Неметалите като микроелементи.
Обърнахме голямо внимание на ролята на металите. Все пак трябва да се има предвид, че някои неметали също са абсолютно необходими за функционирането на тялото.
СИЛИКИЙ
Силицият също е основен микроелемент. Това е потвърдено от внимателно проучване на храненето на плъхове, използващи различни диети. Плъховете забележимо наддават на тегло, когато се добавя натриев метасиликат. (Na2(SiO)3 .9H2O)в диетата им (50 mg на 100 g). пилетата и плъховете се нуждаят от силиций за растежа и развитието на скелета. Липсата на силиций води до нарушаване на структурата на костите и съединителната тъкан. Както се оказа, силицийът присъства в онези области на костта, където протича активна калцификация, например в костообразуващите клетки, остеобластите. С възрастта концентрацията на силиций в клетките намалява.
Малко се знае за процесите, в които участва силиций в живите системи. Там той е под формата на силициева киселина и вероятно участва в омрежването на въглеродите. При хората хиалуроновата киселина от пъпната връв се оказва най-богатият източник на силиций. Съдържа 1,53 мгбезплатно и 0,36 мгсвързан силиций на грам.
СЕЛЕН
Липсата на селен причинява смъртта на мускулните клетки и води до мускулна недостатъчност, по-специално сърдечна недостатъчност. Биохимичното изследване на тези състояния доведе до откриването на ензима глутатион пероксидаза, който разрушава пероксидите.Липсата на селен води до намаляване на концентрацията на този ензим, което от своя страна причинява окисление на липидите. Способността на селена да предпазва от отравяне с живак е добре известна. Много по-малко известен е фактът, че има връзка между високия хранителен селен и ниската смъртност от рак. Селенът се включва в диетата на човека в количество 55 110 мггодишно, а концентрацията на селен в кръвта е 0,09 0,29 µg/cm. Когато се приема през устата, селенът се концентрира в черния дроб и бъбреците. Друг пример за защитния ефект на селена срещу интоксикация с леки метали е способността му да предпазва от отравяне с кадмиеви съединения. Оказа се, че както в случая с живака, селенът принуждава тези токсични йони да се свържат с йонни активни центрове, с тези, които не са засегнати от токсичния им ефект.
АРСЕНИК
Въпреки добре известните токсични ефекти на арсена и неговите съединения, има надеждни доказателства, че липсата на арсен води до намаляване на плодовитостта и инхибиране на растежа, а добавянето на натриев арсенит към храната е довело до увеличаване на скоростта на растеж при хора.
ХЛОР И БРОМ
Халогенните аниони се различават от всички останали по това, че са прости, а не оксо аниони. Хлорът е изключително разпространен, той може да преминава през мембраната и играе важна роля в поддържането на осмотичния баланс. Хлорът присъства като солна киселина в стомашния сок. Концентрацията на солна киселина в човешкия стомашен сок е 0,4-0,5%. Има известни съмнения относно ролята на брома като микроелемент, въпреки че неговият седативен ефект е надеждно известен.
ФЛУОР
Флуорът е абсолютно необходим за нормалния растеж, а недостигът му води до анемия. Много внимание е отделено на метаболизма на флуора във връзка с проблема за зъбния кариес, тъй като флуорът предпазва зъбите от кариес.Зъбният кариес е изследван достатъчно подробно. Започва с образуването на петно върху повърхността на зъба. Киселините, произведени от бактерии, разтварят зъбния емайл под петното, но, колкото и да е странно, не от повърхността му. Често горната повърхност остава непокътната, докато зоните под нея не бъдат напълно унищожени. Предполага се, че на този етап флуоридният йон може да улесни образуването на апетит. Така се извършва реминелизация на започналото увреждане.
Флуоридът се използва за предотвратяване на увреждане на зъбния емайл. Флуоридите могат да се добавят към пастата за зъби или да се прилагат директно върху зъбите. Концентрацията на флуорид, необходима за предотвратяване на кариес в питейната вода, е около 1 mg/l, но нивото на потребление зависи не само от това. Приложение на високи концентрации на флуориди (повече от 8 mg/l)може да повлияе неблагоприятно на деликатните равновесни процеси на образуване на костна тъкан. Прекомерното усвояване на флуорид води до флуороза. Флуорозата води до нарушения във функционирането на щитовидната жлеза, инхибиране на растежа и увреждане на бъбреците. Продължителното излагане на флуорид върху тялото води до минерализация на тялото. В резултат на това костите се деформират, които дори могат да растат заедно, а връзките се калцират.
ЙОД
Основната физиологична роля на йода е участието му в метаболизма на щитовидната жлеза и присъщите й хормони. Способността на щитовидната жлеза да натрупва йод е присъща и на слюнчените и млечните жлези. Както и някои други органи. В момента обаче се смята, че йодът играе водеща роля само в живота на щитовидната жлеза.
Липсата на йод води до характерни симптоми: слабост, пожълтяване на кожата, усещане за студ и сухота. Лечението с тиреоидни хормони или йод премахва тези симптоми. Липсата на хормони на щитовидната жлеза може да доведе до увеличаване на щитовидната жлеза. В редки случаи (натоварване в организма на различни съединения, които пречат на усвояването на йода, като тиоцианат или антитиреоидния агент гоитрин, намиращ се в различни видове зеле), се образува гуша. Липсата на йод оказва особено силно влияние върху здравето на децата, те изостават във физическото и умственото развитие. Диета с недостиг на йод по време на бременност води до раждане на деца с хипотиреоидизъм (кретин).
Излишъкът от хормони на щитовидната жлеза води до изтощение, нервност, тремор, загуба на тегло и прекомерно изпотяване. Това е свързано с повишаване на активността на пероксидазата и следователно с повишаване на йодирането на тиреоглобулин. Излишъкът от хормони може да бъде резултат от тумор на щитовидната жлеза. При лечението се използват радиоактивни изотопи на йода, които лесно се абсорбират от клетките на щитовидната жлеза.
неметали- химични елементи, които образуват прости тела, които нямат свойствата, характерни за металите. Качествена характеристика на неметалите е електроотрицателността.
Електроотрицателност- това е способността да поляризира химическа връзка, да придърпва общите електронни двойки към себе си.
22 елемента са класифицирани като неметали.
1-ви период
3-ти период
4-ти период
5-ти период
6-ти период
Както се вижда от таблицата, неметалните елементи са разположени главно в горната дясна част на периодичната таблица.
Структурата на атомите на неметалите
Характерна особеност на неметалите е повече (в сравнение с металите) електрони на външно енергийно ниво на техните атоми. Това определя тяхната по-голяма способност да добавят допълнителни електрони и да проявяват по-висока окислителна активност от металите. Особено силни окислителни свойства, т.е. способността да присъединяват електрони, проявяват неметалите, които са във 2-ри и 3-ти периоди на групи VI-VII. Ако сравним разположението на електроните в орбиталите на атомите на флуор, хлор и други халогени, тогава можем да преценим техните отличителни свойства. Флуорният атом няма свободни орбитали. Следователно флуорните атоми могат да показват само I и степента на окисление е 1. Най-силният окислител е флуор. В атомите на други халогени, например в атома на хлора, има свободни d-орбитали на същото енергийно ниво. Поради това разпаряването на електрони може да се случи по три различни начина. В първия случай хлорът може да покаже степен на окисление +3 и да образува солна киселина HClO2, която съответства на соли - например калиев хлорит KClO2. Във втория случай хлорът може да образува съединения, в които хлорът е +5. Тези съединения включват HClO3 и неговия - например калиев хлорат KClO3 (bertoletova). В третия случай хлорът показва степен на окисление +7, например в перхлорна киселина HClO4 и в нейните соли, перхлорати (в калиев перхлорат KClO4).
Структури на неметалните молекули. Физични свойства на неметалите
В газообразно състояние при стайна температура са:
водород - Н2;
азот - N2;
кислород - О2;
флуор - F2;
радон - Rn).
В течност - бром - Br.
В твърдо:
бор - B;
въглерод - С;
силиций - Si;
фосфор - P;
селен - Se;
Телур - Te;
Много по-богат на неметали и цветове: червено - на фосфор, кафяво - на бром, жълто - на сяра, жълто-зелено - на хлор, лилаво - на йодни пари и др.
Най-типичните неметали имат молекулярна структура, докато по-малко типичните имат немолекулна структура. Това обяснява разликата в свойствата им.
Състав и свойства на простите вещества - неметали
Неметалите образуват както едноатомни, така и двуатомни молекули. ДА СЕ моноатоменнеметалите включват инертни газове, които практически не реагират дори с най-активните вещества. се намират в VIII група на периодичната система, а химичните формули на съответните прости вещества са както следва: He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.
Образуват се някои неметали двуатомнамолекули. Това са H2, F2, Cl2, Br2, Cl2 (елементи от VII група на периодичната система), както и кислород O2 и азот N2. от триатоменмолекули се състои от газ озон (O3). За неметалните вещества, които са в твърдо състояние, е доста трудно да се направи химична формула. Въглеродните атоми в графита са свързани един с друг по различни начини. Трудно е да се изолира отделна молекула в дадените структури. При писане на химичните формули на такива вещества, както в случая с металите, се въвежда предположението, че такива вещества се състоят само от атоми. , в същото време се пишат без индекси: C, Si, S и т.н. Такива прости вещества, като кислород, имащи същия качествен състав (и двата се състоят от един и същ елемент - кислород), но се различават по броя на атомите в молекулата, имат различни свойства. И така, кислородът няма миризма, докато озонът има остра миризма, която усещаме по време на гръмотевична буря. Свойствата на твърдите неметали, графит и диамант, които също имат еднакъв качествен състав, но различна структура, рязко се различават (графитът е крехък, твърд). По този начин свойствата на дадено вещество се определят не само от неговия качествен състав, но и от това колко атома се съдържат в молекулата на веществото и как са свързани помежду си. под формата на прости тела са в твърдо газообразно състояние (с изключение на бром - течност). Те нямат физичните свойства на металите. Твърдите неметали нямат блясъка, характерен за металите, те обикновено са крехки и слабо провеждат топлина (с изключение на графита). Кристалният бор B (като кристален силиций) има много висока точка на топене (2075°C) и висока твърдост. Електрическата проводимост на бора се увеличава значително с повишаване на температурата, което прави възможно широкото му използване в полупроводниковата технология. Добавянето на бор към стоманата и сплавите от алуминий, мед, никел и др. подобрява техните механични свойства. Боридите (съединения с някои метали, например с титан: TiB, TiB2) са необходими при производството на части за реактивни двигатели, лопатки на газови турбини. Както може да се види от схема 1, въглерод - C, силиций - Si, - B имат подобна структура и имат някои общи свойства. Като прости вещества те се срещат в две модификации - кристална и аморфна. Кристалните модификации на тези елементи са много твърди, с високи точки на топене. Кристалът има полупроводникови свойства. Всички тези елементи образуват съединения с метали - , и (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Някои от тях имат по-висока твърдост, като Fe3C, TiB. използвани за производство на ацетилен.
Химични свойства на неметалите
В съответствие с числените стойности на относителната електроотрицателност, окислителните неметали нарастват в следния ред: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.
Неметалите като окислители
Окислителните свойства на неметалите се проявяват, когато те взаимодействат:
с метали: 2Na + Cl2 = 2NaCl;
С водород: H2 + F2 = 2HF;
С неметали, които имат по-ниска електроотрицателност: 2P + 5S = P2S5;
С някои сложни вещества: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.
Неметалите като редуциращи агенти
1. Всички неметали (с изключение на флуор) проявяват редуциращи свойства при взаимодействие с кислород:
S + O2 = SO2, 2H2 + O2 = 2H2O.
Кислородът в комбинация с флуор може също да прояви положително състояние на окисление, т.е. да бъде редуциращ агент. Всички други неметали проявяват редуциращи свойства. Така например хлорът не се свързва директно с кислорода, но неговите оксиди (Cl2O, ClO2, Cl2O2) могат да бъдат получени индиректно, при което хлорът проявява положително състояние на окисление. Азотът при високи температури се свързва директно с кислорода и проявява редуциращи свойства. Сярата реагира още по-лесно с кислорода.
2. Много неметали проявяват редуциращи свойства при взаимодействие със сложни вещества:
ZnO + C \u003d Zn + CO, S + 6HNO3 конц \u003d H2SO4 + 6NO2 + 2H2O.
3. Има и такива реакции, при които един и същ неметал е едновременно окислител и редуциращ агент:
Cl2 + H2O = HCl + HClO.
4. Флуорът е най-типичният неметал, който няма редуциращи свойства, т.е. способността да отдава електрони в химични реакции.
Съединения на неметали
Неметалите могат да образуват съединения с различни вътремолекулни връзки.
Видове неметални съединения
Общите формули на водородните съединения според групите на периодичната система от химични елементи са дадени в таблицата:
|
Летливи водородни съединения |
общи халкогени.
В главната подгрупа на шеста група от Периодичната таблица на елементите. И. Менделеев са елементите: кислород (О), сяра (S), селен (Se), (Te) и (Po). Тези елементи са известни като халкогени, което означава "формиращи руди".
В подгрупата на халкогените, отгоре надолу, с увеличаване на заряда на атома, свойствата на елементите естествено се променят: техните неметални свойства намаляват и техните метални свойства се увеличават. Така е типичният неметал, а полоният е метал (радиоактивен).
сив селен
Производство на фотоклетки и токоизправители
в полупроводниковата технология
Биологичната роля на халкогените
Сярата играе важна роля в живота на растенията, животните и хората. В животинските организми сярата е част от почти всички протеини, в съдържащите сяра - и, както и в състава на витамин В1 и хормона инсулин. При липса на сяра при овце растежът на вълната се забавя, а при птиците се забелязва лошо оперение.
От растенията зелето, марулята и спанакът консумират най-много сяра. Богати на сяра са и шушулките от грах и боб, репички, ряпа, лук, хрян, тикви, краставици; бедни на сяра и цвекло.
По химични свойства селенът и телурът са много близки до сярата, но по отношение на физиологичните свойства са нейни антагонисти. За нормалното функциониране на организма са необходими много малки количества селен. Селенът има положителен ефект върху сърдечно-съдовата система, червената кръв, повишава имунните свойства на организма. Повишеното количество селен причинява заболяване при животните, изразяващо се в отслабване и сънливост. Липсата на селен в организма води до смущения в работата на сърцето, дихателните органи, тялото се издига и дори може да се появи. Селенът има значителен ефект върху животните. Например при елените, които се отличават с висока зрителна острота, ретината съдържа 100 пъти повече селен, отколкото в други части на тялото. В растителното царство всички растения съдържат много селен. Растението натрупва особено големи количества от него.
Физиологичната роля на телура за растенията, животните и хората е по-малко проучена от тази на селена. Известно е, че телурът е по-малко токсичен от селена и съединенията на телура в тялото бързо се редуцират до елементарен телур, който от своя страна се свързва с органични вещества.
Обща характеристика на елементите от подгрупата на азота
Основната подгрупа на петата група включва азот (N), фосфор (P), арсен (As), антимон (Sb) и (Bi).
Отгоре надолу, в подгрупата от азот до бисмут, неметалните свойства намаляват, докато металните свойства и атомният радиус се увеличават. Азотът, фосфорът, арсенът са неметали, но принадлежат към металите.
Азотна подгрупа
|
Сравнителна характеристика |
7 N азот |
15 P фосфор |
33 Като арсен |
51 Sb антимон |
83 Би бисмут |
|||||
|
Електронна структура |
…4f145d106S26p3 |
|||||||||
|
Степен на окисление |
1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5 |
3, +1, +3, +4,+5 |
||||||||
|
Електро- негативизъм |
||||||||||
|
Да бъдеш сред природата |
В свободно състояние - в атмосферата (N2 - ), в свързано състояние - в състава на NaNO3 - ; KNO3 - индийска селитра |
Ca3(PO4)2 е фосфорит, Ca5(PO4)3(OH) е хидроксилапатит, Ca5(PO4)3F е флуорапатит |
||||||||
|
Алотропни форми при нормални условия |
Азот (една форма) |
NH3 + H2O ↔ NH4OH ↔ NH4+ + OH - (амониев хидроксид); PH3 + H2O ↔ PH4OH ↔ PH4+ + OH- (фосфониев хидроксид). Биологичната роля на азота и фосфора Азотът играе изключително важна роля в живота на растенията, тъй като е част от аминокиселините, протеините и хлорофила, витамините от група В и активиращите ензими. Следователно липсата на азот в почвата има отрицателен ефект върху растенията и най-вече върху съдържанието на хлорофил в листата, поради което те стават бледи. консумират от 50 до 250 кг азот на 1 хектар почвена площ. Най-много азот се съдържа в цветовете, младите листа и плодовете. Азотът е най-важният източник на азот за растенията - това е главно амониев нитрат и амониев сулфат. Трябва да се отбележи и специалната роля на азота като неразделна част от въздуха - най-важният компонент на живата природа. Нито един от химичните елементи не участва толкова активно и разнообразно в жизнените процеси на растителните и животинските организми, както фосфорът. Той е неразделна част от нуклеиновите киселини, влиза в състава на някои ензими и витамини. При животните и хората до 90% от фосфора е концентриран в костите, до 10% в мускулите и около 1% в нервната система (под формата на неорганични и органични съединения). Намира се в мускулите, черния дроб, мозъка и други органи под формата на фосфатиди и фосфорни естери. Фосфорът участва в мускулните контракции и в изграждането на мускулна и костна тъкан. Хората, занимаващи се с умствена работа, трябва да консумират повишено количество фосфор, за да предотвратят изчерпването на нервните клетки, които работят с повишено натоварване по време на умствена работа. При липса на фосфор ефективността намалява, развива се невроза, двувалентен германий, калай и олово GeO, SnO, PbO се нарушават от амфотерни оксиди. Висшите оксиди на въглерода и силиция CO2 и SiO2 са киселинни оксиди, които съответстват на хидроксиди, проявяващи слабо киселинни свойства - H2CO3 и силициева киселина H2SiO3. Амфотерните оксиди - GeO2, SnO2, PbO2 - съответстват на амфотерни хидроксиди, а при преминаване от германиев хидроксид Ge(OH)4 към оловен хидроксид Pb(OH)4 киселинните свойства се отслабват, а основните се засилват. Биологичната роля на въглерода и силиция Въглеродните съединения са в основата на растителните и животинските организми (45% въглерод се намира в растенията и 26% в животинските организми). Характерни биологични свойства проявяват въглеродният оксид (II) и въглеродният оксид (IV). Въглеродният окис (II) е много токсичен газ, тъй като се свързва силно с кръвния хемоглобин и лишава хемоглобина от способността да пренася кислород от белите дробове до капилярите. При вдишване CO може да причини отравяне, вероятно дори фатално. Въглеродният окис (IV) е особено важен за растенията. В растителните клетки (особено в листата), в присъствието на хлорофил и действието на слънчевата енергия, глюкозата се получава от въглероден диоксид и вода с освобождаване на кислород. В резултат на фотосинтезата растенията годишно свързват 150 милиарда тона въглерод и 25 милиарда тона водород и отделят до 400 милиарда тона кислород в атмосферата. Учените са установили, че растенията получават около 25% от CO2 през кореновата система от карбонатите, разтворени в почвата. Растенията използват силиций за изграждане на покривни тъкани. Силицият, който се съдържа в растенията, импрегнирайки клетъчните стени, ги прави по-здрави и устойчиви на увреждане от насекоми, предпазва ги от проникване на гъбична инфекция. Силицият се намира в почти всички тъкани на животни и хора, особено в черния дроб, хрущялите. Пациентите с туберкулоза имат много по-малко силиций в костите, зъбите и хрущялите, отколкото здравите хора. При заболявания като Botkin се наблюдава намаляване на съдържанието на силиций в кръвта, а при увреждане на дебелото черво, напротив, увеличаване на съдържанието му в кръвта. |
"Биогенни елементи в човешкото тяло"
ВЪВЕДЕНИЕ
1.1 Биогенни елементи - неметали, които са част от човешкото тяло
2 Биогенни елементи - метали, които са част от човешкото тяло
РОЛЯТА НА КИСЛОРОДА В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
РОЛЯТА НА ВЪГЛЕРОДА В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
РОЛЯТА НА ВОДОРОДА В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
РОЛЯТА НА КАЛИЯ В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
РОЛЯТА НА СЯРАТА В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
РОЛЯТА НА КАЛЦИЯ В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
ВЪВЕДЕНИЕ
Мнението, че почти всички елементи от периодичната система на D.I. Менделеев, става познат. Учените обаче предполагат, че не само всички химични елементи присъстват в живия организъм, но всеки от тях изпълнява някаква биологична функция. Възможно е тази хипотеза да не се потвърди. С развитието на изследванията в тази посока се разкрива биологичната роля на все по-голям брой химични елементи.
За да поддържа здравето си, човек трябва да осигури на тялото балансиран прием на хранителни вещества от храната, водата и вдишания въздух. Често се рекламират хранителни продукти с високо съдържание на калций, йод и други химични елементи, но полезно ли е това за нашия организъм? Какви заболявания могат да бъдат причинени от излишък или дефицит на един или друг химичен елемент при деца и възрастни?
В наше време, когато има все по-малко здрави хора от детството, този проблем е наистина актуален.
В човешкото тяло непрекъснато се образуват невъобразим брой различни химични съединения. Някои от синтезираните съединения се използват като градивен материал или източник на енергия и осигуряват на организма растеж, развитие и жизнена дейност; другата част, която може да се счита за шлака или отпадък, се изхвърля от тялото.
В метаболизма участват както неорганични, така и органични вещества. Химичните елементи, които образуват тези вещества, се наричат биогенни елементи. Около 30 елемента се считат за надеждно биогенни.
Фигура 1 показва основните химични елементи, които изграждат човешкото тяло.
Фигура 1 - Диаграма. Елементният състав на човешкото тяло.
1.1 Биогенни елементи - неметали, които са част от човешкото тяло
Сред биогенните елементи особено място заемат органогенните елементи, които образуват най-важните вещества на тялото - вода, протеини, въглехидрати, мазнини, витамини, хормони и др. Органогените включват 6 химични елемента: въглерод, кислород, водород, азот, фосфор, сяра. Тяхната обща масова част в човешкото тяло е приблизително 97,3% (виж таблица 1).
Всички органогенни елементи са неметали. Сред неметалите биогенни са също хлор (масова част 0,15%), флуор, йод и бром. Тези елементи не са включени сред органогенните елементи, тъй като, за разлика от последните, те не играят толкова универсална роля в изграждането на органичните структури на тялото. Има данни за биогенността на силиций, бор, арсен и селен.
Таблица 1. Съдържанието на органогенни елементи в човешкото тяло.
|
Елементи - органогени |
Масова част (в%) |
Тегло (в g / 70 kg) |
|
въглерод (C) |
||
|
кислород (О) |
||
|
водород (H) |
||
|
фосфор (P) |
||
|
68117 ≈ 68 кг |
1.2 Биогенни елементи - метали, които са част от човешкото тяло
Хранителните елементи включват редица метали, сред които 10 така наречени "метала на живота" изпълняват особено важни биологични функции. Тези метали са калций, калий, натрий, магнезий, желязо, цинк, мед, манган, молибден, кобалт (виж таблица 2).
В допълнение към 10-те "метала на живота", сред биогенните елементи са включени още няколко метала, например калай, литий, хром и някои други.
Таблица 2. Съдържанието на "метали на живота" в човешкото тяло
|
Масова част (в%) |
Тегло (в g / 70 kg) |
|
|
Калций (Ca) |
||
|
Натрий (Na) |
||
|
магнезий (Mg) |
||
|
желязо (Fe) |
||
|
Манган (Mn) |
||
|
Молибден (Mo) |
||
|
Кобалт (Co) |
||
В зависимост от масовата част в тялото, всички биогенни елементи се разделят на:
а) макронутриенти (масовата част в тялото е повече от 10 -2%, или повече от 7 g);
б) микроелементи (масовата част в тялото е по-малка от 10 -2%, или по-малка от 7 g).
Макроелементите включват всички органогени, хлор и 4 "метала на живота": магнезий, калий, калций, натрий. Те съставляват 99,5%, като повече от 96% се падат на 4 елемента (въглерод, кислород, водород, азот). Те са основните компоненти на всички органични съединения.
Микроелементите се намират в клетките в много малки количества. Те включват цинк, манган, мед, йод, флуор и др. Но дори онези елементи, които се съдържат в незначителни количества, са необходими за живота и не могат да бъдат заменени с нищо. Биологичната роля и функциите, които тези елементи изпълняват в човешкото тяло, са много разнообразни и техният дефицит или излишък може да доведе до сериозни заболявания (вижте Приложения Б и Г). Достатъчно е да се каже, че около 200 ензима се активират от метали. Общо в човешкото тяло са идентифицирани около 70 минерала, от които 14 микроелемента се считат за основни - това са желязо, кобалт, мед, хром, никел, манган, молибден, цинк, йод, калай, флуор, силиций, ванадий , селен. Много микроелементи влизат в тялото почти изключително чрез хранене с плодове и зеленчуци. Дивите ядливи растения също са богати на микроелементи, които, извлечени от дълбоките слоеве, се натрупват в листата, цветовете и плодовете.
2. РОЛЯТА НА КИСЛОРОДА В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
Основната функция на молекулярния кислород в тялото е окисляването на различни съединения. Заедно с водорода кислородът образува вода, чието съдържание в тялото на възрастен е средно около 55-65%.
Кислородът е част от протеините, нуклеиновите киселини и други жизненоважни компоненти на тялото. Кислородът е от съществено значение за дишането, окисляването на мазнини, протеини, въглехидрати, аминокиселини и много други биохимични процеси.
Обичайният път, по който кислородът навлиза в тялото, е през белите дробове, където този биоелемент прониква в кръвта, абсорбира се от хемоглобина и образува лесно дисоцииращо съединение - оксихемоглобин, след което от кръвта навлиза във всички органи и тъкани. Кислородът влиза в тялото и в свързано състояние, под формата на вода. В тъканите кислородът се изразходва главно за окисляването на различни вещества в процеса на метаболизма. В бъдеще почти целият кислород се метаболизира до въглероден диоксид и вода и се отделя от тялото през белите дробове и бъбреците.
Намалено съдържание на кислород в тялото.
При недостатъчно снабдяване на телесните тъкани с кислород или нарушение на неговото използване се развива хипоксия (кислородно гладуване).
Основните причини за недостиг на кислород:
спиране или намаляване на подаването на кислород към белите дробове, намалено парциално налягане на кислорода във вдишания въздух;
значително намаляване на броя на червените кръвни клетки или рязко намаляване на съдържанието на хемоглобин в тях;
нарушение на способността на хемоглобина да свързва, транспортира или доставя кислород на тъканите;
нарушение на способността на тъканите да използват кислород;
Инхибиране на редокс процесите в тъканите;
стагнация в съдовото легло поради нарушения на сърдечната дейност, кръвообращението и дишането;
ендокринопатии, бери-бери;
Основните прояви на кислороден дефицит:
В остри случаи (с пълно спиране на доставката на кислород, остро отравяне): загуба на съзнание, дисфункция на висшите части на централната нервна система;
При хронични случаи: повишена умора, функционални нарушения на централната нервна система, сърцебиене и задух при малко физическо натоварване, намалена реактивност на имунната система.
Токсична доза за хора: токсичен под формата на O 3 .
Повишено съдържание на кислород в тялото.
Продължителното повишаване на съдържанието на кислород в тъканите на тялото (хипероксия) може да бъде придружено от отравяне с кислород; хипероксията обикновено е придружена от повишаване на съдържанието на кислород в кръвта (хипероксемия).
Токсичният ефект на озона и излишния кислород е свързан с образуването в тъканите на голям брой радикали, произтичащи от разрушаването на химичните връзки. В малко количество радикалите се образуват и нормално, като междинен продукт на клетъчния метаболизъм. При излишък на радикали започва процесът на окисляване на органични вещества, включително липидна пероксидация, с последващо разпадане и образуване на кислородсъдържащи продукти (кетони, алкохоли, киселини).
Кислородът влиза в състава на молекулите на много вещества – от най-простите до сложните полимери; присъствието в тялото и взаимодействието на тези вещества осигурява съществуването на живот. Като неразделна част от водната молекула, кислородът участва в почти всички биохимични процеси, протичащи в тялото.
Кислородът е незаменим, с липсата му само възстановяването на нормалното снабдяване на тялото с кислород може да бъде ефективно средство за защита. Дори краткотрайното (няколко минути) спиране на подаването на кислород към тялото може да причини тежко увреждане на неговите функции и последваща смърт.
3. РОЛЯТА НА ВЪГЛЕРОДА В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
ВЪГЛЕРОДЪТ е най-важният биогенен елемент, който формира основата на живота на Земята, структурната единица на огромен брой органични съединения, участващи в изграждането на организмите и осигуряващи тяхната жизнена дейност (биополимери, както и множество нискомолекулни биологично активни вещества - витамини , хормони, медиатори и др.). Значителна част от енергията, необходима на организмите, се образува в клетките поради окисляването на въглерода. Появата на живот на Земята се разглежда в съвременната наука като сложен процес на еволюция на въглеродни съединения.
Въглеродът навлиза в човешкото тяло с храна (обикновено около 300 g на ден). Общото съдържание на въглерод достига около 21% (15 кг на 70 кг общо телесно тегло). Въглеродът съставлява 2/3 от мускулната маса и 1/3 от костната маса. Екскретира се от тялото главно с издишвания въздух (въглероден диоксид) и урина (урея).
Основната функция на въглерода е образуването на различни органични съединения, като по този начин се осигурява биологично разнообразие, участие във всички функции и прояви на живите същества. В биомолекулите въглеродът образува полимерни вериги и е здраво свързан с водород, кислород, азот и други елементи. Такава значима физиологична роля на въглерода се определя от факта, че този елемент е част от всички органични съединения и участва в почти всички биохимични процеси в организма. Окисляването на въглеродните съединения под действието на кислород води до образуване на вода и въглероден диоксид; Този процес служи като източник на енергия за тялото. Въглеродният диоксид CO 2 (въглероден диоксид) се образува в процеса на метаболизма, е стимулатор на дихателния център, играе важна роля в регулирането на дишането и кръвообращението.
В свободната си форма въглеродът не е токсичен, но много от неговите съединения са силно токсични. Такива съединения включват въглероден оксид CO (въглероден оксид), въглероден тетрахлорид CCl 4, въглероден дисулфид CS 2, цианидни соли HCN, бензен C 6 H 6 и други. Въглеродният диоксид в концентрации над 10% причинява ацидоза (понижаване на pH на кръвта), задух и парализа на дихателния център.
Продължителното вдишване на въглищен прах може да доведе до антракоза, заболяване, придружено от отлагане на въглищен прах в белодробната тъкан и лимфните възли, склеротични промени в белодробната тъкан. Токсичният ефект на въглеводородите и други маслени съединения при работниците в петролната промишленост може да се прояви в загрубяване на кожата, появата на пукнатини и язви и развитието на хроничен дерматит.
За хората въглеродът може да бъде токсичен под формата на въглероден оксид (CO) или цианиди (CN-).
4. РОЛЯТА НА ВОДОРОДА В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
Водата е най-важното водородно съединение в живия организъм. Основните функции на водата са следните:
Водата, която има висок специфичен топлинен капацитет, поддържа постоянна телесна температура. При прегряване на тялото водата се изпарява от повърхността му. Поради високата топлина на изпаряване, този процес е придружен от голям разход на енергия, което води до намаляване на телесната температура. Така се поддържа топлинният баланс на тялото.
Водата поддържа киселинно-алкалния баланс на тялото. Повечето тъкани и органи са изградени предимно от вода. Спазването на общия киселинно-алкален баланс в организма не изключва големи разлики в стойностите на pH за различните органи и тъкани. Важно водородно съединение е водородният прекис H2O2 (традиционно наричан водороден прекис). H2O2 окислява липидния слой на клетъчните мембрани, разрушавайки го.
5. РОЛЯТА НА КАЛИЯ В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
Калият е задължителен участник в много метаболитни процеси. Калият е важен за поддържане на автоматизма на съкращаване на сърдечния мускул - миокарда; осигурява отстраняването на натриевите йони от клетките и тяхното заместване с калиеви йони, което от своя страна е придружено от отстраняване на излишната течност от тялото.
В сравнение с други калиеви продукти, сушени кайсии, смокини, портокали, мандарини, картофи (500 г картофи осигуряват дневната нужда), сушени праскови, ряпа, шипки, черно и червено френско грозде, боровинки, ягоди, дини, пъпеши, соя, череши, пресни краставици, брюкселско зеле, орехи и лешници, магданоз, стафиди, сини сливи, ръжен хляб, овесени ядки.
Дневната нужда от калий за възрастен е 2-3 g на ден, а за дете - 16-30 mg на kg телесно тегло. Необходимият минимален прием на калий на човек на ден е около 1 г. При нормално хранене дневната нужда от калий е напълно задоволена, но се забелязват и сезонни колебания в приема на калий. Така през пролетта консумацията му е ниска - около 3 g / ден, а през есента максималната консумация е 5-6 g / ден.
Като се има предвид тенденцията на съвременните хора да консумират големи количества сол с храната, нуждата от калий също се увеличава, което може да неутрализира неблагоприятните ефекти от излишния натрий върху тялото.
Липсата на прием на калий от храната може да доведе до дистрофия дори при нормално съдържание на протеини в диетата. Нарушаването на калиевия метаболизъм се проявява при хронични заболявания на бъбреците и сърдечно-съдовата система, при заболявания на стомашно-чревния тракт (особено тези, придружени от диария и повръщане), при заболявания на жлезите с вътрешна секреция и други патологии.
Липсата на калий в организма се проявява предимно чрез нарушения на нервно-мускулната и сърдечно-съдовата система (сънливост, затруднено движение, треперене на крайниците, забавен сърдечен ритъм). За медицински цели се използват калиеви препарати.
Излишъкът от калий се наблюдава много по-рядко, но е изключително опасно състояние: отпусната парализа на крайниците, промени в сърдечно-съдовата система. Това състояние може да се прояви с тежка дехидратация, хиперкортизолизъм с нарушена бъбречна функция и с въвеждането на голямо количество калий на пациента.
Сярата в човешкото тяло е незаменим компонент на клетките, органните тъкани, ензимите, хормоните, по-специално инсулинът, най-важният панкреатичен ензим и сяросъдържащите аминокиселини; осигурява пространствената организация на протеиновите молекули, необходима за тяхното функциониране, предпазва клетките, тъканите и пътищата на биохимичния синтез от окисление и цялото тяло от токсичните ефекти на чужди вещества. Доста от него в нервната, съединителната, костната тъкан. Сярата е компонент на структурния протеин на колагена. Попълването на тялото със сяра се осигурява чрез правилно организирано хранене, което включва месо, пилешки яйца, овесени ядки и елда, продукти от брашно, мляко, сирена, бобови растения и зеле.
Въпреки значителния брой изследвания, ролята на сярата за осигуряване на жизнената дейност на тялото не е напълно изяснена. Така че, докато няма ясни клинични описания на някакви специфични нарушения, свързани с недостатъчен прием на сяра в организма. В същото време са известни ацидоаминопатии - нарушения, свързани с нарушен метаболизъм на съдържащи сяра аминокиселини (хомоцистинурия, цистационурия). Има и обширна литература, свързана с клиниката на остра и хронична интоксикация със серни съединения.
Основните прояви на дефицит на сяра:
симптоми на чернодробно заболяване
· симптоми на заболявания на ставите;
симптоми на кожни заболявания;
Различни и многобройни прояви на дефицит в организма и метаболитни нарушения на биологично активни сяросъдържащи съединения.
Повишено съдържание на сяра в организма.
При високи концентрации на сероводород във вдишания въздух клиничната картина на интоксикация се развива много бързо, в рамките на няколко минути се появяват конвулсии, загуба на съзнание и спиране на дишането. В бъдеще последствията от отравянето могат да се проявят чрез постоянно главоболие, психични разстройства, парализа, нарушения на функциите на дихателната система и стомашно-чревния тракт.
Установено е, че парентералното приложение на фино смляна сяра в маслен разтвор в количество от 1-2 ml е придружено от хипертермия с хиперлевкоцитоза и хипогликемия. Смята се, че при парентерално приложение токсичността на серните йони е 200 пъти по-висока от тази на хлоридните йони.
Токсичността на серните съединения, попаднали в стомашно-чревния тракт, е свързана с превръщането им от чревната микрофлора в сероводород, силно токсично съединение.
В случаи на смърт след отравяне със сяра при аутопсия има признаци на емфизем, възпаление на мозъка, остър катарален ентерит, чернодробна некроза, кръвоизлив (петехии) в миокарда.
При хронична интоксикация (въглероден дисулфид, серен диоксид) се наблюдават психични разстройства, органични и функционални промени в нервната система, мускулна слабост, зрителни увреждания и различни нарушения на дейността на други системи на тялото.
През последните десетилетия сяросъдържащите съединения (сулфити), които се добавят към много храни, алкохолни и безалкохолни напитки като консерванти, се превърнаха в един от източниците на излишна сяра в човешкото тяло. Особено много сулфити в пушено месо, картофи, пресни зеленчуци, бира, сайдер, готови салати, оцет, винени бои. Възможно е повишената консумация на сулфити да е отчасти виновна за увеличаването на заболеваемостта от бронхиална астма. Известно е например, че 10% от пациентите с бронхиална астма проявяват свръхчувствителност към сулфити (т.е. са чувствителни към сулфити). За да се намали отрицателният ефект на сулфитите върху тялото, се препоръчва да се увеличи съдържанието на сирене, яйца, тлъсто месо и птици в диетата.
Основните прояви на излишък на сяра:
кожен сърбеж, обриви, фурункулоза;
зачервяване и подуване на конюнктивата;
Появата на малки точкови дефекти на роговицата;
болка във веждите и очните ябълки, усещане за пясък в очите;
фотофобия, лакримация;
обща слабост, главоболие, виене на свят, гадене;
катар на горните дихателни пътища, бронхит;
Загуба на слуха
Храносмилателни разстройства, диария, загуба на тегло;
анемия
конвулсии и загуба на съзнание (с остра интоксикация);
Психични разстройства, намаляване на интелигентността.
Ролята на сярата в човешкото тяло е изключително важна, а нарушенията на метаболизма на сярата са придружени от множество патологии. В същото време клиниката на тези нарушения е недостатъчно развита. По-точно, различни "неспецифични" прояви на нарушения на човешкото здраве все още не се свързват от клиницистите с нарушения на метаболизма на сярата.
7. РОЛЯТА НА КАЛЦИЯ В ЧОВЕШКОТО ТЯЛО
Калцият участва пряко в най-сложните процеси, като съсирването на кръвта; регулиране на вътреклетъчните процеси; регулиране на пропускливостта на клетъчната мембрана; регулиране на процесите на нервна проводимост и мускулни контракции; поддържане на стабилна сърдечна дейност; образуване на кости, минерализация на зъбите.
Калцият е важна част от тялото; общото му съдържание е около 1,4% (1000 g на 70 kg телесно тегло). В тялото калцият е неравномерно разпределен: около 99% от количеството му е в костната тъкан и само 1% се намира в други органи и тъкани. Калцият се отделя от тялото през червата и бъбреците.
В допълнение, продължителната липса на калций в храната нежелано влияе върху възбудимостта на сърдечния мускул и ритъма на неговите контракции.
Въпреки факта, че в диетата на повечето хора има достатъчно храни, съдържащи калций, много хора страдат от дефицит на калций. Причината е, че калцият е трудно смилаем.
На първо място, трябва да се отбележи, че калцият се губи при топлинна обработка (например при готвене на зеленчуци - 25%). Загубата на калций ще бъде незначителна, ако се консумира водата, в която са варени зеленчуците.
Трябва също да се помни, че усвояването на калций в червата се възпрепятства от фитиновата киселина, която е най-много в ръжения хляб, и оксаловата киселина, която е в изобилие в киселеца, какаото. Усвояването на калций от храни, богати на мазнини, е затруднено. „Врагове“ на калция са тръстиковата захар, шоколадът и какаото.
Основните прояви на калциев дефицит.
Последствията от калциевия дефицит могат да се проявят както на нивото на целия организъм, така и на отделните му системи:
обща слабост, повишена умора;
Болка, мускулни крампи
болка в костите, нарушения на походката;
нарушения на процесите на растеж;
хипокалцемия, хипокалциноза;
Декалцификация на скелета, деформиращ остеоартрит, остеопороза, деформация на прешлените, костни фрактури;
· уролитиаза;
болест на Кашин-Бек;
Нарушения на имунитета;
Намалено съсирване на кръвта, кървене.
Повишено съдържание на калций в организма.
Токсичният ефект на калция се проявява само при продължителна употреба и обикновено при хора с нарушен метаболизъм на този биоелемент (например с хиперпаратироидизъм). Отравяне може да настъпи при редовна консумация на повече от 2,5 g калций на ден.
Основните прояви на излишък на калций:
потискане на възбудимостта на скелетните мускули и нервните влакна;
Намален тонус на гладките мускули;
хиперкалциемия, повишен калций в кръвната плазма;
Повишена киселинност на стомашния сок, хиперациден гастрит, стомашни язви;
Калциноза, отлагане на калций в органи и тъкани (в кожата и подкожната тъкан; съединителната тъкан по фасциите, сухожилията, апоневрозите; мускулите; стените на кръвоносните съдове; нервите);
брадикардия, ангина;
подагра, калцификация на туберкулозни огнища и др.;
Увеличаване на съдържанието на калциеви соли в урината;
нефрокалциноза, бъбречно-каменна болест;
повишаване на кръвосъсирването;
Повишен риск от развитие на дисфункция на щитовидната и паращитовидните жлези, автоимунен тиреоидит;
Изместване на фосфор, магнезий, цинк, желязо от тялото.
Най-лесно усвоим е калцият от млякото и млечните продукти (с изключение на маслото) в комбинация със зеленчуци и плодове. За задоволяване на дневната нужда са достатъчни 0,5 л мляко или 100 г сирене. Между другото, млякото е не само отличен източник на калций, но също така насърчава усвояването на калций, съдържащ се в други продукти.
Много важно за усвояването на калция е наличието в храната на витамин D, който неутрализира действието на различни антикалциращи вещества и е регулатор на фосфорно-калциевата обмяна.
химичен биологичен органогенен кислород
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Всички живи организми имат близък контакт с околната среда. Животът изисква постоянен метаболизъм в тялото. Приемът на химични елементи в организма се улеснява от храната и консумираната вода. Тялото се състои от 60% вода, 34% органична материя и 6% неорганична. Основните компоненти на органичните вещества са С, Н, О. Те включват също N, P, S. В състава на неорганичните вещества задължително влизат 22 химични елемента (виж таблица № 1). Например, ако човек тежи 70 kg, тогава той съдържа (в грамове): Ca - 1700, K - 250, Na -70, Mg - 42, Fe - 5, Zn - 3. Металите представляват 2,1 kg , Съдържанието в тялото на елементи от IIIA-VIA групи, ковалентно свързани с органичната част на молекулите, намалява с увеличаване на заряда на ядрото на атомите от тази група на периодичната система на Д. И. Менделеев.
Съвременното състояние на знанията за биологичната роля на елементите може да се характеризира като повърхностно засягане на този проблем. Натрупани са много фактически данни за съдържанието на елементи в различни компоненти на биосферата, реакциите на организма към техния дефицит и излишък. Съставени са карти на биогеохимичното райониране и биогеохимичните провинции. Но няма обща теория за функцията, механизма на действие и ролята на микроелементите в биосферата
Обикновените микроелементи, когато концентрацията им в организма надвишава биотичната концентрация, проявяват токсичен ефект върху тялото. Токсичните елементи в много ниски концентрации не оказват вредно въздействие върху растенията и животните. Например арсенът в микроконцентрации има биостимулиращ ефект. Следователно няма токсични елементи, но има токсични дози. По този начин малките дози от даден елемент са лекарство, големите дози са отрова. „Всичко е отрова и нищо не е лишено от отрова, само една доза прави отровата невидима“ - Парацелз. Уместно е да си припомним думите на таджикския поет Рудаки: „Това, което днес се счита за наркотик, утре ще стане отрова“.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Авцин А.П., Жаворонков А.А. и други микроелементи на човека. -М .: Медицина, 1991. -496 с.
Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З., Михайличенко Н.И. Обща химия. Биофизична химия. Химия на биогенните елементи. -М .: Висше училище, 1993. -560 с.
Ершов Ю.А., Плетнева Т.В. Механизми на токсично действие на неорганичните съединения. -М .: Медицина, 1989. -272 с.
Жолнин А.В. комплексни съединения. Челябинск: ЧГМА, 2000. -28 с.
Bingham FG, Costa M., Eichenberg E. et al Някои въпроси за токсичността на металните йони. -М .: Медицина, 1993. -368 с.
Fremantle M. Химия в действие. -М .: Мир, 1991. т.2, 620 с.
Хюз М. Неорганична химия на биологичните процеси. -М .: Мир, 1983. - 416 с.
Жолнин А.В., Арбузина Р.Ф., Констанц Е.В., Рилникова Г.И. Методическо ръководство за лабораторни упражнения по обща химия. част II. -Челябинск: ChGMA, 1993 -176 с.
Ентеросорбция. /Под. изд. проф. НА. Белякова. Център за сорбционни технологии. - Л., 1991. - 336 с.
Обърнахме голямо внимание на ролята на металите. Все пак трябва да се има предвид, че някои неметали също са абсолютно необходими за функционирането на тялото.
Силиций
Силицият също е основен микроелемент. Това е потвърдено от внимателно проучване на храненето на плъхове, използващи различни диети. Плъховете забележимо наддадоха на тегло, когато към диетата им беше добавен натриев метасиликат (Na2(SiO)3.9H2O) (50 mg на 100 g). пилетата и плъховете се нуждаят от силиций за растежа и развитието на скелета. Липсата на силиций води до нарушаване на структурата на костите и съединителната тъкан. Както се оказа, силицийът присъства в онези области на костта, където протича активна калцификация, например в костообразуващите клетки, остеобластите. С възрастта концентрацията на силиций в клетките намалява.
Малко се знае за процесите, в които участва силиций в живите системи. Там той е под формата на силициева киселина и вероятно участва в омрежването на въглеродите. При хората хиалуроновата киселина от пъпната връв се оказва най-богатият източник на силиций. Съдържа 1,53 mg свободен и 0,36 mg свързан силиций на грам.
Селен
Липсата на селен причинява смъртта на мускулните клетки и води до мускулна недостатъчност, по-специално сърдечна недостатъчност. Биохимичното изследване на тези състояния доведе до откриването на ензима глутатион пероксидаза, който разрушава пероксидите.Липсата на селен води до намаляване на концентрацията на този ензим, което от своя страна причинява окисление на липидите. Способността на селена да предпазва от отравяне с живак е добре известна. Много по-малко известен е фактът, че има връзка между високия хранителен селен и ниската смъртност от рак. Селенът се включва в диетата на човека в количество от 55 110 mg годишно, а концентрацията на селен в кръвта е 0,09 0,29 µg/cm. Когато се приема през устата, селенът се концентрира в черния дроб и бъбреците. Друг пример за защитния ефект на селена срещу интоксикация с леки метали е способността му да предпазва от отравяне с кадмиеви съединения. Оказа се, че както в случая с живака, селенът принуждава тези токсични йони да се свържат с йонни активни центрове, с тези, които не са засегнати от токсичния им ефект.
Арсен
Въпреки добре известните токсични ефекти на арсена и неговите съединения, има надеждни доказателства, че липсата на арсен води до намаляване на плодовитостта и инхибиране на растежа, а добавянето на натриев арсенит към храната е довело до увеличаване на скоростта на растеж при хора.
Хлор и бром
Халогенните аниони се различават от всички останали по това, че са прости, а не оксо аниони. Хлорът е изключително разпространен, той може да преминава през мембраната и играе важна роля в поддържането на осмотичния баланс. Хлорът присъства като солна киселина в стомашния сок. Концентрацията на солна киселина в стомашния сок на човека е 0,4-0,5%.
Има известни съмнения относно ролята на брома като микроелемент, въпреки че неговият седативен ефект е надеждно известен.
Флуор
Флуорът е абсолютно необходим за нормалния растеж, а недостигът му води до анемия. Много внимание се обръща на метаболизма на флуора във връзка с проблема със зъбния кариес, тъй като флуоридът предпазва зъбите от кариес.
Зъбният кариес е изследван достатъчно подробно. Започва с образуването на петно върху повърхността на зъба. Киселините, произведени от бактерии, разтварят зъбния емайл под петното, но, колкото и да е странно, не от повърхността му. Често горната повърхност остава непокътната, докато зоните под нея не бъдат напълно унищожени. Предполага се, че на този етап флуоридният йон може да улесни образуването на апетит. Така се извършва реминелизация на започналото увреждане.
Флуоридът се използва за предотвратяване на увреждане на зъбния емайл. Флуоридите могат да се добавят към пастата за зъби или да се прилагат директно върху зъбите. Концентрацията на флуор, необходима за предотвратяване на кариес в питейната вода, е около 1 mg/l, но нивото на консумация зависи не само от това. Използването на високи концентрации на флуориди (повече от 8 mg / l) може да повлияе неблагоприятно на деликатните равновесни процеси на образуване на костна тъкан. Прекомерното усвояване на флуорид води до флуороза. Флуорозата води до нарушения във функционирането на щитовидната жлеза, инхибиране на растежа и увреждане на бъбреците. Продължителното излагане на флуорид върху тялото води до минерализация на тялото. В резултат на това костите се деформират, които дори могат да растат заедно, а връзките се калцират.
йод
Основната физиологична роля на йода е участието му в метаболизма на щитовидната жлеза и присъщите й хормони. Способността на щитовидната жлеза да натрупва йод е присъща и на слюнчените и млечните жлези. Както и някои други органи. В момента обаче се смята, че йодът играе водеща роля само в живота на щитовидната жлеза.
Липсата на йод води до характерни симптоми: слабост, пожълтяване на кожата, усещане за студ и сухота. Лечението с тиреоидни хормони или йод премахва тези симптоми. Липсата на хормони на щитовидната жлеза може да доведе до увеличаване на щитовидната жлеза. В редки случаи (натоварване в организма на различни съединения, които пречат на усвояването на йода, като тиоцианат или антитиреоидния агент гоитрин, намиращ се в различни видове зеле), се образува гуша. Липсата на йод оказва особено силно влияние върху здравето на децата, те изостават във физическото и умственото развитие. Диета с недостиг на йод по време на бременност води до раждане на деца с хипотиреоидизъм (кретин).
Излишъкът от хормони на щитовидната жлеза води до изтощение, нервност, тремор, загуба на тегло и прекомерно изпотяване. Това е свързано с повишаване на активността на пероксидазата и следователно с повишаване на йодирането на тиреоглобулин. Излишъкът от хормони може да бъде резултат от тумор на щитовидната жлеза. При лечението се използват радиоактивни изотопи на йода, които лесно се абсорбират от клетките на щитовидната жлеза.
Неметалите-органогени (O, C, H, N, P, S), както и халогените, образуват основните биогеохимични цикли на природата. Простите неорганични съединения на тези неметали (H2O, CO, CO2, NH3, NO2, SO2, H2SO4, H3PO4 и др.) са отпадъчни продукти на хората и животните. Фрагменти от тези цикли са трансформацията на някои органогенни съединения в други с участието на различни видове бактерии, например в почвата, преходите H2 → H2 O, CO → CO2, N2 → NH3, NH3 → NO2, NO3 - → NO2, NO3 - → NH3, S → S2 O3 2- → SO2 → SO4 2- . Подреждайки органогенните елементи в низходящ ред на тяхното съдържание (в тегл.%), получаваме: O > C > H > N > P > S. Според тази серия, а не традиционното обръщение към групите на периодичната система, ние ще разгледа свойствата на неметалите-органогени.
4.1. Кислород
Кислородът е елементът, който поддържа живота на Земята. Атмосферата съдържа около 20,8% кислород. Стоманените компоненти на въздуха са преобладаващият азот N2 (78,08%), както и Ar (0,93%), CO2 (0,02 - 0,04%), Ne (1,92 10-3%), He (5,24 10-4%), Kr (1,14 10-4%), Н2 (5,0 10-5%), Xe (8,7 10-6%). Трябва да се отбележи, че съдържанието на
Кислородът в атмосферата остава изненадващо постоянен, въпреки всички окислителни процеси на дишане и горене, протичащи на Земята. Основният фактор, поддържащ постоянството на съдържанието на кислород в земната атмосфера, е фотосинтезата, като основният принос е не от сухоземните зелени растения, а от планктона и водораслите на световния океан, които представляват около 80% от отделения кислород. Като цяло животът на Земята е възможен само в доста тесен диапазон на съдържание на кислород в атмосферата: от 13 до 30%. При съдържание на кислород по-малко от 13%, аеробните същества (т.е. използващи кислород в живота си) умират, а при по-високо от 30% процесите на окисление и горене са толкова интензивни, че дори мокър парцал може да се запали и първата мълния изпепели всичко на земята.
За много живи организми важна част от метаболизма (метаболизма) е дихателният цикъл, което води до бързото образуване на много вещества. И така, в издишания въздух, в допълнение към CO2, малки количества съдържат въглеводороди, алкохоли, амоняк, мравчена киселина HCOOH, оцетна киселина CH3 COOH, формалдехид HCHO, понякога ацетон (CH3) 2 CO. Когато човек диша на височина 10 km в разреден въздух, поради липса на кислород в него, съдържанието на амоняк, амини, фенол, ацетон рязко се увеличава в издишаната смес от газове и дори се появява сероводород.
Без кислород са невъзможни множество и изключително важни жизнени процеси, особено дишането. Само няколко растения и най-простите животни могат да се справят без кислород и затова се наричат анаеробни. В живите организми кислородът се изразходва за окисляване на различни вещества, като основният процес е реакцията на кислорода с водородните атоми за образуване на вода, в резултат на което се освобождава значително количество енергия. Аеробните организми също получават енергия чрез окисляване на хранителните вещества в клетките и тъканите до CO2, H2O,
(NH2)2CO.
По време на нормалното дишане молекулярният кислород, влизащ в белите дробове, се редуцира до вода: O2 + 4H+ + 4e 2H2 O, а H+ йони заедно с електрони се освобождават, когато органичният субстрат на тялото губи H атоми: [субстрат (4H)] → 4H + субстрат → 4H + + 4e + субстрат. При патология настъпва непълно възстановяване: O2 + 2H + + 2e H2 O2 или O2 + e O2 -. Този радикал се нарича
е супероксиден радикал (SOP). Може да бъде полезно, когато унищожава клетки, които растат извън контрол, но може да бъде и много токсично, когато унищожава клетъчните мембрани на здрави клетки, от които тялото се нуждае. В допълнение, вредният ефект на COP е, че инактивира ензимите, деполимеризира полизахаридите и причинява единични прекъсвания в структурата на ДНК. Всички вещества на организма с подходящ потенциал могат да участват в междинната бавна едноелектронна редукция на O2 до COP. В този случай се образува H2 O2, който в следващия етап на едноелектронна редукция дава силно реактивен хидроксиден радикал OH, който бързо окислява всяка клетъчна субстанция. Хидрофобната O2 молекула лесно преминава в клетката през хидрофобни липидни мембрани и започва да окислява органичните вещества до O2 - и OH радикали. Тези полярни радикали са "заключени" в клетката, тъй като не могат да се върнат обратно през клетъчните мембрани. За да компенсират тяхната "агресивност" са специални ензими супероксид дисмутаза, каталаза и пероксидаза. Освен това има нискомолекулни вещества - антиоксиданти (например витамини А и Е), които неензимно неутрализират тези опасни частици. COP, например, също се свързва активно от Fe(3+) йони. Понякога изолирането на COP е полезно, например антитуморните антибиотици (блеомицин) образуват комплекс с Mn + метални йони, които катализират бързото редуциране на O2 до COP, което разрушава ДНК в тумора.
Алотропна модификация на кислорода - озон O3. В атмосферата озонът се образува чрез фотохимичната реакция O2 + O → hν → O3, а атомният активен кислород също се образува поради реакцията NO + O2 → NO2 + O. Полезното действие на озона в атмосферата се състои в това, че озонът не само абсорбира биологично активната и по този начин опасна част от ултравиолетовото лъчение на Слънцето, но и участва във формирането на топлинния режим на повърхността на нашата планета. Той улавя топлината, напускаща Земята, в онези спектрални интервали („прозорци на прозрачност“), където CO2 и H2O абсорбират тази топлина слабо. Озонът е силно токсичен за хората. Пределно допустимата му концентрация (ПДК) във въздуха е 0,5 mg/m3. Озонът променя структурата на белите дробове, като потиска техните функции, като по този начин намалява устойчивостта към респираторни заболявания. Като най-силен окислител (на 2-ро място след флуора), озонът интензивно окислява аминокиселините и ензимите, съдържащи сяра.
(цистеин HSCH2 CH(NH2)COOH, метионин CH3 SCH2 CH2 CH(NH2)COOH, също триптофан C8 H6 NCH2 CH(NH2)COOH, хистидин C3 H3 N2 CH(NH2)COOH, тирозин HOC6 H4 CH2 CH(NH2) COOH .
По този начин молекулярният кислород O2 не е токсичен за живите организми, за разлика от други форми: озон O3, възбудена O2 молекула, OH радикал, атомен O, HO2 радикал, COP O2 - .
4.2. въглерод
Въглеродът по съдържание в организма (21%) и значение за живите организми е един от най-важните органогени. Тъй като това ръководство е посветено специално на бионеорганичната химия, ние няма да засягаме органичните съединения на дивата природа, които са обект на изучаване на биоорганичната химия. Най-простите въглеродни съединения, като свободния въглерод под формата на сажди и неговия оксид CO, са токсични за хората. Продължителният контакт със сажди или въглищен прах причинява рак на кожата („болест на коминочистача“, както се наричаше по-рано). Най-малкият прах от въглища причинява промяна в структурата на белите дробове и следователно нарушава техните функции. Изключително токсичен е CO оксидът, чийто токсичен ефект се дължи на факта, че CO се свързва с кръвния хемоглобин ~ 10 3 пъти по-лесно от кислорода и следователно причинява задушаване.
Въглеродният диоксид CO2 присъства в биосферата като продукт на дишане и продукти на окисление. Годишните емисии на CO и CO2 в атмосферата са 2108 и 9109 тона
съответно (за сравнение отделянето на въглеводороди е 8 107 тона годишно). CO2 е слабо разтворим във вода, така че присъствието му в биофлуидите е незначително. В стомаха обаче протича важна ензимна реакция CO2 + Cl- + H2 O → HCO3 - + H + + Cl-, в резултат на която протеините се разграждат в кисела среда. Имайте предвид, че без ензими тази реакция протича в обратната посока.
4.3. Водород
Водородът присъства в природата под формата на вода и множество органични съединения (Таблица 1). Водата е основната жизнена среда на организма. Той разтваря повечето вещества, участващи в метаболитните процеси. Съдържанието на вода в органите и тъканите на тялото е доста високо:
Таблица 3
тъкан, орган, био |
||
течност |
||
мозък |
||
Гръбначен мозък |
||
Стомашен сок |
||
кръвна плазма |
||
слъзната течност |
Физиологичната среда за човека е 0,9% разтвор на NaCl. Водата има висока специфична топлина и поради бавния топлообмен с околната среда поддържа постоянна телесна температура. При прегряване водата се изпарява от повърхността на тялото. Поради високата топлина на изпаряване на водата, този процес е придружен от разходи за енергия и телесната температура пада. Във водна среда, благодарение на буферните системи (карбонат, фосфат и хемоглобин), се поддържа киселинно-алкалният баланс на тялото.
Както може да се види от таблица 3, средното pH на тялото съответства на pH на физиологичния разтвор и варира от 6,8 до 7,4. Отделните органи и тъкани обаче могат да имат рН стойности, които са много различни от физиологичните. И така, в стомаха киселинността е висока, а рН е 0,9 - 1,1. Това е необходимо, така че под действието на ензима пепсин, който е активен в кисела среда, пептидите на протеиновия компонент на храната се разцепват. Жлъчката има слабо алкална реакция (pH 7,5 - 8,5), която е необходима за алкалната хидролиза на мазнините.
4.4. Азот
Азотът присъства в живите организми под формата на различни органични съединения: аминокиселини, пептиди, пуринови основи и др., Както и под формата на свободен N2, идващ от вдишания въздух. Цикълът на азота в природата е тясно свързан
нарича геосфера и биосфера, потвърждавайки тяхното единство. Има много бактерии, които могат лесно да превърнат едно азотно съединение в друго и с промяна в степента на окисление на азота. Така например, ако в технологията синтезът на амоняк се извършва при тежки условия, тогава в биосферата свързването на атмосферния N 2 и превръщането му в NH3 протича по по-лесен ензимен начин с участието на нитрогеназа:
N2 + 16ATP + 8e + 8H+ 2NH3 +16ADP +16[Р в неорганични фосфати] +Н2, където ATP и ADP са съответно аденозин трифосфат и аденозин дифосфат и се смята, че първоначалният ATP е под формата на комплекс с Mg. Микроорганизмите, участващи в тази реакция, присъстват в кореновите възли на някои растения, както и в
V синьо-зелени водорасли. Ензимът нитрогеназа, който съдържа протеини, както и Mo и Fe, е активен само при анаеробни условия. Проучванията показват, че при възстановяване
Когато N2 се редуцира до NH3, NH=NH и NH2 -NH2 не се образуват. Това предполага, че вероятно има 2 активни центъра на ензима: в единия азотната молекула е разделена, а в другия е координиран атомът Н. В природата се срещат и други взаимни трансформации.
азотни съединения: нитрификация или окисление на NH3 до NO2, както и редукция на нитратен йон от торове под действието на растителни ензими или анаеробни бактерии
riy до NO2 или дори до NH3. Неорганичните азотни съединения обикновено са токсични
ny, с изключение на просто вещество N2 и малки количества N2 O. Всяка година в атмосферата се отделят ~ 5 107 тона различни азотни оксиди NOx и ~ 107 тона други азотни съединения. Молекулата NO, според съвременните представи, въпреки привидното
трудността на образуването му от прости вещества присъства в атмосферата в огромни количества. Смята се, че до 7107 тона атмосферен N2 годишно реагира с O2 в резултат на високотемпературни процеси като промишлено изгаряне и транспорт. Показано е, че азотните оксиди, подобно на озона, могат да взаимодействат с продуктите от непълно изгаряне на гориво с образуването на силен ток
син пероксонитрати RCOOONO2 . Под действието на слънчевата радиация в горните слоеве на атмосферата протичат фотохимични реакции с участието на NOx, които се катализират от съдържащите се там твърди прахови частици. НЕ в човешкото тяло
се образува в количество ~100 mg на ден от аргинин съгласно реакцията: NH \u003d C (NH2) - NH (CH2) 3 CH (NH2) COOH + 3 / 2O2 → NO-синтетазен ензим → H2 NCONH (CH2 ) 3 CH (NH2) COOH + 2NO + H2 O. Известно е, че молекулите на NO са в състояние да проникнат в клетките на стените на кръвоносните съдове и да регулират кръвния поток; освен това NO контролира инсулиновата секреция, бъбречната филтрация, репаративните процеси
V тъкани и т.н. По този начин NO е молекула с две лица, която проявява както токсични, така и несъмнено полезни ефекти. Например, когато приемате такова обичайно кардиологично лекарство като нитроглицерин, той се хидролизира с образуванетонитратен йон, който се редуцира от желязото на хемоглобина до NO, след което именно NO предизвиква отпускане на гладките мускули на съдовете. Други азотни оксиди
NO2, N2O3 са силно токсични и могат да причинят задушаване и белодробен оток. Нитритният йон NO2 - е особено токсичен, тъй като окислява метхемоглобина и нарушава процеса на пренос на O2 в организма. В допълнение, нитритният йон образува канцерогенния нитрозамин в стомаха. Въпреки това, NaNO2 преди това е бил използван като вазодилататор за ангина пекторис и церебрален вазоспазъм. Напоследък, поради неговата несъмнена токсичност, NaNO2 беше изоставен, заменяйки го с нитроглицерин или нитросорбат.
които нямат тези странични ефекти. Вдишването на амонячни пари NH3 в големи количества е вредно, тъй като амонякът създава силно алкална среда на повърхността на лигавиците на ларинкса и белите дробове, което причинява дразнене и подуване.
В допълнение, малките молекули на NH3 лесно проникват през клетъчните мембрани и се конкурират с много лиганди в координация с метални йони.
