Рис. 42. Поливка деревьев

Рис. 43. Поперечный разрез корня (схема): 1— кожица; 2 — корневые волоски; 3— сосуды. Стрелками показан путь воды от корневых волосков по клеткам коры к сосудам.

Из клеток корневых волосков вода просачивается в клетки коры корня и, двигаясь далее из клетки в клетку, попадает в сосуды. По сосудам корня вода поднимается сначала в стебель, а пр сосудам стебля — к листьям растения.

Сосуды корня у некоторых растений удается рассмотреть с помощью лупы. У таких растений просветы сосудов, то есть их отверстия, достигают сравнительно больших размеров. Например, поперечники сосудов в корне ясеня достигают почти ¹/₃ мм, а в корне тыквы они еще крупнее.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Просмотров: 2 211

Часто задаваемые вопросы | 2015 International Year of Soils

Связь между здоровьем почв и здоровьем человека самая прямая: 95% того, что мы едим,  производится на почвах.  Нехватка питательных  веществ в рационе питания людей является одним из основных факторов, влияющих на здоровье и благополучие людей во всем мире, особенно в развивающихся странах. От  нехватки питательных веществ в рационе питания, в том числе витамина А, йода, железа и цинка,  страдают свыше двух миллиардов человек. Продовольственные системы сейчас все чаще сталкиваются с проблемой обеспечения всех людей достаточным количеством безопасных, разнообразных и богатых питательными веществами пищевых продуктов, необходимых для здорового питания.

Пищевые продукты, выращенные на бедных питательными веществами почвах, способствуют развитию белково-энергетической недостаточности из-за отсутствия в рационе необходимых человеку микроэлементов —  например, железа, лития, магния, цинка, меди и йода. Здоровье почв и их плодородие оказывают непосредственное влияние на содержание питательных веществ в продовольственных культурах. Уровни содержания  микроэлементов в почвах являются одним из главных факторов для определения содержания микроэлементов в сельскохозяйственных культурах. Если необходимые микроэлементы в почве отсутствуют, то это оказывает непосредственное влияние на продовольственную систему, поскольку  в этом случае она не в состоянии обеспечить достаточное количество микроэлементов для удовлетворения потребностей человека. Особенно это касается микроэлементов, необходимость которых для человека установлена, а для роста растений – нет: к их числу относятся, например,  селен и йод. Существуют доказательства связи между дефицитом цинка, селена и йода в организме человека и дефицитом этих веществ в почвах.

С другой стороны, растения поглощают из почв не только питательные вещества и воду, но также и вредные вещества, присутствующие в почвенном растворе в доступной для растений форме: например, тяжелые металлы и загрязняющие вещества, которые могут нанести вред здоровью людей и животных и накапливаться в пищевой цепи.

1.2. Минеральные соли.

Минеральные соли в водном растворе клетки диссоциируют на катионы и анионы; некоторые из них могут включаться в комплексы с различными органическими соединениями. Содержание неорганических ионов обычно не превышает 1 % от массы клетки. Катионы солей, такие как калий, натрий, обеспечивают раздражимость клеток. Кальций способствует сцеплению клеток между собой. Анионы слабых кислот отвечают за буферные свойства цитоплазмы, поддерживая в клетках слабощелочную реакцию.

Ниже в качестве примера приводится биологическая роль важнейших химических элементов клетки:

Кислород Компонент органических веществ, воды, анионов неорганических кислот

Углерод Компонент всех органических веществ, углекислого газа, угольной кислоты;

Водород Компонент воды, органических веществ, в форме протона регулирует кислотность среды и обеспечивает формирование трансмембранного потенциала;

Азот Компонент нуклеотидов, аминокислот, пигментов фотосинтеза и многих витаминов;

Сера Компонент аминокислот (цистеин, цистин, метионин), витамина В₁и некоторых коферментов;

Фосфор Компонент нуклеиновых кислот, пирофосфата, ортофосфорной кислоты, нуклеотидтрифосфатов, некоторых коферментов;

Кальций Участвует в передаче сигналов в клетке;

Калий Влияет на активность ферментов белкового синтеза, участвует в процессах фотосинтеза;

Магний Активатор энергетического обмена и синтеза ДНК, входит в состав молекулы хлорофилла, необходим для сборки микротрубочек веретена деления;

Железо Компонент многих ферментов, участвует в биосинтезе хлорофилла, в процессах дыхания и фотосинтеза;

Медь Компонент некоторых ферментов, участвует в процессах фотосинтеза;

Марганец Является компонентом или регулирует активность некоторых ферментов, участвует в ассимиляции азота и в процессе фотосинтеза;

Молибден Компонент нитратредуктазы, участвует в фиксации молекулярного азота;

Кобальт Компонент витамина В₁₂, участвует в азотфиксации

Бор Регулятор роста растений, активатор восстановительных ферментов дыхания;

Цинк Компонент некоторых пептидаз, участвует в синтезе ауксинов (растительных гормонов) и спиртовом брожении.

Существенным является не только содержание элементов, но и их соотношение. Так в клетке поддерживается высокая концентрация ионов К⁺ и низкая Na⁺ , в окружающей среде (морская вода, межклеточная жидкость, кровь) наоборот.

Основные наиболее важные биологические функции минеральных элементов:

1. Поддержание кислотно-щелочного равновесия в клетке;

2. Создание буферных свойств цитоплазмы;

3. Активация ферментов;

4. Создание осмотического давления в клетке;

5. Участие в создании мембранных потенциалов клеток;

6. Образование внутреннего и наружного скелета (простейшие, диатомовые водоросли).

2. Органические вещества

Органические вещества составляют от 20 до 30 % массы живой клетки. Из них примерно 3% приходится на долю низкомолекулярных соединений: аминокислот, нуклеотидов, витаминов, гормонов, пигментов и некоторых других веществ. Основную же часть сухого вещества клетки составляют органические макромолекулы: белки, нуклеиновые кислоты, липиды и полисахариды. В животных клетках, как правило, преобладают белки, в растительных — полисахариды. Существуют определенные различия в соотношении этих соединений и между клетками прокариот и эукариот (табл. 1)

Таблица 1

Содержание органических макромолекул в эу- и прокариотических

клетках

2.1. Белки — важнейшие незаменимые азотсодержащие органические соединения клетки. Белковые тела играют решающую роль и в построении живой материи и в осуществлении всех процессов жизнедеятельности. Это –главные носители жизни, благодаря тому, что они обладают рядом особенностей, к числу наиболее важных из которых относятся: неисчерпаемое многообразие структуры и вместе с тем ее высокая видовая уникальность; широкий диапазон физических и химических превращений; способность в ответ на внешнее воздействие обратимо и закономерно изменять конфигурацию молекулы; склонность ко образованию надмолекулярных структур, комплексов с другими химическими соединениями; наличие биологической активности — гормональной, ферментативной, патогенной и др.

Белки представляют собой полимерные молекулы, построенные из 20 аминокислот^*, расположенных в различной последовательности и соединенных пептидной связью (С—N—одинарная и С=N— двойная). Если количество аминокислот в цепочке не превышает двадцати, такая цепочка называется олигопептидом, от20 до 50 — полипептидом**, более 50 — белком.

Масса белковых молекул колеблется от 6 тыс. до 1 млн и более дальтон (дальтон — единица молекулярной массы, равная массе атома водорода –(1,674×10^-27 кг). В клетках бактерий содержится до трех тысяч различных белков, в организме человека это разнообразие возрастает до пяти миллионов.

Белки содержат 50-55% углерода, 6,5- 7,3% водорода, 15-18% азота, 21-24% кислорода, до 2,5% серы. В составе некоторых белков обнаружены фосфор, железо, цинк, медь и другие элементы. В отличие от других элементов клетки для большинства белков характерна постоянная доля азота (в среднем 16% от сухого вещества). Этот показатель используют при расчете белка по азоту: (масса азота × 6,25). (100 : 16 = 6,25).

Молекулы белка имеют несколько структурных уровней.

Первичная структура — это последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Вторичная структура α-спираль или складчатая β-структура, которые формируются за счет стабилизации молекулы электростатическими водородными связями, которые образуются между —С=О и –NН -группами аминокислот.

Третичная структура — пространственная организация молекулы, определяемая первичной структурой. Она стабилизируется водородными, ионными и дисульфидными (—S-S—) связями, которые образуются между серосодержащими аминокислотами, а также гидрофобными взаимодействиями.

Четвертичную структуру имеют только белки, состоящие из двух или нескольких полипептидных цепей, она формируется при объединении отдельных белковых молекул в одно целое. Определенная пространственная организация (глобулярная или фибриллярная) необходима для высокоспецифичной работы белковых молекул. Большинство белков активны только в форме, обеспечиваемой третичной или четвертичной структурой. Вторичной структуры достаточно для функционирования лишь немногих структурных белков. Это фибриллярные белки, а большинство ферментов и транспортных белков имеют глобулярную форму.

Белки, состоящие только из полипептидных цепей, называют простыми (протеины), а имеющие в своем составе компоненты другой природы — сложными (протеиды). Например, в молекуле гликопротеинов содержится углеводныйфрагмент, в молекулу металлопротеинов входят ионы металлов и т.д.

По растворимости в отдельных растворителях: водорастворимые; растворимые в солевых растворах — альбумины, спирторастворимые — альбумины; растворимые в щелочах — глютелины.

Аминокислоты по своей природе амфотерны. Если аминокислота имеет несколько карбоксильных групп, то преобладают кислотные свойства, если несколько аминогрупп — основные. В зависимости от преобладания тех или иных аминокислот, белки также могут иметь основные или кислотные свойства. У глобулярных белков имеется изоэлектрическая точка — значение рН, при котором суммарный заряд белка равен нулю. При более низких значениях рН белок имеет положительный заряд, при более высоких — отрицательный. Поскольку электростатическое отталкивание препятствует слипанию белковых молекул, в изоэлектрической точке растворимость становится минимальной и белок выпадает в осадок. Например, белок молока казеина имеет изоэлектрическую точку при рН 4,7. Когда молочнокислые бактерии подкисляют молоко до этого значения, казеин выпадает в осадок и молоко «сворачивается».

Денатурацией белка называется нарушение третичной и вторичной структуры под действием изменения рН, температуры, некоторых неорганических веществ и т.д. Если при этом первичная структура не была нарушена, то при восстановлении нормальных условий происходит ренатурация — самопроизвольное восстановление третичной структуры и активности белка. Это свойство имеет большое значение при производстве сухих пищевых концентратов и медицинских препаратов, которые содержат денатурированный белок.

*Аминокислоты—соединения, содержащие одну карбоксильную и одну аминную группы, связанные с одним атомом углерода, к которому присоединена боковая цепь — какой-либо радикал. Известно более 200 аминокислот, но в образовании белков участвуют 20, называемых основными или фундаментальными. В зависимости от радикала аминокислоты делятся на неполярные (аланин, метионин, валин, пролин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин), полярные незаряженные (аспарагин, глутамин, серин, глицин, тирозин, треонин, цистеин) и полярные заряженные (основные: аргинин, гистидин, лизин, кислые: аспарагиновая и глутаминовая кислоты). Неполярные аминокислоты гидрофобны, и построенные из них белки ведут себя как капли жира. Полярные аминокислоты гидрофильны.

**Пептиды могут быть получены в результате реакций поликондесации аминокислот, а также при неполном гидролизе белков. Выполняют в клетке регуляторные функции. Ряд гормонов (окситоцин, вазопрессин) являются олигопептидами. Это брадикидин (пептид боли) это опиаты (естественные наркотики — эндорфины, энкефалины) человеческого организма, которые обладают обезболивающим действием. ( Наркотики разрушают опиаты, поэтому человек становится очень чувствительным к малейшим нарушениям в организме — ломка). Пептидами являются некоторые токсины (дифтерийный), антибиотики (грамицидин А).

Функции белков:

1. Структурная. Белки служат строительным материалом для всех органелл клетки и некоторых внеклеточных структур.

2. Каталитическая. Благодаря особому строению молекулы или наличию активных групп многие белки обладают способностью каталитически ускорять ход химических реакций. От неорганических катализаторов ферменты отличаются высокой специфичностью, работой в узких температурных рамках (от 35 до 45° С), при слабощелочном рН и атмосферном давлении. Скорость реакций, катализируемых ферментами, намного выше скорости, обеспечиваемой неорганическими катализаторами.

3. Двигательная. Специальные сократительные белки обеспечивают все виды движения клеток. Жгутики прокариот построены из флагеллинов, а жгутики эукариотических клеток — из тубулинов.

4. Транспортная. Транспортные белки переносят вещества в клетку и из клетки. Например, белки порины способствуют переносу ионов; гемоглобин переносит кислород, альбумин — жирные кислоты. Транспортную функцию осуществляют белки — переносчики плазматических мембран.

5. Защитная. Белки-антитела связывают и обезвреживают чужеродные для организма вещества. Группа антиоксидантных ферментов (каталаза, супероксиддисмутаза) препятствует образованию свободных радикалов. Иммуноглобулины крови, фибрин, тромбин участвуют в свертываемости крови и тем самым останавливают кровотечения. Образование токсинов белковой природы, например, дифтерийного токсина или токсина Васillus turingiensis, в ряде случаев также можно рассматривать как средство защиты, хотя данные белки чаще служат для поражения жертвы в процессе добывания пищи.

6. Регуляторная. Регуляцию работы многоклеточного организма осуществляют гормоны белковой природы. Ферменты, управляя скоростями химических реакций, регулируют внутриклеточный метаболизм.

7. Сигнальная. В цитоплазматической мембране расположены белки, способные реагировать на изменения окружающей среды изменением своей конформацию. Эти сигнальные молекулы отвечают за передачу внешних сигналов в клетку.

8. Энергетическая. Белки могут служить резервом запасных веществ, используемых с целью получения энергии. Расщепление 1 грамма белка обеспечивает выделение 17,6 кДж энергии.

Обмен веществ и энергии — Энциклопедия по биологии

Обмен веществ в теле человека слагается из двух противоположных процессов — ассимиляции и диссимиляции. Процесс ассимиляции состоит в восприятии организмом из внешней среды различных веществ, которые подвергаются в нем глубоким изменениям, превращаясь в вещества тела человека. Процесс диссимиляции, находящийся в тесном взаимодействии с ассимиляцией, заключается в более или менее быстром распаде веществ организма с выделением энергии. Они замещаются органическими соединениями, образующимися при ассимиляции. Возникшие при диссимиляции продукты распада выделяются во внешнюю среду.

В процессе обмена веществ осуществляется переход потенциальной энергии вводимых в организм химических соединений в тепловую, механическую и другие виды энергии, освобождаемой при их расщеплении. Обмен веществ и обмен энергии в теле человека — это два проявления единого процесса.  Обмен веществ в теле человека постоянно поддерживается введением в его организм пищи, содержащей различные питательные вещества (белки, углеводы, жиры), минеральные соли, воду и витамины. За счет веществ пищи организм человека восполняет потери органических веществ своих тканей в результате происходящих в них процессов диссимиляции и получает необходимый строительный материал для своего роста и обновления старых клеток и тканей.

Одновременно питательные вещества пищи служат источником энергии, необходимой для жизнедеятельности человека.

Но большинство питательных веществ пищи используется его организмом не непосредственно, поскольку представляет собой сложные малорастворимые соединения. Усвоение их организмом человека становится возможным  только после того, как они будут расщеплены на более простые и легкорастворимые вещества: белки — на   различные   аминокислоты,   жиры — на глицерин и жирные кислоты, крахмал превратится в глюкозу.

Пища лучше усваивается организмом  человека, если она размельчена и раздроблена. Процессы механической обработки пищи и химического расщепления ее питательных веществ именуются пищеварением. Они осуществляются в органах пищеварения.

Огромную роль в пищеварении играют различные ферменты. Ферменты — это особые химические вещества, которые служат специфическими катализаторами в  живом организме. Акад. И.  Павлов писал, что все химические процессы в теле направляются именно ферментами — возбудителями всех химических превращений. Ферменты активно участвуют в переваривании пищи, в превращении ее веществ в вещества клеток и тканей организма, в химических процессах, протекающих в тканях.

Белки пищи под воздействием ферментов желудочного и кишечных соков, а также сока поджелудочной железы расщепляются на составляющие их аминокислоты, которые всасываются через стенки тонких кишок, разносятся током по всему телу и проникают в клетки. Здесь на основе рибосом (стр. 9) и под воздействием клеточных ферментов из молекул аминокислот строятся специфические белки данной клетки.

Углеводы пищи под воздействием пищеварительных соков расщепляются до глюкозы, которая всасывается через стенки кишок в кровь. Углеводы пищи — основной источник энергии в организме человека. В клетках тела они подвергаются распаду и окислению. Эти процессы осуществляются в основном в митохондриях клеток под влиянием их ферментов. При этом освобождается энергия. Попадая с током крови в печень, часть глюкозы отлагается в печени в виде нерастворимого в воде животного крахмала — гликогена. При  уменьшении содержания в крови глюкозы гликоген снова превращается в растворимую глюкозу, переходящую в кровь.

В процессе пищеварения жиры пищи под воздействием ряда ферментов расщепляются на глицерин и различные жирные кислоты; жирные кислоты всасываются эпителиальными клетками ворсинок кишок, где вновь синтезируются в жиры, свойственные данному организму. Лимфой и кровью капельки вновь образовавшихся жиров разносятся по телу. Часть их откладывается в качестве энергетического резерва в жировых клетках под кожей и между внутренних органов, а часть служит источником энергообразования в клетках организма.

Для нормальной жизнедеятельности человека его организму необходимы различные минеральные соли, имеющиеся во всех органах и тканях его тела. Особенно много их в костях скелета, которым они придают твердость и прочность. Промежуточное вещество костной ткани в основном состоит из солей кальция. Соли кальция необходимы для свертывания крови. Некоторые из них участвуют в выносе из тканей организма двуокиси углерода. Минеральные соли, растворенные в жидкой внутренней среде организма, создают в ней постоянное осмотическое давление.

Минеральные соли поступают в организм человека с пищей. В органах пищеварения они не расщепляются, а всасываются стенками кишечника и разносятся током крови и лимфы по всему телу.
Большую роль в обмене веществ играет вода, составляющая около 2/3 массы тела человека. Ежедневно человек теряет много воды при мочеиспускании, выделении пота, дыхании (в виде пара). Чтобы компенсировать потери влаги тканями своего организма, он пьет воду и разные жидкости, ее содержащие; некоторое количество воды получается при расщеплении веществ пищи в органах пищеварения.

Наука доказала, что помимо белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды для нормальной жизнедеятельности человека необходимо присутствие в его пище витаминов. Даже очень малые количества витаминов сильно воздействуют на химические процессы, протекающие в теле человека, на функции его органов. Недостаток их вызывает глубокие нарушения обмена веществ — авитаминозы, которые могут повлечь за собой тяжелые заболевания и даже смерть. Описано большое число витаминов, каждый из которых оказывает на человека определенное специфическое воздействие. Лишь при достаточном количестве всех необходимых витаминов обмен веществ в теле человека проходит нормально и его жизнедеятельность не отклоняется от нормы.

Необходимые витамины человек получает с пищей или (по предписанию врачей) в виде различных препаратов. В растительной пище (особенно овощах и фруктах) витаминов больше, чем в пище животного происхождения.

Как было указано, в теле человека постоянно осуществляются сложные химические процессы, сопровождающиеся разнообразными превращениями энергии. В конечном итоге она принимает преимущественно тепловой характер. Тепловая энергия непрерывно отдается телом человека в окружающую среду. Расход энергии зависит от пола и возраста, характера и количества выполняемой работы, состояния здоровья и ряда других факторов. Съедаемая человеком пища при усвоении ее организмом должна содержать такое количество потенциальной энергии, которое могло бы компенсировать потерю им энергии. Запас энергии в пище выражается ее калорийностью, т. е. способностью давать при сжигании то или иное количество тепла, измеряемое джоулями (ккал). Так, 1 кг жиров при сжигании дает около 38 кДж, а 1 г углеводов — примерно 17 кДж. Взрослый человек должен ежедневно получать с пищей 12,5—21 МДж.

В процессе диссимиляции, осуществляющейся в тканях тела человека, образуются различные продукты распада его органических веществ — мочевины, солей некоторых кислот и др. Они выводятся из организма с мочой и потом.

сложные малорастворимые соединения. Усвоение их организмом человека становится возможным  только после того, как они будут расщеплены на более простые и легкорастворимые вещества: белки — на   различные   аминокислоты,   жиры — на глицерин и жирные кислоты, крахмал превратится в глюкозу.
Пища лучше усваивается организмом  человека, если она размельчена и раздроблена. Процессы механической обработки пищи и химического расщепления ее питательных веществ именуются пищеварением. Они осуществляются в органах пищеварения.
Огромную роль в пищеварении играют различные ферменты. Ферменты — это особые химические вещества, которые служат специфическими катализаторами в  живом организме. Акад. И. 17. Павлов писал, что все химические процессы в теле направляются именно ферментами — возбудителями всех химических превращений. Ферменты активно участвуют в переваривании пищи, в превращении ее веществ в вещества клеток и тканей организма, в химических процессах, протекающих в тканях.
Белки пищи под воздействием ферментов желудочного и кишечных соков, а также сока поджелудочной железы расщепляются на составляющие их аминокислоты, которые всасываются через стенки тонких кишок, разносятся током по всему телу и проникают в клетки. Здесь на основе рибосом (стр. 9) и под воздействием клеточных ферментов из молекул аминокислот строятся специфические белки данной клетки.
Углеводы пищи под воздействием пищеварительных соков расщепляются до глюкозы, которая всасывается через стенки кишок в кровь. Углеводы пищи — основной источник энергии в организме человека. В клетках тела они подвергаются распаду и окислению. Эти процессы осуществляются в основном в митохондриях клеток под влиянием их ферментов (см. стр. 8). При этом освобождается энергия. Попадая с током крови в печень, часть глюкозы отлагается в печени в виде нерастворимого в воде животного крахмала — гликогена. При  уменьшении содержания в крови глюкозы гликоген снова превращается в растворимую глюкозу, переходящую в кровь.
В процессе пищеварения жиры пищи под воздействием ряда ферментов расщепляются на глицерин и различные жирные кислоты; жирные кислоты всасываются эпителиальными клетками ворсинок кишок, где вновь синтезируются в жиры, свойственные данному организму. Лимфой и кровью капельки вновь образовавшихся жиров разносятся по телу. Часть их откладывается в качестве энергетического резерва в жировых клетках под кожей и между внутренних органов, а часть служит источником энергообразования в клетках организма.
Для нормальной жизнедеятельности человека его организму необходимы различные минеральные соли, имеющиеся во всех органах и тканях его тела. Особенно много их в костях скелета,
которым они придают твердость и прочность. Промежуточное вещество костной ткани в основном состоит из солей кальция. Соли кальция необходимы для свертывания крови. Некоторые из них участвуют в выносе из тканей организма двуокиси углерода. Минеральные соли, растворенные в жидкой внутренней среде организма, создают в ней постоянное осмотическое давление.
Минеральные соли поступают в организм человека с пищей. В органах пищеварения они не расщепляются, а всасываются стенками кишечника и разносятся током крови и лимфы по всему телу.
Большую роль в обмене веществ играет вода, составляющая около 2/3 массы тела человека. Ежедневно человек теряет много воды при мочеиспускании, выделении пота, дыхании (в виде пара). Чтобы компенсировать потери влаги тканями своего организма, он пьет воду и разные жидкости, ее содержащие; некоторое количество воды получается при расщеплении веществ пищи в органах пищеварения.
Наука доказала, что помимо белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды для нормальной жизнедеятельности человека необходимо присутствие в его пище витаминов. Даже очень малые количества витаминов сильно воздействуют на химические процессы, протекающие в теле человека, на функции его органов. Недостаток их вызывает глубокие нарушения обмена веществ — авитаминозы, которые могут повлечь за собой тяжелые заболевания и даже смерть. Описано большое число витаминов, каждый из которых оказывает на человека определенное специфическое воздействие. Лишь при достаточном количестве всех необходимых витаминов обмен веществ в теле человека проходит нормально и его жизнедеятельность не отклоняется от нормы.
Необходимые витамины человек получает с пищей или (по предписанию врачей) в виде различных препаратов. В растительной пище (особенно овощах и фруктах) витаминов больше, чем в пище животного происхождения.
Как было указано, в теле человека постоянно осуществляются сложные химические процессы, сопровождающиеся разнообразными превращениями энергии. В конечном итоге она принимает преимущественно тепловой характер. Тепловая энергия непрерывно отдается телом человека в окружающую среду. Расход энергии зависит от пола и возраста, характера и количества выполняемой работы, состояния здоровья и ряда других факторов. Съедаемая человеком пища при усвоении ее организмом должна содержать такое количество потенциальной энергии, которое могло бы компенсировать потерю им энергии. Запас энергии в пище выражается ее калорийностью, т. е. способностью давать при сжигании то или иное количество тепла, измеряемое джоулями (ккал). Так, 1 кг жиров при сжигании дает около 38 кДж, а 1 г углеводов — примерно 17 кДж. Взрослый человек должен ежедневно получать с пищей 12,5—21 МДж

Поглощение минеральных солей из почвы растениями (с диаграммой)

Рассмотрим подробнее механизм поглощения растениями минеральных солей из почвы.

Раньше считалось, что поглощение минеральных солей из почвы происходит вместе с поглощением воды, но теперь хорошо установлено, что поглощение минеральных солей и поглощение воды — это два разных процесса.Минеральные соли абсорбируются из почвенного раствора в виде ионов. Они поглощаются в основном через меристематические области корней возле кончиков.

Однако некоторые минеральные соли могут также абсорбироваться в других местах на поверхности корня или по всей поверхности корня, включая зону удлинения и корневые волоски, что зависит от высокой доступности таких минералов вокруг них и / или высокой потребности тканей в таких местах. .

Плазменная мембрана клеток корня проницаема не для всех ионов.Он избирательно проницаем. Все ионы одной и той же соли не поглощаются с одинаковой скоростью, но происходит неравное поглощение ионов. Первым шагом в абсорбции минеральных солей является процесс ионного обмена, который не требует метаболической энергии, но значительно облегчает всасывание минеральных солей.

Ионы, адсорбированные на поверхности стенок или мембран клеток корня, могут обмениваться на ионы того же знака из внешнего раствора.Например, катион K ⁺ внешнего почвенного раствора может быть заменен на ион H ⁺ , адсорбированный на поверхности клеток корня. Точно так же анион может быть заменен на ион OH ^—. Есть две теории относительно механизма ионного обмена:

(i) Теория контактного обмена:

Согласно этой теории, ионы, адсорбированные на поверхности клеток корня и частиц глины (или мицелл глины), не удерживаются прочно, а колеблются в небольшом объеме пространства.Если корни и частицы глины находятся в тесном контакте друг с другом, колебательный объем ионов, адсорбированных на поверхности корня, может перекрывать колебательный объем ионов, адсорбированных на частицах глины, и ионы, адсорбированные на частицах глины, могут обмениваться с адсорбированными ионами. непосредственно на корневую поверхность, без предварительного растворения в почвенном растворе (рис. 7.1 A).

(ii) Теория обмена угольной кислоты :

Согласно этой теории, CO ₂ , выделяющийся при дыхании клеток корня, соединяется с водой с образованием угольной кислоты (H ₂ CO ₃ ).Угольная кислота диссоциирует на H ⁺ и анион HCO ₃ ^— в почвенном растворе. Эти ионы H ⁺ могут быть заменены катионами, адсорбированными на частицах глины.

Катионы, высвобождаемые таким образом в почвенный раствор из частиц глины, могут адсорбироваться на клетках корней в обмен на ионы H ⁺ или в виде ионных пар с бикарбонатом (рис. 7.1 B). Таким образом, почвенный раствор играет важную роль в теории обмена углекислоты.

Дальнейший процесс абсорбции минеральных солей может быть двух типов:

(1) пассивный и

(2) Активный

(1) Пассивное поглощение минеральных солей :

Когда концентрация минеральных солей во внешнем растворе выше, чем в клеточном соке клеток корня, минеральные соли абсорбируются в соответствии с градиентом концентрации посредством простого процесса диффузии.Это называется пассивным поглощением, потому что не требует затрат метаболической энергии.

В настоящее время известно, что во время пассивной абсорбции минеральные соли могут диффундировать через клеточные мембраны непосредственно через липидный бислой, но в основном через трансмембранные ионоселективные белковые каналы или трансмембранные белки-переносчики. Пассивный перенос минеральных солей через мембрану, опосредованный носителем или каналом, также называется облегченной диффузией (рис. 7.6).

(2) Активное поглощение минеральных солей :

Часто наблюдается, что в клеточном соке растений накапливается большое количество ионов минеральных солей против градиента концентрации.Например, у водоросли Nitella клеточный сок накапливал K ⁺ и ионы фосфата до такой степени, что их концентрации были в тысячи и сотни раз больше, чем в воде пруда, в котором росло растение.

Это не может быть объяснено простой диффузией или равновесием Доннана и заставило людей поверить в то, что абсорбция и накопление минеральных солей против градиента концентрации является активным процессом, который включает расход метаболической энергии через дыхание.

Следующие свидетельства подтверждают эту точку зрения:

(i) Факторы, такие как низкая температура, дефицит O ₂ , метаболические ингибиторы и т. Д., Которые подавляют метаболическую активность, такую ​​как дыхание у растений, также препятствуют накоплению ионов.

(ii) Частота дыхания увеличивается, когда растение переводится из воды в солевой раствор (солевое дыхание).

В настоящее время принято, что активное всасывание минеральных солей включает действие соединения-носителя, присутствующего в плазматической мембране клеток.

Согласно этой теории плазматическая мембрана непроницаема для свободных ионов. Но некоторое соединение, присутствующее в нем, действует как носитель и соединяется с ионами, образуя комплекс ион-носитель, который может перемещаться через мембрану. На внутренней поверхности мембраны этот комплекс нарушает высвобождение ионов в клетку, в то время как носитель возвращается на внешнюю поверхность, чтобы забрать свежие ионы (рис. 7.2).

Следующие наблюдения убедительно подтверждают концепцию носителя об активном поглощении минеральных солей:

(i) Изотопный обмен :

Несколько раз было обнаружено, что активно поглощаемые радиоактивные ионы (такие как ³⁵ S0 ₄ ) не могут диффундировать обратно или обмениваться с другими ионами во внешнем растворе, что указывает на то, что плазматическая мембрана не проницаема для свободных ионов.

(ii) Эффекты насыщения :

За пределами определенного предела повышенная концентрация солей во внешнем растворе не приводит к увеличению скорости абсорбции минеральных солей. Это потому, что активные центры на соединении-носителе становятся насыщенными ионами.

(iii) Специфичность :

Активные сайты на соединении-носителе могут быть специфическими, которые могут связывать только некоторые специфические ионы.Это также объясняет избирательное и неравномерное поглощение ионов растениями. Существуют две общие гипотезы, основанные на концепции носителя для объяснения механизма активного поглощения соли, хотя они не являются общепринятыми.

Lundegardh и Burstrom (1933) полагали, что существует определенная корреляция между дыханием и поглощением анионов. Таким образом, когда растение переводится из воды в солевой раствор, частота дыхания увеличивается.Это увеличение скорости дыхания по сравнению с нормальным дыханием получило название анионного дыхания или солевого дыхания.

Ингибирование солевого дыхания и сопутствующее поглощение анионов CO и цианидами (которые являются известными ингибиторами цитохромоксидазы цепи переноса электронов в митохондриях) позже привело Лундегарда (1950, 54) к предложению теории цитохромного насоса, основанной на следующие предположения:

(i) Механизм поглощения анионов и катионов различен.

(ii) Анионы абсорбируются через цепь цитохрома в результате активного процесса.

(iii) Катионы поглощаются пассивно.

Согласно этой теории (рис. 7.3):

(i) Реакции дегидрогеназы на внутренней стороне мембраны приводят к образованию протонов (H ⁺ ) и электронов (e ^— ).

(ii) Электрон перемещается по цепи цитохрома к внешней стороне мембраны, так что Fe цитохрома восстанавливается (Fe ⁺⁺ ) на внешней поверхности и окисляется (Fe ⁺⁺ ) на внутренней поверхности.

(iii) На внешней поверхности восстановленный цитохром окисляется кислородом, высвобождая электрон (e ^— ) и принимая анион (A ^— ).

(iv) Освободившийся электрон соединяется с H ⁺ и кислородом с образованием воды.

(v) Анион (A ^— ) перемещается по цепи цитохрома внутрь.

(vi) На внутренней поверхности окисленный цитохром восстанавливается за счет захвата электрона, образованного в результате реакций дегидрогеназы, и высвобождается анион (A ^— ).

(vii) В результате поглощения аниона катион (M ⁺ ) пассивно перемещается снаружи внутрь, чтобы уравновесить анион.

Основные недостатки вышеупомянутой теории:

(i) Он предусматривает активное поглощение только анионов.

(ii) Он не объясняет избирательное поглощение ионов.

(iii) Было обнаружено, что катионы также стимулируют дыхание.

В 1956 году Беннет-Кларк предположил, что, поскольку клеточные мембраны в основном состоят из фосфолипидов и белков и, по-видимому, на них расположены определенные ферменты, носителем может быть белок, связанный с фосфатидом, называемый лецитином.Он также предположил, что присутствие различных фосфатидов соответствует количеству известных конкурентных групп катионов и анионов (которые будут взяты внутрь клетки).

Согласно этой теории (рис. 7.4), (i) фосфатная группа в фосфатиде рассматривается как активный центр, связывающий катионы, а основная холиновая группа — как центр связывания анионов.

(ii) Ионы высвобождаются на внутренней поверхности мембраны в результате разложения лецитина ферментом лецитиназой.

(iii) Регенерация лецитина-носителя из фосфатидной кислоты и холина происходит в присутствии ферментов холинацетилазы и холинэстеразы и АТФ. Последний действует как источник энергии.

Попав внутрь клеток эпидермиса корня, минеральные соли в своей ионной форме перемещаются из одной клетки в другую посредством:

(i) Апопластический путь (то есть через клеточные стенки и межклеточные пространства),

(ii) Трансмембранный путь (i.е., пересекая мембраны) и

(iii) Симпластический путь (то есть через плазмодесматы) и, в конечном итоге, достигает ксилемных сосудов и трахеид (рис. 7.5), откуда они переносятся в разные части побега вместе с восходящим движением сока.

10 солей и микроэлементов | Качество почвы и воды: повестка дня для сельского хозяйства

может мигрировать с просачиванием через корневую зону в грунтовые воды, возможно, вновь всплыв с подземным дренажем в поверхностные воды, тем самым затрагивая диких животных, или с подземными водами, перекачиваемыми для бытовых нужд, тем самым угрожая здоровью человека.

Агентство по охране окружающей среды США (EPA) (1986b) считает следующие микроэлементы потенциально опасными для здоровья человека, если они появляются в питьевой воде: мышьяк, барий, кадмий, хром, фторид, свинец, ртуть, селен, серебро, медь. , железо, марганец и цинк. Помимо перечисленных выше микроэлементов, другие микроэлементы, в том числе бор, никель, уран, теллур, бериллий и алюминий, потенциально пагубно влияют на водную биоту (Программа осушения долины Сан-Хоакин, 1990).

Основными источниками микроэлементов являются земные материалы и вулканические эманации. Микроэлементы обнаруживаются в первичных минералах в горных породах и почвах часто в виде изоморфного замещения (изоморфное замещение — это замена одного элемента другим в глинистых минералах, что может привести к чистому изменению электрического заряда минерала), например, свинец для калий в полевых шпатах, селен вместо серы в пирите, цинк вместо магния в оливинах и бор для кремния в слюдах (Sposito, 1989).Микроэлементы могут также соосаждаться с вторичными минералами почвы, например, молибденом и мышьяком с оксидами железа и алюминия, кобальтом и никелем с оксидами марганца, ванадием и кадмием с карбонатами кальция, титаном с вермикулитами и ванадием и медью со смектитами. С органическими веществами почвы также связаны многочисленные микроэлементы, например алюминий, ванадий, хром, марганец, железо, никель, медь, цинк, кадмий и свинец (Sposito, 1989). Эти почвенные минералы служат резервуарами для микроэлементов, которые обычно медленно выделяются в почвенные растворы и воды посредством ряда механизмов химического выветривания.

Антропогенные источники микроэлементов (Adriano, 1986) включают фосфатные удобрения (цинк, медь, кадмий, хром, никель и свинец), известковые материалы (цинк, марганец и медь), пестициды (ртуть, мышьяк и свинец), шламы сточных вод (кадмий, цинк, медь, свинец и никель), отходы животноводства (медь, кобальт и цинк), остатки сгорания угля (мышьяк, кадмий, молибден, селен и цинк), отходы горнодобывающей и плавильной промышленности (свинец, медь , цинк, кадмий, кобальт и марганец), а также выбросы автотранспортных средств (свинец, цинк, кадмий и никель).

Странная наука: соль необходима для жизни

Поваренная соль хлорид натрия (NaCl) — это природный минерал, необходимый для жизни животных. Соль — одна из наиболее широко используемых и старых форм пищевой приправы (SF Рис. 2.2). Соленость — это один из пяти основных человеческих вкусов в дополнение к сладости, кислинке, горечи и умами (пикантный, мясной вкус, например, приготовленных грибов, сыра или соевого соуса). Когда соль растворяется в растворе или в пище, она распадается на составляющие ионы: натрий и хлорид (Na ⁺ и Cl ^— соответственно).Соленый вкус в первую очередь обусловлен ионами натрия.

Соль играет решающую роль в поддержании здоровья человека. Это основной источник ионов натрия и хлора в рационе человека. Натрий необходим для работы нервов и мышц и участвует в регулировании жидкости в организме. Натрий также играет роль в контроле тела за кровяным давлением и объемом. Хотя натрий важен, люди, потребляющие слишком много натрия, могут иметь гипертонию или высокое кровяное давление, состояние, которое может привести к серьезным заболеваниям, таким как болезни сердца, болезни почек и инсульт.

Хлорид-ионы служат важными электролитами, регулируя pH и давление крови. Электролиты — это соединения, часто соли, которые диссоциируют на свои ионные компоненты в растворителях, таких как вода. Хлорид также является важным компонентом в производстве желудочного сока (HCl). Люди выделяют соль при потоотделении и должны восполнять эти потерянные ионы натрия и хлора через свой рацион.

Всем животным для выживания требуется немного соли. Люди потребляют продукты, содержащие соль (например,г., мясо и морепродукты) или добавьте соль в качестве приправы. Однако у некоторых наземных животных недостаток соли в рационе. Эти животные должны искать дополнительные источники соли. Сельскохозяйственные животные, такие как лошади и крупный рогатый скот, нуждаются в доступе к соляным блокам (SF Рис. 2.3 A). Известно, что дикие млекопитающие и птицы собираются в естественных месторождениях полезных ископаемых, известных как солонцы, где они могут проглотить необходимые для выживания натриевые и хлоридные минералы (SF, рис. 2.3 B).

минералов | BioNinja

Понимание:

• Диетические минералы являются важными химическими элементами

Пищевые минералы — это химические элементы, необходимые организмам в качестве основных питательных веществ

• Минералы, присутствующие в обычных органических молекулах, не считаются необходимыми — e.грамм. C, H, O, N, S
• Минералы включают кальций (Ca), магний (Mg), железо (Fe), фосфор (P), натрий (Na), калий (K) и хлор (Cl)

Минералы в человеческом развитии

Некоторые из важных функций, выполняемых минералами, перечислены ниже:

• Основные компоненты структур, таких как зубы и кости (например, Ca, P, Mg)
• Важные компоненты жидкостей организма (например, Na, K, Cl)
• Кофакторы определенных ферментов или компонентов белков и гормонов (например,грамм. Fe, P, I)

Дефицит одного или нескольких пищевых минералов может привести к расстройству (например, недостаток кальция может повлиять на минерализацию костей)

Сводка диетических минералов

Минералы в развитии растений

Минералы также важны для развития растений, делая фрукты и овощи хорошим источником определенных пищевых минералов

• Магний является важным компонентом хлорофилла (необходим для фотосинтеза)
• Калий — неорганическая соль содержится в соке растений (поддерживает водный потенциал)
• Кальций важен для удлинения корней и побегов растений

Важность минералов в развитии растений

Bone | Биология II

Цели обучения

К концу этого раздела вы выполните следующие задачи:

• Классифицируйте различные типы костей в скелете
• Объясните роль различных типов клеток в костях
• Объясните, как формируется кость в процессе развития

Кость , или костная ткань , представляет собой соединительную ткань, составляющую эндоскелет.Он содержит специализированные клетки и матрицу минеральных солей и коллагеновых волокон.

Минеральные соли в основном включают гидроксиапатит, минерал, образованный из фосфата кальция. Кальцификация — это процесс отложения минеральных солей на матрице коллагеновых волокон, который кристаллизует и укрепляет ткань. Процесс кальцификации происходит только при наличии коллагеновых волокон.

Кости человеческого скелета классифицируются по форме: длинные кости, короткие кости, плоские кости, шовные кости, сесамовидные кости и кости неправильной формы (рис. 1).

Рис. 1. Показаны различные типы костей: плоские, неправильные, длинные, короткие и сесамовидные.

Рис. 2. Длинная кость покрыта суставным хрящом с обоих концов и содержит костный мозг (показан желтым на этом рисунке) в полости костного мозга.

Длинные кости длиннее своей ширины и имеют стержень и два конца. Диафиз , или центральный стержень, содержит костный мозг в полости костного мозга. Закругленные концы, эпифизы , покрыты суставным хрящом и заполнены красным костным мозгом, который производит клетки крови (рис. 2).Большинство костей конечностей — длинные, например бедренная, большеберцовая, локтевая и лучевая. Исключение составляют надколенник, кости запястья и лодыжки.

Короткие кости или кубовидные кости — это кости одинаковой ширины и длины, что придает им форму куба. Например, кости запястья (запястья) и голеностопного сустава (предплюсны) — короткие кости (рис. 1).

Плоские кости — это тонкие и относительно широкие кости, которые встречаются там, где требуется обширная защита органов или где требуются широкие поверхности прикрепления мышц.Примерами плоских костей являются грудина (грудина), ребра, лопатки (лопатки) и крыша черепа (рис. 1).

Кости неправильной формы — кости сложной формы. Эти кости могут иметь короткие, плоские, зубчатые или ребристые поверхности. Примерами костей неправильной формы являются позвонки, кости бедра и несколько костей черепа.

Сесамовидные кости — это маленькие плоские кости, по форме напоминающие кунжутное семя. Надколенники — это сесамовидные кости. Сесамовидные кости развиваются внутри сухожилий и могут быть обнаружены возле суставов в коленях, кистях и стопах.

Шовные кости — маленькие плоские кости неправильной формы. Их можно найти между плоскими костями черепа. Они различаются по количеству, форме, размеру и положению.

Костная ткань

Кости считаются органами, потому что они содержат различные типы тканей, такие как кровь, соединительная ткань, нервы и костная ткань. Остеоциты, живые клетки костной ткани, образуют минеральную матрицу костей. Костная ткань бывает двух типов: плотная и губчатая.

Компактная костная ткань

Компактная кость (или кортикальная кость) образует твердый внешний слой всех костей и окружает костномозговую полость или костный мозг.Он обеспечивает защиту и прочность костей. Компактная костная ткань состоит из единиц, называемых остеонами или гаверсовскими системами. Остеоны представляют собой цилиндрические структуры, которые содержат минеральный матрикс и живые остеоциты, соединенные канальцами, по которым кровь транспортируется. Они расположены параллельно длинной оси кости. Каждый остеон состоит из ламелей, , которые представляют собой слои компактной матрицы, окружающие центральный канал, называемый гаверсовским каналом. Гаверсов канал (остеонический канал) содержит кровеносные сосуды и нервные волокна кости (рис. 3).Остеоны в компактной костной ткани выровнены в одном направлении вдоль линий напряжения и помогают кости сопротивляться изгибу или перелому. Таким образом, компактная костная ткань является заметной в тех областях кости, к которым нагрузки прилагаются только в нескольких направлениях.

Art Connection

Рис. 3. Компактная костная ткань состоит из остеонов, расположенных параллельно длинной оси кости, и гаверсовского канала, который содержит кровеносные сосуды и нервные волокна кости. Внутренний слой костей состоит из губчатой ​​костной ткани.Маленькие темные овалы в остеоне представляют живые остеоциты. (кредит: модификация работы NCI, NIH)

Какое из следующих утверждений о костной ткани неверно?

1. Компактная костная ткань состоит из цилиндрических остеонов, которые выровнены так, что проходят по длине кости.
2. Гаверсовские каналы содержат только кровеносные сосуды.
3. Гаверсовы каналы содержат кровеносные сосуды и нервные волокна.
4. Губчатая ткань находится на внутренней стороне кости, а компактная костная ткань находится на внешней стороне.

Утверждение b неверно.

Губчатая костная ткань

В то время как компактная костная ткань образует внешний слой всех костей, губчатая кость или губчатая кость образует внутренний слой всех костей. Губчатая костная ткань не содержит остеонов, составляющих компактную костную ткань. Вместо этого он состоит из трабекул и , которые представляют собой ламели, расположенные в виде стержней или пластин. Между трабукулами находится красный костный мозг. Кровеносные сосуды в этой ткани доставляют питательные вещества к остеоцитам и удаляют отходы.Красный костный мозг бедренной кости и внутренние части других крупных костей, таких как подвздошная кишка, образуют клетки крови.

Рис. 4. Трабекулы в губчатой ​​кости расположены так, что одна сторона кости выдерживает напряжение, а другая — сжатие.

Губчатая кость снижает плотность кости и позволяет концам длинных костей сжиматься в результате нагрузки, прикладываемой к кости. Губчатая кость является заметной в тех областях костей, которые не подвергаются сильному стрессу или к которым стрессы поступают со многих сторон.Эпифизы костей, например шейка бедренной кости, подвергаются нагрузкам со многих сторон. Представьте, что вы кладете на пол тяжелую картину в рамке. Вы могли бы придерживать одну сторону изображения зубочисткой, если бы зубочистка была перпендикулярна полу и изображению. Теперь просверлите отверстие и воткните зубочистку в стену, чтобы повесить картину. В этом случае функция зубочистки заключается в передаче направленного вниз давления картины на стену. Сила, действующая на картину, направлена ​​прямо к полу, но сила, действующая на зубочистку, — это одновременно и проволока для картины, тянущая вниз, и дно отверстия в стене, толкающее вверх.Зубочистка отломится прямо у стены.

Шейка бедра расположена горизонтально, как зубочистка в стене. Вес тела толкает его вниз около сустава, но вертикальный диафиз бедренной кости толкает его вверх на другом конце. Шейка бедра должна быть достаточно сильной, чтобы передавать нисходящую силу веса тела по горизонтали на вертикальный стержень бедренной кости (рис. 4).

Ссылка на обучение

Просматривайте микрофотографии скелетно-мышечной ткани при просмотре анатомии.

Типы клеток в костях

Кость состоит из четырех типов клеток: остеобластов, остеокластов, остеоцитов и клеток-остеопрогениторов. Остеобласты — это костные клетки, отвечающие за формирование кости. Остеобласты синтезируют и секретируют органическую часть и неорганическую часть внеклеточного матрикса костной ткани и коллагеновых волокон. Остеобласты попадают в эти выделения и дифференцируются в менее активные остеоциты. Остеокласты — это крупные костные клетки, содержащие до 50 ядер.Они удаляют структуру кости, высвобождая лизосомальные ферменты и кислоты, растворяющие костный матрикс. Эти минералы, поступающие из костей в кровь, помогают регулировать концентрацию кальция в жидкостях организма. Кость также может рассасываться для ремоделирования, если приложенные нагрузки изменились. Остеоциты — зрелые костные клетки и основные клетки костной соединительной ткани; эти клетки не могут делиться. Остеоциты поддерживают нормальную структуру кости за счет рециркуляции минеральных солей в костном матриксе. Остеопрогениторные клетки — это плоские стволовые клетки, которые делятся с образованием дочерних клеток, которые дифференцируются в остеобласты. Остеопрогениторные клетки играют важную роль в восстановлении переломов.

Развитие костей

Оссификация или остеогенез — это процесс образования кости остеобластами. Оссификация отличается от процесса кальцификации; в то время как кальцификация происходит во время окостенения костей, она также может возникать в других тканях.Оссификация зародыша начинается примерно через шесть недель после оплодотворения. До этого времени скелет эмбриона полностью состоит из фиброзных оболочек и гиалинового хряща. Развитие кости из фиброзных оболочек называется внутримембранозным окостенением; развитие из гиалинового хряща называется эндохондральным окостенением. Рост костей продолжается примерно до 25 лет. Кости могут увеличиваться в толщине на протяжении всей жизни, но после 25 лет окостенение в основном связано с ремоделированием и восстановлением костей.

Внутрикембранозное окостенение

Внутримембранозная оссификация — это процесс развития кости из фиброзных оболочек. Он участвует в формировании плоских костей черепа, нижней челюсти и ключиц. Оссификация начинается с того, что мезенхимальные клетки образуют шаблон будущей кости. Затем они дифференцируются в остеобласты в центре окостенения. Остеобласты секретируют внеклеточный матрикс и откладывают кальций, который укрепляет матрикс. Неминерализованная часть кости или остеоида продолжает формироваться вокруг кровеносных сосудов, образуя губчатую кость.Соединительная ткань матрикса у плода дифференцируется в красный костный мозг. Губчатая кость трансформируется в тонкий слой компактной кости на поверхности губчатой ​​кости.

Эндохондральное окостенение

Эндохондральная оссификация — это процесс развития кости из гиалинового хряща. Все кости тела, за исключением плоских костей черепа, нижней челюсти и ключиц, образуются в результате эндохондральной оссификации.

В длинных костях хондроциты образуют матрицу диафиза гиалинового хряща.Отвечая на сложные сигналы развития, матрица начинает кальцифицироваться. Эта кальцификация предотвращает диффузию питательных веществ в матрицу, что приводит к отмиранию хондроцитов и открытию полостей в хряще диафиза. Кровеносные сосуды проникают в полости, а остеобласты и остеокласты превращают кальцинированный хрящевой матрикс в губчатую кость. Затем остеокласты разрушают часть губчатой ​​кости, образуя костный мозг или мозговую полость в центре диафиза. Плотная соединительная ткань неправильной формы образует оболочку (надкостницу) вокруг костей.Надкостница помогает прикрепить кость к окружающим тканям, сухожилиям и связкам. Кость продолжает расти и удлиняться по мере деления хрящевых клеток эпифизов.

На последней стадии пренатального развития костей центры эпифизов начинают кальцифицироваться. Вторичные центры окостенения образуются в эпифизах, когда кровеносные сосуды и остеобласты входят в эти области и превращают гиалиновый хрящ в губчатую кость. До подросткового возраста гиалиновый хрящ сохраняется на эпифизарной пластине (пластина роста), которая является областью между диафизом и эпифизом, которая отвечает за продольный рост длинных костей (Рисунок 5).

Рис. 5. Эндохондральная оссификация — это процесс развития кости из гиалинового хряща. Надкостница — это соединительная ткань на внешней стороне кости, которая действует как интерфейс между костью, кровеносными сосудами, сухожилиями и связками.

Рост костей

Длинные кости продолжают удлиняться, возможно, до подросткового возраста, за счет добавления костной ткани в эпифизарной пластинке. Они также увеличиваются в ширине за счет аппозиционного роста.

Удлинение длинных костей

Хондроциты на эпифизарной стороне эпифизарной пластинки делятся; одна клетка остается недифференцированной около эпифиза, а одна клетка движется к диафизу.Клетки, которые выталкиваются из эпифиза, созревают и разрушаются в результате кальцификации. Этот процесс заменяет хрящ на кость на диафизарной стороне пластины, что приводит к удлинению кости.

Длинные кости перестают расти примерно в 18 лет у женщин и в 21 год у мужчин в процессе, называемом закрытием эпифизарной пластинки. Во время этого процесса хрящевые клетки перестают делиться, и весь хрящ заменяется костью. Эпифизарная пластинка блекнет, оставляя структуру, называемую эпифизарной линией или эпифизарным остатком, а эпифиз и диафиз сливаются.

Утолщение длинных костей

Аппозиционный рост — это увеличение диаметра костей за счет добавления костной ткани на поверхности костей. Остеобласты на поверхности кости выделяют костный матрикс, а остеокласты на внутренней поверхности разрушают кость. Остеобласты дифференцируются в остеоциты. Баланс между этими двумя процессами позволяет кости утолщаться, не становясь слишком тяжелой.

Ремоделирование и восстановление костей

Обновление костей продолжается после рождения и в зрелом возрасте. Ремоделирование кости — это замена старой костной ткани новой костной тканью. Он включает процессы отложения костной ткани остеобластами и резорбции костной ткани остеокластами. Для нормального роста костей необходимы витамины D, C и A, а также такие минералы, как кальций, фосфор и магний. Гормоны, такие как паратиреоидный гормон, гормон роста и кальцитонин, также необходимы для правильного роста и поддержания костей.

Скорость обновления костной ткани довольно высока: от пяти до семи процентов костной массы перерабатывается каждую неделю.Различия в скорости обновления существуют в разных областях скелета и в разных областях кости. Например, кость в головке бедренной кости может полностью заменяться каждые шесть месяцев, тогда как кость вдоль стержня изменяется гораздо медленнее.

Рис. 6. После того, как эта кость закрепится, два конца костной мозоли срастутся. (кредит: Билл Роудс)

Ремоделирование костей позволяет костям адаптироваться к нагрузкам, становясь толще и прочнее, когда они подвергаются нагрузкам. Кости, которые не подвергаются нормальным нагрузкам, например, когда конечность находится в гипсе, начнут терять массу.Сломанная или сломанная кость восстанавливается в четыре этапа:

1. Кровеносные сосуды в сломанной кости разрываются и кровоизлияния, в результате чего на месте разрыва образуется свернувшаяся кровь или гематома. Разорванные кровеносные сосуды на сломанных концах кости закупориваются процессом свертывания, и костные клетки, лишенные питательных веществ, начинают умирать.
2. В течение нескольких дней после перелома капилляры прорастают в гематому, и фагоцитарные клетки начинают удалять мертвые клетки.Хотя фрагменты сгустка крови могут оставаться, фибробласты и остеобласты попадают в эту область и начинают восстанавливать кость. Фибробласты производят коллагеновые волокна, которые соединяют сломанные концы костей, а остеобласты начинают формировать губчатую кость. Ремонтирующая ткань между сломанными концами кости называется фиброзно-хрящевой костной мозолью, так как она состоит как из гиалина, так и из фиброзного хряща (рис. 6). В этот момент также могут появиться костные спикулы.
3. Фиброзно-хрящевая мозоль превращается в костную мозоль губчатой ​​кости.На то, чтобы концы сломанной кости после перелома прочно соединились вместе, требуется около двух месяцев. Это похоже на эндохондральное образование кости, так как хрящ окостенел; присутствуют остеобласты, остеокласты и костный матрикс.
4. Костная мозоль затем реконструируется остеокластами и остеобластами, при этом удаляется излишек материала на внешней стороне кости и внутри костномозговой полости. Добавляется компактная кость, чтобы создать костную ткань, похожую на исходную целую кость.Это ремоделирование может занять много месяцев, а кость может оставаться неровной в течение многих лет.

Подключение к научному методу

Декальцинация костей

Вопрос: Как влияет удаление кальция и коллагена на структуру костей?

Предпосылки: Проведите поиск литературы о роли кальция и коллагена в поддержании структуры костей. Проведите поиск литературы по заболеваниям, при которых нарушена структура кости.

Гипотеза: Разработайте гипотезу, которая утверждает предсказания гибкости, силы и массы костей, из которых были удалены компоненты кальция и коллагена.Разработайте гипотезу относительно попытки вернуть кальций в декальцинированные кости.

Проверьте гипотезу: Проверьте предсказание, удалив кальций из куриных костей, поместив их в банку с уксусом на семь дней. Проверьте гипотезу о добавлении кальция обратно в декальцинированную кость, поместив декальцинированные куриные кости в сосуд с водой с добавками кальция. Проверьте прогноз, денатурируя коллаген из костей, запекая их при 250 ° C в течение трех часов.

Проанализируйте данные: Создайте таблицу, показывающую изменения гибкости, прочности и массы костей в трех различных средах.

Сообщите о результатах: При каких условиях кость была наиболее гибкой? В каких условиях кость была самой прочной?

Сделайте вывод: Подтвердили ли результаты гипотезу или опровергли ее? Как результаты, наблюдаемые в этом эксперименте, соответствуют заболеваниям, разрушающим костную ткань?

Сводка раздела

Кость или костная ткань — это соединительная ткань, которая включает специализированные клетки, минеральные соли и волокна коллагена.Скелет человека можно разделить на длинные, короткие, плоские и неправильные кости. Компактная костная ткань состоит из остеонов и образует внешний слой всех костей. Губчатая костная ткань состоит из трабекул и составляет внутреннюю часть всех костей. Костную ткань составляют четыре типа клеток: остеоциты, остеокласты, клетки-остеопрогениторы и остеобласты. Оссификация — это процесс образования кости остеобластами. Внутримембранозная оссификация — это процесс развития кости из фиброзных оболочек.Эндохондральная оссификация — это процесс развития кости из гиалинового хряща. Длинные кости удлиняются, поскольку хондроциты делятся и выделяют гиалиновый хрящ. Остеобласты заменяют хрящ на кость. Аппозиционный рост — это увеличение диаметра костей за счет добавления костной ткани на поверхность костей. Ремоделирование кости включает процессы отложения кости остеобластами и резорбцию кости остеокластами. Восстановление костей происходит в четыре этапа и может занять несколько месяцев.

(PDF) Будьте умны с минеральными солями

отчасти объясняет, почему технология Smart Salt

дает очень соленые вкусовые профили даже при очень высоких уровнях снижения содержания натрия

i.е. в смеси отсутствуют сопутствующие анионы, только хлорид-анионы.

Смеси минералов с множеством различных анионов

, такие как морские соли с низким содержанием натрия, содержащие сульфаты

и бромиды и т. Д., Не имеют такого «чистого» вкуса

профилей в водном растворе при эквивалентных уровнях восстановления натрия

, а также склонен к влаге

впитывание и слипание.

Запатентованные совместно кристаллизованные минералы

Smart Salt имеют оптимизированные вкусовые профили, которые соответствуют

обычной соли при уровнях снижения содержания натрия от

от 30% до 60%.Из обширных вкусовых испытаний ясно, что

катионов, анионов и абсолютные концентрации этих

ионов важны для оптимального соленого вкуса, а

— минимальной металлической и горечи. Это указывает на

, что минеральный баланс важен не только для качества питания

рациона и последующего здоровья

, но и для чрезвычайно важного вкусового опыта

пищевых продуктов.

Sarkkinen et al10 отметили, что обогащение минералом

(магний и калий), использованное в

обработанных пищевых продуктах, которые использовались в клиническом интервенционном исследовании Smart Salt

, вероятно, повысило хорошую приверженность ограничению натрия.

тия на протяжении всего испытания.Профиль вкуса продуктов из теста

(пицца, хлеб, сыр Эдам, запеканки, ветчина

, супы, салями, поваренная соль, фрикадельки) был хорошим

, и продукты нельзя было отличить от продуктов

с обычным содержанием солей. Соблюдение самооценки

при использовании тестируемых пищевых продуктов и солей было хорошим,

подтверждено биохимическими данными. Приемочные испытания Consumer

в США и Европе также подтвердили эти наблюдения, когда испытуемые

не могли отличить продукты

, приготовленные с обычной солью и Smart Salt с 40% и

с 50% уровнями снижения натрия11- 15.

Консервация с помощью Smart Salt — Важно

Катионно-анионный баланс

Тесты на микробиологическое заражение с

Listeria mono-

цитогенами

без добавления нитритов / нитратов, 40%

Сосиски с пониженным содержанием соли

указывают на то, что Smart Salt способна контролировать

рост патогенных, аэробных и

анаэробных бактерий до такой же или большей степени

, чем обычный солевой продукт, при хранении

в течение срока годности коммерческого хранения16.

Smart Salt значительно увеличивает производственную

летальность

Bacillus spp.

в сочетании с теплом

, применяемым во время выпечки белого хлеба, по сравнению с

обычной солью. Общее количество аэробных пластин было значительно снижено —

для хлеба Smart Salt, содержащего

, на 6 день при обеих температурах хранения (21 ° C,

и 25 ° C) 17. Другие исследования показали, что

хлорида магния значительно. снижает общее количество

аэробных пластин по сравнению с хлоридом натрия

или хлоридом калия в мясных продуктах из свинины и

, что

Micrococcaceae

показало значительно меньшее количество

, когда хлорид натрия был заменен смесью хлорида магния и кальция

хлорид

и хлорид калия в колбасе сухого брожения

18.

Функциональность с умной солью Важно

Катионно-анионный баланс

Соль имеет решающее значение для текстуры многих мясных продуктов, потому что она солюбилизирует структурные белки

и позволяет им действовать как связывающие агенты.

Считается, что ион хлорида

является основным фактором повышенной связывающей способности

мышечных белков, в то время как ион натрия придает

аромат18. Вероятно, поэтому панели для широкого потребителя

показали, что нет значительных различий

между обычными солеными сосисками

и теми, которые изготовлены с использованием Smart Salt с 40% и 50% уровнями снижения натрия

.Эти функциональные возможности

невозможны с использованием одних солевых ароматизаторов или

других солей магния.

Потребительский интерес к магнию

По словам Стивена Дэниэлса из Nutra-

Ingredients USA, магний был описан

как «самый популярный ингредиент в категории минералов»

, причем 70-80% населения США не

, что соответствует рекомендованному потреблению магния-

sium. Потребители и медицинские работники —

Все, кто их консультирует, осознают важность

минерала19.

На сегодняшний день фруктовые соки и спортивные минеральные напитки

являются наиболее популярными продуктами, обогащенными магнием

. Во Франции и Великобритании в некоторые завтраки

злаков и зерновых продуктов добавлено

магния, а в Испании и Италии доступны обогащенные молочные продукты

магния. Согласно

с законодательством ЕС, магний также требуется, чтобы

добавлялся в определенные пищевые продукты для определенных пищевых целей

, например, детское питание, продукты-заменители

и диетическое питание для специальных медицинских целей

.

Кроме того, существует ряд заявлений о вреде для здоровья

, которые возможны в ЕС, которые связаны с

включением достаточных уровней магния

(15% от рекомендуемой суточной нормы ~ 56 мг магния / 100 г) —

Наиболее популярным заявлением является использование магния в качестве

компонента для поддержания костей и

зубов30,21. Такое количество

должно легко потребляться населением как часть сбалансированного питания. Продукт food

должен содержать только 0.61% по массе

Smart Salt Concentrate для обеспечения этого уровня магния

— чрезвычайно экономичный вариант.

Минеральное содержание солевых смесей, предлагаемых

пищевой промышленности для восстановления соли

, отличаются балансом натрия калия и

магния и доступны с различной степенью

стабильности в растении, вкуса, консервации и

функциональность. Smart Salt представляет собой элегантное решение

для обеспечения лучшего диетического баланса

важных минералов, что позволяет снизить содержание натрия

и обогащение магнием до нового уровня

в более широком спектре пищевых продуктов.

Список литературы

1 ВОЗ. Профилактика хронических заболеваний: жизненно важное вложение. Женева,

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), 2005 г. (http://www.who.int/chp/

chronic_disease_report / contents / en / index.html).

2 ВОЗ. Глобальные риски для здоровья: смертность и бремя болезней, относящиеся к отдельным основным рискам. Женева, Всемирная организация здравоохранения

(ВОЗ), 2009 г. http://www.who.int/healthinfo/global_burden_

болезнь / GlobalHealthRisks_report_full.pdf)

3 ВОЗ: Рекомендации: потребление натрия взрослыми и детьми. Женева,

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), 2012

4 Rosanoff A. (2012) Изменение уровней магния в сельскохозяйственных культурах: влияние на

Здоровье человека. Материалы встречи: Магний в производстве сельскохозяйственных культур

, Качество пищевых продуктов и здоровье человека. Институт прикладных наук

Геттинген, Германия, Германия 8-9 мая 2012 г.

5 Бродли, М.Р. и Уайт П.Дж. (2010) Питается корнями и листьями. Может ли

съедобных садовых культур устранить дефицит кальция, магния и

калия в рационе ?.Proceedings of the Nutrition Society, 69,

601-612

6 ВОЗ: Рекомендации: потребление калия для взрослых и детей. Женева,

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), 2012

7 Розанофф А. и Клеменс Р.: Управление магнием в натриевой среде —

Доминирующая эпоха. International Food Technology, июнь 2010 г., том 64.

8 Seelig MS и Rosanoff. A Фактор магния ISBN 1-58333-

156-5 2003 Penguin Group (USA) Inc

9 Delwiche JF, Halpern BP, Desmione JA.Размер анионов натриевых солей

и временная реакция простого вкуса. Physiology & Behaviour, 1999,

Vol 66: 1: 27-32

10 Sarkkinen ES, Kastarinen MJ, Niskanen TH, Karjaleinen PH,

Venalainen TM, Udani JK и Niskanen LK. Осуществимость и антигипертензивный эффект замены обычной соли минеральной солью

, богатой магнием и калием, у субъектов с умеренно повышенным кровяным давлением

. Журнал питания, 2011 г., т.10:88

11 National Food Laboratory Inc. (2008) Приемочное испытание потребителем

хот-догов, картофельных чипсов, стручковой фасоли и куриного бульона, содержащих —

с заменителем соли. NFL # ST9604

12 Leatherhead Food Research UK. Конфиденциальный отчет —

Progressive Profiling, сосиски. Август 2011 г.

13 Leatherhead Food Research UK. Конфиденциальный отчет — Consumer

Acceptance, Frankfurters. Август 2011 г.

14 Leatherhead Food Research UK.Конфиденциальный отчет —

Прогрессивное профилирование, хлеб. Июль 2011 г.

15 Leatherhead Food Research UK. Конфиденциальный отчет — приемка потребителя

, хлеб. Июль 2011 г.

16 Оценка умной соли во Франкфуртере. Microbiological Challenge

Tes t — Listeria monocytogenes. Leatherhead Food Research

Конфиденциальный отчет по проекту (июнь 2011 г.).

17 Митчелл Х. и Комитопулу Э. Микробные эффекты замены хлорида натрия

магнийсодержащей минеральной солью в белом хлебе

.AgroFood Industry Hi Tech. Март / апрель 2013 г., том 23 (2)

18 Sahoo J et al. Продукты с низким содержанием соли как здоровая пища Natural

Product Radiance Vol 3 (4) июль-август 2004

19 Бум Daniells S Astaxantin, взрыв магния и устойчивость

омега-3: ключевые уроки от NutraIngredients-

Специальные выпуски США Часть 1 декабря 2013 г. Доступно по адресу

www.nutraingredients-usa.com/content/view/print/859777

20 EFSA Journal 2009; 7 (9): 1216

21 EFSA Journal 2010; 8 (10): 1764

Для получения дополнительной информации о Smart Salt®

, пожалуйста, свяжитесь с info @ smartsalt.com или

по следующим адресам:

Smart Salt Oy

c / o Visma Services Oy

Pormestarinrinne 8 B

FIN-00160 Helsinki

Финляндия

Smart Salt, Inc.

1495 Patricia Box 2846

Arnold, CA 95223

USA

www.smartsalt.com

www.innovationsfood.com | Февраль 2014 г. | Инновации в пищевых технологиях 00

Рисунок 2. Примерный минеральный состав некоторых коммерчески доступных заменителей соли

Что такое минеральные соли? Где в живых существах можно найти минеральные соли?

Витамины: функции и источники пищи

Вы когда-нибудь задумывались о роли и функции витаминов в нашем питании? Узнайте больше о витаминах и их источниках и проверьте свои знания с помощью викторины.

Железо: симптомы дефицита и токсичности

Железо — это микроэлемент, который организм получает из различных продуктов животного и растительного происхождения.Он выполняет множество функций, в том числе вырабатывает гемоглобин. Узнайте, как низкое содержание железа может привести к железодефицитной анемии и к последствиям для здоровья, связанным с токсичностью железа.

витаминов, которые нам нужны: их значение и источники

Есть много разных витаминов, и они поступают из разных мест! На этом уроке вы узнаете, что это такое, сколько разных видов вам нужно, для чего они нужны и где их можно получить естественным путем.

Фторид: симптомы дефицита и токсичности

Фтор, получаемый из зубной пасты и фторированной воды, помогает защитить зубы от кариеса.Узнайте, как действует фторид и что произойдет, если вы не получите достаточно фтора или проглотите слишком много этого микроэлемента.

Классификация минералов: основные и следы

Минералы необходимы для крепкого здоровья.Основные минералы включают натрий, калий, хлорид, кальций, фосфор, магний и серу. Микроэлементы включают железо, цинк, йод, медь, марганец, фторид, селен, хром и молибден. В этом уроке вы узнаете как об основных, так и о микроэлементах.

Симптомы дефицита серы и токсичности

Сера — это главный минерал организма, который входит в состав определенных аминокислот и помогает во многих телесных процессах.На этом уроке узнайте, что происходит, если вы не получаете достаточного количества минерала с пищей, и что происходит, если вообще происходит, когда вы попадаете в организм слишком много.

Йод: симптомы дефицита и токсичности

Йод — это микроэлемент, необходимый для выработки гормонов щитовидной железы.Обычно он содержится в йодированной соли. Узнайте об условиях дефицита йода, таких как зоб и кретинизм, а также о симптомах, связанных с чрезмерным потреблением йода.

Симптомы дефицита кальция и токсичности

Кальций помогает укрепить кости, а также необходим для сокращения мышц и правильного функционирования нервной системы.Из этого урока вы узнаете, как регулируется уровень кальция в крови и что происходит, когда в вашем организме слишком мало или слишком много этого минерала.

Остеомаляция и рахит: причины и симптомы

В этом уроке мы обсудим два похожих состояния, которые называются остеомаляцией и рахитом.Вы узнаете, на кого они влияют, почему это происходит, как они диагностируются и как их лечить.

Симптомы дефицита фосфора и токсичности

Фосфор — это минерал, необходимый вашему телу для укрепления костей и зубов, а также для других процессов в организме.В этом уроке узнайте о функциях и источниках этого основного минерала, а также о том, что происходит с вашим телом, если его слишком мало или слишком много.

Тиамин: симптомы дефицита водорастворимых витаминов и токсичности

Тиамин (B1) — водорастворимый витамин, который легко выводится из организма.Если уровень тиамина в организме слишком низкий, это приведет к болезни дефицита, такой как бери-бери или синдром Вернике-Корсакова. Нет токсичного уровня тиамина.

Влияние обработки пищевых продуктов на питательную ценность

Обработка пищевых продуктов может предотвратить порчу продуктов и увеличить срок их хранения, но какой ценой? Узнайте о различных этапах обработки пищевых продуктов и о том, как они влияют на питательную ценность продуктов.

Глюкозурия: определение, причины и симптомы

Глюкозурия — это состояние, при котором глюкоза выводится с мочой в большем количестве, чем обычно.Посмотрите этот урок, чтобы узнать, почему это происходит, и узнать о различных типах глюкозурии.

Как клетчатка усваивается организмом

На этом уроке вы узнаете, как и где клетчатка переваривается в вашем организме.Вы также получите четкое представление о различных типах клетчатки и их потенциальной пользе для здоровья.

Что такое холестерин? — Определение и обзор

Холестерин выполняет множество важных функций в организме человека, но по-прежнему пользуется плохой репутацией.