Sodiu și potasiu
Ambele aceste elemente sunt în primul grup a sistemului periodic - acestea sunt vecini și este în multe feluri similare între ele. tipic metale active, atomii sunt ușor despărțit de singurul său electron extern se deplasează în stare ionică, aceste elemente formează numeroase săruri, care sunt larg răspândite în natură. Cu toate acestea, un studiu mai atentă relevă faptul că funcția biologică de sodiu și de potasiu nu sunt aceleași. complex sare de potasiu este mai bine absorbit de sol, este totuși relativ mai mult potasiu în țesuturile vegetale, în timp ce sarea de sodiu predomină în apa de mare. La mașinile biologice ambele ioni, uneori, lucrează împreună, uneori, exact opusul.
Fig. 20. Distribuția impulsului nervos: A - ionii de potasiu părăsesc fibra nervoasă mai repede decât ionii de sodiu intra în ea; b - difuzia ionilor de sodiu este îmbunătățită; în - pe partea exterioară a fibrelor nervoase o sarcină negativă; g - starea inițială este restabilită, ci o sarcină negativă apare pe stânga - în direcția de propagare a impulsului nervos
Propagarea impulsuri electrice nervoase sunt implicate atât ionii. In nervul Quiescent, sarcină negativă (. Figura 20a), este concentrată în partea interioară, cât și la exterior - pozitiv; concentrația ionilor de potasiu decât concentrația ionilor de sodiu în nervul. În timpul stimulării variază permeabilitatea membranelor fibrelor nervoase și ionii de sodiu in graba nerv mai repede decât ionii de potasiu pot ieși din acesta (Fig. 20 b). Ca urmare, pe partea exterioară a fibrei nervoase apare sarcină negativă (nu există suficiente cationi) și o sarcină pozitivă (Fig. 20c) are loc în nervul (unde există acum un exces de cationi). Pe partea exterioară a difuziei fibroase a ionilor de sodiu din secțiunile adiacente una care este sărăcit în ionii de metal începe să apară. difuzie viguroasa conduce la sarcină negativă deja pe secțiuni adiacente (Fig. 20 g), iar sursa este readus la starea inițială. Astfel, starea de polarizare (plus - interior, minus - exterior) sa mutat de-a lungul fibrei nervoase. Apoi, toate procesele sunt repetate, iar impulsul nervoase se raspandeste destul de repede în jurul nervului. Prin urmare, mecanismul de propagare a impulsului electric este cauzată de diferite permeabilitatea membranei nervului a fibrei nervoase în raport cu ionii de sodiu și potasiu.
Problema permeabilitatea membranei celulare pentru diferite substanțe este crucială. Trecerea materialului printr-o membrană biologică nu este întotdeauna seamana cu o simpla difuzie prin septum poros. Astfel, de exemplu, glucoză și alți carbohidrați trec prin membrana eritrocitară printr-un purtător specific, care transportă moleculele prin membrana. Acest lucru ar trebui să fie efectuată în condiții speciale - molecula carbohidrat trebuie să aibă o anumită formă, ar trebui să fie îndoit, astfel încât acesta a dobândit scaunul contur contur, în caz contrar, transferul nu poate avea loc. Concentrația de carbohidrați în mediul extern înainte în interiorul eritrocit, prin urmare, un astfel de transfer este numit pasiv.
Există cazuri în care membrana este bine închis pentru anumiți ioni: în particular, interior al membranei mitocondriale, în general, nu se trece ionii de potasiu. Cu toate acestea, acești ioni obține în interiorul mitocondriile dacă în mediul există antibiotice valinomicina sau gramicin. Valinomycin se concentrează în principal asupra ionilor de potasiu (ionii pot migra și rubidiu și cesiu) și gramicin transportă decât ionii de potasiu și sodiu, litiu, rubidiu și cesiu.
Sa constatat că moleculele acestor conductori sunt covrigii formă, în care raza diafragmei este astfel încât interiorul gogoasa se potrivește de ioni de potasiu, sodiu sau alt metal alcalin. Aceste antibiotice numite ionofori ( „purtătoare de ioni“). Fig. 21 arată circuitul prin moleculele de membrana de transport ionic valinomycin și gramicin. Este foarte probabil ca unele efecte toxice, care antibioticele au pe diferite microorganisme, tocmai datorită faptului că membranele prezența lor începe să curgă în interiorul acestor ioni, care nu ar trebui să fie acolo; acest produs chimic perturbă sistemele de celule microbiene și duce la tulburări sale de distrugere sau grave, pe care-l oprească de la răspândirea.
Fig. 21. Schema transportorilor de ioni - ionofori: și - un suport mobil (valinomycin); b - transferul cu canalul (gramicin)
Un rol semnificativ în mașini biologice joacă un transport activ prin membranele (vezi. Ch. 8). Se pune întrebarea: unde a atras energia necesară pentru transport activ, și poate efectua fără a transportatorului expres?
În ceea ce privește energia, în cele din urmă acesta este livrat de aceleași molecule universale de ATP sau creatina fosfat a căror hidroliză este însoțită de eliberarea unor cantități mari de energie. Dar, în ceea ce privește problema transportatorilor este mai puțin clară, deși cu siguranță că nici ioni metalici de potasiu și sodiu, nu sunt suficiente.
Concentrația diferitelor substanțe într-o celulă (proteine și minerale) sunt mai mari decât în mediu; Din acest motiv, cea mai mare parte a celulei este în pericol de pătrunderea excesivă a apei (datorită osmozei). Pentru a scapa de aceasta, pompe celula din ionii de sodiu în mediu și se aliniază astfel presiunea osmotică. Din acest motiv, concentrația ionilor de sodiu în celulă este mai mică decât în mediu. Și aici au existat diferențe între sodiu și potasiu. Sodiu este îndepărtat și concentrația ionilor de potasiu este relativ mare în interiorul celulei. De exemplu, eritrocit conține potasiu aproximativ de cinci ori mai mare decât sodiu.
Există unele cazuri în care enzima este activat de ioni de potasiu, ionii de sodiu este suprimată, și vice-versa. Prin urmare, descoperirea unei enzime pentru acțiunea care este nevoie de ambii ioni, a atras atenția biochimisti. Enzima care accelerează hidroliza ATP și numit (K + Na) ATPase. Pentru o înțelegere a rolului și a mecanismului său de acțiune trebuie să se refere din nou pentru a transporta procese.
După cum sa menționat deja, creșterea concentrației intracelulare de ioni de potasiu și mediul înconjurător celular relativ mai mult sodiu. Pomparea ionii de sodiu din celula conduce la un flux crescut de ioni de potasiu în celulă, precum și alte substanțe (glucoza, aminoacizi). ionii de sodiu și potasiu pot fi schimbate pentru un „ion în ion“, atunci nu există nici o diferență de potențial de ambele părți ale membranei celulare. Dar dacă în interiorul celulei este mai mare de ioni de potasiu decât ionul de sodiu ieșit, poate exista un potențial salt (aproximativ 100 mV); Sistemul de pompare de sodiu este numit „pompa de sodiu“. Dacă apare această diferență de potențial, apoi utilizați termenul „pompa de sodiu electrogen“.
Introducerea unor cantități mari de ioni de potasiu în celulă devine necesară, deoarece ionii de potasiu contribuie la sinteza proteinelor (ribozomi), precum și a accelera procesul de glicoliza.
În membrana celulară și este (K + Na) ATPaza - proteină cu o greutate moleculară de 670.000, care nu a reușit până acum să se separe de membrana. Această enzimă hidrolizează ATP și utilizează energia hidrolizei pentru transferul către direcția concentrației de creștere.
O proprietate remarcabilă (K + Na) ATPaza este că este în hidroliza ATP este activată în interiorul celulei de ioni de sodiu (și, prin urmare, asigură excretia de sodiu) și în afara celulelor (partea medie) - ionii de potasiu (facilitând introducerea lor într-o celulă) ; în cele din urmă apare și distribuția celulară necesară a ionilor acestor metale. Interesant, ionii de sodiu in celula prin orice alți ioni nu poate fi înlocuită. ATPase activat in interiorul ioni numai sodiu, ionii de potasiu, dar acționează în afara, pot fi înlocuiți cu ioni de rubidiu sau de amoniu.
Pentru funcțiile organelor individuale, în special inima, este important nu numai concentrația ionilor de potasiu, sodiu, calciu și magneziu, dar raportul lor, care trebuie să se situeze în anumite limite. Raportul dintre concentrațiile acestor ioni în sânge nu este prea diferit de relația corespunzătoare, caracteristică apei de mare. Este posibil ca evoluția biologică a primelor forme de viață a apărut în apele oceanului primar sau pe shallows, la formele sale cele mai înalte, păstrate unele „amprentele digitale“ chimice din trecut.
Revenind la începutul acestui capitol, ne reaminteste de multifuncționalitatea ionilor, capacitatea acestora de a efectua într-o varietate de taxe organisme. Calciu, sodiu, potasiu și cobalt prezintă acest mod inegal capacitate. Cobaltul formează un tip Corrin complex stabil, și deja acest complex catalizează o varietate de reacții. Calciu, sodiu, potasiu activatori funcționează funcții. Dar, ionul de magneziu poate acționa ca un activator, și ca o componentă a unui compus complex durabil - clorofilă, unul dintre cei mai importanți compuși, prin natura lor.
Remarcabil om de știință K. A. Timiryazev dedicat munca de clorofilă, pe care el a numit „soarele, viața și clorofila“, afirmând în ea că are clorofilă și legătura care leagă procesele de generare a energiei în soare la viață pe pământ.
În capitolul următor considerăm proprietatile acestui compus interesant.