Den biologiska rollen av kemiska element i levande organismer. Funktioner av kemiska element i människokroppen

Kroppens elementära sammansättning

Förbi kemisk sammansättning Olika organismers celler kan skilja sig markant åt, men de består av samma element. Cirka 70 element i det periodiska systemet för D.I. Mendeleev, men bara 24 av dem har betydelse och finns ständigt i levande organismer.

Makronäringsämnen - syre, kolväte, väte, kväve - är en del av organiska ämnens molekyler. Makroelement inkluderar nyligen kalium, natrium, kalcium, svavel, fosfor, magnesium, järn, klor. Deras innehåll i cellen är tiondelar och hundradelar av en procent.

Magnesium är en del av klorofyll; järn - hemoglobin; fosfor - benvävnad, nukleinsyror; kalcium - ben, skaldjurssköldpaddor, svavel - i sammansättningen av proteiner; kalium-, natrium- och kloridjoner deltar i att förändra cellmembranets potential.

spårelement presenteras i en cell med hundradelar och tusendelar av en procent. Dessa är zink, koppar, jod, fluor, molybden, bor, etc.

Spårämnen är en del av enzymer, hormoner, pigment.

Ultramikroelement - element vars innehåll i cellen inte överstiger 0,000001 %. Dessa är uran, guld, kvicksilver, cesium, etc.

Vatten och dess biologiska betydelse

Vatten rankas kvantitativt bland kemiska föreningar första plats i alla celler. Beroende på typen av celler, deras funktionella tillstånd, typen av organism och villkoren för dess närvaro, varierar dess innehåll i celler avsevärt.

Benvävnadsceller innehåller inte mer än 20% vatten, fettvävnad - cirka 40%, muskelceller - 76% och embryonala celler - mer än 90%.

Anmärkning 1

I alla organismers celler minskar mängden vatten markant med åldern.

Därför - slutsatsen att ju högre funktionell aktivitet hos organismen som helhet och varje cell separat, desto större är deras vatteninnehåll och vice versa.

Anmärkning 2

En förutsättning för cellers vitala aktivitet är närvaron av vatten. Det är huvuddelen av cytoplasman, stöder dess struktur och stabiliteten hos kolloiderna som utgör cytoplasman.

Vattnets roll i en cell bestäms av dess kemiska och strukturella egenskaper. Först och främst beror detta på den lilla storleken på molekylerna, deras polaritet och förmågan att kombinera med vätebindningar.

Vätebindningar bildas med deltagande av väteatomer kopplade till en elektronegativ atom (vanligtvis syre eller kväve). I detta fall får väteatomen en så stor positiv laddning att den kan bilda en ny bindning med en annan elektronegativ atom (syre eller kväve). Vattenmolekyler binder också till varandra, där ena änden har en positiv laddning, och den andra är negativ. En sådan molekyl kallas dipol. Den mer elektronegativa syreatomen i en vattenmolekyl attraheras till den positivt laddade väteatomen i en annan molekyl för att bilda en vätebindning.

På grund av att vattenmolekyler är polära och kapabla att bilda vätebindningar är vatten ett perfekt lösningsmedel för polära ämnen, som kallas hydrofila. Dessa är föreningar av jonisk natur, i vilka laddade partiklar (joner) dissocierar (separerar) i vatten när ett ämne (salt) löses upp. Vissa icke-joniska föreningar har samma förmåga, i vars molekyl det finns laddade (polära) grupper (i sockerarter, aminosyror, enkla alkoholer, dessa är OH-grupper). Ämnen som består av opolära molekyler (lipider) är praktiskt taget olösliga i vatten, det vill säga de hydrofober.

När ett ämne passerar in i en lösning får dess strukturella partiklar (molekyler eller joner) förmågan att röra sig mer fritt, och följaktligen ökar ämnets reaktivitet. På grund av detta är vatten det huvudsakliga mediet där det mesta kemiska reaktioner. Dessutom sker alla redoxreaktioner och hydrolysreaktioner med direkt deltagande av vatten.

Vatten har den högsta specifika värmekapaciteten av alla kända ämnen. Detta innebär att med en betydande ökning av termisk energi stiger vattentemperaturen relativt lite. Detta beror på användningen av en betydande mängd av denna energi för att bryta vätebindningar, vilket begränsar rörligheten för vattenmolekyler.

På grund av sin höga värmekapacitet tjänar vatten som ett skydd för växt- och djurvävnader från en kraftig och snabb temperaturökning, och den höga förångningsvärmen är grunden för tillförlitlig stabilisering av kroppstemperaturen. Behovet av en betydande mängd energi för att avdunsta vatten beror på att det finns vätebindningar mellan dess molekyler. Denna energi kommer från miljö Därför åtföljs avdunstning av kylning. Denna process kan observeras under svettning, i fallet med värmeflåsande hos hundar, är det också viktigt i processen att kyla de transpirerande organen hos växter, särskilt i ökenförhållanden och under förhållanden med torra stäpper och perioder av torka i andra regioner.

Vatten har också en hög värmeledningsförmåga, vilket säkerställer en jämn fördelning av värme i hela kroppen. Det finns alltså ingen risk för lokala "hot spots" som kan orsaka skador på cellelement. Så hög specifik värme och hög värmeledningsförmåga för en vätska gör vatten till ett idealiskt medium för att upprätthålla kroppens optimala termiska regim.

Vatten har en hög ytspänning. Denna egenskap är mycket viktig för adsorptionsprocesser, rörelse av lösningar genom vävnader (blodcirkulation, rörelse uppåt och nedåt genom växten, etc.).

Vatten används som en källa till syre och väte, som frigörs under fotosyntesens ljusa fas.

Viktiga fysiologiska egenskaper hos vatten inkluderar dess förmåga att lösa upp gaser ($O_2$, $CO_2$, etc.). Dessutom är vatten som lösningsmedel involverat i osmosprocessen, som spelar en viktig roll i cellers och kroppens liv.

Kolvätens egenskaper och dess biologiska roll

Om vi inte tar hänsyn till vatten kan vi säga att de flesta av cellmolekylerna tillhör kolväten, så kallade organiska föreningar.

Anmärkning 3

Kolväten, som har unika kemiska förmågor som är grundläggande för livet, är dess kemiska grund.

På grund av deras ringa storlek och närvaron av yttre skal fyra elektroner kan en kolväteatom bilda fyra starka kovalenta bindningar med andra atomer.

Viktigast är kolväteatomernas förmåga att förenas med varandra och bilda kedjor, ringar och slutligen skelettet av stora och komplexa organiska molekyler.

Dessutom bildas kolvätet lätt kovalenta bindningar med andra biogena element (vanligtvis med $H, Mg, P, O, S$). Detta förklarar förekomsten av en astronomisk mängd olika organiska föreningar som säkerställer existensen av levande organismer i alla dess manifestationer. Deras mångfald manifesteras i strukturen och storleken på molekyler, deras kemiska egenskaper, mättnadsgrad av kolskelettet och annan form molekyler, som bestäms av vinklarna för intramolekylära bindningar.

Biopolymerer

Dessa har hög molekylvikt (molekylvikt 103 - 109) organiska föreningar, vars makromolekyler är sammansatta av ett stort antal länkar som upprepar sig - monomerer.

Biopolymerer är proteiner, nukleinsyror polysackarider och deras derivat (stärkelse, glykogen, cellulosa, hemicellulosa, pektin, kitin, etc.). Monomererna för dem är aminosyror, nukleotider respektive monosackarider.

Anmärkning 4

Cirka 90 % av en cells torrmassa består av biopolymerer: polysackarider dominerar i växter, medan proteiner dominerar hos djur.

Exempel 1

I en bakteriecell finns det cirka 3 tusen typer av proteiner och 1 tusen nukleinsyror, och hos människor uppskattas antalet proteiner till 5 miljoner.

Biopolymerer utgör inte bara den strukturella basen för levande organismer, utan spelar också en ledande roll i livsprocesser.

Den strukturella basen för biopolymerer är linjära (proteiner, nukleinsyror, cellulosa) eller grenade (glykogen) kedjor.

Och nukleinsyror, immunreaktioner, metaboliska reaktioner - och utförs på grund av bildandet av biopolymerkomplex och andra egenskaper hos biopolymerer.

Idag har mycket upptäckts och isolerats i sin rena form kemiska grundämnen periodiska system, och en femtedel av dem finns i varje levande organism. De, liksom tegelstenar, är huvudkomponenterna i organiska och oorganiska ämnen.

Vilka kemiska element är en del av cellen, biologin för vilka ämnen som kan användas för att bedöma deras närvaro i kroppen - vi kommer att överväga allt detta senare i artikeln.

Vad är beständigheten för den kemiska sammansättningen

För att upprätthålla stabilitet i kroppen måste varje cell hålla koncentrationen av var och en av dess komponenter på en konstant nivå. Denna nivå bestäms av arter, livsmiljöer, miljöfaktorer.

För att svara på frågan om vilka kemiska element som är en del av cellen, är det nödvändigt att tydligt förstå att något ämne innehåller någon av komponenterna i det periodiska systemet.

Ibland i fråga ungefär hundra- och tusendels procent av innehållet i ett visst element i en cell, men samtidigt kan en förändring av det namngivna talet med minst en tusendels del redan få allvarliga konsekvenser för kroppen.

Av de 118 kemiska elementen i en mänsklig cell bör det finnas minst 24. Det finns inga sådana komponenter som skulle finnas i en levande organism, men som inte var en del av livlösa naturobjekt. Detta faktum bekräftar det nära förhållandet mellan levande och icke-levande i ekosystemet.

Rollen för olika element som utgör cellen

Så vilka är de kemiska grundämnena som utgör en cell? Deras roll i organismens liv, det bör noteras, beror direkt på förekomstens frekvens och deras koncentration i cytoplasman. Dock trots olika innehåll element i cellen, är betydelsen av var och en av dem lika hög. En brist på någon av dem kan leda till en skadlig effekt på kroppen och stänga av de viktigaste biokemiska reaktionerna från metabolismen.

Genom att lista vilka kemiska element som är en del av den mänskliga cellen måste vi nämna tre huvudtyper, som vi kommer att överväga nedan:

De huvudsakliga biogena elementen i cellen

Det är inte förvånande att elementen O, C, H, N är biogena, eftersom de bildar alla organiska och många oorganiska ämnen. Det är omöjligt att föreställa sig proteiner, fetter, kolhydrater eller nukleinsyror utan dessa väsentliga komponenter för kroppen.

Funktionen av dessa element bestämde deras höga innehåll i kroppen. Tillsammans står de för 98% av den totala torra kroppsvikten. Hur kan annars aktiviteten hos dessa enzymer manifesteras?

Syre. Dess innehåll i cellen är cirka 62% av den totala torrmassan. Funktioner: konstruktion av organiska och oorganiska ämnen, deltagande i andningskedjan;
Kol. Dess innehåll når 20%. Huvudfunktion: ingår i alla;
Väte. Dess koncentration tar ett värde av 10%. Förutom att vara en komponent i organiskt material och vatten deltar detta element även i energiomvandlingar;
Kväve. Beloppet överstiger inte 3-5%. Dess huvudsakliga roll är bildandet av aminosyror, nukleinsyror, ATP, många vitaminer, hemoglobin, hemocyanin, klorofyll.

Dessa är de kemiska grundämnena som utgör cellen och bildar de flesta av de ämnen som är nödvändiga för ett normalt liv.

Betydelsen av makronäringsämnen

Makronäringsämnen hjälper också till att föreslå vilka kemiska element som är en del av cellen. Från biologikursen blir det tydligt att, förutom de huvudsakliga, 2% av torrmassan består av andra komponenter i det periodiska systemet. Och makronäringsämnen inkluderar de vars innehåll inte är lägre än 0,01%. Deras huvudfunktioner presenteras i form av en tabell.


Kalcium (Ca)		Ansvarig för sammandragningen av muskelfibrer, är en del av pektin, ben och tänder. Förbättrar blodets koagulering.
Fosfor (P)		Det är en del av den viktigaste energikällan - ATP.
		Deltar i bildandet av disulfidbryggor under proteinveckning till en tertiär struktur. Ingår i sammansättningen av cystein och metionin, vissa vitaminer.
		Kaliumjoner är involverade i celler och påverkar även membranpotentialen.
		Större anjon i kroppen
Natrium (Na)		Analog av kalium involverad i samma processer.
Magnesium (Mg)		Magnesiumjoner är regulatorer av processen I mitten av klorofyllmolekylen finns också en magnesiumatom.
		Deltar i transporten av elektroner genom ETC av andning och fotosyntes, är en strukturell länk av myoglobin, hemoglobin och många enzymer.

Vi hoppas att det från ovanstående är lätt att avgöra vilka kemiska element som ingår i cellen och är makroelement.

spårelement

Det finns också sådana komponenter i cellen, utan vilka kroppen inte kan fungera normalt, men deras innehåll är alltid mindre än 0,01%. Låt oss avgöra vilka kemiska grundämnen som är en del av cellen och tillhör gruppen mikroelement.


		Det är en del av enzymerna i DNA- och RNA-polymeraser, såväl som många hormoner (till exempel insulin).
		Deltar i processerna för fotosyntes, syntes av hemocyanin och vissa enzymer.
		Det är en strukturell komponent av hormonerna T3 och T4 i sköldkörteln
Mangan (Mn)	mindre än 0,001	Ingår i enzymer, ben. Deltar i kvävefixering i bakterier
	mindre än 0,001	Påverkar processen för växttillväxt.
		Det är en del av benen och tandemaljen.

Organiska och oorganiska ämnen

Utöver dessa, vilka andra kemiska grundämnen ingår i cellens sammansättning? Svaren kan hittas helt enkelt genom att studera strukturen hos de flesta ämnen i kroppen. Bland dem urskiljs molekyler av organiskt och oorganiskt ursprung, och var och en av dessa grupper har en fast uppsättning element i sin sammansättning.

Huvudklasserna av organiska ämnen är proteiner, nukleinsyror, fetter och kolhydrater. De är helt byggda av de biogena huvudelementen: molekylens skelett bildas alltid av kol, och väte, syre och kväve är en del av radikalerna. Hos djur är proteiner den dominerande klassen och hos växter polysackarider.

Oorganiska ämnen är alla mineralsalter och naturligtvis vatten. Bland alla oorganiska ämnen i cellen är det mest H 2 O, i vilket resten av ämnena är lösta.

Allt ovanstående hjälper dig att avgöra vilka kemiska element som är en del av cellen, och deras funktioner i kroppen kommer inte längre att vara ett mysterium för dig.

PÅ moderna förhållanden ett av de mest akuta problemen med att undervisa i kemi är att säkerställa den praktiska orienteringen av ämneskunskaper. Detta innebär behovet av att klargöra det nära sambandet mellan de studerade teoretiska positionerna och livets praktik, för att visa den tillämpade naturen av kemisk kunskap. Eleverna är glada över att lära sig kemi. För att upprätthålla elevernas kognitiva intresse är det nödvändigt att övertyga dem om effektiviteten av kemisk kunskap, för att bilda ett personligt behov av att bemästra utbildningsmaterial.

Syftet med denna lektion: vidga elevernas vyer och öka det kognitiva intresset för studiet av ämnet, bilda världsbildsbegrepp om naturens igenkännbarhet. Denna lektion föreslås hållas i 8:e klass efter att ha studerat de kemiska elementen i det periodiska systemet, när barnen redan har en uppfattning om sin mångfald.

UNDER Lektionerna

Lärare:

Det finns inget annat i naturen
Varken här eller där, i rymdens djup:
Allt - från små sandkorn till planeter -
Den består av enstaka element.
Som en formel, som ett arbetsschema,
Strukturen i Mendeleev-systemet är strikt.
Världen omkring dig är levande
Gå in i den, andas in, rör vid den med händerna.

Lektionen börjar med en teatralisk scen "Vem är den viktigaste i tabellen?" (centimeter. Bilaga 1).

Lärare: Människokroppen innehåller 81 kemiska grundämnen av 92 som finns i naturen. Människokroppen är ett komplext kemiskt laboratorium. Det är svårt att föreställa sig att vårt dagliga välbefinnande, humör och till och med aptit kan bero på mineraler. Utan dem är vitaminer värdelösa, syntes och nedbrytning av proteiner, fetter och kolhydrater är omöjliga.

På elevernas bord finns tabeller "Kemiska grundämnens biologiska roll" (se. Bilaga 2). Ta dig tid att lära känna henne. Läraren analyserar tillsammans med eleverna tabellen genom att ställa frågor.

Lärare: Grunden för livet är de sex elementen i de tre första perioderna (H, C, N, O, P, S), som står för 98 % av massan av levande materia (de återstående elementen i det periodiska systemet är inte mer än 2 %).
Tre huvudattribut för biogena element (H, C, N, O, P, S):

liten storlek på atomer
liten relativ atommassa,
förmågan att bilda starka kovalenta bindningar.

Eleverna får texter (se. Bilaga 3). Uppgift: läs texten noggrant; lyfta fram de element som är nödvändiga för liv och de element som är farliga för levande organismer; hitta dem i det periodiska systemet och förklara deras roll.
Efter att ha gjort uppgiften analyserar flera elever olika texter.

Lärare: Element-analoger i den naturliga miljön deltar i konkurrens och kan bytas ut i levande organismer, vilket påverkar dem negativt.
Att ersätta natrium och kalium i djurs och människors organismer med litium orsakar störningar i nervsystemet, eftersom cellerna i detta fall inte leder en nervimpuls. Sådana störningar leder till schizofreni.
Tallium, en biologisk konkurrent till kalium, ersätter det i cellväggarna, påverkar det centrala och perifera nervsystemet, mag-tarmkanalen och njurarna.
Selen kan ersätta svavel i proteiner. Detta är det enda ämnet som, när det finns i höga koncentrationer i växter, kan orsaka plötslig död hos djur och människor som äter dem.
Kalcium, när det är bristfälligt i jorden, ersätts i kroppen av strontium, vilket gradvis stör skelettets normala struktur. Särskilt farligt är att ersätta kalcium med strontium-90, som ackumuleras i enorma mängder på platser för kärnkraftsexplosioner (när kärnvapen testas) eller under olyckor i kärnkraftverk. Denna radionuklid förstör benmärgen.
Kadmium konkurrerar med zink. Detta element minskar aktiviteten hos matsmältningsenzymer, stör bildningen av glykogen i levern, orsakar skelettdeformitet, hämmar bentillväxt och orsakar också svår smärta i nedre delen av ryggen och benmusklerna, benskörhet (till exempel brutna revben vid hosta) . Andra negativa konsekvenser är lung- och rektalcancer, bukspottkörteldysfunktion. Njurskador, minskade blodnivåer av järn, kalcium, fosfor. Detta element hämmar självreningsprocesser i vatten- och landväxter (till exempel en 20-30-faldig ökning av kadmium i tobaksblad noteras).
Halogener kan mycket lätt bytas ut i kroppen. Ett överskott av fluor i miljön (fluorerat vatten, markförorening med fluorföreningar runt en aluminiumproduktionsanläggning och andra orsaker) hindrar jod från att komma in i människokroppen. Som ett resultat, sköldkörtelsjukdom endokrina systemet rent generellt.

Elevmeddelanden förberedda i förväg.

1:a elev:

Medeltida alkemister ansåg att guld var perfektion och andra metaller som ett misstag i skapelseakten, och som ni vet gjorde de stora ansträngningar för att eliminera detta fel. Idén om att introducera guld i medicinsk praxis tillskrivs Paracelsus, som förkunnade att målet för kemin inte borde vara omvandlingen av alla metaller till guld, utan beredningen av läkemedel. Läkemedel gjorda av guld och dess föreningar har prövats för att behandla många sjukdomar. De behandlades för spetälska, lupus och tuberkulos. Hos personer som är känsliga för guld kan det orsaka en kränkning av blodets sammansättning, en reaktion från njurarna, levern, påverka humöret, tillväxt av tänder, hår. Guld säkerställer nervsystemets funktion. Det finns i majs. Och blodkärlens styrka beror på germanium. Den enda livsmedelsprodukten som innehåller germanium är vitlök.

2:a elev:

PÅ människokropp den största mängden koppar finns i hjärnan och levern, och endast denna omständighet indikerar dess betydelse i livet. Man fann att med smärta ökar koncentrationen av koppar i blodet och cerebrospinalvätskan. I Syrien och Egypten bär nyfödda koppararmband för att förhindra rakitis och epilepsi.

3:e elev:

ALUMINIUM

Aluminiumredskap kallas de fattigas redskap, eftersom denna metall bidrar till utvecklingen av senil ateroskleros. När man lagar mat i sådana rätter passerar aluminium delvis in i kroppen, där det ackumuleras.

4:e elev:

Vilket grundämne finns i äpplen? (Järn.)
Vilken är dess biologiska roll? (Kroppen innehåller 3 g järn, varav 2 g finns i blodet. Järn ingår i hemoglobinet. Otillräckligt med järn leder till huvudvärk, snabb trötthet.)

Därefter genomför eleverna ett laboratorieexperiment vars syfte är att experimentellt bevisa effekten av salter av vissa metaller på protein. De blandar proteinet med lösningar av alkali och kopparsulfat och observerar utfällningen av en lila fällning. Gör en slutsats om förstörelsen av proteinet.

5:e elev:

Människan är också natur.
Han är också en solnedgång och en soluppgång.
Och den har fyra årstider.
Och ett speciellt drag inom musiken.

Och ett speciellt färgsakrament,
Nu med grym, nu med bra eld.
Människan är vinter. Eller sommar.
Eller hösten. Med åska och regn.

Allt innehöll i sig självt - mil och tid.
Och från atomstormar var han blind.
Människan är både jord och frö.
Och ogräs mitt på åkern. Och bröd.

Och hur är vädret i den?
Hur mycket ensamhet är det? Möten?
Människan är också natur...
Så låt oss ta hand om naturen!

(S. Ostrovoy)

För att konsolidera kunskapen som erhållits i lektionen genomförs "Smile"-testet (se. Bilaga 4).
Därefter föreslås det att fylla i korsordet "Kemiskt Kalejdoskop" (se. Bilaga 5).
Läraren sammanfattar lektionen och noterar de mest aktiva eleverna.

6:e elev:

Ändra, ändra!
Samtalet strömmar.
Äntligen är det färdigt
Tråkig lektion!

Dra svavel i flätan,
Magnesium rann förbi.
Jod avdunstade från klassrummet
Det är som att det aldrig hänt alls.

Fluor satte eld på vatten av misstag,
Klor åt någon annans bok.
Kol plötsligt med väte
Jag lyckades bli osynlig.

Kalium, brom kämpar i hörnet:
De delar inte en elektron.
Oxygen - stygg på bor
Förbi galopperade till häst.

Begagnade böcker:

O.V. Baidalina Om den tillämpade aspekten av kemisk kunskap. ”Kemi i skolan” nr 5, 2005
Kemi och ekologi i skolkursen. "Första september" nr 14, 2005
I. N. Pimenova, A. V. Pimenov”Föreläsningar om allmän biologi”, lärobok, Saratov, JSC Publishing House “Lyceum”, 2003
Om kemi på vers, Vem är den viktigaste i tabellen? "Första september", nr 15, 2005
Metaller i människokroppen "Kemi i skolan", nr 6, 2005
Korsord "Kemiskt kalejdoskop". "Första september", nr 1 4, 2005
"Jag ska på kemilektionen." Boken för läraren. M. "Första september", 2002, s. 12.

Den biologiska rollen av kemiska element i levande organismer

1. Makro och mikroelement i miljön och människokroppen

Den biologiska rollen för kemiska element i människokroppen är extremt varierande.

Makronäringsämnenas huvudsakliga funktion är att bygga vävnader, upprätthålla ett konstant osmotiskt tryck, jon- och syrabassammansättning.

Spårämnen, som ingår i enzymer, hormoner, vitaminer, biologiskt aktiva substanser som komplexbildare eller aktivatorer, är involverade i metabolism, reproduktionsprocesser, vävnadsandning och neutralisering av giftiga ämnen. Spårämnen påverkar aktivt processerna för hematopoiesis, oxidation - återhämtning, permeabilitet av blodkärl och vävnader. Makro- och mikroelement - kalcium, fosfor, fluor, jod, aluminium, kisel bestämmer bildandet av ben och tandvävnader.

Det finns bevis för att innehållet i vissa element i människokroppen förändras med åldern. Så innehållet av kadmium i njurarna och molybden i levern ökar med åldern. Det maximala innehållet av zink observeras under puberteten, sedan minskar det och i hög ålder når ett minimum. Även innehållet av andra spårämnen, som vanadin och krom, minskar med åldern.

Många sjukdomar förknippade med en brist eller överdriven ackumulering av olika spårämnen har identifierats. Fluorbrist orsakar tandkaries, jodbrist - endemisk struma, överskott av molybden - endemisk gikt. Sådana mönster är kopplade till det faktum att balansen mellan optimala koncentrationer av biogena element upprätthålls i människokroppen - kemisk homeostas. Brott mot denna balans på grund av brist eller överskott av elementet kan leda till olika sjukdomar.

Utöver de sex huvudsakliga makroelementen - organogener - kol, väte, kväve, syre, svavel och fosfor, som utgör kolhydrater, fetter, proteiner och nukleinsyror, är "oorganiska" makroelement nödvändiga för normal näring för människor och djur - kalcium, klor , magnesium, kalium, natrium - och spårämnen - koppar, fluor, jod, järn, molybden, zink, och även, möjligen (bevisat för djur), selen, arsenik, krom, nickel, kisel, tenn, vanadin.

Bristen på ämnen som järn, koppar, fluor, zink, jod, kalcium, fosfor, magnesium och några andra i kosten leder till seriösa konsekvenser för människors hälsa.

Man måste dock komma ihåg att inte bara en brist, utan också ett överskott av biogena element är skadligt för kroppen, eftersom detta stör kemisk homeostas. Till exempel, med intag av överskott av mangan med mat, ökar nivån av koppar i plasman (synergism av Mn och Cu), och i njurarna minskar den (antagonism). Att öka innehållet av molybden i mat leder till en ökning av mängden koppar i levern. Ett överskott av zink i maten orsakar hämning av aktiviteten av järnhaltiga enzymer (antagonism av Zn och Fe).

Mineralkomponenter, som är livsviktiga i försumbara mängder, blir giftiga vid högre koncentrationer.

Ett antal grundämnen (silver, kvicksilver, bly, kadmium, etc.) anses vara giftiga, eftersom deras inträde i kroppen redan i spårmängder leder till allvarliga patologiska fenomen. kemisk mekanism De toxiska effekterna av vissa spårämnen kommer att diskuteras nedan.

Biogena element används ofta i lantbruk. Tillsatsen av små mängder mikroelement - bor, koppar, mangan, zink, kobolt, molybden - till jorden ökar dramatiskt utbytet av många grödor. Det visar sig att mikroelement, genom att öka aktiviteten av enzymer i växter, bidrar till syntesen av proteiner, vitaminer, nukleinsyror, sockerarter och stärkelse. Några av de kemiska elementen har en positiv effekt på fotosyntesen, påskyndar tillväxten och utvecklingen av växter, frömognad. Spårämnen tillsätts djurfoder för att öka deras produktivitet.

Olika grundämnen och deras föreningar används ofta som läkemedel.

Således bidrar studiet av kemiska elements biologiska roll, klarläggandet av förhållandet mellan utbytet av dessa element och andra biologiskt aktiva ämnen - enzymer, hormoner, vitaminer till skapandet av nya läkemedel och utvecklingen av optimala lägen deras dosering för både terapeutiska och profylaktiska ändamål.

Grunden för att studera egenskaperna hos element och i synnerhet deras biologiska roll är periodisk lag DI. Mendelejev. Fysikalisk-kemiska egenskaper, och följaktligen deras fysiologiska och patologiska roll, bestäms av positionen för dessa element i periodiska systemet DI. Mendelejev.

Som regel, med en ökning av laddningen av atomkärnan, ökar toxiciteten hos elementen i denna grupp och deras innehåll i kroppen minskar. Minskningen i innehåll beror uppenbarligen på det faktum att många element från långa perioder absorberas dåligt av levande organismer på grund av stora atomära och joniska radier, hög kärnladdning, komplexitet i elektroniska konfigurationer och låg löslighet av föreningar. Kroppen innehåller betydande mängder lätta element.

Makroelement inkluderar s-element från den första (väte), tredje (natrium, magnesium) och fjärde (kalium, kalcium) perioder, samt p-element från den andra (kol, kväve, syre) och tredje (fosfor, svavel, klor) perioder. Alla är livsviktiga. De flesta av de återstående s- och p-elementen i de tre första perioderna (Li, B, Al, F) är fysiologiskt aktiva, s- och p-element av stora perioder (n> 4) fungerar sällan som oumbärliga. Undantaget är s-element - kalium, kalcium, jod. Fysiologiskt aktiva inkluderar några s- och p-element från den fjärde och femte perioden - strontium, arsenik, selen, brom.

Bland d-elementen är det främst den fjärde periodens grundämnen som är livsviktiga: mangan, järn, zink, koppar, kobolt. Nyligen har det fastställts att den fysiologiska rollen för vissa andra d-element från denna period också är tveksam: titan, krom, vanadin.

d-element från den femte och sjätte perioden, med undantag för molybden, visar inte uttalad positiv fysiologisk aktivitet. Molybden ingår också i ett antal redoxenzymer (till exempel xantinoxid, aldehydoxidas) och spelar en viktig roll i biokemiska processer.

2. Allmänna aspekter av tungmetallers toxicitet för levande organismer

En omfattande studie av de problem som är förknippade med att bedöma naturmiljöns tillstånd visar att det är mycket svårt att dra en tydlig gräns mellan naturliga och antropogena faktorer i förändrade ekologiska system. De senaste decennierna har övertygat oss om detta. att mänsklig påverkan på naturen inte bara orsakar direkta, lätt identifierbara skador, utan också orsakar en rad nya, ofta dolda processer som omvandlar eller förstör miljön. Naturliga och antropogena processer i biosfären står i ett komplext förhållande och ömsesidigt beroende. Så förloppet av kemiska omvandlingar som leder till bildandet av giftiga ämnen påverkas av klimatet, markens tillstånd, vatten, luft, nivån av radioaktivitet etc. Under nuvarande förhållanden, när man studerar processerna för kemisk förorening av ekosystem, uppstår problemet med att hitta naturliga, främst p.g.a. naturliga faktorer, nivåer av innehåll av vissa kemiska grundämnen eller föreningar. Lösningen på detta problem är endast möjlig på grundval av långsiktiga systematiska observationer av tillståndet för komponenterna i biosfären, innehållet av olika ämnen i dem, det vill säga på grundval av miljöövervakning.

Miljöföroreningar med tungmetaller är direkt relaterade till den ekologiska och analytiska övervakningen av supertoxiciteter, eftersom många av dem uppvisar hög toxicitet redan i spårmängder och kan koncentreras i levande organismer.

De huvudsakliga källorna till miljöföroreningar med tungmetaller kan delas in i naturliga (naturliga) och artificiella (antropogena). Naturliga inkluderar vulkanutbrott, dammstormar, skogs- och stäppbränder, havssalter blåst upp av vinden, växtlighet etc. Naturliga föroreningskällor är antingen systematiska, enhetliga eller kortvariga spontana och har som regel liten effekt på allmän nivå förorening. De viktigaste och farligaste källorna till förorening av naturen med tungmetaller är antropogena.

I processen att studera metallers kemi och deras biokemiska kretslopp i biosfären avslöjas den dubbla roll som de spelar i fysiologin: å ena sidan är de flesta metaller nödvändiga för det normala livet; å andra sidan, vid förhöjda koncentrationer, uppvisar de hög toxicitet, det vill säga de har dåligt inflytande om tillstånd och aktivitet hos levande organismer. Gränsen mellan nödvändiga och giftiga koncentrationer av grundämnen är mycket vag, vilket komplicerar den tillförlitliga bedömningen av deras påverkan på miljön. Mängden med vilken vissa metaller blir verkligt farliga beror inte bara på graden av kontaminering av ekosystemen av dem, utan också på de kemiska egenskaperna hos deras biokemiska cykel. I tabell. 1 visar serien av molär toxicitet för metaller för olika typer levande organismer.

Tabell 1. Representativ sekvens av molär toxicitet av metaller

Organismer Toxicitetsserie Alger 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>>SrDäggdjurAg, Hg, Cd> Cu, Pb, Sn, Be>> Mn, Zn, Ni, Fe , Cr >> Sr >Сs, Li, Al

För varje typ av organism återspeglar ordningen på metallerna i tabellens rader från vänster till höger ökningen av den molära mängden av metallen som krävs för manifestationen av toxicitetseffekten. Minsta molvärde avser metallen med högst toxicitet.

V.V. Kovalsky, baserat på deras betydelse för livet, delade de kemiska elementen i tre grupper:

Vitala (oersättliga) element som ständigt finns i kroppen (är del av enzymer, hormoner och vitaminer): H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu , Co, Fe, Mo, V. Deras brist leder till störningar av det normala livet för människor och djur.

Tabell 2. Egenskaper för vissa metalloenzymer - biooorganiska komplex

Metall-enzym Centralatom Ligandmiljö Koncentrationsobjekt Enzymverkan Karboanhydras Zn (II) Aminosyrarester Erytrocyter Katalyserar reversibel hydrering av koldioxid: CO 2+H 2O↔N 2SÅ 3↔N ++NSO 3Zn (II) karboxipeptidas Aminosyrarester Bukspottkörtel, lever, tarmar Katalyserar proteinnedbrytning, deltar i hydrolys av peptidbindningar: R 1CO-NH-R 2+H 2O↔R 1-COOH+R 2NH 2Katalas Fe (III) Aminosyrarester, histidin, tyrosin Blod Katalyserar nedbrytningsreaktionen av väteperoxid: 2H 2O 2= 2N 2O + O 2Fe(III) peroxidasProteiner Vävnad, blodOxidation av substrat (RH 2) väteperoxid: RH 2+ H 2O 2=R+2H 2Oxireduktas Cu (II) Aminosyrarester Hjärta, lever, njurar Katalyserar oxidation med hjälp av molekylärt syre: 2H 2R+O 2= 2R + 2H 2O Pyruvatkarboxylas Mn (II) Vävnadsproteiner Lever, sköldkörtel Förstärker verkan av hormoner. Katalyserar karboxyleringsprocessen med pyrodruvsyra Aldehydoxidas Mo (VI) Vävnadsproteiner Lever Deltar i oxidationen av aldehyder Ribonukleotidreduktas Co (II) Vävnadsproteiner Lever Deltar i biosyntesen av ribonukleinsyror

orenhetselement som permanent finns i kroppen: 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. Deras biologiska roll är föga förstådd eller okänd.
föroreningselement som finns i kroppen Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb, etc. Data om kvantitet och biologisk roll är inte klara.
Tabellen visar egenskaperna hos ett antal metalloenzymer, som inkluderar sådana vitala metaller som Zn, Fe, Cu, Mn, Mo.
Beroende på beteendet i levande system kan metaller delas in i 5 typer:
- nödvändiga element, med brist på vilka funktionella störningar som förekommer i kroppen;
- stimulantia (metaller som är nödvändiga och inte nödvändiga för kroppen kan fungera som stimulantia);
inerta ämnen som är ofarliga vid vissa koncentrationer och inte har någon effekt på kroppen (till exempel inerta metaller som används som kirurgiska implantat):
terapeutiska medel som används inom medicin;
giftiga element, vid höga koncentrationer som leder till irreversibla funktionsstörningar, kroppens död.
Beroende på koncentrationen och kontakttiden kan metallen agera enligt en av de angivna typerna.
Figur 1 visar ett diagram över tillståndets beroende av koncentrationen av metalljoner. Den heldragna kurvan i diagrammet beskriver det omedelbara positiva svaret, den optimala nivån och övergången av den positiva effekten till den negativa efter att koncentrationsvärdena för det önskade elementet passerar maximalt. Vid höga koncentrationer blir den nödvändiga metallen giftig.
Den prickade kurvan visar det biologiska svaret på en metall som är giftig för kroppen utan effekten av ett väsentligt eller stimulerande element. Denna kurva kommer med viss fördröjning, vilket indikerar förmågan hos en levande organism att "inte reagera" på små mängder av ett giftigt ämne (tröskelkoncentration).
Av diagrammet följer att de nödvändiga elementen blir giftiga i överskott. Organismen av djur och människor upprätthåller koncentrationen av element i det optimala intervallet genom ett komplex av fysiologiska processer som kallas homeostas. Koncentrationen av alla, utan undantag, de nödvändiga metallerna är under strikt kontroll av homeostas.

Fig.1 Biologisk respons beroende på koncentrationen av metallen. (Det inbördes arrangemanget av de två kurvorna i förhållande till koncentrationsskalan är villkorat)
metalltoxicitet jonförgiftning
Av särskilt intresse är innehållet av kemiska element i människokroppen. Mänskliga organ koncentrerar olika kemiska element i sig själva, det vill säga makro- och mikroelement är ojämnt fördelade mellan olika organ och vävnader. De flesta spårämnen (innehållet i kroppen är inom 10 -3-10-5%) ackumuleras i lever, ben och muskelvävnader. Dessa tyger är huvuddepån för många metaller.
Element kan visa en specifik affinitet för vissa organ och finnas i dem i höga koncentrationer. Det är känt att zink är koncentrerat i bukspottkörteln, jod i sköldkörteln, vanadin, tillsammans med aluminium och arsenik, ackumuleras i hår och naglar, kadmium, kvicksilver, molybden - i njurarna, tenn i tarmvävnaderna, strontium - i prostatakörteln, benvävnad, mangan i hypofysen osv. I kroppen kan spårämnen finnas i bundet tillstånd och i form av fria jonformer. Det har konstaterats att aluminium, koppar och titan i hjärnvävnaderna är i form av komplex med proteiner, medan mangan är i jonform.
Som svar på intaget av överdrivna koncentrationer av element i kroppen kan en levande organism begränsa eller till och med eliminera den resulterande toxiska effekten på grund av närvaron av vissa avgiftningsmekanismer. De specifika mekanismerna för avgiftning i förhållande till metalljoner är för närvarande inte välkända. Många metaller i kroppen kan omvandlas till mindre skadliga former på följande sätt:
bildning av olösliga komplex i tarmkanal;
transport av metall med blod till andra vävnader där den kan immobiliseras (som till exempel Pb + 2 i benen);

- omvandling av lever och njurar till en mindre giftig form.

Så, som svar på verkan av giftiga joner av bly, kvicksilver, kadmium, etc., ökar den mänskliga levern och njurarna syntesen av metallotioner - proteiner med låg molekylvikt, i vilka ungefär 1/3 av aminosyraresterna är cystein . högt innehåll och viss plats sulfhydryl SH-grupper ger möjlighet till stark bindning av metalljoner.

Mekanismerna för metalltoxicitet är allmänt välkända, men det är mycket svårt att hitta dem för någon speciell metall. En av dessa mekanismer är koncentrationen mellan essentiella och giftiga metaller för att ha bindningsställen i proteiner, eftersom metalljoner stabiliserar och aktiverar många proteiner, som är en del av många enzymsystem. Dessutom har många proteinmakromolekyler fria sulfhydrylgrupper som kan interagera med giftiga metalljoner som kadmium, bly och kvicksilver, vilket resulterar i toxiska effekter. Det är dock inte exakt fastställt vilka makromolekyler som i detta fall skadar en levande organism. Manifestationen av toxicitet hos metalljoner i olika kroppar och vävnader är inte alltid relaterad till nivån av deras ackumulering - det finns ingen garanti för att den största skadan uppstår i den del av kroppen där koncentrationen av denna metall är högre. Så bly(II)joner, som är mer än 90 % av den totala mängden i kroppen immobiliserade i benen, uppvisar toxicitet på grund av 10 % fördelade i andra vävnader i kroppen. Immobiliseringen av blyjoner i benen kan betraktas som en avgiftningsprocess.

Giftigheten hos en metalljon är vanligtvis inte förknippad med dess behov av kroppen. Men för toxicitet och nödvändighet finns det en gemensamt drag: som regel finns det ett förhållande mellan metalljoner från varandra, exakt, såväl som mellan metall- och icke-metalljoner, i det övergripande bidraget till effektiviteten av deras verkan. Till exempel är kadmiumtoxiciteten mer uttalad i ett system med zinkbrist, medan blytoxiciteten förvärras av kalciumbrist. På liknande sätt hämmas adsorptionen av järn från vegetabilisk mat av de komplexbildande liganderna som finns i den, och ett överskott av zinkjoner kan hämma adsorptionen av koppar etc.

Bestämning av mekanismerna för toxicitet för metalljoner kompliceras ofta av förekomsten av olika sätt att penetrera dem i en levande organism. Metaller kan intas med mat, vatten, absorberas genom huden, penetreras genom inandning etc. Absorption med damm är Huvudväg penetration kl industriella föroreningar. Som ett resultat av inandning lägger sig de flesta metaller i lungorna och sprids först därefter till andra organ. Men den vanligaste vägen för giftiga metaller att komma in i kroppen är intag genom mat och vatten.

Bibliografisk lista

1. Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Allmän och oorganisk kemi. - M.: Kemi, 1993. - 590 sid.

Akhmetov N.S. Allmän och oorganisk kemi. Lärobok för gymnasieskolor. - M.: Högre. skola, 2001. - 679 sid.

Drozdov D.A., Zlomanov V.P., Mazo G.N., Spiridonov F.M. Oorganisk kemi. I 3 volymer. T. Kemi av intransitiva element. / Ed. Yu.D. Tretyakova - M.: Ed. "Akademin", 2004, 368s.

5. Tamm I.E., Tretyakov Yu.D. Oorganisk kemi: I 3 volymer, V.1. Fysikaliska och kemiska baser oorganisk kemi. Lärobok för universitetsstudenter / Ed. Yu.D. Tretjakov. - M.: Ed. "Akademin", 2004, 240-talet.

Korzhukov N.G. Allmän och oorganisk kemi. Proc. Fördel. / Under redaktion av V.I. Delyan-M.: Ed. MISIS: INFRA-M, 2004, 512s.

Ershov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z. Allmän kemi. Biofysisk kemi. Kemi av biogena element. Lärobok för universitet. / Ed. Yu.A. Ershov. 3:e uppl., - M.: Integral-Pres, 2007. - 728 sid.

Glinka N.L. Allmän kemi. Handledning för universiteten. Ed. 30:e reviderade./ Ed. A.I. Ermakov. - M.: Integral-Press, 2007, - 728 sid.

Chernykh, M.M. Ovcharenko. Tungmetaller och radionuklider i biogeocinoser. - M.: Agroconsult, 2004.

N.V. Gusakov. Miljökemi. - Rostov-on-Don, Phoenix, 2004.

Baletskaya L.G. Oorganisk kemi. - Rostov-on-Don, Phoenix, 2005.

M. Henze, P. Armoes, J. Lakuriansen, E. Arvan. rengöring Avloppsvatten. - M.: Mir, 2006.

Korovin N.V. Allmän kemi. - M.: Högre. skola, 1998. - 558 sid.

Petrova V.V. och annat Genomgång av egenskaperna hos kemiska grundämnen och deras föreningar. Lärobok för kursen Kemi i mikroelektronik. - M.: Publishing House of MIET, 1993. - 108 sid.

Kharin A.N., Kataeva N.A., Kharina L.T. Kemikurs. - M.: Högre. skola, 1983. - 511 sid.

>> Kemi: Kemiska grundämnen i cellerna hos levande organismer

Mer än 70 grundämnen har hittats i sammansättningen av ämnen som bildar cellerna i alla levande organismer (människor, djur, växter). Dessa element delas vanligtvis in i två grupper: makroelement och mikroelement.

Makronäringsämnen finns i celler i stora mängder. Först och främst är dessa kol, syre, kväve och väte. Totalt utgör de nästan 98% av det totala innehållet i cellen. Förutom dessa element inkluderar makronäringsämnen även magnesium, kalium, kalcium, natrium, fosfor, svavel och klor. Deras totala innehåll är 1,9%. Således utgör andelen andra kemiska grundämnen cirka 0,1 %. Dessa är mikronäringsämnen. Dessa inkluderar järn, zink, mangan, bor, koppar, jod, kobolt, brom, fluor, aluminium, etc.

23 spårämnen hittades i mjölk från däggdjur: litium, rubidium, koppar, silver, barium, strontium, titan, arsenik, vanadin, krom, molybden, jod, fluor, mangan, järn, kobolt, nickel, etc.

Sammansättningen av blodet hos däggdjur inkluderar 24 mikroelement, och sammansättningen av den mänskliga hjärnan - 18 mikroelement.

Som du kan se finns det inga speciella element i cellen som är karakteristiska endast för levande natur, dvs. atomär nivå det är ingen skillnad mellan levande och icke-levande natur. Dessa skillnader finns bara på nivån komplexa ämnen- på molekylär nivå. Så, tillsammans med oorganiska ämnen(vatten och mineralsalter) cellerna i levande organismer innehåller ämnen som är karakteristiska endast för dem - organiska ämnen (proteiner, fetter, kolhydrater, nukleinsyror, vitaminer, hormoner, etc.). Dessa ämnen är huvudsakligen uppbyggda av kol, väte, syre och kväve, det vill säga från makroelement. Spårämnen finns i dessa ämnen i små mängder, men deras roll i organismers normala liv är enorm. Till exempel ökar föreningar av bor, mangan, zink, kobolt dramatiskt utbytet av enskilda jordbruksväxter och ökar deras motståndskraft mot olika sjukdomar.

Människor och djur får de spårämnen de behöver för ett normalt liv genom de växter de livnär sig på. Om det inte finns tillräckligt med mangan i maten är tillväxthämning, en avmattning i början av puberteten och metabola störningar under bildningen av skelettet möjliga. Tillsats av fraktioner av ett milligram mangansalter till dagsranson djur eliminerar dessa sjukdomar.

Kobolt är en del av vitamin B12, som ansvarar för arbetet hos hematopoetiska organ. Bristen på kobolt i maten orsakar ofta en allvarlig sjukdom som leder till utarmning av kroppen och till och med död.

Vikten av spårämnen för människor avslöjades först i studien av en sådan sjukdom som endemisk struma, som orsakades av brist på jod i mat och vatten. Intaget av salt som innehåller jod leder till återhämtning, och dess tillsats till mat i små mängder förhindrar sjukdomen. För detta ändamål utförs jodiserat bordssalt, till vilket 0,001-0,01% kaliumjodid tillsätts.

Sammansättningen av de flesta biologiska enzymkatalysatorer inkluderar zink, molybden och några andra metaller. Dessa element, som finns i cellerna hos levande organismer i mycket små mängder, säkerställer normal funktion av de finaste biokemiska mekanismerna och är sanna regulatorer av vitala processer.

Många spårämnen finns i vitaminer - organiska ämnen av olika kemisk natur, som kommer in i kroppen med mat i små doser och har ett stort inflytande på kroppens ämnesomsättning och övergripande vitala aktivitet. I sin biologiska verkan ligger de nära enzymer, men enzymer bildas av kroppens celler, och vitaminer kommer vanligtvis från maten. Växter fungerar som källor till vitaminer: citrusfrukter, nypon, persilja, lök, vitlök och många andra. Vissa vitaminer - A, B1, B2, K - erhålls syntetiskt. Vitaminer har fått sitt namn från två ord: vita - liv och amin - innehållande kväve.

Spårämnen är också en del av hormoner - biologiskt aktiva ämnen som reglerar funktionen hos organ och system hos mänskliga och djurs organ. De har fått sitt namn från grekiska ord harmao - jag vinner. Hormoner produceras av de endokrina körtlarna och kommer in i blodet, som transporterar dem genom hela kroppen. Vissa hormoner erhålls syntetiskt.

1. Makroelement och mikroelement.

2. Spårämnenas roll i livet för växter, djur och människor.

3. Organiska ämnen: proteiner, fetter, kolhydrater.

4. Enzymer.

5. Vitaminer.

6. Hormoner.

På vilken nivå av existensformer för ett kemiskt element börjar skillnaden mellan livlig och livlös natur?

Varför kallas enskilda makronäringsämnen även biogena? Lista dem.

Lektionens innehåll lektionssammanfattning stödram lektionspresentation accelerativa metoder interaktiva tekniker Öva uppgifter och övningar självgranskning workshops, utbildningar, fall, uppdrag läxor diskussionsfrågor retoriska frågor från elever Illustrationer ljud, videoklipp och multimedia fotografier, bilder grafik, tabeller, scheman humor, anekdoter, skämt, serieliknelser, talesätt, korsord, citat Tillägg sammandrag artiklar chips för nyfikna cheat sheets läroböcker grundläggande och ytterligare ordlista med termer andra Förbättra läroböcker och lektionerrätta fel i läroboken uppdatera ett fragment i lärobokens element av innovation i lektionen och ersätta föråldrad kunskap med nya Endast för lärare perfekta lektioner kalenderplan i ett år riktlinjer diskussionsprogram Integrerade lektioner