МАТЕРИАЛЬНАЯ СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ © Шкляр

МАТЕРИАЛЬНАЯ СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ © Шкляр Т. Ф. 2011

В земной коре встречается около сотни химических элементов. В организмах обнаружено 60, но только около 20 элементов являются необходимыми для жизни.

Содержание химических элементов в теле человека

Неорганические вещества, входящие в состав клетки, представлены в основном в виде солей. В водном растворе соли диссоциируют с образованием катиона металла и аниона кислотного остатка, образуются ионные растворы.

? КАК РАСПРЕДЕЛЕНЫ ИОНЫ В КЛЕТКЕ? ? НАХОДЯТСЯ ЛИ ОНИ В СВОБОДНОМ СОСТОЯНИИ? ? ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ РАСТВОР ИСТИННЫМ ИОННЫМ РАСТВОРОМ?

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ В КЛЕТКЕ Gerald H. Pollack

ТИПЫ РАСТВОРОВ РАСТВОР — гомогенная (однородная) смесь, образованная не менее чем РАСТВОР двумя компонентами, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом 1. ИОННЫЕ (истинные) РАСТВОРЫ 2. КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ Коллоидные и ионные растворы отличаются размерами частиц.

1. ИОННЫЕ (истинные) РАСТВОРЫ Истинный раствор образуют ионы и малые молекулы (соли, сахара, аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды, витамины, растворенные газы). • Такие растворы характеризуются полной гомогенностью благодаря одинаковым размерам частиц растворенного вещества и растворителя и отсутствию поверхностей раздела между ними. • Размер частиц составляет менее 1 нм, а растворенное вещество находится в виде отдельных гидратированных ионов и молекул в равновесных количествах. • Истинные растворы всегда прозрачны, они не должны содержать взвешенных частиц и осадка. Особенностью истинных растворов является то, что они гомогенны даже при рассматривании в электронный микроскоп. Компоненты, входящие в их состав, не могут быть разделены никаким способом. • Истинные растворы хорошо диффундируют.

2. КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ Коллоидные растворы образуют крупные молекулы, в основном, белки • Размеры частиц растворенного вещества велики по сравнению с молекулами растворителя. Размер частиц дисперсной фазы составляет 1— 100 нм. • Коллоидный раствор — это гетерогенная дисперсионная система, но частицы не разделяются под действием силы тяжести. Коллоидный раствор платиновых • Жидкий коллоидный раствор – золь, наночастиц вязкий, плотный - гель

СУСПЕНЗИИ и ЭМУЛЬСИИ Суспензии (suspensio) — это такие системы, которые состоят из раздробленного твердого вещества и жидкой фазы, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частичек в жидком веществе во взвешенном (неосевшем) состоянии. Размеры частиц много больше размеров молекул растворителя и колеблется от 0, 1 до 50 мкм и более (грубодисперсные системы). Суспензии гетерогенны, но в отличие от коллоидных растворов это мутные жидкости, частицы которых видны под обычным микроскопом. Эти жидкости седиментируют, их частицы задерживаются даже крупнопористыми фильтрующими материалами. Они не склонны к диализу и диффузии. Эмульсии (emulsus) представляют собой дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза, и дисперсионная среда представлены взаимонерастворимыми или мало взаиморастворимыми жидкостями. Эмульсии относятся к грубодисперсным системам, в которых размер дисперсных частиц (капелек) колеблется в пределах от 1 до 150 мкм.

? КАК РАСПРЕДЕЛЕНЫ ИОНЫ В КЛЕТКЕ? ? НАХОДЯТСЯ ЛИ ОНИ В СВОБОДНОМ СОСТОЯНИИ? ? ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ РАСТВОР ИСТИННЫМ ИОННЫМ РАСТВОРОМ?

Диффузия в жидкости Диффузия перманганата калия

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ В КЛЕТКЕ МЕТОДЫ: Радиоактивные меченные атомы – распространение которых в клетке видно на пленке Электронная микроскопия – распространение видимых ионов Рентгеновский микроанализ – анализ быстро замороженных образцов тканей.

Схема строения саркомера мышечной ткани

РЕЗУЛЬТАТЫ Концентрация ионов в А –полосе в два раза превышает таковую в I – полосе. Внутренняя концентрация калия в миофибрилле на 50% больше, чем в межфибриллярном пространстве. Концентрация натрия, высокая вблизи клеточной мембраны, резко уменьшается по направлению внутрь клетки. 40 м. М у мембраны и на расстоянии 200 нм вглубь клетки – 17 м. М. Концентрация ионов кальция в участках активации в 100 -200 раз выше, чем в удаленных на несколько микрон участках. Внутриклеточные ионы распределены НЕРАВНОМЕРНО Значение существенных локальных градиентов концентраций ионов – выделение в клетке различных функциональных участков.

Различные концентрации ионов в смежных участках клетки поддерживаются на протяжении всей ее жизни. Ионы не способны свободно диффундировать в цитоплазме, в противном случае градиенты их концентраций немедленно бы исчезли. Что их удерживает?

Эксперимент Келлермайера (1986) по исследованию диффузионной активности внутриклеточных ионов. Ход эксперимента 1. Клетка насыщается радиоактивным калием 2. Разрушается мембрана клетки детергентами 3. Наблюдают отток калия из клетки во времени Результаты Показано, что ионы калия начинали покидать клетку только через 5 -6 минут после появления отверстий в мембране. Причем будучи связанными с белками цитоплазмы. Вывод: имеет место адсорбция ионов к поверхностям внутриклеточных белков