این ایده که پروتئین ها با غشاها مرتبط هستند ده سال بعد توسط G. Danielli در ارتباط با نیاز به توضیح اختلاف ظاهری بین کشش سطحی در سطح مشترک نفت-آب و غشا-آب بیان شد. فرض بر این بود که غشاء از یک لایه لیپیدی تشکیل شده است، و پیشنهاد شد که پروتئین روی سطح آن قرار دارد - مدل Danielli-Davison یا "ساندویچ" (شکل 1.2).

1 - زنجیره های هیدروکربنی آبگریز 2- قطبی

گروه های آبدوست مولکول؛ 3- منافذ قطبی که در امتداد آنها

مواد در سلول پخش می شوند

شکل 1.2 - مدل ساختار غشاهای بیولوژیکی

دنیلی-دیویسون

شکل 1.2 یک لایه لیپیدی دو مولکولی را نشان می دهد که از دو طرف توسط تک لایه های پروتئینی احاطه شده است. بسیار موفق بود

مدل، و در طول 30 سال آینده، داده های تجربی متعدد، به ویژه آنهایی که با استفاده از پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی به دست آمده بودند، کاملاً تأیید شدند.

کفایت آن اجزای اصلی یک غشای بیولوژیکی چربی و پروتئین هستند

اجزای یک غشاء به موضوع بحث های زیادی تبدیل شده است زیرا غشاها برای انجام عملکردهای مختلفی کشف شده اند.

در سال 1959، Robertson J.D. پیشنهاد کرد که تمام غشای سلولی بر اساس یک اصل واحد ساخته می شوند و مفهوم غشای واحد (یا یکنواخت) را بیان کرد (شکل 1.3).

شکل 1.3 - نمودار واحد ساختار نامتقارن غشای زیستی رابرتسون.

مدل پیشنهادی از بسیاری جهات شبیه مدل کلاسیک Danielli J. است: اساس غشاء یک لایه دولایه لیپیدی است و اجزای غیر لیپیدی (عمدتاً پروتئین‌ها) در یک ترکیب کاملاً بازشده روی سطح لایه دوتایی قرار دارند و به هم متصل می‌شوند. به لیپیدها به دلیل فعل و انفعالات الکترواستاتیک و آبگریز. مدل رابرتسون یکی دیگر از ویژگی های مهم ساختاری غشاء را منعکس می کند - عدم تقارن آن.

پیشرفت های بعدی در غشاء شناسی، که منجر به شکل گیری ایده های مدرن در مورد ساختار غشاهای زیستی شد، تا حد زیادی به لطف پیشرفت در مطالعه خواص پروتئین های غشایی به دست آمد. مطالعات میکروسکوپی الکترونی با استفاده از روش برش انجماد نشان داد که ذرات کروی در غشاها جاسازی شده‌اند و بیوشیمی‌ها با استفاده از مواد شوینده موفق شدند غشاها را به حالت "ذرات فعال" جدا کنند. داده‌های حاصل از مطالعات طیفی نشان داد که پروتئین‌های غشایی با محتوای بالایی از مارپیچ‌های α مشخص می‌شوند و احتمالاً به جای اینکه به‌عنوان یک لایه روی سطح دولایه لیپیدی توزیع شوند، گلبول‌ها را تشکیل می‌دهند. ویژگی‌های غیرقطبی پروتئین‌های غشایی وجود تماس‌های آبگریز بین پروتئین‌ها و ناحیه غیرقطبی داخلی دولایه لیپیدی را پیشنهاد می‌کند. در همان زمان، روش‌هایی توسعه یافتند که امکان آشکارسازی سیالیت دو لایه لیپیدی را فراهم می‌کرد. سینگر و نیکلسون همه این ایده ها را با پیشنهاد در سال 1972 یک مدل جدید از سازماندهی مولکولی غشاهای زیستی - مدل مایع موزاییک (شکل 1.4) گرد هم آوردند.

1 - قطعات کربوهیدرات گلیکوپروتئین ها. 2- دو لایه لیپیدی

3 - پروتئین انتگرال 4 - "سر" فسفولیپیدها.

5- پروتئین محیطی 6- کلسترول

7- «دم» اسیدهای چرب فسفولیپیدها.

شکل 1.4 – مدل غشای موزاییک مایع

سینگر و نیکلسون

با توجه به مدل موزاییک سیال:

1) اساس ساختاری غشاهای زیستی یک لایه دولایه لیپیدی است که در آن زنجیره های هیدروکربنی مولکول های فسفولیپید در حالت کریستالی مایع هستند.

2) مولکول های پروتئینی که قادر به حرکت در سراسر غشاء هستند در دولایه لیپیدی غوطه ور یا جاسازی می شوند که دارای ویسکوزیته روغن نباتی است.

برخلاف مدل‌های قبلی که غشاها را به‌عنوان سیستم‌هایی از اجزای کاملاً ثابت در نظر می‌گیرند، مدل موزاییک سیال غشا را به‌عنوان «دریایی» از لیپیدهای مایع نشان می‌دهد که در آن «کوه‌های یخ» پروتئین‌ها شناور هستند. بسته به قدرت اتصال با غشا، پروتئین های موجود در مدل موزاییک به دو نوع محیطی و انتگرال تقسیم می شوند.

پروتئین های محیطی شامل پروتئین هایی هستند که به دلیل فعل و انفعالات قطبی و یونی با غشا در ارتباط هستند و در شرایط ملایم به راحتی از آن جدا می شوند، به عنوان مثال، هنگام شستشو با محلول های بافر با مقادیر مختلف pH یا قدرت یونی یا محلول های حاوی مواد کمپلکس کننده مانند به عنوان EDTA.

پروتئین های انتگرال دارای مناطق آبگریز بزرگ در سطح خود هستند و در داخل غشاء قرار دارند. برای جداسازی پروتئین های انتگرال، ابتدا باید دولایه لیپیدی مختل شود.

مدل موزاییک مایع ساختار غشاهای زیستی اکنون به طور کلی پذیرفته شده است، اما باید به خاطر داشت که هنوز هم بازتابی ساده و شماتیک از چنین سیستم پیچیده و همه کاره ای به عنوان یک غشای بیولوژیکی است. یکی از فرضیات این مدل، فرض حرکت آزاد مولکول‌های پروتئین و لیپیدی در فاز دو بعدی لایه‌های لیپیدی است. با این حال، به زودی مشخص شد که همه پروتئین ها و لیپیدها قادر به حرکت آزاد نیستند، در برخی موارد، تحرک آنها به شدت محدود است. در بسیاری از غشاها، پروتئین های انتگرال به دلیل غلظت بالای پروتئین به دلیل تجمع آن، تشکیل دامنه های لیپیدی و همچنین برهم کنش پروتئین ها با اسکلت سلولی تشکیل شده توسط ساختارهای داخلی سلول، در موقعیت های ثابت قرار دارند.

در برخی از غشاها، مقادیر قابل توجهی از لیپیدها می توانند در حالت بسیار منظم یا برعکس، در فازهای غیر دولایه باشند. این بدان معنی است که توزیع لیپیدها در امتداد سطح غشاء، همانطور که در مورد انتشار آزاد آنها با توجه به مدل موزاییک مایع انتظار می رود، همگن نیست، اما تا حد زیادی ناهمگن است.

علاوه بر این، مدل موزاییک سیال ناهمگنی بالای ترکیب لیپیدی غشاهای بیولوژیکی را توضیح نمی دهد. لازم به ذکر است که لیپیدهای غشاهای بیولوژیکی نه تنها در ساختار گروه های قطبی، بلکه در درجه اشباع نشدن و طول زنجیره های هیدروکربنی و همچنین در روش اتصال آنها به باقی مانده گلیسرول (استر، اتر) متفاوت هستند. و پیوندهای وینیل اتر). ترکیب لیپیدی غشاهای بیولوژیکی همیشه به شدت ناهمگن است و صدها مولکول لیپیدی منفرد شیمیایی در ساخت آن دخیل هستند. این واقعیت با ایده نقش غیرفعال لیپیدها در عملکرد غشاها به عنوان یک ماتریکس ساختاری که پروتئین های غشایی در آن قرار دارند، موافق نیست. با وجود این، در حال حاضر آنها هنوز از مدل مایع-موزاییک ساختار غشایی استفاده می کنند، اما به شکل پیچیده تر، که منعکس کننده الگوهای جدید، خاص و قبلا ناشناخته است.

سوال 1. سازماندهی فضایی مولکول های آب چه ویژگی هایی دارد که اهمیت بیولوژیکی آن را تعیین می کند؟

مولکول های آب دوقطبی هستند - ساختارهایی که در آنها دو اتم هیدروژن در قطب مثبت و یک اتم اکسیژن در قطب منفی وجود دارد. قطب های مثبت و منفی مولکول های مختلف آب یکدیگر را جذب می کنند. این منجر به تشکیل به اصطلاح پیوندهای هیدروژنی می شود که ظرفیت گرمایی بالای آب و همچنین ویژگی های فرآیندهای تغییر حالت تجمع آن (ذوب شدن، تبخیر) را تضمین می کند. علاوه بر این، دوقطبی H20 به طور فعال با هر مولکولی که دارای مکان های باردار است، تعامل می کند. این مهم ترین خاصیت آب را به عنوان حلال جهانی مواد آلی و معدنی تعیین می کند.

سوال 2. نقش بیولوژیکی آب چیست؟

آب بسیاری از وظایف مهم را در یک سلول انجام می دهد:

به عنوان یک حلال جهانی عمل می کند.
محیطی برای اکثر فرآیندهایی است که در سلول اتفاق می افتد.
خود در بسیاری از واکنش های بیوشیمیایی شرکت می کند - هیدرولیز مواد آلی، آزاد شدن انرژی در هنگام تجزیه ATP، فتوسنتز و غیره.
ظرفیت گرمایی بالا و هدایت حرارتی آب، حفظ تعادل حرارتی با محیط را برای موجودات زنده (از جمله حیوانات خونگرم) آسان تر می کند.
شدت تبخیر بالا از موجودات زنده از گرمای بیش از حد محافظت می کند.
تراکم ناپذیری تقریباً کامل آب، حفظ شکل سلول های فردی و کل موجودات را تضمین می کند.
ویسکوزیته به آب خاصیت روانکاری می دهد.
کشش سطحی بالا حمل و نقل مواد را در آوندهای گیاه تسهیل می کند. سوال 3. به چه موادی آبدوست می گویند؟ آبگریز؟

مواد آبدوست موادی هستند که به خوبی در آب حل می شوند. اینها شامل نمک ها، اسیدهای آمینه، قندها، پروتئین ها، الکل های ساده است. به عنوان یک قاعده، مولکول های آنها دارای مناطق باردار (گروه های الکل، گروه های آمینه و غیره) هستند. اغلب، هنگامی که مواد آبدوست حل می شوند، ذرات باردار - یون ها - تشکیل می شوند. برعکس، مواد آبگریز در آب کم محلول هستند یا اصلاً محلول نیستند. اینها عمدتاً شامل چربی ها و ترکیبات چربی مانند و همچنین پلی ساکاریدها (کیتین، سلولز) می شوند.

سوال 4. چه موادی PH سلول را در یک سطح ثابت نگه می دارد؟

توانایی حفظ تعادل اسید و باز، یعنی حفظ مقدار pH ثابت، توسط به اصطلاح خواص بافر سلول تضمین می شود. این بدان معناست که وقتی مقادیر کمی اسید یا قلیا اضافه می‌شود، غلظت یون‌های هیدروژن (که در غیر این صورت به عنوان pH شناخته می‌شود) در سیتوپلاسم تقریباً بدون تغییر باقی می‌ماند. این اثر به دلیل وجود یون های دارای بار منفی در سلول - باقی مانده اسیدهای ضعیف (در درجه اول HCO3 و HPO2|4) به دست می آید. هنگامی که اسیدی می شوند (یون H + اضافی)، این یون ها می توانند به ترتیب به H 2 C0 3 و H 2 P0 4 تبدیل شوند. در مقابل، با کمبود H + (قلیایی شدن سیتوپلاسم)، HCO3 و HPO2|4 قادر به از دست دادن بخشی از یون های هیدروژن خود هستند. خواص بافری سلول بسیار مهم است، زیرا اکثر مواد فعال بیولوژیکی (به ویژه پروتئین های آنزیمی) فقط می توانند در یک سطح PH کاملاً تعریف شده واکنش نشان دهند.

سوال 5. در مورد نقش املاح معدنی در زندگی یک سلول بگویید.

نمک های معدنی و عناصر تشکیل دهنده آنها در بسیاری از فرآیندهای سلولی نقش دارند. بنابراین، باقی مانده اسیدهای ضعیف (HCO3، HPO2|4) خواص بافری آن را فراهم می کند. حرکت یون های Na +، K +، Ca 2 +، C1 از طریق غشای سلولی زمینه ساز همه پدیده های الکتریکی مشاهده شده در موجودات زنده (تا تخلیه ماهی های الکتریکی) است. بدون این، فیبرهای عضلانی قادر به انقباض نیستند و بافت عصبی نمی تواند سیگنال ها را هدایت کند. بقایای اسید فسفریک برای سنتز نوکلئوتیدها و فسفولیپیدها مورد نیاز است. فسفات کلسیم و منیزیم در تشکیل استخوان ها نقش دارند و کربنات کلسیم اساس پوسته نرم تنان است.

خواص بافرتوانایی بسیاری از مواد برای تضعیف تغییر در واکنش فعال یک محلول، که بدون آنها زمانی که اسیدها یا قلیاها به محلول اضافه می شوند، رخ می دهد. این اثر تثبیت کننده در واکنش محلول، اثر بافر نامیده می شود.

عمل بافر

اگر به ده مکعب سانتی مترهنگام اضافه کردن محلول غیر طبیعی اسید استیک، به تدریج محلولی از هیدروکسید سدیم را با همان غلظت اضافه کنید، اسیدیته محلول که با غلظت یون های هیدروژن آزاد موجود در آن تعیین می شود، کاهش می یابد. هنگام اضافه کردن 10 مکعب سانتی متر NaOH، فرآیند اتصال یک اسید با یک قلیایی، فرآیند خنثی سازی، تکمیل می شود، تمام اسید استیک به نمک مربوطه - استات سدیم تبدیل می شود و یون های ترکیبی H و OH مولکول های آب را می دهند. افزودن بیشتر NaOH به یون های هیدروکسیل آزاد غالب می شود - یک واکنش قلیایی. منحنی قرار داده شده در اینجا (نگاه کنید به شکل 1، خط جامد) تغییرات در واکنش را نشان می دهد که بر حسب pH بیان می شود (مقدار هیدروژن، ببینید)، مشاهده شده در طول خنثی سازی اسید استیک.

شکل 1. تغییر پاسخ (خواص بافر در عمل)

خط شکسته در همان شکل نشان دهنده تغییر مربوطه در واکنش (pH) هنگامی که NaOH به اسید هیدروکلریک دسینورمال اضافه می شود. اگر هر دو منحنی را مقایسه کنید و ببینید چه مقدار قلیایی برای تغییر یکسان در واکنش مورد نیاز است، مثلاً برای تغییر pH از 4 به 5، نتایج بسیار متفاوت خواهد بود: در مورد اول - حدود 5 مکعب سانتی متر NaOH، در دومی آثار ظریفی از دومی وجود دارد. مقدار قلیایی (یا اسید به ترتیب) که برای تغییر خاصی در واکنش مورد نیاز است، معیاری برای سنجش پایداری واکنش محلول و میزان اثر بافری آن است. در مورد اول بسیار مهم است، در مورد دوم کاملاً ناچیز است. اگر تعداد گرم معادل های قلیایی (یا، بر این اساس، اسید) اضافه شده به یک لیتر محلول آزمایش با علامت DV نشان داده شود، و در نتیجه تغییر در واکنش از طریق DR نشان داده شود، طبق گفته ون-اسلایک، بافر کردن اثر برابر با نسبت این مقادیر خواهد بود: عمل بافر = نسبت DV به DRN. تفاوت وتر منحنی ها برای هر دو محلول مورد بحث در بالا به دلیل خواص هر دو اسید است. اسید کلریدریک متعلق به اسیدهای قوی است که به طور کامل به یون های آنها تجزیه می شود. برعکس، اسید استیک نسبتاً ضعیف تجزیه می شود: تنها بخش کوچکی از مولکول های آن (حدود 1.3٪ در یک محلول غیر طبیعی) متلاشی شده و یون های هیدروژن تولید می کند که واکنش اسیدی محلول را تعیین می کند. بنابراین، اسید استیک واکنش اسیدی به طور قابل توجهی کمتری (PH بالاتر) نسبت به اسید هیدروکلریک در همان غلظت مولکولی دارد. هنگامی که NaOH اضافه می شود، یون های هیدروکسیل قلیایی به یون های هیدروژن متصل می شوند. اما به دلیل شرایط عمومی تعادل شیمیایی، حذف محصولات تفکیک باعث از هم پاشیدگی مولکول های جدید و قبلاً تفکیک نشده می شود و به جای آنهایی که توسط قلیایی متصل شده اند، یون های H بیشتر و بیشتری آزاد می شود. بنابراین، اسید استیک (برخلاف اسید کلریدریک کاملاً تفکیک شده)، علاوه بر یون‌های آزاد و فعال H که واکنش فعال محلول را تعیین می‌کند، در مولکول‌های خود ذخیره نشده، یون‌های هیدروژن ذخیره، اسیدیته ذخیره نیز دارد. پر کردن سریع از دست دادن یون های آزاد. این ذخایر اسیدی (یا قلیایی، اگر محلول بتواند یونهای OH ذخیره را آزاد کند و اسیدهای اضافه شده را متصل کند) اثر بافری آن را تعیین می کند. هرچه اهمیت بیشتری داشته باشد، یون های ذخیره بیشتری برای یک تغییر معین در واکنش بسیج می شوند. نام خود (عمل بافر) به قیاس با بافرهای راه آهن داده شد و سختی شوک های مکانیکی را کاهش داد. مقایسه صحیح تر با ظروف با ظرفیت های مختلف است که در آن افزودن مقدار مشابه مایع باعث تغییرات متفاوت در سطح می شود. هرچه ظرفیت ظرف بیشتر باشد، مایع بیشتری برای افزایش معینی در سطح مورد نیاز است. به همین ترتیب، مقدار قلیایی (یا اسید) مورد نیاز برای یک تغییر معین در "سطح" واکنش به تعداد یونهای ذخیره H - یا O H ("ظرفیت بافر") بستگی دارد.

محلول های بافر

تفکیک الکترولیتی اسیدها و قلیاهای ضعیف در حضور نمکهایی که یون مشترکی با آنها دارند به شدت کاهش می یابد. به عنوان مثال، اسید استیک در حضور نمک سدیم خود (استات سدیم، که مانند اسید استیک، یون استات می دهد) بسیار کمتر از یک محلول خالص یون هیدروژن تولید می کند. غلظت یون های هیدروژن با غلظت مولکول های اسید استیک نسبت مستقیم و با غلظت یون های استات نسبت معکوس دارد. از آنجایی که نمک‌های خنثی متعلق به الکترولیت‌های قوی هستند که تقریباً به طور کامل به یون‌های آنها تفکیک شده‌اند، می‌توان با تقریب کافی، به جای غلظت یون‌های استات، غلظت نمک مربوطه را به سادگی در نظر گرفت. سپس غلظت یون های هیدروژن در چنین محلولی حاوی اسید ضعیف و نمک آن با یک فرمول ساده (که در آن براکت های مستطیلی غلظت مواد موجود در آنها را نشان می دهد) بیان می شود: [H"] = K [اسید] / [ نمک] (1).

به طور مشابه، در مخلوطی از یک قلیایی ضعیف و نمک آن، غلظت یون های هیدروکسیل (که محاسبه غلظت نزدیک یون های H و واکنش محلول از آن آسان است) با یک عبارت مشابه تعیین می شود: [H"] = K [قلیایی] / [نمک] (2).

برای محاسبه دقیق تر، لازم است مخرج را در هر دو فرمول با ضرب آن در درجه تفکیک نمک (مقداری کمتر از واحد) کمی کاهش دهیم. چنین مخلوط‌هایی دارای مقادیر زیادی ذخایر، یون‌های H- و OH هستند که به راحتی بسیج می‌شوند و بر این اساس، یک اثر بافر بسیار بزرگ دارند. در عین حال، آنها واکنش محلول را در برابر قلیایی ها و اسیدها مقاوم می کنند. بنابراین، به عنوان مثال، مخلوطی از اسید استیک با استات سدیم (که از خنثی سازی جزئی اسید استیک با هیدروکسید سدیم، به شکل رجوع کنید)، همانطور که دیدیم، واکنش خود را نسبتاً کمی در هنگام قلیایی تغییر می دهد. به همین ترتیب، هنگامی که یک اسید قوی، به عنوان مثال، اسید کلریدریک اضافه می شود، اثر آن ضعیف می شود، زیرا با سدیم ترکیب می شود و مقدار معادل اسید استیک ضعیف را از نمک آن جابجا می کند. محلول های چنین مخلوط هایی از یک اسید یا قلیایی ضعیف با نمک مربوطه، به اصطلاح محلول های بافر، به دلیل سهولت محاسبه واکنش آنها با استفاده از فرمول های داده شده (1) و (2) اهمیت خاصی پیدا کرده اند. ثابت K در این فرمول ها نشان دهنده یک مشخصه ثابت هر اسید یا قلیایی است - به اصطلاح. حد تفکیک. اگر یک اسید و نمک آن در غلظت های مساوی (معادل) وجود داشته باشند، بدیهی است که غلظت یون های هیدروژن از نظر عددی برابر با ثابت تفکیک ([H"] = K می شود. بنابراین، ثابت تفکیک یک اسید ( یا، بر این اساس، یک قلیایی) به طور مستقیم نشان می دهد واکنش متوسط، که در منطقه ای که اثر بافری این مخلوط آشکار می شود، در این مرحله، اثر بافری بیش از حد قوی است : مخلوطی از اسید استیک و استات سدیم (مخلوط استات)، فسفات سدیم یک فلز (اولیه) و دو فلز (ثانویه) و آمونیاک با کلرید آمونیوم.

جدول مخلوط های بافر pH.
استیک اسید
نسبت مولی
استیک اسید. Na
32:1 3.2 16:1 3.5 8:1 3.8 4:1 4.1 2:1 4.4 1:1 4.7 1:2 5.0 1:4 5.3 1: 8 5.6 1:16 5.9 1:32 6.2 phospha Primary
فسفات ثانویه
کلر. آمونیوم
آمیانوس
1 4 7 0 3 7 3,3 8,0 8,3 8,6 8,9 9,2 9,5 9,8 10,1 10,4 10,7 11,0

از فرمول های (1) و (2) می توان مستقیماً یک ویژگی بسیار مهم محلول های بافر را استنباط کرد: واکنش نشان داده شده توسط مخلوط بافر (به تقریب اول) صرفاً به نسبت و اجزای آن بستگی دارد و نه به غلظت مطلق آنها. بنابراین، در جدول داده شده، بدون ذکر غلظت اسید (یا قلیایی) و نمک امکان پذیر بود تا خود را به نشان دادن نسبت آنها محدود کنیم. رقیق کردن محلول بافر بر واکنش آن تأثیری ندارد. البته در مورد عمل بافر نمی توان همین را گفت. در این واکنش، هر چه غلظت بافرها بیشتر باشد، اهمیت بیشتری دارد. خواص در نظر گرفته شده محلول های بافر مهمترین کاربردهای عملی آنها را مشخص می کند:

1. بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی و بیولوژیکی حتی به تغییرات جزئی در واکنش بسیار حساس هستند (و را ببینید). در طی این فرآیندها، اغلب مقادیر زیادی از محصولات اسیدی یا قلیایی تولید می شود که می تواند روند بعدی آنها را تغییر داده یا حتی به طور کامل متوقف کند. برای مطالعه دقیق چنین فرآیندهایی، لازم است آنها را در شرایطی انجام دهید که امکان هرگونه نوسانات قابل توجه در واکنش را حذف کند. برای این منظور، از محلول های بافر استفاده می شود که در اینجا به عنوان تنظیم کننده واکنش استفاده می شود. این روش توسط سورنسن (1909) برای مطالعه اثر یک واکنش فعال بر فعالیت آنزیم ها استفاده شد. بسته به مقدار محصولات اسیدی یا قلیایی تولید شده از یک سو و درجه پایداری واکنش مطلوب از سوی دیگر، استفاده از محلول هایی با اثر بافری کم و بیش قابل توجه ضروری است.
2. در موارد دیگر، بزرگی اثر بافری به ویژه قابل توجه نیست و استفاده از محلول های بافر بر اساس توانایی آنها برای تهیه محلول های پایدار هر واکنش دلخواه است (جدول را ببینید). با کمک شاخص ها - موادی که بسته به واکنش فعال محلول تغییر رنگ می دهند، می توان محلول مورد مطالعه را با مجموعه ای از محلول های بافر یک واکنش شناخته شده مقایسه کرد. با تعیین اینکه در کدام یک از این محلول ها یک شاخص معین همان رنگ مورد آزمایش را به خود می گیرد، می توان واکنش دومی را تعیین کرد. بنابراین، بافرها در اینجا به عنوان محلول های استاندارد استفاده می شوند که با مقایسه با آنها واکنش اندازه گیری می شود. استفاده از چنین محلول های بافر استاندارد اساس شاخص یا روش رنگ سنجی برای اندازه گیری واکنش ها را تشکیل می دهد. سایر سیستم های بافر سایر مواد شیمیایی سیستم ها همچنین می توانند اثر بافری کم و بیش قابل توجهی داشته باشند. برای مثال ممکن است به رسوب قلیایی یا اسید اضافه شده بستگی داشته باشد. بنابراین، اگر سدیم هیدروکسید به آب دریا اضافه شود، محلول تا زمانی که PH آن تقریباً 8.6 شود، قلیایی می شود. در طی این واکنش، Mg(OH) 2 شروع به رسوب می کند که از نمک های منیزیم و NaOH اضافه شده تشکیل شده است. افزایش بیشتر قلیاییت متوقف می شود تا زمانی که تمام منیزیم از محلول خارج شود. علاوه بر این، حتی مواد نامحلول (به عنوان مثال، زغال چوب حیوانی) می توانند اسیدها یا قلیاهای اضافه شده را با جذب جذب کنند. در نهایت، پروتئین ها و سایر مواد آمفوتریک اثر بافری بسیار قوی دارند (نگاه کنید به). به دلیل ماهیت دوگانه ("آمفوتریک") آنها می توانند اسیدها و قلیاها را به هم متصل کنند. ماهیت آمفوتریک کلوئیدهای سلولی برای تداوم واکنش درون سلولی اهمیت زیادی دارد.

بافرهای آب دریا

تغییر در واکنش تأثیر زیادی بر پدیده های زندگی دارد. زندگی فقط در محدوده مشخص و نسبتاً باریکی از غلظت یون های H- و OH برای بیشتر موجودات ممکن است. بنابراین، در طبیعت، بافرها نقش زیادی در حفظ پایداری واکنش لازم برای زندگی دارند. آب دریا که بیانگر محیط طبیعی خارجی بیشتر موجودات آبزی است، اثر بافری بسیار مهمی دارد که به مخلوط بی کربنات موجود در آن بستگی دارد - ترکیبی از دی اکسید کربن و بی کربنات سدیم (بی کربنات سدیم). به لطف وجود این بافر، واکنش کمی قلیایی معمول آب دریا حفظ می شود و نوسانات واکنش تولید شده توسط موجودات آبی که CO2 را در طول فتوسنتز جذب می کنند یا محصولات متابولیک اسیدی آزاد می کنند، تعدیل می شود.

خواص بافری خون

ویژگی های بافری محیط داخلی بدن، به ویژه خون، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. خون واکنش کمی قلیایی دارد که با ثبات زیاد مشخص می شود. حتی در شرایط آزمایشگاهی، خون به طور محکم واکنش خود را حفظ می کند و اثر بافری بسیار زیادی دارد. برای قلیایی شدن یکسان محلول باید چندین ده برابر بیشتر از آب مقطر هیدروکسید سدیم به آن اضافه کرد و برای اسیدی شدن یکسان چندین صد برابر HC1 بیشتر. همانطور که در آب دریا، بافر اصلی سرم خون یک مخلوط بی کربنات است - ترکیبی از CO 2 و NaHCO 3. غلظت یون های H که تولید می کند تقریباً به صورت زیر تعیین می شود: [H"] = K [CO 2] / (3)، که در آن K تقریباً برابر با 3 * 10-7 است. اما در مقایسه با بی کربنات ها، سرم همچنین حاوی فسفات است. تعداد و نقش آنها کم است.

به عنوان مثال، هر دو مایع به مقدار یکسان CO 2، متناسب با فشار جزئی آن در هوای اطراف، حل می کنند. هنگامی که این فشار تغییر می کند، همانطور که فرمول (3) نشان می دهد، غلظت یون های هیدروژن در آنها به همان میزان تغییر می کند. خون کامل با عناصر تشکیل‌شده‌اش، در شرایط یکسان، پایداری قابل‌توجه بیشتری از واکنش را نشان می‌دهد. این اثر بافری اضافی، در مقایسه با سرم، به مواد پروتئینی آمفوتریک در خون، به ویژه به Hb موجود در گلبول های قرمز بستگی دارد. دومی یک اسید بسیار ضعیف است، به قدری ضعیف که وقتی CO 2 اضافی وجود دارد، نمی توان ویژگی اسیدی آن را بیان کرد. اما هنگامی که فشار دومی کاهش می یابد، به عنوان مثال، در خون شریانی، اکسی هموگلوبین، مانند یک اسید، مقدار مشخصی بی کربنات را تجزیه می کند و CO 2 را از آن جابجا می کند. در نتیجه، مخرج در فرمول (3) کاهش می یابد و اثر کاهش محتوای CO 2 تا حدی جبران می شود.

بنابراین، Hb تأثیر قابل توجهی بر منحنی اتصال دی اکسید کربن و در نتیجه بر واکنش خون دارد. به ویژه، تفاوت های مرتبط با فشارهای مختلف CO 2 در خون شریانی و وریدی را تعدیل می کند. در هر صورت، در نهایت، واکنش خون به طور کامل با نسبت دی اکسید کربن و بی کربنات، یعنی نسبت CO 2 آزاد (محلول) و CO 2 متصل به شیمیایی تعیین می شود. اولی به راحتی از خون دفع می شود، دومی می تواند با تجزیه بی کربنات ها توسط اسیدها جابجا شود. هر دوی این مقادیر - مقدار CO 2 آزاد و متصل - به طور مشترک خواص بافری و واکنش خون را مشخص می کنند. اندازه گیری آنها اخیراً گسترده و مهم شده است.

خون از نظر واکنش دارای خواصی مشابه سایر محلول های بافری است. دیدیم که واکنش یک مخلوط بافر با نسبت اسید و نمک آن تعیین می شود و نه با غلظت مطلق آنها. بر این اساس، واکنش خون عملاً بدون تغییر باقی می‌ماند حتی زمانی که مکرراً با محلول NaCl ایزوتونیک (یا هر محلول بدون بافر دیگری) رقیق شود. این خاصیت خون اغلب هنگام اندازه گیری واکنش آن استفاده می شود و برای این منظور از مقدار کمی خون رقیق شده با محلول NaCl استفاده می شود. همچنین انفوزیون داخل وریدی انواع مختلف را به اصطلاح بی ضرر می کند. "محلول های نمکی"، اغلب دارای یک واکنش غیرعادی هستند که اگر یک مخلوط کوچک خون آن را به هنجار فیزیولوژیکی نزدیک نکند، برای بدن کشنده است. هنگامی که قلیایی به خون در شرایط آزمایشگاهی اضافه می شود، دومی توسط دی اکسید کربن خنثی می شود. در مقابل، هر اسید با بی کربنات واکنش می دهد و با تشکیل یک نمک خنثی، با مقدار معادل CO 2 که توسط آن از بی کربنات جابجا شده است، جایگزین می شود. این یک واقعیت قابل توجه را توضیح می دهد که قبلاً بیش از یک بار توجه محققان را به خود جلب کرده است: با وارد کردن اسیدهای مختلف به خون (in vivo) - از ضعیف ترین تا قوی ترین - به نظر می رسد که دستیابی به موارد متفاوت کاملاً غیرممکن است (طبق قدرت اسید مورد استفاده) تغییر در واکنش خون.

تا زمانی که مقدار معینی از بافر بی کربنات در خون باقی بماند، تغییرات در واکنش در همه موارد به یک اندازه ناچیز است. سپس، همزمان با اختلال شدید واکنش، مرگ رخ می دهد. این اثرات آزمایشی خام تصویر واضحی از آنچه در بدن در شرایط طبیعی اتفاق می افتد ارائه می دهد. اکثریت قریب به اتفاق محصولات متابولیک ماهیتی اسیدی دارند (اسیدهای فسفریک، کربنیک، لاکتیک، بوتیریک و سایر اسیدها). بافرهای خونی قرار است از واکنش طبیعی آن در برابر این اسیدهایی که به طور مداوم از بافت ها می آیند محافظت کنند. دومی کمی قلیایی است، یعنی با کمی بیش از حد یون های هیدروکسیل فعال مشخص می شود. شاخص هیدروژن (pH) خون به طور متوسط ​​7.4 است، غلظت یون های H 0.44 * 10-7، غلظت یون های OH حدود 7 * 10 -7 (در 37 درجه) است. در مقایسه با این غلظت ناچیز یون های آزاد OH، تعداد یون های ذخیره ای که می توانند برای اتصال اسیدهای اضافه شده آزاد شوند بسیار زیاد است (حدود 2 * 10-2). با این حال، تعداد آنها به اندازه واکنش فعال خون ثابت نیست و می تواند در معرض تغییرات شدید، به ویژه در شرایط پاتولوژیک باشد.

محلول های قلیایی تنها اولین مانع در برابر محصولات اسیدی هستند که از خارج وارد شده یا در بدن تولید می شوند. اختلال در واکنش تولید شده توسط دومی بارها توسط بافرهای خون ضعیف می شود، اما نمی توان به طور کامل توسط آنها از بین رفت: اتصال بخشی از مولکول های بی کربنات و انتشار CO 2 نسبت اولیه این مخلوط بافر اصلی را تغییر می دهد. تنظیم ظریف‌تر واکنش توسط ریه‌ها انجام می‌شود. هر گونه افزایش در غلظت یون های هیدروژن مرکز تنفسی را تحریک می کند و بلافاصله تهویه ریه ها را افزایش می دهد (نگاه کنید به). به دلیل حساسیت بالای مرکز تنفسی به یون های H، دستگاه تنظیم ریوی به طور غیرعادی دقیق عمل می کند: با حذف مقادیر بیشتر یا کمتر CO 2 از خون، بسته به واکنش فعال موجود در آن، به طور خودکار نسبت طبیعی را بازیابی می کند. بین آن و بی کربنات.

بافرهای خون از بدن در برابر نوسانات شدید در واکنش محافظت می کنند که برای آن فاجعه بار است. دستگاه تنفس نسبت ثابتی از اجزای مخلوط بافر (حتی با تغییرات ناگهانی در غلظت مطلق آنها) و در نتیجه ثبات دقیق واکنش فعال را تضمین می کند. تجمع پاتولوژیک قابل توجهی از اسیدهای غیر فرار و کاهش متناظر در قلیائیت ذخیره در مشاهده شده است. با این حال، این معمولاً منجر به تغییر در واکنش خون فعال نمی شود: از طریق افزایش تهویه ریه ها، کاهش محتوای CO 2 حاصل می شود که در بیشتر موارد کاهش غلظت بی کربنات ("اسیدوز جبران شده") را جبران می کند. پدیده مخالف آلکالوز جبران شده است که در آن افزایش ذخایر قلیایی با افزایش متناسب فشار CO 2 جبران می شود. تغییرات در محتوای CO 2 در هوای آلوئولی ریه ها می تواند در هر دو مورد به عنوان یک شاخص مستقیم از تغییرات غلظت بی کربنات ها در خون باشد. مقدار کل بافرها در خون در مورد اول کاهش می یابد، در مورد دوم افزایش می یابد، اما واکنش فعال تقریبا ثابت می ماند.

MALM، خودآزاری عمدی با هدف از دست دادن یا تضعیف عملکرد هر عضوی...

سطح مولکولی سازماندهی موجودات زنده

این پایین‌ترین سطح سازمان‌دهی موجودات زنده است که توسط مولکول‌های منفرد مواد آلی و معدنی که سلول‌های بدن را می‌سازند نشان داده می‌شود. زندگی را می توان به عنوان یک سلسله مراتب سازمانی از ماده نشان داد. در موجودات زنده، عناصر مولکول های آلی بسیار پیچیده ای را تشکیل می دهند که به نوبه خود سلول ها و از آن ها کل ارگانیسم را می سازند. فعالیت حیاتی همه سیستم های زنده در برهمکنش مولکول های مواد شیمیایی مختلف آشکار می شود.

سازمان شیمیایی سلول ترکیب عنصری سلول ها مواد معدنی: آب و نمک های معدنی

سوالات اساسی نظریه

ترکیب عنصری سلول

بیش از 80 عنصر شیمیایی در طبیعت زنده کشف شده است که 27 مورد از آنها وظایف خاصی را انجام می دهند.

درشت مغذی ها	ریز عناصر	اولترامیکرو عناصر
99 %	10 -3 %	10 -6 %
98٪ - بیوژنیک: O، C، H، N K، Na، Ca، Mg، Fe، Cl، S، P	B، Mn، Zn، Cu، Co، F، I، Br، Mo	U، Au، Be، Hg، Se، Ra، Cs

برخی از ارگانیسم ها تجمع کننده های فشرده عناصر خاصی هستند: باکتری ها قادر به جمع آوری منگنز، جلبک دریایی - ید، علف اردک - رادیوم، نرم تنان و سخت پوستان - مس، مهره داران - آهن هستند.

هر یک از عناصر شیمیایی عملکرد مهمی را در سلول انجام می دهند.

عنصر	نقش بیولوژیکی
او	بخشی از آب هستند.
C، O، H، N	بخشی از پروتئین ها، لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها هستند.
K، Na، Cl	از هدایت تکانه های عصبی اطمینان حاصل کنید.
حدود	جزء استخوان ها، دندان ها، لازم برای انقباض عضلانی، جزء لخته شدن خون، واسطه در مکانیسم عمل هورمون ها.
Mg	یک جزء ساختاری کلروفیل، از عملکرد ریبوزوم ها و میتوکندری ها پشتیبانی می کند.
Fe	جزء ساختاری هموگلوبین، میوگلوبین.
اس	بخشی از اسیدهای آمینه و پروتئین های حاوی گوگرد است.
پ	بخشی از اسیدهای نوکلئیک و بافت استخوانی است.
ب	برای برخی از گیاهان ضروری است.
منگنز، روی، مس	فعال کننده های آنزیمی بر فرآیندهای تنفس بافتی تأثیر می گذارند.
روی	بخشی از انسولین است.
مس	بخشی از آنزیم های اکسیداتیو است که اکسیژن را در بافت نرم تنان حمل می کند.
شرکت	بخشی از ویتامین B 12 است.
اف	بخشی از مینای دندان است.
من	بخشی از تیروکسین است.

مواد شیمیایی سلولی

ساختار منحصر به فرد آب، خواص و نقش آن در حیات وحش

ساختار و خواص آب	عملکردهای بیولوژیکی آب
1. اندازه های کوچک مولکول های آب، مولکول آب غیر خطی است.	1. آب محیطی است برای واکنش های بیوشیمیایی در سلول ها. 2. آب یک دهنده الکترون، منبع یون هیدروژن و اکسیژن آزاد در طول فتوسنتز است. 3. آب برای هیدرولیز ماکرومولکول ها به مونومرها، به عنوان مثال، در هضم ضروری است. 4. آب تعیین کننده PH محیط است که با غلظت H + و OH - تعیین می شود.
2. قطبیت، مولکول آب - دوقطبی.	5. آب یک حلال جهانی برای مواد قطبی است. بر اساس حلالیت در آب، همه مواد به آبدوست (محلول در آب) و آبگریز (نامحلول) تقسیم می شوند. 6. آب وسیله ای برای انتقال مواد است.
3. توانایی تشکیل پیوندهای هیدروژنی، تحرک مولکول های آب. … - پیوند هیدروژنی.	7. آب دارای رسانایی حرارتی بالا و ظرفیت گرمایی بالا است و عملکرد تنظیم حرارت را در موجودات زنده انجام می دهد (زیرا برای شکستن پیوندهای هیدروژنی مقدار زیادی E لازم است). 8. هنگام انجماد، آب منبسط می شود (از آنجایی که پیوندهای هیدروژنی زیادی تشکیل می شود)، یخ سبک تر از آب است، روی سطح آن شناور است، "سنگین ترین آب" در t +4 0 است، که زندگی آبزیان را در زمستان نجات می دهد.
4. نیروهای پیوستگی بین مولکولی از فشرده شدن آب جلوگیری می کند.	9. آب برای حفظ شکل موجودات (اسکلت هیدرواستاتیک، فشار تورگ) خدمت می کند. 10. آب یک روان کننده در سیستم های بیولوژیکی (مایع سینوویال، مایع جنب، مخاط) است.

نمک های معدنی، معنای آنها

نمک های معدنی در سلول یافت می شوند که به یون یا در حالت جامد تجزیه می شوند.

مولکول های نمک در یک محلول آبی به کاتیون ها و آنیون ها تجزیه می شوند. معنی آنها:

1. تفاوت بین تعداد کاتیون ها و آنیون ها در سطح و داخل سلول، وقوع یک پتانسیل عمل را تضمین می کند، که زمینه ساز وقوع تحریک عصبی و عضلانی است.

2. تفاوت غلظت یون در طرف های مختلف غشاء مسئول انتقال فعال مواد از طریق غشا است.

3. خاصیت بافری سلول به غلظت نمک های داخل سلول بستگی دارد.

خواص بافر سلول
↓	↓
سیستم بافر فسفات	سیستم بافر بی کربنات
آنیون های اسید فسفریک(H 2 RO 4, NRO 4 2-)	آنیون های اسید کربنیک(NSO 3 -)
pH داخل سلولیمحیطدر سطح 6,9	pH خارج سلولیمحیطدر سطح 7,4

4. مشارکت در فعال شدن آنزیم ها، ایجاد فشار اسمزی در سلول، در فرآیندهای انقباض عضلانی، لخته شدن خون و ....

بنابراین، عملکرد نمک های معدنی در یک سلول، حفظ یک محیط داخلی ثابت و تضمین فرآیندهای حیاتی است.

در حالت جامد، نمک‌های معدنی Ca 3 (PO 4) 2 (کلسیم فسفات) بخشی از ماده بین سلولی بافت استخوان و پوسته‌های نرم تن هستند که استحکام این تشکیلات را تضمین می‌کنند.

بافر و اسمز.
نمک موجودات زنده در حالت حل شده به شکل یون - کاتیون های با بار مثبت و آنیون های با بار منفی.

غلظت کاتیون ها و آنیون ها در سلول و محیط آن یکسان نیست. سلول حاوی مقدار زیادی پتاسیم و سدیم بسیار کمی است. در محیط خارج سلولی، مثلاً در پلاسمای خون، در آب دریا، برعکس، سدیم زیاد و پتاسیم کمی وجود دارد. تحریک پذیری سلول به نسبت غلظت یون های Na+، K+، Ca 2+، Mg 2+ بستگی دارد. تفاوت در غلظت یون در طرف های مختلف غشا، انتقال فعال مواد را در سراسر غشا تضمین می کند.

در بافت جانوران چند سلولی، Ca 2+ بخشی از ماده بین سلولی است که انسجام سلول ها و آرایش منظم آنها را تضمین می کند. فشار اسمزی در سلول و خواص بافری آن به غلظت نمک بستگی دارد.

بافر توانایی یک سلول برای حفظ واکنش کمی قلیایی محتویات آن در یک سطح ثابت است.

دو سیستم بافر وجود دارد:

1) سیستم بافر فسفات - آنیونهای اسید فسفریک pH محیط داخل سلولی را در 6.9 حفظ می کنند.

2) سیستم بافر بی کربنات - آنیونهای اسید کربنیک PH محیط خارج سلولی را در 7.4 حفظ می کنند.

اجازه دهید معادلات واکنش های رخ داده در محلول های بافر را در نظر بگیریم.

اگر غلظت سلول افزایش یابد H+ سپس کاتیون هیدروژن به آنیون کربنات می پیوندد:

با افزایش غلظت آنیون های هیدروکسید، اتصال آنها اتفاق می افتد:

H + OH – + H 2 O.

به این ترتیب آنیون کربنات می تواند یک محیط ثابت را حفظ کند.

اسمزیپدیده هایی را که در یک سیستم متشکل از دو محلول که توسط یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شده اند، نامیده می شود. در یک سلول گیاهی، نقش لایه های نیمه تراوا توسط لایه های مرزی سیتوپلاسم انجام می شود: پلاسمالما و تونوپلاست.

پلاسمالما غشای خارجی سیتوپلاسم در مجاورت غشای سلولی است. تونوپلاست غشای داخلی سیتوپلاسم است که واکوئل را احاطه کرده است. واکوئل ها حفره هایی در سیتوپلاسم هستند که با شیره سلولی پر شده اند - محلول آبی از کربوهیدرات ها، اسیدهای آلی، نمک ها، پروتئین های با وزن مولکولی کم و رنگدانه ها.

غلظت مواد در شیره سلولی و محیط خارجی (خاک، آب) معمولاً یکسان نیست. اگر غلظت درون سلولی مواد بیشتر از محیط خارجی باشد، آب از محیط با سرعت بیشتری نسبت به جهت مخالف وارد سلول، به طور دقیق تر به داخل واکوئل می شود. با افزایش حجم شیره سلولی، به دلیل ورود آب به داخل سلول، فشار آن بر سیتوپلاسم که به طور محکم به غشاء می چسبد، افزایش می یابد. هنگامی که یک سلول کاملاً از آب اشباع شود، حداکثر حجم خود را دارد. حالت کشش داخلی یک سلول، ناشی از محتوای زیاد آب و فشار در حال رشد محتویات سلولی بر روی غشای آن، تورگور نامیده می‌شود که باعث می‌شود اندام‌ها شکل خود را حفظ کنند (به عنوان مثال، برگ‌ها، ساقه‌ها). موقعیت در فضا و همچنین مقاومت آنها در برابر عمل عوامل مکانیکی. از دست دادن آب با کاهش تورگ و پژمردگی همراه است.

اگر سلول در محلول هیپرتونیک باشد که غلظت آن بیشتر از غلظت شیره سلولی باشد، سرعت انتشار آب از شیره سلولی از سرعت انتشار آب به داخل سلول از محلول اطراف بیشتر خواهد شد. به دلیل خروج آب از سلول، حجم شیره سلولی کاهش یافته و تورگور کاهش می یابد. کاهش حجم واکوئل سلولی با جدا شدن سیتوپلاسم از غشاء همراه است - رخ می دهد. پلاسمولیز.

در طی پلاسمولیز، شکل پروتوپلاست پلاسمولیز شده تغییر می کند. در ابتدا، پروتوپلاست تنها در مکان‌های خاصی و اغلب در گوشه‌ها از دیواره سلولی عقب می‌ماند. پلاسمولیز این شکل را زاویه ای می نامند

سپس پروتوپلاست به عقب ماندن از دیواره های سلولی ادامه می دهد و سطح پروتوپلاست را در مکان های خاصی حفظ می کند. در این مرحله، پلاسمولیز مقعر نامیده می شود. به این نوع پلاسمولیز پلاسمولیز محدب می گویند.

اگر یک سلول پلاسمولیز شده در محلول هیپوتونیک که غلظت آن کمتر از غلظت شیره سلول است قرار گیرد، آب محلول اطراف وارد واکوئل می شود. در نتیجه افزایش حجم واکوئل، فشار شیره سلولی روی سیتوپلاسم افزایش می یابد، که شروع به نزدیک شدن به دیواره های سلولی می کند تا زمانی که موقعیت اصلی خود را بگیرد - این اتفاق می افتد. دپلاسمولیز

وظیفه شماره 3
پس از خواندن متن داده شده به سوالات زیر پاسخ دهید.
1) تعیین ظرفیت بافر

2) غلظت کدام آنیونها خواص بافری سلول را تعیین می کند؟

3) نقش بافر در سلول

4) معادله واکنش های رخ داده در یک سیستم بافر بی کربنات (روی تخته مغناطیسی)

5) تعریف اسمز (مثال هایی را ذکر کنید)

6) تعیین اسلایدهای پلاسمولیز و دپلاسمولیز