Metalle und Nichtmetalle im menschlichen Leben. Biogene Elemente im menschlichen Körper. Biologische Rolle von Metallen und Nichtmetallen

24.11.202227.05.2017

Nichtmetalle als Spurenelemente.

Wir haben der Rolle der Metalle große Aufmerksamkeit geschenkt. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass einige Nichtmetalle auch für die Funktion des Körpers unbedingt notwendig sind.

SILIZIUM

Auch Silizium ist ein essentielles Spurenelement. Dies wurde durch sorgfältige Studien zur Rattenernährung mit verschiedenen Diäten bestätigt. Bei der Ergänzung mit Natriummetasilikat nahmen Ratten deutlich an Gewicht zu (Na2(SiO)3 . 9H2O) in ihrer Ernährung (50 mg pro 100 g). Hühner und Ratten benötigen Silizium für Wachstum und Skelettentwicklung. Ein Mangel an Silizium führt zu Störungen der Knochen- und Bindegewebsstruktur. Wie sich herausstellte, ist Silizium in den Bereichen des Knochens vorhanden, in denen eine aktive Verkalkung stattfindet, beispielsweise in knochenbildenden Zellen, den Osteoblasten. Mit zunehmendem Alter nimmt die Siliziumkonzentration in den Zellen ab.

Über die Prozesse, an denen Silizium in lebenden Systemen beteiligt ist, ist wenig bekannt. Dort liegt es in Form von Kieselsäure vor und ist vermutlich an Kohlenstoffvernetzungsreaktionen beteiligt. Beim Menschen erwies sich die reichhaltigste Siliziumquelle als Hyaluronsäure aus der Nabelschnur. Es beinhaltet 1,53 mg kostenlos und 0,36 mg gebundenes Silizium pro Gramm.

SELEN

Selenmangel führt zum Absterben von Muskelzellen und zu Muskelversagen, insbesondere Herzversagen. Die biochemische Untersuchung dieser Erkrankungen führte zur Entdeckung des Enzyms Glutathionperoxidase, das Peroxide zerstört. Ein Mangel an Selen führt zu einer Abnahme der Konzentration dieses Enzyms, was wiederum eine Lipidoxidation verursacht. Die Fähigkeit von Selen, vor Quecksilbervergiftungen zu schützen, ist allgemein bekannt. Weniger bekannt ist die Tatsache, dass ein Zusammenhang zwischen einem hohen Selengehalt in der Ernährung und einer niedrigen Krebssterblichkeit besteht. Selen ist in großen Mengen in der menschlichen Ernährung enthalten 55 110 mg pro Jahr, und die Konzentration von Selen im Blut beträgt 0,09 0,29 µg/cm. Bei oraler Einnahme kommt es zu einer Konzentration von Selen in Leber und Nieren. Ein weiteres Beispiel für die Schutzwirkung von Selen vor Vergiftungen mit Leichtmetallen ist seine Fähigkeit, vor Vergiftungen durch Cadmiumverbindungen zu schützen. Es stellte sich heraus, dass Selen diese toxischen Ionen wie im Fall von Quecksilber dazu zwingt, sich an ionische aktive Zentren zu binden, die von ihrer toxischen Wirkung nicht betroffen sind.

ARSEN

Trotz der bekannten toxischen Wirkung von Arsen und seinen Verbindungen gibt es zuverlässige Beweise dafür, dass ein Arsenmangel zu einer Verringerung der Fruchtbarkeit und Wachstumshemmung führt und dass der Zusatz von Natriumarsenit zu Nahrungsmitteln zu einer Steigerung der Wachstumsrate des Menschen führte.

CHLOR und BROM

Die Halogenanionen unterscheiden sich von anderen darin, dass es sich nicht um Oxo-Anionen, sondern um einfache Anionen handelt. Chlor ist weit verbreitet, kann die Membran passieren und spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des osmotischen Gleichgewichts. Chlor liegt in Form von Salzsäure im Magensaft vor. Die Konzentration von Salzsäure im menschlichen Magensaft beträgt 0,4-0,5%. Es bestehen einige Zweifel an der Rolle von Brom als Spurenelement, obwohl seine beruhigende Wirkung zuverlässig bekannt ist.

FLUOR

Fluorid ist für ein normales Wachstum unbedingt erforderlich und sein Mangel führt zu Anämie. Dem Metabolismus von Fluorid wurde im Zusammenhang mit der Zahnkariesproblematik große Aufmerksamkeit geschenkt, da Fluorid die Zähne vor Karies schützt. Zahnkaries wurde ausreichend detailliert untersucht. Es beginnt mit der Bildung eines Flecks auf der Zahnoberfläche. Von Bakterien produzierte Säuren lösen den Zahnschmelz unter dem Fleck auf, seltsamerweise jedoch nicht von seiner Oberfläche. Oftmals bleibt die Oberseite intakt, bis die darunter liegenden Bereiche vollständig zerstört sind. Es wird angenommen, dass das Fluoridion in diesem Stadium die Bildung von Apatit erleichtern kann. Auf diese Weise wird der begonnene Schaden reminelisiert.

Fluorid wird verwendet, um eine Zerstörung des Zahnschmelzes zu verhindern. Sie können der Zahnpasta Fluorid hinzufügen oder Ihre Zähne direkt damit behandeln. Die zur Kariesvorbeugung erforderliche Fluoridkonzentration im Trinkwasser liegt bei ca 1 mg/l, aber die Höhe des Verbrauchs hängt nicht nur davon ab. Anwendung hoher Fluoridkonzentrationen (mehr als 8 mg/l) kann die empfindlichen Gleichgewichtsprozesse der Knochenbildung negativ beeinflussen. Eine übermäßige Aufnahme von Fluorid führt zu Fluorose. Fluorid führt zu Funktionsstörungen der Schilddrüse, Wachstumshemmung und Nierenschäden. Eine langfristige Einwirkung von Fluorid im Körper führt zu einer Mineralisierung des Körpers. Dadurch kommt es zu Verformungen der Knochen, die sogar verwachsen können, und es kommt zu einer Verkalkung der Bänder.

JOD

Die wichtigste physiologische Rolle von Jod ist seine Beteiligung am Stoffwechsel der Schilddrüse und ihren inhärenten Hormonen. Die Fähigkeit der Schilddrüse, Jod anzusammeln, ist auch den Speichel- und Brustdrüsen innewohnend. Und auch zu einigen anderen Organen. Derzeit geht man jedoch davon aus, dass Jod nur im Leben der Schilddrüse eine führende Rolle spielt.

Jodmangel führt zu charakteristischen Symptomen: Schwäche, Gelbfärbung der Haut, Kälte- und Trockenheitsgefühl. Eine Behandlung mit Schilddrüsenhormonen oder Jod beseitigt diese Symptome. Ein Mangel an Schilddrüsenhormonen kann zu einer Vergrößerung der Schilddrüse führen. In seltenen Fällen (Belastung des Körpers durch verschiedene Verbindungen, die die Aufnahme von Jod beeinträchtigen, zum Beispiel Thiocyanat oder den Schilddrüsenwirkstoff Kropf, der in verschiedenen Kohlsorten vorkommt) bildet sich ein Kropf. Jodmangel beeinträchtigt vor allem die Gesundheit von Kindern, sie bleiben in ihrer körperlichen und geistigen Entwicklung zurück. Eine jodarme Ernährung während der Schwangerschaft führt zur Geburt von Kindern mit Schilddrüsenunterfunktion (Kretinen).

Ein Überschuss an Schilddrüsenhormonen führt zu Erschöpfung, Nervosität, Zittern, Gewichtsverlust und übermäßigem Schwitzen. Dies ist auf eine Erhöhung der Peroxidaseaktivität und damit auf eine Erhöhung der Jodierung der Thyreoglobuline zurückzuführen. Überschüssige Hormone können eine Folge eines Schilddrüsentumors sein. Bei der Behandlung werden radioaktive Jodisotope verwendet, die leicht von den Schilddrüsenzellen aufgenommen werden.

Nichtmetalle- chemische Elemente, die einfache Körper bilden, die keine für Metalle charakteristischen Eigenschaften aufweisen. Ein qualitatives Merkmal von Nichtmetallen ist die Elektronegativität.

Elektronegativität― Dies ist die Fähigkeit, eine chemische Bindung zu polarisieren und gemeinsame Elektronenpaare anzuziehen.

Es gibt 22 Elemente, die als Nichtmetalle klassifiziert sind.

1. Zeitraum

3. Periode

4. Periode

5. Periode

6. Periode

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, befinden sich nichtmetallische Elemente hauptsächlich im oberen rechten Teil des Periodensystems.

Struktur von Nichtmetallatomen

Ein charakteristisches Merkmal von Nichtmetallen ist die größere Anzahl von Elektronen (im Vergleich zu Metallen) im äußeren Energieniveau ihrer Atome. Dies bestimmt ihre größere Fähigkeit, zusätzliche Elektronen zu binden und eine höhere oxidative Aktivität als Metalle zu zeigen. Besonders starke oxidierende Eigenschaften, also die Fähigkeit, Elektronen hinzuzufügen, weisen Nichtmetalle auf, die sich in der 2. und 3. Periode der Gruppen VI-VII befinden. Wenn wir die Anordnung der Elektronen in Orbitalen in den Atomen von Fluor, Chlor und anderen Halogenen vergleichen, können wir ihre charakteristischen Eigenschaften beurteilen. Das Fluoratom hat keine freien Orbitale. Daher können Fluoratome nur I aufweisen und die Oxidationsstufe ist 1. Das stärkste Oxidationsmittel ist Fluor. In den Atomen anderer Halogene, beispielsweise im Chloratom, gibt es freie d-Orbitale auf dem gleichen Energieniveau. Dadurch kann die Elektronenpaarung auf drei verschiedene Arten erfolgen. Im ersten Fall kann Chlor eine Oxidationsstufe von +3 aufweisen und chlorige Säure HClO2 bilden, die Salzen entspricht – beispielsweise Kaliumchlorit KClO2. Im zweiten Fall kann Chlor Verbindungen bilden, in denen Chlor +5 ist. Zu diesen Verbindungen gehören HClO3 und ee, zum Beispiel Kaliumchlorat KClO3 (Bertoletova). Im dritten Fall weist Chlor eine Oxidationsstufe von +7 auf, beispielsweise in Perchlorsäure HClO4 und ihren Salzen, Perchloraten (in Kaliumperchlorat KClO4).

Strukturen nichtmetallischer Moleküle. Physikalische Eigenschaften von Nichtmetallen

Im gasförmigen Zustand bei Raumtemperatur sind:

· Wasserstoff - H2;

· Stickstoff - N2;

· Sauerstoff – O2;

Fluor - F2;

· Radon - Rn).

In Flüssigkeit - Brom - Br.

In Vollton:

Bor - B;

· Kohlenstoff - C;

· Silizium – Si;

· Phosphor - P;

· Selen – Se;

Tellur - Te;

Es ist viel reicher an Nichtmetallen und Farben: Rot für Phosphor, Braun für Brom, Gelb für Schwefel, Gelbgrün für Chlor, Violett für Joddampf usw.

Die typischsten Nichtmetalle haben eine molekulare Struktur, während die weniger typischen eine nichtmolekulare Struktur haben. Dies erklärt den Unterschied in ihren Eigenschaften.

Zusammensetzung und Eigenschaften einfacher Stoffe – Nichtmetalle

Nichtmetalle bilden sowohl einatomige als auch zweiatomige Moleküle. ZU einatomig Zu den Nichtmetallen zählen Inertgase, die selbst mit den aktivsten Substanzen praktisch nicht reagieren. befinden sich in der Gruppe VIII des Periodensystems und die chemischen Formeln der entsprechenden einfachen Substanzen lauten wie folgt: He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn.

Es bilden sich einige Nichtmetalle zweiatomig Moleküle. Dies sind H2, F2, Cl2, Br2, Cl2 (Elemente der Gruppe VII des Periodensystems) sowie Sauerstoff O2 und Stickstoff N2. Aus triatomisch Moleküle bestehen aus Ozongas (O3). Für nichtmetallische Stoffe, die sich in einem festen Zustand befinden, ist es ziemlich schwierig, eine chemische Formel zu erstellen. Die Kohlenstoffatome im Graphit sind auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden. Es ist schwierig, ein einzelnes Molekül in den gegebenen Strukturen zu isolieren. Beim Schreiben chemischer Formeln für solche Stoffe, wie im Fall von Metallen, wird die Annahme eingeführt, dass solche Stoffe nur aus Atomen bestehen. In diesem Fall werden sie ohne Indizes geschrieben: C, Si, S usw. Solche einfachen Substanzen wie Sauerstoff, die die gleiche qualitative Zusammensetzung haben (beide bestehen aus demselben Element - Sauerstoff), sich jedoch in der Anzahl der Atome im Molekül unterscheiden , haben unterschiedliche Eigenschaften. Sauerstoff hat also keinen Geruch, während Ozon einen stechenden Geruch hat, den wir bei einem Gewitter riechen. Die Eigenschaften der harten Nichtmetalle Graphit und Diamant, die ebenfalls die gleiche qualitative Zusammensetzung, aber unterschiedliche Strukturen haben, unterscheiden sich stark (Graphit ist spröde, hart). Somit werden die Eigenschaften eines Stoffes nicht nur durch seine qualitative Zusammensetzung bestimmt, sondern auch dadurch, wie viele Atome im Molekül des Stoffes enthalten sind und wie sie miteinander verbunden sind. in Form einfacher Körper liegen sie im festen gasförmigen Zustand vor (außer Brom - flüssig). Sie verfügen nicht über die physikalischen Eigenschaften von Metallen. Harte Nichtmetalle haben nicht den typischen Glanz von Metallen, sind meist spröde und leiten Wärme schlecht (mit Ausnahme von Graphit). Kristallines Bor B hat (wie kristallines Silizium) einen sehr hohen Schmelzpunkt (2075 °C) und eine hohe Härte. Die elektrische Leitfähigkeit von Bor nimmt mit steigender Temperatur stark zu, was einen breiten Einsatz in der Halbleitertechnologie ermöglicht. Der Zusatz von Bor zu Stahl und Legierungen aus Aluminium, Kupfer, Nickel usw. verbessert deren mechanische Eigenschaften. Boride (Verbindungen mit bestimmten Metallen, zum Beispiel Titan: TiB, TiB2) werden bei der Herstellung von Triebwerksteilen und Gasturbinenschaufeln benötigt. Wie aus Schema 1 ersichtlich ist, haben Kohlenstoff – C, Silizium – Si, – B eine ähnliche Struktur und einige gemeinsame Eigenschaften. Als einfache Stoffe kommen sie in zwei Formen vor – kristallin und amorph. Die kristallinen Formen dieser Elemente sind sehr hart und weisen einen hohen Schmelzpunkt auf. Kristallin hat Halbleitereigenschaften. Alle diese Elemente bilden Verbindungen mit Metallen - , und (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Einige von ihnen haben eine größere Härte, zum Beispiel Fe3C, TiB. zur Herstellung von Acetylen verwendet.

Chemische Eigenschaften von Nichtmetallen

Entsprechend den Zahlenwerten der relativen Elektronegativitäten nehmen die oxidierenden Nichtmetalle in der folgenden Reihenfolge zu: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.

Nichtmetalle als Oxidationsmittel

Die oxidierenden Eigenschaften von Nichtmetallen zeigen sich bei ihrer Wechselwirkung:

· mit Metallen: 2Na + Cl2 = 2NaCl;

· mit Wasserstoff: H2 + F2 = 2HF;

· bei Nichtmetallen mit geringerer Elektronegativität: 2P + 5S = P2S5;

· mit einigen komplexen Stoffen: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,

2FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3.

Nichtmetalle als Reduktionsmittel

1. Alle Nichtmetalle (außer Fluor) zeigen bei Wechselwirkung mit Sauerstoff reduzierende Eigenschaften:

S + O2 = SO2, 2H2 + O2 = 2H2O.

Sauerstoff kann in Kombination mit Fluor auch eine positive Oxidationsstufe aufweisen, also ein Reduktionsmittel sein. Alle anderen Nichtmetalle weisen reduzierende Eigenschaften auf. Chlor verbindet sich beispielsweise nicht direkt mit Sauerstoff, indirekt ist es jedoch möglich, seine Oxide (Cl2O, ClO2, Cl2O2) zu erhalten, in denen Chlor eine positive Oxidationsstufe aufweist. Bei hohen Temperaturen verbindet sich Stickstoff direkt mit Sauerstoff und zeigt reduzierende Eigenschaften. Noch leichter reagiert Schwefel mit Sauerstoff.

2. Viele Nichtmetalle zeigen bei Wechselwirkung mit komplexen Stoffen reduzierende Eigenschaften:

ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO3 konz = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O.

3. Es gibt auch Reaktionen, bei denen ein Nichtmetall sowohl Oxidationsmittel als auch Reduktionsmittel ist:

Cl2 + H2O = HCl + HClO.

4. Fluor ist das typischste Nichtmetall, das keine reduzierenden Eigenschaften besitzt, d. h. die Fähigkeit, bei chemischen Reaktionen Elektronen abzugeben.

Nichtmetallische Verbindungen

Nichtmetalle können Verbindungen mit unterschiedlichen intramolekularen Bindungen eingehen.

Arten von Nichtmetallverbindungen

Allgemeine Formeln von Wasserstoffverbindungen nach Gruppen des Periodensystems der chemischen Elemente sind in der Tabelle aufgeführt:



	Flüchtige Wasserstoffverbindungen

Gesamtchalkogene.

In der Hauptuntergruppe der sechsten Gruppe des Periodensystems der Elemente. I. Mendeleev enthält die Elemente: Sauerstoff (O), Schwefel (S), Selen (Se), (Te) und (Po). Diese Elemente werden zusammenfassend als Chalkogene bezeichnet, was „erzbildend“ bedeutet.

In der Untergruppe der Chalkogene ändern sich von oben nach unten mit zunehmender Atomladung die Eigenschaften der Elemente auf natürliche Weise: Ihre nichtmetallischen Eigenschaften nehmen ab und ihre metallischen Eigenschaften nehmen zu. Also - ein typisches Nichtmetall und Polonium - ein Metall (radioaktiv).

Graues Selen

Herstellung von Fotozellen und Stromgleichrichtern

In der Halbleitertechnik

Biologische Rolle von Chalkogenen

Schwefel spielt eine wichtige Rolle im Leben von Pflanzen, Tieren und Menschen. In tierischen Organismen ist Schwefel Bestandteil fast aller Proteine, schwefelhaltigen Proteine und Proteine sowie Vitamin B1 und dem Hormon Insulin. Bei einem Mangel an Schwefel verlangsamt sich das Wollwachstum bei Schafen und bei Vögeln wird ein schlechtes Gefieder festgestellt.

Die Pflanzen, die am meisten Schwefel verbrauchen, sind Kohl, Salat und Spinat. Auch Erbsen- und Bohnenschoten, Radieschen, Rüben, Zwiebeln, Meerrettich, Kürbis und Gurken sind reich an Schwefel; Rüben sind zudem schwefelarm.

Von den chemischen Eigenschaften her sind Selen und Tellur dem Schwefel sehr ähnlich, von den physiologischen Eigenschaften her sind sie jedoch dessen Gegenspieler. Für eine normale Funktion des Körpers sind nur sehr geringe Mengen Selen erforderlich. Selen wirkt sich positiv auf das Herz-Kreislauf-System und die roten Blutkörperchen aus und verbessert die Immuneigenschaften des Körpers. Eine erhöhte Menge an Selen verursacht bei Tieren Krankheiten, die sich in Abmagerung und Schläfrigkeit äußern. Ein Mangel an Selen im Körper führt zu Störungen des Herzens, der Atmungsorgane, Schwellungen des Körpers und kann sogar auftreten. Selen hat eine erhebliche Wirkung auf Tiere. Hirsche beispielsweise, die über eine hohe Sehschärfe verfügen, enthalten in der Netzhaut 100-mal mehr Selen als in anderen Körperteilen. In der Pflanzenwelt enthalten alle Pflanzen viel Selen. Die Pflanze speichert besonders große Mengen davon.

Die physiologische Rolle von Tellur für Pflanzen, Tiere und Menschen wurde weniger untersucht als die von Selen. Es ist bekannt, dass Tellur im Vergleich zu Selen weniger toxisch ist und Tellurverbindungen im Körper schnell zu elementarem Tellur reduziert werden, das sich wiederum mit organischen Substanzen verbindet.

Allgemeine Eigenschaften von Elementen der Stickstoff-Untergruppe

Die Hauptuntergruppe der fünften Gruppe umfasst Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) und (Bi).

In der Untergruppe von Stickstoff bis Wismut nehmen die nichtmetallischen Eigenschaften von oben nach unten ab, während die metallischen Eigenschaften und der Atomradius zunehmen. Stickstoff, Phosphor, Arsen sind Nichtmetalle, gehören aber zu den Metallen.

Stickstoff-Untergruppe

Vergleichsmerkmale	7 N-Stickstoff	15 P Phosphor	33 Als Arsen	51 Sb-Antimon	83 Bi-Wismut
Elektronische Struktur					…4f145d106S26p3
Oxidationszustand	1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5	3, +1, +3, +4,+5
Elektro- Negativität
In der Natur sein	Im freien Zustand – in der Atmosphäre (N2 –), im gebundenen Zustand – in der Zusammensetzung von NaNO3 –; KNO3 – Indischer Salpeter	Ca3(PO4)2 – Phosphorit, Ca5(PO4)3(OH) – Hydroxylapatit, Ca5(PO4)3F – Fluorapatit
Allotrope Formen unter normalen Bedingungen	Stickstoff (eine Form)	NH3 + H2O ↔ NH4OH ↔ NH4+ + OH – (Ammoniumhydroxid); PH3 + H2O ↔ PH4OH ↔ PH4+ + OH- (Phosphoniumhydroxid). Biologische Rolle von Stickstoff und Phosphor Stickstoff spielt im Pflanzenleben eine äußerst wichtige Rolle, da er Bestandteil von Aminosäuren, Proteinen und Chlorophyll, B-Vitaminen und aktivierenden Enzymen ist. Daher wirkt sich ein Stickstoffmangel im Boden negativ auf die Pflanzen aus, vor allem auf den Chlorophyllgehalt in den Blättern, was zu deren Blässe führt. verbrauchen 50 bis 250 kg Stickstoff pro 1 Hektar Bodenfläche. Der meiste Stickstoff kommt in Blüten, jungen Blättern und Früchten vor. Die wichtigste Stickstoffquelle für Pflanzen ist Stickstoff – das sind vor allem Ammoniumnitrat und Ammoniumsulfat. Hervorzuheben ist auch die besondere Rolle von Stickstoff als Bestandteil der Luft – dem wichtigsten Bestandteil der belebten Natur. Kein einziges chemisches Element ist so aktiv und vielfältig an den Lebensvorgängen pflanzlicher und tierischer Organismen beteiligt wie Phosphor. Es ist Bestandteil von Nukleinsäuren und Bestandteil einiger Enzyme und Vitamine. Bei Tieren und Menschen sind bis zu 90 % des Phosphors in den Knochen, bis zu 10 % in den Muskeln und etwa 1 % im Nervensystem (in Form anorganischer und organischer Verbindungen) konzentriert. In Muskeln, Leber, Gehirn und anderen Organen kommt es in Form von Phosphatiden und Phosphorestern vor. Phosphor ist an Muskelkontraktionen und am Aufbau von Muskel- und Knochengewebe beteiligt. Menschen, die geistig arbeiten, müssen eine erhöhte Menge an Phosphor zu sich nehmen, um eine Erschöpfung der Nervenzellen zu verhindern, die gerade bei geistiger Arbeit unter erhöhter Belastung arbeiten. Bei einem Mangel an Phosphor nimmt die Leistungsfähigkeit ab, es entwickelt sich eine Neurose und zweiwertiges Germanium, Zinn und Blei GeO, SnO, PbO werden durch amphotere Oxide gestört. Die höheren Oxide von Kohlenstoff und Silizium CO2 und SiO2 sind saure Oxide, die den Hydroxiden mit schwach sauren Eigenschaften entsprechen – H2CO3 und Kieselsäure H2SiO3. Amphotere Oxide – GeO2, SnO2, PbO2 – entsprechen amphoteren Hydroxiden, und beim Übergang von Germaniumhydroxid Ge(OH)4 zu Bleihydroxid Pb(OH)4 werden die sauren Eigenschaften abgeschwächt und die basischen verstärkt. Biologische Rolle von Kohlenstoff und Silizium Kohlenstoffverbindungen sind die Grundlage pflanzlicher und tierischer Organismen (45 % des Kohlenstoffs kommen in Pflanzen und 26 % in tierischen Organismen vor). Kohlenmonoxid (II) und Kohlenmonoxid (IV) weisen charakteristische biologische Eigenschaften auf. Kohlenmonoxid (II) ist ein sehr giftiges Gas, da es sich fest an Hämoglobin im Blut bindet und dem Hämoglobin die Fähigkeit nimmt, Sauerstoff von der Lunge zu den Kapillaren zu transportieren. Beim Einatmen kann CO zu Vergiftungen und möglicherweise sogar zum Tod führen. Kohlenmonoxid ist für Pflanzen besonders wichtig. In Pflanzenzellen (insbesondere in Blättern) entsteht in Gegenwart von Chlorophyll und unter Einwirkung von Sonnenenergie aus Kohlendioxid und Wasser unter Freisetzung von Sauerstoff Glukose. Durch die Photosynthese binden Pflanzen jährlich 150 Milliarden Tonnen Kohlenstoff und 25 Milliarden Tonnen Wasserstoff und geben bis zu 400 Milliarden Tonnen Sauerstoff an die Atmosphäre ab. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Pflanzen etwa 25 % des CO2 über das Wurzelsystem aus im Boden gelösten Karbonaten aufnehmen. Pflanzen nutzen Silizium zum Aufbau von Hautgewebe. Das in Pflanzen enthaltene Silizium dringt in die Zellwände ein, macht sie härter und widerstandsfähiger gegen Schäden durch Insekten und schützt sie vor Pilzinfektionen. Silizium kommt in fast allen tierischen und menschlichen Geweben vor, insbesondere Leber und Knorpel sind reich daran. Bei Tuberkulosepatienten befindet sich deutlich weniger Silizium in den Knochen, Zähnen und Knorpeln als bei gesunden Menschen. Bei Erkrankungen wie Botkin kommt es zu einer Abnahme des Siliziumgehalts im Blut, bei einer Schädigung des Dickdarms hingegen zu einer Erhöhung des Siliziumgehalts im Blut.

„Biogene Elemente im menschlichen Körper“

EINFÜHRUNG

1.1 Biogene Elemente – Nichtmetalle, aus denen der menschliche Körper besteht

2 Biogene Elemente – Metalle, aus denen der menschliche Körper besteht

ROLLE VON SAUERSTOFF IM MENSCHLICHEN KÖRPER

ROLLE VON KOHLENSTOFF IM MENSCHLICHEN KÖRPER

ROLLE VON WASSERSTOFF IM MENSCHLICHEN KÖRPER

ROLLE VON KALIUM IM MENSCHLICHEN KÖRPER

DIE ROLLE VON SCHWEFEL IM MENSCHLICHEN KÖRPER

ROLLE VON KALZIUM IM MENSCHLICHEN KÖRPER

ABSCHLUSS

LITERATURVERZEICHNIS

EINFÜHRUNG

Die Meinung von D.I., dass fast alle Elemente des Periodensystems im menschlichen Körper zu finden sind Mendelejew wird zur Gewohnheit. Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass nicht nur alle chemischen Elemente in einem lebenden Organismus vorhanden sind, sondern dass jedes von ihnen auch eine biologische Funktion erfüllt. Es ist durchaus möglich, dass sich diese Hypothese nicht bestätigt. Während sich die Forschung in dieser Richtung weiterentwickelt, wird die biologische Rolle einer zunehmenden Zahl chemischer Elemente enthüllt.

Um seine Gesundheit zu erhalten, muss der Mensch den Körper mit einer ausgewogenen Nährstoffversorgung aus Nahrung, Wasser und Atemluft versorgen. Oft wird mit Lebensmitteln mit einem hohen Gehalt an Kalzium, Jod und anderen chemischen Elementen geworben, aber ist das gut für unseren Körper? Welche Krankheiten können bei Kindern und Erwachsenen zu einem Überschuss oder Mangel eines bestimmten chemischen Elements führen?

Heutzutage, wo es immer weniger gesunde Menschen aus der Kindheit gibt, ist dieses Problem wirklich dringend.

Im menschlichen Körper entsteht ständig eine unvorstellbare Vielfalt chemischer Verbindungen. Einige der synthetisierten Verbindungen dienen als Baustoff oder Energiequelle und versorgen den Körper mit Wachstum, Entwicklung und lebenswichtigen Funktionen; Der andere Teil, der als Giftstoff oder Abfall angesehen werden kann, wird vom Körper ausgeschieden.

Am Stoffwechsel sind sowohl anorganische als auch organische Stoffe beteiligt. Die chemischen Elemente, aus denen diese Stoffe bestehen, werden biogene Elemente genannt. Etwa 30 Elemente gelten als zuverlässig biogen.

Abbildung 1 zeigt die wichtigsten chemischen Elemente, aus denen der menschliche Körper besteht.

Abbildung 1 – Diagramm. Elementare Zusammensetzung des menschlichen Körpers.

1.1 Biogene Elemente – Nichtmetalle, aus denen der menschliche Körper besteht

Unter den biogenen Elementen nehmen organogene Elemente einen besonderen Platz ein, die die wichtigsten Stoffe des Körpers bilden – Wasser, Proteine, Kohlenhydrate, Fette, Vitamine, Hormone und andere. Organogene umfassen 6 chemische Elemente: Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel. Ihr gesamter Massenanteil im menschlichen Körper beträgt ca. 97,3 % (siehe Tabelle 1).

Alle organogenen Elemente sind Nichtmetalle. Unter den Nichtmetallen sind auch Chlor (Massenanteil 0,15 %), Fluor, Jod und Brom biogen. Diese Elemente zählen nicht zu den organogenen Elementen, da sie im Gegensatz zu diesen keine so universelle Rolle beim Aufbau der organischen Strukturen des Körpers spielen. Es liegen Daten zur Biogenität von Silizium, Bor, Arsen und Selen vor.

Tabelle 1. Gehalt an organogenen Elementen im menschlichen Körper.

Elemente - Organogene	Massenanteil (in %)	Gewicht (in g / 70 kg)
Kohlenstoff (C)
Sauerstoff (O)
Wasserstoff (H)

Phosphor (P)

		68117 ≈ 68 kg

1.2 Biogene Elemente – Metalle, aus denen der menschliche Körper besteht

Zu den biogenen Elementen zählen eine Reihe von Metallen, von denen 10 sogenannte „Metalle des Lebens“ besonders wichtige biologische Funktionen erfüllen. Diese Metalle sind Kalzium, Kalium, Natrium, Magnesium, Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Molybdän, Kobalt (siehe Tabelle 2).

Neben den 10 „Metallen des Lebens“ werden noch einige weitere Metalle zu den biogenen Elementen gezählt, zum Beispiel Zinn, Lithium, Chrom und einige andere.

Tabelle 2. Gehalt an „Lebensmetallen“ im menschlichen Körper

	Massenanteil (in %)	Gewicht (in g / 70 kg)
Kalzium (Ca)

Natrium (Na)
Magnesium (Mg)
Eisen (Fe)


Mangan (Mn)
Molybdän (Mo)
Kobalt (Co)

Abhängig vom Massenanteil im Körper werden alle biogenen Elemente unterteilt in:

a) Makroelemente (der Massenanteil im Körper beträgt mehr als 10 -2 % oder mehr als 7 g);

b) Mikroelemente (Massenanteil im Körper beträgt weniger als 10 -2 % oder weniger als 7 g).

Zu den Makroelementen zählen alle Organogene, Chlor und 4 „Lebensmetalle“: Magnesium, Kalium, Kalzium, Natrium. Sie machen 99,5 % aus, wobei mehr als 96 % aus 4 Elementen (Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff) stammen. Sie sind die Hauptbestandteile aller organischen Verbindungen.

Mikroelemente sind in sehr geringen Mengen in Zellen enthalten. Dazu gehören Zink, Mangan, Kupfer, Jod, Fluor und andere. Aber auch solche Elemente, die in vernachlässigbaren Mengen enthalten sind, sind lebensnotwendig und können durch nichts ersetzt werden. Die biologische Rolle und Funktionen dieser Elemente im menschlichen Körper sind sehr vielfältig und ihr Mangel oder Überschuss kann zu schweren Krankheiten führen (siehe Anhänge B und D). Es genügt zu sagen, dass etwa 200 Enzyme durch Metalle aktiviert werden. Insgesamt wurden im menschlichen Körper etwa 70 Mineralstoffe identifiziert, von denen 14 Mikroelemente als essentiell gelten – Eisen, Kobalt, Kupfer, Chrom, Nickel, Mangan, Molybdän, Zink, Jod, Zinn, Fluor, Silizium, Vanadium, Selen . Viele Mikroelemente gelangen fast ausschließlich über die Ernährung mit Obst und Gemüse in den Körper. Auch wilde essbare Pflanzen sind reich an Mikroelementen, die aus den tieferen Schichten gewonnen werden und sich in Blättern, Blüten und Früchten ansammeln.

2. ROLLE VON SAUERSTOFF IM MENSCHLICHEN KÖRPER

Die Hauptfunktion von molekularem Sauerstoff im Körper ist die Oxidation verschiedener Verbindungen. Sauerstoff bildet zusammen mit Wasserstoff Wasser, dessen Gehalt im erwachsenen Körper durchschnittlich etwa 55-65 % beträgt.

Sauerstoff ist Bestandteil von Proteinen, Nukleinsäuren und anderen lebenswichtigen Bestandteilen des Körpers. Sauerstoff ist für die Atmung, die Oxidation von Fetten, Proteinen, Kohlenhydraten, Aminosäuren sowie für viele andere biochemische Prozesse notwendig.

Der übliche Weg, über den Sauerstoff in den Körper gelangt, führt über die Lunge, wo dieses Bioelement in das Blut eindringt, von Hämoglobin absorbiert wird und eine leicht dissoziierbare Verbindung bildet – Oxyhämoglobin, und dann aus dem Blut in alle Organe und Gewebe gelangt. Sauerstoff gelangt auch in gebundenem Zustand in Form von Wasser in den Körper. In Geweben wird Sauerstoff vor allem für die Oxidation verschiedener Stoffe im Stoffwechsel verbraucht. Anschließend wird fast der gesamte Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser verstoffwechselt und über Lunge und Nieren aus dem Körper entfernt.

Reduzierter Sauerstoffgehalt im Körper.

Bei unzureichender Sauerstoffversorgung des Körpergewebes oder einer Verletzung seiner Sauerstoffverwertung kommt es zu Hypoxie-Phänomenen (Sauerstoffmangel).

Die Hauptursachen für Sauerstoffmangel:

· Unterbrechung oder Verringerung der Sauerstoffversorgung der Lunge, verringerter Sauerstoffpartialdruck in der eingeatmeten Luft;

· eine signifikante Abnahme der Anzahl roter Blutkörperchen oder eine starke Abnahme des Hämoglobingehalts in ihnen;

· Beeinträchtigung der Fähigkeit von Hämoglobin, Sauerstoff zu binden, zu transportieren oder an Gewebe abzugeben;

· Beeinträchtigung der Fähigkeit des Gewebes, Sauerstoff zu nutzen;

· Hemmung von Redoxprozessen im Gewebe;

· Stauungen im Gefäßbett aufgrund von Störungen der Herztätigkeit, der Durchblutung und der Atmung;

· Endokrinopathien, Vitaminmangel;

Die wichtigsten Manifestationen von Sauerstoffmangel:

· in akuten Fällen (mit völligem Ausfall der Sauerstoffversorgung, akute Vergiftung): Bewusstlosigkeit, Funktionsstörung der höheren Teile des Zentralnervensystems;

· in chronischen Fällen: erhöhte Müdigkeit, Funktionsstörungen des Zentralnervensystems, Herzrasen und Atemnot bei geringer körperlicher Anstrengung, verminderte Reaktionsfähigkeit des Immunsystems.

Toxische Dosis für den Menschen: giftig in Form von O3.

Erhöhter Sauerstoffgehalt im Körper.

Ein längerer Anstieg des Sauerstoffgehalts im Körpergewebe (Hyperoxie) kann mit einer Sauerstoffvergiftung einhergehen; Hyperoxie geht normalerweise mit einem Anstieg des Sauerstoffgehalts im Blut einher (Hyperoxämie).

Die toxische Wirkung von Ozon und überschüssigem Sauerstoff ist mit der Bildung einer großen Anzahl von Radikalen im Gewebe verbunden, die aus dem Aufbrechen chemischer Bindungen resultieren. Auch Radikale entstehen in geringen Mengen normalerweise als Zwischenprodukt des Zellstoffwechsels. Bei einem Überschuss an Radikalen wird der Prozess der Oxidation organischer Substanzen, einschließlich der Lipidperoxidation, mit anschließender Zersetzung und Bildung sauerstoffhaltiger Produkte (Ketone, Alkohole, Säuren) eingeleitet.

Sauerstoff ist Bestandteil der Moleküle vieler Stoffe – von den einfachsten bis hin zu komplexen Polymeren; Das Vorhandensein und Zusammenwirken dieser Stoffe im Körper sichert die Existenz des Lebens. Als integraler Bestandteil des Wassermoleküls ist Sauerstoff an nahezu allen biochemischen Prozessen im Körper beteiligt.

Sauerstoff ist unersetzlich; im Falle eines Mangels kann die einzige wirksame Abhilfe darin bestehen, die normale Sauerstoffversorgung des Körpers wiederherzustellen. Schon ein kurzzeitiger (mehrere Minuten) Ausfall der Sauerstoffversorgung des Körpers kann zu einer schweren Beeinträchtigung seiner Funktionen und schließlich zum Tod führen.

3. ROLLE VON KOHLENSTOFF IM MENSCHLICHEN KÖRPER

KOHLENSTOFF ist das wichtigste biogene Element, das die Grundlage des Lebens auf der Erde bildet, eine Struktureinheit einer Vielzahl organischer Verbindungen, die am Aufbau von Organismen beteiligt sind und deren lebenswichtige Funktionen gewährleisten (Biopolymere sowie zahlreiche niedermolekulare biologisch aktive Substanzen). - Vitamine, Hormone, Mediatoren usw.). Ein erheblicher Teil der von Organismen benötigten Energie wird in Zellen durch Kohlenstoffoxidation gebildet. Die Entstehung des Lebens auf der Erde wird in der modernen Wissenschaft als komplexer Prozess der Entwicklung von Kohlenstoffverbindungen betrachtet.

Der menschliche Körper nimmt Kohlenstoff über die Nahrung auf (normalerweise etwa 300 g pro Tag). Der Gesamtkohlenstoffgehalt erreicht etwa 21 % (15 kg pro 70 kg Gesamtkörpergewicht). Kohlenstoff macht 2/3 der Muskelmasse und 1/3 der Knochenmasse aus. Die Ausscheidung aus dem Körper erfolgt hauptsächlich über die ausgeatmete Luft (Kohlendioxid) und den Urin (Harnstoff).

Die Hauptfunktion von Kohlenstoff ist die Bildung einer Vielzahl organischer Verbindungen und sorgt so für die biologische Vielfalt und die Teilnahme an allen Funktionen und Erscheinungsformen von Lebewesen. In Biomolekülen bildet Kohlenstoff Polymerketten und ist fest mit Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und anderen Elementen verbunden. Eine solch bedeutende physiologische Rolle von Kohlenstoff wird durch die Tatsache bestimmt, dass dieses Element Bestandteil aller organischen Verbindungen ist und an fast allen biochemischen Prozessen im Körper beteiligt ist. Die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen unter Sauerstoffeinfluss führt zur Bildung von Wasser und Kohlendioxid; Dieser Prozess dient dem Körper als Energiequelle. Kohlendioxid CO 2 (Kohlendioxid) entsteht im Stoffwechsel, stimuliert das Atemzentrum und spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Atmung und des Blutkreislaufs.

In seiner freien Form ist Kohlenstoff nicht giftig, viele seiner Verbindungen weisen jedoch eine erhebliche Toxizität auf. Zu diesen Verbindungen gehören Kohlenmonoxid CO (Kohlenmonoxid), Tetrachlorkohlenstoff CCl 4, Schwefelkohlenstoff CS 2, Cyanidsalze HCN, Benzol C 6 H 6 und andere. Kohlendioxid in Konzentrationen über 10 % führt zu Azidose (verringerter pH-Wert im Blut), Atemnot und Lähmung des Atemzentrums.

Längeres Einatmen von Kohlenstaub kann zu Anthrakose führen, einer Krankheit, die mit der Ablagerung von Kohlenstaub im Lungengewebe und den Lymphknoten sowie sklerotischen Veränderungen im Lungengewebe einhergeht. Die toxische Wirkung von Kohlenwasserstoffen und anderen Erdölverbindungen bei Arbeitern in der Ölindustrie kann sich in einer Aufrauung der Haut, dem Auftreten von Rissen und Geschwüren sowie der Entwicklung einer chronischen Dermatitis äußern.

Für den Menschen kann Kohlenstoff in Form von Kohlenmonoxid (CO) oder Zyanid (CN-) giftig sein.

4. ROLLE VON WASSERSTOFF IM MENSCHLICHEN KÖRPER

Wasser ist die wichtigste Wasserstoffverbindung in einem lebenden Organismus. Die Hauptfunktionen von Wasser sind folgende:

Wasser sorgt mit seiner hohen spezifischen Wärmekapazität dafür, dass die Körpertemperatur konstant bleibt. Wenn der Körper überhitzt, verdunstet Wasser von seiner Oberfläche. Aufgrund der hohen Verdampfungswärme ist dieser Vorgang mit einem hohen Energieaufwand verbunden, wodurch die Körpertemperatur sinkt. Dadurch bleibt das thermische Gleichgewicht des Körpers erhalten.

Wasser hält das Säure-Basen-Gleichgewicht des Körpers aufrecht. Die meisten Gewebe und Organe bestehen hauptsächlich aus Wasser. Die Aufrechterhaltung des allgemeinen Säure-Basen-Gleichgewichts im Körper schließt große Unterschiede in den pH-Werten verschiedener Organe und Gewebe nicht aus. Eine wichtige Wasserstoffverbindung ist Wasserstoffperoxid H2O2 (traditionell Wasserstoffperoxid genannt). H2O2 oxidiert die Lipidschicht der Zellmembranen und zerstört sie.

5. ROLLE VON KALIUM IM MENSCHLICHEN KÖRPER

Kalium ist ein obligatorischer Teilnehmer an vielen Stoffwechselprozessen. Kalium ist wichtig für die Aufrechterhaltung der automatischen Kontraktion des Herzmuskels – Myokard; sorgt für die Entfernung von Natriumionen aus den Zellen und deren Ersatz durch Kaliumionen, was wiederum mit der Entfernung überschüssiger Flüssigkeit aus dem Körper einhergeht.

Im Vergleich zu anderen Produkten ist der Kaliumgehalt am höchsten in getrockneten Aprikosen, Feigen, Orangen, Mandarinen, Kartoffeln (500 g Kartoffeln decken den Tagesbedarf), getrockneten Pfirsichen, Rüben, Hagebutten, schwarzen und roten Johannisbeeren, Preiselbeeren, Erdbeeren, Wassermelonen und Melonen , Sojabohnen, Kirschpflaumen, frische Gurken, Rosenkohl, Walnüsse und Haselnüsse, Petersilie, Rosinen, Pflaumen, Roggenbrot, Haferflocken.

Der tägliche Kaliumbedarf beträgt für einen Erwachsenen 2–3 g pro Tag und für ein Kind 16–30 mg pro kg Körpergewicht. Die erforderliche Mindestkaliumzufuhr eines Menschen pro Tag beträgt etwa 1 g. Mit einer normalen Ernährung wird der Tagesbedarf an Kalium vollständig gedeckt, allerdings gibt es auch saisonale Schwankungen im Kaliumverbrauch. Daher ist der Verbrauch im Frühjahr gering - etwa 3 g/Tag, und im Herbst beträgt der maximale Verbrauch 5-6 g/Tag.

Angesichts der Tendenz des modernen Menschen, mit der Nahrung große Mengen Speisesalz zu sich zu nehmen, steigt auch der Bedarf an Kalium, was die negativen Auswirkungen von überschüssigem Natrium auf den Körper neutralisieren kann.

Eine mangelnde Kaliumaufnahme aus der Nahrung kann auch bei normalem Proteingehalt in der Nahrung zu Dystrophie führen. Ein gestörter Kaliumstoffwechsel äußert sich in chronischen Erkrankungen der Nieren und des Herz-Kreislauf-Systems, in Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts (insbesondere begleitet von Durchfall und Erbrechen), in Erkrankungen der endokrinen Drüsen und anderen Pathologien.

Ein Mangel an Kalium im Körper äußert sich vor allem in Störungen des neuromuskulären und kardiovaskulären Systems (Schläfrigkeit, Bewegungseinschränkungen, Zittern der Gliedmaßen, langsamer Herzschlag). Kaliumpräparate werden für medizinische Zwecke verwendet.

Überschüssiges Kalium wird viel seltener beobachtet, ist jedoch ein äußerst gefährlicher Zustand: schlaffe Lähmungen der Gliedmaßen, Veränderungen im Herz-Kreislauf-System. Dieser Zustand kann bei schwerer Dehydrierung, Hyperkortisolismus mit eingeschränkter Nierenfunktion und wenn dem Patienten große Mengen Kalium verabreicht werden, auftreten.

Schwefel ist im menschlichen Körper ein unverzichtbarer Bestandteil von Zellen, Organgeweben, Enzymen, Hormonen, insbesondere Insulin, dem wichtigsten Pankreasenzym, und schwefelhaltigen Aminosäuren; sorgt für die für ihre Funktion notwendige räumliche Organisation der Proteinmoleküle, schützt Zellen, Gewebe und biochemische Synthesewege vor Oxidation und den gesamten Körper vor der toxischen Wirkung von Fremdstoffen. Es gibt ziemlich viel davon im Nerven-, Binde- und Knochengewebe. Schwefel ist Bestandteil des Strukturproteins Kollagen. Die Auffüllung des Körpers mit Schwefel wird durch eine richtig organisierte Ernährung sichergestellt, die Fleisch, Hühnereier, Haferflocken und Buchweizen, Mehlprodukte, Milch, Käse, Hülsenfrüchte und Kohl umfasst.

Trotz zahlreicher Studien ist die Rolle von Schwefel bei der Sicherstellung der lebenswichtigen Funktionen des Körpers nicht vollständig geklärt. Daher gibt es keine eindeutigen klinischen Beschreibungen spezifischer Störungen, die mit einer unzureichenden Schwefelaufnahme in den Körper einhergehen. Gleichzeitig sind Acidoaminopathien bekannt – Störungen, die mit einer gestörten Verstoffwechselung schwefelhaltiger Aminosäuren einhergehen (Homocystinurie, Cystathionurie). Auch zum Krankheitsbild akuter und chronischer Vergiftungen mit Schwefelverbindungen gibt es umfangreiche Literatur.

Die wichtigsten Manifestationen eines Schwefelmangels:

· Symptome einer Lebererkrankung;

· Symptome von Gelenkerkrankungen;

· Symptome von Hautkrankheiten;

· verschiedene und zahlreiche Erscheinungsformen eines Mangels im Körper und Stoffwechselstörungen biologisch aktiver schwefelhaltiger Verbindungen.

Erhöhter Schwefelgehalt im Körper.

Bei hohen Scin der Atemluft entwickelt sich sehr schnell das klinische Bild einer Vergiftung, innerhalb weniger Minuten kommt es zu Krämpfen, Bewusstlosigkeit und Atemstillstand. Zukünftig können sich die Folgen einer Vergiftung in anhaltenden Kopfschmerzen, psychischen Störungen, Lähmungen sowie Störungen der Atemwege und des Magen-Darm-Trakts äußern.

Es wurde festgestellt, dass die parenterale Verabreichung von fein gemahlenem Schwefel in einer Öllösung in einer Menge von 1–2 ml mit Hyperthermie mit Hyperleukozytose und Hypoglykämie einhergeht. Es wird angenommen, dass die Toxizität von Schwefelionen bei parenteraler Verabreichung 200-mal höher ist als die von Chlorionen.

Die Toxizität von Schwefelverbindungen, die in den Magen-Darm-Trakt gelangen, hängt mit ihrer Umwandlung durch die Darmflora in Schwefelwasserstoff zusammen, einer sehr giftigen Verbindung.

Bei Todesfällen nach einer Schwefelvergiftung werden bei der Autopsie Anzeichen eines Emphysems, einer Gehirnentzündung, einer akuten katarrhalischen Enteritis, einer Lebernekrose und einer Blutung (Petechien) im Myokard festgestellt.

Bei chronischer Vergiftung (Schwefelkohlenstoff, Schwefeldioxid) werden psychische Störungen, organische und funktionelle Veränderungen im Nervensystem, Muskelschwäche, verschwommenes Sehen und verschiedene Störungen anderer Körpersysteme beobachtet.

Eine der Quellen dafür, dass überschüssiger Schwefel in den menschlichen Körper gelangt, sind in den letzten Jahrzehnten schwefelhaltige Verbindungen (Sulfite), die vielen Lebensmitteln, alkoholischen und alkoholfreien Getränken als Konservierungsmittel zugesetzt werden. Besonders viele Sulfite sind in geräuchertem Fleisch, Kartoffeln, frischem Gemüse, Bier, Apfelwein, Fertigsalaten, Essig und Weinfarbstoffen enthalten. Möglicherweise ist der zunehmende Verzehr von Sulfiten mitverantwortlich für die Zunahme der Inzidenz von Asthma bronchiale. Es ist beispielsweise bekannt, dass 10 % der Patienten mit Asthma bronchiale eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Sulfiten aufweisen (also gegenüber Sulfit sensibilisiert sind). Um die negativen Auswirkungen von Sulfiten auf den Körper zu verringern, wird empfohlen, den Gehalt an Käse, Eiern, fettem Fleisch und Geflügel in der Ernährung zu erhöhen.

Die wichtigsten Manifestationen von überschüssigem Schwefel:

· Hautjucken, Hautausschläge, Furunkulose;

Rötung und Schwellung der Bindehaut;

· Auftreten kleiner punktförmiger Defekte auf der Hornhaut;

· Schmerzen in den Augenbrauen und Augäpfeln, Sandgefühl in den Augen;

Photophobie, Tränenfluss;

allgemeine Schwäche, Kopfschmerzen, Schwindel, Übelkeit;

· Katarrh der oberen Atemwege, Bronchitis;

· Schwerhörigkeit;

Verdauungsstörungen, Durchfall, Gewichtsverlust;

· Anämie;

· Krämpfe und Bewusstlosigkeit (bei akuter Vergiftung);

· Geistesstörungen, verminderte Intelligenz.

Die Rolle von Schwefel im menschlichen Körper ist äußerst wichtig und Störungen des Schwefelstoffwechsels gehen mit zahlreichen Pathologien einher. Mittlerweile ist das klinische Bild dieser Erkrankungen nicht ausreichend ausgeprägt. Genauer gesagt werden verschiedene „unspezifische“ Manifestationen menschlicher Gesundheitsstörungen von Ärzten noch nicht mit Störungen des Schwefelstoffwechsels in Verbindung gebracht.

7. ROLLE VON KALZIUM IM MENSCHLICHEN KÖRPER

Calcium ist direkt an den komplexesten Prozessen beteiligt, beispielsweise an der Blutgerinnung. Regulierung intrazellulärer Prozesse; Regulierung der Zellmembranpermeabilität; Regulierung von Nervenleitungsprozessen und Muskelkontraktionen; Aufrechterhaltung einer stabilen Herzaktivität; Bildung von Knochengewebe, Mineralisierung der Zähne.

Kalzium ist ein wichtiger Bestandteil des Körpers; sein Gesamtgehalt beträgt etwa 1,4 % (1000 g pro 70 kg Körpergewicht). Calcium ist im Körper ungleichmäßig verteilt: Etwa 99 % seiner Menge befinden sich im Knochengewebe und nur 1 % in anderen Organen und Geweben. Calcium wird über den Darm und die Nieren aus dem Körper ausgeschieden.

Darüber hinaus hat ein langfristiger Mangel an Kalzium in der Nahrung unerwünschte Auswirkungen auf die Erregbarkeit des Herzmuskels und den Rhythmus seiner Kontraktionen.

Obwohl die meisten Menschen ausreichend kalziumhaltige Lebensmittel in ihrer Ernährung haben, leiden viele unter Kalziummangel. Der Grund dafür ist, dass Kalzium schwer aufgenommen werden kann.

Zunächst ist zu beachten, dass bei der Wärmebehandlung Kalzium verloren geht (z. B. beim Kochen von Gemüse - 25 %). Wenn das Wasser verwendet wird, in dem das Gemüse gekocht wurde, sind die Kalziumverluste unbedeutend.

Es ist auch zu bedenken, dass die Aufnahme von Kalzium im Darm durch Phytinsäure, die am häufigsten in Roggenbrot vorkommt, und Oxalsäure, die in Sauerampfer und Kakao reichlich vorkommt, behindert wird. Die Verwertung von Kalzium durch fettreiche Lebensmittel ist schwierig. Die „Feinde“ von Kalzium sind Rohrzucker, Schokolade und Kakao.

Haupterscheinungen eines Kalziummangels.

Die Folgen eines Kalziummangels können sich sowohl auf der Ebene des gesamten Organismus als auch seiner einzelnen Systeme manifestieren:

allgemeine Schwäche, erhöhte Müdigkeit;

· Schmerzen, Muskelkrämpfe;

· Knochenschmerzen, Gangstörungen;

· Störungen in Wachstumsprozessen;

Hypokalzämie, Hypokalzinose;

· Skelettentkalkung, deformierende Arthrose, Osteoporose, Wirbeldeformität, Knochenbrüche;

· Urolithiasis-Krankheit;

· Kashin-Beck-Krankheit;

· Immunstörungen;

· verminderte Blutgerinnung, Blutungen.

Erhöhter Kalziumgehalt im Körper.

Die toxische Wirkung von Kalzium tritt nur bei langfristiger Anwendung und in der Regel bei Personen mit gestörtem Stoffwechsel dieses Bioelements (z. B. bei Hyperparathyreoidismus) auf. Bei regelmäßiger Einnahme von mehr als 2,5 g Kalzium pro Tag kann es zu Vergiftungen kommen.

Die wichtigsten Manifestationen von überschüssigem Kalzium:

· Unterdrückung der Erregbarkeit von Skelettmuskeln und Nervenfasern;

· verminderter Tonus der glatten Muskulatur;

· Hyperkalzämie, erhöhte Kalziumspiegel im Blutplasma;

· erhöhter Säuregehalt des Magensaftes, hyperazide Gastritis, Magengeschwüre;

· Kalzinose, Kalziumablagerung in Organen und Geweben (in der Haut und im Unterhautgewebe; Bindegewebe entlang der Faszien, Sehnen, Aponeurosen; Muskeln; Wände von Blutgefäßen; Nerven);

Bradykardie, Angina pectoris;

· Gicht, Verkalkung von Tuberkuloseherden usw.;

Erhöhter Gehalt an Calciumsalzen im Urin;

· Nephrokalzinose, Nierensteinerkrankung;

· erhöhte Blutgerinnung;

· erhöhtes Risiko für die Entwicklung einer Funktionsstörung der Schilddrüse und der Nebenschilddrüsen, einer Autoimmunthyreoiditis;

· Verdrängung von Phosphor, Magnesium, Zink, Eisen aus dem Körper.

Das am leichtesten verdauliche Kalzium ist Milch und Milchprodukte (mit Ausnahme von Butter) in Kombination mit Gemüse und Obst. Um den Tagesbedarf zu decken, reichen 0,5 Liter Milch oder 100 g Käse. Milch ist übrigens nicht nur eine hervorragende Kalziumquelle, sondern fördert auch die Aufnahme von Kalzium, das in anderen Lebensmitteln enthalten ist.

Sehr wichtig für die Aufnahme von Kalzium ist das Vorhandensein von Vitamin D in der Nahrung, das die Wirkung verschiedener kalkhemmender Substanzen neutralisiert und den Phosphor-Kalzium-Stoffwechsel reguliert.

chemisch-biologischer organogener Sauerstoff

ABSCHLUSS

Alle lebenden Organismen stehen in engem Kontakt mit der Umwelt. Das Leben erfordert einen ständigen Stoffwechsel im Körper. Der Eintritt chemischer Elemente in den Körper wird durch die Ernährung und das verbrauchte Wasser erleichtert. Der Körper besteht zu 60 % aus Wasser, zu 34 % aus organischem Material und zu 6 % aus anorganischem Material. Die Hauptbestandteile organischer Stoffe sind C, H, O. Dazu gehören auch N, P, S. Die Zusammensetzung anorganischer Stoffe enthält notwendigerweise 22 chemische Elemente (siehe Tabelle Nr. 1). Wenn eine Person beispielsweise 70 kg wiegt, enthält sie (in Gramm): Ca – 1700, K – 250, Na – 70, Mg – 42, Fe – 5, Zn – 3. Metalle machen 2,1 kg aus. Der Gehalt an Elementen der Gruppen IIIA-VIA im Körper, die kovalent an den organischen Teil der Moleküle gebunden sind, nimmt mit zunehmender Ladung des Kerns der Atome dieser Gruppe des Periodensystems von D. I. Mendeleev ab.

Der aktuelle Wissensstand über die biologische Rolle von Elementen kann als oberflächliche Annäherung an dieses Problem charakterisiert werden. Über den Gehalt an Elementen in verschiedenen Bestandteilen der Biosphäre und die Reaktionen des Körpers auf deren Mangel und Überschuss wurden viele Fakten gesammelt. Es wurden Karten der biogeochemischen Zoneneinteilung und der biogeochemischen Provinzen erstellt. Es gibt jedoch keine allgemeine Theorie zu den Funktionen, Wirkmechanismen und der Rolle von Mikroelementen in der Biosphäre

Konventionelle Mikroelemente wirken toxisch auf den Körper, wenn ihre Konzentration im Körper die biotische Konzentration übersteigt. Giftige Elemente haben in sehr geringen Konzentrationen keine schädliche Wirkung auf Pflanzen und Tiere. Beispielsweise hat Arsen in Mikrokonzentrationen eine biostimulierende Wirkung. Daher gibt es keine toxischen Elemente, sondern nur toxische Dosen. Kleine Dosen eines Elements sind also Medikamente, große Dosen Gift. „Alles ist Gift, und nichts ist frei von Gift; nur eine Dosis macht Gift unsichtbar“ – Paracelsus. Es ist angebracht, sich an die Worte des tadschikischen Dichters Rudaki zu erinnern: „Was heute als Droge gilt, wird morgen zum Gift.“

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Wir haben der Rolle der Metalle große Aufmerksamkeit geschenkt. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass einige Nichtmetalle auch für die Funktion des Körpers unbedingt notwendig sind.

Silizium

Auch Silizium ist ein essentielles Spurenelement. Dies wurde durch sorgfältige Studien zur Rattenernährung mit verschiedenen Diäten bestätigt. Ratten nahmen merklich an Gewicht zu, wenn ihrer Nahrung Natriummetasilikat (Na2(SiO)3 · 9H2O) zugesetzt wurde (50 mg pro 100 g). Hühner und Ratten benötigen Silizium für Wachstum und Skelettentwicklung. Ein Mangel an Silizium führt zu Störungen der Knochen- und Bindegewebsstruktur. Wie sich herausstellte, ist Silizium in den Bereichen des Knochens vorhanden, in denen eine aktive Verkalkung stattfindet, beispielsweise in knochenbildenden Zellen, den Osteoblasten. Mit zunehmendem Alter nimmt die Siliziumkonzentration in den Zellen ab.

Über die Prozesse, an denen Silizium in lebenden Systemen beteiligt ist, ist wenig bekannt. Dort liegt es in Form von Kieselsäure vor und ist vermutlich an Kohlenstoffvernetzungsreaktionen beteiligt. Beim Menschen erwies sich die reichhaltigste Siliziumquelle als Hyaluronsäure aus der Nabelschnur. Es enthält 1,53 mg freies und 0,36 mg gebundenes Silizium pro Gramm.

Selen

Selenmangel führt zum Absterben von Muskelzellen und zu Muskelversagen, insbesondere Herzversagen. Die biochemische Untersuchung dieser Erkrankungen führte zur Entdeckung des Enzyms Glutathionperoxidase, das Peroxide zerstört. Ein Mangel an Selen führt zu einer Abnahme der Konzentration dieses Enzyms, was wiederum eine Lipidoxidation verursacht. Die Fähigkeit von Selen, vor Quecksilbervergiftungen zu schützen, ist allgemein bekannt. Weniger bekannt ist die Tatsache, dass ein Zusammenhang zwischen einem hohen Selengehalt in der Ernährung und einer niedrigen Krebssterblichkeit besteht. Selen ist in der menschlichen Ernährung in einer Menge von 55–110 mg pro Jahr enthalten, und die Selenkonzentration im Blut beträgt 0,09–0,29 µg/cm. Bei oraler Einnahme kommt es zu einer Konzentration von Selen in Leber und Nieren. Ein weiteres Beispiel für die Schutzwirkung von Selen vor Vergiftungen mit Leichtmetallen ist seine Fähigkeit, vor Vergiftungen durch Cadmiumverbindungen zu schützen. Es stellte sich heraus, dass Selen diese toxischen Ionen wie im Fall von Quecksilber dazu zwingt, sich an ionische aktive Zentren zu binden, die von ihrer toxischen Wirkung nicht betroffen sind.

Arsen

Chlor und Brom

Es bestehen einige Zweifel an der Rolle von Brom als Spurenelement, obwohl seine beruhigende Wirkung zuverlässig bekannt ist.

Fluor

Fluorid ist für ein normales Wachstum unbedingt erforderlich und sein Mangel führt zu Anämie. Im Zusammenhang mit der Zahnkariesproblematik wird dem Fluoridstoffwechsel große Aufmerksamkeit geschenkt, da Fluorid die Zähne vor Karies schützt.

Zahnkaries ist ausreichend detailliert untersucht. Es beginnt mit der Bildung eines Flecks auf der Zahnoberfläche. Von Bakterien produzierte Säuren lösen den Zahnschmelz unter dem Fleck auf, seltsamerweise jedoch nicht von seiner Oberfläche. Oftmals bleibt die Oberseite intakt, bis die darunter liegenden Bereiche vollständig zerstört sind. Es wird angenommen, dass das Fluoridion in diesem Stadium die Bildung von Apatit erleichtern kann. Auf diese Weise wird der begonnene Schaden reminelisiert.

Fluorid wird verwendet, um eine Zerstörung des Zahnschmelzes zu verhindern. Sie können der Zahnpasta Fluorid hinzufügen oder Ihre Zähne direkt damit behandeln. Die zur Kariesprophylaxe erforderliche Fluoridkonzentration im Trinkwasser beträgt etwa 1 mg/l, die Höhe des Verbrauchs hängt jedoch nicht nur davon ab. Die Verwendung hoher Fluoridkonzentrationen (mehr als 8 mg/l) kann die empfindlichen Gleichgewichtsprozesse der Knochengewebebildung negativ beeinflussen. Eine übermäßige Aufnahme von Fluorid führt zu Fluorose. Fluorid führt zu Funktionsstörungen der Schilddrüse, Wachstumshemmung und Nierenschäden. Eine langfristige Einwirkung von Fluorid im Körper führt zu einer Mineralisierung des Körpers. Dadurch kommt es zu Verformungen der Knochen, die sogar verwachsen können, und es kommt zu einer Verkalkung der Bänder.

Jod

Nichtmetalle-Organogene (O, C, H, N, P, S) sowie Halogene bilden die wichtigsten biogeochemischen Kreisläufe der Natur. Einfache anorganische Verbindungen dieser Nichtmetalle (H2 O, CO, CO2, NH3, NO2, SO2, H2 SO4, H3 PO4 usw.) sind Abfallprodukte von Mensch und Tier. Fragmente dieser Kreisläufe sind die Umwandlung einiger organogener Verbindungen in andere unter Beteiligung verschiedener Bakterienarten, beispielsweise im Boden die Übergänge H2 → H2 O, CO → CO2, N2 → NH3, NH3 → NO2, NO3 - → NO2, NO3 - → NH3, S → S2 O3 2- → SO2 → SO4 2- . Wenn wir die organogenen Elemente in absteigender Reihenfolge ihres Gehalts (in Massen-%) anordnen, erhalten wir: O > C > H > N > P > S. Gemäß dieser Reihe und nicht der traditionellen Berufung auf die Gruppen des Periodensystems, wir wird die Eigenschaften nichtmetallischer Organogene berücksichtigen.

4.1. Sauerstoff

Sauerstoff ist das Element, das das Leben auf der Erde ermöglicht. Die Atmosphäre enthält etwa 20,8 % Sauerstoff. Die Stahlbestandteile der Luft sind der vorherrschende Stickstoff N2 (78,08 %), sowie 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 %). Es ist zu beachten, dass der Inhalt von Ki-

Der Kohlenstoff in der Atmosphäre bleibt überraschend konstant, trotz aller oxidativen Prozesse der Atmung und Verbrennung, die auf der Erde stattfinden. Der Hauptfaktor für die Aufrechterhaltung eines konstanten Sauerstoffgehalts in der Erdatmosphäre ist die Photosynthese, und den Hauptbeitrag leisten nicht terrestrische Grünpflanzen, sondern Plankton und Algen der Weltmeere, die etwa 80 % des freigesetzten Sauerstoffs ausmachen. Im Allgemeinen ist Leben auf der Erde nur in einem relativ engen Bereich des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre möglich: von 13 bis 30 %. Wenn der Sauerstoffgehalt weniger als 13 % beträgt, sterben aerobe Lebewesen (d. h. solche, die in ihrem Leben Sauerstoff verbrauchen), und wenn der Sauerstoffgehalt mehr als 30 % beträgt, sind die Oxidations- und Verbrennungsprozesse so intensiv, dass sogar ein nasser Lappen kann Feuer fangen, und der allererste Blitzeinschlag würde alles auf der Erde niederbrennen.

Ein wichtiger Teil des Stoffwechsels (Metabolismus) ist für zahlreiche Lebewesen der Atmungszyklus, der zur schnellen Bildung vieler Stoffe führt. So enthält die ausgeatmete Luft neben CO2 auch geringe Mengen Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ammoniak, Ameisensäure HCOOH, Essigsäure CH3 COOH, Formaldehyd HCHO und manchmal Aceton (CH3)2 CO. Wenn eine Person in einer Höhe von 10 km verdünnte Luft einatmet, steigt aufgrund von Sauerstoffmangel im ausgeatmeten Gasgemisch der Gehalt an Ammoniak, Aminen, Phenol, Aceton stark an und es tritt sogar Schwefelwasserstoff auf.

Ohne Sauerstoff sind zahlreiche und äußerst wichtige Lebensprozesse nicht möglich, insbesondere die Atmung. Nur wenige Pflanzen und einfache Tiere kommen ohne Sauerstoff aus und werden daher als anaerob bezeichnet. In lebenden Organismen wird Sauerstoff bei der Oxidation verschiedener Stoffe verbraucht. Der Hauptprozess ist die Reaktion von Sauerstoff mit Wasserstoffatomen zu Wasser, wodurch eine erhebliche Menge an Energie freigesetzt wird. Aerobe Organismen gewinnen Energie auch durch die Oxidation von Nährstoffen in Zellen und Geweben zu CO2, H2O,

(NH2 )2 CO.

Während der normalen Atmung wird molekularer Sauerstoff, der in die Lunge gelangt, zu Wasser reduziert: O2 + 4H+ + 4e 2H2 O, und H+-Ionen werden zusammen mit Elektronen freigesetzt, wenn das organische Substrat des Körpers H-Atome verliert: [substrat(4H)] → 4H + Substrat → 4H + + 4e + Substrat. Bei der Pathologie kommt es zu einer unvollständigen Erholung: O2 + 2H+ + 2e H2 O2 oder O2 + e O2 - . Dieses Radikal heißt

wird durch Superoxidradikale (SOR) gebildet. Es kann nützlich sein, wenn es unkontrolliert wachsende Zellen zerstört, aber es kann auch sehr giftig sein, wenn es die Zellmembranen gesunder Zellen zerstört, die der Körper benötigt. Darüber hinaus besteht die schädliche Wirkung von SOP darin, dass es Enzyme inaktiviert, Polysaccharide depolymerisiert und einzelne Brüche in der DNA-Struktur verursacht. Jede Substanz im Körper mit einem geeigneten Potenzial kann an der langsamen Ein-Elektronen-Reduktion von O2 zu COP teilnehmen. Dabei entsteht H2 O2, das in der nächsten Stufe der Ein-Elektronen-Reduktion das Hydroxidradikal OHc mit hoher Reaktivität ergibt, das jede Substanz in der Zelle schnell oxidiert. Das hydrophobe O2-Molekül gelangt leicht durch hydrophobe Lipidmembranen in die Zelle und beginnt, organische Substanzen zu O2- und OH-Radikalen zu oxidieren. Diese polaren Radikale werden in der Zelle „eingesperrt“, weil sie nicht durch die Zellmembranen zurückkommen können. Um ihre „Aggression“ auszulöschen, werden spezielle Enzyme Superoxiddismutase, Katalase und Peroxidase eingesetzt. Darüber hinaus gibt es niedermolekulare Substanzen – Antioxidantien (z. B. Vitamin A und E), die diese gefährlichen Partikel nicht enzymatisch neutralisieren. COP beispielsweise wird auch aktiv von Fe(3+)-Ionen gebunden. Manchmal ist die Isolierung von COP sinnvoll, beispielsweise bilden Antitumor-Antibiotika (Bleomycin) einen Komplex mit Metallionen Mn+, die die schnelle Reduktion von O2 zu COP katalysieren, wodurch die DNA im Tumor zerstört wird.

Die allotrope Modifikation von Sauerstoff ist Ozon O3. In der Atmosphäre entsteht Ozon durch die photochemische Reaktion O2 + O → hν → O3, und durch die Reaktion NO + O2 → NO2 + O entsteht auch atomarer Aktivsauerstoff. Die wohltuende Wirkung von Ozon in der Atmosphäre liegt darin, dass Ozon nicht nur den biologisch aktiven und damit gefährlichen Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne absorbiert, sondern auch an der Bildung des thermischen Regimes der Oberfläche unseres Planeten beteiligt ist. Es speichert die Wärme, die die Erde verlässt, in den Spektralbereichen („Transparenzfenster“), in denen CO2 und H2O diese Wärme schlecht absorbieren. Ozon ist für den Menschen hochgiftig. Seine maximal zulässige Konzentration (MPC) in der Luft beträgt 0,5 mg/m3. Ozon verändert die Struktur der Lunge, unterdrückt ihre Funktionen und verringert dadurch die Widerstandsfähigkeit gegen Atemwegserkrankungen. Als stärkstes Oxidationsmittel (an zweiter Stelle nach Fluor) oxidiert Ozon intensiv schwefelhaltige Aminosäuren und Enzyme

(Cystein HSCH2 CH(NH2 )COOH, Methionin CH3 SCH2 CH2 CH(NH2 )COOH, sowie Tryptophan C8 H6 NCH2 CH(NH2 )COOH, Histidin C3 H3 N2 CH(NH2 )COOH, Tyrosin HOC6 H4 CH2 CH( NH2 )COOH .

Somit ist molekularer Sauerstoff O2 im Gegensatz zu anderen Formen für lebende Organismen nicht giftig: Ozon O3, angeregtes O2-Molekül, OH-Radikal, atomares O, HO2-Radikal, COP O2 -.

4.2. Kohlenstoff

Kohlenstoff ist hinsichtlich seines Gehalts im Körper (21 %) und seiner Bedeutung für lebende Organismen eines der wichtigsten Organogene. Da dieses Handbuch speziell der bioanorganischen Chemie gewidmet ist, werden wir nicht auf organische Verbindungen der lebenden Natur eingehen, die Gegenstand des Studiums der bioorganischen Chemie sind. Die einfachsten Kohlenstoffverbindungen, beispielsweise freier Kohlenstoff in Form von Ruß und seinem Oxid CO, sind für den Menschen giftig. Längerer Kontakt mit Ruß oder Kohlenstaub verursacht Hautkrebs („Schornsteinfegerkrankheit“, wie sie früher genannt wurde). Feinster Kohlenstaub führt zu Veränderungen in der Struktur der Lunge und damit zu Störungen ihrer Funktion. CO-Oxid ist äußerst giftig, dessen toxische Wirkung darauf zurückzuführen ist, dass CO etwa 10 3-mal leichter als Sauerstoff an Hämoglobin im Blut bindet und daher zum Ersticken führt.

Kohlendioxid CO2 kommt in der Biosphäre als Produkt von Atmungs- und Oxidationsprodukten vor. Die jährlichen Emissionen von CO und CO2 in die Atmosphäre betragen 2.108 bzw. 9.109 Tonnen

entsprechend (zum Vergleich: Die Kohlenwasserstoffemissionen betragen 8.107 Tonnen pro Jahr). CO2 ist in Wasser schwer löslich, daher ist sein Vorkommen in Bioflüssigkeiten unbedeutend. Allerdings findet im Magen eine wichtige enzymatische Reaktion CO2 + Cl- + H2 O → HCO3 - + H+ + Cl- statt, bei der Proteine im sauren Milieu abgebaut werden. Beachten Sie, dass diese Reaktion ohne Enzyme in die entgegengesetzte Richtung verläuft.

4.3. Wasserstoff

Wasserstoff kommt in der Natur in Form von Wasser und zahlreichen organischen Verbindungen vor (Tabelle 1). Wasser ist die wichtigste Lebensumgebung des Körpers. Darin lösen sich die meisten Stoffe, die an Stoffwechselvorgängen beteiligt sind. Der Wassergehalt in den Organen und Geweben des Körpers ist recht hoch:

Tisch 3

Gewebe, Organ, Bio-
flüssig
Gehirn
Rückenmark







Magensäure

Blutplasma


Tränenflüssigkeit

Das physiologische Milieu für den Menschen ist eine 0,9 %ige NaCl-Lösung. Wasser verfügt über eine hohe spezifische Wärmekapazität und sorgt durch den langsamen Wärmeaustausch mit der Umgebung für die Aufrechterhaltung einer konstanten Körpertemperatur. Bei Überhitzung verdunstet Wasser von der Körperoberfläche. Aufgrund der hohen Verdampfungswärme des Wassers geht dieser Vorgang mit einem Energieverbrauch einher und die Körpertemperatur sinkt. In der aquatischen Umwelt wird das Säure-Basen-Gleichgewicht des Körpers durch Puffersysteme (Carbonat, Phosphat und Hämoglobin) aufrechterhalten.

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, entspricht der durchschnittliche pH-Wert des Körpers dem pH-Wert der physiologischen Lösung und liegt zwischen 6,8 und 7,4. Allerdings können einzelne Organe und Gewebe pH-Werte aufweisen, die stark von den physiologischen abweichen. Der Säuregehalt im Magen ist also hoch und der pH-Wert beträgt 0,9 bis 1,1. Dies ist notwendig, damit unter der Wirkung des im sauren Milieu aktiven Enzyms Pepsin die Peptide des Proteinbestandteils der Nahrung abgebaut werden. Galle reagiert leicht alkalisch (pH 7,5 – 8,5), was für die alkalische Hydrolyse von Fetten notwendig ist.

4.4. Stickstoff

Stickstoff liegt in lebenden Organismen in Form verschiedener organischer Verbindungen vor: Aminosäuren, Peptiden, Purinbasen usw. sowie in Form von freiem N2, das mit der eingeatmeten Luft zugeführt wird. Der Stickstoffkreislauf in der Natur ist eng damit verbunden

nennt die Geosphäre und Biosphäre und bestätigt ihre Einheit. Es gibt viele Bakterien, die leicht eine Stickstoffverbindung in eine andere umwandeln können, wobei sich der Oxidationszustand des Stickstoffs ändert. Wenn beispielsweise in der Technik die Synthese von Ammoniak unter rauen Bedingungen durchgeführt wird, erfolgt in der Biosphäre die Bindung von atmosphärischem N2 und seine Umwandlung in NH3 auf einfachere enzymatische Weise unter Beteiligung der Nitrogenase:

N2 + 16ATP + 8e + 8H+ 2NH3 +16ADP +16[P in anorganischen Phosphaten] +H2, wobei ATP und ADP Adenosintriphosphat bzw. Adenosindiphosphat sind und man annimmt, dass das ursprüngliche ATP in Form eines Komplexes mit vorliegt Mg. An dieser Reaktion beteiligte Mikroorganismen kommen auch in den Wurzelknollen einiger Pflanzen vor

V blau-grüne Alge. Das Enzym Nitrogenase, das neben Mo und Fe auch Proteine enthält, ist nur unter anaeroben Bedingungen aktiv. Das haben Studien beim Restaurieren gezeigt

Die Reduktion von N2 zu NH3 führt nicht zur Bildung von NH=NH und NH2-NH2. Dies deutet darauf hin, dass das Enzym wahrscheinlich über zwei aktive Zentren verfügt: Auf dem einen wird das Stickstoffmolekül gespalten, auf dem anderen ist das H-Atom koordiniert. Auch andere gegenseitige Umwandlungen kommen in der Natur vor

Stickstoffverbindungen: Nitrifikation bzw. Oxidation von NH3 zu NO2 sowie Reduktion von Nitrationen aus Düngemitteln unter Einwirkung pflanzlicher Enzyme oder anaerober Bakterien

ry zu NO2 oder sogar zu NH3. Anorganische Stickstoffverbindungen sind in der Regel giftig

sind vorhanden, mit Ausnahme des einfachen Stoffes N2 und in geringen Mengen N2 O. Jedes Jahr werden ~ 5·107 Tonnen verschiedener Stickoxide NOx und ~ 107 Tonnen anderer Stickstoffverbindungen in die Atmosphäre emittiert. Das NO-Molekül, nach modernen Vorstellungen, trotz seines Aussehens

Die weiterhin schwierige Bildung aus einfachen Stoffen ist in großen Mengen in der Atmosphäre vorhanden. Es wird angenommen, dass bis zu 7.107 Tonnen atmosphärisches N2 pro Jahr infolge von Hochtemperaturprozessen wie industrieller Verbrennung und Transport mit O2 reagieren. Es hat sich gezeigt, dass Stickoxide wie Ozon in der Lage sind, mit den Produkten unvollständiger Verbrennung von Kraftstoffen zu interagieren und einen hohen Strom zu bilden

sic Peroxonitrat RCOONO2. Unter dem Einfluss der Sonneneinstrahlung kommt es in den oberen Schichten der Atmosphäre zu photochemischen Reaktionen unter Beteiligung von NOx, die durch die dort enthaltenen festen Staubpartikel katalysiert werden. Im menschlichen Körper NEIN

wird in einer Menge von ~100 mg pro Tag aus Arginin gemäß der Reaktion gebildet: NH=C(NH2) - NH(CH2)3 CH(NH2)COOH + 3/2O2 →NO-Synthetase-Enzym → H2 NCONH(CH2)3 CH(NH2) COOH + 2NO + H2 O. Es ist bekannt, dass NO-Moleküle in die Zellen der Blutgefäßwände eindringen und den Blutfluss regulieren können; Darüber hinaus steuert NO die Insulinsekretion, die Nierenfiltration und reparative Prozesse

V Gewebe usw. Somit ist NO ein zweiseitiges Molekül, das sowohl toxische als auch zweifellos positive Wirkungen zeigt. Wenn beispielsweise ein so häufiges Herzmedikament wie Nitroglycerin eingenommen wird, wird es hydrolysiert und bildet sich Nitration, das durch Hämoglobin-Eisen zu NO reduziert wird, und dann ist es NO, das eine Entspannung der glatten Gefäßmuskulatur bewirkt. Andere Stickoxide

NO2, N2 O3 sind hochgiftig und können Erstickungsgefahr und Lungenödeme verursachen. Das Nitrition NO2 ist besonders giftig, da es Methämoglobin oxidiert und den Prozess der O2-Übertragung im Körper stört. Darüber hinaus bilden Nitritionen im Magen krebserregendes Nitrosoamin. Allerdings wurde NaNO2 früher als Vasodilatator bei Angina pectoris und zerebralen Gefäßkrämpfen eingesetzt. Kürzlich wurde NaNO2 aufgrund seiner unbestrittenen Toxizität aufgegeben und durch Nitroglycerin oder Nitrosorbinsäure ersetzt.

Volumes, die solche Nebenwirkungen nicht haben. Das Einatmen von Ammoniakdampf NH3 in großen Mengen ist schädlich, da Ammoniak auf der Oberfläche der Schleimhäute von Kehlkopf und Lunge ein stark alkalisches Milieu erzeugt, das zu Reizungen und Schwellungen führt.

Darüber hinaus dringen kleine NH3-Moleküle leicht in Zellmembranen ein und konkurrieren mit vielen Liganden um die Koordination mit Metallionen.

Gesamtchalkogene.

Allgemeine Eigenschaften von Elementen der Stickstoff-Untergruppe

4.1. Sauerstoff

4.2. Kohlenstoff

4.3. Wasserstoff

4.4. Stickstoff

Funktionen von Zellorganellen

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