А. Биологично важни химични елементи. Неорганични съединения

В природата има 81 стабилни химически елемента. Съставът на живата материя включва 15 елемента, още 8-10 елемента се срещат само в определени организми. Диаграмата показва част Периодична таблица на елементите, който съдържа всички биологично важни химични елементи, като се имат предвид техните физични и химични характеристики, както и съдържанието им в живата материя и човешкото тяло. Закономерностите в структурата на атомите, които са в основата на периодичната система, са подробно разгледани в учебниците по химия.

Живите организми са почти 99% съставени от четири химични елемента: водород (Н), кислород (О), въглерод (С) и азот (N). Водородът и кислородът са съставните елементи на водата, които представляват 60-70% от клетъчната маса (виж). Наред с въглерода и азота, тези два елемента са и основните съставки органични съединенияучаства в повечето жизнени процеси. Много биомолекули също съдържат атоми на сяра (S) и фосфор (Р). Изброените макроелементиса част от всички живи организми.

Химични елементи, принадлежащи към втората биологично важна група и общо съставляващи около 0,5% от теглото на човек, присъстват, с малки изключения, под формата йони... Тази група включва алкални металинатрий (Na) и калий (К), алкалоземни металимагнезий (Mg) и калций (Ca). Халогенният хлор (Cl) също винаги присъства в клетките под формата на анион. Други жизненоважни (основни) химични елементи присъстват в толкова малки количества, че се наричат микроелементи... Тази група включва преходните метали желязо (Fe), цинк (Zn), мед (Cu), кобалт (Co) и манган (Mn). Жизненоважните микроелементи включват също някои неметали като йод (I) и селен (Se).

Статии от раздела "Периодична таблица на елементите на Д. И. Менделеев":

А. Биологично важни химични елементи

2012-2017. Визуална биохимия. Молекулярна биология. Структура и метаболизъм на въглехидратите.

Справочникът във визуална форма - под формата на цветови схеми - описва всички биохимични процеси. Разглеждат се биохимично важните химични съединения, тяхната структура и свойства, основните процеси с тяхното участие, както и механизмите и биохимията на най -важните процеси в живата природа. За студенти и преподаватели от химически, биологични и медицински университети, биохимици, биолози, лекари, както и всички, които се интересуват от жизнените процеси.

Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формата по -долу

Студенти, аспиранти, млади учени, които използват базата знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

Биологичната роля на химичните елементи в живите организми

1. Макро и микроелементи в околната среда и човешкото тяло

Биологичната роля на химичните елементи в човешкото тяло е изключително разнообразна.

Основната функция на макроелементите е изграждането на тъкани, поддържането на постоянно осмотично налягане, йонния и киселинно-алкалния състав.

Микроелементите, които са част от ензими, хормони, витамини, биологично активни вещества като комплексообразуващи агенти или активатори, участват в метаболизма, репродуктивните процеси, тъканното дишане и неутрализирането на токсични вещества. Микроелементите влияят активно върху процесите на хематопоеза, окислително-редукционната, съдовата и тъканната пропускливост. Макро и микроелементи - калций, фосфор, флуор, йод, алуминий, силиций - определят образуването на костни и зъбни тъкани.

Има доказателства, че съдържанието на някои елементи в човешкото тяло се променя с възрастта. По този начин съдържанието на кадмий в бъбреците и молибден в черния дроб се увеличава с напреднала възраст. Максималното съдържание на цинк се наблюдава по време на пубертета, след това намалява и достига минимум в напреднала възраст. Съдържанието на други микроелементи, като ванадий и хром, също намалява с възрастта.

Идентифицирани са много заболявания, свързани с дефицит или прекомерно натрупване на различни микроелементи. Дефицитът на флуориди причинява зъбен кариес, йоден дефицит - ендемична гуша, излишен молибден - ендемична подагра. Закономерностите от този вид са свързани с факта, че човешкото тяло поддържа баланс на оптимални концентрации на биогенни елементи - химическа хомеостаза. Нарушаването на този баланс поради липса или излишък на елемент може да доведе до различни заболявания.

В допълнение към шестте основни макроелемента - органогени - въглерод, водород, азот, кислород, сяра и фосфор, от които са съставени въглехидрати, мазнини, протеини и нуклеинови киселини, "неорганични" макронутриенти - калций, хлор, магнезий, калий, натрий - и микроелементи - мед, флуор, йод, желязо, молибден, цинк, а също, вероятно (доказано за животни), селен, арсен, хром, никел, силиций, калай, ванадий.

Недостигът в храната на елементи като желязо, мед, флуор, цинк, йод, калций, фосфор, магнезий и някои други води до сериозни последици за човешкото здраве.

Трябва обаче да се помни, че не само дефицитът, но и излишъкът от биогенни елементи е вреден за организма, тъй като това нарушава химическата хомеостаза. Например, когато излишъкът от манган се доставя с храната, нивото на мед в плазмата се увеличава (синергизъм на Mn и Cu), докато в бъбреците намалява (антагонизъм). Увеличаването на съдържанието на молибден в храната води до увеличаване на количеството мед в черния дроб. Излишъкът от цинк в храната причинява инхибиране на активността на съдържащите желязо ензими (антагонизъм на Zn и Fe).

Минералните компоненти, които са жизненоважни в незначителни количества, стават токсични при по -високи концентрации.

Редица елементи (сребро, живак, олово, кадмий и др.) Се считат за токсични, тъй като попадането им в организма вече в незначителни количества води до тежки патологични явления. Химическият механизъм на токсичните ефекти на някои микроелементи ще бъде разгледан по -долу.

Биогенните елементи се използват широко в селското стопанство. Добавянето на малки количества микроелементи към почвата - бор, мед, манган, цинк, кобалт, молибден - драстично увеличава добива на много култури. Оказва се, че микроелементите, увеличавайки активността на ензимите в растенията, насърчават синтеза на протеини, витамини, нуклеинови киселини, захари и нишесте. Някои от химичните елементи имат положителен ефект върху фотосинтезата, ускоряват растежа и развитието на растенията и узряването на семената. Към фуражите за животни се добавят микроелементи, за да се увеличи производителността им.

Различни елементи и техните съединения се използват широко като лекарства.

По този начин изследването на биологичната роля на химичните елементи, изясняването на връзката между обмена на тези елементи и други биологично активни вещества - ензими, хормони, витамини допринася за създаването на нови лекарства и разработването на оптимални режими на дозиране за двете лечебни и профилактични цели.

Основата за изучаване на свойствата на елементите и по -специално тяхната биологична роля е периодичният закон на D.I. Менделеев. Физико -химичните свойства и съответно тяхната физиологична и патологична роля се определят от положението на тези елементи в периодичната система на D.I. Менделеев.

Като правило, с увеличаване на заряда на атомното ядро, токсичността на елементите от тази група се увеличава и тяхното съдържание в тялото намалява. Намаляването на съдържанието очевидно се дължи на факта, че много елементи от дълги периоди са слабо усвоени от живите организми поради големите атомни и йонни радиуси, високия ядрен заряд, сложността на електронните конфигурации и ниската разтворимост на съединенията. Тялото съдържа значителни количества леки елементи.

Макроелементите включват s-елементи от първия (водород), трети (натрий, магнезий) и четвърти (калий, калций) периоди, както и р-елементи от втория (въглерод, азот, кислород) и трети (фосфор, сяра, хлор) периоди. Всички те са жизненоважни. Повечето от останалите s- и p-елементи от първите три периода (Li, B, Al, F) са физиологично активни, s- и p-елементи от големи периоди (n> 4) рядко действат като незаменими. Изключение правят s -елементите - калий, калций, йод. Физиологично активните включват някои s- и р-елементи от четвъртия и петия период- стронций, арсен, селен, бром.

Сред d-елементите елементите от четвъртия период са жизненоважни: манган, желязо, цинк, мед, кобалт. Наскоро беше установено, че физиологичната роля на някои други d-елементи от този период също е несъмнена: титан, хром, ванадий.

d-Елементи от петия и шестия период, с изключение на молибден, не показват изразена положителна физиологична активност. Молибденът, от друга страна, е част от редица редокс ензими (например ксантинов оксид, алдехид оксидаза) и играе важна роля в хода на биохимичните процеси.

Някои f-елементи (лантаниди и актиниди) се намират в следи в човешкото тяло; наличието на много от тях все още не е установено. Като правило те са силно токсични, образуват стабилни съединения с комплексони, полифосфати, хидрокси киселини и други полидентатни лиганди. Следователно тяхното поглъщане може да промени хода на много биохимични реакции. Приликата и разликата в биологичното действие е свързана с електронната структура на атомите и йоните. Близки стойности на атомни и йонни радиуси, йонизационни енергии, координационни числа, тенденция за образуване на връзки със същите елементи в молекулите на биолиганда определя ефектите от заместването на елементи в биологичните системи. Такова заместване на йони може да настъпи както с увеличаване (синергизъм), така и с потискане на активността (антагонизъм) на замествания елемент.

2. Общи аспекти на токсичността на тежките метали за живите организми

Цялостно проучване на проблемите, свързани с оценката на състоянието на природната среда, показва, че е много трудно да се направи ясна граница между природните и антропогенните фактори на промените в екологичните системи. Последните десетилетия ни убедиха в това. че човешкото въздействие върху природата му причинява не само преки, лесно идентифицируеми щети, но и причинява редица нови, често скрити процеси, които трансформират или унищожават околната среда. Естествените и антропогенните процеси в биосферата са в сложна връзка и взаимозависимост. Така че, ходът на химичните трансформации, водещи до образуването на токсични вещества, се влияе от климата, състоянието на почвената покривка, водата, въздуха, нивото на радиоактивност и т.н. При преобладаващите условия при изучаването на процеси химическо замърсяванеекосистеми възниква проблемът с намирането на естествени, главно поради природни фактори, нива на съдържание на определени химични елементи или съединения. Решаването на този проблем е възможно само въз основа на дългосрочни системни наблюдения на състоянието на компонентите на биосферата, съдържанието на различни вещества в тях, тоест въз основа на мониторинга на околната среда.

Замърсяването на околната среда с тежки метали е пряко свързано с екологичния и аналитичен мониторинг на супертоксикантите, тъй като много от тях показват висока токсичност вече в следи и могат да се концентрират в живите организми.

Основните източници на замърсяване на околната среда с тежки метали могат да бъдат разделени на естествени (естествени) и изкуствени (антропогенни). Естествените източници включват вулканични изригвания, прахови бури, горски и степни пожари, морски соли, вдигнати от вятъра, растителност и др. Природните източници на замърсяване са систематично равномерни или краткотрайни спонтанни и като правило имат малък ефект върху общото ниво на замърсяване. Основните и най -опасни източници на замърсяване на природата с тежки метали са антропогенни.

В процеса на изучаване на химията на металите и техните биохимични цикли в биосферата се разкрива двойна роля, която те играят във физиологията: от една страна, повечето метали са необходими за нормалното протичане на живота; от друга страна, при високи концентрации те показват висока токсичност, тоест имат вредно въздействие върху състоянието и активността на живите организми. Границата между необходимите и токсични концентрации на елементи е доста неясна, което усложнява надеждната оценка на тяхното въздействие върху околната среда. Количеството, при което някои метали стават наистина опасни, зависи не само от степента на тяхното замърсяване на екосистемите, но и от химичните характеристики на техния биохимичен цикъл. Таблица 1 показва поредицата моларна токсичност на металите за различни видовеживи организми.

Таблица 1. Представителна последователност на моларна токсичност на металите

За всеки тип организъм редът на металите в редовете на таблицата отляво надясно отразява увеличаването на моларното количество метал, необходимо за проявата на токсичния ефект. Най -малката моларна стойност се отнася до най -токсичния метал.

В.В. Ковалски, въз основа на тяхното значение за живота, разделя химическите елементи на три групи:

Жизненоважни (незаменими) елементи, които постоянно се съдържат в организма (са част от ензими, хормони и витамини): H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu , Co, Fe, Mo, V. Дефицитът им води до нарушаване на нормалния живот на хората и животните.

Таблица 2. Характеристики на някои металоензими - биоорганични комплекси

Металоензим	Централен атом	Лиганд среда	Обект на концентрация	Ензимно действие
Въглеродна анхидраза		Остатъци от аминокиселини	Еритроцити	Катализира обратимата хидратация на въглероден диоксид: CO 2 + H 2 O -H 2 CO 3 -H + + HCO 3
Карбоскепептидаза		Остатъци от аминокиселини	Панкреас, черен дроб, черва	Катализира разграждането на протеини, участва в хидролизата на пептидната връзка: R 1 CO-NH-R 2 + H 2 O-R 1 -COOH + R 2 NH 2
Каталаза		Аминокиселинни остатъци, хистидин, тирозин		Катализира реакцията на разлагане на водороден пероксид: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2
Пероксидаза			Плат, кръв	Окисляване на субстрати (RH 2) водороден пероксид: RH2 + H2O2 = R + 2H2O
Окси редуктаза		Остатъци от аминокиселини	Сърце, черен дроб, бъбреци	Катализира окисляването с молекулен кислород: 2H 2 R + O 2 = 2R + 2H 2 O
Пируват карбоксилаза		Тъканни протеини	Черен дроб, щитовидна жлеза	Засилва действието на хормоните. Катализира процеса на карбоксилиране с пировиновата киселина
Алдехид оксидаза		Тъканни протеини		Участва в окисляването на алдехиди
Рибонуклеотидна редуктаза		Тъканни протеини		Участва в биосинтеза на рибонуклеинови киселини

примесни елементи, постоянно съдържащи се в тялото: Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, An, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологичната им роля е малко разбрана или неизвестна.

примесни елементи, открити в тялото Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb и др. Данните за количеството и биологичната роля не са изяснени.

Таблицата показва характеристиките на редица металоензими, които включват такива жизненоважни метали като Zn, Fe, Cu, Mn, Mo.

В зависимост от поведението в живите системи металите могат да бъдат разделени на 5 вида:

Необходими елементи, при липса на които възникват функционални нарушения в организма;

Стимуланти (както необходимите, така и ненужните за организма метали могат да действат като стимуланти);

инертни елементи, които са безвредни при определени концентрации, които нямат никакъв ефект върху организма (например инертни метали, използвани като хирургически импланти):

терапевтични средства, използвани в медицината;

токсични елементи, при високи концентрации, водещи до необратими функционални нарушения, смърт на тялото.

В зависимост от концентрацията и времето на контакт, металът може да действа в един от посочените видове.

Фигура 1 показва диаграма на зависимостта на състоянието на тялото от концентрацията на метални йони. Плътната крива в диаграмата описва незабавния положителен отговор, оптималното ниво и прехода на положителен ефект към отрицателен, след като концентрацията на необходимия елемент премине максимума. При високи концентрации необходимия метал става токсичен.

Пунктираната крива показва биологичния отговор на метал, токсичен за тялото, който няма ефект на необходим или стимулиращ елемент. Тази крива идва с известно забавяне, което показва способността на живия организъм да "не реагира" на малки количества токсично вещество (прагова концентрация).

От диаграмата следва, че необходимите елементи стават токсични в излишни количества. Тялото на животните и хората поддържа концентрацията на елементи в оптимален диапазон чрез комплекс от физиологични процеси, наречени хомеостаза. Концентрацията на всички необходими метали, без изключение, е под строгия контрол на хомеостазата.

Фиг.1 Биологичен отговор в зависимост от концентрацията на метала. (Относителното положение на двете криви спрямо скалата на концентрацията е условно)

отравяне с йони с метална токсичност

Особен интерес представлява съдържанието на химични елементи в човешкото тяло. Човешките органи по различни начини концентрират различни химични елементи, тоест макро- и микроелементите са неравномерно разпределени между различните органи и тъкани. Повечето от микроелементите (съдържанието в организма е в границите 10 -3 -10 -5%) се натрупват в черния дроб, костите и мускулните тъкани. Тези тъкани са основното депо за много метали.

Елементите могат да проявяват специфичен афинитет към определени органи и се съдържат в тях във високи концентрации. Известно е, че цинкът е концентриран в панкреаса, йодът в щитовидната жлеза, ванадий, заедно с алуминий и арсен, се натрупва в косата и ноктите, кадмий, живак, молибден - в бъбреците, калай в чревните тъкани, стронций - в простатната жлеза, костната тъкан, манган в хипофизата и др. В тялото микроелементите могат да бъдат както в свързано състояние, така и под формата на свободни йонни форми. Установено е, че алуминият, медта и титанът в мозъчните тъкани са под формата на комплекси с протеини, докато манганът е в йонна форма.

В отговор на приема на прекомерни концентрации на елементи в организма, живият организъм е в състояние да ограничи или дори да премахне токсичния ефект, произтичащ от това поради наличието на определени механизми за детоксикация. Специфичните механизми на детоксикация по отношение на металните йони в момента не са добре разбрани. Много метали в тялото могат да се превърнат в по -малко вредни форми по следните начини:

образуването на неразтворими комплекси в чревния тракт;

транспортиране на метал с кръв до други тъкани, където той може да бъде обездвижен (като например Pb +2 в костите);

Трансформация от черния дроб и бъбреците в по -малко токсична форма.

По този начин, в отговор на действието на токсични йони на олово, живак, кадмий и др., Човешкият черен дроб и бъбреците увеличават синтеза на металотионини - протеини с ниско молекулно тегло, в които около 1/3 от аминокиселинните остатъци е цистеин . Високото съдържание и специфичното подреждане на сулфхидрилни SH-групи осигуряват възможност за силно свързване на метални йони.

Механизмите на метална токсичност като цяло са добре известни, но е много трудно да се намерят за всеки конкретен метал. Един от тези механизми е концентрацията между необходими и токсични метали за притежаване на места за свързване в протеини, тъй като металните йони стабилизират и активират много протеини, като са част от много ензимни системи. В допълнение, много протеинови макромолекули имат свободни сулфхидрилни групи, способни да взаимодействат с токсични метални йони като кадмий, олово и живак, което води до токсични ефекти. Въпреки това, не е точно установено кои макромолекули увреждат живия организъм в този случай. Проявлението на токсичността на металните йони в различни органи и тъкани не винаги е свързано с нивото на тяхното натрупване - няма гаранция, че най -голямо увреждане се случва в тази част на тялото, където концентрацията на този метал е по -висока. Така оловни (II) йони, обездвижени в костите с повече от 90% от общото количество в организма, проявяват токсичност поради 10% разпределени в други тъкани на тялото. Обездвижването на оловни йони в костите може да се счита за процес на детоксикация.

Токсичността на метален йон обикновено не е свързана с неговата нужда от организма. За токсичността и необходимостта обаче има една обща характеристика: като правило съществува връзка между металните йони един от друг, точно както между металните и неметалните йони, в общия принос за тяхната ефективност. Например, токсичността на кадмий е по -изразена в система с дефицит на цинк, а токсичността на олово се влошава от дефицита на калций. По същия начин адсорбцията на желязо от растителна храна се потиска от комплексиращите лиганди, присъстващи в нея, а излишъкът от цинкови йони може да инхибира адсорбцията на мед и т.н.

Определянето на механизмите на токсичност на металните йони често се усложнява от наличието на различни начини за тяхното проникване в жив организъм. Металите могат да навлизат с храната, водата, да се абсорбират през кожата, да проникнат чрез вдишване и др. Поглъщането на прах е основният път на проникване при промишлено замърсяване. В резултат на вдишване повечето метали се отлагат в белите дробове и едва след това се разпространяват в други органи. Но най -често срещаният път за навлизане на токсични метали в тялото е чрез храната и водата.

Библиографски списък

1. Карапетянц М.Х., Дракин С.И. Обща и неорганична химия. - М.: Химия, 1993.- 590 стр.

2. Ахметов Н.С. Обща и неорганична химия. Учебник за университети. - М.: По -високо. шк., 2001.- 679 с.

3. Угай Я.А. Обща и неорганична химия. - М.: По -високо. шк., 1997. - 527 с.

4. Дроздов Д.А., Зломанов В.П., Мазо Г.Н., Спиридонов Ф.М. Неорганична химия. В 3 тома. Т. Химия на непреходни елементи. / Ред. Ю.Д. Третяков - М.: Изд. "Академия", 2004, 368s.

5. Тамм И.Е., Третяков Ю.Д. Неорганична химия: В 3 тома, том 1. Физико -химични основи на неорганичната химия. Учебник за студенти / Под ред. Ю.Д. Третяков. - М.: Ред. „Академия“, 2004, 240 -те години.

6. Коржуков Н.Г. Обща и неорганична химия. Учебник. Полза. / Под редакцията на В.И. Деляна-М.: Изд. МИСИС: INFRA-M, 2004, 512s.

7. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Обща химия. Биофизична химия. Химия на биогенни елементи. Учебник за университети. / Ред. Ю.А. Ершова. 3-то изд.,- М.: Integral-Pres, 2007.- 728 стр.

8. Глинка Н.Л. Обща химия. Урокза университети. Ed. 30 -то преработено / Под ред. A.I. Ермакова. - М.: Интеграл -Прес, 2007, - 728 с.

9. Черных, М.М. Овчаренко. Тежки метали и радионуклиди при биогеоциноза. - М.: Агроконсулт, 2004.

10. Н.В. Гусаков. Химия на околната среда. -Ростов на Дон, Феникс, 2004.

11. Балецкая Л.Г. Неорганична химия. -Ростов на Дон, Феникс, 2005.

12. M. Henze, P. Armoes, J. Lyakuriansen, E. Arvan. Пречистване на отпадъчни води. - М.: Мир, 2006.

13. Коровин Н.В. Обща химия. - М.: По -високо. шк., 1998.- 558 стр.

14. Петрова В.В. и други Преглед на свойствата на химичните елементи и техните съединения. Учебник за курс "Химия в микроелектрониката". - Москва: Издателство МИЕТ, 1993.- 108 с.

15. Харин А.Н., Катаева Н.А., Харина Л.Т. Курс по химия. - М.: По -високо. шк., 1983.- 511 стр.

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Общи аспекти на токсичността на тежките метали за живите организми. Биологична и екологична роля на р-елементите и техните съединения. Използването на техните съединения в медицината. Токсикология на азотни оксиди, нитрити и нитрати. Екологичната роля на азотните съединения.

курсова работа, добавена на 09.06.2015 г.

Презентация по химия. Живите системи са химически елементи, открити в тях. Тесен контакт на живи системи, както и на човек, с заобикаляща среда... Съставът на човешкото тяло. Нарушения на минералния метаболизъм в човешкото тяло. Патологични състояния.

презентация, добавена на 24.12.2008 г.

Съставът на вътрешната среда на човешкото тяло. Биоактивност на отделни елементи. Ефектът на среброто и неговите соли върху тялото. Лечение на отравяне с живак. Разкриване на биологичната роля на отделните химични елементи във функционирането на живите организми.

тест, добавен на 12.02.2015 г.

Химични свойства на металите, тяхното присъствие в човешкото тяло. Роля в тялото на макроелементи (калий, натрий, калций, магнезий) и микроелементи. Съдържанието на макро- и микроелементи в храната. Последиците от дисбаланс на определени елементи.

презентацията е добавена на 13.03.2013 г.

Класификация на химичните елементи, тяхната трансформация в природата, циркулацията и ролята в биосферата. Атмосферни съединения на азот, кислород, фосфор, въглерод: тяхното значение за живите организми; метали в природата. Токсични елементи и проблеми на човешката екология.

резюме, добавено на 12.02.2010 г.

резюме, добавено на 10.11.2011 г.

Химични свойства на мангана и неговите съединения. Промишлено производство на манган. Историята на откриването на хром, Главна информация... Норми на потребление на манган и хром, тяхната биологична роля. Ефектът от липсата или изобилието на микроелементи върху човешкото тяло.

резюме, добавено на 20.01.2015 г.

Характеристики и специфика на аналитичните и качествени химични реакции към катиони и аниони, особености на тяхното откриване и наличието на групов реагент. Методи за откриване на бромиден йон, броматен йон, арсенит йон, нитратен йон, цитратен йон, бензоат йон

дипломна работа, добавена на 21.10.2010 г.

Основните класове неорганични съединения. Преобладаването на химични елементи. Общи закони на химията на s-елементи от групи I, II и III на периодичната система D.I. Менделеев: физични, химични свойства, методи на производство, биологична роля.

урок, добавен на 02.03.2011 г.

Историята на откриването на йод от френския химик-технолог Б. Куртуа. Описание на физичните и химичните свойства на йода, неговата биологична роля в организма. Болести с излишък или липса на йод. Методи за количествено определяне и качествен анализ на йод.

Макроелементи. Микроелементи. Ултрамикроелементи Количество на елемента% Количество на елемента% Кислород 65 - 75 Калций 0,04 - 2 Въглерод15 - 18 Магнезий 0,02 - 0,03 Водород 8 - 10 Натрий 0,02 - 0,03 Азот 1,5 - 3 Желязо 0,01 - 0,015 Фосфор 0,2 - 1 Цинк 0,0003 Калий0, 15 - 0,4 Мед 0,0002 Сяра 0,15 - 0,2 Йод 0,0001 Хлор 0,05 - 0,1 Флуор 0,0001

Буферирането е способността на клетката да поддържа слабо алкална реакция на средата на съдържанието си на постоянно ниво. способността на клетката да поддържа леко алкална реакция на средата на съдържанието си на постоянно ниво. Ролята на буфера в клетката се играе от йони НРО 4 2- и Н 2 РО 4 -, в извънклетъчната течност и в кръвта - йони НСО 3 -

Функции на водата Осигурява тургор (еластичност) на клетката. Осигурява тургор (еластичност) на клетката. Участва в терморегулацията (предпазва клетката от резки промени в температурата, от прегряване и хипотермия). Участва в терморегулацията (предпазва клетката от резки промени в температурата, от прегряване и хипотермия). Разпределя топлината равномерно в клетката. Разпределя топлината равномерно в клетката. Насърчава движението на вещества в клетката. Насърчава движението на вещества в клетката. Участва в химичните реакции в клетката. Участва в химичните реакции в клетката. Играе ролята на разтворител. Играе ролята на разтворител.

По отношение на водата веществата са: Хидрофилни (на гръцки „hydr“ и „filio“ - любяща вода) - вещества, които са разтворими във вода (някои соли, аминокиселини, някои протеини, захар и др.). Хидрофобни (на гръцки „hydr“ и „phobos“ - страх от вода) - вещества, които не са разтворими във вода (мазнини, много протеини).

Задачи 1. Каква характеристика на структурата на водната молекула я прави добър разтворител? 1) добра топлопроводимост; 1) добра топлопроводимост; 2) малък размер; 2) малък размер; 3) йонна връзка; 3) йонна връзка; 4) полярността на молекулите. 4) полярността на молекулите.

Задачи 2. Водата играе важна роля в живота на клетката, тъй като: 1) участва в много химични реакции; 1) участва в много химични реакции; 2) осигурява неутрална реакция на околната среда; 2) осигурява неутрална реакция на околната среда; 3) ускорява химичните реакции; 3) ускорява химичните реакции; 4) е източник на енергия. 4) е източник на енергия.

Задачи 5. Какви характеристики на структурата и свойствата на молекулите на водата определят голямата й роля в клетката? 5. Какви характеристики на структурата и свойствата на водните молекули определят голямата й роля в клетката? 1) способността да се образуват водородни връзки; 1) способността да се образуват водородни връзки; 2) наличието на богати на енергия връзки; 2) наличието на богати на енергия връзки; 3) полярността на молекулите; 3) полярността на молекулите; 4) способността да се образуват йонни връзки; 4) способността да се образуват йонни връзки; 5) способността да се образуват пептидни връзки; 5) способността да се образуват пептидни връзки; 6) способността да взаимодейства с йони. 6) способността да взаимодейства с йони.

Биология- науката за живота. Най -важната задача на биологията е изследването на разнообразието, структурата, живота, индивидуалното развитие и еволюцията на живите организми, връзката им с околната среда.

Живи организмиимат редица характеристики, които ги отличават от неживата природа. Отделно всяка от разликите е по -скоро произволна, така че те трябва да се разглеждат като комплекс.

Признаци, които отличават живата материя от неживата:

способността да се възпроизвежда и предава наследствена информация на следващото поколение;
метаболизъм и енергия;
възбудимост;
адаптация към специфични условия на живот;
строителен материал - биополимери (най -важните от тях са протеините и нуклеиновите киселини);
специализация от молекули към органи и висока степен на тяхната организация;
височина;
стареене;
смърт.

Организационни нива на живата материя:

молекулярни,
клетъчен,
тъкан,
орган,
органичен,
специфични за населението,
биогеоценотичен,
биосфера.

Разнообразие в живота

Безядрените клетки бяха първите, които се появиха на нашата планета. Повечето учени приемат, че ядрените организми са се появили в резултат на симбиозата на древни архебактерии със синьо-зелени водорасли и окисляващи бактерии (теорията за симбиогенезата).

Цитология

Цитология- наука за клетка... Изучава структурата и функцията на клетките в едноклетъчните и многоклетъчните организми. Клетката е елементарна единица от структурата, функционирането, растежа и развитието на всички живи същества. Следователно, характерните за цитологията процеси и модели стоят в основата на процесите, изучавани от много други науки (анатомия, генетика, ембриология, биохимия и др.).

Клетъчни химични елементи

Химически елемент- определен вид атоми със същия положителен ядрен заряд. Около 80 химични елемента се намират в клетките. Те могат да бъдат разделени на четири групи:
Група 1 - въглерод, водород, кислород, азот (98% от съдържанието на клетките),
Група 2 - калий, натрий, калций, магнезий, сяра, фосфор, хлор, желязо (1,9%),
Група 3 - цинк, мед, флуор, йод, кобалт, молибден и др. (По -малко от 0,01%),
Група 4 - злато, уран, радий и др. (По -малко от 0,00001%).

Елементите на първата и втората групи в повечето учебници се наричат макроелементи, елементи от третата група - микроелементи, елементи от четвъртата група - ултрамикроелементи... За макро- и микроелементите са изяснени процесите и функциите, в които те участват. За по -голямата част от ултрамикроелементите не е установена биологична роля.

Химически елемент	Вещества, в които се съдържа химическият елемент	Процеси, в които участва химичен елемент
Въглерод, водород, кислород, азот	Протеини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати и други органични вещества	Синтез на органични вещества и целия комплекс от функции, изпълнявани от тези органични вещества
Калий, натрий	Na + и K +	Осигуряване на функцията на мембраните, по -специално поддържане на електрическия потенциал на клетъчната мембрана, работата на помпата Na + / Ka +, провеждане на нервни импулси, анионни, катионни и осмотични баланси
Калций	Са +2	Участие в процеса на съсирване на кръвта
	Калциев фосфат, калциев карбонат	Костна тъкан, зъбен емайл, черупки от мекотели
	Калциев пектат	Образуване на средната ламина и клетъчната стена в растенията
Магнезий	Хлорофил	Фотосинтеза
Сяра	Протеин	Образуване на пространствената структура на протеина поради образуването на дисулфидни мостове
Фосфор	Нуклеинови киселини, АТФ	Синтез на нуклеинова киселина
Хлор	Cl -	Поддържане на електрическия потенциал на клетъчната мембрана, работата на помпата Na + / Ka +, провеждане на нервни импулси, анионни, катионни и осмотични баланси
Хлор	НС1	Активиране на храносмилателните ензими на стомашния сок
Желязо	Хемоглобин	Транспорт на кислород
Желязо	Цитохроми	Прехвърляне на електрони по време на фотосинтеза и дишане
Манган	Декарбоксилаза, дехидрогеназа	Окисляване на мастни киселини, участие в процесите на дишане и фотосинтеза
Мед	Хемоцианин	Пренос на кислород при някои безгръбначни
Мед	Тирозиназа	Образуване на меланин
Кобалт	Витамин В 12	Образуване на червени кръвни клетки
Цинк	Алкохолна дехидрогеназа	Анаеробно дишане в растенията
Цинк	Въглеродна анхидраза	Транспорт на CO 2 при гръбначни животни
Флуор	Калциев флуорид	Костна тъкан, зъбен емайл
Йод	Тироксин	Регулиране на основния метаболизъм
Молибден	Нитрогеназа	Азотно фиксиране

Формират се атоми на химични елементи в живите организми неорганични(вода, сол) и органични съединения(протеини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати). На атомно ниво няма разлики между живата и неживата материя; разликите ще се появят на следващите, по -високи нива на организация на живата материя.

Вода

Вода- най -често срещаното неорганично съединение. Съдържанието на вода варира от 10% (зъбен емайл) до 90% от клетъчната маса (развиващ се ембрион). Животът е невъзможен без вода биологично значениеводата се определя от нейните химични и физични свойства.

Водната молекула има ъглова форма: водородните атоми по отношение на кислорода образуват ъгъл, равен на 104,5 °. Частта от молекулата, където се намира водородът, е положително заредена, частта, където е кислородът - отрицателно, в това отношение молекулата на водата е дипол. Между водни диполи се образуват водородни връзки. Физични свойства на водата:прозрачен, максимална плътност при 4 ° С, висока топлинна мощност, практически не се компресира; чиста водалошо провежда топлина и електричество, замръзва при 0 ° C, кипи при 100 ° C и т.н. Химични свойства на водата:добър разтворител, образува хидрати, влиза в реакции на хидролитично разлагане, взаимодейства с много оксиди и др. Във връзка със способността да се разтваря във вода, има: хидрофилни вещества- добре разтворим, хидрофобни вещества- практически неразтворим във вода.

Биологично значение на водата:

е в основата на вътрешната и вътреклетъчната среда,
осигурява поддържането на пространствената структура,
осигурява транспорт на вещества,
хидратира полярни молекули,
служи като разтворител и дифузионна среда,
участва в реакциите на фотосинтеза и хидролиза,
помага за охлаждане на тялото,
е местообитание на много организми,
насърчава миграцията и разпространението на семена, плодове, ларви,
е средата, в която се извършва оплождането,
в растенията осигурява транспирация и покълване на семената,
насърчава равномерното разпределение на топлината в тялото и много други. д -р

Други неорганични съединения на клетката

Други неорганични съединения са представени главно от соли, които могат да се съдържат или в разтворена форма (дисоциирани на катиони и аниони) или твърди. Катионите K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+ (вижте таблицата по -горе) и анионите HPO 4 2—, Cl -, HCO 3 -, които осигуряват буферните свойства на клетката, са от голямо значение за жизнената активност на клетката. Буфериране- способността да се поддържа рН на определено ниво (рН е десетичният логаритъм на стойността, обратна на концентрацията на водородни йони). Стойността на рН 7,0 съответства на неутрален разтвор, под 7,0 на кисел разтвор, над 7,0 на алкален разтвор. Слабо алкална среда е характерна за клетките и тъканите. Буферните системи с фосфат (1) и бикарбонат (2) са отговорни за поддържането на тази слабо алкална реакция.