Гетерогенное равновесие в живых системах

Страшно, очень страшно, если бы мы знали, что это
такое...
- примечание преподавателя

На самом деле ничего страшного! Если сказать проще, то гетерогенное равновесие изучает равновесные процессы перехода осадка в раствор и обратно.

В живых системах такие процессы крайне важны, так как именно нерастворимые соединения формируют скелет, который выполняет в организме опорно-двигательную функцию. Так что сегодня поговорим о химии человеческих костей!

Прежде всего стоит узнать, каким образом растут наши кости и становятся такими крепкими.

Основные участники процесса синтеза костей:

• Остебласты
• Кислые мукополисахариды (хондроитинсульфаты)
• Ионы кальция (Ca 2+)
• Щелочная фосфатаза
• Фосфаты (PO4 3-)
• Коллаген

Реакция синтеза костного вещества происходит в остеобластах в щелочной среде (pH = 8,3). Работающая в таких условиях щелочная фосфатаза гидролизует эфиры фосфорной кислоты и получает фосфаты. В свою очередь, ионы кальция переносятся кислыми мукополисахаридами,
которые имеют специальные кислотные остатки - сульфаты (SO4 2-) - для переноса двухзарядных Сa 2+. Для формирования крепкой структуры в процессе также участвует коллаген, создавая ядра кристаллизации, дабы гидроксиаппатит не образовывал хаотичную структуру

Обратите внимание на среду.

Без щелочной среды реакция минерализации была невозможна. Важно помнить, что только к такой среде приспособлен фермент щелочная
фосфатаза, добывающий фосфаты.

В результате процессов минерализации образуется красивая ажурная конструкция кости, выстроенная из пластинок компактного вещества (именно компактное вещество несет опорную функцию)

Однако организму не всегда выгодна минерализация. Например, при ремоделировании кости при росте или повреждениях необходимо разрушить старую кость и синтезировать новую. Для таких целей не нужна новая реакция. Мы помним, что имеем дело с равновесием. А равновесие можно сместить - именно так и поступает организм.

Разворачивая реакцию влево минерализация превращается в деминерализацию (см. картинку с реакцией). В таком случае гидроксиапатит будет распадаться на отдельные ионы кальция и фосфаты, а кость будет становиться хрупкой и пригодной к перестройке.

Для того, чтобы развернуть реакцию в левую сторону необходимо лишь одно условие - закисление среды.

Разворот равновесия достигается тремя пунктами:

• кислые протоны связывают ОН- ионы, снижая их количество, автоматически смещая равновесие в левую сторону
• кислые протоны блокируют работу щелочной фосфатазы
• кислотные остатки (от лимонной и молочной кислот) связывают образующийся в результате деминерализации кальций

Деминерализацией кости занимаются специальные клетки
макрофагального происхождения. Они называются остеокластами. Они довольно большие и имеют много ядер.

Остеокласты формируют так называемую кайму - линию соприкосновения клетки с костью. Эта кайма герметично закрыта, в образовавшееся пространство при помощи специальных клеточных насосов закачивается большое количество протонов - и кость деминерализуется согласно тем трем пунктам, которые мы обсудили.

Для слаженной регуляции процессов минерализации и деминерализации существуют специальные гормоны-антагонисты: паратгормон (повышает уровень кальция в крови, отвечает за ДЕминерализацию) и кальцитонин
(снижает уровень кальция в крови, отвечает за минерализацию).

Запомнить кто за что отвечает просто - паратгормон - парад кальция в крови, а кальцитонин ответственен за обратный процесс