Визначення хлору в біологічному матеріалі меркуриметричним титруванням у присутності індикатору дифенілкарбазону

Мета роботи: опрацювати і узагальнити знання про енергетичний обмін і його етапи, взаємозв’язок енергетичних процесів, засвоїти методику визначення хлору в біологічному матеріалі.

Питання для самопідготовки:

1. Ресинтез АТФ.

2. Анаеробний обмін.

3. Аеробний обмін.

4. Взаємозв'язок обмінних процесів.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Постійний обмін речовин із навколишнім середовищем – одна з основних властивостей живих систем. У клітинах безперервно йдуть процеси біосинтезу (асиміляція, або пластичний обмін), тобто за участю ферментів з простих органічних сполук утворюються складні: з амінокислот – білки, із моносахаридів – полісахариди, із нуклеотидів – нуклеїнові кислоти тощо. Усі процеси синтезу йдуть із поглинанням енергії. Приблизно з такою ж швидкістю йде і розщеплювання складних молекул до більш простих з виділенням енергії (дисиміляція, або енергетичний обмін). Завдяки цим процесам зберігається відносна постійність складу клітин. Синтезовані речовини використовуються для побудови клітин та їх органоїдів і заміни витрачених або зруйнованих молекул. При розщеплюванні високомолекулярних з'єднань до більш простих виділяється енергія, необхідна для реакцій біосинтезу.

Сукупність реакцій асиміляції і дисиміляції, яка лежить в основі життєдіяльності й обумовлює зв'язок організму з навколишнім середовищем, називається обміном речовин, або метаболізмом.

Для реакцій обміну характерна висока організованість і впорядкованість. Кожна реакція протікає з участю специфічних білків – ферментів. Вони розташовуються в основному на мембранах органоїдів і в гіалоплазмі клітин у строго певному порядку, що забезпечує необхідну послідовність реакцій. Завдяки ферментним системам реакції обміну йдуть швидко і ефективно в звичайних умовах – при температурі тіла і нормальному тиску.

Пластичний і енергетичний обміни нерозривно пов'язані. Вони є протилежними сторонами єдиного процесу обміну речовин. Реакції біосинтезу потребують витрати енергії, яка відновлюється реакціями енергетичного обміну. Для здійснення реакцій енергетичного обміну необхідний постійний біосинтез ферментів і структур органоїдів, які в процесі життєдіяльності поступово руйнуються.

Процеси асиміляції не завжди знаходяться в рівновазі з процесами дисиміляції. Так, в організмі, що росте, процеси асиміляції переважають над процесами дисиміляції, завдяки чому забезпечується накопичення речовин і зростання організму. При інтенсивній фізичній роботі та в старості переважають процеси дисиміляції. У першому випадку це компенсується посиленим харчуванням, а в другому відбувається поступове виснаження і зрештою загибель організму.

Енергетичний обмін – це сукупність реакцій ферментативного розщеплювання складних органічних сполук, що супроводжуються виділенням енергії. Частина енергії розсівається у вигляді тепла, а частина акумулюється в макроергічних зв'язках АТФ і використовується потім для забезпечення різноманітних процесів життєдіяльності клітини: біосинтетичних реакцій, надходження речовин у клітину, проведення імпульсів, скорочень м'язів, виділень секретів тощо.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ, аденозинтрифосфат) є обов'язковим компонентом будь-якої живої клітини. АТФ – мононуклеотид, що складається з азотної основи аденіну, п’яти вуглецевого моносахариду рибози і трьох залишків фосфорної кислоти, які сполучені один з одним високоенергетичними (макроергічними) зв'язками. АТФ розщеплюється під дією особливих ферментів у процесі гідролізу – приєднання води. При цьому відщеплюється молекула фосфорної кислоти, і АТФ перетворюється в АДФ (аденозиндифосфат), а при подальшому відщеплюванні фосфорної кислоти – в АМФ (аденозинмонофосфат). Відщеплювання однієї молекули фосфорної кислоти супроводжується виділенням 40 кДж енергії. Зворотний процес перетворення АМФ в АДФ і АДФ в АТФ відбувається переважно в мітохондріях шляхом приєднання молекул фосфорної кислоти з виділенням води і поглинанням більшої (більше 40 кДж на кожний етап) кількості енергії.

Виділяють три етапи енергетичного обміну: 1) підготовчий, 2) безкисневий і 3) кисневий.

Підготовчий етап протікає в травному тракті тварин і людини або в цитоплазмі клітин всіх живих істот. На цьому етапі великі органічні молекули під дією ферментів розщеплюються на мономери: білки до амінокислот, жири до гліцерину і жирних кислот, крохмаль і глікоген до моносахаридів, нуклеїнові кислоти до нуклеотидів. Розпад речовин на цьому етапі супроводжується виділенням невеликої кількості енергії, що розсівається у вигляді тепла.

Безкисневий (анаеробний) етап енергетичного обміну протікає в цитоплазмі клітин. Мономери, що утворилися на першому етапі, піддаються подальшому багатоступеневому розщеплюванню без участі кисню. Наприклад, при гліколізі (розщеплювання глюкози, що відбувається в тваринних клітинах) одна молекула глюкози розщеплюється на дві молекули піровиноградної кислоти (С₃Н₄О₃), яка в деяких клітинах, наприклад м'язових, відновлюється до молочної кислоти. При цьому виділяється близько 200 кДж енергії. Частина її (близько 80 кДж) йде на синтез двох молекул АТФ, а інша (близько 120 кДж) розсівається у вигляді тепла. Сумарне рівняння цієї реакції виглядає наступним чином:

С₆Н₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ — 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О.

У клітинах рослинних організмів і деяких дріжджових грибків розпад глюкози йде шляхом спиртного бродіння. При цьому піровиноградна кислота, що утворилася в процесі гліколізу, декарбоксилюється з утворенням оцтового альдегіду, а потім відно­влюється до етилового спирту.

Під час безкисневого етапу енергетичного обміну розпад однієї молекули глюкози супроводжується синтезом двох молекул АТФ. У анаеробних організмів (деякі бактерії, внутрішньокишкові паразити) цей етап є кінцевим. Гліколіз протікає в деяких тканинах багатоклітинних організмів, здатних функціонувати в анаеробних умовах, наприклад у поперечно-полосатих м'язах під час великих навантажень. При цьому в м'язах нагромаджується молочна кислота, що є однією з причин їх стомлення. Під час відпочинку м'язів вона включається в наступний (кисневий) етап енергетичного обміну. Реакції гліколізу відносно неефективні, оскільки кінцеві продукти містять у собі ще велику кількість енергії.

Кисневий (аеробний) етап енергетичного обміну має місце тільки у організмів аеробів. Він полягає в подальшому окисленні молочної (або піровиноградної) кислоти до кінцевих продуктів – СО₂ і Н₂О. Цей процес протікає у мітохондріях з участю ферментів і кисню. На перших стадіях кисневого етапу від молочної кислоти поступово відщеплюються протони і електрони, що нагромаджуються по різні сторони внутрішньої мембрани мітохондрії і створюють різницю потенціалів. Коли вона досягає критичного значення, протони, проходячи по спеціальних каналах мембрани, в яких знаходяться синтезуючі АТФ ферменти, віддають свою енергію для приєднання залишку фосфорної кислоти до АМФ або АДФ. Цей процес супроводжується виділенням енергії, достатньої для синтезу 36 молекул АТФ (1440 кДж). Рівняння кисневого етапу виглядає так:

2С₃Н₆О₃ + 6О₂ + 36Н₃РО₄ + 36АДФ 36АТФ + 6СО₂ + 42Н₂О.

Сумарне рівняння анаеробного і аероба етапів енергетичного обміну виглядає наступним чином:

С₆Н₁₂О₆ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ + 6О₂ 38АТФ + 6СО₂ + 44Н₂О.

Таким чином, під час другого і третього етапів енергетичного обміну при розщеплюванні однієї молекули глюкози утворюються 38 молекул АТФ. На це витрачається 1520 кДж (40 кДж х 38), а всього виділяється 2800 кДж енергії. Отже, 55 % енергії, що вивільняється при розщеплюванні глюкози, акумулюється клітиною в молекулах АТФ, а 45 % розсівається у вигляді тепла. Основну роль у забезпеченні клітин енергією відіграє кисневий етап.

Аналогічним чином в енергетичний обмін можуть вступати білки і жири. При розщеплюванні амінокислот крім двооксиду вуглецю і води утворюються азотмісткі продукти (аміак, сечовина), що виводяться через систему виділення.

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

Практичне значення роботи: хлор є показником роботи сечовидільної системи, його збільшення в крові свідчить про недостатнє надходження рідини в організм, при нефритах, неврозах, а зменшення свідчить про значні витрати рідини.

Матеріали і реактиви: розчин азотнокислої ртуті, розчин індикатору, 2 н розчин азотної кислоти, стандартний розчин хлориду натрію 10 ммоль/л.

Принцип методу: хлор в біологічних рідинах взаємодіє з нітратом ртуті з утворенням хлористої ртуті, що погано дисоціює. Коли весь хлор зв’язаний, надлишок іонів ртуті утворює з дифенілкарбазоном комплекс, забарвлений в синьо-ліловий колір, що відмічають як точку еквівалентності титрування.

Хід роботи:

Реакцію проводять в цукрових стаканчиках.

Перемішують і титрують азотнокислою ртуттю до появи синьо-фіолетового забарвлення. Титрування краще проводити з мікробюретки.

Розрахунок здійснюється за формулою:

,

де 0,02 ммоль хлору в 2 мл стандартного розчину хлористого натрію; "5 х 1000" – коефіцієнт перерахунку на 1 л біологічної рідини; А – кількість мл розчину азотнокислої ртуті, що пішло на титрування досліду; Б – кількість мл азотнокислої ртуті, що пішло на титрування стандартного розчину хлористого натрію.

Нормальні величини. Вміст хлору: в сироватці крові – 95-110 ммоль/л; в спинномозковій рідині – 120-130 ммоль/л, в сечі – 170-210 ммоль/л; в поті – 5-38 ммоль/л.

Відтворюваність. Коефіцієнт варіації 3%, допустима погрішність визначення 5%.

Клініко-діагностичне значення. Збільшення в крові хлору (гіперхлоремія) відмічається при недостатньому надходженні рідини в організм, при нефритах, нефрозах, із-за порушення фільтраційної здатності нирок; при респіраторному алкалозі, декомпенсації сердця.

Зменшення вмісту хлору в крові (гіпохлоремія) зустрічається при значних втратах рідини з організму (поносах, блювоті), при респіраторному ацидозі, набряках, ексудатах, пневмоніях.

В сечі хлор збільшується при спаданні набряків; зменшується – при розвитку набряків.

В спинномозковій рідині збільшення хлору (гіперхлоррахія) зустрічається при енцефалітах. Зменшення (гіпохлоррахія) характерне для менінгітів будь-якої етіології, але найбільш виражено при туберкульозному менінгіті.

Зробити висновки.

Контрольні питання:

1. Охарактеризуйте поняття «енергетичний обмін».

2. Особливості анаеробного обміну.

3. Особливості аеробного обміну.

4. Механізми ре синтезу АТФ.

5. Взаємозв’язок обмінних процесів.

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 13

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: