Lund University / Presentation 2011

ФИЗИОЛОГИЯ

Тема 2. Химический состав тела Доцент, Бондарев Дмитрий Владимирович, dima-bondarev@gmx.de

• Атом

• Молекулы

• Ионы

• Растворы

• Органические и неорганические вещества

Обзор лекции

Химический состав тела

• Атом - наименьшая часть химического

элемента, являющаяся носителем его свойств

• Состоит из ядра и электронов

• Протон и нейтрон формируют ядро

Частица Масса

относительно

электрона

Заряд

Протон 1836 +1

Нейтрон 1836 0

Электрон 1 -1

Атомный состав тела

99 %

7 важных минералов

Следовые элементы,

Также необходимы для

нормального развития

Поведение электронов

• Все вещества состоят из атомов

• Что делает разнообразным разные элементы?

• Электронная оболочка – слой электронов с

определенным энергетическим уровнем

• Атомы в организме имеют от 1 до 5 электронных

оболочек

• Валентная оболочка — самая внешняя

оболочка атома

Молекулы

• Два или более атомов составляют молекулу

• Ковалентная связь – связь двух

атомов за счет перекрытия орбит их

электронов

Водород. Имея только один электрон (а их

должно быть 2) вступит в реакцию с другим

атомом, чтобы дополнить свою валентность

до 2

Кислород имея 6 электронов в валентном

уровне вступит в реакцию с 2-умя атомами

водорода, чтобы дополнить свое кол-во до 8.

Ионы

• Атом, отдавший или принявший электрон получает

заряд и становится ионом.

В биологических

жидкостях большинство

атомов существует как

ионы. Растворенные

ионы передают

электрические заряды.

Вы можете видеть ЭКГ

или ЭЭГ сердца и мозга,

как пример

электрической

активности.

Химические реакции

Потенциальная энергия содержится в теле в

виде молекулярных соединений. Когда эти

соединения разрываются, то энергия

высвобождается.

Изменение количества одного из реагирующих

веществ за единицу времени в единице

реакционного пространства.

Факторы, влияющие на скорость хим. реакций

• природа реагирующих веществ,

• наличие катализатора,

• температура,

• давление,

• площадь поверхности реагирующих веществ.

• Энзимы снижают уровень энергии, необходимый для

реакции.

• Количество энзимов увеличивается, если увеличить

температуру или Ph

Энзимы – белковые молекулы, ускоряющие

химические реакции в организме

Энзим креатинкиназа

присоединяется к

фосфокреатину, чтобы

ускорить выработку

креатина.

• Неорганические соединения - вещества в которых

отсутствует углерод. СО2 – исключение.

• Вода

• Соль

• Кислоты

• Основания

Неорганические соединения, необходимые

для функционирования организма

• Смазочная и смягчающая функция

• Терморегуляционная функция

• Растворитель для питательных и минеральных

веществ

• Играет роль в химических реакциях

Вода

• Формируются, когда ионы создают ионную связь.

Образуется вещество, которые при растворении в

воде, диссоциируется на ионы, отличные от Н + и ОН-

• NaCl – полностью растворяется в воде.

• Ионы соли – электролиты, позволяющие передавать

электрический импульс, что необходимо для

сокращения мышц

Соли

• Кислота – это соединение, которое

высвобождает ионы водорода (H+) в раствор .

протон (H+) донор

Гидрохлорная кислота (HCl) – выделятся из клеток в

слизистой оболочке желудка является сильной

кислотой (весь H+ отдан в воду желудка). Учувствует в

пищеварении и убивает микробов.

Кислоты

Основания

Это соединения, которые отдают гидроксид-ионы

(OH–) в раствор, или которые принимают H+

• Гидроксид-ионы объединяются с H+ для образования

воды и тем самым снижают кислотность.

• Пища с Гидрохлорной кислотой сожгла бы тонкий

кишечник, следующий после желудка, если бы не

основание бикарбонат (HCO3–), которое принимает

H+ и снижает кислотность раствора

Понятие рН pH (лат. pondus Hydrogenii - сила водорода.

Мера активности ионов водорода.

Раствор:

• Нейтральный при рН = 7

• Кислый при pH < 7

• Щелочной при рН > 7

• Клетки организма

функционируют при pH 7.4

• В различных частях органа

кислотность может значительно

отличаться

Интеграция. Гомеостаз

Причиной многих болезней

органов пищеварительного

тракта (язва желудка, гастриты

и т.д.) является дисбаланс

процессов кислото-продукции и

кислото-нейтрализации.

Ацидоз

Обычно продукты окисления кислот быстро

удаляются из организма. Но при лихорадочных

заболеваниях, кишечных расстройствах,

беременности, голодании они задерживаются в

организме. Это приводит к скоплению кислот.

pH раствора – это индикатор:

1. Общего количества ионов

2. Концентрации электронов

3. Веса молекулярных соединений

4. Концентрации Н+ ионов

Черника отлично растет в слегка

кислотной почве. Какой уровень рН

будет подходящий для черники:

1. 12.0

2. 7.0

3. 1.2

4. 4.8

5. 8.3

So far, we have discussed the major elements and types of bonds that

are important in the functioning of a cell. Together these elements and

bonds define the major properties of the four classes of macromolecules

that make up a cell: carbohydrates, proteins, lipids and nucleic acids. In

this module, we will explore these macromolecules.

Structure

• Органические соединения - состоят из групп атомов

углерода ковалентно связанных с водородом

• Углеводы

• Белки

• Липиды

• Нуклеотиды

Органические соединения, необходимые для

функционирования организма

• Углерод имеет 4 электрона в

валентной оболочке.

• Правило октета: атом должен

дополнить свою валентную ячейку

до 8 электронов.

• Углерод, не отдает и не

присоединяет еще 4 электрона.

• Он вступает в ковалентную связь –

Углерод

углекислый газ

• Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза)

• Дисахариды

• Полисахариды (лактоза, молочный сахар,

гликоген и др.)

Основная функция углеводов – энергетическая.

Клетки расщепляют молекулы углеводов с помощью

гидролиза. Все клетки могут используют глюкозу для

энергии. При распаде глюкозы образуется АТФ

Структурная функция.

Сигнальная функция.

Углеводы

Углеводы – молекулы состоящие из

углерода, водорода и кислорода

(C(H2O))n

• Выполняют энергетическую функцию,

• Теплоизоляционную функцию,

• Структурную функцию

• Регуляторную функцию (стероидные гормоны,

вторичные посредники)

Липиды

Жиры и жироподобные соединения

(триглицериды, жирные кислоты)

Незаменимые жирные кислоты.

ω-3 (линоленовая) и ω-6 (линолевая).

Содержаться в растительных жирах.

Необходимы для работы головного мозга, и

положительно влияют на когнитивные и

поведенческие функции

«Средиземноморская диета» содержит больше ω-3

кислоты

Североамериканская кухня содержит больше ω-6,

что увеличивает риск сердечно-сосудистых

заболеваний

Липиды

Органические вещества, состоящие из

альфа-аминокислот, соединѐнных в

цепочку пептидной связью.

• Белки-ферменты катализируют

протекание биохимических реакций и

играют важную роль в обмене

веществ

• Выполняют структурную или

механическую функцию

• Играют ключевую роль в сигнальных

системах клеток, при иммунном ответе

• Двигательная функция (миозин) и др

Белки

• Одна белковая молекула может состоять из сотен

аминокислот.

• Размер, форма и свойства белковой молекулы

определятся последовательностью, количеством и

типом аминокислот.

Белки

Основная линейна структура

Вторичная структура

Третичная структура

Четвертичная структура

Гомеостаз

• Недостаток белка в диете

приводит к различным

заболеваниям (дистрофия)

• Заболевания почек, приводят

к тому, что метаболиты белков

задерживаются в организме и

это может привести в смерти

Если молекула белка имеет

четвертичную структуру то это

означает что:

1. Она имеет энзимную активность

2. Используется все 20 аминокислот

3. Это меленький белок

4. Состоит из большого количества генных

структур

Состоят из фосфатной группы, пентозных сахаров

(дезоксирибоза, рибоза), азотного основания

(аденин, гуанин)

Нуклеотиды могут образовывать нуклеиновые

кислоты (ДНК или РНК) или АТФ

ДНК – нуклеотид, содержащий генетическую

информацию.

РНК – служит посредником, между ДНК и

синтезируемыми белками.

Человек имеет около 22 000 ген, которые

сосредоточены в 46 хромосомах внутри клеточного

ядра.

Нуклеотиды

ДНК: клеточная программа

Процесс удвоения молекулы ДНК –

репликация.

Гены синтезируют белки

(транскрипция)

Нуклеотиды соединяются с собой

посредством соединения азотистых

оснований. А стыкуется с Г, а Г с Ц

С помощью химических процессов

нуклеиновые кислоты указывают

клетке как следует развиваться в

различные органы

Ошибки в геноме

Ошибки в ДНК или РНК приводят к

болезням, таким как анемию,

гемофилия, хорея и некоторые

виды рака.

Серповидно-клеточная болезнь возникает, когда только

одна аминокислота в последовательности оснований ДНК

изменяется.

Ошибки в хромосомной структуре, также вызывают

различные нарушения. Например, лишняя 47 хромосома и

синдром Дауна

Ошибки в геноме

Лиам Хоекстра обладает

физическими способностями,

такими же как и большинство

атлетов. В пол года он уже

мог стоять на руках.

У него врожденная генетическая мутация -

миостатиновая мышечная гипертрофия

Миостатин – белок, который блокирует подавление

ростового фактора скелетных мышц.

Таких случаев около 100 в мире. Их исследования

позволяют лучше понять болезни, связанные с

мышечной дистрофией и др.

1. Какие функции выполняют белки и

нуклеиновые кислоты?

2. Какова функция гена?

3. Какая молекула способна к самоудвоению,

ДНК или РНК?

4. Какая молекула синтезирует белок и какая

кодирует наследственную информацию?

Итог

• Все живое состоит из атомов.

• Атомы группируются в молекулы, посредством химических связей.

• Организм на 99 % состоит из 4 элементов: водород, кислород, углерод и азот.

• В биологических жидкостях большинство атомов существуют как ионы, что позволяет им передавать нервный импульс

• Вода, соли, кислоты – неорганические соединения. Белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты - органические соединения

• Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК

• Молекула ДНК – двойная спираль, поддерживается водородными связями

Задание № 1 1. Прочитайте статью «Молекулярная биология и генетика

против эволюции 1 и 2 часть»

2. Можете выбрать либо 1 либо 2 часть.

1 ч: http://nnm.me/blogs/reven000/molekulyarnaya-biologiya-i-genetika-protiv-evolyucii-chast-1/

2 ч: http://nnm.me/blogs/reven000/molekulyarnaya-biologiya-i-genetika-protiv-evolyucii-chast-2-

okonchanie/

3. Опираясь на теории и материал лекции кратко изложите мнение

автора. Укажите, на что автор опирается и какие он приводит

аргументы в пользу своего мнения. Согласны ли вы с ним или нет?

Приведите аргументы в пользу своего мнения?

4. Просмотрите комментарии читателей к статье. Есть ли среди них те

комментарии, которые совпадают с вашим мнением? Насколько

убедительно они звучат?

5. Изложите свое видение данной проблемы в критической форме, и

поддержите его аргументами из материала статьи либо

комментариев, либо др. источников. Формат любой: PowerPoint, Self-

Video, Youtube, website, Блог, Word, Excel - )) итд, то что, вам поможет

выразиться. До 28 сент. прислать на dima-bondarev@gmx.de

Вопросы к лабораторной работе № 2

1. Что означает систолический и диастолический объем

сердца? Как они изменятся если вы из положения

лежа, резко встали ?

2. Что происходит с кровяным давлением сразу после

нагрузки ?

3. Почему когда вы слушаете сердце вы слышите

сдвоенный удар?

4. Какие наиболее частые нарушения сердечного ритма

могут встречаться у спортсменов? С чем это может

быть связанно? Как это учитывать при тренировках?

5. Что такое «спортивное сердце»? Что вы посоветуете

атлету со спортивным сердцем, который решил

прекратить спортивную карьеру?