Осмос. осмос-1. Роль осмоса в биологических процессах
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
Роль осмоса в биологических процессах как растительного, так и животного мира колоссальна. Осмос вместе с диализом является одной из причин, обусловливающих поступление влаги и некоторых растворенных в ней веществ из почвы по стеблю или стволу растения к листьям. Нередко при этом подъем растительных соков происходит на высоту в несколько метров и возникающая разность давлений у основания гидростатического столба и его наивысшей точки измеряется несколькими атмосферами. Живая клетка растения окружена полупроницаемой оболочкой, через которую проходят молекулы воды и не проходит большинство веществ, находящихся в клеточном соке. Если такая клетка соприкасается, например, с почвенным раствором, то происходит осмос и проникающая в клетку вода создает в ней давление, достигающее иногда 0,4—2,0 мПа (4—20 атм). Это повышенное давление придает клеткам определенную упругость и напряжение — так называемый тургор, позволяющий растению сохранять вертикальное положение и определенную форму. Осмотический градиент, определяющий собой силу, с которой вода всасывается в клетку, численно равен разности между осмотическим и тургорным давлениями. Если клетки отмирают, то это означает, что перестает действовать механизм осмоса, давление в клетках падает и растение увядает. Если растительная клетка попадает в среду раствора с повышенной концентрацией солей и других растворимых веществ, то это приводит к осмосу, при котором вода диффундирует из клетки к раствору. При этом протоплазма отслаивается от оболочки, клетка сморщивается, а все растение теряет тургор и устойчивость, свойственную ему в нормальном состоянии. Это явление называется плазмолизом. При погружении плазмолизированных клеток в воду, протоплазма вновь набухает, растение восстанавливает тургор в первоначальный вид. Происходит так называемый деплазмолиз, который можно видеть, помещая начинающие поникать срезанные цветы в воду. Осмотическое давление крови человека довольно постоянно и при 37 °С достигает 0,74—0,78 МПа. Оно обусловлено главным образом присутствием в плазме крови катионов и анионов солей (кристаллоидов) и в меньшей степени осмотическими свойствами коллоидных частиц или осмотическим давлением (порядка 0,0025—0,0040 МПа). Присутствие в плазме крови форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов или кровяных пластинок) практически не отражается на величине осмотического давления. Постоянство осмотического давления в крови регулируется выделением паров воды при дыхании, работой почек, выделением пота Упругость, тургор клеток: Клетки растений используют осмос для увеличения объёма вакуоли, чтобы она распирала стенки клетки (тургорное давление). Клетки растений делают это путём запасания сахарозы. Увеличивая или уменьшая концентрацию сахарозы в цитоплазме, клетки могут регулировать осмос. За счёт этого повышается упругость растения в целом. С изменениями тургорного давления связаны многие движения растений (например, движения усов гороха и других лазающих растений); Эластичность тканей, форма органов; Усвоение пищи, образование лимфы, мочи, кала; Действие лекарств; За счёт осмоса вода в организме распределяется между кровью, тканями, клетками: Осмос играет важную роль во многих биологических процессах. Мембрана, окружающая нормальную клетку крови, проницаема лишь для молекул воды, кислорода, некоторых из растворённых в крови питательных веществ и продуктов клеточной жизнедеятельности; для больших белковых молекул, находящихся в растворённом состоянии внутри клетки, она непроницаема. Поэтому белки, столь важные для биологических процессов, остаются внутри клетки; Осмос участвует в переносе питательных веществ в стволах высоких деревьев, где капиллярный перенос не способен выполнить эту функцию; Человечество с древних времен, хотя и не понимая физический смысл, использовало эффект осмоса в процессе засаливания пищи. В результате происходил плазмолиз клеток патогена; Осмос широко используют в лабораторной технике: при определении молярных характеристик полимеров, концентрировании растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке высокоминерализованной воды методом обратного осмоса жидкостей; Пресноводные простейшие также имеют вакуоль, но задача вакуолей простейших заключается лишь в откачивании лишней воды из цитоплазмы для поддержания постоянной концентрации растворённых в ней веществ; Осмос также играет большую роль в экологии водоёмов. Если концентрация соли и других веществ в воде поднимется или упадёт, то обитатели этих вод погибнут из-за пагубного воздействия осмоса.          Кислотно-основное состояние (КОС) организма является одним из важнейших и наиболее строго стабилизируемых параметров гомеостаза. От соотношения водородных и гидроксильных ионов во внутренней среде организма зависят активность ферментов, гормонов, интенсивность и направленность окислительно-восстановительных реакций, процессы обмена белков, углеводов и жиров, функции различных органов и систем, постоянство водного и электролитного обмена, проницаемость и возбудимость биологических мембран и т.д. Активность реакции среды влияет на способность гемоглобина связывать кислород и отдавать его тканям. Величина рН является одним из самых «жестких» параметров крови и колеблется у человека в норме в очень узких пределах – рН артериальной крови составляет 7,35–7,45; Кислотно-основное состояние поддерживается мощными гомеостатическими механизмами. В их основе лежат особенности физико-химических свойств буферных систем крови и физиологические процессы, в которых принимают участие системы внешнего дыхания, почки, печень, желудочно-кишечный тракт и др. Буферной системой называют смеси, которые обладают способностью препятствовать изменению рН среды при внесении в нее кислот или оснований. Буферные системы не удаляют H+ из организма, а «связывают» его своим щелочным компонентом до окончательного восстановления КОС. Буферными свойствами обладают смеси, которые состоят из слабой кислоты и ее соли, содержащей сильное основание, или из слабого основания и соли сильной кислоты. Наиболее емкими буферными системами крови являются бикарбонатный, фосфатный, белковый и гемоглобиновый. Первые три системы особенно важную роль играют в плазме крови, а гемоглобиновый буфер, самый мощный, действует в эритроцитах. Бикарбонатный буфер способен нейтрализовать и избыток оснований. В этом случае ионы ОНˉ будут связаны углекислотой и вместо самого сильного основания ОНˉ образуется менее сильное  , избыток которого в виде бикарбонатных солей выделяется почками. Фосфатный буфер представлен солями одно- и двузамещенных фосфатов. Однозамещенная соль обладает кислыми свойствами, так как при диссоциации дает ион  , который далее способен выделять ион водорода: NаН2РО4 ⇒ Nа+ + ;  ⇒Н+ + . Двузамещенный фосфат обладает свойствами основания, так как диссоциирует с образованием иона , который может связывать ион водорода: + Н+ ⇒ .Белковая буферная система является довольно мощным буфером, который способен проявлять свои свойства за счёт амфотерности белков. Белковая буферная система обеспечивает 7 % буферной емкости крови. Белки плазмы крови содержат достаточное количество кислых и основных радикалов, поэтому эта буферная система действует в зависимости от среды, в которой происходит диссоциация белков. Гемоглобиновый буфер является самой емкой буферной системой. На ее долю приходится до 75 % всей буферной емкости крови. Свойства буферной системы гемоглобину придает главным образом его способность постоянно находиться в виде двух форм – восстановленного (редуцированного) гемоглобина ННb и окисленного (оксигемоглобина) НbО2. Переход окисленной формы гемоглобина в восстановленную форму предупреждает сдвиг рН в кислую сторону во время контакта крови с тканями, а образование оксигемоглобина в легочных капиллярах предотвращает сдвиг рН в щелочную сторону за счет выхода из эритроцитов СО2 и иона хлора и образования в них бикарбоната. Система аммиак/ион аммония (NH3/NH4+) – действует преимущественно в моче. Регуляция КОС с участием печени. Печень окисляет до конечных продуктов недоокисленные вещества крови, оттекающей от кишечника; синтезирует мочевину из азотистых шлаков, в частности из аммиака и из хлорида аммония, поступающих из желудочно-кишечного тракта в кровь портальной вены; печени присуща выделительная функция и поэтому при накоплении в организме избыточного количества кислых или щелочных продуктов метаболизма они могут выделяться с желчью в желудочно-кишечный тракт. При избытке кислот в печени усиливается их нейтрализация и одновременно тормозится образование мочевины. Неиспользованный аммиак нейтрализует кислоты и увеличивает выведение аммонийных солей с мочой. При возрастании количества щелочных валентностей мочекинообразование возрастает, а аммониогенез снижается, что сопровождается уменьшением выведения с мочой аммонийных солей. Концентрация водородных ионов в крови зависит также от деятельности желудка и кишечника. Клетки слизистой желудка секретируют соляную кислоту в очень высокой концентрации. При этом из крови ионы хлора выделяются в полость желудка в соединении с ионами водорода, образующимися в эпителии желудка с участием карбоангидразы. Взамен хлоридов в плазму в процессе желудочной секреции поступает бикарбонат. Кожа может в условиях избытка нелетучих кислот и оснований выделять последние с потом. КОРЕКЦИЯ Метаболический ацидоз Метаболический ацидоз возникает вследствие существенного снижения уровня бикарбоната в организме. Компенсаторные реакции Снижение уровня НСО3– в плазме крови (метаболический ацидоз), возникающее первично, компенсируется увеличением легочной вентиляции и снижением рС02, при этом соотношение рС02 /НСО3– остается неизменным. Увеличение содержания кислот буферируется бикарбонатным буфером: НС1 + H 2C03/NаHC03 ↔ Nа Сl+ H 2C03 ↓ С02 + Н2О  Компенсаторные механизмы: Увеличение содержания НСО3– в плазме крови (метаболический алкалоз), возникающее первично, компенсируется снижением легочной вентиляции и увеличением рС02. Как правило, выраженный дыхательный ацидоз не развивается. Тем не менее, при выраженном метаболическом алкалозе существует опасность гиповентиляции и гиперкапнии. NаОН + H 2C03/NаHC03 ↔ 2NаHC03 + Н2О  |