Неорганические вещества. Внутренняя среда организма Основу внутренней среды живых организмов образует

Понятие о внутренней среде организма

Любой организм - одноклеточный или многоклеточный - нуждается в определенных условиях существования. Эти условия обеспечивает организмам та среда, к которой они приспособились в ходе эволюционного развития.

Внутренней средой для клеток и органов человека служат кровь, лимфа и тканевая жидкость.

Если сильно порезать палец, то потечет кровь; если порез неглубокий и сосуды не повреждены, то вместо крови на разрезе иногда проступает несколько капелек прозрачной жидкости - это и есть тканевая жидкость. Тканевая жидкость постоянно омывает клетки и служит для них средой существования. Тканевая жидкость постоянно обновляется через систему лимфатических сосудов: тканевая жидкость собирается в эти сосуды (внутри лимфатических сосудов она называется лимфой), а затем по самому крупному лимфатическому сосуду попадает в общий кровоток, где смешивается с кровью.

Первые живые образования возникли в водах Мирового океана, и средой обитания для них служила морская вода. По мере усложнения живых организмов часть их клеток изолировалась от внешней среды. Так часть среды обитания оказалась внутри организма, что позволило многим организмам покинуть водную среду и начать жить на суше.

"Маленькое море", усложняясь, постепенно превратилось во внутреннюю среду животных. В связи с этим не должен вызывать удивления тот факт, что содержание солей в морской воде и во внутренней среде организма сходно.

Во внутренней среде организма, помимо солей, содержится очень много различных веществ - белки, сахар, жироподобные вещества, гормоны и т. д. Каждый орган постоянно выделяет во внутреннюю среду продукты своей деятельности и получает из нее необходимые для себя вещества. И, несмотря на такой активный обмен, состав внутренней среды остается практически неизменным.

Гомеостаз. Поддержание постоянства условий жизни во внутренней среде называют гомеостазом .

Отдельные клетки и группы клеток человеческого организма чрезвычайно чувствительны к изменению окружающей их среды. Что же касается целого организма, то границы изменений внешней среды, которые он может переносить, значительно шире, чем у отдельных клеток. Клетки человека нормально функционируют лишь при температуре 36-38° С. Повышение или снижение температуры за пределы этих границ приводит к нарушению функций клеток. Человек же, как известно, может нормально существовать при значительно более широких колебаниях температуры внешней среды.

В клетках поддерживается постоянное количество воды и минеральных веществ. Многие клетки почти мгновенно гибнут при помещении их в дистиллированную воду. Организм же как целое может переносить и водное голодание, и избыточное поступление воды и солей.

Отдельные клетки чрезвычайно чувствительны к незначительным изменениям концентрации ионов водорода. Целый организм способен поддерживать постоянную концентрацию водородных ионов, даже когда в тканевую жидкость поступает много кислых или щелочных продуктов обмена веществ.

Этих примеров достаточно, для того чтобы убедиться в наличии у организмов специальных приспособлений для обеспечения постоянства среды обитания их клеток.

Очень важной особенностью внутренней среды является то, что содержание веществ в ней не абсолютно одинаково, а изменяется в определенных пределах, т. е. для содержания каждого Вещества нормой является не одна какая-то цифра, а определенный диапазон показателей . Например, в справочнике можно прочитать: содержание ионов калия в крови здорового человека - 16-20 мг% (т. е. 16-20 мг в 100 мл).

Практически содержание любого вещества во внутренней среде никогда не является абсолютно одинаковым - оно постоянно колеблется, но в строго определенных пределах.

Диапазон показателей для разных веществ различен. Некоторые показатели поддерживаются особенно точно; они получили название констант. К числу констант относится, например, реакция крови (т. е. концентрация в ней водородных ионов - рН).

В организме на относительно постоянном уровне удерживаются такие показатели, как кровяное давление, температура тела, осмотическое давление крови и тканевой жидкости, содержание в них белков и сахара, ионов натрия, калия, кальция, хлора, водорода.

Постоянным остается не только состав внутренней среды, но и ее объем. Однако постоянство объема внутренней среды не абсолютно неизменно. Часть жидкости из внутренней среды выводится из организма через почки с мочой, через легкие с выдыхаемыми парами воды и в пищеварительный тракт с пищеварительными соками. Часть воды испаряется с поверхности тела в виде пота. Эти потери воды постоянно пополняются за счет всасывания воды из пищеварительного тракта. Происходит постоянное обновление воды при общем сохранении ее объема. В поддержании постоянства объема жидкости во внутренней среде принимают участие и клетки. Вода, находящаяся внутри клеток, составляет примерно 50% массы тела. Если по каким-либо причинам во внутренней среде уменьшается количество жидкости, то начинается движение воды из клеток в межклеточное пространство. Это способствует сохранению постоянства объема внутренней среды.

Постоянство внутренней среды - гомеостаз - поддерживается непрерывной работой органов и тканей.

Роль различных органов в поддержании гомеостаза

Роль разных органов в сохранении гомеостаза различна. Система органов пищеварения обеспечивает поступление в кровь питательных веществ в таком виде, в каком они могут быть усвоены клетками организма.

Органы кровообращения осуществляют непрерывное движение крови и доставляют кислород и питательные вещества клеткам, а продукты распада уносят от них. Органы дыхания обеспечивают поступление кислорода в кровь и удаление углекислого газа.

Через легкие, почки, кожу из организма удаляются конечные продукты обмена веществ и некоторые другие вещества.

В поддержании гомеостаза важнейшая роль принадлежит нервной системе. Быстро реагируя на различные изменения внешней или внутренней среды, нервная система так изменяет деятельность органов, что выравниваются сдвиги или нарушения в организме.

Благодаря развитию приспособлений, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма, его клетки менее подвержены изменяющимся влияниям внешней среды.

Нарушение гомеостаза приводит к значительным изменениям в работе органов и к различным заболеваниям. Вот почему измерение таких показателей, как температура тела, физико-химический состав крови, артериальное давление, имеет большое значение для диагностики, т. е. распознавания болезней.

Хотите опытную гетеру, представлен огромный выбор.

2014-05-31

Среди неорганических соединений живых организмов особая роль принадлежит воде. Вода является основной средой, в которой происходят процессы обмена веществ и превращения энергии.

Содержание воды в большинстве живых организмов составляет 60-70 %. Вода образует основу внутренней среды живых организмов (крови, лимфы, межклеточной жидкости). Уникальные свойства воды определяются структурой ее молекул. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула воды полярная (диполь). Положительный заряд сосредоточен на атомах водорода, поскольку кислород является более электроотрицательным, чем водород. Отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы воды притягивается к положительно заряженному атома водорода другой молекулы, образуя при этом водородная связь, который в 15-20 раз слабее, чем ковалентная. Поэтому водородные связи легко разрываются, что наблюдается, например, при испарении воды. Вследствие теплового движения молекул в воде некоторые водородные связи разрываются, некоторые образуются.

Таким образом, молекулы являются подвижными в жидком состоянии, что очень важно для процессов обмена веществ. Молекулы воды легко проникают через клеточные мембраны. Благодаря высокой полярности молекул вода является растворителем других полярных соединений. В зависимости от способности растворяться определенных соединений в воде, их условно разделяют на гидрофильные, или полярные, и гидрофобные, или неполярные. К гидрофильных соединений, растворимых в воде, относится большинство солей. Гидрофобные соединения (почти все жиры, некоторые белки) содержат неполярные группы, не образуют водородные связи, поэтому эти соединения не растворяются в воде. Она обладает высокой теплоемкостью и одновременно высокую для жидкостей теплопроводность. Эти свойства делают воду идеальной для поддержания теплового равновесия организма.

Для поддержания процессов жизнедеятельности отдельных клеток и организма в целом важное значение имеют минеральные соли. Живые организмы содержат как растворенные соли (в виде ионов), так и соли в твердом состоянии. Ионы разделяются на положительные (катионы металлических элементов К +, Na +, Са2 +, М2 + и др.) и отрицательные (анионы кислот соляной — Сl -, серной — НSO4 -, SО42 -, карбонатной — НСО3 -, фосфатной — Н2РО4 -, НРО42 — и др.).. Различная концентрация катионов К + и Na + в клетке и межклеточной жидкости вызывает разность потенциалов на мембране клетки; изменение проницаемости мембраны по К + и Na + под влиянием раздражения обеспечивает возникновение нервного и мышечного возбуждения. Анионы фосфорной кислоты поддерживают нейтральную реакцию внутриклеточной среды (рН = 6,9), анионы карбоновой кислоты — слабощелочную реакцию плазмы крови (рН = 7,4). Соединения кальция (СаСO3) входят в состав раковин моллюсков и простейших, панцирей раков. Соляная кислота создает кислую среду в желудке позвоночных животных и человека, обеспечивает этим активность ферментов желудочного сока. Остатки серной кислоты, присоединяясь к нерастворимых в воде соединений, обеспечивающих их растворимость, что способствует выведению данных соединений из клеток и организма.

Литература основная

1. Физиология человека. Под редакцией В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько.- Медицина, 2003 (2007) г.- С. 229-237.

2. Физиология человека В двух томах. Том I. Под редакцией В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько.- Медицина, 1997 (1998, 2000, 2001) г. С. 276-284.

Долгое время за кровью признавали могучую и исключительную силу: кровью скрепляли священные клятвы; жрецы заставляли своих деревянных идолов «плакать кровью»; древние гре­ки приносили кровь в жертву своим богам[Мф1] . Некоторые философы Древней Гре­ции считали кровь носителем души. Древнегреческий врач Гиппократ наз­начал душевнобольным кровь здоро­вых людей. Он думал, что в крови здоровых людей - здоровая душа[Мф2] .

Подвижность крови - важнейшее ус­ловие жизни организма[Мф3] .

Мы продолжаем изучать систему кровообращения . Помните, что составляет систему кровообращения? Правильно! Сердечно‑сосудистая система + кровь .

Если сердечно‑сосудистую систему можно назвать транспортирующей системой, то кровь – транспортируемой средой.

Как нельзя се­бе представить государство без транс­портных линий связи, так нельзя по­нять существование человека или жи­вотного без движения крови по сосу­дам, когда во все органы и ткани разно­сится кислород, вода, белки и другие вещества.[Мф4]

Кровь является важнейшей составляющей внутренней среды организма человека, поэтому перед тем, как перейти к характеристике крови, необходимо познакомиться с основными вопросами физиологии внутренней среды.

1. Понятие «внутренняя среда организма[Мф5] »

Первичные организмы развивались в Мировом океане. Вода приносила им питательные вещества и принимала продукты обмена[Б6] . У многоклеточных организмов большинство клеток утратило контакт с внешней средой, да и среда эта для вышедших из воды существ существенно (!) изменилась. Была вода, стало сухо и не всегда комфортно. Но частичка того океана плещется в нас и сейчас, являясь основой внутренней среды организма.

Внутренняя среда организма [Мф7] – совокупность жидкостей принимающих непосредственное участие в процессах обмена веществ и поддержании гомеостаза организма[Мф8] . [a]

Понятие внутренняя среда организма ввел в физиологию К.Бернар в 1854-1857 гг. [b]

Внутренняя среда характеризуется динамическим постоянством[Мф9] .

Для описания этого состояния в 1929 г. У.Кэннон ввел термин гомеостаз [Мф10] [c].

В связи с выявлением роли биоритмов в деятельности живого организма хронобиология стала оперировать термином не «гомеостаз », а «гомеокинез »или «гомеорез », под которым понимается не только значение параметров, но и процесс их изменения во времени.

Однако в литературе чаще используется термин «гомеостаз», при этом имеют ввиду, что постоянство внутренней среды относительно[Мф11] .

Границы гомеостаза могут быть жесткими и пластичными. Их по­казатели зависят от видовых, индивидуальных, половых и других условий. Жесткими константами являются параметры внутренней среды , которые определяют оптимальную активность ферментов, т.е. возможность осуществления обменных процессов[Мф12] .--162- C.13]

Общая вода, жидкости организма и жидкости внутренней среды

Человеческий организм в основном состоит из воды.

Её относительное содержание изменяется с возрастом от 75 % у новорожденного до 55 % у пожилых людей [Б14] ].

У женщин относительное содержание воды меньше, чем у мужчин процентов на 5 %.

Баланс воды (поступление, образование, циркуляция, участие в обмене веществ, выведение) – тема других лекций, посвященных водно-солевому обмену.

Вода – основа всех жидких сред[Мф15] .

Жидкости организма разделены на следующие компартменты [d]:

Внутриклеточная (интрацеллюлярная[Б16]) жидкость

Внеклеточная (экстрацеллюлярная) жидкость

Интравазальная жидкость

Плазма крови

Экстравазальная жидкость

Межклеточная жидкость (син.: тканевая, интерстициальная)

Кристаллизационная (структурированная) вода кости и хряща (15 % всей воды организма[Б17])

Трансцеллюлярные [Б18] (специализированные) жидкости

Жидкости закрытых полостей (т.е. не имеющих прямого сообщения с внешней средой). [Мф19]

Ликвор (синонимы – цереброспинальная или спинно-мозговая жидкость)

Синовиальная (внутрисуставная[Б20]) жидкость

Смазка серозных оболочек (брюшина, плевра, перикард[Б21])

Жидкие среды глазного яблока

Жидкие среды внутреннего уха

Жидкости открытых полостей[Б22]

Секреты пищеварительных желёз (слюна, желудочный сок, жёлчь, сок поджелудочной железы, кишечный сок)

Увлажняющие жидкости (дыхательные пути, среднее и наружное ухо).

Жидкости, выделяемые из организма[Мф23] (моча, пот, слезы, молоко)

Обратите внимание! Жидкость форменных элементов крови - это внутриклеточная вода, поэтому к внеклеточной жидкости относится плазма крови, а не вся кровь.

К жидкостям внутренней средой организма относят:

тканевую (межклеточную) жидкость.

Однако[Б24] , следует включать в эту совокупность и специализированные жидкости.

Подробнее о ликворе см. [++601++] C.129-130.

В мозге различают цереброспинальную жидкость и межклеточную жидкость (внеклеточные пространства мозга[Б25]). Не отождествляйте эти понятия!

Под специализированными жидкостями чаще подразумевают жидкости закрытых полостей организма. Не следует забывать и о жидкостях открытых полостей организма. Все эти жидкости принимают участие в поддержании гомеостаза организма. Как Вы будете себя чувствовать при ответе, если во рту пересохнет?

Как правило, подчеркивают особую роль тканевой жидкости , поскольку лишь она контактирует с клетками организма[Б26] . Её называют истинной [Б27] внутренней средой организма. Есть мнение, что основой внутренней среды является кровь , а непосредственной питательной средой – тканевая жидкость[Б28]

Иногда клетка непосредственно (без посредничества тканевой жидкости) контактирует и осуществляет обмен с другими жидкостями внутренней среды. Например, кровь, соприкасаясь непосредственно с эндокардом и эндотелием сосудов, обеспечивает их жизнедеятельность[Мф29] .

Интерстиций (интерстициальное пространство) (лат. Interstitium промежуток, щель) – составная часть соединительной ткани[Мф30] и имеет довольно сложную структуру[Мф31] .

Полезно запомнить следующие отношения:

[Б32]

Распределение воды в организме в зависимости от возраста в % от массы тела[Б33]

Распределение воды в организме в зависимости от пола при средней массе тела 70 кг[Б34]

Распределение воды в организме женщины на 38-40-й неделе беременности в % от массы тела[Б35]

3. Гистогематические барьеры[Мф36]

На компартменты жидкости разделены внешними и внутренними барьерами[Мф37] .

Внешние барьеры – кожа, почки, органы дыхания, пищеварительный тракт, печень(!).

Внутренние барьеры – гистогематические.

Изолирующие (специализированные):

Гематоэнцефалический

Гематонейрональный

Гематотестикулярный

Гематоофтальмический

Частично изолирующие:

Гематохолический

Гематокортикосупраренальный

Гематотиреоидный

Гематопанкреатический

Неизолирующие:

Миогематические

Гематопаратиреоидный

Гематомедуллосупраренальный

Структурной основой гистогематических барьеров является эндотелий капилляров[Б38] . Барьером между внутриклеточным и внеклеточным жидкостными компартментами является биологическая мембрана. Биологические мембраны органоидов клетки (внутриклеточные барьеры делит жидкости на внутриклеточные компартменты[Б39] .[Б40]

Вода, не разделенная биологическими барьерами также компартметализирована. Вода связанная с белками, другими органическими соединениями, ионами (образует гидратные оболочки) называется гидратационной.

Вода связанная, с трудом вовлекаемая в общий круговорот воды в организме называется иммобильной (неподвижной).Вода не связанная, легко вовлекаемая в общий круговорот воды в организме называется мобильной .

Внеклеточные жидкости имеют довольно сходный [Б42] состав , что связывают с постоянным обменом между плазмой крови, лимфой, межтканевой жидкостью. Внутриклеточные жидкие среды по своему составу весьма различны между собой[Б43] .

Различие состава жидкостных компартментов определяет интенсивность обмена веществ между ними.

Похожая информация.

Познакомившись с элементами, присутствующими в живых организмах, обратимся теперь к соединœениям, в состав которых эти элементы входят (рис.). Здесь также обнаруживается фундаментальное сходство между всœеми живыми организмами. Больше всœего в них содержится воды. Во всœех организмах мы находим также простые органические соединœения, играющие роль «строительных блоков», из которых строятся более крупные молекулы. Это, прежде всœего, аминокислоты, моносахариды, органические кислоты, спирты, нуклеотиды и некоторые другие вещества.

Вода. Среди неорганических соединœений живых организмов особая роль принад­лежит воде.Она является основной средой, в кото­рой происходят процессы обмена веществ и энергии. Содержание воды в живых организмах составляет 60 – 75 % от их массы, а у некоторых (к примеру, ме­дузы) – до 98 %. Вода образует основу внутренней среды организмов (крови, лимфы, тканевой жидкости). Наи­боль­шее со­дер­жа­ние во­ды в ор­га­низ­ме наблюдается в эм­брио­наль­ный пе­рио­д (95 %) и с воз­рас­том по­сте­пен­но умень­ша­ет­ся. Ко­ли­че­ст­во во­ды не­оди­на­ко­во в раз­ных тка­нях. Так, в се­ром ве­ще­ст­ве моз­га ее со­дер­жа­ние со­став­ля­ет 85 %, в кос­тях - 20 %, в эма­ли зу­бов - 10 %. Чем боль­ше в клет­ках организма во­ды, тем ин­тен­сив­нее идет об­мен ве­ществ. При по­те­ре ор­га­низ­мом 20 % во­ды мо­жет на­сту­пить смерть. Без по­треб­ле­ния во­ды че­ло­век мо­жет жить не бо­лее пяти-семи дней.

Свойства воды. Как известно, жизнь зародилась в воде и по-прежнему остается тесно с нею связанной. По этой причине физические и химические свойства воды имеют фундаментальное значение для процессов жизнедеятельности. По сравнению с другими жидкостями у воды относительно высокая температура кипения и испа­рения .

Молекула НО состоит из двух атомов водорода, соединœенных ковалентными связями с атомом кислорода (рис.).

Связи Н - О - Н расположе­ны под углом друг к другу. Атом кислорода как более электроотрицательный элемент притягивает к себе общие электронные пары от атомов водорода. Атомы водорода приобретают частично положительный заряд, а атом кислорода – частично отрицательный, ᴛ.ᴇ. молекула является полярной и представляет собой электрический диполь .В результате между молекулами воды воз­никает электростатическое взаимодействие, а, по­скольку противоположные заряды притягиваются, молекулы воды склонны «склеиваться» (рис.). Эти взаимодействия, более слабые, чем обычные ионные связи, называются водородными связями. Энергия водородной связи в 10 - 40 раз меньше энергии ковалентной связи.Каждая молекула во­ды, подобно маленькому магниту, притягива­ет к себе за счет образования водородных связей еще четыре молекулы. Благодаря образованию водородных связей молекулы связаны одна с другой, что обусловливает исходное жидкое состо­яние воды при температурах от 0º до 100 ºС и образует твердые кристаллы льда при темпе­ратуре ниже 0ºС.

Функции воды. Вода определя­ет объем и внутриклеточное давление (тургор) кле­ток. Она способна формировать водную оболочку вокруг некоторых соединœений (к примеру, белков), чем препятствует их взаимодействию. Такую воду называ­ют связанной (структурированной). Она составляет 4 - 5% от общего количества воды в организме. Другую часть воды (95 - 96%), не связанную с соединœениями, называют свободной. Именно она является универса­льным растворителœем, лучшим, чем большинство известных жидкостей.

Учитывая зависимость отрастворимости в воде, соединœе­ния условно делят на полярные, илигидрофиль­ные (от греч. гидор - вода, филиа - любить) и неполярные , или гидрофобные (от греч. фобос - страх). Гидрофильными веществами являются многие минœеральные соли, сахара, спирты, кислоты и др. Для гидрофобных веществ характерны неполярные ковалентные связи и, в связи с этим они не растворимы в воде. Гидрофобны парафин, бензин, керосин и др . Твердые гидрофобные вещества не смачиваются водой.

Воде как универсальному растворителю принад­лежит чрезвычайно важная роль. Большинство химических реакций в организме происходит толь­ко в водных растворах. Вещества проникают в клет­ку, а продукты жизнедеятельности выводятся из нее в основном в растворенном виде. Вода принимает непосредственное участие в реакциях гидролиза - расщеплении органических соединœений с присое­динœением к месту разрыва ионов молекулы воды (Н + и ОН).

Вода является также источником электронов в реакциях фотосинтеза. Отщепление от молекул воды электронов приводит к появлению побочного для растительных клеток продукта - кислорода, являющегося, однако, веществом, имеющим планетарное значение.

С водой связана также регуляция теплового режи­ма организмов. Ей свойственна высокая тепло­емкость, ᴛ.ᴇ. способность поглощать тепло при незначительных изменениях собственной температу­ры. Благодаря этому вода предотвращает резкие из­менения температуры в клетках и в организме в целом, даже когда она значительно колеблется в окружающей сре­де. Испарение воды при транспирации и потоотделœении?

При испарении воды организмами (транспирация и потоотделœение) тратится много теплоты, что защищает их от перегрева. Благодаря высокой теплопроводности вода обеспечивает рав­номерное распределœение теплоты между тканями организма (к примеру, через систему кровообращения, циркуляцию жидкости в полостях тела).

Растворенные в воде вещества могут изменять ее свойства, в частности температуру замерзания и кипе­ния, что имеет важное биологическое значение. Так, в клетках морозоустойчивых растений и холоднокровных животных с наступлением зимы повышается концент­рация растворимых белков, углеводов и других соединœений, понижающих температуру перехода воды в кристаллическое состояние, что и предотвращает их гибель.

Минœеральные соли и кислоты. Дляподдержания жизнедеятельности организма в целом и его клеток, важное значение, кроме воды, имеют минœеральные соли. В живых организмах они находятся либо в растворенном виде (дис­со­ции­ро­ван­ы на ио­ны), ли­бо в твер­дом со­стоя­нии. Наи­бо­лее важ­ны сре­ди ио­нов ка­тио­ны К+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анио­ны НСО, НРО, HPO, Cl–, НSO, SO.

Общее содержание неорганических веществ в раз­личных клетках варьирует в пределах от одного до нескольких процентов. Их роль в клетке разнообразна. Так, разная концентрация К + внутри и Na + снаружи клеток приводит к возникновению разности элек­трических потенциалов на цитоплазматической мембране, что очень важно для передачи нервных импульсов, а также для транспорта веществ через мембраны. При умень­ше­нии этой раз­но­сти сни­жа­ет­ся воз­бу­ди­мость кле­ток.

Регуляторную функцию и активизацию многих ферментов осуществляют Са 2+ и Mg 2+ . Ионы Са2+необходимы для осуществления мышечного сокращения, сверты­вае­­мости крови, они входят в состав костей . Ионы Mg2+ входят в состав костей и зубов , активизируют энергетический обмен и синтез АТФ.

Некоторые ионы необходимы для синтеза важных органических веществ. К примеру, остатки фосфорной кислоты входят в состав нуклеотидов, АТФ; ион Fe 2+ - в состав гемоглобина, Mg 2+ - в со­став хлорофилла и т.д. Ионы NО, NHявляются источником атомов азота͵ ион SO- атомов серы, которые необходимы для синтеза молекул аминокислот.

Соеди­нения кальция (CaCO) входят в состав раковин мол­люсков, панцирей ракообразных и других животных. У некоторых протистов (радио­лярий) внутриклеточный скелœет построен из двуоксида диоксида кремния (SiO) или сернонокислого стронция (SrSО 4).

Важные функции в организме выполняют также неорганические кислоты. Так, соляная кислота создает кислую среду в желудке позвоночных живо­тных и человека, обеспечивая тем самым активность ферментов желудочного сока.

Кислотность среды. На протекание биохимических реакций в живых организмах существенное влияние оказывает концентрация ионов водорода (Н) - кислотность среды. В нейтральных растворах эта концентрация состав­ляет 10моль/л, в кислых она больше этого значения, в щелочных - меньше. В химии для описания кислот­ности среды используют так называемый водород­ный показатель (рН). Протяженность шкалы рН - от 0 до 14. Стоит сказать, что для нейтральных раство­ров рН = 7, для кислых рН < 7, для щелочных рН > 7. Внутри клеток среда нейтральная или слабощелочная (рН = 7,0-7,3); в крови величина рН обычно меняется в пределах 7,35 – 7,45, что несколько больше, чем в клетках.

В пищеварительном тракте, и в выделœениях организма рН варьирует. Экстремальные величины рН наблюдаются в желудке (около 2) и в тонком кишечнике (более 8). По причине того, что почки могут выделять как катионы, так и анионы, значительные вариации рН (4,8 – 7,5) наблюдаются в моче.

Понятие о буферных растворах. Организм в целом и его отдельные клетки поддерживают кислотность среды на постоянном уровне благодаря буферным свойствам их содержимого. Буферным принято называть раствор, содержащий смесь какой-либо слабой кислоты и ее растворимой соли. Когда концентрация ионов водорода увеличивается, свободные анионы, источником которых является соль, легко соединяются со свободными ионами Ни удаляют их из раствора. Когда кислотность снижается, высвобождаются дополнительные ионы водорода. Так в буферном растворе поддерживается относительно постоянная концентрация ионов Н. Спо­соб­ность под­дер­жи­вать сла­бо­ще­лоч­ную ре­ак­цию внеклеточной среды обеспечивают ионы НСО; нейтральную или слабощелочную внутриклеточной среды – ионы НРО, HPO.

s 1. Каково содержание воды в живых организмах? От чего оно зависит? 2. Каковы свойс­тва воды как основной составляющей внутренней среды организмов? Какие особенности строения молекул воды обеспечивают ее свойства? 3. Участвует ли вода в химических реакциях в организмах? Приведите примеры таких реакций, если они вам известны. 4. Почему вода является хоро­шим растворителœем? 5. Каковы основные функции воды в живых организмах?6. Почему неполярные вещества плохо ра­створимы в воде? 7. В каком состоянии в клетке содержатся минœеральные вещества? 8. Какова роль минœеральных веществ в клетке? 9. Что такое буферные свойства и чем они определяются?

Вода – самое распространенное вещество. Моря и океаны занимают 71% поверхности земного шара. Однако в последнее время возник дефицит пресной воды, т.к. соленые воды используются людьми мало, а пресная вода используется для орошения и в промышленности.

Плотность . В воде вес всех организмов облегчается, и многие организмы парят в воде, не опускаясь на дно. Но плотность воды затрудняет движение, поэтому организмы должны иметь хорошо развитую мускулатуру для быстрого плаванья. С глубиной давление сильно растет – глубоководные обитатели переносят давление.

Свет . Проникает на небольшую глубину. Поэтому растения существуют только в верхних горизонтах. На больших глубинах животные обитают в полном мраке.

Температурный режим. Колебания температуры в воде сглажены, водные обитатели не приспосабливаются к сильным морозом и жарой.

Ограниченное количество кислорода . Растворимость его не очень велика и уменьшается при загрязнении или нагревании. Поэтому в водоемах бывают заморы от нехватки кислорода.

Солевой состав .

Полярность молекул и способность образовывать водородные связи делают воду хорошим растворителем для огромного количества неорганических и органических веществ. Большинство химических реакций представляет собой взаимодействие между растворимыми в воде веществами. Под действием ферментов вода вступает в реакции гидролиза, при которых к свободным валентностям различных молекул присоединяются ОН - и Н + воды. Вода образует основу внутренней среды живых организмов. Вода обеспечивает приток веществ в клетку и их удаление через наружную клеточную мембрану (транспортная функция). Вода является теплорегулятором. За счет хорошей теплопроводности и большей теплоемкости воды, при изменении t окружающей среды, внутри клетки t остается неизменной или ее колебания оказываются значительно меньшими, чем в окружающей среде. Вода является донором электронов и протонов в энергетическом обмене. Вода участвует в образовании высших структур биологических макромолекул. Клеточный метаболизм зависит от баланса свободной и связанной воды. Вода обладает большой теплоемкостью. Удельной теплоемкостью воды называют количество теплоты, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 кг воды на 1 0 . Вода – единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твердом. На поверхности воды существует поверхностное натяжение.

Водоем – сложная живая система, где обитают растения, животные и микроорганизмы, которые постоянно размножаются и отмирают, что обеспечивает самоочищение водоемов.

Вода обладает наибольшей плотностью при t 4 0 С (1 г/см 3), поэтому зимой водоемы не промерзают. Молекулы воды обладают полярностью и притягиваются друг к другу разноименными полюсами, образуя ассоциации за счет водородных связей. Наибольшей устойчивостью обладают удвоенные молекулы воды, которые имеют 2 водородные связи. Молекулы воды устойчивы к нагреванию, только при t 1000 0 С пар начинает диссоциировать на Н и О 2 . Состав природной воды. 5 групп веществ: 1. главнейшие ионы (катионы: Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , K +), 2. анионы (HCO 3- , SO 4 2- , Cl - , CО 3 2- , SO 3 2- , S 2 О 3-), 3. растворенные газы (CО 2 О 2 N 2 H 2 S CH 4), 4. биогенные вещества (NH 3 – аммиак, нитриты, нитраты, P, Si), 5. микроэлементы (I, F, Cu, Br, CO, Ni).Природные воды по содержанию анионов делят на карбонатные, гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные. По содержанию катионов: кальциевая, магниевая и натриевая вода. Содержание в воде солей влияет на коррозию металлических, бетонных и каменных материалов. Минерализация речной воды – 200-1000 мг/л, озерной – 15-300 мг/л, морской – 3500 мг/л. Показателем поступления в воду органических веществ являются хлориды, аммиак и нитраты. Загрязнение воды органикой сопровождается увеличение анаэробных и аэробных бактерий и грибов. Аммиак (ПДК – 2 мг/л) говорит о свежем загрязнении воды. В глубоких подземных водах возможно присутствие аммиака, который образуется за счет восстановления нитратов при отсутствии О 2 . В болотистых и торфяных водах содержание аммиака не является показателем загрязнения (аммиак растительного происхождения). Нитриты (KNO 2 , HNO 2) продукты окисления аммиака в процессе нитрификации, указывают на давность загрязнения. Нитраты (ПДК – 10 мг/л) – конечный продукт минерализации. Если аммиак, нитраты и нитриты присутствуют одновременно – вода опасна в эпидемическом отношении. Нитраты (Ca(NO 3) 2 , NaNO 3 , KNO 3) могут содержатся за счет растворения почвенных солей, минеральных удобрений, селитры. Нитраты – предшественники образования канцерогенных веществ – нитрозаминов. Они снижают резистентность организма к воздействию мутагенных и канцерогенных факторов. Хлориды – показатель бытового загрязнения (ПДК – 20-30 мг/л). В местах с солончаковой почвой в подземных водах присутствуют хлориды солевого происхождения. Колодцы и каптажи не должны быть загрязнены органическими веществами. Они должны располагаться на незагрязненных возвышенных участках, удаленных не менее чем на 50 м от уборных, выгребных ям, сетей канализаций, скотных дворов, кладбищ, складов удобрений и ядохимикатов.

Жизненные формы гидробионтов . В толще воды (пелагиаль): 1. планктон – не способные к активному движению организмы (водоросли, простейшие, рачки), не способны противостоять токам воды. Криопланктон (жгутиконосцы) – население талой воды, образуется под лучами солнца в трещинах льда и пустотах снега. 2. нектон – крупные животные, двигательная активность которых достаточна для преодоления водных течений (рыбы, кальмары, млекопитающие). 3. плейстон – организмы, часть тела которых находится в воде, а часть над поверхностью (ряска, брюхоногие моллюски, рыбы). 4. бентос (бактерии, актиномицеты, водоросли и грибы, простейшие, губки, кораллы, кольчатые черви, ракообразные, иглокожие, личинки насекомых) обитает на поверхности грунта (эпибентос) и в его толще (эндобентос). В зоне контакта водной толщи с дном находится пелагобентос. 5. перифитон – обрастатели – все организмы, обитающие на плотных субстратах за пределами придонного слоя воды (двустворчатые и усоногие моллюски, губки). 6. нейстон – организмы живущие в приповерхностном слое воды. На поверхности водной пленки – эпинейстон (клопы-водомерки, мухи) или под ней – гипонейстон (веслоногие рачки, молодь рыбы, насекомые, личинки моллюсков).