adsby.ru → Пори року

Органічні і неорганічні речовини в організмі людини. Органічні і неорганічні речовини. Неорганічні речовини клітини. Група неорганічних речовин

Як відомо, все речовини можуть бути поділені на дві великі категорії - мінеральні та органічні. Можна навести велику кількість прикладів неорганічних, або мінеральних, речовин: сіль, сода, калій. Але які типи з'єднань потрапляють в другу категорію? Органічні речовини представлені в будь-якому живому організмі.

білки

Найважливішим прикладом органічних речовин є білки. До їх складу входить азот, водень і кисень. Крім них, іноді в деяких білках також можна виявити атоми сірки.

Білки є одними з найважливіших органічних сполук, і вони найбільш часто зустрічаються в природі. На відміну від інших з'єднань, білків властиві деякі характерні риси. Головна їхня властивість - це величезна молекулярна маса. Наприклад, молекулярна вага атома спирту становить 46, бензолу - 78, а гемоглобіну - 152 000. У порівнянні з молекулами інших речовин, білки є справжніми велетнями, що містять в собі тисячі атомів. Іноді біологи називають їх макромолекулами.

Білки є найскладнішими з усіх органічних будівель. Вони відносяться до класу полімерів. Якщо розглянути молекулу полімеру під мікроскопом, то можна побачити, що вона являє собою ланцюг, що складається з більш простих структур. Вони носять назву мономерів і повторюються в полімерах безліч разів.

Крім білків існує велика кількість полімерів - каучук, целюлоза, а також звичайний крохмаль. Також чимало полімерів створено і руками людини - капрон, лавсан, поліетилен.

Освіта білка

Як же утворюються білки? Вони являють собою приклад органічних речовин, склад яких в живих організмах визначається генетичним кодом. При їх синтезі в переважній більшості випадків використовуються різні комбінації

Також нові амінокислоти можуть утворюватися вже коли білок починає функціонувати в клітці. При цьому в ньому зустрічаються тільки альфа-амінокислоти. Первинна структура описуваного речовини визначається послідовністю залишків амінокислотних сполук. І в більшості випадків поліпептидний ланцюг при утворенні білка закручується в спіраль, витки якої розташовуються тісно один до одного. В результаті утворення водневих з'єднань вона має досить міцну структуру.

жири

Іншим прикладом органічних речовин можуть послужити жири. Людині відомо чимало видів жирів: вершкове масло, яловичий і риб'ячий жир, рослинні масла. У великих кількостях жири утворюються в насінні рослин. Якщо очищену насіння соняшнику покласти на аркуш паперу і придавити, то на аркуші залишиться масляниста пляма.

вуглеводи

Не менш важливими в живій природі є вуглеводи. Вони містяться у всіх органах рослин. До класу вуглеводів відноситься цукор, крохмаль, а також клітковина. Багаті ними бульби картоплі, плоди банана. Дуже легко виявити крохмаль в картоплі. При реакції з йодом цей вуглевод забарвлюється в синій колір. У цьому можна переконатися, якщо капнути на зріз картоплини трохи йоду.

Також нескладно виявити і цукру - вони всі мають солодкий смак. Багато вуглеводів цього класу міститься в плодах винограду, кавунів, дині, яблуні. Вони являють собою приклади органічних речовин, які також виробляються в штучних умовах. Наприклад, з цукрової тростини видобувається цукор.

А як утворюються вуглеводи в природі? Найпростішим прикладом є процес фотосинтезу. Вуглеводи являють собою органічні речовини, В яких міститься ланцюг з декількох вуглецевих атомів. Також в їх склад входить кілька гідроксильних груп. В процесі фотосинтезу цукор неорганічних речовин утворюється з оксиду вуглецю і сірки.

клітковина

Ще одним прикладом органічних речовин є клітковина. Найбільше її міститься в насінні бавовни, а також стеблах рослин і їх листі. Клітковина складається їх лінійних полімерів, її молекулярна маса становить від 500 тисяч до 2 млн.

У чистому вигляді вона являє собою речовина, у якого відсутній запах, смак і колір. Застосовується воно при виготовленні фотоплівки, целофану, вибухівки. В організмі людини клітковина не засвоюється, проте є необхідною частиною раціону, оскільки стимулює роботу шлунка і кишечника.

Речовини органічні і неорганічні

Можна навести чимало прикладів освіти органічних і Другі завжди відбуваються з мінералів - неживих які утворюються в глибинах землі. Вони входять і до складу різних гірських порід.

У природних умовах неорганічні речовини утворюються в процесі руйнування мінералів або органічних речовин. З іншого боку, з мінералів постійно утворюються речовини органічні. Наприклад, рослини поглинають воду з розчиненими в ній сполуками, які в подальшому переходять з однієї категорії в іншу. Живі організми використовують для харчування головним чином органічні речовини.

причини різноманітності

Нерідко школярам або студентам потрібно відповісти на питання про те, в чому полягають причини різноманіття органічних речовин. Головний фактор полягає в тому, що атоми вуглецю з'єднуються між собою за допомогою двох типів зв'язків - простих і кратних. Також вони можуть утворювати ланцюга. Ще однією причиною є різноманітність різних хімічних елементів, які входять в органічні речовини. Крім того, різноманіття обумовлено і аллотропией - явищем існування одного і того ж елемента в різних з'єднаннях.

А як утворюються неорганічні речовини? Природні і синтетичні органічні речовини і їх приклади вивчаються як в старших класах школи, так і в профільованих вищих навчальних закладах. Освіта неорганічних речовин - це не такий складний процес, як утворення білків або вуглеводів. Наприклад, соду з незапам'ятних часів люди добували з содових озер. У 1791 році вчений-хімік Ніколя Леблан запропонував синтезувати її в лабораторних умовах з використанням крейди, солі, а також сірчаної кислоти. Колись всім звична сьогодні сода була досить недешевим продуктом. Для проведення експерименту було необхідно прожарити кухонну сільразом з кислотою, а потім утворився сульфат прожарити разом з вапняком і деревним вугіллям.

Іншим є марганцівка, або перманганат калію. Ця речовина отримують в промислових умовах. Процес утворення полягає в електролізі розчину гідроксиду калію і марганцевого анода. При цьому анод поступово розчиняється з утворенням розчину фіолетового кольору - це і є всім відома марганцівка.

Кліткою називають елементарну одиницю будови живих організмів. Всі живі істоти - будь то люди, тварини, рослини, гриби або бактерії - в своїй основі мають клітку. У чиємусь організмі цих клітин багато - сотні тисяч клітин складають тіло ссавців і рептилій, а в чиємусь мало - багато бактерій складаються з усього однієї клітини. Але не так важливо кількість клітин, як їх наявність.

Давно відомо, що клітини мають всі властивості живого: вони дихають, харчуються, розмножуються, пристосовуються до нових умов, навіть помирають. І, як і у всього живого, в складі клітин є органічні і неорганічні речовини.

Набагато більше, адже - це і вода, і Зрозуміло, найбільша частинавідділу під назвою "неорганічні речовини клітини" відводиться воді - вона становить 40-98% від усього обсягу клітини.

Вода в клітці виконує безліч найважливіших функцій: вона забезпечує пружність клітини, швидкість проходять в ній хімічних реакцій, Переміщення надійшли речовин по клітці і їх висновок. Крім того, у воді розчиняються багато речовин, вона може брати участь у хімічних реакціях і саме на воді лежить відповідальність за терморегуляцію всього організму, так як вода має непоганий теплопровідністю.

Крім води, в неорганічні речовини клітини входять і багато мінеральні речовини, діляться на макроелементи і мікроелементи.

До макроелементів відносяться такі речовини, як залізо, азот, калій, магній, натрій, сірка, вуглець, фосфор, кальцій і багато інших.

Мікроелементи - це, в більшості своїй, важкі метали, такі як бор, марганець, бром, мідь, молібден, йод і цинк.

Також в організмі є і ультрамікроелементи, серед яких золото, уран, ртуть, радій, селен та інші.

Всі неорганічні речовини клітини відіграють власну, важливу роль. Так, азот бере участь у великій кількості з'єднань - як білкових, так і небілкових, сприяє утворенню вітамінів, амінокислот, пігментів.

Кальцій є антагоніст калію, служить клеєм для рослинних клітин.

Залізо бере участь в процесі дихання, входить до складу молекул гемоглобіну.

Мідь відповідає за освіту клітин крові, здоров'я серця і хороший апетит.

Бор відповідає за процес росту, особливо у рослин.

Калій забезпечує колоїдні властивості цитоплазми, утворення білків і нормальну роботу серця.

Натрій також забезпечує правильний ритм серцевої діяльності.

Сірка бере участь в утворенні деяких амінокислот.

Фосфор бере участь в утворенні величезної кількості незамінних сполук, таких, як нуклеотиди, деякі ферменти, АМФ, АТФ, АДФ.

І тільки роль ультрамікроелементов поки абсолютно невідома.

Але одні тільки неорганічні речовини клітини не змогли б зробити її повноцінною і живий. Органічні речовини важливі не менше, ніж вони.

До відносяться вуглеводи, ліпіди, ферменти, пігменти, вітаміни і гормони.

Вуглеводи діляться на моносахариди, дисахариди, полісахариди і олігосахариди. Моно- ди- і полісахариди є основним джерелом енергії для клітини і організму, а ось нерастворяющуюся в воді олігосахариди склеюють сполучну тканину і захищають клітини від несприятливого зовнішнього впливу.

Ліпіди діляться на власне жири і липоиди - жироподібні речовини, що утворюють орієнтовані молекулярні шари.

Ферменти є каталізаторами, які прискорюють біохімічні процеси в організмі. Крім того, ферменти зменшують кількість споживаної на надання реакційної здатності молекулі енергії.

Вітаміни необхідні для регуляції окисляемости амінокислот і вуглеводів, а також для повноцінного росту і розвитку.

Гормони необхідні для регулювання життєдіяльності організму.

Щодня людина взаємодіє з великою кількістюпредметів. Вони виготовлені з різних матеріалів, мають свою структуру і склад. Все, що оточує людину можна розділити на органічне та неорганічне. У статті розглянемо, що представляють собою такі речовини, наведемо приклади. Також визначимо, які зустрічаються неорганічні речовини в біології.

опис

Неорганічними називаються такі речовини, в складі яких немає вуглецю. Вони протилежні органічним. Також до цієї групи відносять кілька углеродосодержащих з'єднань, наприклад:

  • ціаніди;
  • оксиди вуглецю;
  • карбонати;
  • карбіди та інші.
  • вода;
  • різні кислоти (соляна, азотна, сірчана);
  • сіль;
  • аміак;
  • вуглекислий газ;
  • метали і неметали.

Неорганічна група відрізняється відсутністю вуглецевого скелета, який характерний для органічних речовин. за складом прийнято ділити на прості і складні. Прості речовини становлять нечисленну групу. Всього їх налічується приблизно 400.

Прості неорганічні сполуки: метали

Метали - прості атомів яких грунтується на металевій зв'язку. Ці елементи мають характерні металеві властивості: теплопровідність, електропровідність, пластичність, блиск та інші. Всього в цій групі виділяють 96 елементів. До них відносяться:

  • лужні метали: літій, натрій, калій;
  • лужноземельні метали: магній, стронцій, кальцій;
  • мідь, срібло, золото;
  • легкі метали: алюміній, олово, свинець;
  • напівметали: полоній, Московія, Ніхон;
  • лантаноїди і лантан: скандій, ітрій;
  • актиноїди і актиній: уран, нептуній, плутоній.

В основному в природі метали зустрічаються у вигляді руди і з'єднань. Щоб отримати чистий метал без домішок, проводиться його очищення. При необхідності можливе проведення легування або іншої обробки. Цим займається спеціальна наука - металургія. Вона підрозділяється на чорну і кольорову.

Прості неорганічні сполуки: неметали

Неметали - хімічні елементи, які не володіють металевими властивостями. Приклади неорганічних речовин:

  • вода;
  • азот;
  • сірка;
  • кисень та інші.

Неметали відрізняються великим числом електронів на їх атома. Це обумовлює деякі властивості: підвищується здатність приєднувати додаткові електрони, проявляється більш висока окислювальна активність.

У природі можна зустріти неметали у вільному стані: кисень, хлор, А також тверді форми: йод, фосфор, кремній, селен.

Деякі неметали мають відмітна властивість - алотропія. Тобто вони можуть існувати в різних модифікаціях і формах. наприклад:

  • газоподібний кисень має модифікації: кисень і озон;
  • твердий вуглець може існувати в таких формах: алмаз, графіт, скловуглець і інші.

Складні неорганічні сполуки

Ця група речовин більш численна. Складні з'єднання відрізняються наявністю в складі речовини кількох хімічних елементів.

Розглянемо докладніше складні неорганічні речовини. Приклади і класифікація їх представлені нижче в статті.

1. Оксиди - з'єднання, одним їх елементів яких є кисень. До групи входять:

  • несолеобразующіе (наприклад, азоту);
  • солеобразующіе оксиди (наприклад, оксид натрію, оксид цинку).

2. Кислоти - речовини, до складу яких входять іони водню і кислотні залишки. Наприклад, азотна сірководень.

3. Гідроксид - з'єднання, в складі яких присутня група ОН. Класифікація:

  • підстави - розчинні і нерозчинні лугу - гідроксид міді, гідроксид натрію;
  • кислородосодержащие кислоти - діводород тріоксокарбонат, водень тріоксонітрат;
  • амфотерні - гідроксид хрому, гідроксид міді.

4. Солі - речовини, в складі яких є іони металу і кислотні залишки. Класифікація:

  • середні: хлорид натрію, сульфід заліза;
  • кислі: гідрокарбонат натрію, гидросульфати;
  • основні: нітрат дігідроксохрома, нітрат гідроксохрома;
  • комплексні: тетрагідроксоцінкат натрію, тетрахлороплатінат калію;
  • подвійні: алюмокалієві галун;
  • змішані: сульфат алюмінію калію, хлорид міді калію.

5. Бінарні сполуки - речовини, що складаються з двох хімічних елементів:

  • безкисневі кислоти;
  • безкисневі солі та інші.

Неорганічні сполуки, що містять вуглець

Такі речовини традиційно відносяться до групи неорганічних. Приклади речовин:

  • Карбонати - ефіри і солі вугільної кислоти - кальцит, доломіт.
  • Карбіди - сполуки неметалів і металів з вуглецем - карбід берилію, карбід кальцію.
  • Ціаніди - солі ціанистоводневої кислоти - ціанід натрію.
  • Оксиди вуглецю - бінарна сполука вуглецю і кисню - чадний і вуглекислий гази.
  • Ціанати - є похідними від ціанової кислоти - фульміновая кислота, ізоціанова кислота.
  • Карбонільні метали - комплекс металу і монооксиду вуглецю - карбоніл нікелю.

Всі розглянуті речовини відрізняються індивідуальними хімічними і фізичними властивостями. В Загалом виглядіможна виділити відмітні риси кожного класу неорганічних речовин:

1. Прості метали:

  • висока тепло- і електропровідність;
  • металевий блиск;
  • відсутність прозорості;
  • міцність і пластичність;
  • при кімнатній температурізберігають твердість і форму (крім ртуті).

2. Прості неметали:

  • прості неметали можуть бути в газоподібному стані: водень, кисень, хлор;
  • в рідкому стані зустрічається бром;
  • тверді неметали мають немолекулярное стан і можуть утворювати кристали: алмаз, кремній, графіт.

3. Складні речовини:

  • оксиди: вступають в реакцію з водою, кислотами і кислотними оксидами;
  • кислоти: вступають в реакцію з водою, і лугами;
  • амфотерні оксиди: можуть вступати в реакції з кислотними оксидами і підставами;
  • гідроксиди: розчиняються у воді, мають широкий діапазон температур плавлення, можуть змінювати колір при взаємодії з лугами.

Клітка будь-якого живого організму складається з безлічі компонентів. Деякими з них є неорганічні сполуки:

  • Вода. Наприклад, кількість води в клітці становить від 65 до 95%. Вона необхідна для здійснення хімічних реакцій, переміщення компонентів, процесу терморегуляції. Також саме вода визначає обсяг клітини і ступінь її пружності.
  • Мінеральні солі. Можуть бути присутніми в організмі як в розчиненому вигляді, так і в нерастворенном. Важливу роль в процесах клітини грають катіони: калій, натрій, кальцій, магній - і аніони: хлор, гідрокарбонати, суперфосфат. Мінерали необхідні для підтримки осмотичного рівноваги, регуляції біохімічних і фізичних процесів, утворення нервових імпульсів, підтримки рівня згортання крові і багатьох інших реакцій.

Для підтримки життєдіяльності важливі не тільки неорганічні речовини клітини. Органічні компоненти займають 20-30% її обсягу.

Класифікація:

  • прості органічні речовини: глюкоза, амінокислоти, жирні кислоти;
  • складні органічні речовини: білки, нуклеїнові кислоти, ліпіди, полісахариди.

Органічні компоненти необхідні для виконання захисної, енергетичної функції клітини, вони служать джерелом енергії для клітинної активності і запасають поживні речовини, проводять синтез білків, передають спадкову інформацію.

У статті були розглянуті сутність і приклади неорганічних речовин, їх роль в складі клітини. Можна сказати, що існування живих організмів було б неможливим без груп органічних і неорганічних сполук. Вони важливі в кожній сфері людського життя, А також в існуванні кожного організму.

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ (КУКУШКИН Ю. М., 1998), ХІМІЯ

Для організму людини безумовно встановлена ​​роль близько 30 хімічних елементів, без яких він не може нормально існувати. Ці елементи називають життєво необхідними. Крім них, є елементи, які в малих кількостях не позначаються на функціонуванні організму, але при певному змісті є отрутами.

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ

Ю. Н. КУКУШКИН

Санкт-Петербурзький державний технологічний інститут

ВСТУП

Багатьом хімікам відомі крилаті слова, сказані в 40-х роках цього століття німецькими вченими Вальтером і Ідой Ноддак, що в кожному кругляк на бруківці присутні всі елементи Періодичної системи. Спочатку ці слова були зустрінуті далеко не з одностайним схваленням. Однак, у міру того як розроблялися все більш точні методи аналітичного визначення хімічних елементів, вчені все більше переконувалися в справедливості цих слів.

Якщо погодитися з тим, що в кожному кругляк містяться всі елементи, то це повинно бути справедливо і для живого організму. Всі живі організми на Землі, в тому числі і людина, знаходяться в тісному контакті з навколишнім середовищем. Життя вимагає постійного обміну речовин в організмі. Вступу в організм хімічних елементів сприяють харчування і споживана вода. Відповідно до рекомендації дієтологічної комісії Національної академії США щоденне надходження хімічних елементів з їжею повинен розміщуватися на певному рівні (табл. 1). Стільки ж хімічних елементів повинне щодоби виводитися з організму, оскільки їх змісту знаходяться у відносному сталості.

Припущення деяких вчених йдуть далі. Вони вважають, що в живому організмі не тільки присутні всі хімічні елементи, але кожен з них виконує певну біологічну функцію. Цілком можливо, що ця гіпотеза не підтвердиться. Однак, у міру того як розвиваються дослідження в даному напрямку, виявляється біологічна роль дедалі більшої кількості хімічних елементів.

Організм людини складається на 60% з води, 34% припадає на органічні речовини і 6% - на неорганічні. Основними компонентами органічних речовин є вуглець, водень, кисень, до їх складу входять також азот, фосфор і сірка. У неорганічних речовинах організму людини обов'язково присутні 22 хімічних елементи: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I , F, Se. Наприклад, якщо вага людини становить 70 кг, то в ньому міститься (в грамах): кальцію - 1700, калію - 250, натрію - 70, магнію - 42, заліза - 5, цинку - 3.

Вчені домовилися, що якщо масова частка елемента в організмі перевищує 10 -2%, то його слід вважати макроелементом. Частка мікроелементів в організмі становить 10 -3 -10 -5%. Якщо вміст елемента нижче 10 -5%, його вважають ультрамікроелементи. Звичайно, така градація умовна. По ній магній потрапляє в проміжну область між макро- і мікроелементами.

Таблиця 1. Добове надходження хімічних елементів в організм людини

Хімічний елемент

Добове надходження, мг

дорослі

Близько 0,2 (вітамін В 12)

ЖИТТЄВО НЕОБХІДНІ ЕЛЕМЕНТИ

Безсумнівно, часом внесе корективи в сучасні уявлення про кількість і біологічної роліпевних хімічних елементів в організмі людини. У даній статті ми будемо виходити з того, що вже достеменно відомо. Роль макроелементів, що входять до складу неорганічних речовин, очевидна. Наприклад, основна кількість кальцію і фосфору входить в кості (гідроксофосфат кальцію Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2), а хлор в вигляді соляної кислоти міститься в шлунковому соку.

Мікроелементи увійшли в зазначений вище ряд 22 елементів, обов'язково присутніх в організмі людини. Зауважимо, що більшість з них - метали, а з металів більше половини є d-елементом. Останні в організмі утворюють координаційні сполуки зі складними органічними молекулами. Так, встановлено, що багато біологічні каталізатори - ферменти містять іони перехідних металів ( d-елементів). Наприклад, відомо, що марганець входить до складу 12 різних ферментів, залізо - в 70, мідь - в 30, а цинк - більш ніж в 100. Мікроелементи називають життєво необхідними, якщо при їх відсутності або нестачі порушується нормальна життєдіяльність організму. Характерною ознакою необхідного елемента є колоколообразний вигляд кривої доза ( n) - відповідна реакція ( R, Ефект) (рис. 1).

Мал. 1. Залежність відповідної реакції ( R) Від дози ( n) Для життєво необхідних елементів

При малому надходженні цього елемента організму наноситься істотної шкоди. Він функціонує на межі виживання. В основному це пояснюється зниженням активності ферментів, до складу яких входить даний елемент. При підвищенні дози елемента у відповідь реакція зростає і досягає норми (плато). При подальшому збільшенні дози виявляється токсична дія надлишку даного елементу, в результаті чого не виключається і летальний результат. Криву на рис. 1 можна трактувати так: все повинно бути в міру і дуже мало і дуже багато шкідливо. Наприклад, недолік в організмі заліза призводить до анемії, так як воно входить до складу гемоглобіну крові, а точніше, його складової частини - гема. У дорослої людини в крові міститься близько 2,6 г заліза. У процесі життєдіяльності в організмі відбуваються постійний розпад і синтез гемоглобіну. Для заповнення заліза, втраченого із розпадом гемоглобіну, людині необхідно добове надходження в організм з їжею в середньому близько 12 мг цього елемента. Зв'язок анемії з недоліком заліза була відома лікарям давно, так як ще в XVII столітті в деяких європейських країнах при недокрів'ї прописували настій залізних тирси в червоному вині. Однак надлишок заліза в організмі теж шкідливий. З ним пов'язаний сидероз очей і легенів - захворювання, що викликаються відкладенням з'єднань заліза в тканинах цих органів. Головний регулятор вмісту заліза в крові - печінку.

Недолік в організмі міді призводить до деструкції кровоносних судин, патологічного росту кісток, дефектів у сполучних тканинах. Крім того, вважають, що дефіцит міді служить однією з причин ракових захворювань. У деяких випадках ураження легень на рак у людей похилого віку лікарі пов'язують з віковим зниженням вмісту міді в організмі. Однак надлишок міді в організмі призводить до порушення психіки і паралічу деяких органів (хвороба Вільсона). Людині заподіюють шкоду лише відносно великі кількості з'єднань міді. У малих дозах їх використовують в медицині як в'яжучий і бактеріостазное (затримує ріст і розмноження бактерій) засіб. Так, наприклад, сульфат міді (II) застосовують при лікуванні кон'юктивіту у вигляді очних крапель (25% -ний розчин), а також для припікання при трахомі у вигляді очних олівців (сплав сульфату міді (II), нітрату калію, квасцов і камфори) . При опіках шкіри фосфором проводять її рясне змочування 5% -ним розчином сульфату міді (II).

Таблиця 2. Характерні симптоми дефіциту хімічних елементів в організмі людини

дефіцит елемента

типовий симптом

Уповільнення зростання скелета

м'язові судоми

Анемія, порушення імунної системи

Пошкодження шкіри, уповільнення зростання, уповільнення статевого дозрівання

Слабкість артерій, порушення діяльності печінки, вторинна анемія

Безпліддя, погіршення росту скелета

уповільнення клітинного росту, Схильність до карієсу

злоякісна анемія

Почастішання депресій, дерматити

симптоми діабету

Порушення росту скелета

карієс зубів

Порушення роботи щитовидної залози, уповільнення метаболізму

М'язова (зокрема, серцева) слабкість

Біологічна функція інших лужних металів у здоровому організмі поки неясна. Однак є вказівки, що введенням в організм іонів літію вдається лікувати одну з форм маніакально-депресивного психозу. Наведемо табл. 2, з якої видно важлива роль інших життєво необхідних елементів.

домішкових елементів

Є велика кількість хімічних елементів, особливо серед важких, які є отрутами для живих організмів, - вони несприятливо біологічне вплив. У табл. 3 наведені ці елементи відповідно до Періодичної системою Д.І. Менделєєва.

Таблиця 3.

період

Група

За винятком берилію і барію, ці елементи утворюють міцні сульфідні сполуки. Існує думка, що причина дії отрут пов'язана з блокуванням певних функціональних груп (зокрема, сульфгідрильних) протеїну або ж з витісненням з деяких ферментів іонів металів, наприклад міді і цинку. Елементи, представлені в табл. 3, називають домішкових. Їх діаграма доза - ефект має іншу форму в порівнянні з життєво необхідними (рис. 2).

Мал. 2. Залежність відповідної реакції ( R) Від дози ( n) Для домішкових хімічних елементів До певного змісту цих елементів організм не відчуває шкідливого впливу, але при значному збільшенні концентрації вони стають отруйними.

Зустрічаються елементи, які у відносно великих кількостях є отрутами, а в низьких концентраціях надають корисний вплив. Наприклад, миш'як - сильна отрута, що порушує серцево-судинну систему і що вражає нирки і печінку, в невеликих дозах корисний, і лікарі прописують його для поліпшення апетиту. Кисень, необхідний людині для дихання, у високій концентрації (особливо під тиском) надає отруйна дія.

З цих прикладів видно, що концентрація елемента в організмі відіграє дуже істотну, а часом і катастрофічну роль. Серед домішкових елементів є і такі, які в малих дозах володіють ефективними лечащими властивостями. Так, давно було помічено бактерицидну (що викликає загибель різних бактерій) властивість срібла та його солей. Наприклад, в медицині розчин колоїдного срібла (колларгол) застосовують для промивання гнійних ран, сечового міхура, при хронічних циститах і уретітах, а також у вигляді очних крапель при гнійних кон'юктивіту і бленореї. Олівці з нітрату срібла застосовують для припікання бородавок, грануляцій. У розведених розчинах (0,1-0,25%) нітрат срібла використовують як в'яжучий і протимікробний засіб для примочок, а також в якості очних крапель. Вчені вважають, що припікаючу дію нітрату срібла пов'язано з його взаємодією з білками тканин, що призводить до утворення білкових солей срібла - альбуминатов. Срібло поки не відносять до життєво необхідних елементів, проте вже експериментально встановлено його підвищений вміст в мозку людини, в залозах внутрішньої секреції, печінки. В організм срібло надходить з рослинною їжею, наприклад з огірками і капустою.

У статті наведено Періодична система, в якій охарактеризована биоактивность окремих елементів. Оцінка заснована на прояві симптомів дефіциту або надлишку певного елемента. Вона враховує такі симптоми (в порядку зростання ефекту): 1 - зниження апетиту; 2 - потреба в зміні дієти; 3 - значні зміни складу тканин; 4 - підвищена пошкоджуваність однієї або декількох біохімічних систем, що виявляється в спеціальних умовах; 5 - недієздатність цих систем в спеціальних умовах; 6 - субклінічні ознаки недієздатності; 7 - клінічні симптоми недієздатність і підвищена пошкоджуваність; 8 - загальмований зростання; 9 - відсутність репродуктивної функції. Крайньою формою прояву дефіциту або надлишку елемента в організмі є смертельний результат. Оцінка біоактивності елемента зроблена по дев'ятибальною шкалою в залежності від характеру симптому, для якого виявлена ​​специфічність.

При такій оцінці найбільш високим балом характеризуються життєво необхідні елементи. Наприклад, елементи водень, вуглець, азот, кисень, натрій, магній, фосфор, сірка, хлор, калій, кальцій, марганець, залізо та ін. Характеризуються сумою балів, що дорівнює 9.

ВИСНОВОК

Виявлення біологічної ролі окремих хімічних елементів у функціонуванні живих організмів (людини, тварин, рослин) - важлива і цікава задача. Мінеральні речовини, як і вітаміни, часто діють як коферменти при каталізі хімічних реакцій, що відбуваються весь час в організмі.

Зусилля фахівців спрямовані на розкриття механізмів прояву біоактивності окремих елементів на молекулярному рівні (див. Статті Н.А. Улахновіча "Комплекси металів в живих організмах": Соросівський Освітній Журнал. 1997. № 8. С. 27-32; Д.А. Леменовского "З'єднання металів у живій природі": Там же. № 9. С. 48-53). Немає сумніву, що в живих організмах іони металів знаходяться в основному у вигляді координаційних сполук з "біологічними" молекулами, які виконують роль лігандів. У статті через обмеженість обсягу наведений матеріал, що відноситься головним чином до організму людини. З'ясування ролі металів в життєдіяльності рослин, безсумнівно, виявиться корисним для сільського господарства. Роботи в цьому напрямку широко ведуться в лабораторіях різних країн.

Вельми цікавим є питання про принципи відбору природою хімічних елементів для функціонування живих організмів. Можна не сумніватися, що їх поширеність не є вирішальним фактором. Здоровий організм сам здатний регулювати зміст окремих елементів. При наявності вибору (їжі і води) тварини інстинктивно можуть вносити лепту в це регулювання. Можливості рослин в даному процесі обмежені. Свідоме регулювання людиною змісту мікроелементів в грунті сільськогосподарських угідь також одна з важливих завдань, що стоять перед дослідниками. Знання, отримані вченими в цьому напрямку, вже оформилися в нову галузь хімічної науки - біонеорганічної хімію. Тому доречно нагадати слова видатного вченого XIX століття А. Ампера: "Щасливі ті, хто розвиває науку в роки, коли вона не завершена, але коли в ній вже назріло рішучий поворот". Ці слова можуть бути особливо корисні тим, хто стоїть перед вибором професії.

1. Єршов Ю.А., Плетенева Т.В. Механізми токсичної дії неорганічних сполук. М .: Медицина, 1989.

2. Кукушкін Ю.М. З'єднання вищого порядку. Л .: Хімія, 1991.

3. Кукушкін Ю.М. Хімія навколо нас. М .: Вища. шк., 1992.

4. Лазарєв Н.В. Еволюція фармакології. Л .: Вид-во Воен.-мед. акад., 1947.

5. Неорганічна біохімія. М .: Світ, 1978. Т. 1, 2 / Под ред. Г. Ейхгорна.

6. Хімія довкілля/ Под ред. Дж.О. Бокріса. М .: Хімія, 1982.

7. Яцимірський К.Б. Введення в біонеорганічної хімію. Київ: Наук. думка, 1973.

8. Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester: John Wile and Sons, 1994. 401 p.

Юрій Миколайович Кукушкін, доктор хімічних наук, професор, зав. кафедрою неорганічної хімії Санкт-Петербурзького державного технологічного інституту, заслужений діяч науки РФ, лауреат премії ім. Л.А. Чугаева АН СРСР, академік РАПН. Область наукових інтересів - координаційна хімія і хімія платинових металів. Автор і співавтор понад 600 наукових статей, 14 монографій, підручників і науково-популярних книг, 49 винаходів.

1 Органічні і неорганічні речовини

I. Неорганічні сполуки.

1.Вода, її властивості і значення для біологічних процесів.

Вода - універсальний розчинник. Вона має високу теплоємність і одночасно високу для рідин теплопровідність. Ці властивості роблять воду ідеальної рідиною для підтримання теплового рівноваги організму.

Завдяки полярності своїх молекул вода виступає в ролі стабілізатора структури.

Вода - джерело кисню і водню, вона є основним середовищем де протікають біохімічні і хімічні реакції, найважливішим реагентом і продуктом біохімічних реакцій.

Для води характерна повна прозорість в видимій ділянці спектра, що має значення для процесу фотосинтезу, транспірації.

Вода мало стискається, що дуже важливо для надання форми органам, створення тургору і забезпечення певного становища органів і частин організму в просторі.

Завдяки воді можливо здійснення осмотичних реакцій в живих клітинах.

Вода - основний засіб пересування речовин в організмі (кровообіг, висхідний і спадний струми розчинів тілом рослин і т.д.).

2. Мінеральні речовини.

У складі живих організмів сучасними методами хімічного аналізу виявлено 80 елементів періодичної системи. За кількісним складом їх поділяють на три основні групи.

Макроелементи складають основну масу органічних і неорганічних сполук, концентрація їх коливається від 60% до 0.001% маси тіла (кисень, водень, вуглець, азот, сірка, магній, калій, натрій, залізо та ін.).

Мікроелементи - переважно іони важких металів. Містяться в організмах в кількості 0,001% - 0.000001% (марганець, бор, мідь, молібден, цинк, йод, бром).

Концентрація ультрамікроелементов не перевищує 0.000001%. Фізіологічна роль їх в організмах повністю ще не з'ясована. До цієї групи належать уран, радій, золото, ртуть, цезій, селен і багато інших рідкісних елементів.

Основну масу тканин живих організмів, що населяють Землю складають біогенні елементи: кисень, вуглець, водень і азот, з яких переважно побудовані органічні сполуки - білки, жири, вуглеводи.

II. Роль і функція окремих елементів.

Азот у автотрофних рослин є вихідним продуктом азотного і білкового обміну. Атоми азоту входять до складу багатьох інших небілкових, проте найважливіших сполук: пігментів (хлорофіл, гемоглобін), нуклеїнових кислот, вітамінів.

Фосфор входить до складу багатьох життєво важливих з'єднань. Фосфор входить до складу АМФ, АДФ, АТФ, нуклеотидів, фосфосфорілірованних сахаридов, деяких ферментів. Багато організми містять фосфор в мінеральної формі (розчинні фосфати клітинного соку, фосфати кісткової тканини).

Після відмирання організмів фосфорні сполуки минерализуются. Завдяки кореневим виділенням, діяльності ґрунтових бактерій здійснюється розчинення фосфатів, що уможливлює засвоєння фосфору рослинними, а потім і тваринами організмами.

Сірка бере участь у побудові серусодержащих амінокислот (цистину, цистеїну), входить до складу вітаміну B1 і деяких ферментів. Особливо велике значення має сірка і її сполуки для хемосинтезирующих бактерій. Сполуки сірки утворюються в печінці як продукти знезараження отруйних речовин.

Калій міститься в клітинах тільки у вигляді іонів. Завдяки калію цитоплазма має певні колоїдні властивості; калій активує ферменти білкового синтезу обумовлює нормальний ритм серцевої діяльності, бере участь в генерації біоелектричних потенціалів, в процесах фотосинтезу.

Натрій (міститься в іонної формі) становить значну частину мінеральних речовин крові і завдяки цьому відіграє важливу роль в регуляції водного обміну організму. Іони натрію сприяють поляризації клітинної мембрани; нормальний ритм серцевої діяльності залежить від наявності в живильному середовищі в необхідній кількості солей натрію, калію, а також кальцію.

Кальцій в іонному стані є антагоністом калію. Він входить до складу мембранних структур, у вигляді солей пектинових речовин склеює рослинні клітини. В рослинних клітинахчасто міститься у вигляді простих, ігловідних або зрощених кристалів оксалату кальцію.

Магній міститься в клітинах в певному співвідношенні з кальцієм. Він входить до складу молекули хлорофілу, активує енергетичний обмін і синтез ДНК.

Залізо є складовою частиною молекули гемоглобіну. Воно бере участь в біосинтезі хлорофілу, тому при нестачі заліза в грунті у рослин розвивається хлороз. Основна роль заліза - участь в процесах дихання, фотосинтезу шляхом перенесення електронів в складі окисних ферментів - каталази, ферредоксина. Певний запас заліза в організмі тварин і людини зберігається в желесодержащем білку ферритине, що міститься в печінці, селезінці.

Мідь зустрічається в організмах тварин і рослин, де вона грає важливу роль. Мідь входить до складу деяких ферментів (оксидаз). Встановлено значення міді для процесів кровотворення, синтезу гемоглобіну і цитохромів.

Щодоби в організм людини з їжею надходить 2 мг міді. У рослин мідь входить до складу багатьох ферментів, які беруть участь в темнових реакціях фотосинтезу та інших біосинтезу. У хворих недоліком міді тварин спостерігається анемія, втрата апетиту, захворювання серця.

Марганець - мікроелемент, при недостатній кількості якого у рослин виникає хлороз. Велика роль належить марганцеві та в процесах відновлення нітратів в рослинах.

Цинк входить до складу деяких ферментів, які активізують розщеплення вугільної кислоти.

Бор впливає на ростові процеси, Особливо рослинних організмів. При відсутності в грунті цього мікроелемента у рослин відмирають проводять тканини, квітки і зав'язь.

Останнім часом мікроелементи досить широко застосовуються в рослинництві (передпосівна обробка насіння), в тваринництві (мікроелементні добавки до корму).

Інші неорганічні компоненти клітини найчастіше перебувають у вигляді солей, дисоційованому в розчині на іони, або в нерозчинених стані (солі фосфору кісткової тканини, вапняні або кремнієві панцири губок, коралів, діатомових водоростей і ін.).

III. Органічні сполуки.

Вуглеводи (цукри). Молекули цих речовин побудовані всього з трьох елементів - вуглецю, кисню і водню. Вуглеці є основним джерелом енергії для живих організмів. Крім того, вони забезпечують організми сполуками, які використовуються в подальшому для синтезу інших з'єднань.

Найбільш відомими і поширеними вуглеводами є розчинені у воді моно- і дисахариди. Вони кристалізуються, солодкі на смак.

Моносахариди (монози) - з'єднання, які не можуть гидролизоваться. Сахариди можуть полимеризоваться, утворюючи більш високомолекулярні сполуки - ді-, три-, і полісахариди.

Олігосахариди. Молекули цих сполук побудовані з 2 - 4 молекул моносахаридів. Ці сполуки також можуть кристалізуватися, легко розчиняються у воді, солодкі на смак і мають постійну молекулярну масу. Прикладом олигосахаридов можуть бути дисахариди сахароза, мальтоза, лактоза, тетрасахарід стахиоза і ін.

Полісахариди (поліози) - нерозчинні компоненти (утворюють колоїдний розчин), що не мають солодкого смаку, Як і попередня група вуглеводів здатні гідролізувати (Арабаев, Ксилан, крохмаль, глікоген). Основна функція цих сполук - зв'язування, склеювання клітин сполучної тканини, захист клітин від несприятливих факторів.

Ліпіди - група з'єднань, які містяться у всіх живих клітинах, вони нерозчинні у воді. Структурними одиницями молекул ліпідів можуть бути або прості вуглеводневі ланцюги, або залишки складних циклічних молекул.

Залежно від хімічної природи ліпіди поділяють на жири і липоиди.

Жири (тригліцериди, нейтральні жири) є основною групою ліпідів. Вони являють собою складні ефіри трьохатомної спирту гліцерину і жирних кислот або суміш вільних жирних кислот і тригліцеридів.

Зустрічаються в живих клітинах і вільні жирні кислоти: пальмітинова, стеаринова, рицинової.

Ліпоїдами - жироподібні речовини. Мають велике значення, так як завдяки своїй будові утворюють чітко орієнтовані молекулярні шари, а упорядочённое розташування гідрофільних і гідрофобних кінців молекул має першочергове значення для формування мембранних структур з виборчої проникністю.

Ферменти. Це біологічні каталізатори білкової природи, здатні прискорювати біохімічні реакції. Ферменти не руйнуються в процесі біохімічних перетворень, тому порівняно невелика їх кількості каталізують реакції великої кількості речовини. Характерною відмінністю ферментів від хімічних каталізаторів є їх здатність прискорювати реакції при звичайних умовах.

За хімічною природою ферменти діляться на дві групи - однокомпонентні (що складаються тільки з білка, їх активність обумовлена ​​активним центром - специфічної групи амінокислот в білкової молекулі (пепсин, трипсин)) і двокомпонентні (що складаються з білка (апофермента - носія білка) і білкового компонента ( коферментом), причому хімічна природа коферментів буває різною, так як вони можуть складатися з органічних (багато вітамінів, НАД, НАДФ) або неорганічних (атоми металів: заліза, магнію, цинку)).

Функція ферментів полягає в зниженні енергії активації, тобто в зниженні рівня енергії, необхідної для додання реакційної здатності молекулі.

Сучасна класифікація ферментів грунтується на типах каталізуються ними хімічних реакцій. Ферменти гідролази прискорюють реакцію розщеплення складних сполук на мономери (амілаза (гідролізує крохмаль), целлюлаза (розкладає целюлозу до моносахаридів), протеаза (гідролізує білки до амінокислот)).

Ферменти оксидоредуктаз каталізують окислювально-відновні реакції.

Трансферази переносять альдегідні, кетони і азотисті групи від однієї молекули до іншої.

Ліази отщепляют окремі радикали з утворенням подвійних зв'язків або каталізують приєднання груп до подвійних зв'язків.

Ізомерази здійснюють ізомеризації.

Лігази каталізують реакції з'єднання двох молекул, використовуючи енергію АТФ або іншого тріофасфата.

Пігменти - високомолекулярні природні забарвлені сполуки. З кількох сотень сполук цього типу найважливішими є металлопорфіріновие і флавіновие пігменти.

Металлопорфирин, до складу якого входить атом магнію, утворює підставу молекули зелених рослинних пігментів - хлорофілів. Якщо на місці магнію стоїть атом заліза, то такий металлопорфирин називають гемом.

До складу гемоглобіну еритроцитів крові людини, всіх інших хребетних і деяких безхребетних входить окисне залізо, яке і надає крові червоний колір. Гемерітрін надає крові рожевий колір (деякі многощетінковиє черви). Хлорокруорін забарвлює кров, тканинну рідину в зелений колір.

Найбільш поширеними дихальними пігментами крові є гемоглобін і гемоціан (дихальний пігмент вищих ракоподібних, павукоподібних, деяких молюсків спрутів).

До хромопротеидам відносяться також цитохроми, каталаза, пероксидаза, міоглобін (міститься в м'язах і створює запас кисню, що дозволяє морським ссавцям тривалий час перебувати під водою).

2021 adsby.ru - Загальноосвітній сайт