Metale și nemetale în viața umană. Elemente chimice ale corpului (nemetale) Rolul biologic al metalelor și nemetalelor

„Elementele biogene din corpul uman”

INTRODUCERE

1.1 Elemente biogene - nemetale care fac parte din corpul uman

2 Elemente biogene - metale care fac parte din corpul uman

ROLUL OXIGENULUI ÎN CORPUL UM

ROLUL CARBONULUI ÎN CORPUL UM

ROLUL HIDROGENULUI ÎN CORPUL UM

ROLUL POTASIUULUI ÎN CORPUL UM

ROLUL SULFULUI ÎN CORPUL UM

ROLUL CALCIULUI ÎN CORPUL UM

CONCLUZIE

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Opinia că aproape toate elementele sistemului periodic al D.I. Mendeleev, devine familiar. Cu toate acestea, oamenii de știință sugerează că nu numai toate elementele chimice sunt prezente într-un organism viu, dar fiecare dintre ele îndeplinește o anumită funcție biologică. Este posibil ca această ipoteză să nu fie confirmată. Pe măsură ce cercetările în această direcție se dezvoltă, se dezvăluie rolul biologic al unui număr tot mai mare de elemente chimice.

Pentru a-și menține sănătatea, o persoană trebuie să asigure organismului un aport echilibrat de nutrienți din alimente, apă și aer inhalat. Produsele alimentare cu un conținut ridicat de calciu, iod și alte elemente chimice sunt adesea reclame, dar este acest lucru bun pentru organismul nostru? Ce boli pot fi cauzate de excesul sau deficiența unuia sau altui element chimic la copii și adulți?

În vremea noastră, când sunt din ce în ce mai puțini oameni sănătoși din copilărie, această problemă este cu adevărat relevantă.

Un număr inimaginabil de compuși chimici diferiți se formează continuu în corpul uman. Unii dintre compușii sintetizați sunt utilizați ca material de construcții sau o sursă de aprovizionare cu energie și asigură organismului creștere, dezvoltare și activitate vitală; cealaltă parte, care poate fi considerată zgură sau deșeuri, este excretată din organism.

Metabolismul implică atât anorganice cât și materie organică. Elemente chimice, care formează aceste substanțe, se numesc elemente biogene. Aproximativ 30 de elemente sunt considerate a fi biogene fiabil.

Figura 1 prezintă principalele elemente chimice care alcătuiesc corpul uman.

Figura 1 - Diagrama. Compoziția elementară a corpului uman.

1.1 Elemente biogene - nemetale care fac parte din corpul uman

Printre elementele biogene, un loc aparte îl ocupă elementele organogene care se formează substante esentiale organism - apă, proteine, carbohidrați, grăsimi, vitamine, hormoni și altele. Organogenii includ 6 elemente chimice: carbon, oxigen, hidrogen, azot, fosfor, sulf. Fracția lor de masă totală în corpul uman este de aproximativ 97,3% (vezi tabelul 1).

Toate elementele organogenice sunt nemetale. Dintre nemetale, clorul (fracția de masă 0,15%), fluorul, iodul și bromul sunt, de asemenea, biogene. Aceste elemente nu sunt incluse printre elementele organogenice, deoarece, spre deosebire de acestea din urmă, ele nu joacă un rol atât de universal în construcția structurilor organice ale corpului. Există date despre biogenicitatea siliciului, borului, arsenului și seleniului.

Tabelul 1. Conținutul de elemente organogene din corpul uman.

1.2 Elemente biogene - metale care fac parte din corpul uman

Elementele nutritive includ o serie de metale, printre care 10 așa-numitele „metale ale vieții” îndeplinesc funcții biologice deosebit de importante. Aceste metale sunt calciu, potasiu, sodiu, magneziu, fier, zinc, cupru, mangan, molibden, cobalt (vezi tabelul 2).

Pe lângă cele 10 „metale ale vieții”, mai multe metale sunt incluse printre elementele biogene, de exemplu, staniu, litiu, crom și altele.

Tabelul 2. Conținutul „metalelor vieții” din corpul uman

În funcție de fracția de masă din organism, toate elementele biogene sunt împărțite în:

a) macronutrienți (fracția de masă în organism este mai mare de 10 -2%, sau mai mult de 7 g);

b) oligoelemente (fracția de masă în organism este mai mică de 10 -2%, sau mai mică de 7 g).

Macroelementele includ toți organogenii, clorul și 4 „metale ale vieții”: magneziu, potasiu, calciu, sodiu. Ele reprezintă 99,5%, mai mult de 96% fiind reprezentate de 4 elemente (carbon, oxigen, hidrogen, azot). Ele sunt componentele principale ale tuturor compușilor organici.

Oligoelemente se găsesc în celule în cantități foarte mici. Acestea includ zinc, mangan, cupru, iod, fluor și altele. Dar chiar și acele elemente care sunt conținute în cantități neglijabile sunt necesare vieții și nu pot fi înlocuite cu nimic. Rolul și funcțiile biologice pe care aceste elemente le îndeplinesc în organismul uman sunt foarte diverse, iar deficiența sau excesul lor poate duce la boli grave (vezi Anexele B și D). Este suficient să spunem că aproximativ 200 de enzime sunt activate de metale. În total, în corpul uman au fost identificate aproximativ 70 de minerale, dintre care 14 oligoelemente sunt considerate esențiale - acestea sunt fier, cobalt, cupru, crom, nichel, mangan, molibden, zinc, iod, staniu, fluor, siliciu, vanadiu. , seleniu. Multe oligoelemente pătrund în organism aproape exclusiv prin alimentația cu fructe și legume. Plantele sălbatice comestibile sunt, de asemenea, bogate în oligoelemente, care, atunci când sunt extrase din straturile adânci, se acumulează în frunze, flori și fructe.

2. ROLUL OXIGENULUI ÎN CORPUL UM

Funcția principală a oxigenului molecular din organism este oxidarea diferiților compuși. Împreună cu hidrogenul, oxigenul formează apă, al cărei conținut în corpul unui adult este în medie de aproximativ 55-65%.

Oxigenul face parte din proteine, acizi nucleici și alte componente vitale ale corpului. Oxigenul este esențial pentru respirație, oxidarea grăsimilor, proteinelor, carbohidraților, aminoacizilor și a multor alte procese biochimice.

Calea obișnuită prin care oxigenul pătrunde în organism se află prin plămâni, unde acest bioelement pătrunde în sânge, este absorbit de hemoglobină și formează un compus ușor de disociat - oxihemoglobina, iar apoi din sânge intră în toate organele și țesuturile. Oxigenul intră în organism și în stare legată, sub formă de apă. În țesuturi, oxigenul este consumat în principal pentru oxidarea diferitelor substanțe în procesul de metabolism. În viitor, aproape tot oxigenul este metabolizat în dioxid de carbon și apă și este excretat din organism prin plămâni și rinichi.

Scăderea conținutului de oxigen din organism.

Cu o aprovizionare insuficientă cu oxigen a țesuturilor corpului sau o încălcare a utilizării acestuia, se dezvoltă hipoxia (foametea de oxigen).

Principalele cauze ale deficitului de oxigen:

oprirea sau reducerea alimentării cu oxigen a plămânilor, reducerea presiunii parțiale a oxigenului în aerul inhalat;

o scădere semnificativă a numărului de celule roșii din sânge sau o scădere bruscă a conținutului de hemoglobină din acestea;

încălcarea capacității hemoglobinei de a lega, transporta sau da oxigen la țesuturi;

încălcarea capacității țesuturilor de a utiliza oxigenul;

Inhibarea proceselor redox în țesuturi;

stagnare în patul vascular din cauza tulburărilor activității cardiace, circulației sângelui și respirației;

endocrinopatii, beriberi;

Principalele manifestări ale deficitului de oxigen:

în cazuri acute (cu oprirea completă a aportului de oxigen, otrăvire acută): pierderea conștienței, disfuncția părților superioare ale sistemului nervos central;

În cazuri cronice: oboseală crescută, tulburări funcționale ale sistemului nervos central, palpitații și dificultăți de respirație cu efort fizic redus, reactivitate scăzută a sistemului imunitar.

Doza toxică pentru om: toxic sub formă de O 3 .

Conținut crescut de oxigen în organism.

O creștere prelungită a conținutului de oxigen din țesuturile corpului (hiperoxia) poate fi însoțită de otrăvire cu oxigen; hiperoxia este de obicei însoțită de o creștere a conținutului de oxigen din sânge (hiperoxemie).

Efectul toxic al ozonului și al oxigenului în exces este asociat cu formarea în țesuturi a unui număr mare de radicali rezultați din ruptură. legături chimice. În cantitate mică, radicalii se formează și ei în mod normal, ca produs intermediar al metabolismului celular. Cu un exces de radicali se inițiază procesul de oxidare a substanțelor organice, inclusiv peroxidarea lipidelor, cu degradarea ulterioară a acestora și formarea de produse care conțin oxigen (cetone, alcooli, acizi).

Oxigenul face parte din moleculele multor substanțe - de la cei mai simpli la cei mai complexi polimeri; prezenţa în organism şi interacţiunea acestor substanţe asigură existenţa vieţii. Fiind parte integrantă a moleculei de apă, oxigenul este implicat în aproape toate procesele biochimice care au loc în organism.

Oxigenul este indispensabil, cu lipsa lui, doar restabilirea unui aport normal de oxigen a organismului poate fi un remediu eficient. Chiar și o întrerupere pe termen scurt (câteva minute) a alimentării cu oxigen a organismului poate provoca afectarea severă a funcțiilor acestuia și moartea ulterioară.

3. ROLUL CARBONULUI ÎN CORPUL UM

CARBONUL este cel mai important element biogen care formează baza vieții pe Pământ, unitatea structurală a unui număr imens de compuși organici implicați în construirea organismelor și în asigurarea activității lor vitale (biopolimeri, precum și numeroase substanțe biologic active cu greutate moleculară mică - vitaminele). , hormoni, mediatori etc.). O parte semnificativă a energiei necesare organismelor se formează în celule datorită oxidării carbonului. Apariția vieții pe Pământ este considerată în știința modernă ca un proces complex de evoluție a compușilor carbonați.

Carbonul intră în corpul uman cu alimente (în mod normal aproximativ 300 g pe zi). Conținutul total de carbon ajunge la aproximativ 21% (15 kg la 70 kg din greutatea corporală totală). Carbonul reprezintă 2/3 din masa musculară și 1/3 din masa osoasă. Este excretat din organism în principal cu aerul expirat (dioxid de carbon) și urină (uree).

Funcția principală a carbonului este formarea unei varietăți de compuși organici, asigurând astfel diversitatea biologică, participarea la toate funcțiile și manifestările viețuitoarelor. În biomolecule, carbonul formează lanțuri polimerice și este ferm conectat la hidrogen, oxigen, azot și alte elemente. Un astfel de rol fiziologic semnificativ al carbonului este determinat de faptul că acest element face parte din toți compușii organici și participă la aproape toate procesele biochimice din organism. Oxidarea compușilor carbonului sub acțiunea oxigenului duce la formarea apei și a dioxidului de carbon; Acest proces servește ca sursă de energie pentru organism. Dioxidul de carbon CO 2 (dioxidul de carbon) se formează în procesul de metabolism, este un stimulator al centrului respirator, joacă un rol important în reglarea respirației și a circulației sângelui.

În forma sa liberă, carbonul nu este toxic, dar mulți dintre compușii săi sunt foarte toxici. Acești compuși includ monoxid de carbon CO ( monoxid de carbon), tetraclorură de carbon CCl 4 , disulfură de carbon CS 2 , săruri ale acidului cianic HCN, benzen C 6 H 6 și altele. Dioxidul de carbon în concentrații peste 10% provoacă acidoză (scăderea pH-ului sângelui), dificultăți de respirație și paralizia centrului respirator.

Inhalarea prelungită a prafului de cărbune poate duce la antracoză, o boală însoțită de depunerea de praf de cărbune în țesutul pulmonar și ganglionii limfatici, modificări sclerotice în țesutul pulmonar. Efectul toxic al hidrocarburilor și al altor compuși ai uleiului la lucrătorii din industria petrolului se poate manifesta prin aspățarea pielii, apariția crăpăturilor și ulcerelor și apariția dermatitei cronice.

Pentru oameni, carbonul poate fi toxic sub formă de monoxid de carbon (CO) sau cianuri (CN-).

4. ROLUL HIDROGENULUI ÎN CORPUL UM

Apa este cel mai important compus de hidrogen dintr-un organism viu. Principalele funcții ale apei sunt următoarele:

Apa, care are o capacitate termică specifică mare, menține o temperatură constantă a corpului. Când corpul se supraîncălzi, apa se evaporă de la suprafața sa. Datorită căldurii mari de vaporizare, acest proces este însoțit de o cheltuială mare de energie, rezultând o scădere a temperaturii corpului. Asa se mentine echilibrul termic al corpului.

Apa mentine echilibrul acido-bazic al organismului. Majoritatea țesuturilor și organelor sunt alcătuite în principal din apă. Respectarea echilibrului general acido-bazic din organism nu exclude diferențe mari ale valorilor pH-ului pentru diferite organe și țesuturi. Un compus important de hidrogen este peroxidul de hidrogen H2O2 (denumit în mod tradițional peroxid de hidrogen). H2O2 oxidează stratul lipidic al membranelor celulare, distrugându-l.

5. ROLUL POTASIUULUI ÎN CORPUL UM

Potasiul este un participant obligatoriu la multe procese metabolice. Potasiul este important în menținerea automatismului de contracție a mușchiului inimii – miocard; asigură îndepărtarea ionilor de sodiu din celule și înlocuirea acestora cu ioni de potasiu, care la rândul său este însoțită de eliminarea excesului de lichid din organism.

În comparație cu alte produse pe bază de potasiu, caise uscate, smochine, portocale, mandarine, cartofi (500 g de cartofi asigură necesarul zilnic), piersici uscate, napi, măceșe, coacăze negre și roșii, lingonberries, căpșuni, pepeni, pepeni, soia, prune cireșe, castraveți proaspeți, varză de Bruxelles, nuci și alune de pădure, pătrunjel, stafide, prune uscate, pâine de secara, ovaz.

Necesarul zilnic de potasiu pentru un adult este de 2-3 g pe zi, iar pentru un copil - 16-30 mg pe kg de greutate corporală. Aportul minim necesar de potasiu pentru o persoană pe zi este de aproximativ 1 g. Cu o dietă normală, necesarul zilnic de potasiu este pe deplin satisfăcut, dar se observă și fluctuații sezoniere ale aportului de potasiu. Așadar, primăvara consumul său este scăzut - aproximativ 3 g/zi, iar toamna consumul maxim este de 5-6 g/zi.

Având în vedere tendința oameni moderni pentru a fi consumate cu cantități mari de alimente sare de masă, creste si necesarul de potasiu, care poate neutraliza efectele adverse ale excesului de sodiu asupra organismului.

Lipsa aportului de potasiu din alimente poate duce la distrofie chiar și cu un conținut normal de proteine ​​în dietă. Încălcarea metabolismului potasiului se manifestă în bolile cronice ale rinichilor și ale sistemului cardiovascular, în boli ale tractului gastrointestinal (în special cele însoțite de diaree și vărsături), în boli ale glandelor endocrine și alte patologii.

Lipsa de potasiu din organism se manifestă în primul rând prin tulburări ale sistemului neuromuscular și cardiovascular (somnolență, tulburări de mișcare, tremur al membrelor, bătăi lente ale inimii). Preparatele de potasiu sunt folosite în scopuri medicinale.

Excesul de potasiu se observă mult mai rar, dar este o afecțiune extrem de periculoasă: paralizie flască a membrelor, modificări ale sistemului cardiovascular. Această afecțiune se poate manifesta cu deshidratare severă, hipercortizolism cu insuficiență renală și cu introducerea unei cantități mari de potasiu la pacient.

Sulful din corpul uman este o componentă indispensabilă a celulelor, țesuturilor organelor, enzimelor, hormonilor, în special, insulina, cea mai importantă enzimă pancreatică și aminoacizii care conțin sulf; asigură organizarea spațială a moleculelor proteice necesare funcționării lor, protejează celulele, țesuturile și căile de sinteză biochimică de oxidare, iar întregul organism de efectele toxice ale substanțelor străine. Destul de mult în țesuturile nervoase, conjunctive, osoase. Sulful este o componentă a proteinei structurale a colagenului. Reumplerea organismului cu sulf este asigurată de o nutriție bine organizată, care include carne, ouă de pui, fulgi de ovăz și hrișcă, produse din făină, lapte, brânzeturi, leguminoase și varză.

În ciuda unui număr semnificativ de studii, rolul sulfului în asigurarea activității vitale a organismului nu a fost pe deplin elucidat. Deci, deși nu există descrieri clinice clare ale oricăror tulburări specifice asociate cu aportul insuficient de sulf în organism. În același timp, sunt cunoscute acidoaminopatiile - tulburări asociate cu metabolismul afectat al aminoacizilor care conțin sulf (homocistinurie, cistationurie). Există, de asemenea, o literatură extinsă referitoare la clinica intoxicației acute și cronice cu compuși cu sulf.

Principalele manifestări ale deficitului de sulf:

simptome ale bolii hepatice

· simptome de boli ale articulațiilor;

simptome ale bolilor de piele;

Diverse și numeroase manifestări ale deficienței în organism și tulburări metabolice ale compușilor biologic activi care conțin sulf.

Conținut crescut de sulf în organism.

La concentrații mari de hidrogen sulfurat în aerul inhalat, tabloul clinic al intoxicației se dezvoltă foarte repede, în câteva minute apar convulsii, pierderea conștienței și stopul respirator. În viitor, consecințele intoxicației se pot manifesta prin dureri de cap persistente, tulburări mintale, paralizii, tulburări ale funcțiilor sistemului respirator și ale tractului gastrointestinal.

S-a stabilit că administrarea parenterală de sulf măcinat fin într-o soluție uleioasă în cantitate de 1-2 ml este însoțită de hipertermie cu hiperleucocitoză și hipoglicemie. Se crede că atunci când sunt administrate parenteral, toxicitatea ionilor de sulf este de 200 de ori mai mare decât cea a ionilor de clorură.

Toxicitatea compușilor cu sulf care au intrat în tractul gastrointestinal este asociată cu conversia lor de către microflora intestinală în hidrogen sulfurat, un compus foarte toxic.

În cazurile de deces după otrăvirea cu sulf la autopsie, apar semne de emfizem, inflamație a creierului, enterită catarrală acută, necroză hepatică, hemoragie (peteșie) la nivelul miocardului.

Cu intoxicație cronică (disulfură de carbon, dioxid de sulf), se observă tulburări psihice, modificări organice și funcționale ale sistemului nervos, slăbiciune musculară, tulburări de vedere și diferite tulburări ale activității altor sisteme ale corpului.

În ultimele decenii, compușii care conțin sulf (sulfiții), care se adaugă în multe alimente, băuturi alcoolice și nealcoolice ca conservanți, au devenit una dintre sursele de exces de sulf în organismul uman. Mai ales o mulțime de sulfiți în afumaturi, cartofi, legume proaspete, bere, cidru, salate gata preparate, oțet, coloranți pentru vin. Este posibil ca consumul crescut de sulfiți să fie parțial de vină pentru creșterea incidenței astmului bronșic. Se știe, de exemplu, că 10% dintre pacienții cu astm bronșic prezintă hipersensibilitate la sulfiți (adică sunt sensibilizați la sulfiți). Pentru a reduce efectul negativ al sulfiților asupra organismului, se recomandă creșterea conținutului de brânză, ouă, carne grasă și carne de pasăre în dietă.

Principalele manifestări ale excesului de sulf:

mâncărimi ale pielii, erupții cutanate, furunculoză;

roșeață și umflare a conjunctivei;

Apariția unor mici defecte punctiforme pe cornee;

durere în sprâncene și globi oculari, senzație de nisip în ochi;

fotofobie, lacrimare;

slăbiciune generală, dureri de cap, amețeli, greață;

catar al tractului respirator superior, bronșită;

Pierderea auzului

Tulburări digestive, diaree, scădere în greutate;

Anemie

convulsii și pierderea cunoștinței (cu intoxicație acută);

Tulburări mentale, scăderea inteligenței.

Rolul sulfului în organismul uman este extrem de important, iar tulburările de metabolism al sulfului sunt însoțite de numeroase patologii. Între timp, clinica acestor tulburări este insuficient dezvoltată. Mai exact, diversele manifestări „nespecifice” ale tulburărilor de sănătate umană nu sunt încă asociate de către clinicieni cu tulburări ale metabolismului sulfului.

7. ROLUL CALCIULUI ÎN CORPUL UM

Calciul este implicat direct în cele mai complexe procese, precum coagularea sângelui; reglarea proceselor intracelulare; reglarea permeabilității membranei celulare; reglarea proceselor de conducere nervoasa si contractii musculare; menținerea activității cardiace stabile; formarea oaselor, mineralizarea dinților.

Calciul este o parte importantă a corpului; conținutul său total este de aproximativ 1,4% (1000 g la 70 kg greutate corporală). În organism, calciul este distribuit neuniform: aproximativ 99% din cantitatea sa se află în țesutul osos și doar 1% se găsește în alte organe și țesuturi. Calciul este excretat din organism prin intestine și rinichi.

În plus, o lipsă prelungită de calciu din alimente afectează în mod nedorit excitabilitatea mușchiului inimii și ritmul contracțiilor acestuia.

În ciuda faptului că în dieta majorității oamenilor există suficiente alimente care conțin calciu, mulți oameni suferă de deficiență de calciu. Motivul este că calciul este greu de digerat.

În primul rând, trebuie remarcat faptul că calciul se pierde în timpul tratamentului termic (de exemplu, la gătirea legumelor - 25%). Pierderea de calciu va fi neglijabilă dacă se consumă apa în care au fiert legumele.

De asemenea, trebuie amintit că absorbția calciului în intestine este împiedicată de acidul fitic, care se găsește cel mai mult în pâinea de secară, și de acidul oxalic, care este abundent în măcriș, cacao. Utilizarea calciului de către alimentele bogate în grăsimi este dificilă. „Inamicii” calciului sunt zahărul din trestie, ciocolata și cacao.

Principalele manifestări ale deficitului de calciu.

Consecințele deficienței de calciu se pot manifesta atât la nivelul întregului organism, cât și la nivelul sistemelor sale individuale:

slăbiciune generală, oboseală crescută;

Durere, crampe musculare

dureri osoase, tulburări de mers;

încălcări ale proceselor de creștere;

hipocalcemie, hipocalcinoză;

Decalcificarea scheletului, osteoartrita deformantă, osteoporoza, deformarea vertebrală, fracturile osoase;

· boala urolitiază;

boala Kashin-Beck;

Tulburări ale imunității;

Reducerea coagularii sângelui, sângerare.

Conținut crescut de calciu în organism.

Efectul toxic al calciului se manifestă numai la utilizarea pe termen lung și, de obicei, la persoanele cu metabolism afectat al acestui bioelement (de exemplu, cu hiperparatiroidism). Otrăvirea poate apărea cu un consum regulat de peste 2,5 g de calciu pe zi.

Principalele manifestări ale excesului de calciu:

suprimarea excitabilității mușchilor scheletici și a fibrelor nervoase;

Scăderea tonusului mușchilor netezi;

hipercalcemie, creșterea calciului în plasma sanguină;

Aciditate crescută a sucului gastric, gastrită hiperacidă, ulcer gastric;

calcificare, depunere de calciu în organe și țesuturi (în piele și țesutul subcutanat; țesut conjunctiv de-a lungul fasciei, tendoane, aponevroze; mușchi; pereții vaselor de sânge; nervi);

bradicardie, angină pectorală;

gută, calcificarea focarelor tuberculoase etc.;

O creștere a conținutului de săruri de calciu în urină;

nefrocalcinoza, boala de pietre la rinichi;

creșterea coagularii sângelui;

Risc crescut de a dezvolta disfuncții ale glandelor tiroide și paratiroide, tiroidite autoimune;

Deplasarea fosforului, magneziului, zincului, fierului din organism.

Cel mai ușor digerabil este calciul din lapte și produse lactate (cu excepția untului) în combinație cu legume și fructe. Pentru a satisface necesarul zilnic, este suficient 0,5 l lapte sau 100 g brânză. Apropo, laptele nu este doar o sursă excelentă de calciu, dar favorizează și absorbția calciului conținut în alte produse.

Foarte importantă pentru absorbția calciului este prezența vitaminei D în alimentație, care neutralizează acțiunea diferitelor substanțe anticalciante și este un regulator al metabolismului fosfor-calciu.

chimic biologic organogen oxigen

CONCLUZIE

Toate organismele vii sunt în contact strâns cu mediu inconjurator. Viața necesită un metabolism constant în organism. Aportul de elemente chimice în organism este facilitat de alimente și apa consumată. Corpul este format din 60% apă, 34% materie organică și 6% anorganică. Componentele principale ale substanțelor organice sunt C, H, O. Acestea includ și N, P, S. Compoziția substanțelor anorganice conține în mod necesar 22 de elemente chimice (vezi tabelul nr. 1). De exemplu, dacă o persoană cântărește 70 kg, atunci conține (în grame): Ca - 1700, K - 250, Na -70, Mg - 42, Fe - 5, Zn - 3. Metalele reprezintă 2,1 kg. Conținutul din corpul de elemente ale grupărilor IIIA-VIA, legate covalent de partea organică a moleculelor, scade odată cu creșterea sarcinii nucleului atomilor din această grupă a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev.

Starea actuală a cunoștințelor despre rolul biologic al elementelor poate fi caracterizată ca o atingere superficială a acestei probleme. S-au acumulat o mulțime de date faptice cu privire la conținutul de elemente din diferite componente ale biosferei, răspunsurile organismului la deficiența și excesul lor. Au fost întocmite hărți ale zonelor biogeochimice și ale provinciilor biogeochimice. Dar nu există o teorie generală care să țină cont de funcția, mecanismul de acțiune și rolul microelementelor în biosferă.

Oligoelementele obișnuite, atunci când concentrația lor în organism depășește concentrația biotică, prezintă un efect toxic asupra organismului. Elementele toxice în concentrații foarte scăzute nu au un efect dăunător asupra plantelor și animalelor. De exemplu, arsenul la microconcentrații are un efect biostimulator. Prin urmare, nu există elemente toxice, dar există doze toxice. Astfel, dozele mici dintr-un element sunt medicamente, dozele mari sunt otravă. „Totul este otravă și nimic nu este lipsit de otravă, o singură doză face otrava invizibilă” - Paracelsus. Este potrivit să ne amintim cuvintele poetului tadjic Rudaki: „Ceea ce este reputat azi a fi un drog va deveni mâine otravă”.

BIBLIOGRAFIE

1. Avtsyn A.P., Zhavoronkov A.A. și alte oligoelemente ale omului. -M.: Medicină, 1991. -496 p.

Ershov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z., Mikhailichenko N.I. Chimie generală. Chimie biofizică. Chimia elementelor biogene. -M.: facultate, 1993. -560 p.

Ershov Yu.A., Pletneva T.V. Mecanisme de acțiune toxică a compușilor anorganici. -M.: Medicină, 1989. -272 p.

Zholnin A.V. compuși complecși. Chelyabinsk: ChGMA, 2000. -28 p.

Bingham FG, Costa M., Eichenberg E. și colab. Câteva întrebări despre toxicitatea ionilor metalici. -M.: Medicină, 1993. -368 p.

Fremantle M. Chimia în acțiune. -M.: Mir, 1991. v.2, 620 p.

Hughes M. Chimia anorganică a proceselor biologice. -M.: Mir, 1983. - 416 p.

Zholnin A.V., Arbuzina R.F., Konstanz E.V., Rylnikova G.I. Manual metodic pentru studii de laborator în chimie generală. partea a II-a. -Celiabinsk: ChGMA, 1993 -176 p.

Enterosorbția. /Sub. ed. prof. PE. Belyakova. Centru de tehnologie de sorbție. - L., 1991. - 336 p.

În pragul chimiei, biologiei și medicinei, a apărut un nou domeniu științific al chimiei bioanorganice. Chimia bioanorganică ia în considerare rolul metalelor în apariția și dezvoltarea diferitelor procese într-un organism sănătos și bolnav, creează noi medicamente eficiente pe baza de compuși organometalici, este implicat activ în lupta pentru păstrarea sănătății oamenilor și prelungirea vieții umane. Organismul reacționează deosebit de sensibil la modificările concentrației de microelemente, adică. elemente implicate în organism într-o cantitate mai mică de un gram la 70 de kilograme de greutate corporală umană. Aceste elemente includ cupru, zinc, mangan, cobalt, fier, nichel, molibden și altele.

Fișiere: 1 fișier

METALELE ŞI NEMETALELE ÎN VIAŢA OMULUI

În pragul chimiei, biologiei și medicinei, a apărut un nou domeniu științific al chimiei bioanorganice. Chimia bioanorganică ia în considerare rolul metalelor în apariția și dezvoltarea diferitelor procese într-un organism sănătos și bolnav, creează noi medicamente eficiente pe baza de compuși organometalici și participă activ la lupta pentru păstrarea sănătății oamenilor și prelungirea vieții umane. Organismul reacționează deosebit de sensibil la modificările concentrației de microelemente, adică. elemente implicate în organism într-o cantitate mai mică de un gram la 70 de kilograme de greutate corporală umană. Aceste elemente includ cupru, zinc, mangan, cobalt, fier, nichel, molibden și altele.

Apă - solvent universal. Poartă urme din tot ceea ce intră în contact. Sunt cunoscute aproximativ 70.000 de substanțe care se găsesc în apă ca impurități. Unele dintre aceste impurități au un efect nociv asupra organismului uman, depășirea concentrației lor maxime admisibile (MAC) trebuie evitată în orice mod posibil.

Conduce

Conductele de apă cu plumb se găsesc uneori în clădirile mai vechi. Unii toxicologi americani cred că instalațiile de plumb ale Imperiului Roman au fost cauza căderii acestuia. Instalațiile cu plumb se aflau în Kremlinul din Moscova în timpul domniei lui Ivan cel Groaznic. Apa care curge din astfel de conducte pune viața în pericol, deoarece plumbul este un metal toxic. Se depune în oasele scheletului și afectează partea centrală și periferică sistem nervos. Acest lucru este deosebit de periculos pentru copiii sub 6 ani, inclusiv în timpul dezvoltării fetale. Există dovezi că plumbul contribuie la dezvoltarea neoplasmelor la rinichi. În plus, plumbul deprimă sistemul imunitar. Utilizarea benzinei cu plumb ca combustibil are ca rezultat poluarea cu plumb.

Mercur

Mercurul este un metal unic. Este singurul metal lichid care se poate evapora. Există microorganisme capabile să încorporeze mercur în compuși organici. În natură, mercurul apare sub formă nativă, lichidă și face, de asemenea, parte din minerale. O parte din mercur se evaporă liber din crăpăturile din scoarța terestră. Aproximativ jumătate din tot mercurul folosit este în baterii, lămpi fluorescente, întrerupătoare și instrumente de măsurare.

Mercurul și compușii săi perturbă metabolismul proteinelor, afectează sistemul nervos, ficatul, rinichii, tractul gastrointestinal și, atunci când sunt inhalați, tractul respirator. Emisii în apă cu formarea de metilmercur- compuși mai periculoși decât mercurul în sine. Se poate acumula în organism și poate provoca boala Minamata. Boala poartă numele lacului Minamata din Japonia, unde o companie industrială a turnat mercur de mult timp. Boala a fost descoperită în 1956. Simptomele sale sunt dismotilitatea, parestezii la extremități, slăbirea vederii și a auzului. În cazuri severe, paralizie.

Cadmiu

În mod normal, cadmiul este prezent în cantități mici într-un organism uman sănătos. Cu toate acestea, este toxic și, prin urmare, excesul său devine ușor fatal. Cadmiul are capacitatea de a se acumula, intoxicația cronică duce la anemie și boli osoase. Compușii solubili de cadmiu afectează sistemul nervos central, ficatul și rinichii, perturbă metabolismul calciu-fosfor. Cadmiul modifică mulți dintre hormonii și enzimele necesare pentru funcționarea normală a organismului. Sursa poluării cu cadmiu o reprezintă emisiile din metalurgia neferoasă și feroasă, centralele termice și mineritul cărbunelui.

Zinc

În natură, zincul există numai în compoziția minereurilor polimetalice. În Grecia antică era cunoscut un aliaj de zinc și cupru - alamă. Zincul este un element esențial pentru viața normală. Cu toate acestea, excesul său provoacă leziuni renale. Există date experimentale despre efectele sale toxice asupra sângelui și inimii.

Nichel

Nichelul este implicat în reglarea metabolismului ADN-ului și este un oligoelement esențial pentru oameni. Deficiența acestuia duce la tulburări metabolice și la scăderea imunității. Dar excesul de nichel poate fi dăunător sănătății. Odată cu creșterea concentrației de nichel în organism, pot apărea reacții alergice sub formă de erupție cutanată sau rinită alergică. În Germania, 15% dintre oameni sunt alergici la nichel. Cu un exces de nichel, sunt posibile și anemie și iritabilitate. Deoarece nichelul afectează ADN-ul, precum și ARN-ul, cu intoxicație cronică, există riscul de a dezvolta neoplasme în plămâni, rinichi și piele. Nichelul poate fi eliberat în apă ceainice electrice cu element de încălzire expus.

Crom

Cromul este un metal. Este dur și fragil și foarte rezistent la coroziune. Este alb argintiu, iar după lustruire capătă o strălucire. Este un slab conductor de electricitate și căldură.

Oamenii de știință de la Institutul Național de Sănătate din SUA au primit dovezi că cromul din apa potabilă poate provoca cancer. Experimentele de laborator au fost efectuate pe animale. S-a dovedit că cromul, care se găsește în apa de băut, poate provoca cancer. Astfel de date au fost obținute în cadrul observațiilor de laborator ale animalelor hrănite cu apă cu un conținut ridicat de crom. Tumorile maligne ale cavităţii bucale au apărut la şobolani, iar cancerul intestinului subţire la şoareci. Oamenii de știință cred că cromul 6 (hexavalent) poate provoca cancer pulmonar la om.

Fier

Fierul este un oligoelement important implicat în hematopoieza și metabolismul intracelular. Fierul se găsește aproape întotdeauna în apa naturală, atât la suprafață, cât și în apa de fântână. Majoritatea fierului în apele de mlaștină. Fierul intră în sistemul de alimentare cu apă din cauza coroziunii țevilor. Norma de conținut de fier în apă nu este mai mare de 0,3 mg / l. Conținutul ridicat de fier în apă este nefavorabil pentru piele. Excesul de fier poate modifica compoziția sângelui, poate provoca reacții alergice, fierul se acumulează în pancreas, rinichi, miocard, uneori în glanda tiroida, mușchii și epiteliul limbii.

Cupru

Cuprul este un metal ductil cu o densitate scăzută. Are conductivitate termică ridicată.

Cuprul este necesar pentru plante superioare, pentru animale și pentru oameni, prin urmare, lipsa de cupru este nedorită, cu toate acestea, apa de băut nu trebuie să conțină mai mult cupru de 1-1,5 mg / l. O creștere a concentrației de cupru în apa potabilă provoacă leziuni ale membranelor mucoase ale rinichilor și ficatului.

Molibden

Molibdenul face parte din corpul uman. Dar excesul său în apă potabilă poate provoca o slăbire a sistemului imunitar, modificări ale funcțiilor măduvei osoase, timusului și splinei. Și în prezența unei lipse concomitente de calciu în organism, un exces de molibden duce la gută (boala articulară reumatică asociată cu depunerea de săruri, poate fi însoțită de umflarea și deformarea articulațiilor).

Mangan

Manganul este bine cunoscut pentru noi toți sub formă de permanganat de potasiu, așa cum se numește permanganat de potasiu în viața de zi cu zi, care are proprietăți antiseptice. Manganul este un microelement esențial implicat în formarea oaselor, hematopoieza și respirația tisulară, metabolismul grăsimilor și carbohidraților și susține funcțiile de reproducere. Cu o lipsă de mangan, se observă vărsături, o schimbare a culorii părului, fuziunea oaselor în fracturi încetinește.

Conținutul de mangan permis în apa potabilă de la robinet este de 0,1 mg/l. Este mai mult decât în ​​Europa, dar de cinci ori mai puțin decât în ​​America. Odată cu creșterea conținutului de mangan, se poate dezvolta anemie, o încălcare a stării funcționale a sistemului nervos central.

Fluor

Numele „fluor” provine din cuvântul grecesc φθόρος („distrugere”). Fluorul în forma sa naturală este un gaz extrem de otrăvitor. În același timp, fluorul este un oligoelement esențial pentru oameni. În corpul uman, fluorul există ca un compus al fluorapatitei și se găsește în smalțul dinților și oase. Dacă nu există suficient fluor în apă (mai puțin de 0,5 mg/l), riscul de carie crește.

Dar excesul de fluor este și el periculos. Dacă există prea mult în apă (mai mult de 1,0 mg / l), aceasta duce la fluoroză. Fluoroza se manifestă sub formă de pete sau pete pe smalțul dinților, țesutul osos se modifică (osteoscleroză), oasele sunt deformate, aparatul ligamentar este calcificat. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu intrarea în exces de fluor în organism, sărurile de fluor încep să se depună în oase și dinți și înlocuiesc compușii de calciu solubili cu compuși insolubili de calciu și fluor. Un exces de fluor este deosebit de periculos pentru copiii ai căror molari sunt încă în stadiul de formare. Cu un usor exces de fluor sunt afectati doar incisivii, cu un exces mare sunt afectati toti dintii. Leziunile osoase apar cu un exces puternic de fluor - mai mult de 6 mg / l. Vestea bună este că dacă reduceți aportul de fluor în organism, simptomele fluorozei sunt reduse.

Brom

Dacă mercurul este singurul metal lichid, atunci bromul este singurul nemetal lichid. LA formă simplă este un lichid otrăvitor roșu-brun cu miros urât. Bromul este larg distribuit în natură sub formă de compuși. În corpul uman, bromul este conținut într-o cantitate de aproximativ 0,2 g. Se găsește în fluidele corpului: sânge, salivă și urină, precum și în ficat și creier.

Preparatele cu brom au efect hipnotic și sedativ.

Un exces de microelement brom în organism poate duce la o boală a pielii - bromodermia (erupții pe piele sub formă de plăci sau vezicule), precum și perturba funcționarea sistemului nervos. Lipsa bromului contribuie la apariția insomniei, la scăderea nivelului de creștere a globulelor roșii din sânge.

Sursa de bromuri poate fi subterană sau subterană sau ape uzateîntreprinderi din industria chimică.

Iod

Yod nu are nevoie de prezentare. Numele său în greacă (ιώδης) înseamnă „violet”. În forma sa normală, este vorba de cristale negre cu o strălucire metalică violet. Se găsește rar în natură sub formă de mineral, dar astfel de descoperiri pot fi numărate pe degete - în izvoarele termale din Vezuviu și pe insula italiană cu nume frumos Vulcano. Iodul se găsește în cantități mari în apa de mare sub formă de ioduri (litera „și” de la începutul acestui cuvânt nu este o greșeală, „iodul” este un nume de uz casnic, iar „oficial” în tabelul periodic acest element este numit așa - „iod”).

Iodul este un oligoelement esențial care este prezent în toate organismele vii. La animale și la oameni, iodul face parte din hormonii produși de glanda tiroidă, care reglează dezvoltarea organismului și metabolismul. Deficitul de iod este periculos, rezultând boli precum gușa endemică, cretinismul și hipotiroidismul. Corpul uman conține 12-20 mg de iod, necesarul zilnic de iod este de aproximativ 0,2 mg.

Iodul este toxic. Doza letală este de 2-3 g. Un exces de iod provoacă leziuni ale rinichilor și ale sistemului cardiovascular, apar slăbiciune generală, cefalee, vărsături, diaree, placă maronie pe limbă, dureri la inimă și creșterea ritmului cardiac.

Vântul din mare și evaporarea aduc niște iod în atmosferă, care este apoi captat de ploaie și intră odată cu el în apele de suprafață. De asemenea, iodul este leșiat de apele naturale din rocile magmatice. A treia sursă de iod este apa din câmpurile petroliere și apele uzate din industriile chimice și farmaceutice.

Bor

Cu toții cunoaștem borul „din vedere” datorită unuia dintre compușii săi - acidul boric, care este folosit în medicină ca dezinfectant și face parte din unele medicamente. În stare liberă, borul este o substanță cristalină sau amorfă incoloră, gri sau roșie. Rolul borului în corpul uman este puțin studiat. Borul se găsește în țesutul osos, mușchi și sânge. Sursa principală de bor este alimentația, cu care o persoană primește zilnic 1-3 mg din acest element. Doza sigură pentru un adult este de 13 mg.

Compușii de bor au fost utilizați recent ca agenți de slăbire, dar s-a constatat că scăderea în greutate se datorează deshidratării celulare induse de bor, care este dăunătoare pentru organism. Compușii boric sunt absorbiți rapid, dar lent excretați din organism. Astfel, borul se acumulează și, ca urmare, este posibilă intoxicația cu bor, care se manifestă prin vărsături, scaune apoase, pierderea poftei de mâncare și „psoriazis boric” – o erupție cutanată cu peeling persistent. Este cunoscută și enterita borică - o încălcare a proceselor digestive cu expunerea prelungită la compușii de bor.

Borul pătrunde în apele naturale din apele subterane îmbogățite cu bor din cauza rocilor sedimentar-metamorfice care conțin bor (boracit, borax, colemanit etc.). Apele uzate din unele industrii (de exemplu, piele, ceramică) și apele uzate menajere cu pulberi de spălat sunt, de asemenea, saturate cu bor. Borul se găsește în unele îngrășăminte și poate pătrunde în apa din sol.

Arsenic

Numele rusesc pentru arsenic este asociat cu utilizarea sa pentru exterminarea șoarecilor și șobolanilor. Arsenicul este extrem de toxic. În același timp, este un microelement esențial și este prezent în toată viața sălbatică. Corpul uman conține arsenic în cantitate de 0,08-0,2 mg/kg.

Slide 1 Rolul biologic al celor mai importante nemetale
Slide 2 Prevalența elementelor chimice în natura animată și neînsuflețită diferă semnificativ. Mai mult de 1/2 din masa scoarței terestre este oxigen, 1/5 este siliciu. Într-un organism viu predomină 6 elemente nemetalice: C, H, O, N, P, S - care reprezintă 97,4% din masa întregului organism. Aceste elemente se numesc organogeni.
Slide 3 Organismele vii preferă compușii acelor elemente care sunt capabili să formeze legături suficient de puternice, dar în același timp labile. De aceea, organogenul #1 este carbonul. Hidrogenul și oxigenul sunt atomi mult mai puțin labili, dar formează un mediu stabil și unic pentru existența compușilor altor elemente - apa - și asigură curgerea atât a proceselor acido-bazice, cât și a proceselor redox.
Slide 4Macro și microelemente În funcție de conținutul lor cantitativ în materia vie, elementele chimice sunt de obicei împărțite condiționat în „macro” și „micro” elemente. Macronutrienții includ 4 elemente: C, H, O, N, care reprezintă 96% din masa materiei vii. Microelementele includ Ca, P, K, S (total 3%) și I, Cl, Fe, Na, Mg, Cu, Co, Zn (total 1%).
Slide 5 Macro și microelemente îndeplinesc funcții fundamental diferite în organismele vii. Macronutrienții formează baza țesuturilor portante, asigură proprietățile întregului mediu al corpului în ansamblu: menține anumite valori ale pH-ului; presiune osmotica; menține echilibrul acido-bazic în limitele cerute; mențin particulele anumitor substanțe în stare coloidală.
Slide 6 Proprietățile nemetalelor organogenelor Oxigen Oxigenul este un element care oferă viață pe Pământ. Atmosfera conține aproximativ 20,8% oxigen. Fără oxigen, numeroase și extrem de importante procese de viață, în special respirația, sunt imposibile. În organismele vii, oxigenul este consumat pentru oxidarea diferitelor substanțe și proces principal- reacția oxigenului cu atomii de hidrogen pentru a forma apă, în urma căreia se eliberează o cantitate semnificativă de energie.
Slide 7Carbon Carbonul în ceea ce privește conținutul său în organism (21%) și importanța pentru organismele vii este unul dintre cei mai importanți organogeni. Cei mai simpli compuși ai carbonului, de exemplu, carbonul liber sub formă de funingine și oxidul său de CO, sunt toxici pentru oameni. Contactul prelungit cu funingine sau praf de cărbune provoacă cancer de piele. Cel mai mic praf de cărbune provoacă o modificare a structurii plămânilor și, prin urmare, le perturbă funcțiile. Dioxidul de carbon CO 2 este prezent în biosferă ca produs al respirației și al produșilor de oxidare.
Slide 8 Hidrogen Hidrogenul se găsește în mod natural sub formă de apă și numeroși compuși organici. Apa este principalul mediu de viață al unui organism. Apa are o căldură specifică mare și, datorită schimbului lent de căldură cu mediul, menține o temperatură constantă a corpului. În mediul acvatic, datorită sistemelor tampon (carbonat, fosfat și hemoglobină), echilibrul acido-bazic al organismului este menținut.
Slide 9 Țesut, organ, bio-lichid Conținut de apă, % pH Creier 83 6,8 - 7,4 Măduva spinării 74,8 „Rinichi 82” Inimă 79 „Plămâni 79” Mușchi 75 „Piele 72 6,2 - 7,5 Ficat 70 6,4 – 7,4 – 7,4 6,4 – 7,4 Suc gastric 99,5 0,9 – 1,1 Saliva 99,4 6,35 – 6,85 Plasmă sanguină 92 7,4 Urina 83 4,8 – 7,5 Bilă 75 7,5 – 8,5 Lichidul lacrimal 99 7,4
Slide 10Azot Azotul este prezent în organismele vii sub formă de diverși compuși organici: aminoacizi, peptide, baze purinice etc., precum și sub formă de N 2 liber provenit din aerul inhalat. NU sunt molecule capabile să pătrundă în celulele pereților vaselor de sânge și să regleze fluxul sanguin; în plus, NO controlează secreția de insulină, filtrarea renală etc. Inhalarea vaporilor de amoniac NH 3 în cantități mari este dăunătoare, deoarece amoniacul creează un mediu puternic alcalin la suprafața mucoaselor laringelui și plămânilor, ceea ce provoacă iritații și umflături. .
Slide 11 Fosfor Fosforul joacă un rol extrem de important în metabolism. Peste 86% din fosfor face parte din țesuturile solide ale animalelor. Sub formă de fosfat, fosforul este o componentă esențială a adenozin trifosfat (ATP). Fosforul este un constituent al proteinelor, acizilor nucleici, nucleotidelor și altor compuși biologic activi.
Slide 12 Sulfur Sulful face parte din grupele sulfhidril ale proteinelor SH și este prezent și sub formă de sulfați și hidrogen sulfurat în tractul gastrointestinal. Ca urmare a activității umane, compușii de sulf sunt eliberați în atmosferă, care sunt cei mai activi poluanți ai aerului.
Slide 13 Halogeni Dintre halogeni, cel mai important bioelement este clorul (0,1% din masă). Clorul se găsește predominant în lichidul extracelular. Ionii de clorură participă la formarea sistemului tampon al sângelui, reglează presiunea osmotică în metabolismul apă-sare, promovează depunerea de glicogen în ficat și mențin aciditatea ridicată în stomac. Lipsa iodului provoacă boala hipotiroidism, în care crește gușa endemică. Ionii F – sunt prezenți în organism în țesuturile osoase și dentare sub formă de fluorapatită.
Slide 14 Unele nemetale (B, As, Se, Si etc.) se găsesc adesea în organism în urme, cu toate acestea rolul lor este vizibil și esențial. Seleniul (Se) a început relativ recent să fie considerat vital element important. Dezavantajul se manifestă în încetarea creșterii, necroza ficatului, atrofia pancreasului. Arsenul (As) se referă la oligoelemente; în corpul uman, conținutul de As variază de la 0,008 la 0,02 mg la 100 g de țesut. Siliciul (Si) este un microelement. S-a stabilit că, în cazul tuberculozei și cancerului, excreția de siliciu de către rinichi scade. Pătrunderea compușilor de siliciu în organism determină leucocitoză, iar inhalarea de praf cu SiO 2 provoacă boala profesională silicoză (scleroza țesutului pulmonar).

Nemetale ca oligoelemente.

Am acordat mare atenție rolului metalelor. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că unele nemetale sunt, de asemenea, absolut necesare pentru funcționarea organismului.

SILICIU

Siliciul este, de asemenea, un oligoelement esențial. Acest lucru a fost confirmat de un studiu atent al nutriției șobolanilor folosind diferite diete. Șobolanii s-au îngrășat considerabil când a fost adăugat metasilicat de sodiu. (Na2(SiO)3. 9H2O)în dieta lor (50 mg la 100 g). puii și șobolanii au nevoie de siliciu pentru creșterea și dezvoltarea scheletului. Lipsa de siliciu duce la o încălcare a structurii oaselor și a țesutului conjunctiv. După cum sa dovedit, siliciul este prezent în acele părți ale osului în care are loc calcificarea activă, de exemplu, în celulele formatoare de os, osteoblastele. Odată cu vârsta, concentrația de siliciu în celule scade.

Se cunosc puține despre procesele în care siliciul este implicat în sistemele vii. Acolo este sub formă de acid silicic și, probabil, participă la reticulare a carbonilor. La om, acidul hialuronic din cordonul ombilical s-a dovedit a fi cea mai bogată sursă de siliciu. Contine 1,53 mg liber și 0,36 mg siliciu legat pe gram.

SELENIU

Lipsa seleniului provoacă moartea celulelor musculare și duce la insuficiență musculară, în special insuficiență cardiacă. Studiul biochimic al acestor afecțiuni a condus la descoperirea enzimei glutation peroxidază, care distruge peroxizii.Lipsa de seleniu duce la scăderea concentrației acestei enzime, care la rândul ei determină oxidarea lipidelor. Capacitatea seleniului de a proteja împotriva otrăvirii cu mercur este binecunoscută. Mult mai puțin cunoscut este faptul că există o corelație între seleniul alimentar ridicat și mortalitatea scăzută prin cancer. Seleniul este inclus în dieta umană în cantitate 55 110 mg pe an, iar concentrația de seleniu din sânge este 0,09 0,29 ug/cm. Atunci când este administrat pe cale orală, seleniul este concentrat în ficat și rinichi. Un alt exemplu de efect protector al seleniului împotriva intoxicației cu metale ușoare este capacitatea sa de a proteja împotriva otrăvirii cu compușii de cadmiu. S-a dovedit că, ca și în cazul mercurului, seleniul forțează acești ioni toxici să se lege de centrii activi ionici, de cei care nu sunt afectați de efectul lor toxic.

ARSENIC

În ciuda efectelor toxice binecunoscute ale arsenului și ale compușilor săi, există dovezi sigure că lipsa arsenului duce la scăderea fertilității și inhibarea creșterii, iar adăugarea de arsenit de sodiu la alimente a dus la o creștere a ratei de creștere în oameni.

CLOR ŞI BROM

Anionii halogeni diferă de toți ceilalți prin faptul că sunt anioni simpli și nu oxo. Clorul este extrem de răspândit, este capabil să treacă prin membrană și joacă un rol important în menținerea echilibrului osmotic. Clorul este prezent sub formă de acid clorhidric în sucul gastric. Concentrația acidului clorhidric din sucul gastric uman este 0,4-0,5%. Există unele îndoieli cu privire la rolul bromului ca oligoelement, deși efectul său sedativ este cunoscut cu încredere.

FLUOR

Fluorul este absolut necesar pentru creșterea normală, iar deficiența lui duce la anemie. mare atentie s-a dat metabolismului fluorului în legătură cu problema cariilor dentare, deoarece fluorul protejează dinții de carii.Caria dentară a fost studiată suficient de detaliat. Începe cu formarea unei pete pe suprafața dintelui. Acizii produși de bacterii dizolvă smalțul dinților sub pată, dar, în mod ciudat, nu de pe suprafața acestuia. Adesea, suprafața superioară rămâne intactă până când zonele de sub ea sunt complet distruse. Se presupune că în această etapă, ionul de fluor poate facilita formarea apatitului. Astfel, se realizează reminelizarea daunei care a început.

Fluorul este folosit pentru a preveni deteriorarea smalțului dentar. Fluorurile pot fi adăugate în pasta de dinți sau aplicate direct pe dinți. Concentrația de fluor necesară pentru prevenirea cariilor în apa potabilă este de aproximativ 1 mg/l, dar nivelul de consum depinde nu numai de asta. Aplicarea unor concentrații mari de fluoruri (mai mult de 8 mg/l) poate afecta negativ procesele delicate de echilibru ale formării țesutului osos. Absorbția excesivă a fluorului duce la fluoroză. Fluoroza duce la tulburări în funcționarea glandei tiroide, inhibarea creșterii și afectarea rinichilor. Expunerea prelungită la fluor de pe corp duce la mineralizarea organismului. Ca urmare, oasele sunt deformate, care chiar pot crește împreună, iar ligamentele se calcifiază.

IOD

Principalul rol fiziologic al iodului este participarea la metabolismul glandei tiroide și a hormonilor ei inerenți. Capacitatea glandei tiroide de a acumula iod este, de asemenea, inerentă glandelor salivare și mamare. La fel și alte organe. În prezent, însă, se crede că iodul joacă un rol principal doar în viața glandei tiroide.

Lipsa iodului duce la simptome caracteristice: slăbiciune, îngălbenirea pielii, senzație de frig și uscat. Tratamentul cu hormoni tiroidieni sau iod elimina aceste simptome. Lipsa hormonilor tiroidieni poate duce la o creștere a glandei tiroide. În cazuri rare (încărcare în organism cu diverși compuși care interferează cu absorbția iodului, cum ar fi tiocianatul sau goitrina, agentul antitiroidian, găsit în diferite tipuri de varză), se formează o gușă. Lipsa iodului are un efect deosebit de puternic asupra sănătății copiilor; aceștia rămân în urmă în dezvoltarea fizică și mentală. O dietă cu deficit de iod în timpul sarcinii duce la nașterea copiilor hipotiroidieni (cretine).

Excesul de hormoni tiroidieni duce la epuizare, nervozitate, tremor, pierdere în greutate și transpirație excesivă. Aceasta este asociată cu o creștere a activității peroxidazei și, în consecință, cu o creștere a iodării tiroglobulinei. Un exces de hormoni poate fi rezultatul unei tumori tiroidiene. În tratament, se folosesc izotopi radioactivi ai iodului, care sunt ușor absorbiți de celulele glandei tiroide.

Nemetale-organogeni (O, C, H, N, P, S), precum și halogenii, formează principalele cicluri biogeochimice ale naturii. Compușii anorganici simpli ai acestor nemetale (H2 O, CO, CO2, NH3, NO2, SO2, H2 SO4, H3 PO4 etc.) sunt produse reziduale ale oamenilor și animalelor. Fragmente ale acestor cicluri sunt transformarea unor compuși ai organogenilor în alții cu participarea diferite feluri bacterii, de exemplu, în sol, au loc tranziții H2 → H2 O, CO → CO2, N2 → NH3, NH3 → NO2, NO3 - → NO2, NO3 - → NH3, S → S2 O3 2- → SO2 → SO4 2- . Aranjarea elementelor organogenice în ordinea descrescătoare a conținutului lor (în % în greutate) obținem: O > C > H > N > P > S. Conform acestei serii, și nu apelului tradițional la grupele Sistemului Periodic, vom va lua în considerare proprietățile nemetalelor-organogeni.

4.1. Oxigen

Oxigenul este elementul care susține viața pe Pământ. Atmosfera conține aproximativ 20,8% oxigen. Componentele de oțel ale aerului sunt azotul predominant N2 (78,08%), precum și Ar (0,93%), CO2 (0,02 - 0,04%), Ne (1,92 10-3%), He (5,24 10-4%), Kr (1,14 10-4%), H2 (5,0 10-5%), Xe (8,7 10-6%). Trebuie remarcat faptul că conținutul de

Oxigenul din atmosferă rămâne surprinzător de constant, în ciuda tuturor proceselor oxidative ale respirației și arderii care au loc pe Pământ. Principalul factor care menține constanta conținutului de oxigen din atmosfera Pământului este fotosinteza, iar principala contribuție nu o au plantele verzi terestre, ci planctonul și algele oceanelor lumii, care reprezintă aproximativ 80% din oxigenul eliberat. În general, viața pe Pământ este posibilă doar într-un interval destul de îngust de conținut de oxigen din atmosferă: de la 13 la 30%. La un conținut de oxigen mai mic de 13%, creaturile aerobe (adică, folosind oxigen în viața lor) mor, iar la un conținut mai mare de 30%, procesele de oxidare și ardere sunt atât de intense încât chiar și o cârpă umedă poate lua foc, iar primul fulger ar face cenușă totul de pe pământ.

Pentru numeroase organisme vii, o parte importantă a metabolismului (metabolismului) este ciclul respirator, care duce la formarea rapidă a multor substanțe. Deci, în aerul expirat, pe lângă CO2, cantități mici conțin hidrocarburi, alcooli, amoniac, acid formic HCOOH, acid acetic CH3 COOH, formaldehidă HCHO, uneori acetonă (CH3) 2 CO. Când o persoană respiră la o altitudine de 10 km în aer rarefiat, din cauza lipsei de oxigen în acesta, conținutul de amoniac, amine, fenol, acetonă crește brusc în amestecul de gaze expirat și chiar apare hidrogen sulfurat.

Fără oxigen, numeroase și extrem de importante procese de viață, în special respirația, sunt imposibile. Doar câteva plante și cele mai simple animale se pot descurca fără oxigen și, prin urmare, sunt numite anaerobe. În organismele vii, oxigenul este cheltuit pentru oxidarea diferitelor substanțe, iar procesul principal este reacția oxigenului cu atomii de hidrogen pentru a forma apă, în urma căreia se eliberează o cantitate semnificativă de energie. De asemenea, organismele aerobe obțin energie prin oxidarea nutrienților din celule și țesuturi la CO2, H2O,

(NH2)2CO.

În timpul respirației normale, oxigenul molecular care intră în plămâni este redus în apă: O2 + 4H+ + 4e 2H2 O, iar ionii H+ împreună cu electronii sunt eliberați atunci când substratul organic al corpului pierde atomi de H: [substrat (4H)] → 4H + substrat → 4H ++ 4e + substrat. În patologie apare recuperarea incompletă: O2 + 2H + + 2e H2 O2 sau O2 + e O2 -. Acest radical este numit

este radical superoxid (SOP). Poate fi util atunci când distruge celulele care cresc scăpate de sub control, dar poate fi și foarte toxic atunci când distruge membranele celulare ale celulelor sănătoase de care organismul are nevoie. În plus, efectul nociv al COP este că inactivează enzimele, depolimerizează polizaharidele și provoacă rupturi unice în structura ADN-ului. Orice substanță din organism cu un potențial adecvat poate lua parte la reducerea intermediară lentă cu un electron a O2 la COP. În acest caz, se formează H2O2, care în următoarea etapă de reducere cu un electron dă un radical hidroxid foarte reactiv OH, care oxidează rapid orice substanță celulară. Molecula hidrofobă de O2 trece cu ușurință în celulă prin membranele lipidice hidrofobe și începe să oxideze substanțele organice la radicali O2 - și OH. Acești radicali polari sunt „blocați” în celulă, deoarece nu pot trece înapoi prin membranele celulare. Pentru a-și plăti „agresivitatea” sunt enzime speciale superoxid dismutază, catalază și peroxidază. În plus, există substanțe cu conținut molecular scăzut - antioxidanți (de exemplu, vitaminele A și E), care neutralizează neenzimatic aceste particule periculoase. COP, de exemplu, este, de asemenea, legat activ de ioni Fe(3+). Uneori este utilă izolarea COP, de exemplu, antibioticele antitumorale (bleomicina) formează un complex cu ionii metalici Mn +, care catalizează reducerea rapidă a O2 la COP, care distruge ADN-ul din tumoră.

Modificarea alotropică a oxigenului - ozon O3. În atmosferă, ozonul se formează prin reacția fotochimică O2 + O → hν → O3, iar oxigenul activ atomic se formează și datorită reacției NO + O2 → NO2 + O. Efectul util al ozonului în atmosferă este că ozonul nu numai că absoarbe partea biologic activă și, prin urmare, periculoasă a radiației ultraviolete a Soarelui, ci participă și la formarea regimului termic al suprafeței planetei noastre. Captează căldura care părăsește Pământul în acele intervale spectrale („ferestre de transparență”) în care CO2 și H2O absorb această căldură slab. Ozonul este foarte toxic pentru oameni. Concentrația sa maximă admisă (MAC) în aer este de 0,5 mg/m3. Ozonul modifică structura plămânilor, inhibând funcțiile acestora, reducând astfel rezistența la bolile respiratorii. Fiind cel mai puternic agent oxidant (pe locul 2 după fluor), ozonul oxidează intens aminoacizii și enzimele care conțin sulf.

(cisteină HSCH2 CH(NH2)COOH, metionină CH3 SCH2 CH2 CH(NH2)COOH, de asemenea triptofan C8 H6 NCH2 CH(NH2)COOH, histidină C3 H3 N2 CH(NH2)COOH, tirozină HOC6 H4 CH2 CH(NH2) COOH .

Astfel, oxigenul molecular O2 nu este toxic pentru organismele vii, spre deosebire de alte forme: ozon O3, moleculă de O2 excitată, radical OH, O atomic, radical HO2, COP O2 - .

4.2. Carbon

Carbonul în ceea ce privește conținutul său în organism (21%) și importanța pentru organismele vii este unul dintre cei mai importanți organogeni. Deoarece acest manual este dedicat în mod special chimiei bioanorganice, nu vom atinge compușii organici ai faunei sălbatice, care este subiectul de studiu al chimiei bioorganice. Cei mai simpli compuși ai carbonului, de exemplu, carbonul liber sub formă de funingine și oxidul său de CO, sunt toxici pentru oameni. Contactul prelungit cu funinginea sau praful de cărbune provoacă cancer de piele („boala curătorului de coșuri”, așa cum se numea anterior). Cel mai mic praf de cărbune provoacă o modificare a structurii plămânilor și, prin urmare, le perturbă funcțiile. Extrem de toxic este oxidul de CO, al cărui efect toxic este cauzat de faptul că CO se leagă de hemoglobina din sânge de ~ 10 3 ori mai ușor decât oxigenul și, prin urmare, provoacă sufocare.

Dioxidul de carbon CO2 este prezent în biosferă ca produs al respirației și al produșilor de oxidare. Emisia anuală de CO și CO2 în atmosferă este de 2.108 și 9.109 tone

respectiv (spre comparație, eliberarea de hidrocarburi este de 8.107 tone pe an). CO2 este ușor solubil în apă, deci prezența lui în biofluide este neglijabilă. Cu toate acestea, în stomac are loc o reacție enzimatică importantă CO2 + Cl- + H2 O → HCO3 - + H + + Cl-, în urma căreia proteinele sunt descompuse într-un mediu acid. Rețineți că fără enzime, această reacție are loc în direcția opusă.

4.3. Hidrogen

Hidrogenul este prezent în natură sub formă de apă și numeroși compuși organici (Tabelul 1). Apa este principalul mediu de viață al unui organism. Dizolvă majoritatea substanțelor implicate în procesele metabolice. Conținutul de apă din organele și țesuturile corpului este destul de mare:

Tabelul 3

Mediul fiziologic pentru oameni este o soluție de NaCl 0,9%. Apa are o căldură specifică mare și, datorită schimbului lent de căldură cu mediul, menține o temperatură constantă a corpului. Când este supraîncălzită, apa se evaporă de pe suprafața corpului. Datorită căldurii mari de vaporizare a apei, acest proces este însoțit de costuri energetice, iar temperatura corpului scade. În mediul acvatic, datorită sistemelor tampon (carbonat, fosfat și hemoglobină), echilibrul acido-bazic al organismului este menținut.

După cum se poate observa din tabelul 3, pH-ul mediu al corpului corespunde pH-ului soluției saline și variază de la 6,8 la 7,4. Cu toate acestea, organele și țesuturile individuale pot avea valori ale pH-ului care sunt foarte diferite de cele fiziologice. Deci, în stomac, aciditatea este mare, iar pH-ul este de 0,9 - 1,1. Acest lucru este necesar pentru ca sub acțiunea enzimei pepsină, care este activă într-un mediu acid, peptidele componentei proteice a alimentelor să fie scindate. Bila are o reacție ușor alcalină (pH 7,5 - 8,5), care este necesară pentru hidroliza alcalină a grăsimilor.

4.4. Azot

Azotul este prezent în organismele vii sub formă de diverși compuși organici: aminoacizi, peptide, baze purinice etc., precum și sub formă de N2 liber, care vine cu aerul inhalat. Ciclul azotului în natură este strâns legat

numește geosfera și biosfera, confirmând unitatea lor. Există multe bacterii care pot transforma cu ușurință un compus de azot în altul și cu o schimbare a stării de oxidare a azotului. Deci, de exemplu, dacă în tehnologie sinteza amoniacului se realizează în condiții dure, atunci în biosferă legarea N 2 atmosferic și conversia acestuia în NH3 se desfășoară într-un mod enzimatic mai ușor, cu participarea azotazei:

N2 + 16ATP + 8e + 8H+ 2NH3 + 16ADP + 16[P în fosfații anorganici] + H2, unde ATP și ADP sunt adenozin trifosfat și, respectiv, adenozin difosfat și se crede că ATP-ul original este sub formă de complex cu Mg. Microorganismele implicate în această reacție sunt prezente în nodulii rădăcinilor unor plante, precum și

în Algă verde-albăstruie. Enzima nitrogenaza, care conține proteine, precum și Mo și Fe, este activă numai în condiții anaerobe. Studiile au arătat că la restaurare

Când N2 este redus la NH3, NH=NH și NH2-NH2 nu se formează. Acest lucru sugerează că 2 centri activi acționează probabil asupra enzimei: pe unul, molecula de azot este scindată, iar pe de altă parte, atomul de H este coordonat. În natură apar și alte transformări reciproce.

compuși cu azot: nitrificarea sau oxidarea NH3 la NO2, precum și reducerea ionilor de nitrat din îngrășăminte sub acțiunea enzimelor vegetale sau a bacteriilor anaerobe

riy la NO2 sau chiar la NH3. Compușii anorganici de azot sunt de obicei toxici

ny, cu excepția unei substanțe simple N2 și a unor cantități mici de N2 O. În fiecare an sunt emise în atmosferă ~ 5 107 tone de diverși oxizi de azot NOx și ~ 107 tone de alți compuși de azot. Molecula NO, conform conceptelor moderne, în ciuda aparentului

dificultatea formării sale din substanțe simple este prezentă în atmosferă în cantități uriașe. Se crede că până la 7.107 tone de N2 atmosferic pe an reacționează cu O2 ca urmare a proceselor la temperatură ridicată, cum ar fi arderea industrială și transportul. Se arată că oxizii de azot, cum ar fi ozonul, sunt capabili să interacționeze cu produsele arderii incomplete a combustibilului cu formarea de curent înalt.

peroxonitraţi sinus RCOOONO2 . Sub influenta radiatie solaraîn atmosfera superioară au loc reacții fotochimice care implică NOx, care sunt catalizate de particulele conținute acolo. NU în corpul uman

se formează în cantitate de ~100 mg pe zi din arginină conform reacției: NH \u003d C (NH2) - NH (CH2) 3 CH (NH2) COOH + 3 / 2O2 → enzima NO-sintetaza → H2 NCONH (CH2) ) 3 CH (NH2) COOH + 2NO + H2 O. Se știe că moleculele de NO sunt capabile să pătrundă în celulele pereților vaselor de sânge și să regleze fluxul sanguin; in plus, NO controleaza secretia de insulina, filtrarea renala, procesele reparatorii

în țesuturi etc. Astfel, NO este o moleculă cu două fețe care prezintă atât efecte toxice, cât și, fără îndoială, benefice. De exemplu, atunci când se ia un medicament cardiologic obișnuit precum nitroglicerina, acesta este hidrolizat cu formarea ion nitrat, care este redus de fierul hemoglobinei la NO, iar apoi NO este cel care provoacă relaxarea mușchilor netezi vasculari. Alți oxizi de azot

NO2, N2 O3 sunt foarte toxice și pot provoca sufocare și edem pulmonar. Ionul nitrit NO2 - este deosebit de toxic, deoarece oxidează metahemoglobina și perturbă procesul de transfer al O2 în organism. În plus, ionul de nitrit formează nitrozamină cancerigenă în stomac. Cu toate acestea, NaNO2 a fost folosit anterior ca vasodilatator pentru angina pectorală și vasospasmul cerebral. Recent, din cauza toxicității sale incontestabile, NaNO2 a fost abandonat, înlocuindu-l cu nitroglicerină sau nitrosorbat.

care nu au aceste efecte secundare. Inhalarea vaporilor de amoniac NH3 în cantități mari este dăunătoare, deoarece amoniacul creează un mediu puternic alcalin pe suprafața mucoaselor laringelui și plămânilor, ceea ce provoacă iritații și umflături.

În plus, moleculele mici de NH3 pătrund cu ușurință în membranele celulare și concurează cu mulți liganzi în coordonare cu ionii metalici.