Biologiczna rola pierwiastków chemicznych w organizmach żywych. Funkcje pierwiastków chemicznych w organizmie człowieka

Skład pierwiastkowy ciała

Za pomocą skład chemiczny Komórki różnych organizmów mogą się znacznie różnić, ale składają się z tych samych elementów. Około 70 elementów układu okresowego pierwiastków D.I. Mendelejew, ale tylko 24 z nich ma znaczenie i stale znajdują się w żywych organizmach.

Makroelementy - tlen, węglowodór, wodór, azot - są częścią cząsteczek substancji organicznych. Do makroelementów należą ostatnio potas, sód, wapń, siarka, fosfor, magnez, żelazo, chlor. Ich zawartość w komórce to dziesiąte i setne części procenta.

Magnez jest częścią chlorofilu; żelazo - hemoglobina; fosfor - tkanka kostna, kwasy nukleinowe; wapń – kości, skorupiaki, siarka – w składzie białek; Jony potasu, sodu i chloru biorą udział w zmianie potencjału błony komórkowej.

pierwiastki śladowe są prezentowane w komórce z setnymi i tysięcznymi części procenta. Są to cynk, miedź, jod, fluor, molibden, bor itp.

Pierwiastki śladowe są częścią enzymów, hormonów, pigmentów.

Ultramikroelementy - pierwiastków, których zawartość w ogniwie nie przekracza 0,000001%. Są to uran, złoto, rtęć, cez itp.

Woda i jej biologiczne znaczenie

Woda ilościowo zalicza się do związki chemiczne pierwsze miejsce we wszystkich komórkach. W zależności od rodzaju komórek, ich stanu funkcjonalnego, rodzaju organizmu i warunków jego obecności, jej zawartość w komórkach jest bardzo zróżnicowana.

Komórki tkanki kostnej zawierają nie więcej niż 20% wody, tkanka tłuszczowa - około 40%, komórki mięśniowe - 76%, a komórki embrionalne - ponad 90%.

Uwaga 1

W komórkach każdego organizmu ilość wody znacznie spada wraz z wiekiem.

Stąd - wniosek, że im wyższa aktywność funkcjonalna organizmu jako całości i każdej komórki z osobna, tym większa ich zawartość wody i odwrotnie.

Uwaga 2

Warunkiem żywotnej aktywności komórek jest obecność wody. Jest główną częścią cytoplazmy, wspiera jej strukturę i stabilność koloidów tworzących cytoplazmę.

O roli wody w komórce decydują jej właściwości chemiczne i strukturalne. Przede wszystkim wynika to z niewielkich rozmiarów cząsteczek, ich polarności oraz możliwości łączenia za pomocą wiązań wodorowych.

Wiązania wodorowe powstają przy udziale atomów wodoru połączonych z atomem elektroujemnym (zwykle tlenem lub azotem). W tym przypadku atom wodoru uzyskuje tak duży ładunek dodatni, że może utworzyć nowe wiązanie z innym atomem elektroujemnym (tlen lub azot). Cząsteczki wody również łączą się ze sobą, w których jeden koniec ma ładunek dodatni, a drugi jest ujemny. Taka cząsteczka nazywa się dipol. Bardziej elektroujemny atom tlenu jednej cząsteczki wody jest przyciągany do dodatnio naładowanego atomu wodoru innej cząsteczki, tworząc wiązanie wodorowe.

Ze względu na to, że cząsteczki wody są polarne i zdolne do tworzenia wiązań wodorowych, woda jest idealnym rozpuszczalnikiem dla substancji polarnych, czyli tzw. hydrofilowy. Są to związki o charakterze jonowym, w których naładowane cząstki (jony) dysocjują (oddzielają) w wodzie po rozpuszczeniu substancji (soli). Niektóre związki niejonowe mają tę samą zdolność, w cząsteczce których znajdują się naładowane (polarne) grupy (w cukrach, aminokwasach, prostych alkoholach są to grupy OH). Substancje składające się z cząsteczek niepolarnych (lipidów) są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, to znaczy, że hydrofobów.

Kiedy substancja przechodzi do roztworu, jej cząstki strukturalne (cząsteczki lub jony) uzyskują zdolność swobodnego poruszania się, a zatem wzrasta reaktywność substancji. Z tego powodu woda jest głównym medium, w którym większość reakcje chemiczne. Ponadto wszystkie reakcje redoks i reakcje hydrolizy zachodzą przy bezpośrednim udziale wody.

Woda ma najwyższą pojemność cieplną ze wszystkich znanych substancji. Oznacza to, że przy znacznym wzroście energii cieplnej temperatura wody wzrasta stosunkowo nieznacznie. Wynika to z wykorzystania znacznej ilości tej energii do zerwania wiązań wodorowych, które ograniczają ruchliwość cząsteczek wody.

Dzięki dużej pojemności cieplnej woda służy jako ochrona tkanek roślinnych i zwierzęcych przed silnym i szybkim wzrostem temperatury, a wysokie ciepło waporyzacji jest podstawą niezawodnej stabilizacji temperatury ciała. Potrzeba znacznej ilości energii do odparowania wody wynika z faktu, że między jej cząsteczkami istnieją wiązania wodorowe. Ta energia pochodzi z środowisko Dlatego parowaniu towarzyszy chłodzenie. Proces ten można zaobserwować podczas pocenia się, w przypadku zadyszania ciepła u psów, ma to również znaczenie w procesie schładzania transpirujących organów roślin, zwłaszcza w warunkach pustynnych oraz w warunkach suchych stepów i okresów suszy w innych rejonach.

Woda posiada również wysoką przewodność cieplną, co zapewnia równomierne rozprowadzanie ciepła w całym ciele. Dzięki temu nie ma ryzyka wystąpienia lokalnych „gorących punktów”, które mogą spowodować uszkodzenie elementów komórki. Tak wysoko ciepło właściwe oraz wysoka przewodność cieplna cieczy sprawiają, że woda jest idealnym medium do utrzymania optymalnego reżimu cieplnego organizmu.

Woda ma wysokie napięcie powierzchniowe. Ta właściwość jest bardzo ważna dla procesy adsorpcji, ruch roztworów przez tkanki (krążenie krwi, ruch w górę iw dół przez roślinę itp.).

Woda jest wykorzystywana jako źródło tlenu i wodoru, które uwalniane są podczas lekkiej fazy fotosyntezy.

Do ważnych właściwości fizjologicznych wody należy jej zdolność do rozpuszczania gazów ($O_2$, $CO_2$ itp.). Dodatkowo woda jako rozpuszczalnik bierze udział w procesie osmozy, która odgrywa ważną rolę w życiu komórek i organizmu.

Właściwości węglowodorów i ich biologiczna rola

Jeśli nie weźmiemy pod uwagę wody, możemy powiedzieć, że większość cząsteczek komórkowych należy do węglowodorów, tzw. związków organicznych.

Uwaga 3

Węglowodór, posiadający unikalne właściwości chemiczne, fundamentalne dla życia, jest jego podstawą chemiczną.

Ze względu na ich mały rozmiar i obecność powłoka zewnętrzna cztery elektrony, atom węglowodoru może tworzyć cztery silne wiązania kowalencyjne z innymi atomami.

Najważniejsza jest zdolność atomów węglowodorów do łączenia się ze sobą, tworzenia łańcuchów, pierścieni i wreszcie szkieletu dużych i złożonych cząsteczek organicznych.

Ponadto węglowodory łatwo się tworzą wiązania kowalencyjne z innymi pierwiastkami biogennymi (zwykle z $H, Mg, P, O, S$). Wyjaśnia to istnienie astronomicznej ilości różnych związków organicznych, które zapewniają istnienie żywych organizmów we wszystkich jego przejawach. Ich różnorodność przejawia się w budowie i wielkości cząsteczek, ich właściwości chemiczne, stopień nasycenia szkieletu węglowego oraz inna forma cząsteczki, które określają kąty wiązań wewnątrzcząsteczkowych.

Biopolimery

Są to wysoka masa cząsteczkowa (masa cząsteczkowa 103 - 109) związki organiczne, którego makrocząsteczki składają się z duża liczba linki, które się powtarzają - monomery.

Biopolimery to białka, kwasy nukleinowe, polisacharydy i ich pochodne (skrobia, glikogen, celuloza, hemiceluloza, pektyna, chityna itp.). Monomery dla nich to odpowiednio aminokwasy, nukleotydy i monosacharydy.

Uwaga 4

Około 90% suchej masy komórki składa się z biopolimerów: polisacharydy przeważają w roślinach, a białka przeważają u zwierząt.

Przykład 1

W komórce bakteryjnej znajduje się około 3 tys. rodzajów białek i 1 tys. kwasów nukleinowych, a u człowieka liczbę białek szacuje się na 5 mln.

Biopolimery stanowią nie tylko podstawę strukturalną organizmów żywych, ale także pełnią rolę przewodzącą w procesach życiowych.

Podstawą strukturalną biopolimerów są łańcuchy liniowe (białka, kwasy nukleinowe, celuloza) lub rozgałęzione (glikogen).

A kwasy nukleinowe, reakcje immunologiczne, reakcje metaboliczne - i są przeprowadzane w wyniku tworzenia kompleksów biopolimerowych i innych właściwości biopolimerów.

Dziś wiele zostało odkrytych i wyizolowanych w czystej postaci pierwiastki chemiczne tablice okresowe pierwiastków, a jedna piąta z nich znajduje się w każdym żywym organizmie. Podobnie jak cegły są głównymi składnikami substancji organicznych i nieorganicznych.

Jakie pierwiastki chemiczne są częścią komórki, zgodnie z biologią jakich substancji można ocenić ich obecność w ciele - rozważymy to wszystko w dalszej części artykułu.

Jaka jest stałość składu chemicznego

Aby zachować stabilność w organizmie, każda komórka musi utrzymywać stężenie każdego ze swoich składników na stałym poziomie. Poziom ten determinują gatunki, siedliska, czynniki środowiskowe.

Aby odpowiedzieć na pytanie, jakie pierwiastki chemiczne są częścią komórki, konieczne jest jasne zrozumienie, że każda substancja zawiera dowolny ze składników układu okresowego.

czasem w pytaniu około setnych i tysięcznych procenta zawartości pewnego pierwiastka w komórce, ale jednocześnie zmiana wymienionej liczby o co najmniej tysięczną część może już mieć poważne konsekwencje dla organizmu.

Spośród 118 pierwiastków chemicznych w ludzkiej komórce powinno być co najmniej 24. Nie ma takich składników, które znalazłyby się w żywym organizmie, ale nie byłyby częścią nieożywionych obiektów przyrody. Fakt ten potwierdza ścisły związek między żywymi i nieożywionymi w ekosystemie.

Rola różnych elementów tworzących komórkę

Więc jakie są pierwiastki chemiczne, które składają się na komórkę? Należy zauważyć, że ich rola w życiu organizmu zależy bezpośrednio od częstości występowania i ich stężenia w cytoplazmie. Jednak pomimo inna treść pierwiastków w komórce, znaczenie każdego z nich jest równie duże. Niedobór któregokolwiek z nich może prowadzić do szkodliwego wpływu na organizm, wyłączając najważniejsze reakcje biochemiczne z metabolizmu.

Wymieniając, jakie pierwiastki chemiczne są częścią ludzkiej komórki, musimy wspomnieć o trzech głównych typach, które rozważymy poniżej:

Główne biogenne elementy komórki

Nic dziwnego, że pierwiastki O, C, H, N są biogenne, ponieważ tworzą wszystkie substancje organiczne i wiele nieorganicznych. Nie sposób wyobrazić sobie białek, tłuszczów, węglowodanów czy kwasów nukleinowych bez tych niezbędnych dla organizmu składników.

Funkcja tych pierwiastków determinowała ich wysoką zawartość w organizmie. Razem stanowią 98% całkowitej suchej masy ciała. Jak inaczej może przejawiać się aktywność tych enzymów?

Tlen. Jego zawartość w komórce wynosi około 62% całkowitej suchej masy. Funkcje: budowa substancji organicznych i nieorganicznych, udział w łańcuchu oddechowym;
Węgiel. Jego zawartość sięga 20%. Główna funkcja: zawarta we wszystkich;
Wodór. Jego stężenie przyjmuje wartość 10%. Oprócz tego, że jest składnikiem materii organicznej i wody, pierwiastek ten uczestniczy również w przemianach energetycznych;
Azot. Kwota nie przekracza 3-5%. Jego główną rolą jest tworzenie aminokwasów, kwasów nukleinowych, ATP, wielu witamin, hemoglobiny, hemocyjaniny, chlorofilu.

Są to pierwiastki chemiczne, które tworzą komórkę i tworzą większość substancji niezbędnych do normalnego życia.

Znaczenie makroskładników

Makroelementy pomogą również zasugerować, które pierwiastki chemiczne są częścią komórki. Z kursu biologii staje się jasne, że oprócz głównych, 2% suchej masy składa się z innych składników układu okresowego. A makroelementy obejmują te, których zawartość nie jest mniejsza niż 0,01%. Ich główne funkcje przedstawione są w formie tabeli.


Wapń (Ca)		Za skurcz włókien mięśniowych odpowiada część pektyn, kości i zębów. Poprawia krzepliwość krwi.
Fosfor (P)		Jest częścią najważniejszego źródła energii - ATP.
		Uczestniczy w tworzeniu mostków dwusiarczkowych podczas fałdowania białka w strukturę trzeciorzędową. Zawarte w składzie cysteina i metionina, niektóre witaminy.
		Jony potasu są zaangażowane w komórki, a także wpływają na potencjał błonowy.
		Główny anion w organizmie
Sód (Na)		Analog potasu biorący udział w tych samych procesach.
Magnez (Mg)		Jony magnezu są regulatorami procesu W centrum cząsteczki chlorofilu znajduje się również atom magnezu.
		Uczestniczy w transporcie elektronów przez ETC oddychania i fotosyntezy, jest łącznikiem strukturalnym mioglobiny, hemoglobiny i wielu enzymów.

Mamy nadzieję, że z powyższego łatwo określić, które pierwiastki chemiczne wchodzą w skład komórki i są makroelementami.

pierwiastki śladowe

Istnieją również takie składniki komórki, bez których organizm nie może normalnie funkcjonować, ale ich zawartość jest zawsze mniejsza niż 0,01%. Określmy, które pierwiastki chemiczne są częścią komórki i należą do grupy mikroelementów.


		Wchodzi w skład enzymów polimeraz DNA i RNA, a także wielu hormonów (np. insuliny).
		Uczestniczy w procesach fotosyntezy, syntezie hemocyjaniny i niektórych enzymów.
		Jest składnikiem strukturalnym hormonów T3 i T4 tarczycy
Mangan (Mn)	mniej niż 0,001	Zawarte w enzymach, kościach. Uczestniczy w wiązaniu azotu w bakteriach
	mniej niż 0,001	Wpływa na proces wzrostu roślin.
		Jest częścią kości i szkliwa zębów.

Substancje organiczne i nieorganiczne

Oprócz tego, jakie inne pierwiastki chemiczne są zawarte w składzie komórki? Odpowiedzi można znaleźć po prostu badając strukturę większości substancji w ciele. Wśród nich wyróżnia się cząsteczki pochodzenia organicznego i nieorganicznego, a każda z tych grup ma w swoim składzie ustalony zestaw pierwiastków.

Główne klasy substancji organicznych to białka, kwasy nukleinowe, tłuszcze i węglowodany. Zbudowane są w całości z głównych pierwiastków biogennych: szkielet cząsteczki jest zawsze tworzony przez węgiel, a wodór, tlen i azot są częścią rodników. U zwierząt dominującą klasą są białka, a u roślin polisacharydy.

Substancje nieorganiczne to wszystkie sole mineralne i oczywiście woda. Spośród wszystkich substancji nieorganicznych w komórce najwięcej jest H 2 O, w której rozpuszcza się reszta substancji.

Wszystko to pomoże Ci określić, które pierwiastki chemiczne wchodzą w skład komórki, a ich funkcje w organizmie nie będą już dla Ciebie tajemnicą.

W nowoczesne warunki jednym z najpilniejszych problemów nauczania chemii jest zapewnienie praktycznego ukierunkowania wiedzy przedmiotowej. Oznacza to konieczność wyjaśnienia ścisłego związku między badanymi stanowiskami teoretycznymi a praktyką życiową, ukazania stosowanego charakteru wiedzy chemicznej. Studenci są podekscytowani nauką chemii. Aby podtrzymać zainteresowanie poznawcze uczniów, konieczne jest przekonanie ich o skuteczności wiedzy chemicznej, ukształtowanie osobistej potrzeby opanowania materiału edukacyjnego.

Cel tej lekcji: poszerzać horyzonty uczniów i zwiększać zainteresowanie poznawcze studiowaniem przedmiotu, kształtować koncepcje światopoglądowe dotyczące poznawalności przyrody. Proponuje się, aby ta lekcja odbyła się w 8 klasie po przestudiowaniu pierwiastków chemicznych układu okresowego, kiedy dzieci mają już pojęcie o ich różnorodności.

PODCZAS ZAJĘĆ

Nauczyciel:

W naturze nie ma nic innego
Ani tu, ani tam, w głębinach kosmosu:
Wszystko - od małych ziarenek piasku po planety -
Składa się z pojedynczych elementów.
Jak formuła, jak harmonogram pracy,
Struktura systemu Mendelejewa jest ścisła.
Świat wokół ciebie żyje
Wejdź, wdech, dotknij rękoma.

Lekcja rozpoczyna się sceną teatralną „Kto jest najważniejszy w tabeli?” (cm. Załącznik 1).

Nauczyciel: Organizm ludzki zawiera 81 pierwiastków chemicznych z 92 występujących w przyrodzie. Organizm ludzki to złożone laboratorium chemiczne. Trudno sobie wyobrazić, że nasze codzienne samopoczucie, nastrój, a nawet apetyt mogą zależeć od minerałów. Bez nich witaminy są bezużyteczne, synteza i rozkład białek, tłuszczów i węglowodanów są niemożliwe.

Na stołach uczniów znajdują się tabele „Biologiczna rola pierwiastków chemicznych” (zob. Załącznik 2). Poświęć trochę czasu, aby ją poznać. Nauczyciel wraz z uczniami analizuje tabelę zadając pytania.

Nauczyciel: Podstawą życia jest sześć elementów pierwszych trzech okresów (H, C, N, O, P, S), które stanowią 98% masy żywej materii (pozostałe elementy układu okresowego to nie więcej niż 2%).
Trzy główne atrybuty pierwiastków biogennych (H, C, N, O, P, S):

mały rozmiar atomów
mała względna masa atomowa,
zdolność do tworzenia silnych wiązań kowalencyjnych.

Uczniowie otrzymują teksty (zob. Załącznik 3). Zadanie: uważnie przeczytaj tekst; podkreślić pierwiastki niezbędne do życia i pierwiastki niebezpieczne dla żywych organizmów; znajdź je w systemie okresowym i wyjaśnij ich rolę.
Po wykonaniu zadania kilkoro uczniów analizuje różne teksty.

Nauczyciel: Pierwiastki-analogi w środowisku naturalnym wchodzą w konkurencję i mogą być wymieniane w organizmach żywych, wpływając na nie negatywnie.
Zastąpienie sodu i potasu w organizmach zwierząt i ludzi litem powoduje zaburzenia układu nerwowego, ponieważ w tym przypadku komórki nie przewodzą impulsu nerwowego. Takie zaburzenia prowadzą do schizofrenii.
Tal, biologiczny konkurent potasu, zastępuje go w ścianach komórkowych, wpływa na centralny i obwodowy układ nerwowy, przewód pokarmowy i nerki.
Selen może zastąpić siarkę w białkach. Jest to jedyny pierwiastek, który znajdujący się w wysokich stężeniach w roślinach może spowodować nagłą śmierć jedzących je zwierząt i ludzi.
Wapń, którego w glebie brakuje, jest zastępowany w organizmie przez stront, który stopniowo zaburza prawidłową strukturę kośćca. Szczególnie niebezpieczne jest zastępowanie wapnia strontem-90, który gromadzi się w ogromnych ilościach w miejscach wybuchów jądrowych (podczas testowania broni jądrowej) lub podczas awarii w elektrowniach jądrowych. Ten radionuklid niszczy szpik kostny.
Kadm konkuruje z cynkiem. Pierwiastek ten zmniejsza aktywność enzymów trawiennych, zaburza tworzenie glikogenu w wątrobie, powoduje deformację szkieletu, hamuje wzrost kości, a także powoduje silny ból w dolnej części pleców i mięśni nóg, kruchość kości (np. złamane żebra przy kaszlu) . Inne negatywne konsekwencje to rak płuc i odbytnicy, dysfunkcja trzustki. Uszkodzenie nerek, obniżony poziom żelaza, wapnia, fosforu we krwi. Pierwiastek ten hamuje procesy samooczyszczania w roślinach wodnych i lądowych (np. odnotowuje się 20-30-krotny wzrost zawartości kadmu w liściach tytoniu).
Halogeny można bardzo łatwo wymieniać w organizmie. Nadmiar fluoru w środowisku (woda fluorowana, zanieczyszczenie gleby związkami fluoru wokół zakładu produkującego aluminium i inne przyczyny) uniemożliwia przedostawanie się jodu do organizmu człowieka. W rezultacie choroba tarczycy układ hormonalny ogólnie.

Wiadomości studenckie przygotowane wcześniej.

I uczeń:

Średniowieczni alchemicy uważali złoto za doskonałość, a inne metale za pomyłkę w akcie tworzenia i, jak wiecie, dołożyli wszelkich starań, aby ten błąd wyeliminować. Ideę wprowadzenia złota do praktyki medycznej przypisuje się Paracelsusowi, który głosił, że celem chemii nie powinno być przekształcenie wszystkich metali w złoto, ale przygotowanie leków. Leki wykonane ze złota i jego związków próbowano leczyć wiele chorób. Byli leczeni na trąd, toczeń i gruźlicę. U osób wrażliwych na złoto może powodować zaburzenia składu krwi, reakcję nerek, wątroby, wpłynąć na nastrój, wzrost zębów, włosów. Złoto zapewnia funkcjonowanie układu nerwowego. Występuje w kukurydzy. A siła naczyń krwionośnych zależy od germanu. Jedynym produktem spożywczym zawierającym german jest czosnek.

II uczeń:

W Ludzkie ciało największa ilość miedzi znajduje się w mózgu i wątrobie, a sama ta okoliczność wskazuje na jej znaczenie w życiu. Stwierdzono, że wraz z bólem wzrasta stężenie miedzi we krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym. W Syrii i Egipcie noworodki noszą miedziane bransoletki, aby zapobiec krzywicy i epilepsji.

III uczeń:

ALUMINIUM

Naczynia aluminiowe nazywane są naczyniami ubogich, ponieważ metal ten przyczynia się do rozwoju starczej miażdżycy. Podczas gotowania w takich naczyniach aluminium częściowo przechodzi do organizmu, gdzie się gromadzi.

IV uczeń:

Jaki pierwiastek znajduje się w jabłkach? (Żelazo.)
Jaka jest jego rola biologiczna? (Organizm zawiera 3 g żelaza, z czego 2 g we krwi. Żelazo jest częścią hemoglobiny. Niewystarczająca ilość żelaza prowadzi do bół głowy, szybkie zmęczenie.)

Następnie studenci przeprowadzają eksperyment laboratoryjny, którego celem jest eksperymentalne udowodnienie wpływu soli niektórych metali na białko. Mieszają białko z roztworami zasady i siarczanu miedzi i obserwują wytrącanie się fioletowego osadu. Wyciągnij wnioski dotyczące zniszczenia białka.

V uczeń:

Człowiek jest także naturą.
Jest także zachodem słońca i wschodem słońca.
I ma cztery pory roku.
I specjalny ruch w muzyce.

I specjalny sakrament koloru,
Teraz okrutnym, raz dobrym ogniem.
Człowiek jest zimą. Albo lato.
Albo jesienią. Z piorunami i deszczem.

Wszystko zawarte w sobie - mile i czas.
A od burz atomowych był ślepy.
Człowiek jest zarówno glebą, jak i nasieniem.
I chwasty na środku pola. I chleb.

A jaka jest w nim pogoda?
Ile jest tu samotności? Spotkania?
Człowiek też jest naturą...
Zadbajmy więc o naturę!

(S. Ostrowoj)

Aby utrwalić wiedzę zdobytą na lekcji, przeprowadzany jest test „Uśmiech” (patrz. Dodatek 4).
Następnie proponuje się wypełnić krzyżówkę „Kalejdoskop chemiczny” (patrz. Załącznik 5).
Nauczyciel podsumowuje lekcję, zwracając uwagę na najbardziej aktywnych uczniów.

6 uczeń:

Zmień, zmień!
Wezwanie leje.
Wreszcie jest skończone
Nudna lekcja!

Ciągnąc siarkę za warkocz,
Magnez przebiegł obok.
Jod wyparował z klasy
To tak, jakby to się nigdy nie wydarzyło.

Fluor przypadkowo podpalił wodę,
Chlor zjadł czyjąś książkę.
Węgiel nagle z wodorem
Udało mi się stać niewidzialnym.

Potas, brom walczą w kącie:
Nie dzielą elektronu.
Tlen - niegrzeczny na borze
Przeszłość galopowała konno.

Używane książki:

O.V. Bajdalina O stosowanym aspekcie wiedzy chemicznej. „Chemia w szkole” nr 5, 2005
Chemia i ekologia w kursie szkolnym. „Pierwszy września” nr 14, 2005
I. N. Pimenova, A. V. Pimenov„Wykłady na biologia ogólna”, podręcznik, Saratów, Wydawnictwo JSC „Liceum”, 2003
O chemii wierszem, kto jest najważniejszy w tabeli? „Pierwszy września”, nr 15, 2005
Metale w organizmie człowieka „Chemia w szkole”, nr 6, 2005
Krzyżówka "Kalejdoskop chemiczny". „Pierwszy września”, nr 14, 2005
„Idę na zajęcia z chemii”. Książka dla nauczyciela. M. „Pierwszy września”, 2002, s. 12.

Biologiczna rola pierwiastków chemicznych w organizmach żywych

1. Makro i mikroelementy w środowisku i organizmie człowieka

Biologiczna rola pierwiastków chemicznych w organizmie człowieka jest niezwykle zróżnicowana.

Główną funkcją makroskładników jest budowanie tkanek, utrzymywanie stałego ciśnienia osmotycznego, składu jonowego i kwasowo-zasadowego.

Pierwiastki śladowe wchodzące w skład enzymów, hormonów, witamin, substancji biologicznie czynnych jako czynniki kompleksujące lub aktywatory biorą udział w przemianach materii, procesach reprodukcji, oddychaniu tkankowym i neutralizacji substancji toksycznych. Pierwiastki śladowe aktywnie wpływają na procesy hematopoezy, utlenianie - regenerację, przepuszczalność naczyń krwionośnych i tkanek. Makro- i mikroelementy - wapń, fosfor, fluor, jod, glin, krzem warunkują tworzenie się tkanki kostnej i zębowej.

Istnieją dowody na to, że zawartość niektórych pierwiastków w organizmie człowieka zmienia się wraz z wiekiem. Tak więc zawartość kadmu w nerkach i molibdenu w wątrobie wzrasta wraz z wiekiem. Maksymalną zawartość cynku obserwuje się w okresie dojrzewania, następnie spada, a na starość osiąga minimum. Wraz z wiekiem zmniejsza się również zawartość innych pierwiastków śladowych, takich jak wanad i chrom.

Zidentyfikowano wiele chorób związanych z niedoborem lub nadmiernym nagromadzeniem różnych pierwiastków śladowych. Niedobór fluoru powoduje próchnicę zębów, niedobór jodu – wole endemiczne, nadmiar molibdenu – endemiczna dna moczanowa. Takie wzorce związane są z zachowaniem w organizmie człowieka równowagi optymalnych stężeń pierwiastków biogennych – homeostazy chemicznej. Naruszenie tej równowagi z powodu braku lub nadmiaru pierwiastka może prowadzić do różnych chorób.

Oprócz sześciu głównych makroelementów – organogenów – węgla, wodoru, azotu, tlenu, siarki i fosforu, które składają się na węglowodany, tłuszcze, białka i kwasy nukleinowe, do prawidłowego żywienia ludzi i zwierząt niezbędne są makroelementy „nieorganiczne” – wapń, chlor , magnez, potas, sód - i pierwiastki śladowe - miedź, fluor, jod, żelazo, molibden, cynk, a także ewentualnie (sprawdzony na zwierzętach) selen, arsen, chrom, nikiel, krzem, cyna, wanad.

Brak w diecie pierwiastków takich jak żelazo, miedź, fluor, cynk, jod, wapń, fosfor, magnez i niektórych innych prowadzi do poważne konsekwencje dla zdrowia ludzkiego.

Trzeba jednak pamiętać, że nie tylko niedobór, ale i nadmiar pierwiastków biogennych jest szkodliwy dla organizmu, gdyż zaburza to homeostazę chemiczną. Na przykład przy przyjmowaniu nadmiaru manganu z pożywieniem poziom miedzi w osoczu wzrasta (synergizm Mn i Cu), a w nerkach spada (antagonizm). Zwiększenie zawartości molibdenu w pożywieniu prowadzi do wzrostu ilości miedzi w wątrobie. Nadmiar cynku w pożywieniu powoduje zahamowanie aktywności enzymów zawierających żelazo (antagonizm Zn i Fe).

Składniki mineralne, które są niezbędne w znikomych ilościach, stają się toksyczne w wyższych stężeniach.

Wiele pierwiastków (srebro, rtęć, ołów, kadm itp.) Uważa się za toksyczne, ponieważ ich przedostanie się do organizmu już w śladowych ilościach prowadzi do poważnych zjawisk patologicznych. mechanizm chemiczny Toksyczne działanie niektórych pierwiastków śladowych zostanie omówione poniżej.

Pierwiastki biogenne są szeroko stosowane w rolnictwo. Dodatek do gleby niewielkich ilości mikroelementów - boru, miedzi, manganu, cynku, kobaltu, molibdenu - dramatycznie zwiększa plon wielu roślin. Okazuje się, że mikroelementy, zwiększając aktywność enzymów w roślinach, przyczyniają się do syntezy białek, witamin, kwasów nukleinowych, cukrów i skrobi. Niektóre pierwiastki chemiczne mają pozytywny wpływ na fotosyntezę, przyspieszają wzrost i rozwój roślin, dojrzewanie nasion. Pierwiastki śladowe są dodawane do pasz dla zwierząt w celu zwiększenia ich produktywności.

Różne pierwiastki i ich związki są szeroko stosowane jako leki.

Tak więc badanie biologicznej roli pierwiastków chemicznych, wyjaśnienie związku między wymianą tych pierwiastków a innymi substancjami biologicznie czynnymi - enzymami, hormonami, witaminami przyczynia się do tworzenia nowych leków i rozwoju optymalne tryby ich dawkowanie zarówno w celach terapeutycznych, jak i profilaktycznych.

Podstawą badania właściwości pierwiastków, a w szczególności ich roli biologicznej jest: prawo okresowe DI. Mendelejew. Charakterystyka fizykochemiczna, a co za tym idzie ich fizjologiczna i patologiczna rola, są determinowane przez położenie tych pierwiastków w układ okresowy DI. Mendelejew.

Z reguły wraz ze wzrostem ładunku jądra atomów wzrasta toksyczność pierwiastków tej grupy, a ich zawartość w organizmie maleje. Spadek zawartości wynika oczywiście z faktu, że wiele pierwiastków o długich okresach jest słabo przyswajanych przez organizmy żywe ze względu na duże promienie atomowe i jonowe, wysoki ładunek jądrowy, złożoność konfiguracji elektronowych i niską rozpuszczalność związków. Ciało zawiera znaczne ilości lekkich pierwiastków.

Do makroelementów należą pierwiastki s pierwszego (wodór), trzeciego (sód, magnez) i czwartego (potas, wapń) okresu oraz pierwiastki p drugiego (węgiel, azot, tlen) i trzeciego (fosfor, siarka, okresy chloru). Wszystkie są niezbędne. Większość pozostałych elementów s i p pierwszych trzech okresów (Li, B, Al, F) jest fizjologicznie czynna, elementy s i p dużych okresów (n> 4) rzadko działają jako niezbędne. Wyjątkiem są pierwiastki s - potas, wapń, jod. Fizjologicznie aktywne są niektóre pierwiastki s i p czwartego i piątego okresu - stront, arsen, selen, brom.

Wśród pierwiastków d najważniejsze są przede wszystkim pierwiastki czwartego okresu: mangan, żelazo, cynk, miedź, kobalt. Niedawno ustalono, że fizjologiczna rola niektórych innych pierwiastków d z tego okresu jest również niewątpliwa: tytan, chrom, wanad.

Pierwiastki d z piątego i szóstego okresu, z wyjątkiem molibdenu, nie wykazują wyraźnej pozytywnej aktywności fizjologicznej. Molibden wchodzi również w skład szeregu enzymów redoks (np. tlenku ksantyny, oksydazy aldehydowej) i odgrywa ważną rolę w przebiegu procesów biochemicznych.

2. Ogólne aspekty toksyczności metali ciężkich dla organizmów żywych

Kompleksowe badanie problemów związanych z oceną stanu środowiska przyrodniczego pokazuje, że w zmieniających się systemach ekologicznych bardzo trudno jest wytyczyć wyraźną granicę między czynnikami naturalnymi a antropogenicznymi. Przekonały nas o tym ostatnie dziesięciolecia. że wpływ człowieka na przyrodę powoduje nie tylko bezpośrednie, łatwe do zidentyfikowania szkody, ale także powoduje szereg nowych, często ukrytych procesów, które przekształcają lub niszczą środowisko. Procesy naturalne i antropogeniczne w biosferze są w złożonym związku i współzależności. Tak więc na przebieg przemian chemicznych prowadzących do powstania substancji toksycznych ma wpływ klimat, stan pokrywy glebowej, wody, powietrza, poziom radioaktywności itp. W obecnych warunkach, badając procesy chemicznego zanieczyszczenia ekosystemów, pojawia się problem znalezienia naturalnych, głównie uwarunkowanych czynniki naturalne, poziomy zawartości niektórych pierwiastków lub związków chemicznych. Rozwiązanie tego problemu jest możliwe tylko na podstawie wieloletnich systematycznych obserwacji stanu składników biosfery, zawartości w nich różnych substancji, czyli na podstawie monitoringu środowiska.

Zanieczyszczenie środowiska metalami ciężkimi jest bezpośrednio związane z ekologicznym i analitycznym monitorowaniem supertoksyn, ponieważ wiele z nich już w śladowych ilościach wykazuje wysoką toksyczność i jest w stanie koncentrować się w organizmach żywych.

Główne źródła zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi można podzielić na naturalne (naturalne) i sztuczne (antropogeniczne). Naturalne to erupcje wulkanów, burze piaskowe, pożary lasów i stepów, sole morskie wysadzane przez wiatr, roślinność itp. Naturalne źródła zanieczyszczeń są systematyczne, jednolite lub krótkotrwałe spontaniczne i z reguły mają niewielki wpływ na poziom ogólny zanieczyszczenie. Główne i najbardziej niebezpieczne źródła zanieczyszczenia przyrody metalami ciężkimi mają charakter antropogeniczny.

W procesie badania chemii metali i ich cykli biochemicznych w biosferze ujawnia się podwójna rola, jaką odgrywają one w fizjologii: z jednej strony większość metali jest niezbędna do normalnego toku życia; z drugiej strony w podwyższonych stężeniach wykazują wysoką toksyczność, czyli mają zły wpływ o stanie i aktywności organizmów żywych. Granica między niezbędnymi a toksycznymi stężeniami pierwiastków jest bardzo nieostra, co utrudnia rzetelną ocenę ich wpływu na środowisko. Ilość, w jakiej niektóre metale stają się naprawdę niebezpieczne, zależy nie tylko od stopnia zanieczyszczenia przez nie ekosystemów, ale także od charakterystyki chemicznej ich cyklu biochemicznego. W tabeli. 1 przedstawia szereg molowej toksyczności metali dla różne rodzaje organizmy żywe.

Tabela 1. Reprezentatywna sekwencja molowej toksyczności metali

Organizmy Seria toksyczności Glony Hg>Cu>Cd>Fe>Cr>Zn>Co>MnFungiAg>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe >Zn > Pb> CdFishAg>Hg>Cu> Pb> Cd>Al> Zn> Ni> Cr>Co>Mn>>SrMammalsAg, Hg, Cd> Cu, Pb, Sn, Be>> Mn, Zn, Ni, Fe , Cr >> Sr >Сs, Li, Al

Dla każdego typu organizmu kolejność metali w rzędach tabeli od lewej do prawej odzwierciedla wzrost ilości molowej metalu wymaganej do manifestacji działania toksycznego. Minimalna wartość molowa dotyczy metalu o najwyższej toksyczności.

W.W. Kovalsky, w oparciu o ich znaczenie dla życia, podzielił pierwiastki chemiczne na trzy grupy:

Niezbędne (niezastąpione) pierwiastki, które są stale zawarte w organizmie (wchodzą w skład enzymów, hormonów i witamin): H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu , Co, Fe, Mo, V. Ich niedobór prowadzi do zakłócenia normalnego życia ludzi i zwierząt.

Tabela 2. Charakterystyka niektórych metaloenzymów - kompleksów bionieorganicznych

Metal-enzym Atom centralny Środowisko liganda Obiekt koncentracji Działanie enzymu Karboanhydraza Zn (II) Reszty aminokwasowe Erytrocyty Katalizuje odwracalne uwodnienie dwutlenku węgla: CO 2+H 2O↔N 2WIĘC 3N ++NSO 3Karboksypeptydaza Zn(II) Reszty aminokwasowe Trzustka, wątroba, jelita Katalizuje trawienie białek, uczestniczy w hydrolizie wiązań peptydowych: R 1CO-NH-R 2+H 2O↔R 1-COOH+R 2NH 2Katalaza Fe (III) Reszty aminokwasowe, histydyna, tyrozyna Krew Katalizuje reakcję rozkładu nadtlenku wodoru: 2H 2O 2= 2H 2O + O 2Fe(III) peroksydazaBiałkaTkanka, krewUtlenianie substratów (RH 2) nadtlenek wodoru: RH 2+ H 2O 2=R+2H 2Oksyreduktaza Cu (II) Resztki aminokwasów Serce, wątroba, nerki Katalizuje utlenianie za pomocą tlenu cząsteczkowego: 2H 2R+O 2= 2R + 2H 2O Karboksylaza pirogronianowa Mn (II) Białka tkankowe Wątroba, tarczyca Wzmacnia działanie hormonów. Katalizuje proces karboksylacji kwasem pirogronowym Oksydaza aldehydowa Mo (VI) Białka tkankowe Wątroba Uczestniczy w utlenianiu aldehydów Reduktaza rybonukleotydowa Co (II) Białka tkankowe Wątroba Uczestniczy w biosyntezie kwasów rybonukleinowych

pierwiastki zanieczyszczające trwale zawarte w ciele: 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. Ich biologiczna rola jest mało poznana lub nieznana.
pierwiastki zanieczyszczające znajdujące się w organizmie Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb itd. Dane dotyczące ilości i roli biologicznej nie są jasne.
W tabeli przedstawiono charakterystykę szeregu metaloenzymów, do których należą tak ważne metale, jak Zn, Fe, Cu, Mn, Mo.
W zależności od zachowania w żywych systemach metale można podzielić na 5 typów:
- niezbędne elementy, bez których w organizmie występują zaburzenia czynnościowe;
- stymulanty (metale niezbędne i niepotrzebne organizmowi mogą działać jako stymulanty);
pierwiastki obojętne, które w pewnych stężeniach są nieszkodliwe i nie mają żadnego wpływu na organizm (np. metale obojętne stosowane jako implanty chirurgiczne):
środki terapeutyczne stosowane w medycynie;
pierwiastki toksyczne, przy wysokich stężeniach prowadzących do nieodwracalnych zaburzeń czynnościowych, śmierć organizmu.
W zależności od stężenia i czasu kontaktu metal może działać według jednego ze wskazanych typów.
Rysunek 1 przedstawia schemat zależności stanu organizmu od stężenia jonów metali. Ciągła krzywa na diagramie opisuje natychmiastową pozytywną odpowiedź, optymalny poziom i przejście z pozytywnego efektu do negatywnego po przejściu wartości stężenia pożądanego pierwiastka przez maksimum. W wysokich stężeniach wymagany metal staje się toksyczny.
Kropkowana krzywa pokazuje odpowiedź biologiczną na metal toksyczny dla organizmu bez efektu niezbędnego lub stymulującego pierwiastka. Krzywa ta pojawia się z pewnym opóźnieniem, co wskazuje na zdolność żywego organizmu do „niereagowania” na małe ilości substancji toksycznej (stężenie progowe).
Z diagramu wynika, że niezbędne pierwiastki stają się toksyczne w nadmiernych ilościach. Organizm zwierząt i ludzi utrzymuje koncentrację pierwiastków w optymalnym zakresie poprzez kompleks procesów fizjologicznych zwanych homeostazą. Stężenie wszystkich bez wyjątku niezbędnych metali jest pod ścisłą kontrolą homeostazy.

Rys.1 Odpowiedź biologiczna w zależności od stężenia metalu. (Wzajemny układ dwóch krzywych względem skali stężenia jest warunkowy)
zatrucie jonami zatrucia metalami
Szczególnie interesująca jest zawartość pierwiastków chemicznych w ludzkim ciele. Narządy ludzkie w różny sposób koncentrują w sobie różne pierwiastki chemiczne, to znaczy makro- i mikroelementy są nierównomiernie rozmieszczone między różnymi narządami i tkankami. Większość pierwiastków śladowych (zawartość w organizmie mieści się w granicach 10 -3-10-5%) kumuluje się w tkankach wątroby, kości i mięśni. Te tkaniny są głównym magazynem wielu metali.
Pierwiastki mogą wykazywać specyficzne powinowactwo do niektórych narządów i być w nich zawarte w wysokich stężeniach. Wiadomo, że cynk gromadzi się w trzustce, jod w tarczycy, wanad wraz z aluminium i arsenem gromadzi się we włosach i paznokciach, kadm, rtęć, molibden – w nerkach, cyna w tkankach jelitowych, stront – w gruczoł krokowy, tkanka kostna, mangan w przysadce mózgowej itp. W organizmie pierwiastki śladowe można znaleźć w: stan związany, oraz w postaci wolnych form jonowych. Ustalono, że glin, miedź i tytan w tkankach mózgu występują w postaci kompleksów z białkami, natomiast mangan w postaci jonowej.
W odpowiedzi na przyjmowanie do organizmu nadmiernych stężeń pierwiastków, żywy organizm jest w stanie ograniczyć lub nawet wyeliminować powstały efekt toksyczny dzięki obecności pewnych mechanizmów detoksykacji. Specyficzne mechanizmy detoksykacji w odniesieniu do jonów metali nie są obecnie dobrze poznane. Wiele metali w organizmie można przekształcić w mniej szkodliwe formy w następujący sposób:
tworzenie nierozpuszczalnych kompleksów w przewód pokarmowy;
transport metalu z krwią do innych tkanek, gdzie może być unieruchomiony (jak np. Pb + 2 w kościach);

- przekształcenie przez wątrobę i nerki w mniej toksyczną formę.

Tak więc w odpowiedzi na działanie toksycznych jonów ołowiu, rtęci, kadmu itp. ludzka wątroba i nerki zwiększają syntezę metalotionów - białek o niskiej masie cząsteczkowej, w których około 1/3 reszt aminokwasowych stanowi cysteina . wysoka zawartość i pewna lokalizacja sulfhydrylowe grupy SH zapewniają możliwość silnego wiązania jonów metali.

Mechanizmy toksyczności metali są ogólnie dobrze znane, ale bardzo trudno jest je znaleźć dla konkretnego metalu. Jednym z tych mechanizmów jest koncentracja pomiędzy niezbędnymi i toksycznymi metalami do posiadania miejsc wiązania w białkach, ponieważ jony metali stabilizują i aktywują wiele białek, będących częścią wielu układów enzymatycznych. Ponadto wiele makrocząsteczek białkowych ma wolne grupy sulfhydrylowe, które mogą wchodzić w interakcje z toksycznymi jonami metali, takimi jak kadm, ołów i rtęć, powodując skutki toksyczne. Jednak nie jest dokładnie ustalone, które makrocząsteczki szkodzą żywemu organizmowi w tym przypadku. Manifestacja toksyczności jonów metali w różne ciała a tkanki nie zawsze są związane z poziomem ich nagromadzenia – nie ma gwarancji, że największe uszkodzenia wystąpią w tej części ciała, w której stężenie tego metalu jest wyższe. Tak więc jony ołowiu (II), stanowiące ponad 90% całkowitej ilości w organizmie unieruchomione w kościach, wykazują toksyczność ze względu na 10% dystrybucję w innych tkankach organizmu. Unieruchomienie jonów ołowiu w kościach można uznać za proces detoksykacji.

Toksyczność jonu metalu zwykle nie jest związana z jego zapotrzebowaniem na organizm. Jednak w przypadku toksyczności i konieczności jest jeden wspólna cecha: z reguły istnieje zależność jonów metali od siebie, dokładnie, a także między jonami metali i niemetali, w ogólnym udziale w skuteczności ich działania. Na przykład toksyczność kadmu jest bardziej wyraźna w systemie z niedoborem cynku, podczas gdy toksyczność ołowiu jest potęgowana przez niedobór wapnia. Podobnie adsorpcja żelaza z żywności roślinnej jest hamowana przez obecne w niej ligandy kompleksujące, a nadmiar jonów cynku może hamować adsorpcję miedzi itp.

Ustalenie mechanizmów toksyczności jonów metali często komplikuje istnienie różnych dróg ich przenikania do żywego organizmu. Metale mogą być spożywane z pokarmem, wodą, wchłaniane przez skórę, penetrowane przez drogi oddechowe itp. Absorpcja z kurzem jest Główna droga penetracja w zanieczyszczenia przemysłowe. W wyniku wdychania większość metali osadza się w płucach i dopiero potem rozprzestrzenia się na inne narządy. Jednak najczęstszą drogą przedostawania się toksycznych metali do organizmu jest spożywanie z pożywieniem i wodą.

Lista bibliograficzna

1. Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Chemia ogólna i nieorganiczna. - M.: Chemia, 1993. - 590 s.

Achmetow N.S. Chemia ogólna i nieorganiczna. Podręcznik dla szkół średnich. - M.: Wyższe. szkoła, 2001r. - 679 s.

Drozdov D.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. chemia nieorganiczna. W 3 tomach. T. Chemia pierwiastków nieprzechodnich. / Wyd. Yu.D. Tretyakova - M .: Wyd. "Akademia", 2004, 368s.

5. Tamm I.E., Tretiakow Yu.D. Chemia nieorganiczna: W 3 tomach, V.1. Bazy fizyczne i chemiczne chemia nieorganiczna. Podręcznik dla studentów / wyd. Yu.D. Tretiakow. - M.: Wyd. "Akademia", 2004, 240s.

Korzhukov N.G. Chemia ogólna i nieorganiczna. Proc. Korzyść. / Pod redakcją V.I. Delyan-M.: Wyd. MISIS: INFRA-M, 2004, 512s.

Ershov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z. Chemia ogólna. Chemia biofizyczna. Chemia pierwiastków biogennych. Podręcznik dla uczelni. / Wyd. Yu.A. Erszow. wyd. 3, - M.: Integral-Pres, 2007. - 728 s.

Glinka N.L. Chemia ogólna. Instruktaż dla uniwersytetów. Wyd. 30. poprawione./ Wyd. AI Ermakow. - M.: Integral-Press, 2007, - 728 s.

Czernych, M.M. Owczarenko. Metale ciężkie i radionuklidy w biogeocynozach. - M.: Agroconsult, 2004.

N.V. Gusakow. Chemia środowiska. - Rostów nad Donem, Phoenix, 2004.

Baletskaya LG Chemia nieorganiczna. - Rostów nad Donem, Feniks, 2005.

M. Henze, P. Armoes, J. Lakuriansen, E. Arvan. czyszczenie Ścieki. - M.: Mir, 2006.

Korovin N.V. Chemia ogólna. - M.: Wyższe. szkoła, 1998. - 558 s.

Petrova W.W. i inne Przegląd właściwości pierwiastków chemicznych i ich związków. Podręcznik do kursu Chemia w mikroelektronice. - M.: Wydawnictwo MIET, 1993. - 108 s.

Kharin A.N., Kataeva N.A., Kharina L.T. Kurs chemii. - M.: Wyższe. szkoła, 1983. - 511 s.

>> Chemia: Pierwiastki chemiczne w komórkach organizmów żywych

W składzie substancji tworzących komórki wszystkich żywych organizmów (ludzi, zwierząt, roślin) znaleziono ponad 70 pierwiastków. Pierwiastki te dzieli się zwykle na dwie grupy: makroelementy i mikroelementy.

Makroelementy znajdują się w komórkach w duże ilości. Przede wszystkim są to węgiel, tlen, azot i wodór. W sumie stanowią prawie 98% całkowitej zawartości komórki. Oprócz tych pierwiastków w makroskładnikach znajdują się również magnez, potas, wapń, sód, fosfor, siarka i chlor. Ich łączna zawartość to 1,9%. Tak więc udział pozostałych pierwiastków chemicznych wynosi około 0,1%. To są mikroelementy. Należą do nich żelazo, cynk, mangan, bor, miedź, jod, kobalt, brom, fluor, aluminium itp.

W mleku ssaków znaleziono 23 pierwiastki śladowe: lit, rubid, miedź, srebro, bar, stront, tytan, arsen, wanad, chrom, molibden, jod, fluor, mangan, żelazo, kobalt, nikiel itp.

Skład krwi ssaków obejmuje 24 mikroelementy, a skład ludzkiego mózgu - 18 mikroelementów.

Jak widać, w komórce nie ma specjalnych elementów charakterystycznych tylko dla żywej przyrody, czyli on poziom atomowy nie ma różnicy między naturą ożywioną a nieożywioną. Te różnice występują tylko na poziomie złożone substancje- na Poziom molekularny. Więc wraz z substancje nieorganiczne(woda i sole mineralne) komórki organizmów żywych zawierają substancje charakterystyczne tylko dla nich - substancje organiczne (białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe, witaminy, hormony itp.). Substancje te zbudowane są głównie z węgla, wodoru, tlenu i azotu, czyli z makroelementów. Pierwiastki śladowe zawarte są w tych substancjach w niewielkich ilościach, jednak ich rola w normalnym życiu organizmów jest ogromna. Na przykład związki boru, manganu, cynku, kobaltu dramatycznie zwiększają plon poszczególnych roślin rolniczych i zwiększają ich odporność na różne choroby.

Człowiek i zwierzęta otrzymują pierwiastki śladowe, których potrzebują do normalnego życia, poprzez rośliny, którymi się żywią. Jeśli w żywności nie ma wystarczającej ilości manganu, możliwe jest opóźnienie wzrostu, spowolnienie dojrzewania i zaburzenia metaboliczne podczas tworzenia szkieletu. Dodanie frakcji miligrama soli manganu do dzienna racja zwierzęta eliminuje te choroby.

Kobalt wchodzi w skład witaminy B12, która odpowiada za pracę narządów krwiotwórczych. Brak kobaltu w pożywieniu często powoduje poważną chorobę, która prowadzi do wyczerpania organizmu, a nawet śmierci.

Znaczenie pierwiastków śladowych dla ludzi zostało po raz pierwszy ujawnione w badaniu takiej choroby, jak wole endemiczne, spowodowane brakiem jodu w pożywieniu i wodzie. Przyjmowanie soli zawierającej jod prowadzi do wyzdrowienia, a jej dodawanie do pożywienia w niewielkich ilościach zapobiega chorobie. W tym celu wykonuje się jodowaną sól kuchenną, do której dodaje się 0,001-0,01% jodku potasu.

Skład większości biologicznych katalizatorów enzymatycznych obejmuje cynk, molibden i niektóre inne metale. Pierwiastki te, zawarte w komórkach żywych organizmów w bardzo małych ilościach, zapewniają normalne działanie najdoskonalszych mechanizmów biochemicznych i są prawdziwymi regulatorami procesów życiowych.

Wiele pierwiastków śladowych zawartych jest w witaminach - substancjach organicznych o różnym charakterze chemicznym, które dostają się do organizmu wraz z pożywieniem w małych dawkach i mają duży wpływ na metabolizm i ogólną aktywność życiową organizmu. W swoim biologicznym działaniu są zbliżone do enzymów, ale enzymy są tworzone przez komórki organizmu, a witaminy zwykle pochodzą z pożywienia. Rośliny służą jako źródło witamin: owoce cytrusowe, dzika róża, pietruszka, cebula, czosnek i wiele innych. Niektóre witaminy - A, B1, B2, K - pozyskiwane są syntetycznie. Witaminy wzięły swoją nazwę od dwóch słów: vita - życie i aminy - zawierające azot.

Pierwiastki śladowe wchodzą również w skład hormonów – substancji biologicznie czynnych, które regulują pracę narządów i układów narządów ludzkich i zwierzęcych. Swoje imię biorą od greckie słowo harmao - wygrywam. Hormony są wytwarzane przez gruczoły dokrewne i dostają się do krwi, która przenosi je po całym ciele. Niektóre hormony pozyskiwane są syntetycznie.

1. Makroelementy i mikroelementy.

2. Rola pierwiastków śladowych w życiu roślin, zwierząt i ludzi.

3. Substancje organiczne: białka, tłuszcze, węglowodany.

4. Enzymy.

5. Witaminy.

6. Hormony.

Na jakim poziomie form istnienia pierwiastka chemicznego zaczyna się różnica między przyrodą ożywioną a nieożywioną?

Dlaczego poszczególne makroskładniki są również nazywane biogenicznymi? Wymień je.

Treść lekcji podsumowanie lekcji wsparcie ramka prezentacja lekcji metody akceleracyjne technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia samokontrola warsztaty, szkolenia, case'y, questy praca domowa pytania do dyskusji pytania retoryczne od studentów Ilustracje audio, wideoklipy i multimedia fotografie, obrazki grafika, tabele, schematy humor, anegdoty, dowcipy, komiksy przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły chipy dla dociekliwych ściągawki podręczniki podstawowe i dodatkowe słowniczek pojęć inne Doskonalenie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu w podręczniku elementów innowacji na lekcji zastępując przestarzałą wiedzę nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza przez rok wytyczne programy dyskusyjne Zintegrowane lekcje