Nemetali kao elementi u tragovima.
Veliku pažnju smo posvetili ulozi metala. Međutim, mora se imati na umu da su i neki nemetali apsolutno neophodni za funkcionisanje organizma.
SILICON
Silicijum je takođe bitan element u tragovima. To je potvrđeno pažljivim proučavanjem ishrane štakora koji koriste različite dijete. Pacovi su značajno dobili na težini kada je dodat natrijum metasilikat. (Na2(SiO)3 . 9H2O) u njihovoj ishrani (50mg na 100g). kokošima i pacovima je potreban silicij za rast i razvoj skeleta. Nedostatak silicija dovodi do kršenja strukture kostiju i vezivnog tkiva. Kako se ispostavilo, silicijum je prisutan u onim dijelovima kosti gdje se javlja aktivna kalcifikacija, na primjer, u ćelijama koje formiraju kosti, osteoblastima. S godinama, koncentracija silicija u stanicama opada.
Malo se zna o procesima u kojima je uključen silicijum u živim sistemima. Tamo se nalazi u obliku silicijumske kiseline i verovatno učestvuje u umrežavanju ugljenika. Kod ljudi se pokazalo da je hijaluronska kiselina pupčane vrpce najbogatiji izvor silicija. Sadrži 1.53mg besplatno i 0.36mg vezani silicijum po gramu.
SELENIJ
Nedostatak selena uzrokuje odumiranje mišićnih stanica i dovodi do zatajenja mišića, posebno zatajenja srca. Biohemijsko proučavanje ovih stanja dovelo je do otkrića enzima glutation peroksidaze koji uništava perokside, a nedostatak selena dovodi do smanjenja koncentracije ovog enzima, što dovodi do oksidacije lipida. Sposobnost selena da zaštiti od trovanja živom je dobro poznata. Mnogo manje poznata je činjenica da postoji korelacija između visokog unosa selena u ishrani i niske smrtnosti od raka. Selen je uključen u ishranu ljudi u količini 55 110mg godišnje, a koncentracija selena u krvi je 0,09 0,29 µg/cm. Kada se uzima oralno, selen se koncentriše u jetri i bubrezima. Još jedan primjer zaštitnog efekta selena od intoksikacije lakim metalima je njegova sposobnost zaštite od trovanja spojevima kadmija. Pokazalo se da, kao iu slučaju žive, selen tjera ove toksične ione da se vežu za ionsko aktivne centre, za one na koje njihovo toksično djelovanje ne utiče.
ARSEN
Uprkos dobro poznatim toksičnim efektima arsena i njegovih spojeva, postoje pouzdani dokazi da nedostatak arsena dovodi do smanjenja plodnosti i inhibicije rasta, a dodavanje natrijevog arsena u hranu dovodi do povećanja stope rasta u ljudi.
HLOR I BROM
Halogeni anioni se razlikuju od svih ostalih po tome što su jednostavni, a ne okso anioni. Klor je izuzetno rasprostranjen, sposoban je da prođe kroz membranu i igra važnu ulogu u održavanju osmotske ravnoteže. Klor je prisutan kao hlorovodonična kiselina u želučanom soku. Koncentracija hlorovodonične kiseline u ljudskom želučanom soku je 0,4-0,5%. Postoje određene sumnje o ulozi broma kao elementa u tragovima, iako je pouzdano poznato njegovo sedativno djelovanje.
FLUOR
Fluor je apsolutno neophodan za normalan rast, a njegov nedostatak dovodi do anemije. Mnogo pažnje je posvećeno metabolizmu fluora u vezi sa problemom karijesa, jer fluor štiti zube od karijesa.Dentalni karijes je dovoljno detaljno proučavan. Počinje stvaranjem mrlje na površini zuba. Kiseline koje proizvode bakterije otapaju zubnu caklinu ispod mrlje, ali, začudo, ne s njene površine. Često gornja površina ostaje netaknuta sve dok područja ispod nje nisu potpuno uništena. Pretpostavlja se da u ovoj fazi jon fluorida može olakšati formiranje apetita. Tako se vrši reminelizacija započete štete.
Fluor se koristi za sprečavanje oštećenja zubne gleđi. Fluoridi se mogu dodati u pastu za zube ili nanijeti direktno na zube. Koncentracija fluora potrebna za sprječavanje karijesa u vodi za piće je otprilike 1mg/l, ali nivo potrošnje ne zavisi samo od toga. Primjena visokih koncentracija fluorida (više od 8mg/l) može negativno uticati na delikatne ravnotežne procese formiranja koštanog tkiva. Prekomjerna apsorpcija fluora dovodi do fluoroze. Fluoroza dovodi do poremećaja u radu štitne žlijezde, inhibicije rasta i oštećenja bubrega. Dugotrajno izlaganje fluoru na tijelu dovodi do mineralizacije tijela. Kao rezultat, kosti se deformiraju, koje mogu čak i srasti, a ligamenti se kalciraju.
JOD
Glavna fiziološka uloga joda je učešće u metabolizmu štitne žlijezde i njenih inherentnih hormona. Sposobnost štitne žlijezde da akumulira jod također je svojstvena pljuvačnim i mliječnim žlijezdama. Kao i neki drugi organi. Trenutno se, međutim, vjeruje da jod igra vodeću ulogu samo u životu štitne žlijezde.
Nedostatak joda dovodi do karakterističnih simptoma: slabosti, žućenja kože, hladnoće i suvoće. Liječenje hormonima štitnjače ili jodom eliminira ove simptome. Nedostatak hormona štitnjače može dovesti do povećanja štitne žlijezde. U rijetkim slučajevima (opterećenje u tijelu raznim spojevima koji ometaju apsorpciju joda, kao što su tiocijanat ili antitiroidni agens goitrin, koji se nalazi u raznim vrstama kupusa), nastaje gušavost. Nedostatak joda posebno snažno utiče na zdravlje djece koja zaostaju u fizičkom i psihičkom razvoju. Ishrana sa nedostatkom joda tokom trudnoće dovodi do rađanja hipotireoidne dece (kretina).
Višak hormona štitnjače dovodi do iscrpljenosti, nervoze, tremora, gubitka težine i prekomjernog znojenja. To je povezano s povećanjem aktivnosti peroksidaze i, posljedično, s povećanjem jodiranja tireoglobulina. Višak hormona može biti posljedica tumora štitne žlijezde. U liječenju se koriste radioaktivni izotopi joda, koji se lako apsorbiraju u stanicama štitne žlijezde.
nemetali- hemijski elementi koji formiraju jednostavna tijela koja nemaju svojstva karakteristična za metale. Kvalitativna karakteristika nemetala je elektronegativnost.
Elektronegativnost- ovo je sposobnost polarizacije hemijske veze, da povuče uobičajene elektronske parove prema sebi.
22 elementa su klasifikovana kao nemetali.
1. period
3. period
4. period
5. period
6. period
Kao što se vidi iz tabele, nemetalni elementi se uglavnom nalaze u gornjem desnom delu periodnog sistema.
Struktura atoma nemetala
Karakteristična karakteristika nemetala je više (u poređenju sa metalima) elektrona na vanjskom energetskom nivou njihovih atoma. Ovo određuje njihovu veću sposobnost da dodaju dodatne elektrone i pokažu veću oksidativnu aktivnost od metala. Posebno jaka oksidaciona svojstva, odnosno sposobnost vezivanja elektrona, pokazuju nemetali koji se nalaze u 2. i 3. periodu grupa VI-VII. Ako uporedimo raspored elektrona u orbitalama u atomima fluora, hlora i drugih halogena, onda možemo suditi o njihovim karakterističnim svojstvima. Atom fluora nema slobodne orbitale. Stoga, atomi fluora mogu pokazati samo I, a oksidacijsko stanje je 1. Najjači oksidant je fluor. U atomima drugih halogena, na primjer, u atomu hlora, postoje slobodne d-orbitale na istom energetskom nivou. Zbog toga se odvajanje elektrona može dogoditi na tri različita načina. U prvom slučaju, hlor može pokazati oksidaciono stanje +3 i formirati hlorovodoničnu kiselinu HClO2, što odgovara solima - na primer, kalijum hlorit KClO2. U drugom slučaju, hlor može formirati jedinjenja u kojima je hlor +5. Ova jedinjenja uključuju HClO3 i njegov - na primjer, kalijum hlorat KClO3 (bertoletova). U trećem slučaju, hlor pokazuje oksidaciono stanje od +7, na primer, u perhlornoj kiselini HClO4 i njenim solima, perhloratima (u kalijum perhloratu KClO4).
Strukture molekula nemetala. Fizička svojstva nemetala
U gasovitom stanju na sobnoj temperaturi su:
vodonik - H2;
dušik - N2;
kiseonik - O2;
fluor - F2;
radon - Rn).
U tečnosti - brom - Br.
solidno:
bor - B;
ugljenik - C;
silicijum - Si;
fosfor - P;
selen - Se;
Telur - Te;
Mnogo bogatiji nemetalima i bojama: crvena - fosforom, smeđa - bromom, žuta - sumporom, žuto-zelena - hlorom, ljubičasta - jodnim parama itd.
Najtipičniji nemetali imaju molekularnu strukturu, dok oni manje tipični imaju nemolekularnu strukturu. Ovo objašnjava razliku u njihovim svojstvima.
Sastav i svojstva jednostavnih supstanci - nemetala
Nemetali formiraju i jednoatomne i dvoatomne molekule. TO jednoatomski Nemetali uključuju inertne plinove koji praktički ne reagiraju čak ni s najaktivnijim tvarima. nalaze se u grupi VIII periodnog sistema, a hemijske formule odgovarajućih jednostavnih supstanci su sledeće: He, Ne, Ar, Kr, Xe i Rn.
Neki nemetali se formiraju dijatomski molekule. To su H2, F2, Cl2, Br2, Cl2 (elementi VII grupe periodnog sistema), kao i kiseonik O2 i azot N2. Od triatomski molekule se sastoje od plina ozona (O3). Za nemetalne supstance koje su u čvrstom stanju, prilično je teško napraviti hemijsku formulu. Atomi ugljika u grafitu povezani su jedni s drugima na različite načine. Teško je izolovati pojedinačni molekul u datim strukturama. Prilikom pisanja hemijskih formula takvih supstanci, kao u slučaju metala, uvodi se pretpostavka da se takve supstance sastoje samo od atoma. , u isto vrijeme, pišu se bez indeksa: C, Si, S, itd. Takve jednostavne tvari, poput kisika, imaju isti kvalitativni sastav (obje se sastoje od istog elementa - kisika), ali se razlikuju po broju atoma u molekula, imaju različita svojstva. Dakle, kiseonik nema miris, dok ozon ima oštar miris koji osećamo tokom grmljavine. Svojstva čvrstih nemetala, grafita i dijamanta, koji takođe imaju isti kvalitativni sastav, ali različitu strukturu, oštro se razlikuju (grafit je krhak, tvrd). Dakle, svojstva tvari nisu određena samo njenim kvalitativnim sastavom, već i brojem atoma sadržanim u molekuli tvari i načinom na koji su međusobno povezani. u obliku jednostavnih tijela nalaze se u čvrstom plinovitom stanju (isključujući brom - tečnost). Oni nemaju fizička svojstva metala. Čvrsti nemetali nemaju sjaj karakterističan za metale, obično su krti i slabo provode toplinu (s izuzetkom grafita). Kristalni bor B (kao kristalni silicijum) ima vrlo visoku tačku topljenja (2075°C) i visoku tvrdoću. Električna provodljivost bora se uvelike povećava s povećanjem temperature, što omogućava njegovu široku primjenu u tehnologiji poluvodiča. Dodatak bora čeliku i legurama aluminijuma, bakra, nikla, itd. poboljšava njihova mehanička svojstva. Boridi (spoji s nekim metalima, na primjer, s titanijumom: TiB, TiB2) su neophodni u proizvodnji dijelova mlaznih motora, lopatica gasnih turbina. Kao što se može vidjeti iz sheme 1, ugljenik - C, silicijum - Si, - B imaju sličnu strukturu i imaju neka zajednička svojstva. Kao jednostavne tvari, javljaju se u dvije modifikacije - kristalnoj i amorfnoj. Kristalne modifikacije ovih elemenata su veoma tvrde, sa visokim tačkama topljenja. Kristalni ima svojstva poluprovodnika. Svi ovi elementi formiraju spojeve sa metalima - , i (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Neki od njih imaju veću tvrdoću, kao što su Fe3C, TiB. koristi se za proizvodnju acetilena.
Hemijska svojstva nemetala
U skladu sa numeričkim vrijednostima relativnih elektronegativnosti, oksidirajući nemetali rastu sljedećim redoslijedom: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.
Nemetali kao oksidanti
Oksidirajuća svojstva nemetala se očituju kada su u interakciji:
sa metalima: 2Na + Cl2 = 2NaCl;
Sa vodonikom: H2 + F2 = 2HF;
Kod nemetala koji imaju nižu elektronegativnost: 2P + 5S = P2S5;
Sa nekim složenim supstancama: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.
Nemetali kao redukcioni agensi
1. Svi nemetali (osim fluora) pokazuju redukciona svojstva pri interakciji sa kiseonikom:
S + O2 = SO2, 2H2 + O2 = 2H2O.
Kiseonik u kombinaciji sa fluorom takođe može pokazati pozitivno oksidaciono stanje, odnosno biti redukciono sredstvo. Svi ostali nemetali pokazuju redukciona svojstva. Tako se, na primjer, klor ne spaja direktno s kisikom, ali se njegovi oksidi (Cl2O, ClO2, Cl2O2) mogu dobiti indirektno, pri čemu hlor pokazuje pozitivno oksidaciono stanje. Dušik se na visokim temperaturama direktno kombinuje sa kiseonikom i pokazuje redukciona svojstva. Sumpor još lakše reagira s kisikom.
2. Mnogi nemetali pokazuju redukciona svojstva kada su u interakciji sa složenim supstancama:
ZnO + C \u003d Zn + CO, S + 6HNO3 konc \u003d H2SO4 + 6NO2 + 2H2O.
3. Postoje i takve reakcije u kojima je isti nemetal i oksidacijski i redukcijski agens:
Cl2 + H2O = HCl + HClO.
4. Fluor je najtipičniji nemetal, koji nema redukciona svojstva, odnosno sposobnost doniranja elektrona u hemijskim reakcijama.
Jedinjenja nemetala
Nemetali mogu formirati spojeve s različitim intramolekularnim vezama.
Vrste nemetalnih jedinjenja
Opšte formule jedinjenja vodonika prema grupama periodnog sistema hemijskih elemenata date su u tabeli:
|
Hlapljiva jedinjenja vodonika |
ukupni halkogeni.
U glavnoj podgrupi šeste grupe periodnog sistema elemenata. I. Mendeljejev su elementi: kiseonik (O), sumpor (S), selen (Se), (Te) i (Po). Ovi elementi su zajednički poznati kao halkogeni, što znači "formiranje ruda".
U podgrupi halkogena, od vrha do dna, s povećanjem naboja atoma, svojstva elemenata se prirodno mijenjaju: njihova nemetalna svojstva se smanjuju, a metalna svojstva povećavaju. Tako je i tipičan nemetal, a polonijum je metal (radioaktivan).
sivi selen
Proizvodnja fotoćelija i ispravljača električne struje
u tehnologiji poluprovodnika
Biološka uloga halkogena
Sumpor igra važnu ulogu u životu biljaka, životinja i ljudi. U životinjskim organizmima sumpor je dio gotovo svih proteina, u onima koji sadrže sumpor - i, kao iu sastavu vitamina B1 i hormona inzulina. S nedostatkom sumpora kod ovaca, rast vune se usporava, a kod ptica se primjećuje slabo perje.
Od biljaka najviše sumpora troše kupus, zelena salata i spanać. Mahune graška i pasulja, rotkvice, repe, crnog luka, hrena, bundeve, krastavca takođe su bogate sumporom; siromašni sumporom i cveklom.
Po hemijskim svojstvima, selen i telur su veoma slični sumporu, ali su po fiziološkim svojstvima njegovi antagonisti. Za normalno funkcionisanje organizma potrebne su vrlo male količine selena. Selen ima pozitivan efekat na kardiovaskularni sistem, crvenu krv, povećava imunološka svojstva organizma. Povećana količina selena izaziva bolest kod životinja koja se manifestuje u mršavosti i pospanosti. Nedostatak selena u organizmu dovodi do poremećaja rada srca, disajnih organa, tijelo se diže pa čak može i nastati. Selen ima značajan uticaj na životinje. Na primjer, kod jelena, koji se odlikuju visokom vidnom oštrinom, mrežnica sadrži 100 puta više selena nego u drugim dijelovima tijela. U biljnom carstvu, sve biljke sadrže puno selena. Biljka akumulira posebno velike količine.
Fiziološka uloga telura za biljke, životinje i ljude manje je proučavana od uloge selena. Poznato je da je telur manje toksičan od selena, a jedinjenja telura u telu se brzo redukuju u elementarni telur, koji se zauzvrat kombinuje sa organskim supstancama.
Opće karakteristike elemenata azotne podgrupe
Glavna podgrupa pete grupe uključuje dušik (N), fosfor (P), arsen (As), antimon (Sb) i (Bi).
Od vrha do dna, u podgrupi od dušika do bizmuta, nemetalna svojstva se smanjuju, dok se metalna svojstva i atomski radijus povećavaju. Azot, fosfor, arsen su nemetali, ali pripadaju metalima.
Podgrupa azota
|
Uporedne karakteristike |
7 N azot |
15 P fosfor |
33 Kao arsen |
51 Sb antimon |
83 Bi bizmut |
|||||
|
Elektronska struktura |
…4f145d106S26p3 |
|||||||||
|
Oksidacijsko stanje |
1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5 |
3, +1, +3, +4,+5 |
||||||||
|
Electro- negativnosti |
||||||||||
|
Biti u prirodi |
U slobodnom stanju - u atmosferi (N2 - ), u vezanom stanju - u sastavu NaNO3 - ; KNO3 - Indijska salitra |
Ca3(PO4)2 je fosforit, Ca5(PO4)3(OH) je hidroksilapatit, Ca5(PO4)3F je fluorapatit |
||||||||
|
Alotropni oblici u normalnim uslovima |
Azot (jedan oblik) |
NH3 + H2O ↔ NH4OH ↔ NH4+ + OH - (amonijum hidroksid); PH3 + H2O ↔ PH4OH ↔ PH4+ + OH- (fosfonijum hidroksid). Biološka uloga dušika i fosfora Dušik ima izuzetno važnu ulogu u životu biljaka, jer je deo aminokiselina, proteina i hlorofila, vitamina B i aktivacionih enzima. Zbog toga se nedostatak dušika u tlu negativno odražava na biljke, a prvenstveno na sadržaj hlorofila u listovima, zbog čega blijedi. troše od 50 do 250 kg dušika po 1 hektaru površine tla. Najviše dušika nalazi se u cvijeću, mladom lišću i plodovima. Dušik je najvažniji izvor dušika za biljke – to su uglavnom amonijum nitrat i amonijum sulfat. Treba istaći i posebnu ulogu dušika kao sastavnog dijela zraka – najvažnije komponente žive prirode. Nijedan od hemijskih elemenata ne učestvuje tako aktivno i raznoliko u životnim procesima biljnih i životinjskih organizama kao fosfor. Sastavni je dio nukleinskih kiselina, dio je nekih enzima i vitamina. Kod životinja i ljudi do 90% fosfora je koncentrisano u kostima, do 10% u mišićima i oko 1% u nervnom sistemu (u obliku neorganskih i organskih jedinjenja). Nalazi se u mišićima, jetri, mozgu i drugim organima u obliku fosfatida i fosfornih estera. Fosfor je uključen u mišićne kontrakcije i izgradnju mišićnog i koštanog tkiva. Ljudi koji se bave mentalnim radom trebaju unositi povećanu količinu fosfora kako bi spriječili iscrpljivanje nervnih ćelija koje funkcionišu sa povećanim opterećenjem tokom mentalnog rada. S nedostatkom fosfora, efikasnost se smanjuje, razvija se neuroza, dvovalentni germanij, kalaj i olovo GeO, SnO, PbO ometaju amfoterni oksidi. Viši oksidi ugljika i silicija CO2 i SiO2 su kiseli oksidi, koji odgovaraju hidroksidima koji pokazuju slabo kisela svojstva - H2CO3 i silicijumskoj kiselini H2SiO3. Amfoterni oksidi - GeO2, SnO2, PbO2 - odgovaraju amfoternim hidroksidima, a pri prelasku iz germanijum hidroksida Ge(OH)4 u olovni hidroksid Pb(OH)4 kisela svojstva su oslabljena, a bazna se pojačavaju. Biološka uloga ugljika i silicija Jedinjenja ugljika su osnova biljnih i životinjskih organizama (45% ugljika se nalazi u biljkama, a 26% u životinjskim organizmima). Karakteristična biološka svojstva pokazuju ugljen monoksid (II) i ugljen monoksid (IV). Ugljični monoksid (II) je vrlo toksičan plin, jer se snažno veže za hemoglobin u krvi i lišava hemoglobinu sposobnost da prenosi kisik iz pluća do kapilara. Kada se udiše, CO može izazvati trovanje, čak i smrtonosno. Ugljen monoksid (IV) je posebno važan za biljke. U biljnim stanicama (posebno u listovima), uz prisustvo hlorofila i djelovanje sunčeve energije, glukoza nastaje iz ugljičnog dioksida i vode uz oslobađanje kisika. Kao rezultat fotosinteze, biljke godišnje vežu 150 milijardi tona ugljika i 25 milijardi tona vodonika i oslobađaju do 400 milijardi tona kisika u atmosferu. Naučnici su otkrili da biljke primaju oko 25% CO2 kroz korijenski sistem iz karbonata otopljenih u tlu. Biljke koriste silicijum za izgradnju pokrivnog tkiva. Silicij sadržan u biljkama, koji impregnira zidove stanica, čini ih čvrstijim i otpornijim na oštećenja od insekata, štiti ih od prodora gljivične infekcije. Silicijum se nalazi u gotovo svim tkivima životinja i ljudi, posebno u jetri, hrskavici. Pacijenti s tuberkulozom imaju mnogo manje silicija u kostima, zubima i hrskavici od zdravih ljudi. Kod bolesti poput Botkina dolazi do smanjenja sadržaja silicija u krvi, a kod oštećenja debelog crijeva, naprotiv, povećanja njegovog sadržaja u krvi. |
"Biogeni elementi u ljudskom tijelu"
UVOD
1.1 Biogeni elementi - nemetali koji su dio ljudskog tijela
2 Biogeni elementi - metali koji su dio ljudskog tijela
ULOGA KISEONIKA U LJUDSKOM TELU
ULOGA UGLJENIKA U LJUDSKOM TELU
ULOGA VODNIKA U LJUDSKOM TELU
ULOGA KALIJUMA U LJUDSKOM TELU
ULOGA SUMPORA U LJUDSKOM TELU
ULOGA KALCIJUMA U LJUDSKOM TELU
ZAKLJUČAK
BIBLIOGRAFIJA
UVOD
Mišljenje da gotovo svi elementi periodnog sistema D.I. Mendeljejev, postaje poznat. Međutim, naučnici sugeriraju da ne samo da su svi kemijski elementi prisutni u živom organizmu, već svaki od njih obavlja neku biološku funkciju. Moguće je da ova hipoteza neće biti potvrđena. Kako se istraživanja u ovom pravcu razvijaju, otkriva se biološka uloga sve većeg broja hemijskih elemenata.
Da bi održala svoje zdravlje, osoba mora obezbijediti tijelu uravnotežen unos hranjivih tvari iz hrane, vode i udahnutog zraka. Često se reklamiraju prehrambeni proizvodi sa visokim sadržajem kalcija, joda i drugih hemijskih elemenata, ali da li je to dobro za naš organizam? Koje bolesti mogu biti uzrokovane viškom ili nedostatkom jednog ili drugog hemijskog elementa kod djece i odraslih?
U naše vrijeme, kada je sve manje zdravih ljudi iz djetinjstva, ovaj problem je zaista aktuelan.
Nezamisliv broj različitih hemijskih spojeva se kontinuirano formira u ljudskom tijelu. Neki od sintetizovanih jedinjenja koriste se kao građevinski materijal ili izvor energije i obezbeđuju telu rast, razvoj i vitalnu aktivnost; drugi dio, koji se može smatrati šljakom ili otpadom, izlučuje se iz tijela.
U metabolizmu su uključene i neorganske i organske tvari. Hemijski elementi koji formiraju ove tvari nazivaju se biogeni elementi. Oko 30 elemenata se smatra pouzdano biogenim.
Slika 1 prikazuje glavne hemijske elemente koji čine ljudsko tijelo.
Slika 1 - Dijagram. Elementarni sastav ljudskog tijela.
1.1 Biogeni elementi - nemetali koji su dio ljudskog tijela
Među biogenim elementima posebno mjesto zauzimaju organogeni elementi koji tvore najvažnije tvari organizma - vodu, bjelančevine, ugljikohidrate, masti, vitamine, hormone i dr. Organogeni uključuju 6 hemijskih elemenata: ugljenik, kiseonik, vodonik, azot, fosfor, sumpor. Njihov ukupni maseni udio u ljudskom tijelu je približno 97,3% (vidi tabelu 1).
Svi organogeni elementi su nemetali. Od nemetala, biogeni su i hlor (maseni udio 0,15%), fluor, jod i brom. Ovi elementi nisu uključeni među organogene elemente, jer, za razliku od potonjih, ne igraju tako univerzalnu ulogu u izgradnji organskih struktura tijela. Postoje podaci o biogenosti silicijuma, bora, arsena i selena.
Tabela 1. Sadržaj organogenih elemenata u ljudskom tijelu.
|
Elementi - organogeni |
Maseni udio (u%) |
Težina (u g / 70 kg) |
|
ugljenik (C) |
||
|
kiseonik (O) |
||
|
vodonik (H) |
||
|
fosfor (P) |
||
|
68117 ≈ 68 kg |
1.2 Biogeni elementi - metali koji su dio ljudskog tijela
Nutritivni elementi uključuju niz metala, među kojima 10 takozvanih "metala života" obavljaju posebno važne biološke funkcije. Ovi metali su kalcijum, kalijum, natrijum, magnezijum, gvožđe, cink, bakar, mangan, molibden, kobalt (vidi tabelu 2).
Pored 10 "metala života", među biogene elemente ubraja se još nekoliko metala, na primjer kalaj, litijum, krom i neki drugi.
Tabela 2. Sadržaj "metala života" u ljudskom tijelu
|
Maseni udio (u%) |
Težina (u g / 70 kg) |
|
|
kalcijum (Ca) |
||
|
natrijum (Na) |
||
|
magnezijum (Mg) |
||
|
željezo (Fe) |
||
|
mangan (Mn) |
||
|
molibden (Mo) |
||
|
kobalt (Co) |
||
Ovisno o masenom udjelu u tijelu, svi biogeni elementi se dijele na:
a) makronutrijenti (maseni udio u organizmu je veći od 10-2%, odnosno veći od 7g);
b) elementi u tragovima (maseni udio u tijelu je manji od 10 -2%, odnosno manji od 7 g).
Makroelementi uključuju sve organogene, hlor i 4 "metala života": magnezijum, kalijum, kalcijum, natrijum. Oni čine 99,5%, pri čemu više od 96% otpada na 4 elementa (ugljenik, kiseonik, vodonik, azot). Oni su glavne komponente svih organskih jedinjenja.
Elementi u tragovima se nalaze u ćelijama u vrlo malim količinama. To uključuje cink, mangan, bakar, jod, fluor i druge. Ali čak i oni elementi koji su sadržani u zanemarivim količinama neophodni su za život i ne mogu se ničim zamijeniti. Biološka uloga i funkcije koje ovi elementi obavljaju u ljudskom tijelu vrlo su raznoliki, a njihov nedostatak ili višak može dovesti do ozbiljnih bolesti (vidi Dodatke B i D). Dovoljno je reći da oko 200 enzima aktiviraju metali. Ukupno je u ljudskom tijelu identificirano oko 70 minerala, od kojih se 14 elemenata u tragovima smatra esencijalnim - to su željezo, kobalt, bakar, krom, nikl, mangan, molibden, cink, jod, kalaj, fluor, silicijum, vanadij , selen. Mnogi elementi u tragovima ulaze u organizam gotovo isključivo kroz ishranu voća i povrća. Samonikle jestive biljke također su bogate elementima u tragovima, koji se, kada se izvuku iz dubokih slojeva, akumuliraju u listovima, cvjetovima i plodovima.
2. ULOGA KISEONIKA U LJUDSKOM TELU
Glavna funkcija molekularnog kisika u tijelu je oksidacija različitih spojeva. Zajedno s vodonikom, kisik formira vodu, čiji je sadržaj u tijelu odrasle osobe u prosjeku oko 55-65%.
Kiseonik je deo proteina, nukleinskih kiselina i drugih vitalnih komponenti organizma. Kiseonik je neophodan za disanje, oksidaciju masti, proteina, ugljenih hidrata, aminokiselina i mnoge druge biohemijske procese.
Uobičajeni način na koji kisik ulazi u tijelo leži kroz pluća, gdje ovaj bioelement prodire u krv, apsorbira ga hemoglobin i formira spoj koji se lako disocira - oksihemoglobin, a zatim iz krvi ulazi u sve organe i tkiva. Kiseonik ulazi u tijelo također u vezanom stanju, u obliku vode. U tkivima se kisik troši uglavnom za oksidaciju različitih tvari u procesu metabolizma. U budućnosti se gotovo sav kisik metabolizira u ugljični dioksid i vodu, te se izlučuje iz tijela kroz pluća i bubrege.
Smanjen sadržaj kiseonika u organizmu.
Uz nedovoljnu opskrbu tjelesnih tkiva kisikom ili kršenje njegovog korištenja, razvija se hipoksija (gladovanje kisikom).
Glavni uzroci nedostatka kiseonika:
prestanak ili smanjenje dotoka kisika u pluća, smanjen parcijalni tlak kisika u udahnutom zraku;
značajno smanjenje broja crvenih krvnih stanica ili oštro smanjenje sadržaja hemoglobina u njima;
kršenje sposobnosti hemoglobina da veže, transportira ili daje kisik tkivima;
kršenje sposobnosti tkiva da iskoriste kisik;
Inhibicija redoks procesa u tkivima;
stagnacija u vaskularnom krevetu zbog poremećaja srčane aktivnosti, cirkulacije krvi i disanja;
endokrinopatije, beri-beri;
Glavne manifestacije nedostatka kiseonika:
U akutnim slučajevima (sa potpunim prestankom opskrbe kisikom, akutnim trovanjem): gubitak svijesti, disfunkcija viših dijelova centralnog nervnog sistema;
U hroničnim slučajevima: povećan umor, funkcionalni poremećaji centralnog nervnog sistema, palpitacije i otežano disanje uz mali fizički napor, smanjena reaktivnost imunog sistema.
Toksična doza za ljude: toksična u obliku O 3 .
Povećan sadržaj kiseonika u organizmu.
Dugotrajno povećanje sadržaja kisika u tkivima tijela (hiperoksija) može biti praćeno trovanjem kisikom; hiperoksija je obično praćena povećanjem sadržaja kiseonika u krvi (hiperoksemija).
Toksičan učinak ozona i viška kisika povezan je s stvaranjem u tkivima velikog broja radikala koji nastaju razbijanjem kemijskih veza. U maloj količini, radikali se također normalno formiraju, kao međuprodukt ćelijskog metabolizma. Sa viškom radikala pokreće se proces oksidacije organskih tvari, uključujući peroksidaciju lipida, s njihovim kasnijim propadanjem i stvaranjem produkata koji sadrže kisik (ketoni, alkoholi, kiseline).
Kisik je dio molekula mnogih tvari - od najjednostavnijih do složenih polimera; prisutnost u tijelu i interakcija ovih supstanci osigurava postojanje života. Kao sastavni dio molekule vode, kisik je uključen u gotovo sve biohemijske procese koji se odvijaju u tijelu.
Kiseonik je neophodan, sa njegovim nedostatkom jedino uspostavljanje normalnog snabdevanja organizma kiseonikom može biti efikasan lek. Čak i kratkotrajni (nekoliko minuta) prestanak opskrbe tijela kisikom može uzrokovati ozbiljno oštećenje njegovih funkcija i kasniju smrt.
3. ULOGA UGLJENIKA U LJUDSKOM TELU
Ugljik je najvažniji biogeni element koji čini osnovu života na Zemlji, strukturna jedinica ogromnog broja organskih spojeva uključenih u izgradnju organizama i osiguravanje njihove vitalne aktivnosti (biopolimeri, kao i brojne niskomolekularne biološki aktivne tvari - vitamini , hormoni, medijatori, itd.). Značajan dio energije potrebne organizmima nastaje u stanicama zbog oksidacije ugljika. Pojava života na Zemlji se u modernoj nauci smatra složenim procesom evolucije ugljikovih spojeva.
Ugljik ulazi u ljudsko tijelo s hranom (normalno oko 300 g dnevno). Ukupni sadržaj ugljika dostiže oko 21% (15 kg na 70 kg ukupne tjelesne težine). Ugljik čini 2/3 mišićne mase i 1/3 koštane mase. Izlučuje se iz organizma uglavnom sa izdahnutim vazduhom (ugljični dioksid) i urinom (urea).
Glavna funkcija ugljika je stvaranje raznih organskih spojeva, čime se osigurava biološku raznolikost, sudjelovanje u svim funkcijama i manifestacijama živih bića. U biomolekulama, ugljenik formira polimerne lance i čvrsto je povezan sa vodonikom, kiseonikom, azotom i drugim elementima. Ovako značajna fiziološka uloga ugljika određena je činjenicom da je ovaj element dio svih organskih spojeva i da učestvuje u gotovo svim biohemijskim procesima u tijelu. Oksidacija ugljikovih spojeva pod djelovanjem kisika dovodi do stvaranja vode i ugljičnog dioksida; Ovaj proces služi kao izvor energije za tijelo. Ugljični dioksid CO 2 (ugljični dioksid) nastaje u procesu metabolizma, stimulator je respiratornog centra, igra važnu ulogu u regulaciji disanja i cirkulacije krvi.
U slobodnom obliku, ugljenik nije toksičan, ali su mnoga njegova jedinjenja veoma toksična. Takva jedinjenja uključuju ugljen monoksid CO (ugljen-monoksid), ugljen-tetrahlorid CCl 4, ugljen-disulfid CS 2, cijanidne soli HCN, benzen C 6 H 6 i druge. Ugljični dioksid u koncentracijama iznad 10% uzrokuje acidozu (smanjenje pH krvi), otežano disanje i paralizu respiratornog centra.
Dugotrajno udisanje ugljene prašine može dovesti do antrakoze, bolesti praćene taloženjem ugljene prašine u plućnom tkivu i limfnim čvorovima, sklerotskim promjenama u plućnom tkivu. Toksični učinak ugljikovodika i drugih uljnih spojeva kod radnika u naftnoj industriji može se očitovati u hrapavosti kože, pojavi pukotina i čireva te nastanku kroničnog dermatitisa.
Za ljude, ugljenik može biti toksičan u obliku ugljen monoksida (CO) ili cijanida (CN-).
4. ULOGA VODONIKA U LJUDSKOM TELU
Voda je najvažnije jedinjenje vodonika u živom organizmu. Glavne funkcije vode su sljedeće:
Voda, koja ima visok specifični toplinski kapacitet, održava stalnu tjelesnu temperaturu. Kada se tijelo pregrije, voda isparava s njegove površine. Zbog visoke topline isparavanja, ovaj proces je praćen velikim utroškom energije, što rezultira smanjenjem tjelesne temperature. Tako se održava toplotna ravnoteža tijela.
Voda održava acido-baznu ravnotežu u tijelu. Većina tkiva i organa se prvenstveno sastoji od vode. Usklađenost s ukupnom acidobaznom ravnotežom u tijelu ne isključuje velike razlike u pH vrijednostima za različite organe i tkiva. Važno jedinjenje vodika je vodikov peroksid H2O2 (tradicionalno nazvan vodonik peroksid). H2O2 oksidira lipidni sloj ćelijskih membrana, uništavajući ga.
5. ULOGA KALIJUMA U LJUDSKOM TELU
Kalijum je obavezan učesnik u mnogim metaboličkim procesima. Kalijum je važan u održavanju automatizma kontrakcije srčanog mišića – miokarda; osigurava uklanjanje jona natrijuma iz ćelija i njihovu zamjenu jonima kalija, što je zauzvrat praćeno uklanjanjem viška tekućine iz tijela.
U poređenju sa drugim kalijumskim proizvodima, suve kajsije, smokve, pomorandže, mandarine, krompir (500 g krompira obezbeđuje dnevnu potrebu), sušene breskve, repa, šipak, crna i crvena ribizla, brusnice, jagode, lubenice, dinja, soja, trešnja, svježi krastavci, prokulice, orasi i lješnjaci, peršun, suvo grožđe, suve šljive, raženi hleb, ovsene pahuljice.
Dnevna potreba za kalijem za odraslu osobu je 2-3 g dnevno, a za dijete - 16-30 mg po kg tjelesne težine. Potreban minimalni unos kalijuma za osobu dnevno je oko 1 g. Normalnom ishranom dnevna potreba za kalijumom je u potpunosti zadovoljena, ali se primećuju i sezonska kolebanja u unosu kalijuma. Dakle, u proljeće je njegova potrošnja niska - oko 3 g / dan, au jesen maksimalna potrošnja je 5-6 g / dan.
S obzirom na trend modernih ljudi da unose velike količine soli hranom, povećava se i potreba za kalijem, koji može neutralizirati štetne posljedice viška natrijuma na organizam.
Nedostatak unosa kalija iz hrane može dovesti do distrofije čak i uz normalan sadržaj proteina u ishrani. Poremećaj metabolizma kalijuma manifestuje se kod hroničnih oboljenja bubrega i kardiovaskularnog sistema, kod bolesti gastrointestinalnog trakta (posebno onih praćenih dijarejom i povraćanjem), kod bolesti endokrinih žlezda i drugih patologija.
Nedostatak kalijuma u organizmu manifestuje se prvenstveno poremećajima neuromišićnog i kardiovaskularnog sistema (pospanost, otežano kretanje, drhtanje udova, usporen rad srca). Preparati kalijuma koriste se u medicinske svrhe.
Višak kalijuma uočava se mnogo rjeđe, ali je izuzetno opasno stanje: mlitava paraliza udova, promjene u kardiovaskularnom sistemu. Ovo stanje se može manifestovati teškom dehidracijom, hiperkortizmom sa oštećenom funkcijom bubrega i unošenjem veće količine kalijuma pacijentu.
Sumpor u ljudskom tijelu je nezamjenjiva komponenta stanica, tkiva organa, enzima, hormona, posebno inzulina, najvažnijeg enzima gušterače, i aminokiselina koje sadrže sumpor; obezbeđuje prostornu organizaciju proteinskih molekula neophodnih za njihovo funkcionisanje, štiti ćelije, tkiva i puteve biohemijske sinteze od oksidacije, a celo telo od toksičnog dejstva stranih materija. Dosta ga ima u nervnom, vezivnom, koštanom tkivu. Sumpor je komponenta strukturnog proteina kolagena. Nadoknadu tijela sumporom osigurava pravilno organizirana prehrana, koja uključuje meso, kokošja jaja, zobene pahuljice i heljdu, proizvode od brašna, mlijeko, sireve, mahunarke i kupus.
Unatoč značajnom broju studija, uloga sumpora u osiguravanju vitalne aktivnosti tijela nije u potpunosti razjašnjena. Dakle, dok ne postoje jasni klinički opisi bilo kakvih specifičnih poremećaja povezanih sa nedovoljnim unosom sumpora u organizam. Istovremeno, poznate su acidoaminopatije - poremećaji povezani s poremećenim metabolizmom aminokiselina koje sadrže sumpor (homocistinurija, cistationurija). Postoji i opsežna literatura koja se odnosi na kliniku akutne i kronične intoksikacije sumpornim jedinjenjima.
Glavne manifestacije nedostatka sumpora:
simptomi bolesti jetre
· simptomi bolesti zglobova;
simptomi kožnih bolesti;
Različite i brojne manifestacije nedostatka u organizmu i metaboličkih poremećaja biološki aktivnih spojeva koji sadrže sumpor.
Povećan sadržaj sumpora u organizmu.
Pri visokim koncentracijama sumporovodika u udahnutom zraku vrlo brzo se razvija klinička slika intoksikacije, u roku od nekoliko minuta nastaju konvulzije, gubitak svijesti i zastoj disanja. U budućnosti se posljedice trovanja mogu manifestirati upornim glavoboljama, psihičkim smetnjama, paralizom, poremećajima funkcija respiratornog sistema i gastrointestinalnog trakta.
Utvrđeno je da parenteralno davanje fino mljevenog sumpora u uljnoj otopini u količini od 1-2 ml prati hipertermija sa hiperleukocitozom i hipoglikemijom. Vjeruje se da je toksičnost sumpornih jona 200 puta veća od one kloridnih jona kada se daju parenteralno.
Toksičnost sumpornih spojeva koji su ušli u gastrointestinalni trakt povezana je s njihovom pretvaranjem crijevne mikroflore u sumporovodik, visoko toksično jedinjenje.
U slučajevima smrti nakon trovanja sumporom na obdukciji, javljaju se znaci emfizema, upale mozga, akutnog kataralnog enteritisa, nekroze jetre, krvarenja (petehije) u miokardu.
Kod hronične intoksikacije (ugljični disulfid, sumpor-dioksid) uočavaju se psihički poremećaji, organske i funkcionalne promjene u nervnom sistemu, slabost mišića, oštećenje vida i različiti poremećaji aktivnosti drugih tjelesnih sistema.
Posljednjih desetljeća spojevi koji sadrže sumpor (sulfiti), koji se kao konzervansi dodaju mnogim namirnicama, alkoholnim i bezalkoholnim pićima, postali su jedan od izvora viška sumpora u ljudskom tijelu. Posebno puno sulfita u dimljenom mesu, krompiru, svežem povrću, pivu, jabukovači, gotovim salatama, sirćetu, vinskim bojama. Moguće je da je povećana potrošnja sulfita dijelom kriva za povećanje incidencije bronhijalne astme. Poznato je, na primjer, da 10% pacijenata sa bronhijalnom astmom pokazuje preosjetljivost na sulfite (tj. osjetljivo je na sulfite). Da bi se smanjio negativan učinak sulfita na organizam, preporučuje se povećanje sadržaja sira, jaja, masnog mesa i peradi u prehrani.
Glavne manifestacije viška sumpora:
svrab kože, osip, furunkuloza;
crvenilo i oticanje konjunktive;
Pojava malih točkastih defekata na rožnici;
bol u obrvama i očnim jabučicama, osjećaj pijeska u očima;
fotofobija, suzenje;
opšta slabost, glavobolja, vrtoglavica, mučnina;
katar gornjih disajnih puteva, bronhitis;
Gubitak sluha
Probavni poremećaji, dijareja, gubitak težine;
Anemija
konvulzije i gubitak svijesti (uz akutnu intoksikaciju);
Mentalni poremećaji, smanjenje inteligencije.
Uloga sumpora u ljudskom organizmu je izuzetno važna, a poremećaj metabolizma sumpora praćen je brojnim patologijama. U međuvremenu, klinika ovih poremećaja je nedovoljno razvijena. Preciznije, razne "nespecifične" manifestacije poremećaja ljudskog zdravlja kliničari još ne povezuju s poremećajima metabolizma sumpora.
7. ULOGA KALCIJUMA U LJUDSKOM TELU
Kalcij je direktno uključen u najsloženije procese, kao što je zgrušavanje krvi; regulacija intracelularnih procesa; regulacija permeabilnosti stanične membrane; regulacija procesa nervnog provođenja i mišićnih kontrakcija; održavanje stabilne srčane aktivnosti; formiranje kostiju, mineralizacija zuba.
Kalcijum je važan deo tela; njegov ukupan sadržaj je oko 1,4% (1000 g na 70 kg tjelesne težine). U tijelu je kalcijum neravnomjerno raspoređen: oko 99% njegove količine nalazi se u koštanom tkivu, a samo 1% se nalazi u drugim organima i tkivima. Kalcijum se izlučuje iz organizma kroz creva i bubrege.
Osim toga, produženi nedostatak kalcija u hrani nepoželjno utječe na ekscitabilnost srčanog mišića i ritam njegovih kontrakcija.
Unatoč činjenici da u prehrani većine ljudi ima dovoljno hrane koja sadrži kalcij, mnogi ljudi pate od nedostatka kalcija. Razlog je taj što je kalcij teško probavljiv.
Prije svega, treba napomenuti da se kalcijum gubi tokom termičke obrade (na primjer, prilikom kuhanja povrća - 25%). Gubitak kalcija bit će zanemariv ako se konzumira voda u kojoj se kuhalo povrće.
Također treba imati na umu da apsorpciju kalcija u crijevima otežavaju fitinska kiselina, koje ima najviše u raženom kruhu, i oksalna kiselina, koje ima u izobilju u kiselici, kakau. Iskorištavanje kalcija hranom bogatom mastima je teško. "Neprijatelji" kalcijuma su šećer od trske, čokolada i kakao.
Glavne manifestacije nedostatka kalcijuma.
Posledice nedostatka kalcijuma mogu se manifestovati kako na nivou celog organizma, tako i na nivou njegovih pojedinačnih sistema:
opšta slabost, povećan umor;
Bol, grčevi mišića
bol u kostima, smetnje u hodu;
kršenje procesa rasta;
hipokalcemija, hipokalcinoza;
Dekalcifikacija skeleta, deformirajući osteoartritis, osteoporoza, deformitet pršljenova, frakture kostiju;
· bolest urolitijaze;
Kashin-Beckova bolest;
Poremećaji imuniteta;
Smanjeno zgrušavanje krvi, krvarenje.
Povećan sadržaj kalcijuma u telu.
Toksični učinak kalcija se manifestira samo pri dugotrajnoj primjeni i to najčešće kod osoba s poremećenim metabolizmom ovog bioelementa (npr. kod hiperparatireoze). Trovanje može nastati uz redovnu konzumaciju više od 2,5 g kalcijuma dnevno.
Glavne manifestacije viška kalcija:
suzbijanje ekscitabilnosti skeletnih mišića i nervnih vlakana;
Smanjen tonus glatkih mišića;
hiperkalcemija, povećanje kalcija u krvnoj plazmi;
Povećana kiselost želudačnog soka, hiperacidni gastritis, čir na želucu;
Kalcinoza, taloženje kalcijuma u organima i tkivima (u koži i potkožnom tkivu; vezivno tkivo duž fascije, tetive, aponeuroze; mišići; zidovi krvnih sudova; nervi);
bradikardija, angina;
giht, kalcifikacija tuberkuloznih žarišta itd.;
Povećanje sadržaja kalcijevih soli u urinu;
nefrokalcinoza, bolest bubrežnih kamenaca;
povećanje zgrušavanja krvi;
Povećan rizik od razvoja disfunkcije štitnjače i paratireoidnih žlijezda, autoimunog tiroiditisa;
Izbacivanje fosfora, magnezijuma, cinka, gvožđa iz organizma.
Najlakše svarljiv je kalcijum iz mlijeka i mliječnih proizvoda (sa izuzetkom putera) u kombinaciji s povrćem i voćem. Za zadovoljenje dnevnih potreba dovoljno je 0,5 l mlijeka ili 100 g sira. Inače, mlijeko nije samo odličan izvor kalcija, već pospješuje i apsorpciju kalcija sadržanog u drugim proizvodima.
Za apsorpciju kalcijuma je veoma važno prisustvo vitamina D u ishrani, koji neutrališe delovanje različitih antikalcifikujućih supstanci i regulator je fosforno-kalcijumovog metabolizma.
hemijski biološki organogen kiseonik
ZAKLJUČAK
Svi živi organizmi imaju blizak kontakt sa okolinom. Život zahtijeva stalan metabolizam u tijelu. Unos hemijskih elemenata u organizam olakšava se hranom i konzumiranom vodom. Tijelo se sastoji od 60% vode, 34% organske tvari i 6% neorganske tvari. Glavne komponente organskih supstanci su C, H, O. One takođe uključuju N, P, S. Sastav neorganskih supstanci obavezno sadrži 22 hemijska elementa (vidi tabelu br. 1). Na primjer, ako osoba teži 70 kg, tada sadrži (u gramima): Ca - 1700, K - 250, Na -70, Mg - 42, Fe - 5, Zn - 3. Metali čine 2,1 kg. Sadržaj u tijelu elemenata IIIA-VIA grupa, kovalentno vezanih za organski dio molekula, opada s povećanjem naboja jezgra atoma ove grupe periodnog sistema D. I. Mendeljejeva.
Sadašnje stanje znanja o biološkoj ulozi elemenata može se okarakterisati kao površan dodir ovog problema. Sakupljeno je mnogo činjeničnih podataka o sadržaju elemenata u različitim komponentama biosfere, odgovorima tijela na njihov nedostatak i višak. Sastavljene su karte biogeohemijskog zoniranja i biogeohemijskih provincija. Ali ne postoji opšta teorija koja bi razmatrala funkciju, mehanizam delovanja i ulogu mikroelemenata u biosferi
Obični elementi u tragovima, kada njihova koncentracija u tijelu premašuje biotičku koncentraciju, ispoljavaju toksično djelovanje na organizam. Toksični elementi u vrlo malim koncentracijama nemaju štetan učinak na biljke i životinje. Na primjer, arsen u mikrokoncentraciji ima biostimulirajući učinak. Dakle, ne postoje toksični elementi, ali postoje toksične doze. Dakle, male doze elementa su lijek, velike doze su otrov. "Sve je otrov, i ništa nije lišeno otrova, samo jedna doza čini otrov nevidljivim" - Paracelsus. Prikladno je podsjetiti se riječi tadžikistanskog pjesnika Rudakija: „Ono što se danas smatra drogom, sutra će postati otrov.”
BIBLIOGRAFIJA
1. Avtsyn A.P., Zhavoronkov A.A. i drugi elementi u tragovima čovjeka. -M.: Medicina, 1991. -496 str.
Eršov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z., Mikhailichenko N.I. Opća hemija. Biofizička hemija. Hemija biogenih elemenata. -M.: Viša škola, 1993. -560 str.
Eršov Yu.A., Pletneva T.V. Mehanizmi toksičnog djelovanja neorganskih spojeva. -M.: Medicina, 1989. -272 str.
Zholnin A.V. kompleksna jedinjenja. Čeljabinsk: ChGMA, 2000. -28 str.
Bingham FG, Costa M., Eichenberg E. i dr. Neka pitanja o toksičnosti metalnih jona. -M.: Medicina, 1993. -368 str.
Fremantle M. Hemija na djelu. -M.: Mir, 1991. v.2, 620 str.
Hughes M. Neorganska hemija bioloških procesa. -M.: Mir, 1983. - 416 str.
Zholnin A.V., Arbuzina R.F., Konstanz E.V., Rylnikova G.I. Metodički priručnik za laboratorijske studije iz opšte hemije. dio II. -Čeljabinsk: ChGMA, 1993 -176 str.
Enterosorpcija. /Under. ed. prof. NA. Belyakova. Centar za sorpcionu tehnologiju. - L., 1991. - 336 str.
Veliku pažnju smo posvetili ulozi metala. Međutim, mora se imati na umu da su i neki nemetali apsolutno neophodni za funkcionisanje organizma.
Silicijum
Silicijum je takođe bitan element u tragovima. To je potvrđeno pažljivim proučavanjem ishrane štakora koji koriste različite dijete. Pacovi su primetno dobili na težini kada je natrijum metasilikat (Na2(SiO)3. 9H2O) dodat njihovoj ishrani (50 mg na 100 g). kokošima i pacovima je potreban silicij za rast i razvoj skeleta. Nedostatak silicija dovodi do kršenja strukture kostiju i vezivnog tkiva. Kako se ispostavilo, silicijum je prisutan u onim dijelovima kosti gdje se javlja aktivna kalcifikacija, na primjer, u ćelijama koje formiraju kosti, osteoblastima. S godinama, koncentracija silicija u stanicama opada.
Malo se zna o procesima u kojima je uključen silicijum u živim sistemima. Tamo se nalazi u obliku silicijumske kiseline i verovatno učestvuje u umrežavanju ugljenika. Kod ljudi se pokazalo da je hijaluronska kiselina pupčane vrpce najbogatiji izvor silicija. Sadrži 1,53 mg slobodnog i 0,36 mg vezanog silicijuma po gramu.
Selen
Nedostatak selena uzrokuje odumiranje mišićnih stanica i dovodi do zatajenja mišića, posebno zatajenja srca. Biohemijsko proučavanje ovih stanja dovelo je do otkrića enzima glutation peroksidaze koji uništava perokside, a nedostatak selena dovodi do smanjenja koncentracije ovog enzima, što dovodi do oksidacije lipida. Sposobnost selena da zaštiti od trovanja živom je dobro poznata. Mnogo manje poznata je činjenica da postoji korelacija između visokog unosa selena u ishrani i niske smrtnosti od raka. Selen se u ishranu ljudi nalazi u količini od 55 110 mg godišnje, a koncentracija selena u krvi je 0,09 0,29 µg/cm. Kada se uzima oralno, selen se koncentriše u jetri i bubrezima. Još jedan primjer zaštitnog efekta selena od intoksikacije lakim metalima je njegova sposobnost zaštite od trovanja spojevima kadmija. Pokazalo se da, kao iu slučaju žive, selen tjera ove toksične ione da se vežu za ionsko aktivne centre, za one na koje njihovo toksično djelovanje ne utiče.
Arsenic
Uprkos dobro poznatim toksičnim efektima arsena i njegovih spojeva, postoje pouzdani dokazi da nedostatak arsena dovodi do smanjenja plodnosti i inhibicije rasta, a dodavanje natrijevog arsena u hranu dovodi do povećanja stope rasta u ljudi.
Hlor i brom
Halogeni anioni se razlikuju od svih ostalih po tome što su jednostavni, a ne okso anioni. Klor je izuzetno rasprostranjen, sposoban je da prođe kroz membranu i igra važnu ulogu u održavanju osmotske ravnoteže. Klor je prisutan kao hlorovodonična kiselina u želučanom soku. Koncentracija hlorovodonične kiseline u ljudskom želučanom soku je 0,4-0,5%.
Postoje određene sumnje o ulozi broma kao elementa u tragovima, iako je pouzdano poznato njegovo sedativno djelovanje.
Fluor
Fluor je apsolutno neophodan za normalan rast, a njegov nedostatak dovodi do anemije. Mnogo pažnje je posvećeno metabolizmu fluora u vezi sa problemom zubnog karijesa, jer fluor štiti zube od karijesa.
Zubni karijes je dovoljno detaljno proučavan. Počinje stvaranjem mrlje na površini zuba. Kiseline koje proizvode bakterije otapaju zubnu caklinu ispod mrlje, ali, začudo, ne s njene površine. Često gornja površina ostaje netaknuta sve dok područja ispod nje nisu potpuno uništena. Pretpostavlja se da u ovoj fazi jon fluorida može olakšati formiranje apetita. Tako se vrši reminelizacija započete štete.
Fluor se koristi za sprečavanje oštećenja zubne gleđi. Fluoridi se mogu dodati u pastu za zube ili nanijeti direktno na zube. Koncentracija fluora potrebna za sprečavanje karijesa u vodi za piće je oko 1 mg/l, ali nivo potrošnje ne zavisi samo od toga. Upotreba visokih koncentracija fluorida (više od 8 mg/l) može negativno utjecati na osjetljive ravnotežne procese formiranja koštanog tkiva. Prekomjerna apsorpcija fluora dovodi do fluoroze. Fluoroza dovodi do poremećaja u radu štitne žlijezde, inhibicije rasta i oštećenja bubrega. Dugotrajno izlaganje fluoru na tijelu dovodi do mineralizacije tijela. Kao rezultat, kosti se deformiraju, koje mogu čak i srasti, a ligamenti se kalciraju.
Jod
Glavna fiziološka uloga joda je učešće u metabolizmu štitne žlijezde i njenih inherentnih hormona. Sposobnost štitne žlijezde da akumulira jod također je svojstvena pljuvačnim i mliječnim žlijezdama. Kao i neki drugi organi. Trenutno se, međutim, vjeruje da jod igra vodeću ulogu samo u životu štitne žlijezde.
Nedostatak joda dovodi do karakterističnih simptoma: slabosti, žućenja kože, hladnoće i suvoće. Liječenje hormonima štitnjače ili jodom eliminira ove simptome. Nedostatak hormona štitnjače može dovesti do povećanja štitne žlijezde. U rijetkim slučajevima (opterećenje u tijelu raznim spojevima koji ometaju apsorpciju joda, kao što su tiocijanat ili antitiroidni agens goitrin, koji se nalazi u raznim vrstama kupusa), nastaje gušavost. Nedostatak joda posebno snažno utiče na zdravlje djece koja zaostaju u fizičkom i psihičkom razvoju. Ishrana sa nedostatkom joda tokom trudnoće dovodi do rađanja hipotireoidne dece (kretina).
Višak hormona štitnjače dovodi do iscrpljenosti, nervoze, tremora, gubitka težine i prekomjernog znojenja. To je povezano s povećanjem aktivnosti peroksidaze i, posljedično, s povećanjem jodiranja tireoglobulina. Višak hormona može biti posljedica tumora štitne žlijezde. U liječenju se koriste radioaktivni izotopi joda, koji se lako apsorbiraju u stanicama štitne žlijezde.
Nemetali-organogeni (O, C, H, N, P, S), kao i halogeni, čine glavne biogeohemijske cikluse prirode. Prosta neorganska jedinjenja ovih nemetala (H2O, CO, CO2, NH3, NO2, SO2, H2 SO4, H3 PO4, itd.) su otpadni proizvodi ljudi i životinja. Fragmenti ovih ciklusa su transformacija nekih jedinjenja organogena u druge uz učešće različitih vrsta bakterija, na primer, u tlu, prelazi H2 → H2O, CO → CO2, N2 → NH3, NH3 → NO2, NO3 - → NO2, NO3 - → NH3, S → S2 O3 2- → SO2 → SO4 2- . Raspoređujući organogene elemente u opadajućem redosledu njihovog sadržaja (u mas.%), dobijamo: O > C > H > N > P > S. Prema ovoj seriji, a ne tradicionalnom pozivanju na grupe Periodnog sistema, mi će razmotriti svojstva nemetala-organogena.
4.1. Kiseonik
Kiseonik je element koji održava život na Zemlji. Atmosfera sadrži oko 20,8% kiseonika. Čelične komponente vazduha su preovlađujući azot N2 (78,08%), kao i Ar (0,93%), CO2 (0,02 - 0,04%), Ne (1,92 10-3%), He (5,24 10-4%), Kr (1,14 10-4%), H2 (5,0 10-5%), Xe (8,7 10-6%). Treba napomenuti da je sadržaj
Kiseonik u atmosferi ostaje iznenađujuće konstantan, uprkos svim oksidativnim procesima disanja i sagorevanja koji se dešavaju na Zemlji. Glavni faktor koji održava postojanost sadržaja kisika u Zemljinoj atmosferi je fotosinteza, a glavni doprinos ne daju zelene biljke kopna, već plankton i alge svjetskih oceana, koje čine oko 80% oslobođenog kisika. Općenito, život na Zemlji moguć je samo u prilično uskom rasponu sadržaja kisika u atmosferi: od 13 do 30%. Pri sadržaju kiseonika manjem od 13%, aerobna bića (tj. koja koriste kiseonik u svom životu) umiru, a pri većem od 30%, procesi oksidacije i sagorevanja su toliko intenzivni da se čak i mokra krpa može zapaliti, a prvi udar groma spalio je sve na zemlji u pepeo.
Za brojne žive organizme važan dio metabolizma (metabolizma) je respiratorni ciklus koji dovodi do brzog stvaranja mnogih tvari. Dakle, u izdahnutom vazduhu, pored CO2, male količine sadrže ugljovodonike, alkohole, amonijak, mravlju kiselinu HCOOH, sirćetnu kiselinu CH3 COOH, formaldehid HCHO, ponekad aceton (CH3) 2 CO. Kada osoba diše na visini od 10 km u razrijeđenom zraku, zbog nedostatka kisika u njemu, sadržaj amonijaka, amina, fenola, acetona naglo se povećava u izdisanoj mješavini plinova, pa čak se pojavljuje i sumporovodik.
Bez kiseonika su nemogući brojni i izuzetno važni životni procesi, a posebno disanje. Samo nekoliko biljaka i najjednostavnijih životinja mogu bez kisika i stoga se nazivaju anaerobnim. U živim organizmima kisik se troši na oksidaciju različitih tvari, a glavni proces je reakcija kisika s atomima vodika da nastane voda, uslijed čega se oslobađa značajna količina energije. Aerobni organizmi takođe dobijaju energiju oksidacijom hranljivih materija u ćelijama i tkivima u CO2, H2O,
(NH2)2CO.
Tokom normalnog disanja, molekularni kiseonik koji ulazi u pluća reducira se u vodu: O2 + 4H+ + 4e 2H2 O, a ioni H+ zajedno s elektronima se oslobađaju kada organski supstrat tijela izgubi H atome: [supstrat (4H)] → 4H + supstrat → 4H + + 4e + supstrat. U patologiji dolazi do nepotpunog oporavka: O2 + 2H + + 2e H2 O2 ili O2 + e O2 -. Ovaj radikal se zove
je superoksidni radikal (SOP). Može biti koristan kada uništava ćelije koje rastu van kontrole, ali može biti i vrlo otrovan kada uništava ćelijske membrane zdravih ćelija koje su tijelu potrebne. Osim toga, štetan učinak COP-a je da inaktivira enzime, depolimerizira polisaharide i uzrokuje pojedinačne lomove u strukturi DNK. Bilo koja supstanca organizma sa odgovarajućim potencijalom može učestvovati u srednje sporoj jednoelektronskoj redukciji O2 u COP. U tom slučaju nastaje H2O2, koji u sljedećoj fazi redukcije jednim elektronom daje visoko reaktivni hidroksidni radikal OH, koji brzo oksidira bilo koju ćelijsku supstancu. Hidrofobni O2 molekul lako prolazi u ćeliju kroz hidrofobne lipidne membrane i počinje oksidirati organske tvari do O2 - i OH radikala. Ovi polarni radikali su "zaključani" u ćeliji, jer se ne mogu vratiti kroz ćelijske membrane. Za otplatu njihove "agresivnosti" služe posebni enzimi superoksid dismutaza, katalaza i peroksidaza. Osim toga, postoje niskomolekularne tvari - antioksidansi (na primjer, vitamini A i E), koji neenzimski neutraliziraju ove opasne čestice. COP je, na primjer, također aktivno vezan za Fe(3+) jone. Ponekad je korisna izolacija COP, na primjer, antitumorski antibiotici (bleomicin) formiraju kompleks sa Mn+ metalnim jonima, koji kataliziraju brzu redukciju O2 u COP, koji uništava DNK u tumoru.
Alotropska modifikacija kiseonika - ozon O3. U atmosferi ozon nastaje fotohemijskom reakcijom O2 + O → hν → O3, a atomski aktivni kisik također nastaje reakcijom NO + O2 → NO2 + O. Korisno djelovanje ozona u atmosferi leži u činjenici da ozon ne samo da apsorbira biološki aktivan, a time i opasan dio ultraljubičastog zračenja Sunca, već učestvuje i u formiranju toplotnog režima površine naše planete. On hvata toplotu koja napušta Zemlju u onim spektralnim intervalima („prozori transparentnosti“) gde CO2 i H2O slabo apsorbuju ovu toplotu. Ozon je veoma toksičan za ljude. Njegova maksimalna dozvoljena koncentracija (MAC) u zraku je 0,5 mg/m3. Ozon mijenja strukturu pluća, inhibira njihove funkcije, čime se smanjuje otpornost na respiratorne bolesti. Kao najjači oksidant (na 2. mjestu nakon fluora), ozon intenzivno oksidira aminokiseline i enzime koji sadrže sumpor.
(cistein HSCH2 CH(NH2 )COOH, metionin CH3 SCH2 CH2 CH(NH2 )COOH, takođe triptofan C8 H6 NCH2 CH(NH2 )COOH, histidin C3 H3 N2 CH(NH2 )COOH, tirozin HOC6 H4 CH2 CH(NH2 ) COOH .
Dakle, molekularni kiseonik O2 nije toksičan za žive organizme, za razliku od drugih oblika: ozona O3, pobuđene molekule O2, OH radikala, atomskog O, HO2 radikala, COP O2 - .
4.2. Karbon
Ugljik je po svom sadržaju u tijelu (21%) i značaju za žive organizme jedan od najvažnijih organogena. Budući da je ovaj priručnik posebno posvećen bioanorganskoj hemiji, nećemo se doticati organskih spojeva divljih životinja, što je predmet proučavanja bioorganske hemije. Najjednostavniji ugljični spojevi, na primjer, slobodni ugljik u obliku čađi i njegov oksid CO, toksični su za ljude. Produženi kontakt sa čađom ili ugljenom prašinom uzrokuje rak kože ("dimnjačarska bolest", kako se ranije zvala). Najmanja prašina uglja uzrokuje promjenu strukture pluća, a samim tim i remeti njihove funkcije. Izuzetno toksičan je CO oksid, čije je toksično djelovanje uzrokovano činjenicom da se CO veže za hemoglobin u krvi ~ 10 3 puta lakše nego kisik, te stoga izaziva gušenje.
Ugljični dioksid CO2 prisutan je u biosferi kao produkt disanja i oksidacijskih proizvoda. Godišnja emisija CO i CO2 u atmosferu je 2.108 i 9.109 tona
(za poređenje, oslobađanje ugljovodonika je 8.107 tona godišnje). CO2 je slabo rastvorljiv u vodi, pa je njegovo prisustvo u biofluidima zanemarljivo. Međutim, u želucu se odvija važna enzimska reakcija CO2 + Cl- + H2 O → HCO3 - + H + + Cl-, zbog koje se proteini razlažu u kiseloj sredini. Imajte na umu da se bez enzima ova reakcija odvija u suprotnom smjeru.
4.3. Vodonik
Vodik je u prirodi prisutan u obliku vode i brojnih organskih jedinjenja (tabela 1). Voda je glavna životna sredina organizma. Otapa većinu supstanci uključenih u metaboličke procese. Sadržaj vode u organima i tkivima tijela je prilično visok:
Tabela 3
tkivo, organ, bio |
||
tečnost |
||
Mozak |
||
Kičmena moždina |
||
Želudačni sok |
||
krvna plazma |
||
tečnost za suzu |
Fiziološko okruženje za ljude je 0,9% rastvor NaCl. Voda ima visoku specifičnu toplotu i zbog spore razmene toplote sa okolinom održava konstantnu telesnu temperaturu. Kada se pregrije, voda isparava s površine tijela. Zbog visoke topline isparavanja vode, ovaj proces je praćen energetskim troškovima, a temperatura tijela opada. U vodenoj sredini, zahvaljujući puferskim sistemima (karbonat, fosfat i hemoglobin), održava se kiselinsko-bazna ravnoteža organizma.
Kao što se može vidjeti iz tabele 3, prosječni pH organizma odgovara pH fiziološkog rastvora i kreće se od 6,8 do 7,4. Međutim, pojedini organi i tkiva mogu imati pH vrijednosti koje se jako razlikuju od fizioloških. Dakle, u želucu je kiselost visoka, a pH je 0,9 - 1,1. To je neophodno kako bi se pod djelovanjem enzima pepsina, koji je aktivan u kiseloj sredini, cijepili peptidi proteinske komponente hrane. Žuč ima blago alkalnu reakciju (pH 7,5 - 8,5) koja je neophodna za alkalnu hidrolizu masti.
4.4. Nitrogen
Azot je prisutan u živim organizmima u obliku raznih organskih jedinjenja: aminokiselina, peptida, purinskih baza itd., kao i u obliku slobodnog N2 koji dolazi iz udahnutog vazduha. Krug azota u prirodi je usko povezan
naziva geosferom i biosferom, potvrđujući njihovo jedinstvo. Postoje mnoge bakterije koje mogu lako pretvoriti jedno dušično jedinjenje u drugo, i to uz promjenu oksidacijskog stanja dušika. Tako, na primjer, ako se u tehnologiji sinteza amonijaka provodi u teškim uvjetima, onda se u biosferi vezivanje atmosferskog N 2 i njegovo pretvaranje u NH3 odvija na lakši enzimski način uz sudjelovanje nitrogenaze:
N2 + 16ATP + 8e + 8H+ 2NH3 + 16ADP + 16[P u anorganskim fosfatima] + H2, gde su ATP i ADP adenozin trifosfat, odnosno adenozin difosfat, a veruje se da je originalni ATP u obliku kompleksa sa Mg. Mikroorganizmi uključeni u ovu reakciju prisutni su u korijenskim nodulama nekih biljaka, kao i
V plavo-zelene alge. Enzim nitrogenaza, koji sadrži proteine, kao i Mo i Fe, aktivan je samo u anaerobnim uslovima. Studije su to pokazale prilikom restauracije
Kada se N2 reducira u NH3, NH=NH i NH2 -NH2 ne nastaju. Ovo sugerira da na enzimu vjerovatno postoje 2 aktivna centra: na jednom je molekul azota podijeljen, a na drugom je koordiniran atom H. U prirodi se također dešavaju druge međusobne transformacije.
dušikovi spojevi: nitrifikacija ili oksidacija NH3 u NO2, kao i redukcija nitratnih jona iz gnojiva pod djelovanjem biljnih enzima ili anaerobnih bakterija
riy na NO2 ili čak na NH3. Neorganska jedinjenja azota su obično toksična
ny, sa izuzetkom jednostavne supstance N2 i malih količina N2O. Svake godine u atmosferu se emituje ~ 5 107 tona raznih azotnih oksida NOx i ~ 107 tona drugih azotnih jedinjenja. Molekul NO, prema modernim konceptima, uprkos naizgled
teškoća njegovog formiranja iz jednostavnih supstanci prisutna je u atmosferi u ogromnim količinama. Smatra se da do 7.107 tona atmosferskog N2 godišnje reaguje sa O2 kao rezultat visokotemperaturnih procesa kao što su industrijsko sagorevanje i transport. Pokazano je da dušikovi oksidi, poput ozona, mogu stupiti u interakciju s produktima nepotpunog sagorijevanja goriva uz stvaranje jake struje.
sinusni peroksonitrati RCOOONO2 . Pod dejstvom sunčevog zračenja u gornjim slojevima atmosfere dolazi do fotohemijskih reakcija uz učešće NOx, koje kataliziraju čvrste čestice prašine koje se tamo nalaze. NE u ljudskom tijelu
nastaje u količini od ~100 mg dnevno iz arginina prema reakciji: NH \u003d C (NH2) - NH (CH2) 3 CH (NH2) COOH + 3 / 2O2 → enzim NO-sintetaza → H2 NCONH (CH2 ) 3 CH (NH2) COOH + 2NO + H2 O. Poznato je da su molekuli NO u stanju da prodru u ćelije zidova krvnih sudova i regulišu protok krvi; osim toga, NO kontrolira lučenje inzulina, bubrežnu filtraciju, reparativne procese
V tkiva, itd. Dakle, NO je dvoslojni molekul koji ispoljava i toksične i nesumnjivo korisne efekte. Na primjer, kada se uzima tako uobičajen kardiološki lijek kao nitroglicerin, on se hidrolizira stvaranjem nitratni ion koji se reducira hemoglobinskim željezom u NO, a zatim upravo NO uzrokuje opuštanje glatkih mišića krvnih žila. Ostali dušikovi oksidi
NO2, N2O3 su vrlo toksični i mogu uzrokovati gušenje i plućni edem. Nitritni jon NO2 - posebno je toksičan, jer oksidira methemoglobin i remeti proces prijenosa O2 u tijelu. Osim toga, nitritni joni stvaraju kancerogen nitrozamin u želucu. Međutim, NaNO2 se ranije koristio kao vazodilatator za anginu pektoris i cerebralni vazospazam. Nedavno je zbog svoje nesumnjive toksičnosti NaNO2 napušten i zamijenjen nitroglicerinom ili nitrosorbatom.
koji nemaju ove nuspojave. Udisanje para amonijaka NH3 u velikim količinama je štetno, jer amonijak stvara jako alkalnu sredinu na površini sluznice larinksa i pluća, što uzrokuje iritaciju i oticanje.
Osim toga, male molekule NH3 lako prodiru u ćelijske membrane i natječu se s mnogim ligandima u koordinaciji s ionima metala.
