فلزات و غیرفلزات در زندگی انسان عناصر بیوژنیک در بدن انسان نقش بیولوژیکی فلزات و غیرفلزات

غیر فلزات به عنوان عناصر کمیاب

ما به نقش فلزات توجه زیادی داشتیم. با این حال، باید در نظر داشت که برخی از غیر فلزات نیز برای عملکرد بدن کاملا ضروری هستند.

سیلیکون

سیلیکون نیز یک عنصر کمیاب ضروری است. این موضوع با مطالعه دقیق تغذیه موش‌ها با استفاده از رژیم‌های غذایی مختلف تأیید شده است. موش‌ها با اضافه شدن متاسیلیکات سدیم به طور قابل توجهی وزن اضافه کردند. (Na2(SiO)3. 9H2O)در رژیم غذایی آنها (50 میلی گرم در 100 گرم). جوجه ها و موش ها برای رشد و نمو اسکلت به سیلیکون نیاز دارند. کمبود سیلیکون منجر به نقض ساختار استخوان ها و بافت همبند می شود. همانطور که مشخص شد، سیلیکون در مناطقی از استخوان وجود دارد که در آن کلسیفیکاسیون فعال رخ می دهد، به عنوان مثال، در سلول های استخوان ساز، استئوبلاست ها. با افزایش سن، غلظت سیلیکون در سلول ها کاهش می یابد.

اطلاعات کمی در مورد فرآیندهایی که سیلیکون در سیستم های زنده درگیر می شود، وجود دارد. در آنجا به شکل اسید سیلیسیک است و احتمالاً در پیوند متقابل کربنها شرکت می کند. در انسان، اسید هیالورونیک بند ناف غنی‌ترین منبع سیلیکون است. آن شامل 1.53 میلی گرمرایگان و 0.36 میلی گرمسیلیکون مقید در هر گرم

سلنیوم

کمبود سلنیوم باعث مرگ سلول های عضلانی می شود و منجر به نارسایی عضلانی، به ویژه نارسایی قلبی می شود. بررسی بیوشیمیایی این شرایط منجر به کشف آنزیم گلوتاتیون پراکسیداز شد که پراکسیدها را از بین می برد، کمبود سلنیوم منجر به کاهش غلظت این آنزیم می شود که به نوبه خود باعث اکسیداسیون لیپیدها می شود. توانایی سلنیوم در محافظت در برابر مسمومیت با جیوه به خوبی شناخته شده است. این واقعیت بسیار کمتر شناخته شده است که بین سلنیوم رژیم غذایی بالا و مرگ و میر کم سرطان همبستگی وجود دارد. سلنیوم در رژیم غذایی انسان به مقدار موجود است 55 110 میلی گرمدر سال، و غلظت سلنیوم در خون است 0.09 0.29 میکروگرم بر سانتی متر. هنگامی که به صورت خوراکی مصرف شود، سلنیوم در کبد و کلیه ها متمرکز می شود. نمونه دیگری از اثر محافظتی سلنیوم در برابر مسمومیت با فلزات سبک، توانایی آن در محافظت در برابر مسمومیت توسط ترکیبات کادمیوم است. معلوم شد که مانند جیوه، سلنیوم این یون‌های سمی را مجبور می‌کند تا به مراکز فعال یونی متصل شوند، به مراکزی که تحت تأثیر اثر سمی آنها قرار نمی‌گیرند.

آرسنیک

با وجود اثرات سمی شناخته شده آرسنیک و ترکیبات آن، شواهد قابل اعتمادی وجود دارد که نشان می دهد کمبود آرسنیک منجر به کاهش باروری و مهار رشد می شود و افزودن آرسنیت سدیم به غذا منجر به افزایش سرعت رشد در انسان.

کلر و برم

آنیون های هالوژن از این جهت که آنیون های هالوژن ساده هستند و آنیون های اکسو نیستند با بقیه تفاوت دارند. کلر بسیار گسترده است، قادر به عبور از غشا است و نقش مهمی در حفظ تعادل اسمزی دارد. کلر به صورت اسید هیدروکلریک در شیره معده وجود دارد. غلظت اسید کلریدریک در شیره معده انسان است 0,4-0,5%. تردیدهایی در مورد نقش برم به عنوان یک عنصر کمیاب وجود دارد، اگرچه اثر آرام بخش آن به طور قابل اعتماد شناخته شده است.

فلوئور

فلوئور برای رشد طبیعی کاملا ضروری است و کمبود آن منجر به کم خونی می شود. توجه زیادی به متابولیسم فلوئور در ارتباط با مشکل پوسیدگی دندان شده است، زیرا فلوئور از دندان ها در برابر پوسیدگی محافظت می کند.پوسیدگی دندان با جزئیات کافی مورد مطالعه قرار گرفته است. با ایجاد لکه روی سطح دندان شروع می شود. اسیدهای تولید شده توسط باکتری ها مینای دندان را در زیر لکه حل می کند، اما به طرز عجیبی، نه از سطح آن. اغلب سطح بالایی دست نخورده باقی می ماند تا زمانی که نواحی زیر آن به طور کامل از بین بروند. فرض بر این است که در این مرحله، یون فلوراید می تواند تشکیل اشتها را تسهیل کند. بنابراین، بازسازی مجدد آسیبی که شروع شده است انجام می شود.

فلوراید برای جلوگیری از آسیب به مینای دندان استفاده می شود. فلوراید را می توان به خمیر دندان اضافه کرد یا مستقیماً روی دندان ها اعمال کرد. غلظت فلوراید مورد نیاز برای جلوگیری از پوسیدگی در آب آشامیدنی حدودا است 1 میلی گرم در لیتر، اما سطح مصرف فقط به این بستگی ندارد. استفاده از غلظت های بالای فلوراید (بیش از 8 میلی گرم در لیتر)می تواند بر فرآیندهای تعادل ظریف تشکیل بافت استخوان تأثیر منفی بگذارد. جذب بیش از حد فلوراید منجر به فلوئوروزیس می شود. فلوئوروزیس منجر به اختلال در عملکرد غده تیروئید، مهار رشد و آسیب کلیه می شود. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض فلوراید در بدن منجر به معدنی شدن بدن می شود. در نتیجه، استخوان ها تغییر شکل می دهند، که حتی می توانند با هم رشد کنند و رباط ها کلسیفیه می شوند.

ید

نقش فیزیولوژیکی اصلی ید مشارکت در متابولیسم غده تیروئید و هورمون های ذاتی آن است. توانایی غده تیروئید برای تجمع ید نیز در غدد بزاقی و پستانی ذاتی است. و همچنین برخی از اندام های دیگر. اما در حال حاضر اعتقاد بر این است که ید تنها در زندگی غده تیروئید نقش اصلی را ایفا می کند.

کمبود ید منجر به علائم مشخصی می شود: ضعف، زردی پوست، احساس سرما و خشکی. درمان با هورمون تیروئید یا ید این علائم را از بین می برد. کمبود هورمون های تیروئید می تواند منجر به بزرگ شدن غده تیروئید شود. در موارد نادر (در بدن ترکیبات مختلفی که در جذب ید اختلال ایجاد می کنند، مانند تیوسیانات یا عامل ضد تیروئید گواترین که در انواع مختلف کلم یافت می شود)، گواتر ایجاد می شود. کمبود ید به ویژه بر سلامت کودکان تأثیر زیادی دارد، آنها در رشد جسمی و ذهنی عقب هستند. رژیم غذایی کمبود ید در دوران بارداری منجر به تولد کودکان کم کاری تیروئید (کرتین) می شود.

هورمون تیروئید اضافی منجر به خستگی، عصبی بودن، لرزش، کاهش وزن و تعریق بیش از حد می شود. این با افزایش فعالیت پراکسیداز و در نتیجه با افزایش یداسیون تیروگلوبولین همراه است. هورمون های بیش از حد می تواند نتیجه تومور تیروئید باشد. در درمان از ایزوتوپ های رادیواکتیو ید استفاده می شود که به راحتی توسط سلول های غده تیروئید جذب می شود.

غیر فلزات- عناصر شیمیایی که اجسام ساده ای را تشکیل می دهند که خواص مشخصه فلزات را ندارند. یکی از ویژگی های کیفی غیر فلزات، الکترونگاتیوی است.

الکترونگاتیوی- این توانایی قطبی کردن یک پیوند شیمیایی، برای کشیدن جفت الکترون های مشترک به سمت خود است.

22 عنصر به عنوان غیر فلزات طبقه بندی می شوند.

دوره 1

دوره 3

دوره 4

دوره 5

دوره 6

همانطور که از جدول مشخص است، عناصر غیرفلزی عمدتاً در قسمت سمت راست بالای جدول تناوبی قرار دارند.

ساختار اتم های غیر فلزات

یکی از ویژگی های بارز غیر فلزات، بیشتر بودن الکترون ها (در مقایسه با فلزات) در سطح انرژی خارجی اتم هایشان است. این توانایی بیشتر آنها را برای افزودن الکترون های اضافی و نشان دادن فعالیت اکسیداتیو بالاتر نسبت به فلزات تعیین می کند. خواص اکسید کننده به ویژه قوی، یعنی توانایی اتصال الکترون ها، توسط غیر فلزاتی که در دوره های 2 و 3 گروه VI-VII قرار دارند، نشان داده می شود. اگر آرایش الکترون‌ها را در اوربیتال‌ها در اتم‌های فلوئور، کلر و سایر هالوژن‌ها مقایسه کنیم، می‌توانیم ویژگی‌های متمایز آنها را قضاوت کنیم. اتم فلوئور اوربیتال آزاد ندارد. بنابراین، اتم های فلوئور فقط می توانند I را نشان دهند و حالت اکسیداسیون 1 است. قوی ترین عامل اکسید کننده است. فلوئور. در اتم های هالوژن های دیگر، به عنوان مثال، در اتم کلر، اوربیتال های آزاد d در همان سطح انرژی وجود دارد. به همین دلیل، از بین رفتن الکترون ها می تواند به سه روش مختلف رخ دهد. در مورد اول، کلر می تواند حالت اکسیداسیون 3+ را نشان دهد و اسید هیدروکلریک HClO2 را تشکیل دهد که مربوط به نمک است - به عنوان مثال، کلریت پتاسیم KClO2. در حالت دوم، کلر می تواند ترکیباتی را تشکیل دهد که در آن کلر 5+ است. این ترکیبات عبارتند از HClO3 و آن - به عنوان مثال، کلرات پتاسیم KClO3 (bertoletova). در حالت سوم، کلر حالت اکسیداسیون +7 را نشان می دهد، به عنوان مثال، در اسید پرکلریک HClO4 و در نمک های آن، پرکلرات ها (در پرکلرات پتاسیم KClO4).

ساختار مولکول های غیر فلزی خواص فیزیکی غیر فلزات

در حالت گاز در دمای اتاق عبارتند از:

هیدروژن - H2؛

نیتروژن - N2؛

اکسیژن - O2؛

فلوئور - F2؛

رادون - Rn).

در مایع - برم - Br.

در حالت جامد:

بور - B;

کربن - C؛

سیلیکون - Si;

فسفر - P؛

سلنیوم - Se;

تلوریوم - Te;

از نظر غیر فلزات و رنگ بسیار غنی تر است: قرمز - از نظر فسفر، قهوه ای - در برم، زرد - در گوگرد، زرد-سبز - در کلر، بنفش - در بخار ید، و غیره.

معمولی ترین غیر فلزات دارای ساختار مولکولی هستند، در حالی که غیر معمولی دارای ساختار غیر مولکولی هستند. این تفاوت در خواص آنها را توضیح می دهد.

ترکیب و خواص مواد ساده - غیر فلزات

غیر فلزات مولکول های تک اتمی و دو اتمی را تشکیل می دهند. به تک اتمیغیر فلزات شامل گازهای بی اثری هستند که عملاً حتی با فعال ترین مواد واکنش نشان نمی دهند. در گروه هشتم سیستم تناوبی قرار دارند و فرمول شیمیایی مواد ساده مربوطه به شرح زیر است: He، Ne، Ar، Kr، Xe و Rn.

برخی از نافلزات تشکیل می شود دو اتمیمولکول ها. اینها H2، F2، Cl2، Br2، Cl2 (عناصر گروه VII سیستم تناوبی)، و همچنین اکسیژن O2 و نیتروژن N2 هستند. از جانب سه اتمیمولکول ها از گاز ازن (O3) تشکیل شده اند. برای مواد غیر فلزی که در حالت جامد هستند، ساختن فرمول شیمیایی بسیار دشوار است. اتم های کربن موجود در گرافیت به روش های مختلفی به یکدیگر متصل می شوند. جداسازی یک مولکول منفرد در ساختارهای داده شده دشوار است. هنگام نوشتن فرمول های شیمیایی چنین موادی، مانند فلزات، این فرض مطرح می شود که چنین موادی فقط از اتم تشکیل شده اند. ، در عین حال، بدون شاخص نوشته می شوند: C، Si، S، و غیره. چنین مواد ساده ای مانند اکسیژن، دارای ترکیب کیفی یکسانی هستند (هر دو از یک عنصر - اکسیژن تشکیل شده اند)، اما از نظر تعداد اتم ها متفاوت هستند. مولکول، خواص متفاوتی دارد. بنابراین، اکسیژن بویی ندارد، در حالی که ازن بوی تندی دارد که در هنگام رعد و برق احساس می کنیم. خواص غیر فلزات جامد، گرافیت و الماس، که دارای ترکیب کیفی یکسان، اما ساختار متفاوت هستند، به شدت متفاوت است (گرافیت شکننده، سخت است). بنابراین، ویژگی های یک ماده نه تنها با ترکیب کیفی آن، بلکه با تعداد اتم های موجود در یک مولکول ماده و نحوه اتصال آنها به یکدیگر تعیین می شود. به شکل اجسام ساده در حالت گاز جامد (به استثنای برم - مایع) قرار دارند. آنها خواص فیزیکی فلزات را ندارند. غیر فلزات جامد ویژگی درخشندگی فلزات را ندارند، معمولا شکننده هستند و گرما را به خوبی هدایت می کنند (به استثنای گرافیت). بور کریستالی B (مانند سیلیکون کریستالی) دارای نقطه ذوب بسیار بالا (2075 درجه سانتیگراد) و سختی بالا است. رسانایی الکتریکی بور با افزایش دما به شدت افزایش می یابد، که استفاده گسترده از آن را در فناوری نیمه هادی ممکن می سازد. افزودن بور به فولاد و آلیاژهای آلومینیوم، مس، نیکل و غیره باعث بهبود خواص مکانیکی آنها می شود. بوریدها (ترکیبات با برخی فلزات، به عنوان مثال، با تیتانیوم: TiB، TiB2) در ساخت قطعات موتور جت، پره های توربین گاز ضروری هستند. همانطور که از طرح 1 مشاهده می شود، کربن - C، سیلیکون - Si، - B ساختار مشابهی دارند و برخی از خواص مشترک دارند. به عنوان مواد ساده، آنها در دو تغییر رخ می دهند - کریستالی و آمورف. تغییرات کریستالی این عناصر بسیار سخت و با نقطه ذوب بالا است. کریستالی دارای خواص نیمه هادی است. همه این عناصر با فلزات - و (CaC2، Al4C3، Fe3C، Mg2Si، TiB، TiB2) ترکیباتی را تشکیل می دهند. برخی از آنها سختی بالاتری دارند مانند Fe3C، TiB. برای تولید استیلن استفاده می شود.

خواص شیمیایی غیر فلزات

مطابق با مقادیر عددی الکترونگاتیوهای نسبی، نافلزات اکسید کننده به ترتیب زیر افزایش می‌یابند: Si، B، H، P، C، S، I، N، Cl، O، F.

غیر فلزات به عنوان اکسید کننده

خواص اکسید کننده غیر فلزات زمانی آشکار می شود که آنها برهم کنش دارند:

با فلزات: 2Na + Cl2 = 2NaCl.

با هیدروژن: H2 + F2 = 2HF.

با غیر فلزاتی که الکترونگاتیوی کمتری دارند: 2P + 5S = P2S5.

با برخی از مواد پیچیده: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O،

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3.

غیر فلزات به عنوان عوامل کاهنده

1. همه غیر فلزات (به جز فلوئور) در تعامل با اکسیژن خواص کاهشی از خود نشان می دهند:

S + O2 = SO2، 2H2 + O2 = 2H2O.

اکسیژن در ترکیب با فلوئور همچنین می تواند حالت اکسیداسیون مثبتی را نشان دهد، یعنی یک عامل کاهنده باشد. تمام غیر فلزات دیگر خواص کاهشی از خود نشان می دهند. بنابراین، به عنوان مثال، کلر به طور مستقیم با اکسیژن ترکیب نمی شود، اما اکسیدهای آن (Cl2O، ClO2، Cl2O2) را می توان به طور غیر مستقیم به دست آورد، که در آن کلر حالت اکسیداسیون مثبت را نشان می دهد. نیتروژن در دماهای بالا مستقیماً با اکسیژن ترکیب می شود و خواص کاهشی از خود نشان می دهد. گوگرد حتی راحت تر با اکسیژن واکنش نشان می دهد.

2. بسیاری از غیر فلزات هنگام برهم کنش با مواد پیچیده خواص کاهشی از خود نشان می دهند:

ZnO + C \u003d Zn + CO، S + 6HNO3 conc \u003d H2SO4 + 6NO2 + 2H2O.

3. چنین واکنش هایی نیز وجود دارد که در آنها همان غیرفلز هم عامل اکسید کننده و هم عامل کاهنده است:

Cl2 + H2O = HCl + HClO.

4. فلوئور معمولی ترین غیر فلز است که خاصیت کاهنده ندارد، یعنی توانایی اهدای الکترون در واکنش های شیمیایی را ندارد.

ترکیبات غیر فلزات

نافلزات می توانند ترکیباتی با پیوندهای درون مولکولی مختلف تشکیل دهند.

انواع ترکیبات غیر فلزی

فرمول های کلی ترکیبات هیدروژنی با توجه به گروه های سیستم تناوبی عناصر شیمیایی در جدول آورده شده است:

	ترکیبات هیدروژنی فرار

کلکوژن ها

در زیر گروه اصلی گروه ششم جدول تناوبی عناصر. I. مندلیف عناصر: اکسیژن (O)، گوگرد (S)، سلنیوم (Se)، (Te) و (Po). این عناصر در مجموع به عنوان کالکوژن شناخته می شوند که به معنای "تشکیل سنگ معدن" است.

در زیر گروه کالکوژن ها، از بالا به پایین، با افزایش بار اتم، خواص عناصر به طور طبیعی تغییر می کند: خواص غیر فلزی آنها کاهش می یابد و خواص فلزی آنها افزایش می یابد. بنابراین یک غیر فلز معمولی است و پلونیوم یک فلز (رادیواکتیو) است.

سلنیوم خاکستری

تولید فتوسل و یکسو کننده جریان الکتریکی

در فناوری نیمه هادی

نقش بیولوژیکی کالکوژن ها

گوگرد نقش مهمی در زندگی گیاهان، حیوانات و انسان دارد. در موجودات حیوانی، گوگرد بخشی از تقریباً همه پروتئین ها، در پروتئین های حاوی گوگرد - و همچنین در ترکیب ویتامین B1 و هورمون انسولین است. با کمبود گوگرد در گوسفند، رشد پشم کند می شود و پرهای ضعیف در پرندگان مشاهده می شود.

از بین گیاهان، کلم، کاهو و اسفناج بیشترین مصرف گوگرد را دارند. غلاف نخود و لوبیا، تربچه، شلغم، پیاز، ترب، کدو تنبل، خیار نیز سرشار از گوگرد هستند. فقیر از نظر گوگرد و چغندر

از نظر خواص شیمیایی، سلنیوم و تلوریم بسیار شبیه گوگرد هستند، اما از نظر خواص فیزیولوژیکی آنتاگونیست های آن هستند. مقادیر بسیار کمی سلنیوم برای عملکرد طبیعی بدن مورد نیاز است. سلنیوم تأثیر مثبتی بر سیستم قلبی عروقی دارد، خون قرمز، خواص ایمنی بدن را افزایش می دهد. افزایش مقدار سلنیوم باعث ایجاد بیماری در حیوانات می شود که به صورت لاغری و خواب آلودگی ظاهر می شود. کمبود سلنیوم در بدن منجر به اختلال در قلب، اندام های تنفسی، بالا آمدن بدن و حتی ممکن است رخ دهد. سلنیوم تأثیر قابل توجهی روی حیوانات دارد. برای مثال، در گوزن‌هایی که با دقت بینایی بالا مشخص می‌شوند، شبکیه 100 برابر بیشتر از سایر قسمت‌های بدن سلنیوم دارد. در قلمرو گیاهان، همه گیاهان حاوی مقدار زیادی سلنیوم هستند. این گیاه به خصوص مقادیر زیادی از آن را جمع می کند.

نقش فیزیولوژیکی تلوریم برای گیاهان، حیوانات و انسان نسبت به سلنیوم کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. مشخص است که تلوریم کمتر از سلنیوم سمی است و ترکیبات تلوریوم در بدن به سرعت به تلوریوم عنصری کاهش می یابد که به نوبه خود با مواد آلی ترکیب می شود.

مشخصات کلی عناصر زیر گروه نیتروژن

زیرگروه اصلی گروه پنجم شامل نیتروژن (N)، فسفر (P)، آرسنیک (As)، آنتیموان (Sb) و (Bi) است.

از بالا به پایین، در زیرگروه از نیتروژن تا بیسموت، خواص غیرفلزی کاهش می یابد، در حالی که خواص فلزی و شعاع اتمی افزایش می یابد. نیتروژن، فسفر، آرسنیک غیر فلزات هستند، اما متعلق به فلزات هستند.

زیر گروه نیتروژن

ویژگی های مقایسه ای	7 نیتروژن N	15 فسفر P	33 به عنوان آرسنیک	51 Sb آنتیموان	83 بی بیسموت
ساختار الکترونیکی					…4f145d106S26p3
حالت اکسیداسیون	1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5	3, +1, +3, +4,+5
الکترو- منفی بودن
بودن در طبیعت	در حالت آزاد - در جو (N2 - )، در حالت محدود - در ترکیب NaNO3 - . KNO3 - نمک هندی	Ca3(PO4)2 فسفریت است، Ca5(PO4)3(OH) هیدروکسیلاپاتیت است، Ca5(PO4)3F فلوراپاتیت است.
آلوتروپیک در شرایط عادی شکل می گیرد	نیتروژن (یک شکل)	NH3 + H2O ↔ NH4OH ↔ NH4 + + OH - (هیدروکسید آمونیوم); PH3 + H2O ↔ PH4OH ↔ PH4+ + OH- (هیدروکسید فسفونیوم). نقش بیولوژیکی نیتروژن و فسفر نیتروژن نقش بسیار مهمی در زندگی گیاهان دارد، زیرا بخشی از اسیدهای آمینه، پروتئین ها و کلروفیل، ویتامین های B و آنزیم های فعال کننده است. بنابراین کمبود نیتروژن در خاک روی گیاهان و در درجه اول بر میزان کلروفیل برگها تأثیر منفی می گذارد و به همین دلیل رنگ پریده می شود. مصرف 50 تا 250 کیلوگرم نیتروژن در هر هکتار از سطح خاک. بیشتر نیتروژن در گل ها، برگ های جوان و میوه ها یافت می شود. نیتروژن مهمترین منبع نیتروژن برای گیاهان است - عمدتا نیترات آمونیوم و سولفات آمونیوم است. همچنین باید به نقش ویژه نیتروژن به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از هوا - مهمترین جزء طبیعت زنده اشاره کرد. هیچ یک از عناصر شیمیایی به اندازه فسفر نقش فعال و متنوعی در فرآیندهای زندگی موجودات گیاهی و جانوری ندارند. این بخشی جدایی ناپذیر از اسیدهای نوکلئیک است، بخشی از برخی از آنزیم ها و ویتامین ها است. در حیوانات و انسان ها تا 90 درصد فسفر در استخوان ها، تا 10 درصد در ماهیچه ها و حدود 1 درصد در سیستم عصبی (به شکل ترکیبات معدنی و آلی) متمرکز است. در ماهیچه ها، کبد، مغز و سایر اندام ها به شکل فسفاتیدها و استرهای فسفریک یافت می شود. فسفر در انقباضات عضلانی و ساختن بافت عضلانی و استخوانی نقش دارد. افرادی که مشغول کار ذهنی هستند باید مقدار فسفر بیشتری مصرف کنند تا از تحلیل رفتن سلول های عصبی که با افزایش بار در حین کار ذهنی کار می کنند، جلوگیری کنند. با کمبود فسفر، راندمان کاهش می یابد، روان رنجوری ایجاد می شود، ژرمانیوم دو ظرفیتی، قلع و سرب GeO، SnO، PbO توسط اکسیدهای آمفوتریک مختل می شوند. اکسیدهای بالاتر کربن و سیلیکون CO2 و SiO2، اکسیدهای اسیدی هستند که مربوط به هیدروکسیدهایی است که خواص اسیدی ضعیفی از خود نشان می دهند - H2CO3 و اسید سیلیسیک H2SiO3. اکسیدهای آمفوتریک - GeO2، SnO2، PbO2 - مربوط به هیدروکسیدهای آمفوتریک است و هنگام عبور از هیدروکسید ژرمانیوم Ge(OH)4 به هیدروکسید سرب Pb(OH)4، خواص اسیدی ضعیف شده و پایه افزایش می یابد. نقش بیولوژیکی کربن و سیلیکون ترکیبات کربنی اساس موجودات گیاهی و جانوری هستند (45 درصد کربن در گیاهان و 26 درصد در موجودات جانوری یافت می شود). خواص بیولوژیکی مشخصه توسط مونوکسید کربن (II) و مونوکسید کربن (IV) به نمایش گذاشته می شود. مونوکسید کربن (II) یک گاز بسیار سمی است، زیرا به شدت با هموگلوبین خون متصل می شود و هموگلوبین را از توانایی حمل اکسیژن از ریه ها به مویرگ ها محروم می کند. در صورت استنشاق، CO می تواند باعث مسمومیت، حتی مرگبار شود. مونوکسید کربن (IV) به ویژه برای گیاهان مهم است. در سلول های گیاهی (به ویژه در برگ ها)، در حضور کلروفیل و اثر انرژی خورشید، گلوکز از دی اکسید کربن و آب با آزاد شدن اکسیژن ایجاد می شود. در نتیجه فتوسنتز، گیاهان سالانه 150 میلیارد تن کربن و 25 میلیارد تن هیدروژن را به هم متصل می کنند و تا 400 میلیارد تن اکسیژن را در جو آزاد می کنند. دانشمندان دریافته اند که گیاهان حدود 25 درصد CO2 را از طریق سیستم ریشه از کربنات های حل شده در خاک دریافت می کنند. گیاهان از سیلیکون برای ساختن بافت های پوششی استفاده می کنند. سیلیکون موجود در گیاهان، آغشته به دیواره های سلولی، آنها را محکم تر و مقاوم تر در برابر آسیب حشرات می کند، آنها را از نفوذ عفونت قارچی محافظت می کند. سیلیکون تقریباً در تمام بافت های حیوانات و انسان، به ویژه در کبد، غضروف یافت می شود. بیماران سل نسبت به افراد سالم سیلیکون بسیار کمتری در استخوان ها، دندان ها و غضروف خود دارند. در بیماری هایی مانند بوتکین، محتوای سیلیکون در خون کاهش می یابد و با آسیب به روده بزرگ، برعکس، محتوای آن در خون افزایش می یابد.

"عناصر بیوژنیک در بدن انسان"

معرفی

1.1 عناصر بیوژنیک - غیر فلزاتی که بخشی از بدن انسان هستند

2 عناصر بیوژنیک - فلزاتی که بخشی از بدن انسان هستند

نقش اکسیژن در بدن انسان

نقش کربن در بدن انسان

نقش هیدروژن در بدن انسان

نقش پتاسیم در بدن انسان

نقش گوگرد در بدن انسان

نقش کلسیم در بدن انسان

نتیجه

کتابشناسی - فهرست کتب

معرفی

این عقیده که تقریباً تمام عناصر سیستم تناوبی D.I. مندلیف، آشنا می شود. با این حال، دانشمندان پیشنهاد می کنند که نه تنها همه عناصر شیمیایی در یک موجود زنده وجود دارند، بلکه هر یک از آنها عملکرد بیولوژیکی خاصی را انجام می دهند. این احتمال وجود دارد که این فرضیه تایید نشود. با توسعه تحقیقات در این جهت، نقش بیولوژیکی تعداد فزاینده ای از عناصر شیمیایی آشکار می شود.

برای حفظ سلامتی، فرد باید مواد مغذی را از غذا، آب و هوای استنشاقی دریافت کند. محصولات غذایی با محتوای بالای کلسیم، ید و سایر عناصر شیمیایی اغلب تبلیغ می شوند، اما آیا این برای بدن ما مفید است؟ چه بیماری هایی می تواند در اثر کمبود یا زیاد بودن یک یا آن عنصر شیمیایی در کودکان و بزرگسالان ایجاد شود؟

در زمان ما که افراد سالم از دوران کودکی کمتر و کمتر می شوند، این مشکل واقعاً مطرح است.

تعداد غیر قابل تصوری از ترکیبات شیمیایی مختلف به طور مداوم در بدن انسان تشکیل می شود. برخی از ترکیبات سنتز شده به عنوان ماده ساختمانی یا منبع انرژی مورد استفاده قرار می گیرند و رشد، نمو و فعالیت حیاتی را برای بدن فراهم می کنند. قسمت دیگر که می توان آن را سرباره یا ضایعات در نظر گرفت از بدن دفع می شود.

مواد معدنی و آلی هر دو در متابولیسم نقش دارند. عناصر شیمیایی تشکیل دهنده این مواد را عناصر بیوژنیک می نامند. حدود 30 عنصر به طور قابل اعتماد زیست زا در نظر گرفته می شوند.

شکل 1 عناصر شیمیایی اصلی تشکیل دهنده بدن انسان را نشان می دهد.

شکل 1 - نمودار. ترکیب عنصری بدن انسان.

1.1 عناصر بیوژنیک - غیر فلزاتی که بخشی از بدن انسان هستند

در میان عناصر بیوژنیک، جایگاه ویژه ای توسط عناصر ارگانوژنی اشغال شده است که مهمترین مواد بدن - آب، پروتئین ها، کربوهیدرات ها، چربی ها، ویتامین ها، هورمون ها و غیره را تشکیل می دهند. ارگانوژن ها شامل 6 عنصر شیمیایی هستند: کربن، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد. کسر جرمی کل آنها در بدن انسان تقریباً 97.3٪ است (جدول 1 را ببینید).

همه عناصر آلی غیرفلزی هستند. در بین غیر فلزات، کلر (کسر جرمی 0.15٪)، فلوئور، ید و برم نیز بیوژن هستند. این عناصر در بین عناصر آلی گنجانده نمی شوند، زیرا بر خلاف دومی، چنین نقش جهانی را در ساخت ساختارهای آلی بدن ایفا نمی کنند. اطلاعاتی در مورد زیست زایی سیلیکون، بور، آرسنیک و سلنیوم وجود دارد.

جدول 1. محتوای عناصر ارگانوژن در بدن انسان.

عناصر - ارگانوژن ها	کسر جرمی (در درصد)	وزن (بر حسب گرم / 70 کیلوگرم)
کربن (C)
اکسیژن (O)
هیدروژن (H)
فسفر (P)
		68117 ≈ 68 کیلوگرم

1.2 عناصر بیوژنیک - فلزاتی که بخشی از بدن انسان هستند

عناصر مغذی شامل تعدادی فلز است که در میان آنها 10 به اصطلاح "فلزات حیات" عملکردهای بیولوژیکی مهمی را انجام می دهند. این فلزات عبارتند از کلسیم، پتاسیم، سدیم، منیزیم، آهن، روی، مس، منگنز، مولیبدن، کبالت (به جدول 2 مراجعه کنید).

علاوه بر 10 "فلز حیات"، چندین فلز دیگر نیز در بین عناصر بیوژنیک گنجانده شده است، به عنوان مثال، قلع، لیتیوم، کروم و برخی دیگر.

جدول 2. محتوای "فلزات زندگی" در بدن انسان

	کسر جرمی (در درصد)	وزن (بر حسب گرم / 70 کیلوگرم)
کلسیم (Ca)
سدیم (Na)
منیزیم (Mg)
آهن (آهن)
منگنز (Mn)
مولیبدن (Mo)
کبالت (شرکت)

بسته به کسر جرمی در بدن، تمام عناصر بیوژنیک به موارد زیر تقسیم می شوند:

الف) درشت مغذی ها (کسر جرمی در بدن بیش از 10-2٪ یا بیش از 7 گرم است).

ب) عناصر کمیاب (کسر جرمی در بدن کمتر از 10-2٪ یا کمتر از 7 گرم است).

عناصر ماکرو شامل تمام ارگانوژن ها، کلر و 4 "فلز حیات" هستند: منیزیم، پتاسیم، کلسیم، سدیم. آنها 99.5٪ را تشکیل می دهند که بیش از 96٪ توسط 4 عنصر (کربن، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن) تشکیل شده است. آنها اجزای اصلی همه ترکیبات آلی هستند.

عناصر کمیاب در سلول ها در مقادیر بسیار کم یافت می شوند. اینها عبارتند از روی، منگنز، مس، ید، فلوئور و غیره. اما حتی آن عناصری که در مقادیر ناچیز موجود هستند برای زندگی ضروری هستند و نمی توانند با چیزی جایگزین شوند. نقش و عملکرد بیولوژیکی این عناصر در بدن انسان بسیار متنوع است و کمبود یا بیش از حد آنها می تواند منجر به بیماری های جدی شود (به پیوست های B و D مراجعه کنید). کافی است بگوییم که حدود 200 آنزیم توسط فلزات فعال می شوند. در مجموع، حدود 70 ماده معدنی در بدن انسان شناسایی شده است که 14 عنصر کمیاب ضروری در نظر گرفته می شوند - اینها آهن، کبالت، مس، کروم، نیکل، منگنز، مولیبدن، روی، ید، قلع، فلوئور، سیلیکون، وانادیم هستند. ، سلنیوم بسیاری از عناصر کمیاب تقریباً منحصراً از طریق تغذیه میوه و سبزیجات وارد بدن می شوند. گیاهان خوراکی وحشی نیز غنی از عناصر کمیاب هستند که وقتی از لایه های عمیق استخراج می شوند، در برگ ها، گل ها و میوه ها تجمع می یابند.

2. نقش اکسیژن در بدن انسان

عملکرد اصلی اکسیژن مولکولی در بدن، اکسیداسیون ترکیبات مختلف است. همراه با هیدروژن، اکسیژن آب را تشکیل می دهد که محتوای آن در بدن یک فرد بالغ به طور متوسط ​​حدود 55-65٪ است.

اکسیژن بخشی از پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و سایر اجزای حیاتی بدن است. اکسیژن برای تنفس، اکسیداسیون چربی ها، پروتئین ها، کربوهیدرات ها، اسیدهای آمینه و بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی دیگر ضروری است.

راه معمول ورود اکسیژن به بدن از طریق ریه ها است، جایی که این عنصر زیستی به داخل خون نفوذ می کند، توسط هموگلوبین جذب می شود و یک ترکیب به راحتی تجزیه می شود - اکسی هموگلوبین، و سپس از خون وارد تمام اندام ها و بافت ها می شود. اکسیژن نیز در حالت محدود، به شکل آب وارد بدن می شود. در بافت ها، اکسیژن عمدتاً برای اکسیداسیون مواد مختلف در فرآیند متابولیسم مصرف می شود. در آینده تقریباً تمام اکسیژن به دی اکسید کربن و آب متابولیزه می شود و از طریق ریه ها و کلیه ها از بدن دفع می شود.

کاهش محتوای اکسیژن در بدن.

با تامین ناکافی بافت های بدن با اکسیژن یا نقض استفاده از آن، هیپوکسی (گرسنگی اکسیژن) ایجاد می شود.

دلایل اصلی کمبود اکسیژن:

قطع یا کاهش اکسیژن رسانی به ریه ها، کاهش فشار جزئی اکسیژن در هوای استنشاقی.

کاهش قابل توجه تعداد گلبول های قرمز یا کاهش شدید محتوای هموگلوبین در آنها.

نقض توانایی هموگلوبین برای اتصال، انتقال یا دادن اکسیژن به بافت ها.

نقض توانایی بافت ها برای استفاده از اکسیژن؛

مهار فرآیندهای ردوکس در بافت ها؛

رکود در بستر عروقی به دلیل اختلال در فعالیت قلبی، گردش خون و تنفس؛

غدد درون ریز، بری بری؛

تظاهرات اصلی کمبود اکسیژن:

در موارد حاد (با قطع کامل اکسیژن، مسمومیت حاد): از دست دادن هوشیاری، اختلال در عملکرد قسمت های بالاتر سیستم عصبی مرکزی.

در موارد مزمن: افزایش خستگی، اختلالات عملکردی سیستم عصبی مرکزی، تپش قلب و تنگی نفس با فعالیت بدنی کم، کاهش واکنش پذیری سیستم ایمنی.

دوز سمی برای انسان: سمی به شکل O 3 .

افزایش محتوای اکسیژن در بدن.

افزایش طولانی مدت در محتوای اکسیژن در بافت های بدن (هیپراکسی) ممکن است با مسمومیت با اکسیژن همراه باشد. هیپراکسی معمولا با افزایش محتوای اکسیژن در خون (هیپراکسمی) همراه است.

اثر سمی ازن و اکسیژن اضافی با تشکیل تعداد زیادی رادیکال در بافت ها مرتبط است که در نتیجه شکستن پیوندهای شیمیایی ایجاد می شود. در مقدار کمی، رادیکال ها نیز به طور معمول به عنوان محصول واسطه متابولیسم سلولی تشکیل می شوند. با بیش از حد رادیکال ها، فرآیند اکسیداسیون مواد آلی، از جمله پراکسیداسیون لیپیدی، با پوسیدگی بعدی آنها و تشکیل محصولات حاوی اکسیژن (کتون ها، الکل ها، اسیدها) آغاز می شود.

اکسیژن بخشی از مولکول های بسیاری از مواد است - از ساده ترین تا پلیمرهای پیچیده. حضور در بدن و اثر متقابل این مواد وجود حیات را تضمین می کند. به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از مولکول آب، اکسیژن تقریباً در تمام فرآیندهای بیوشیمیایی که در بدن اتفاق می‌افتد، دخیل است.

اکسیژن ضروری است، با کمبود آن، تنها بازگرداندن اکسیژن طبیعی به بدن می تواند یک درمان موثر باشد. حتی قطع کوتاه مدت (چند دقیقه) اکسیژن رسانی به بدن می تواند باعث اختلال شدید در عملکرد بدن و متعاقب آن مرگ شود.

3. نقش کربن در بدن انسان

کربن مهمترین عنصر بیوژنیک است که اساس زندگی روی زمین را تشکیل می دهد، واحد ساختاری تعداد زیادی از ترکیبات آلی در ساخت ارگانیسم ها و تضمین فعالیت حیاتی آنها (بیوپلیمرها و همچنین مواد بیولوژیکی فعال بیولوژیکی با وزن مولکولی کم - ویتامین ها) ، هورمون ها، واسطه ها و غیره). بخش قابل توجهی از انرژی مورد نیاز موجودات زنده به دلیل اکسیداسیون کربن در سلول ها تشکیل می شود. پیدایش حیات بر روی زمین در علم مدرن به عنوان فرآیند پیچیده تکامل ترکیبات کربنی در نظر گرفته می شود.

کربن با غذا وارد بدن انسان می شود (به طور معمول حدود 300 گرم در روز). محتوای کل کربن به حدود 21٪ می رسد (15 کیلوگرم در هر 70 کیلوگرم وزن کل بدن). کربن 2/3 توده عضلانی و 1/3 توده استخوانی را تشکیل می دهد. عمدتاً با هوای بازدم (دی اکسید کربن) و ادرار (اوره) از بدن دفع می شود.

عملکرد اصلی کربن تشکیل انواع ترکیبات آلی است که از این طریق تنوع زیستی، مشارکت در همه عملکردها و مظاهر موجودات زنده را تضمین می کند. در زیست مولکول ها، کربن زنجیره های پلیمری را تشکیل می دهد و محکم به هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و سایر عناصر متصل می شود. چنین نقش فیزیولوژیکی مهم کربن با این واقعیت مشخص می شود که این عنصر بخشی از تمام ترکیبات آلی است و تقریباً در تمام فرآیندهای بیوشیمیایی بدن شرکت می کند. اکسیداسیون ترکیبات کربن تحت اثر اکسیژن منجر به تشکیل آب و دی اکسید کربن می شود. این فرآیند به عنوان منبع انرژی برای بدن عمل می کند. دی اکسید کربن CO 2 (دی اکسید کربن) در فرآیند متابولیسم تشکیل می شود، محرک مرکز تنفسی است، نقش مهمی در تنظیم تنفس و گردش خون دارد.

کربن در شکل آزاد خود سمی نیست، اما بسیاری از ترکیبات آن بسیار سمی هستند. چنین ترکیباتی شامل مونوکسید کربن CO (مونوکسید کربن)، تتراکلرید کربن CCl 4، دی سولفید کربن CS 2، نمک های سیانید HCN، بنزن C 6 H 6 و غیره است. دی اکسید کربن در غلظت های بالای 10 درصد باعث اسیدوز (کاهش pH خون)، تنگی نفس و فلج مرکز تنفسی می شود.

استنشاق طولانی مدت گرد و غبار زغال سنگ می تواند منجر به آنتراکوزیس شود، بیماری همراه با رسوب گرد و غبار زغال سنگ در بافت ریه و غدد لنفاوی، تغییرات اسکلروتیک در بافت ریه. اثر سمی هیدروکربن ها و سایر ترکیبات نفتی در کارگران صنعت نفت می تواند خود را به صورت زبری پوست، پیدایش ترک ها و زخم ها و ایجاد درماتیت مزمن نشان دهد.

برای انسان، کربن می تواند به شکل مونوکسید کربن (CO) یا سیانید (CN-) سمی باشد.

4. نقش هیدروژن در بدن انسان

آب مهمترین ترکیب هیدروژنی موجود زنده است. وظایف اصلی آب به شرح زیر است:

آب که ظرفیت گرمایی ویژه بالایی دارد، دمای بدن را ثابت نگه می دارد. هنگامی که بدن بیش از حد گرم می شود، آب از سطح آن تبخیر می شود. به دلیل گرمای زیاد تبخیر، این فرآیند با صرف انرژی زیادی همراه است و در نتیجه دمای بدن کاهش می یابد. به این ترتیب تعادل حرارتی بدن حفظ می شود.

آب تعادل اسید و باز بدن را حفظ می کند. بیشتر بافت ها و اندام ها در درجه اول از آب تشکیل شده اند. رعایت تعادل کلی اسید و باز در بدن تفاوت های زیادی در مقادیر pH برای اندام ها و بافت های مختلف را رد نمی کند. یک ترکیب مهم هیدروژنی پراکسید هیدروژن H2O2 است (به طور سنتی پراکسید هیدروژن نامیده می شود). H2O2 لایه لیپیدی غشای سلولی را اکسید کرده و آن را از بین می برد.

5. نقش پتاسیم در بدن انسان

پتاسیم یک شرکت اجباری در بسیاری از فرآیندهای متابولیک است. پتاسیم در حفظ اتوماسیون انقباض عضله قلب - میوکارد مهم است. حذف یون های سدیم از سلول ها و جایگزینی آنها با یون های پتاسیم را تضمین می کند که به نوبه خود با حذف مایع اضافی از بدن همراه است.

در مقایسه با سایر محصولات پتاسیمی، زردآلو خشک، انجیر، پرتقال، نارنگی، سیب زمینی (500 گرم سیب زمینی نیاز روزانه بدن را تامین می کند)، هلو خشک، شلغم، گل رز، توت سیاه و قرمز، لینگون، توت فرنگی، هندوانه، خربزه، سویا، آلو گیلاس، خیار تازه، کلم بروکسل، گردو و فندق، جعفری، کشمش، آلو، نان چاودار، بلغور جو دوسر.

نیاز روزانه به پتاسیم برای یک بزرگسال 2-3 گرم در روز و برای یک کودک - 16-30 میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن است. حداقل دریافت پتاسیم مورد نیاز برای یک فرد در روز حدود 1 گرم است.با یک رژیم غذایی معمولی نیاز روزانه به پتاسیم به طور کامل برآورده می شود، اما نوسانات فصلی در دریافت پتاسیم نیز مشاهده می شود. بنابراین، در بهار مصرف آن کم است - حدود 3 گرم در روز، و در پاییز حداکثر مصرف 5-6 گرم در روز است.

با توجه به تمایل افراد مدرن به مصرف مقادیر زیادی نمک همراه با غذا، نیاز به پتاسیم نیز در حال افزایش است که می تواند اثرات نامطلوب سدیم اضافی را بر بدن خنثی کند.

کمبود پتاسیم دریافتی از غذا می تواند منجر به دیستروفی شود، حتی با وجود پروتئین طبیعی در رژیم غذایی. نقض متابولیسم پتاسیم در بیماری های مزمن کلیه ها و سیستم قلبی عروقی، در بیماری های دستگاه گوارش (به ویژه مواردی که با اسهال و استفراغ همراه است)، در بیماری های غدد درون ریز و سایر آسیب شناسی ها ظاهر می شود.

کمبود پتاسیم در بدن در درجه اول با اختلالات سیستم عصبی عضلانی و قلبی عروقی (خواب آلودگی، اختلال در حرکت، لرزش اندام ها، ضربان قلب آهسته) آشکار می شود. آماده سازی پتاسیم برای اهداف دارویی استفاده می شود.

پتاسیم اضافی بسیار کمتر مشاهده می شود، اما یک وضعیت بسیار خطرناک است: فلج شل اندام، تغییرات در سیستم قلبی عروقی. این وضعیت می تواند با کم آبی شدید، هیپرکورتیزولیسم همراه با اختلال در عملکرد کلیه و با وارد کردن مقدار زیادی پتاسیم به بیمار خود را نشان دهد.

گوگرد در بدن انسان جزء ضروری سلول ها، بافت های اندام، آنزیم ها، هورمون ها، به ویژه انسولین، مهم ترین آنزیم پانکراس، و اسیدهای آمینه حاوی گوگرد است. سازماندهی فضایی مولکول های پروتئین لازم برای عملکرد آنها را فراهم می کند، سلول ها، بافت ها و مسیرهای سنتز بیوشیمیایی را در برابر اکسیداسیون و کل بدن را از اثرات سمی مواد خارجی محافظت می کند. مقدار زیادی از آن در بافت های عصبی، همبند و استخوانی است. گوگرد جزء پروتئین ساختاری کلاژن است. تامین مجدد بدن با گوگرد با تغذیه مناسب انجام می شود که شامل گوشت، تخم مرغ، بلغور جو دوسر و گندم سیاه، محصولات آرد، شیر، پنیر، حبوبات و کلم است.

با وجود تعداد قابل توجهی از مطالعات، نقش گوگرد در تضمین فعالیت حیاتی بدن به طور کامل روشن نشده است. بنابراین، در حالی که هیچ توصیف بالینی واضحی از اختلالات خاص مرتبط با دریافت ناکافی گوگرد در بدن وجود ندارد. در همان زمان، اسیدوآمینوپاتی شناخته شده است - اختلالات مرتبط با متابولیسم مختل آمینو اسیدهای حاوی گوگرد (هموسیستینوری، سیستاتیونوری). همچنین ادبیات گسترده ای در رابطه با کلینیک مسمومیت حاد و مزمن با ترکیبات گوگردی وجود دارد.

تظاهرات اصلی کمبود گوگرد:

علائم بیماری کبد

· علائم بیماری های مفاصل.

علائم بیماری های پوستی؛

تظاهرات مختلف و متعدد کمبود در بدن و اختلالات متابولیک ترکیبات فعال بیولوژیکی حاوی گوگرد.

افزایش محتوای گوگرد در بدن.

در غلظت های بالای سولفید هیدروژن در هوای استنشاقی، تصویر بالینی مسمومیت بسیار سریع ایجاد می شود، تشنج، از دست دادن هوشیاری و ایست تنفسی در عرض چند دقیقه رخ می دهد. در آینده، عواقب مسمومیت می تواند با سردردهای مداوم، اختلالات روانی، فلج، اختلال در عملکرد سیستم تنفسی و دستگاه گوارش آشکار شود.

مشخص شده است که تجویز تزریقی گوگرد ریز آسیاب شده در محلول روغنی به مقدار 1-2 میلی لیتر با هیپرترمی همراه با هیپرلکوسیتوز و هیپوگلیسمی همراه است. اعتقاد بر این است که هنگام تجویز تزریقی، سمیت یون های گوگرد 200 برابر بیشتر از یون های کلرید است.

سمیت ترکیبات گوگردی که وارد دستگاه گوارش شده اند با تبدیل آنها توسط میکرو فلور روده به سولفید هیدروژن، یک ترکیب بسیار سمی، مرتبط است.

در موارد مرگ پس از مسمومیت با گوگرد در کالبد شکافی، علائم آمفیزم، التهاب مغز، آنتریت حاد کاتارال، نکروز کبد، خونریزی (پتشی) در میوکارد مشاهده می شود.

با مسمومیت مزمن (دی سولفید کربن، دی اکسید گوگرد)، اختلالات روانی، تغییرات ارگانیک و عملکردی در سیستم عصبی، ضعف عضلانی، اختلال بینایی و اختلالات مختلف فعالیت سایر سیستم های بدن مشاهده می شود.

در دهه های اخیر ترکیبات گوگرد دار (سولفیت ها) که به عنوان مواد نگهدارنده به بسیاری از غذاها، نوشیدنی های الکلی و غیر الکلی اضافه می شود، به یکی از منابع گوگرد اضافی در بدن انسان تبدیل شده است. به خصوص مقدار زیادی سولفیت در گوشت دودی، سیب زمینی، سبزیجات تازه، آبجو، سیب، سالادهای آماده، سرکه، رنگ های شراب. این احتمال وجود دارد که افزایش مصرف سولفیت ها تا حدودی مقصر افزایش بروز آسم برونش باشد. به عنوان مثال، مشخص است که 10٪ از بیماران مبتلا به آسم برونش حساسیت بیش از حد به سولفیت ها نشان می دهند (یعنی به سولفیت حساس هستند). برای کاهش اثر منفی سولفیت ها بر بدن، افزایش محتوای پنیر، تخم مرغ، گوشت چرب و مرغ در رژیم غذایی توصیه می شود.

تظاهرات اصلی گوگرد اضافی:

خارش پوست، بثورات، فورونکولوز؛

قرمزی و تورم ملتحمه؛

ظهور نقص نقطه کوچک در قرنیه؛

درد در ابروها و کره چشم، احساس شن و ماسه در چشم.

فتوفوبیا، اشک ریزش؛

ضعف عمومی، سردرد، سرگیجه، حالت تهوع؛

آب مروارید دستگاه تنفسی فوقانی، برونشیت؛

از دست دادن شنوایی

اختلالات گوارشی، اسهال، کاهش وزن؛

کم خونی

تشنج و از دست دادن هوشیاری (با مسمومیت حاد)؛

اختلالات روانی، کاهش هوش.

نقش گوگرد در بدن انسان بسیار مهم است و اختلالات متابولیسم گوگرد با آسیب شناسی های متعددی همراه است. در همین حال، درمانگاه این اختلالات به اندازه کافی توسعه نیافته است. به طور دقیق تر، تظاهرات "غیر اختصاصی" مختلف اختلالات سلامت انسان هنوز توسط پزشکان با اختلالات متابولیسم گوگرد همراه نیست.

7. نقش کلسیم در بدن انسان

کلسیم به طور مستقیم در پیچیده ترین فرآیندها مانند لخته شدن خون نقش دارد. تنظیم فرآیندهای درون سلولی؛ تنظیم نفوذپذیری غشای سلولی؛ تنظیم فرآیندهای هدایت عصبی و انقباضات عضلانی؛ حفظ فعالیت قلبی پایدار؛ تشکیل استخوان، معدنی شدن دندان ها.

کلسیم بخش مهمی از بدن است. محتوای کل آن حدود 1.4٪ (1000 گرم در هر 70 کیلوگرم وزن بدن) است. در بدن، کلسیم به طور نابرابر توزیع می شود: حدود 99٪ از مقدار آن در بافت استخوانی است و تنها 1٪ در سایر اندام ها و بافت ها یافت می شود. کلسیم از طریق روده ها و کلیه ها از بدن دفع می شود.

علاوه بر این، کمبود طولانی مدت کلسیم در غذا به طور نامطلوبی بر تحریک پذیری عضله قلب و ریتم انقباضات آن تأثیر می گذارد.

علیرغم این واقعیت که در رژیم غذایی اکثر افراد غذاهای حاوی کلسیم به اندازه کافی وجود دارد، بسیاری از افراد از کمبود کلسیم رنج می برند. دلیل آن این است که کلسیم به سختی هضم می شود.

اول از همه، لازم به ذکر است که کلسیم در طی عملیات حرارتی از بین می رود (به عنوان مثال، هنگام پختن سبزیجات - 25٪). اگر آبی که سبزیجات در آن پخته شده مصرف شود، از دست دادن کلسیم ناچیز خواهد بود.

همچنین باید به خاطر داشت که جذب کلسیم در روده توسط اسید فیتیک که بیشتر در نان چاودار وجود دارد و اسید اگزالیک که در خاکشیر و کاکائو به وفور یافت می شود، مختل می شود. استفاده از کلسیم توسط غذاهای غنی از چربی دشوار است. "دشمنان" کلسیم شکر نیشکر، شکلات و کاکائو هستند.

تظاهرات اصلی کمبود کلسیم.

عواقب کمبود کلسیم می تواند در سطح کل ارگانیسم و ​​سیستم های فردی آن ظاهر شود:

ضعف عمومی، افزایش خستگی؛

درد، گرفتگی عضلات

درد استخوان، اختلال در راه رفتن؛

نقض فرآیندهای رشد؛

هیپوکلسمی، هیپوکلسینوز؛

کلسیفیکاسیون اسکلتی، استئوآرتریت تغییر شکل، پوکی استخوان، تغییر شکل مهره ها، شکستگی استخوان؛

· بیماری سنگ کلیه؛

بیماری کاشین بک؛

اختلالات ایمنی؛

کاهش لخته شدن خون، خونریزی.

افزایش محتوای کلسیم در بدن.

اثر سمی کلسیم تنها با استفاده طولانی مدت و معمولاً در افرادی که متابولیسم این عنصر زیستی مختل شده است (مثلاً با پرکاری پاراتیروئید) آشکار می شود. مسمومیت می تواند با مصرف منظم بیش از 2.5 گرم کلسیم در روز رخ دهد.

تظاهرات اصلی کلسیم اضافی:

سرکوب تحریک پذیری ماهیچه های اسکلتی و رشته های عصبی؛

کاهش تون عضلات صاف؛

هیپرکلسمی، افزایش کلسیم در پلاسمای خون؛

افزایش اسیدیته آب معده، گاستریت هیپراسید، زخم معده؛

کلسینوز، رسوب کلسیم در اندام ها و بافت ها (در پوست و بافت زیر جلدی، بافت همبند در امتداد فاسیا، تاندون ها، آپونوروزها، عضلات، دیواره رگ های خونی، اعصاب).

برادی کاردی، آنژین صدری؛

نقرس، کلسیفیکاسیون کانون های سل و غیره؛

افزایش محتوای نمک های کلسیم در ادرار؛

نفروکلسینوز، بیماری سنگ کلیه؛

افزایش لخته شدن خون؛

افزایش خطر ابتلا به اختلال عملکرد تیروئید و غدد پاراتیروئید، تیروئیدیت خود ایمنی؛

جابجایی فسفر، منیزیم، روی، آهن از بدن.

راحت ترین کلسیم شیر و لبنیات (به استثنای کره) در ترکیب با سبزیجات و میوه ها است. برای رفع نیاز روزانه 0.5 لیتر شیر یا 100 گرم پنیر کافی است. به هر حال، شیر نه تنها منبع عالی کلسیم است، بلکه باعث جذب کلسیم موجود در سایر محصولات نیز می شود.

وجود ویتامین D در رژیم غذایی برای جذب کلسیم بسیار مهم است که عملکرد مواد مختلف ضد کلسیم را خنثی می کند و تنظیم کننده متابولیسم فسفر- کلسیم است.

اکسیژن ارگانوژن بیولوژیکی شیمیایی

نتیجه

همه موجودات زنده در تماس نزدیک با محیط هستند. زندگی نیاز به متابولیسم ثابت در بدن دارد. دریافت عناصر شیمیایی در بدن با غذا و آب مصرفی تسهیل می شود. بدن از 60 درصد آب، 34 درصد مواد آلی و 6 درصد غیر آلی تشکیل شده است. اجزای اصلی مواد آلی عبارتند از C، H، O. آنها همچنین شامل N، P، S هستند. ترکیب مواد معدنی لزوماً شامل 22 عنصر شیمیایی است (جدول شماره 1 را ببینید). به عنوان مثال، اگر وزن یک فرد 70 کیلوگرم است، آنگاه حاوی (بر حسب گرم) است: کلسیم - 1700، K - 250، Na -70، Mg - 42، Fe - 5، روی - 3. فلزات 2.1 کیلوگرم هستند. محتوای موجود در بدن عناصر گروه های IIIA-VIA که به صورت کووالانسی به بخش آلی مولکول ها متصل می شوند، با افزایش بار هسته اتم های این گروه از سیستم تناوبی D.I. مندلیف کاهش می یابد.

وضعیت فعلی دانش در مورد نقش بیولوژیکی عناصر را می توان به عنوان یک لمس سطحی بر این مشکل توصیف کرد. داده های واقعی زیادی در مورد محتوای عناصر در اجزای مختلف بیوسفر، پاسخ های بدن به کمبود و بیش از حد آنها انباشته شده است. نقشه های پهنه بندی بیوژئوشیمیایی و استان های بیوژئوشیمیایی تهیه شد. اما هیچ نظریه کلی با توجه به عملکرد، مکانیسم عمل و نقش عناصر ریز در بیوسفر وجود ندارد.

عناصر کمیاب معمولی، زمانی که غلظت آنها در بدن از غلظت زیستی بیشتر شود، اثر سمی بر بدن از خود نشان می دهند. عناصر سمی در غلظت های بسیار کم اثر مضری بر گیاهان و جانوران ندارند. به عنوان مثال، آرسنیک در غلظت های ریز دارای یک اثر تحریک کننده زیستی است. بنابراین، هیچ عنصر سمی وجود ندارد، اما دوزهای سمی وجود دارد. بنابراین، دوزهای کوچک یک عنصر دارو است، دوزهای بزرگ سم است. "همه چیز سم است و هیچ چیز خالی از سم نیست، فقط یک دوز سم را نامرئی می کند" - پاراسلسوس. جا دارد این جمله رودکی شاعر تاجیک را یادآوری کنیم: «آنچه امروز به دارو معروف است، فردا سم می‌شود».

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Avtsyn A.P.، Zhavoronkov A.A. و سایر عناصر کمیاب انسان. -م.: پزشکی، 1370. -496 ص.

Ershov Yu.A.، Popkov V.A.، Berlyand A.S.، Knizhnik A.Z.، Mikhailichenko N.I. شیمی عمومی. شیمی بیوفیزیکی شیمی عناصر بیوژنیک -م.: دبیرستان، 1372. -560 ص.

Ershov Yu.A.، Pletneva T.V. مکانیسم اثر سمی ترکیبات معدنی. -م.: پزشکی، 1989. -272 ص.

ژولنین A.V. ترکیبات پیچیده چلیابینسک: ChGMA، 2000. -28 ص.

Bingham FG، Costa M.، Eichenberg E. و همکاران برخی از سوالات سمیت یون های فلزی. -م.: پزشکی، 1372. -368 ص.

Fremantle M. شیمی در عمل. -م.: میر، 1370. ج2، 620 ص.

هیوز M. شیمی معدنی فرآیندهای بیولوژیکی. -م.: میر، 1983. - 416 ص.

ژولنین A.V.، Arbuzina R.F.، Konstanz E.V.، Rylnikova G.I. راهنمای روش برای مطالعات آزمایشگاهی در شیمی عمومی. قسمت دوم. -Chelyabinsk: ChGMA، 1993 -176 p.

جذب درونی /زیر. ویرایش پروفسور در. بلیاکوا. مرکز فناوری جذب - ل.، 1991. - 336 ص.

ما به نقش فلزات توجه زیادی داشتیم. با این حال، باید در نظر داشت که برخی از غیر فلزات نیز برای عملکرد بدن کاملا ضروری هستند.

سیلیکون

سیلیکون نیز یک عنصر کمیاب ضروری است. این موضوع با مطالعه دقیق تغذیه موش‌ها با استفاده از رژیم‌های غذایی مختلف تأیید شده است. هنگامی که متاسیلیکات سدیم (Na2(SiO)3. 9H2O) به رژیم غذایی آنها اضافه شد (50 میلی گرم در 100 گرم) موش ها به طور قابل توجهی وزن اضافه کردند. جوجه ها و موش ها برای رشد و نمو اسکلت به سیلیکون نیاز دارند. کمبود سیلیکون منجر به نقض ساختار استخوان ها و بافت همبند می شود. همانطور که مشخص شد، سیلیکون در مناطقی از استخوان وجود دارد که در آن کلسیفیکاسیون فعال رخ می دهد، به عنوان مثال، در سلول های استخوان ساز، استئوبلاست ها. با افزایش سن، غلظت سیلیکون در سلول ها کاهش می یابد.

اطلاعات کمی در مورد فرآیندهایی که سیلیکون در سیستم های زنده درگیر می شود، وجود دارد. در آنجا به شکل اسید سیلیسیک است و احتمالاً در پیوند متقابل کربنها شرکت می کند. در انسان، اسید هیالورونیک بند ناف غنی‌ترین منبع سیلیکون است. این حاوی 1.53 میلی گرم سیلیکون آزاد و 0.36 میلی گرم سیلیکون در هر گرم است.

سلنیوم

کمبود سلنیوم باعث مرگ سلول های عضلانی می شود و منجر به نارسایی عضلانی، به ویژه نارسایی قلبی می شود. بررسی بیوشیمیایی این شرایط منجر به کشف آنزیم گلوتاتیون پراکسیداز شد که پراکسیدها را از بین می برد، کمبود سلنیوم منجر به کاهش غلظت این آنزیم می شود که به نوبه خود باعث اکسیداسیون لیپیدها می شود. توانایی سلنیوم در محافظت در برابر مسمومیت با جیوه به خوبی شناخته شده است. این واقعیت بسیار کمتر شناخته شده است که بین سلنیوم رژیم غذایی بالا و مرگ و میر کم سرطان همبستگی وجود دارد. سلنیوم در رژیم غذایی انسان به میزان 55110 میلی گرم در سال و غلظت سلنیوم در خون 0.09 0.29 میکروگرم بر سانتی متر است. هنگامی که به صورت خوراکی مصرف شود، سلنیوم در کبد و کلیه ها متمرکز می شود. نمونه دیگری از اثر محافظتی سلنیوم در برابر مسمومیت با فلزات سبک، توانایی آن در محافظت در برابر مسمومیت توسط ترکیبات کادمیوم است. معلوم شد که مانند جیوه، سلنیوم این یون‌های سمی را مجبور می‌کند تا به مراکز فعال یونی متصل شوند، به مراکزی که تحت تأثیر اثر سمی آنها قرار نمی‌گیرند.

آرسنیک

با وجود اثرات سمی شناخته شده آرسنیک و ترکیبات آن، شواهد قابل اعتمادی وجود دارد که نشان می دهد کمبود آرسنیک منجر به کاهش باروری و مهار رشد می شود و افزودن آرسنیت سدیم به غذا منجر به افزایش سرعت رشد در انسان.

کلر و برم

آنیون های هالوژن از این جهت که آنیون های هالوژن ساده هستند و آنیون های اکسو نیستند با بقیه تفاوت دارند. کلر بسیار گسترده است، قادر به عبور از غشا است و نقش مهمی در حفظ تعادل اسمزی دارد. کلر به صورت اسید هیدروکلریک در شیره معده وجود دارد. غلظت اسید کلریدریک در شیره معده انسان 0.4-0.5٪ است.

تردیدهایی در مورد نقش برم به عنوان یک عنصر کمیاب وجود دارد، اگرچه اثر آرام بخش آن به طور قابل اعتماد شناخته شده است.

فلوئور

فلوئور برای رشد طبیعی کاملا ضروری است و کمبود آن منجر به کم خونی می شود. توجه زیادی به متابولیسم فلوراید در ارتباط با مشکل پوسیدگی دندان شده است، زیرا فلوراید از دندان ها در برابر پوسیدگی محافظت می کند.

پوسیدگی دندان با جزئیات کافی مورد مطالعه قرار گرفته است. با ایجاد لکه روی سطح دندان شروع می شود. اسیدهای تولید شده توسط باکتری ها مینای دندان را در زیر لکه حل می کند، اما به طرز عجیبی، نه از سطح آن. اغلب سطح بالایی دست نخورده باقی می ماند تا زمانی که نواحی زیر آن به طور کامل از بین بروند. فرض بر این است که در این مرحله، یون فلوراید می تواند تشکیل اشتها را تسهیل کند. بنابراین، بازسازی مجدد آسیبی که شروع شده است انجام می شود.

فلوراید برای جلوگیری از آسیب به مینای دندان استفاده می شود. فلوراید را می توان به خمیر دندان اضافه کرد یا مستقیماً روی دندان ها اعمال کرد. غلظت فلوراید مورد نیاز برای جلوگیری از پوسیدگی در آب آشامیدنی حدود 1 میلی گرم در لیتر است، اما میزان مصرف تنها به این بستگی ندارد. استفاده از غلظت های بالای فلوراید (بیش از 8 میلی گرم در لیتر) می تواند بر فرآیندهای تعادل ظریف تشکیل بافت استخوان تأثیر منفی بگذارد. جذب بیش از حد فلوراید منجر به فلوئوروزیس می شود. فلوئوروزیس منجر به اختلال در عملکرد غده تیروئید، مهار رشد و آسیب کلیه می شود. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض فلوراید در بدن منجر به معدنی شدن بدن می شود. در نتیجه، استخوان ها تغییر شکل می دهند، که حتی می توانند با هم رشد کنند و رباط ها کلسیفیه می شوند.

ید

نقش فیزیولوژیکی اصلی ید مشارکت در متابولیسم غده تیروئید و هورمون های ذاتی آن است. توانایی غده تیروئید برای تجمع ید نیز در غدد بزاقی و پستانی ذاتی است. و همچنین برخی از اندام های دیگر. اما در حال حاضر اعتقاد بر این است که ید تنها در زندگی غده تیروئید نقش اصلی را ایفا می کند.

کمبود ید منجر به علائم مشخصی می شود: ضعف، زردی پوست، احساس سرما و خشکی. درمان با هورمون تیروئید یا ید این علائم را از بین می برد. کمبود هورمون های تیروئید می تواند منجر به بزرگ شدن غده تیروئید شود. در موارد نادر (در بدن ترکیبات مختلفی که در جذب ید اختلال ایجاد می کنند، مانند تیوسیانات یا عامل ضد تیروئید گواترین که در انواع مختلف کلم یافت می شود)، گواتر ایجاد می شود. کمبود ید به ویژه بر سلامت کودکان تأثیر زیادی دارد، آنها در رشد جسمی و ذهنی عقب هستند. رژیم غذایی کمبود ید در دوران بارداری منجر به تولد کودکان کم کاری تیروئید (کرتین) می شود.

هورمون تیروئید اضافی منجر به خستگی، عصبی بودن، لرزش، کاهش وزن و تعریق بیش از حد می شود. این با افزایش فعالیت پراکسیداز و در نتیجه با افزایش یداسیون تیروگلوبولین همراه است. هورمون های بیش از حد می تواند نتیجه تومور تیروئید باشد. در درمان از ایزوتوپ های رادیواکتیو ید استفاده می شود که به راحتی توسط سلول های غده تیروئید جذب می شود.

غیر فلزات-ارگانوژن ها (O، C، H، N، P، S)، و همچنین هالوژن ها، چرخه های اصلی بیوژئوشیمیایی طبیعت را تشکیل می دهند. ترکیبات معدنی ساده این غیر فلزات (H2O,CO,CO2,NH3,NO2,SO2,H2SO4,H3PO4 و غیره) از مواد زائد انسان و حیوانات هستند. قطعات این چرخه ها تبدیل برخی از ترکیبات ارگانوژن به ترکیبات دیگر با مشارکت انواع مختلف باکتری است، به عنوان مثال، در خاک، انتقال H2 → H2 O، CO → CO2، N2 → NH3، NH3 → NO2، NO3. - → NO2، NO3 - → NH3، S → S2 O3 2- → SO2 → SO4 2- . با چیدمان عناصر آلی به ترتیب نزولی محتوای آنها (بر حسب وزنی درصد)، به دست می آوریم: O > C > H > N > P > S. با توجه به این سری، و نه جذابیت سنتی برای گروه های سیستم تناوبی، ما خواص غیر فلزات - ارگانوژن ها را در نظر خواهد گرفت.

4.1. اکسیژن

اکسیژن عنصری است که حیات روی زمین را حفظ می کند. جو حاوی حدود 20.8 درصد اکسیژن است. اجزای فولادی هوا عبارتند از: نیتروژن غالب N2 (78.08٪)، و همچنین 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٪). لازم به ذکر است که محتوای

با وجود تمام فرآیندهای اکسیداتیو تنفس و احتراق که روی زمین اتفاق می‌افتد، اکسیژن در جو به طرز شگفت‌آوری ثابت می‌ماند. عامل اصلی حفظ ثبات محتوای اکسیژن در جو زمین فتوسنتز است و سهم اصلی را نه گیاهان سبز زمینی، بلکه پلانکتون ها و جلبک های اقیانوس های جهان انجام می دهند که حدود 80 درصد از اکسیژن آزاد شده را تشکیل می دهند. به طور کلی، زندگی روی زمین فقط در محدوده نسبتاً باریکی از محتوای اکسیژن در جو امکان پذیر است: از 13 تا 30٪. در محتوای اکسیژن کمتر از 13٪، موجودات هوازی (یعنی با استفاده از اکسیژن در زندگی خود) می میرند، و در بالاتر از 30٪، فرآیندهای اکسیداسیون و احتراق آنقدر شدید است که حتی یک پارچه خیس نیز می تواند آتش بگیرد. اولین برخورد صاعقه همه چیز روی زمین را خاکستر کرد.

برای بسیاری از موجودات زنده، بخش مهمی از متابولیسم (متابولیسم) چرخه تنفسی است که منجر به تشکیل سریع بسیاری از مواد می شود. بنابراین، در هوای بازدمی، علاوه بر CO2، مقادیر کمی حاوی هیدروکربن، الکل، آمونیاک، اسید فرمیک HCOOH، اسید استیک CH3 COOH، فرمالدئید HCHO، گاهی اوقات استون (CH3) 2 CO است. هنگامی که فردی در ارتفاع 10 کیلومتری در هوای کمیاب تنفس می کند، به دلیل کمبود اکسیژن در آن، محتوای آمونیاک، آمین ها، فنل، استون در مخلوط بازدم گازها به شدت افزایش می یابد و حتی سولفید هیدروژن ظاهر می شود.

بدون اکسیژن، فرآیندهای متعدد و بسیار مهم زندگی، به ویژه تنفس، غیرممکن است. فقط تعداد کمی از گیاهان و ساده ترین حیوانات می توانند بدون اکسیژن کار کنند و بنابراین بی هوازی نامیده می شوند. در موجودات زنده، اکسیژن صرف اکسیداسیون مواد مختلف می شود و فرآیند اصلی واکنش اکسیژن با اتم های هیدروژن برای تشکیل آب است که در نتیجه مقدار قابل توجهی انرژی آزاد می شود. موجودات هوازی نیز با اکسید کردن مواد مغذی در سلول‌ها و بافت‌ها به CO2، H2O، انرژی دریافت می‌کنند.

(NH2)2CO.

در طول تنفس طبیعی، اکسیژن مولکولی وارد شده به ریه ها به آب کاهش می یابد: O2 + 4H+ + 4e 2H2 O، و یون های H+ همراه با الکترون ها آزاد می شوند زمانی که بستر آلی بدن اتم های H را از دست می دهد: [ بستر (4H)] → 4H + بستر → 4H + + 4e + بستر. در پاتولوژی، بهبودی ناقص رخ می دهد: O2 + 2H + + 2e H2 O2 یا O2 + e O2 -. این رادیکال نامیده می شود

رادیکال سوپراکسید (SOP) است. زمانی که سلول‌هایی را که خارج از کنترل رشد می‌کنند از بین می‌برد، می‌تواند مفید باشد، اما زمانی که غشای سلولی سلول‌های سالم مورد نیاز بدن را از بین می‌برد، می‌تواند بسیار سمی باشد. علاوه بر این، اثر مضر COP این است که آنزیم ها را غیرفعال می کند، پلی ساکاریدها را پلیمریزه می کند و باعث شکستگی های منفرد در ساختار DNA می شود. هر ماده ای از ارگانیسم با پتانسیل مناسب می تواند در کاهش متوسط ​​آهسته تک الکترونی O2 به COP شرکت کند. در این حالت H2 O2 تشکیل می شود که در مرحله بعدی احیای یک الکترونی یک رادیکال هیدروکسید بسیار واکنش پذیر OH می دهد که به سرعت هر ماده سلولی را اکسید می کند. مولکول آبگریز O2 به راحتی از طریق غشاهای لیپیدی آبگریز وارد سلول می شود و شروع به اکسید کردن مواد آلی به رادیکال های O2 - و OH می کند. این رادیکال های قطبی در سلول "قفل" شده اند، زیرا نمی توانند از طریق غشای سلولی بازگردند. برای بازپرداخت "تهاجمی" آنها آنزیم های ویژه سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز و پراکسیداز هستند. علاوه بر این، مواد کم مولکولی - آنتی اکسیدان ها (به عنوان مثال، ویتامین های A و E) وجود دارد که به طور غیر آنزیمی این ذرات خطرناک را خنثی می کنند. به عنوان مثال، COP نیز به طور فعال توسط یون های Fe(3+) متصل می شود. گاهی اوقات جداسازی COP مفید است، به عنوان مثال، آنتی‌بیوتیک‌های ضد تومور (بلئومایسین) با یون‌های فلزی منگنز + مجتمع تشکیل می‌دهند که کاهش سریع O2 به COP را کاتالیز می‌کند که DNA را در تومور از بین می‌برد.

اصلاح آلوتروپیک اکسیژن - ازن O3. در جو، ازن با واکنش فتوشیمیایی O2 + O → hν → O3 و اکسیژن فعال اتمی نیز در اثر واکنش NO + O2 → NO2 + O تشکیل می شود. اثر مفید ازن در جو در این واقعیت نهفته است که ازن نه تنها بخش فعال بیولوژیکی و در نتیجه خطرناک تابش فرابنفش خورشید را جذب می کند، بلکه در شکل گیری رژیم حرارتی سطح سیاره ما نیز شرکت می کند. گرمای خروجی از زمین را در فواصل طیفی ("پنجره های شفاف") که CO2 و H2O این گرما را ضعیف جذب می کنند، به دام می اندازد. ازن برای انسان بسیار سمی است. حداکثر غلظت مجاز آن (MAC) در هوا 0.5 میلی گرم بر متر مکعب است. ازن ساختار ریه ها را تغییر می دهد و عملکرد آنها را مهار می کند و در نتیجه مقاومت در برابر بیماری های تنفسی را کاهش می دهد. ازن به عنوان قوی ترین عامل اکسید کننده (در جایگاه دوم پس از فلوئور)، اسیدهای آمینه و آنزیم های حاوی گوگرد را به شدت اکسید می کند.

(سیستئین HSCH2 CH(NH2)COOH، متیونین CH3 SCH2 CH2 CH(NH2)COOH، همچنین تریپتوفان C8 H6 NCH2 CH(NH2)COOH، هیستیدین C3 H3 N2 CH(NH2)COOH، تیروزین CH2H6HN4 COOH .

بنابراین، اکسیژن مولکولی O2 برای موجودات زنده سمی نیست، بر خلاف سایر اشکال: ازن O3، مولکول O2 برانگیخته، رادیکال OH، O اتمی، رادیکال HO2، COP O2 - .

4.2. کربن

کربن از نظر محتوای موجود در بدن (21 درصد) و اهمیت آن برای موجودات زنده یکی از مهمترین ارگانوژنها است. از آنجایی که این راهنما به طور خاص به شیمی بیوان آلی اختصاص داده شده است، ما به ترکیبات آلی حیات وحش که موضوع مطالعه شیمی زیست آلی است، نمی پردازیم. ساده ترین ترکیبات کربن، به عنوان مثال، کربن آزاد به شکل دوده و اکسید آن، برای انسان سمی هستند. تماس طولانی مدت با دوده یا گرد و غبار زغال سنگ باعث سرطان پوست می شود («بیماری دودکش» که قبلاً نامیده می شد). کوچکترین گرد و غبار زغال سنگ باعث تغییر در ساختار ریه ها و در نتیجه اختلال در عملکرد آنها می شود. اکسید CO بسیار سمی است که اثر سمی آن ناشی از این واقعیت است که CO 10 3 برابر راحت تر از اکسیژن به هموگلوبین خون متصل می شود و بنابراین باعث خفگی می شود.

دی اکسید کربن CO2 در بیوسفر به عنوان محصولی از تنفس و محصولات اکسیداسیون وجود دارد. انتشار سالانه CO و CO2 در جو 2108 و 9109 تن است.

به ترتیب (برای مقایسه، آزادسازی هیدروکربن ها 8107 تن در سال است). CO2 کمی در آب محلول است، بنابراین وجود آن در سیالات زیستی ناچیز است. با این حال، یک واکنش آنزیمی مهم CO2 + Cl- + H2 O → HCO3 - + H + + Cl- در معده انجام می شود که در نتیجه پروتئین ها در یک محیط اسیدی تجزیه می شوند. توجه داشته باشید که بدون آنزیم، این واکنش در جهت مخالف پیش می رود.

4.3. هیدروژن

هیدروژن در طبیعت به شکل آب و ترکیبات آلی متعدد وجود دارد (جدول 1). آب محیط اصلی زندگی یک موجود زنده است. بیشتر مواد درگیر در فرآیندهای متابولیک را حل می کند. محتوای آب در اندام ها و بافت های بدن بسیار زیاد است:

جدول 3

بافت، اندام، زیست
مایع
مغز
نخاع
شیره معده
پلاسمای خون
مایع اشک آور

محیط فیزیولوژیکی برای انسان محلول 0.9% NaCl است. آب گرمای ویژه بالایی دارد و به دلیل تبادل حرارت آهسته با محیط، دمای بدن را ثابت نگه می دارد. هنگامی که بیش از حد گرم می شود، آب از سطح بدن تبخیر می شود. به دلیل گرمای زیاد تبخیر آب، این فرآیند با هزینه های انرژی همراه است و دمای بدن کاهش می یابد. در محیط آبی به دلیل سیستم های بافری (کربنات، فسفات و هموگلوبین) تعادل اسیدی و باز بدن حفظ می شود.

همانطور که از جدول 3 مشاهده می شود، میانگین pH بدن مطابق با pH سالین است و از 6.8 تا 7.4 متغیر است. با این حال، اندام ها و بافت های فردی ممکن است مقادیر pH داشته باشند که بسیار متفاوت از فیزیولوژیکی است. بنابراین، در معده، اسیدیته بالا است و pH آن 0.9 - 1.1 است. این امر ضروری است تا تحت تأثیر آنزیم پپسین که در محیط اسیدی فعال است، پپتیدهای جزء پروتئینی غذا جدا شوند. صفرا واکنش کمی قلیایی دارد (pH 7.5 - 8.5) که برای هیدرولیز قلیایی چربی ها ضروری است.

4.4. نیتروژن

نیتروژن در موجودات زنده به شکل انواع ترکیبات آلی وجود دارد: اسیدهای آمینه، پپتیدها، بازهای پورین و غیره، و همچنین به صورت N2 آزاد که از هوای استنشاقی می آید. چرخه نیتروژن در طبیعت ارتباط نزدیکی دارد

ژئوسفر و بیوسفر را می نامد و وحدت آنها را تأیید می کند. باکتری های زیادی وجود دارند که به راحتی می توانند یک ترکیب نیتروژن را به دیگری تبدیل کنند و با تغییر در حالت اکسیداسیون نیتروژن. بنابراین، به عنوان مثال، اگر در فناوری، سنتز آمونیاک در شرایط سخت انجام شود، در بیوسفر اتصال N 2 اتمسفر و تبدیل آن به NH3 به روش آنزیمی آسان تر با مشارکت نیتروژناز انجام می شود:

N2 + 16ATP + 8e + 8H+ 2NH3 +16ADP +16[Р در فسفات های معدنی] +Н2، که در آن ATP و ADP به ترتیب آدنوزین تری فسفات و آدنوزین دی فسفات هستند و اعتقاد بر این است که ATP اصلی به شکل یک کمپلکس با Mg. میکروارگانیسم های دخیل در این واکنش در گره های ریشه برخی از گیاهان و همچنین وجود دارند

V جلبک سبز آبی رنگ. آنزیم نیتروژناز که حاوی پروتئین و همچنین مو و آهن است فقط در شرایط بی هوازی فعال است. مطالعات نشان داده است که هنگام بازیابی

وقتی N2 به NH3 کاهش می یابد، NH=NH و NH2 -NH2 تشکیل نمی شود. این نشان می دهد که احتمالاً 2 مرکز فعال روی آنزیم وجود دارد: در یکی، مولکول نیتروژن شکافته شده است، و در دیگری، اتم H هماهنگ شده است. دگرگونی های متقابل دیگری نیز در طبیعت رخ می دهد.

ترکیبات نیتروژن: نیتریفیکاسیون یا اکسیداسیون NH3 به NO2 و همچنین کاهش یون نیترات از کودها تحت تأثیر آنزیم های گیاهی یا باکتری های بی هوازی.

ری به NO2 یا حتی به NH3. ترکیبات نیتروژن غیر آلی معمولا سمی هستند

ny، به استثنای یک ماده ساده N2 و مقادیر کمی از N2 O. هر سال ~ 5107 تن اکسیدهای مختلف نیتروژن NOx و ~ 107 تن دیگر ترکیبات نیتروژن در جو منتشر می شود. مولکول NO، با توجه به مفاهیم مدرن، علیرغم ظاهر

دشواری تشکیل آن از مواد ساده به مقدار زیاد در جو وجود دارد. اعتقاد بر این است که تا 7107 تن N2 اتمسفر در سال در نتیجه فرآیندهای با دمای بالا مانند احتراق صنعتی و حمل و نقل با O2 واکنش می دهد. نشان داده شده است که اکسیدهای نیتروژن، مانند ازن، قادر به تعامل با محصولات احتراق ناقص سوخت با تشکیل جریان بالا هستند.

پروکسونیترات سینوسی RCOOONO2. تحت تأثیر تابش خورشید در اتمسفر فوقانی، واکنش های فتوشیمیایی با مشارکت NOx رخ می دهد که توسط ذرات غبار جامد موجود در آنجا کاتالیز می شود. NO در بدن انسان

طبق واکنش به مقدار ~ 100 میلی گرم در روز از آرژنین تشکیل می شود: NH \u003d C (NH2) - NH (CH2) 3 CH (NH2) COOH + 3 / 2O2 → آنزیم NO- سنتتاز → H2 NCONH (CH2) ) 3 CH (NH2) COOH + 2NO + H2 O. شناخته شده است که مولکول های NO می توانند به سلول های دیواره رگ های خونی نفوذ کنند و جریان خون را تنظیم کنند. علاوه بر این، NO ترشح انسولین، فیلتراسیون کلیه و فرآیندهای ترمیمی را کنترل می کند

V بافت ها و غیره. بنابراین، NO یک مولکول دو وجهی است که اثرات سمی و بدون شک مفیدی از خود نشان می دهد. به عنوان مثال، هنگام مصرف یک داروی رایج قلبی مانند نیتروگلیسیرین، با تشکیل آن هیدرولیز می شود.یون نیترات که توسط هموگلوبین آهن به NO کاهش می یابد و سپس NO است که باعث شل شدن عضلات صاف عروق می شود. سایر اکسیدهای نیتروژن

NO2 و N2 O3 بسیار سمی هستند و می توانند باعث خفگی و ادم ریوی شوند. یون نیتریت NO2 - به ویژه سمی است، زیرا متهموگلوبین را اکسید می کند و روند انتقال O2 در بدن را مختل می کند. علاوه بر این، یون نیتریت نیتروزامین سرطان زا را در معده تشکیل می دهد. با این حال، NaNO2 قبلا به عنوان یک گشادکننده عروق برای آنژین صدری و وازواسپاسم مغزی استفاده می شد. اخیراً به دلیل سمیت غیرقابل شک آن، NaNO2 کنار گذاشته شد و نیتروگلیسیرین یا نیتروسوربات جایگزین آن شد.

که این عوارض را ندارند. استنشاق بخارات آمونیاک NH3 در مقادیر زیاد مضر است، زیرا آمونیاک یک محیط قلیایی قوی در سطح غشاهای مخاطی حنجره و ریه ها ایجاد می کند که باعث تحریک و تورم می شود.

علاوه بر این، مولکول های کوچک NH3 به راحتی به غشای سلولی نفوذ می کنند و با لیگاندهای زیادی در هماهنگی با یون های فلزی رقابت می کنند.