无机盐是指由金属离子(包括铵离子)和无机酸根所组成的化合物。它们在机体中含量较少,约为细胞干重的2%—5%。但它们是生命活动所必需的成分。绝大多数无机盐在细胞内解离为正、负离子,离子在原生质中或游离存在,或与蛋白质、脂类等大分子物质结合。无机盐的作用可概括为以下三方面:
调节渗透压 由于无机盐在细胞内的总含量直接影响水分透过质膜的流向,所以有调节渗透压的作用。渗透作用是指两种不同浓度的水溶液由一膜分开,该膜只允许水分子通过(称半透性膜),那么,水分子将穿过膜进入浓液一侧。也就是水分子穿过半透性膜的扩散,称为渗透作用。水分子从低渗液向高渗液移动,使后者液面升高产生压力,直至达到阻止水分子不再单方向流动时,这种压力称之为渗透压。如果施加压力,可使水分子向相反方向流动。人体血液及组织液之间的毛细血管壁为一种半透性膜,小分子物质可以自由通过,如水、葡萄糖、氨基酸、尿素及电解质等,而大分子物质如人体血液中的白蛋白则不能从血管渗出。这样,血液中的渗透压比组织液的渗透压大,但受心脏和血管收缩所产生的血压调节,在毛细管动脉端的血压(4.67 kPa) 比组织液渗透压(3.33kPa)大,血液中的水分和营养物质进入组织液;在毛细血管静脉端血压降至0.2 kPa,低于组织液渗透压,水及组织产生的废物又回到血液,从而保证了血浆与组织液间的物质交换。此外,像Na+、K+、HPO32-等在维持细胞内外液的容量与渗透压方面都有重要作用。
维持体液及细胞的酸碱平衡 稳定的H+浓度是细胞进行正常生理功能和一切生化反应的必需条件。人体血液的pH值在7.35—7.45之间,其变化范围在0.1pH单位。这种维持体液pH恒定的现象称为酸碱平衡。凡是酸都能放出质子(H+),酸是H+的供体,酸的强度决定于它们释放H+趋势的强度;反之,碱是接受质子的,即H+受体。一般弱酸和它的弱酸盐的混合溶液具有缓冲酸或碱的功效,称为缓冲溶液。由这种酸和盐构成一个缓冲对或缓冲系统。当酸性或碱性物质进入机体时,首先与血液中的各种缓冲系统接触发生反应,缓解体内pH的改变,称为缓冲作用。
生物体内有三种有效缓冲系统,即碳酸及碳酸盐(NaHCO3/H2CO3)、磷酸盐(Na2HPO4/NaH2PO4)以及蛋白质(Napr/Hpr)(蛋白质为两性化合物)。当酸进入机体时,首先与缓冲系统中的盐类发生作用。①HA+NaHCO3—→H2CO3+ NaA,此时虽然H2CO3有所增加,但在酶的作用下可以分解。
可以从肺排出体外。②HA +NaHPO4—→NaH2PO4+NaA,此时酸性钠盐虽然增加,但可以从尿排出。③HA+ Na-Pr—→Hpr+NaA,Hpr为极弱的酸对pH影响不大。
当碱进入机体时,缓冲系统中的酸与之发生作用。①BOH+H2CO3—→BHCO3+H2O,此处消耗的H2CO3可以由代谢中产生的CO2补充,CO2+H2O—→H2CO3。②BOH+Hpr—→Bpr+H2O。③BOH+NaH2PO4—→BNaPO4+H2O
抗碱反应中产生的NaHCO3或BNaHPO4如果数量过多可以从尿中排出,Bpr是蛋白质的钠盐对pH无大影响。机体通过缓冲系统维持酸、碱平衡,以保证代谢的正常进行。
盐离子决定某些大分子的结构和功能 见下表。
细胞中几种离子及其与其他分子的联系
| 离 子 | 功能/联系 |
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PO3-4,HPO2-4 H2PO-4 CO2-3,HCO-3 Fe2+(3+) |
天然缓冲剂,核酸结构蛋白质和脂类 的成分 天然缓冲剂 血红蛋白(结合氧),叶绿素,细胞色 素,过氧化物酶,组氨脱羰酶 |
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Cu2+ Zn2+ Mg2+ Mn2+ Co2+ K+ Ca2+ B NO-3 MO |
酪氨酸,抗坏血酸氧化酶 二氧化碳酶,肽酶 磷酸酶,ATP酶 多种肽酶 肽酶 ATP-丙酮酸、磷酸转化酶 肌动蛋白,麦芽糖淀粉酶 阿拉伯胶异构酶 过氧化物酶 硝酸还原酶 |
不同细胞对盐类有不同要求,例如:碘量不足可引起甲状腺肿;钙缺乏引起骨异常,铜和铁缺乏引起贫血; 适量的氟可防止龋齿。另外,离子浓度在细胞内、外的分布也不相同。例如,细胞内K+和Mg2+高,细胞外Na+和Cl-高,特别是肌肉细胞和神经细胞,细胞内的K+与细胞外的Na+差别尤其显著。Ca2+在肌肉细胞内能激活肌纤凝蛋白ATP酶的作用,促进肌肉收缩。神经肌肉的应激性需要体液中各种电解质维持一定的比例,Na+、K+浓度增高时,神经肌肉的应激性增高。当Ca2+、Mg2+、H+浓度增高时,神经肌肉应激性降低。