Биологическая роль натрия и калия

Большая часть попадающего в организм натрия всасывается только в тонком кишечнике, и лишь небольшая доля сразу в желудке. Половина от поступившего в организм натрия концентрируется в жидкостях, находящихся между клеток, около 40% – в костной и хрящевой тканях, и чуть меньше 10% – в самих клетках.

Натрий имеет огромное значение в организме человека. Он активно участвует в функционировании процессов обмена внутри клеток и между ними. Именно этот микроэлемент является главным катионом (то есть ионом, заряженным положительно) внеклеточной жидкости, а значит, нормализует осмотическое давление. Помимо этого натрий отвечает за регуляцию движения воды и возбудимость нервно-мышечных волокон, за нормализацию кислотно-основного состояния. При взаимодействии натрия, калия и хлора создается электролитическая среда, обеспечивающая нервным окончаниям правильное функционирование, что способствует сокращению мышц.

Натрий отвечает и за сохранение биоэлектрического потенциала мембран клеток, что влияет на тонус сосудов. Благодаря этому микроэлементу усиливается действие адреналина. Также натрий положительным образом действует на пищеварительные ферменты, что способствует образованию соляной кислоты, а значит, улучшает пищеварение. Натрий также является проводником глюкозы в клетки.

Нарушение соотношения в организме калия и натрия ведет к проблемам с осмотическим давлением и объемами жидкостей. При потере калия количество потребляемого натрия следует сократить.

Обмен натрия регулируется альдостероном (гормон коры надпочечников группы минералокортикоидов). Он увеличивает реабсорбцию (обратное всасывание воды и растворенных веществ)натрия и хлора в канальцах почки, что ведет к повышению содержания поваренной соли в крови, лимфе  и тканевой жидкости. Одновременно он снижает реабсорбцию калия в канальцах почки, что усиливает потерю калия и уменьшает его содержание в организме.

Данный микроэлемент обладает способностью удерживать в организме воду, что особенно необходимо для предотвращения обезвоживания. Оптимальное количество натрия ведет к нормализации артериального давления, тогда как его избыток чреват гипертонией.

В медицине применяются:

1) хлорид натрия NaCI; в зависимости от концентрации хлорида натрия различают изотонический (физиологический) и гипертонический растворы. Изотоническим является 0,9%-й раствор NaCI, так как его осмотическое давление соответствует осмотическому давлению плазмы крови (7,7 атм). Изотонический раствор используют в качестве плазмозамещающего раствора при обезвоживании организма, для растворения лекарственных веществ и т. д. Гипертонические растворы (3-, 5-, 10%-й) применяют наружно в виде компрессов и примочек для лечения гнойных ран;

2) гидрокарбонат натрия NaHC(питьевая сода); введение гидрокарбоната натрия в желудок приводит к быстрой нейтрализации соляной кислоты желудочного сока

NaНС  + НС1 = NaCl + Н20 + С02↑;

3) декагидрат сульфата натрия (глауберова соль); назначают внутрь в качестве слабительного средства. Эта соль медленно всасывается из кишечника,содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются и каловые массы быстрее выводятся.

4)дскагидрат тетрабората натрия Na2B407*10H2 0 (бура); применяют наружно как антисептическое средство для спринцеваний, полосканий, смазываний. В водных растворах бура легко подвергается  гидролизу:

 Образующаяся при гидролизе  борная кислота обладает антисептическим действием;

5) йодид натрия NaI используют как препарат йода при эндемическом зобе.

4.2) K

Калий, будучи минеральным элементом, является необходимой составляющей для нормального жизненного процесса клеток организма. Даже при незначительном нарушении баланса этого элемента могут развиться неблагоприятные изменения в нашем организме, и работа его, как единого целого, может быть сведена на нет. Соединения калия выводятся почками, и если его уходит чересчур много, то может возникнуть гипокалемия и, как следствие, калиевый дефицит. 

Калий отвечает за норму водного баланса в нашем организме. От его количества зависит ритм сердца, его работа в целом и функционирование мышечной ткани и ткани ЦНС. С его участием регулируется содержание в нашем организме щелочей, солей и кислот. Калий способствует уменьшению отеков и стимулированию выработки нужных организму ферментов.

Благодаря наличию в организме солей калия, нормально работают все ткани организма, особенно мягкие. Это касается, в основном, желез системы внутренней секреции, тканей мозга, печени, почек, сосудов, капилляров, сердечной ткани. Калий содержится во всех внутриклеточных жидкостях.

С помощью калия предупреждается возникновение атеросклероза, он нормализует кровяное давление, способствует снятию спазмов. Калий выводит шлаки и подавляет аллергии.

При его достаточном количестве снимается утомляемость, мозг лучше обогащается кислородом, при его помощи мы получаем возможность мыслить яснее. Калий предотвращает развитие синдрома хронической усталости, который довольно распространен в современном обществе.

Ионы натрия и калия принимают участие в биокатализе , образуя смешанные комплексы типа фермент-катион- субстрат.

Подтверждением того,что комплексообразование калия с ферментами и субстратами играет важную роль в транспорте ионов , является образование комплексов этих катионов с антибиотиком валиномицином. Антибиотики, подобные валиномицину, вызывают транспорт ионов калия в митохондрии. Валиномицин образует прочный комплекс с ионами калия,  в то время как ион натрия связывается этим антибиотиком в очень незначительной степени. Вследствие этого валиномицин можно рассматривать как биологическую модель переносчика ионов калия через плазматические мембраны в клетку.

Роль калия в организме:

-Регулирует кислотно -  щелочное равновесие крови, водный баланс межклеточной и клеточной жидкости, водно-солевой баланс, осмотическое давление. 

-Принимает участие в передаче нервных импульсов. 

-Активизирует работу некоторых ферментов, углеводный и белковый обмен.

-Требуется для синтеза белка, преобразования глюкозы в гликоген.

-Необходим для осуществления выделительной функции почек.

-Улучшает деятельность кишечника.

-Поддерживает нормальный уровень кровяного  давления, принимает участие в нервной регуляции сердечных сокращений.

В медицине применяют:

1)хлорид калия КСl; применяется при состояниях, сопровождающихся нарушением электролитного обмена в организме (неукротимая рвота, профузные поносы), а также для купирования сердечных аритмий;

2) йодид калия KI; применяют  как препарат йода при заболеваниях  щитовидной железы;

3) перманганат калия КМnО4; используют как антисептическое cредство для промывания ран, полоскания рта и горла, для спринцеваний и промываний.

5)Na-K насос.

Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутри должна была в конечном итоге выровняться, если бы в клетке не существовало специального механизма, который обеспечивает активное выведение («выкачивание») из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение («нагнетание») ионов калия. Этот механизм получил название натрий – калиевого насоса.

Натрий - калиевый насос - это особый белок, пронизывающий всю толщу мембраны, который постоянно накачивает ионы калия внутрь клетки, одновременно выкачивая из нее ионы натрия; при этом перемещение обоих ионов происходит против градиентов их концентраций. Выполнение этих функций возможно благодаря двум важнейшим свойствам этого белка. Во-первых, форма молекулы переносчика может меняться.

Эти изменения происходят в результате присоединения к молекуле переносчика фосфатной группы за счет энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ (т. е. разложения АТФ до АДФ и остатка фосфорной кислоты). Во-вторых, сам этот белок действует как АТФ-аза (т. е. фермент, гидролизующий АТФ). Поскольку этот белок осуществляет транспорт натрия и калия и, кроме того, обладает АТФ-азной активностью, он так и называется -- «натрий-калиевая АТФ-аза».

Действие натрий-калиевого насоса можно представить следующим образом.

1. С внутренней стороны мембраны  к молекуле белка-переносчика  поступают АТФ и ионы натрия, а с наружной -ионы калия.

2. Молекула переносчика осуществляет  гидролиз одной молекулы АТФ.

3. При участии трех ионов натрия  за счет энергии АТФ к переносчику  присоединяется остаток фосфорной  кислоты (фосфорилирование переносчика); сами эти три иона натрия также присоединяются к переносчику.

4. В результате присоединения  остатка фосфорной кислоты происходит  такое изменение формы молекулы  переносчика (конформация), что ионы натрия оказываются по другую сторону мембраны, уже вне клетки.

5. Три иона натрия выделяются  во внешнюю среду, а вместо  них с фосфорилированным переносчиком соединяются два иона калия.

6. Присоединение двух ионов калия  вызывает дефосфорилирование переносчика -- отдачу им остатка фосфорной кислоты.

7. Дефосфорилирование, в свою очередь, вызывает такую конформацию переносчика, что ионы калия оказываются по другую сторону мембраны, внутри клетки.

8. Ионы калия высвобождаются  внутри клетки, и весь процесс  повторяется.

Значение натрий-калиевого насоса для жизни каждой клетки и организма в целом определяется тем, что непрерывное откачивание из клетки натрия и нагнетание в нее калия необходимо для осуществления многих жизненно важных процессов: осморегуляции и сохранения клеточного объема, поддержания разности потенциалов по обе стороны мембраны, поддержания электрической активности в нервных и мышечных клетках, для активного транспорта через мембраны других веществ (сахаров, аминокислот). Большие количества калия требуются также для белкового синтеза, гликолиза, фотосинтеза и других процессов. Примерно треть всей АТФ, расходуемой животной клеткой в состоянии покоя, затрачивается именно на поддержание работы натрий-калиевого насоса. Если каким-либо внешним воздействием подавить дыхание клетки, т. е. прекратить поступление кислорода и выработку АТФ, то ионный состав внутреннего содержимого клетки начнет постепенно меняться. В конце концов, он придет в равновесие с ионным составом среды, окружающей клетку; в этом случае наступает смерть.

Вывод

Цель науки – установление (открытие) правил гармонии и порядка. «Субъектом медицины является человеческое тело, его здоровье и болезнь. Но если целью медицины является лечение и сохранение здоровья, тогда прежде чем получить сохранение здоровья и удалить причину причин, необходимо знать, какие элементы сотворили тело, как эти элементы распадаются, где и в какой точке процесс подойдет к концу  и какие изменения элементов могут вызвать болезнь в будущем»

 

 

 

 

Список использованной литературы:

 

1)Барковский Е.В. Ведение в химию биогенных элементов и химический анализ. Учебное издание[стр 21-23]

2)Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов.Учебник для вузов. 10-е издание [стр235-239]

3) http://medbiol.ru/medbiol/biology_sk/0006367d.htm

4) http://padaread.com/?book=40556. Химия биогенных элементов. Хухлянский В. Г. ,Цыганенко А.Я.

5) http://vmede.org/sait/?id=msprav_Biohimija&menu=msprav_Biohimija&page=14