Metaller och icke-metaller i mänskligt liv. Biogena element i människokroppen.Biologisk roll för metaller och icke-metaller

Icke-metaller som spårämnen.

Vi ägnade stor uppmärksamhet åt metallernas roll. Det måste dock tas med i beräkningen att vissa icke-metaller också är absolut nödvändiga för kroppens funktion.

KISEL

Kisel är också ett viktigt spårämne. Detta har bekräftats av noggranna studier av råttnäring med olika dieter. Råttor gick upp märkbart i vikt när de fick tillskott av natriummetasilikat (Na2(SiO)3. 9H2O) i sin kost (50 mg per 100 g). Kycklingar och råttor behöver kisel för tillväxt och skelettutveckling. Brist på kisel leder till störningar av strukturen hos ben och bindväv. Som det visade sig finns kisel i de områden av benet där aktiv förkalkning sker, till exempel i benbildande celler, osteoblaster. Med åldern minskar koncentrationen av kisel i cellerna.

Lite är känt om de processer där kisel är involverat i levande system. Där finns den i form av kiselsyra och deltar troligen i koltvärbindningsreaktioner. Hos människor visade sig den rikaste källan till kisel vara hyaluronsyra från navelsträngen. Det innehåller 1,53 mg gratis och 0,36 mg bundet kisel per gram.

SELEN

Selenbrist orsakar muskelcellsdöd och leder till muskelsvikt, i synnerhet hjärtsvikt. Biokemiska studier av dessa tillstånd ledde till upptäckten av enzymet glutationperoxidas, som förstör peroxider.Brist på selen leder till en minskning av koncentrationen av detta enzym, vilket i sin tur orsakar lipidoxidation. Selens förmåga att skydda mot kvicksilverförgiftning är välkänd. Mycket mindre känt är det faktum att det finns ett samband mellan högt selen i kosten och låg cancerdödlighet. Selen ingår i människans kost i mängder 55 110 mg per år, och koncentrationen av selen i blodet är 0,09 0,29 ug/cm. När det tas oralt koncentreras selen i levern och njurarna. Ett annat exempel på selens skyddande effekt mot berusning av lättmetaller är dess förmåga att skydda mot förgiftning av kadmiumföreningar. Det visade sig att, precis som i fallet med kvicksilver, tvingar selen dessa giftiga joner att binda till jonaktiva centra, de som inte påverkas av deras toxiska effekt.

ARSENIK

Trots de välkända toxiska effekterna av arsenik och dess föreningar finns det tillförlitliga bevis för att arsenikbrist leder till en minskning av fertilitet och tillväxthämning, och tillsatsen av natriumarsenit till mat ledde till en ökning av mänsklig tillväxthastighet.

KLOR och BROM

Halogenanjonerna skiljer sig från andra genom att de är enkla anjoner snarare än oxoanjoner. Klor är extremt utbrett, det kan passera genom membranet och spelar en viktig roll för att upprätthålla osmotisk balans. Klor finns i form av saltsyra i magsaft. Koncentrationen av saltsyra i mänsklig magsaft är 0,4-0,5%. Det finns vissa tvivel om broms roll som spårämne, även om dess lugnande effekt är tillförlitligt känd.

FLUOR

Fluor är absolut nödvändigt för normal tillväxt, och dess brist leder till anemi. Mycket uppmärksamhet har ägnats omsättningen av fluor i samband med problemet med karies, eftersom fluor skyddar tänderna från karies.Tandkaries har studerats tillräckligt ingående. Det börjar med bildandet av en fläck på ytan av tanden. Syror som produceras av bakterier löser upp tandemaljen under fläcken, men konstigt nog inte från dess yta. Ofta förblir den övre ytan intakt tills områdena under är helt förstörda. Det antas att fluoridjonen i detta skede kan underlätta bildningen av apatit. På så sätt remineliseras den påbörjade skadan.

Fluor används för att förhindra förstörelse av tandemaljen. Du kan lägga till fluor i tandkrämen eller direktbehandla dina tänder med det. Den koncentration av fluor som krävs för att förebygga karies i dricksvatten är ca 1 mg/l, men konsumtionsnivån beror inte bara på detta. Applicering av höga koncentrationer av fluor (mer än 8 mg/l) kan negativt påverka de känsliga jämviktsprocesserna vid benbildning. Överdriven absorption av fluor leder till fluoros. Fluor leder till dysfunktion i sköldkörteln, tillväxthämning och njurskador. Långvarig exponering för fluor i kroppen leder till mineralisering av kroppen. Som ett resultat deformeras benen, vilket till och med kan växa ihop, och förkalkning av ligamenten uppstår.

JOD

Jods huvudsakliga fysiologiska roll är dess deltagande i metabolismen av sköldkörteln och dess inneboende hormoner. Sköldkörtelns förmåga att ackumulera jod är också inneboende i spott- och bröstkörtlarna. Och även till några andra organ. För närvarande tror man dock att jod spelar en ledande roll endast i sköldkörtelns liv.

Brist på jod leder till karakteristiska symtom: svaghet, gulfärgning av huden, känsla av kyla och torrhet. Behandling med sköldkörtelhormoner eller jod eliminerar dessa symtom. Brist på sköldkörtelhormoner kan leda till en förstorad sköldkörtel. I sällsynta fall (en belastning i kroppen av olika föreningar som stör absorptionen av jod, till exempel tiocyanat eller antityreoideamedlet goitrin, som finns i olika typer av kål), bildas en struma. Brist på jod påverkar särskilt barnens hälsa, de släpar efter i fysisk och mental utveckling. En diet med jodbrist under graviditeten leder till födelsen av hypotyreoideabarn (cretins).

Överskott av sköldkörtelhormoner leder till utmattning, nervositet, skakningar, viktminskning och överdriven svettning. Detta beror på en ökning av peroxidasaktivitet och följaktligen en ökning av jodering av tyroglobuliner. Överskott av hormoner kan vara en följd av en sköldkörteltumör. Under behandlingen används radioaktiva isotoper av jod, som lätt tas upp av sköldkörtelceller.

Icke-metaller- kemiska grundämnen som bildar enkla kroppar som inte har egenskaper som är karakteristiska för metaller. En kvalitativ egenskap hos icke-metaller är elektronegativitet.

Elektronnegativitet― detta är förmågan att polarisera en kemisk bindning, att attrahera vanliga elektronpar.

Det finns 22 grundämnen som klassificeras som icke-metaller.

1:a perioden

3:e perioden

4:e perioden

5:e perioden

6:e perioden

Som framgår av tabellen är icke-metalliska grundämnen huvudsakligen belägna i den övre högra delen av det periodiska systemet.

Struktur av icke-metalliska atomer

Ett karakteristiskt drag för icke-metaller är det större antalet elektroner (jämfört med metaller) i den yttre energinivån hos deras atomer. Detta bestämmer deras större förmåga att fästa ytterligare elektroner och uppvisa högre oxidativ aktivitet än metaller. Särskilt starka oxiderande egenskaper, d.v.s. förmågan att tillföra elektroner, uppvisas av icke-metaller belägna i den andra och tredje perioden av grupperna VI-VII. Om vi ​​jämför arrangemanget av elektroner i orbitaler i atomerna av fluor, klor och andra halogener, kan vi bedöma deras utmärkande egenskaper. Fluoratomen har inga fria orbitaler. Därför kan fluoratomer endast uppvisa I och oxidationstillståndet är 1. Det starkaste oxidationsmedlet är fluor. I andra halogeners atomer, till exempel i kloratomen, finns fria d-orbitaler på samma energinivå. Tack vare detta kan elektronparning ske på tre olika sätt. I det första fallet kan klor uppvisa ett oxidationstillstånd på +3 och bilda klorsyra HClO2, vilket motsvarar salter - till exempel kaliumklorit KClO2. I det andra fallet kan klor bilda föreningar där klor är +5. Sådana föreningar inkluderar HClO3 och ee, till exempel kaliumklorat KClO3 (Bertoletova). I det tredje fallet uppvisar klor ett oxidationstillstånd på +7, till exempel i perklorsyra HClO4 och dess salter, perklorater (i kaliumperklorat KClO4).

Strukturer av icke-metalliska molekyler. Fysikaliska egenskaper hos icke-metaller

I gasform vid rumstemperatur är:

· väte - H2;

· kväve - N2;

· syre - O2;

fluor - F2;

· radon - Rn).

I flytande - brom - Br.

I solid:

bor - B;

· kol - C;

· kisel - Si;

· fosfor - P;

· selen - Se;

tellur - Te;

Det är mycket rikare för icke-metaller och färger: rött för fosfor, brunt för brom, gult för svavel, gulgrönt för klor, violett för jodånga, etc.

De mest typiska icke-metallerna har en molekylstruktur, medan de mindre typiska har en icke-molekylär struktur. Detta förklarar skillnaden i deras egenskaper.

Sammansättning och egenskaper hos enkla ämnen - icke-metaller

Ickemetaller bildar både monoatomiska och diatomiska molekyler. TILL monoatomisk Icke-metaller inkluderar inerta gaser som praktiskt taget inte reagerar ens med de mest aktiva ämnena. är belägna i grupp VIII i det periodiska systemet, och de kemiska formlerna för motsvarande enkla ämnen är följande: He, Ne, Ar, Kr, Xe och Rn.

Vissa icke-metaller bildas diatomisk molekyler. Dessa är H2, F2, Cl2, Br2, Cl2 (element från grupp VII i det periodiska systemet), samt syre O2 och kväve N2. Från triatomär molekyler består av ozongas (O3). För icke-metalliska ämnen som är i fast tillstånd är det ganska svårt att skapa en kemisk formel. Kolatomerna i grafit är kopplade till varandra på olika sätt. Det är svårt att isolera en enda molekyl i de givna strukturerna. När man skriver kemiska formler för sådana ämnen, som i fallet med metaller, införs antagandet att sådana ämnen endast består av atomer. , i detta fall, skrivs utan index: C, Si, S, etc. Sådana enkla ämnen som syre, som har samma kvalitativa sammansättning (båda består av samma element - syre), men skiljer sig i antalet atomer i molekylen , har olika egenskaper. Syre har alltså ingen lukt, medan ozon har en stickande lukt som vi luktar under ett åskväder. Egenskaperna hos hårda icke-metaller, grafit och diamant, som också har samma kvalitativa sammansättning, men olika strukturer, skiljer sig kraftigt åt (grafit är spröd, hård). Således bestäms egenskaperna hos ett ämne inte bara av dess kvalitativa sammansättning, utan också av hur många atomer som finns i ämnets molekyl och hur de är kopplade till varandra. i form av enkla kroppar är i fast gasform (förutom brom - flytande). De har inte de fysikaliska egenskaper som finns i metaller. Hårda icke-metaller har inte den typiska lystern för metaller, de är vanligtvis spröda och leder värme dåligt (med undantag för grafit). Kristallint bor B (som kristallint kisel) har en mycket hög smältpunkt (2075°C) och hög hårdhet. Den elektriska ledningsförmågan hos bor ökar kraftigt med ökande temperatur, vilket gör det möjligt att använda det i stor utsträckning inom halvledarteknik. Tillsatsen av bor till stål och legeringar av aluminium, koppar, nickel, etc. förbättrar deras mekaniska egenskaper. Borider (föreningar med vissa metaller, till exempel titan: TiB, TiB2) är nödvändiga vid tillverkning av jetmotordelar och gasturbinblad. Som kan ses från Schema 1 har kol - C, kisel - Si, - B en liknande struktur och har vissa gemensamma egenskaper. Som enkla ämnen finns de i två former - kristallina och amorfa. De kristallina formerna av dessa grundämnen är mycket hårda, med höga smältpunkter. Kristallin har halvledaregenskaper. Alla dessa element bildar föreningar med metaller - , och (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Vissa av dem har högre hårdhet, till exempel Fe3C, TiB. används för att producera acetylen.

Kemiska egenskaper hos icke-metaller

I enlighet med de numeriska värdena för de relativa elektronegativiteterna ökar de oxiderande icke-metallerna i följande ordning: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.

Icke-metaller som oxidationsmedel

De oxiderande egenskaperna hos icke-metaller visar sig under deras interaktion:

· med metaller: 2Na + Cl2 = 2NaCl;

· med väte: H2 + F2 = 2HF;

· med icke-metaller som har lägre elektronegativitet: 2P + 5S = P2S5;

· med vissa komplexa ämnen: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,

2FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3.

Icke-metaller som reduktionsmedel

1. Alla icke-metaller (förutom fluor) uppvisar reducerande egenskaper när de interagerar med syre:

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

Syre i kombination med fluor kan också uppvisa ett positivt oxidationstillstånd, d.v.s. vara ett reduktionsmedel. Alla andra icke-metaller uppvisar reducerande egenskaper. Till exempel förenas klor inte direkt med syre, men indirekt är det möjligt att erhålla dess oxider (Cl2O, ClO2, Cl2O2), i vilka klor uppvisar ett positivt oxidationstillstånd. Vid höga temperaturer förenas kväve direkt med syre och uppvisar reducerande egenskaper. Svavel reagerar ännu lättare med syre.

2. Många icke-metaller uppvisar reducerande egenskaper när de interagerar med komplexa ämnen:

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

3. Det finns också reaktioner där en icke-metall är både ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel:

Cl2 + H2O = HCl + HClO.

4. Fluor är den mest typiska icke-metallen, som inte har reducerande egenskaper, d.v.s. förmågan att donera elektroner i kemiska reaktioner.

Icke-metallföreningar

Ickemetaller kan bilda föreningar med olika intramolekylära bindningar.

Typer av icke-metalliska föreningar

Allmänna formler för väteföreningar enligt grupper i det periodiska systemet för kemiska grundämnen ges i tabellen:

	Flyktiga väteföreningar

Totala kalkogener.

I huvudundergruppen av den sjätte gruppen av det periodiska systemet av element. I. Mendeleev innehåller elementen: syre (O), svavel (S), selen (Se), (Te) och (Po). Dessa grundämnen kallas gemensamt för kalkogener, vilket betyder "malmbildande".

I undergruppen av kalkogener, från topp till botten, med ökande atomladdning, förändras elementens egenskaper naturligt: ​​deras ickemetalliska egenskaper minskar och deras metalliska egenskaper ökar. Så - en typisk icke-metall, och polonium - en metall (radioaktiv).

Grå selen

Tillverkning av fotoceller och elektriska strömlikriktare

Inom halvledarteknik

Biologisk roll av kalkogener

Svavel spelar en viktig roll i livet för växter, djur och människor. I djurorganismer ingår svavel i nästan alla proteiner, svavelhaltiga proteiner och proteiner samt vitamin B1 och hormonet insulin. Med brist på svavel saktar ulltillväxten ner hos får, och dålig fjädring noteras hos fåglar.

De växter som konsumerar mest svavel är kål, sallad och spenat. Ärt- och bönskidor, rädisor, kålrot, lök, pepparrot, pumpa och gurka är också rika på svavel; Rödbetor är också svavelfattiga.

När det gäller kemiska egenskaper är selen och tellur mycket lika svavel, men när det gäller fysiologiska egenskaper är de dess antagonister. Mycket små mängder selen krävs för normal funktion av kroppen. Selen har en positiv effekt på det kardiovaskulära systemet, röda blodkroppar, och förbättrar kroppens immunförsvar. En ökad mängd selen orsakar sjukdom hos djur, manifesterad i avmagring och dåsighet. Brist på selen i kroppen leder till störningar i hjärtat, andningsorganen, svullnad i kroppen och kan till och med uppstå. Selen har en betydande effekt på djur. Till exempel innehåller rådjur, som har hög synskärpa, 100 gånger mer selen i näthinnan än i andra delar av kroppen. I växtvärlden innehåller alla växter mycket selen. Växten ackumulerar särskilt stora mängder av det.

Den fysiologiska rollen av tellur för växter, djur och människor har studerats mindre än för selen. Man vet att tellur är mindre giftigt jämfört med selen och tellurföreningar i kroppen reduceras snabbt till elementärt tellur, som i sin tur kombineras med organiska ämnen.

Allmänna egenskaper hos element i kväveundergruppen

Huvudundergruppen i den femte gruppen inkluderar kväve (N), fosfor (P), arsenik (As), antimon (Sb) och (Bi).

Från topp till botten i undergruppen från kväve till vismut minskar de icke-metalliska egenskaperna, medan de metalliska egenskaperna och atomernas radie ökar. Kväve, fosfor, arsenik är icke-metaller, men tillhör metaller.

Kväve undergrupp

Jämförande egenskaper	7 N kväve	15 P-fosfor	33 Som arsenik	51 Sb antimon	83 Bi vismut
Elektronisk struktur					…4f145d106S26p3
Oxidationstillstånd	1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5	3, +1, +3, +4,+5
Elektro- negativitet
Att vara i naturen	I det fria tillståndet - i atmosfären (N2 -), i det bundna tillståndet - i sammansättningen av NaNO3 -; KNO3 - Indisk salpeter	Ca3(PO4)2 - fosforit, Ca5(PO4)3(OH) - hydroxiapatit, Ca5(PO4)3F - fluorapatit
Allotropa former under normala förhållanden	Kväve (en form)	NH3 + H2O ↔ NH4OH ↔ NH4+ + OH – (ammoniumhydroxid); PH3 + H2O ↔ PH4OH ↔ PH4+ + OH- (fosfoniumhydroxid). Biologisk roll av kväve och fosfor Kväve spelar en extremt viktig roll i växtlivet, eftersom det är en del av aminosyror, proteiner och klorofyll, B-vitaminer och enzymer som aktiverar. Därför påverkar en brist på kväve i jorden växterna negativt, och i första hand klorofyllhalten i bladen, vilket gör att de blir bleka. förbruka från 50 till 250 kg kväve per 1 hektar markyta. Mest kväve finns i blommor, unga blad och frukter. Den viktigaste kvävekällan för växter är kväve - dessa är främst ammoniumnitrat och ammoniumsulfat. Det bör också noteras kvävets speciella roll som en komponent i luft - den viktigaste komponenten i levande natur. Inte ett enda kemiskt element tar en så aktiv och mångsidig del i växt- och djurorganismernas livsprocesser som fosfor. Det är en komponent i nukleinsyror och ingår i vissa enzymer och vitaminer. Hos djur och människor är upp till 90 % av fosforn koncentrerad i benen, upp till 10 % i musklerna och ca 1 % i nervsystemet (i form av oorganiska och organiska föreningar). I muskler, lever, hjärna och andra organ finns det i form av fosfatider och fosforestrar. Fosfor deltar i muskelsammandragningar och i uppbyggnaden av muskel- och benvävnad. Personer som sysslar med mentalt arbete behöver konsumera en ökad mängd fosfor för att förhindra utarmning av nervceller, som fungerar under ökad belastning just under mentalt arbete. Med brist på fosfor minskar prestandan, neuros utvecklas och tvåvärt germanium, tenn och bly GeO, SnO, PbO störs av amfotära oxider. De högre oxiderna av kol och kisel CO2 och SiO2 är sura oxider, vilket motsvarar hydroxider som uppvisar svagt sura egenskaper - H2CO3 och kiselsyra H2SiO3. Amfotera oxider - GeO2, SnO2, PbO2 - motsvarar amfotära hydroxider, och vid övergång från germaniumhydroxid Ge(OH)4 till blyhydroxid Pb(OH)4 försvagas de sura egenskaperna och de basiska förstärks. Biologisk roll för kol och kisel Kolföreningar är grunden för växt- och djurorganismer (45 % av kolet finns i växter och 26 % i djurorganismer). Kolmonoxid (II) och kolmonoxid (IV) uppvisar karakteristiska biologiska egenskaper. Kolmonoxid (II) är en mycket giftig gas eftersom den binder hårt till hemoglobin i blodet och berövar hemoglobinet förmågan att transportera syre från lungorna till kapillärerna. Vid inandning kan CO orsaka förgiftning, eventuellt till och med död. Kol(IV)monoxid är särskilt viktig för växter. I växtceller (särskilt i löv), i närvaro av klorofyll och verkan av solenergi, produceras glukos från koldioxid och vatten med frisättning av syre. Som ett resultat av fotosyntesen binder växter årligen 150 miljarder ton kol och 25 miljarder ton väte och släpper ut upp till 400 miljarder ton syre i atmosfären. Forskare har funnit att växter får cirka 25 % av CO2 genom rotsystemet från karbonater lösta i jorden. Växter använder kisel för att bygga integumentära vävnader. Kisel som finns i växter, genomsyrar cellväggarna, gör dem hårdare och mer motståndskraftiga mot skador från insekter, skyddar dem från svampinfektion. Kisel finns i nästan alla djur- och mänskliga vävnader, lever och brosk är särskilt rika på det. Hos tuberkulospatienter finns det betydligt mindre kisel i ben, tänder och brosk än hos friska. Vid sjukdomar som Botkin sker en minskning av kiselhalten i blodet, och vid skador på tjocktarmen tvärtom en ökning av dess innehåll i blodet.

"Biogena element i människokroppen"

INTRODUKTION

1.1 Biogena element - icke-metaller som utgör människokroppen

2 biogena element - metaller som utgör människokroppen

SYRETS ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

KOLENS ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

VÄTES ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

KALIUMS ROLL I MÄNNISKROPPEN

SVAVELS ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

KALCIUM ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

SLUTSATS

BIBLIOGRAFI

INTRODUKTION

Åsikten att nästan alla element i det periodiska systemet kan hittas i människokroppen av D.I. Mendeleev, blir vanemässigt. Forskare föreslår dock att inte bara alla kemiska element finns i en levande organism, utan att var och en av dem utför någon form av biologisk funktion. Det är mycket möjligt att denna hypotes inte kommer att bekräftas. När forskning i denna riktning utvecklas avslöjas den biologiska rollen för ett ökande antal kemiska grundämnen.

För att behålla sin hälsa måste en person förse kroppen med en balanserad tillförsel av näringsämnen från mat, vatten och inandningsluft. Livsmedelsprodukter med hög halt av kalcium, jod och andra kemiska grundämnen annonseras ofta, men är detta fördelaktigt för vår kropp? Vilka sjukdomar kan leda till överskott eller brist på ett visst kemiskt element hos barn och vuxna?

Nuförtiden, när det finns färre och färre friska människor från barndomen, är detta problem verkligen akut.

En ofattbar mängd kemiska föreningar bildas kontinuerligt i människokroppen. Vissa av de syntetiserade föreningarna används som byggmaterial eller energikälla och ger kroppen tillväxt, utveckling och vitala funktioner; den andra delen, som kan betraktas som toxiner eller avfall, utsöndras från kroppen.

Både oorganiska och organiska ämnen är involverade i ämnesomsättningen. De kemiska grundämnena som bildar dessa ämnen kallas biogena grundämnen. Cirka 30 grundämnen anses vara tillförlitligt biogena.

Figur 1 visar de viktigaste kemiska elementen som utgör människokroppen.

Figur 1 - Diagram. Elementär sammansättning av människokroppen.

1.1 Biogena element - icke-metaller som utgör människokroppen

Bland de biogena elementen är en speciell plats upptagen av organogena element, som bildar de viktigaste ämnena i kroppen - vatten, proteiner, kolhydrater, fetter, vitaminer, hormoner och andra. Organogener inkluderar 6 kemiska element: kol, syre, väte, kväve, fosfor, svavel. Deras totala massandel i människokroppen är cirka 97,3 % (se tabell 1).

Alla organogena grundämnen är icke-metaller. Bland icke-metaller är klor (massfraktion 0,15%), fluor, jod och brom också biogena. Dessa element ingår inte bland de organogena elementen, eftersom de, till skillnad från de senare, inte spelar en sådan universell roll i konstruktionen av kroppens organiska strukturer. Det finns data om biogeniciteten hos kisel, bor, arsenik och selen.

Tabell 1. Innehåll av organogena element i människokroppen.

Element - organogener	Massfraktion (i%)	Vikt (i g / 70 kg)
kol (C)
syre (O)
väte (H)
fosfor (P)
		68117 ≈ 68 kg

1.2 Biogena grundämnen - metaller som utgör människokroppen

Biogena grundämnen inkluderar ett antal metaller, bland vilka 10 så kallade "livsmetaller" fyller särskilt viktiga biologiska funktioner. Dessa metaller är kalcium, kalium, natrium, magnesium, järn, zink, koppar, mangan, molybden, kobolt (se tabell 2).

Förutom de 10 "livets metaller" klassificeras flera metaller som biogena grundämnen, till exempel tenn, litium, krom och några andra.

Tabell 2. Innehåll av "livsmetaller" i människokroppen

	Massfraktion (i%)	Vikt (i g / 70 kg)
Kalcium (Ca)
Natrium (Na)
Magnesium (Mg)
Järn (Fe)
Mangan (Mn)
Molybden (Mo)
Kobolt (Co)

Beroende på massfraktionen i kroppen är alla biogena element indelade i:

a) makroelement (massafraktionen i kroppen är mer än 10 -2%, eller mer än 7 g);

b) mikroelement (massafraktionen i kroppen är mindre än 10-2%, eller mindre än 7 g).

Makroelement inkluderar alla organogener, klor och 4 "livsmetaller": magnesium, kalium, kalcium, natrium. De utgör 99,5%, med mer än 96% kommer från 4 element (kol, syre, väte, kväve). De är huvudkomponenterna i alla organiska föreningar.

Mikroelement finns i celler i mycket små mängder. Dessa inkluderar zink, mangan, koppar, jod, fluor och andra. Men även de element som finns i försumbara mängder är nödvändiga för livet och kan inte ersättas av någonting. Den biologiska roll och funktioner som dessa element utför i människokroppen är mycket olika, och deras brist eller överskott kan leda till allvarliga sjukdomar (se bilagorna B och D). Det räcker med att säga att cirka 200 enzymer aktiveras av metaller. Totalt har cirka 70 mineralämnen identifierats i människokroppen, varav 14 mikroelement anses vara väsentliga - järn, kobolt, koppar, krom, nickel, mangan, molybden, zink, jod, tenn, fluor, kisel, vanadin, selen . Många mikroelement kommer nästan uteslutande in i kroppen genom frukt- och grönsaksnäring. Vilda ätbara växter är också rika på mikroelement, som, som extraheras från de djupa lagren, ackumuleras i löv, blommor och frukter.

2. SYRETS ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

Huvudfunktionen för molekylärt syre i kroppen är oxidationen av olika föreningar. Tillsammans med väte bildar syre vatten, vars innehåll i den vuxna kroppen i genomsnitt är cirka 55-65%.

Syre är en del av proteiner, nukleinsyror och andra vitala komponenter i kroppen. Syre är nödvändigt för andning, oxidation av fetter, proteiner, kolhydrater, aminosyror, såväl som för många andra biokemiska processer.

Den vanliga vägen för syre att komma in i kroppen är genom lungorna, där detta bioelement penetrerar blodet, absorberas av hemoglobin och bildar en lätt dissocierbar förening - oxyhemoglobin, och kommer sedan från blodet in i alla organ och vävnader. Syre kommer också in i kroppen i bundet tillstånd, i form av vatten. I vävnader konsumeras syre främst för oxidation av olika ämnen under ämnesomsättningen. Därefter metaboliseras nästan allt syre till koldioxid och vatten och avlägsnas från kroppen genom lungor och njurar.

Minskad syrehalt i kroppen.

När det finns en otillräcklig tillförsel av syre till kroppens vävnader eller en kränkning av dess användning, utvecklas fenomenet hypoxi (syresvält).

De främsta orsakerna till syrebrist:

· upphörande eller minskning av syretillförseln till lungorna, reducerat partialtryck av syre i inandningsluften;

· en signifikant minskning av antalet röda blodkroppar eller en kraftig minskning av innehållet av hemoglobin i dem;

· försämring av hemoglobinets förmåga att binda, transportera eller frigöra syre till vävnader;

· försämring av vävnadernas förmåga att utnyttja syre;

· hämning av redoxprocesser i vävnader;

· trängsel i kärlbädden på grund av störningar i hjärtaktivitet, blodcirkulation och andning;

· endokrinopatier, vitaminbrist;

De viktigaste manifestationerna av syrebrist:

· i akuta fall (med fullständigt upphörande av syretillförseln, akut förgiftning): förlust av medvetande, dysfunktion av de högre delarna av centrala nervsystemet;

· i kroniska fall: ökad trötthet, funktionsstörningar i centrala nervsystemet, hjärtklappning och andnöd med liten fysisk ansträngning, nedsatt reaktivitet i immunsystemet.

Toxisk dos för människor: giftig i form av O3.

Ökat syreinnehåll i kroppen.

En långvarig ökning av syrehalten i kroppsvävnader (hyperoxi) kan åtföljas av syreförgiftning; Hyperoxi åtföljs vanligtvis av en ökning av syrenivån i blodet (hyperoxemi).

Den toxiska effekten av ozon och överskott av syre är förknippad med bildandet i vävnader av ett stort antal radikaler till följd av brott av kemiska bindningar. Radikaler bildas också i små mängder, normalt som en mellanprodukt av cellulär metabolism. Med ett överskott av radikaler initieras processen för oxidation av organiska ämnen, inklusive lipidperoxidation, med deras efterföljande sönderdelning och bildandet av syrehaltiga produkter (ketoner, alkoholer, syror).

Syre är en del av molekylerna i många ämnen - från de enklaste till komplexa polymerer; Närvaron och interaktionen av dessa ämnen i kroppen säkerställer existensen av liv. Eftersom det är en integrerad del av vattenmolekylen, är syre involverat i nästan alla biokemiska processer som förekommer i kroppen.

Syre är oersättligt, i händelse av brist kan det enda effektiva botemedlet vara att återställa den normala tillförseln av syre till kroppen. Även ett kortvarigt (flera minuter) uppehåll av syretillförseln till kroppen kan orsaka allvarlig försämring av dess funktioner och efterföljande död.

3. KOLENS ROLL I MÄNNISKROPPEN

KOL är det viktigaste biogena elementet som utgör grunden för livet på jorden, en strukturell enhet av ett stort antal organiska föreningar som är involverade i konstruktionen av organismer och säkerställer deras vitala funktioner (biopolymerer, såväl som många lågmolekylära biologiskt aktiva ämnen - vitaminer, hormoner, mediatorer, etc.). En betydande del av den energi som organismer behöver bildas i celler på grund av koloxidation. Framväxten av liv på jorden anses i modern vetenskap som en komplex process för utvecklingen av kolföreningar.

Människokroppen kommer in i kol genom maten (normalt cirka 300 g per dag). Den totala kolhalten når cirka 21 % (15 kg per 70 kg total kroppsvikt). Kol utgör 2/3 av muskelmassan och 1/3 av benmassan. Det utsöndras från kroppen huvudsakligen genom utandningsluft (koldioxid) och urin (urea).

Kolets huvudsakliga funktion är bildandet av en mängd olika organiska föreningar, vilket säkerställer biologisk mångfald och deltagande i alla funktioner och manifestationer av levande varelser. I biomolekyler bildar kol polymerkedjor och är fast kombinerat med väte, syre, kväve och andra element. En sådan betydande fysiologisk roll för kol bestäms av det faktum att detta element är en del av alla organiska föreningar och deltar i nästan alla biokemiska processer i kroppen. Oxidation av kolföreningar under inverkan av syre leder till bildandet av vatten och koldioxid; Denna process fungerar som en energikälla för kroppen. Koldioxid CO 2 (koldioxid) bildas under ämnesomsättningen, är ett stimulerande medel för andningscentrum och spelar en viktig roll i regleringen av andning och blodcirkulation.

I sin fria form är kol inte giftigt, men många av dess föreningar har betydande toxicitet. Sådana föreningar inkluderar kolmonoxid CO (kolmonoxid), koltetraklorid CC14, koldisulfid CS2, cyanidsalter HCN, bensen C6H6 och andra. Koldioxid i koncentrationer över 10 % orsakar acidos (sänkt blod-pH), andnöd och förlamning av andningscentrum.

Långvarig inandning av koldamm kan leda till antrakos, en sjukdom som åtföljs av avsättning av koldamm i lungvävnaden och lymfkörtlarna, och sklerotiska förändringar i lungvävnaden. Den toxiska effekten av kolväten och andra petroleumföreningar hos oljeindustriarbetare kan visa sig i uppruggning av huden, uppkomsten av sprickor och sår och utveckling av kronisk dermatit.

För människor kan kol vara giftigt i form av kolmonoxid (CO) eller cyanid (CN -).

4. VÄTES ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

Vatten är den viktigaste väteföreningen i en levande organism. Vattnets huvudfunktioner är följande:

Vatten, som har en hög specifik värmekapacitet, ser till att kroppstemperaturen förblir konstant. När kroppen överhettas avdunstar vatten från dess yta. På grund av den höga förångningsvärmen åtföljs denna process av stora energikostnader, vilket leder till att kroppstemperaturen minskar. Detta upprätthåller kroppens termiska balans.

Vatten upprätthåller syra-basbalansen i kroppen. De flesta vävnader och organ består huvudsakligen av vatten. Att upprätthålla den allmänna syra-basbalansen i kroppen utesluter inte stora skillnader i pH-värden för olika organ och vävnader. En viktig väteförening är väteperoxid H2O2 (traditionellt kallad väteperoxid). H2O2 oxiderar lipidskiktet i cellmembranen och förstör det.

5. KALIUMS ROLL I DEN MÄNNISKA KROPPEN

Kalium är en obligatorisk deltagare i många metaboliska processer. Kalium är viktigt för att upprätthålla automatiken i sammandragningen av hjärtmuskeln - myokard; säkerställer avlägsnande av natriumjoner från celler och deras ersättning med kaliumjoner, vilket i sin tur åtföljs av avlägsnande av överflödig vätska från kroppen.

Jämfört med andra produkter är kalium högst i torkade aprikoser, fikon, apelsiner, mandariner, potatis (500 g potatis ger dagsbehovet), torkade persikor, kålrot, nypon, svarta och röda vinbär, lingon, jordgubbar, vattenmeloner, melon , sojabönor, körsbärsplommon, färska gurkor, brysselkål, valnötter och hasselnötter, persilja, russin, katrinplommon, rågbröd, havregryn.

Det dagliga kaliumbehovet för en vuxen är 2-3 g per dag, och för ett barn - 16-30 mg per kg kroppsvikt. Det erforderliga minsta kaliumintaget för en person per dag är cirka 1 g. Med en normal kost är det dagliga behovet av kalium helt tillfredsställt, men det finns också säsongsmässiga fluktuationer i kaliumkonsumtionen. Så på våren är dess konsumtion låg - cirka 3 g / dag, och på hösten är den maximala konsumtionen 5-6 g / dag.

Med tanke på moderna människors tendens att konsumera stora mängder bordssalt med mat ökar också behovet av kalium, vilket kan neutralisera de negativa effekterna av överskott av natrium på kroppen.

Brist på kaliumintag från maten kan leda till dystrofi även med normalt proteininnehåll i kosten. Nedsatt kaliummetabolism manifesterar sig i kroniska sjukdomar i njurarna och det kardiovaskulära systemet, i sjukdomar i mag-tarmkanalen (särskilt åtföljd av diarré och kräkningar), i sjukdomar i de endokrina körtlarna och andra patologier.

Brist på kalium i kroppen manifesteras främst av störningar i de neuromuskulära och kardiovaskulära systemen (sömnighet, försämrad rörelse, darrningar i armar och ben, långsam hjärtrytm). Kaliumpreparat används för medicinska ändamål.

Överskott av kalium observeras mycket mindre ofta, men är ett extremt farligt tillstånd: slapp förlamning av armar och ben, förändringar i det kardiovaskulära systemet. Detta tillstånd kan uppstå vid svår uttorkning, hyperkortisolism med nedsatt njurfunktion och när en stor mängd kalium administreras till patienten.

Svavel i människokroppen är en oumbärlig komponent i celler, organvävnader, enzymer, hormoner, i synnerhet insulin, det viktigaste bukspottkörtelenzymet, och svavelinnehållande aminosyror; tillhandahåller den rumsliga organisationen av proteinmolekyler som är nödvändiga för deras funktion, skyddar celler, vävnader och biokemiska syntesvägar från oxidation och hela kroppen från de toxiska effekterna av främmande ämnen. Det finns ganska mycket av det i nerv-, bind- och benvävnader. Svavel är en komponent i det strukturella proteinet kollagen. Påfyllning av kroppen med svavel säkerställs av en korrekt organiserad kost, som inkluderar kött, kycklingägg, havregryn och bovete, mjölprodukter, mjölk, ostar, baljväxter och kål.

Trots ett betydande antal studier är svavlets roll för att säkerställa kroppens vitala funktioner inte helt klarlagd. Det finns alltså inga tydliga kliniska beskrivningar av några specifika störningar associerade med otillräckligt intag av svavel i kroppen. Samtidigt är acidoaminopatier kända - störningar associerade med nedsatt metabolism av svavelinnehållande aminosyror (homocystinuri, cystationuri). Det finns också omfattande litteratur relaterad till den kliniska bilden av akut och kronisk förgiftning med svavelföreningar.

De viktigaste manifestationerna av svavelbrist:

· symtom på leversjukdomar;

· symtom på ledsjukdomar;

· symtom på hudsjukdomar;

· olika och många manifestationer av brist i kroppen och metabola störningar av biologiskt aktiva svavelhaltiga föreningar.

Ökad svavelhalt i kroppen.

Vid höga koncentrationer av svavelväte i inandningsluften utvecklas den kliniska bilden av förgiftning mycket snabbt, inom några minuter uppstår kramper, medvetslöshet och andningsstopp. I framtiden kan konsekvenserna av förgiftning visa sig som ihållande huvudvärk, psykiska störningar, förlamning och störningar i andningsorganen och mag-tarmkanalen.

Det har fastställts att parenteral administrering av finmalet svavel i en oljelösning i en mängd av 1-2 ml åtföljs av hypertermi med hyperleukocytos och hypoglykemi. Man tror att toxiciteten för svaveljoner är 200 gånger högre än för klorjoner när de administreras parenteralt.

Toxiciteten hos svavelföreningar som kommer in i mag-tarmkanalen är förknippad med deras omvandling av tarmmikrofloran till vätesulfid, en mycket giftig förening.

Vid dödsfall efter svavelförgiftning, vid obduktion, noteras tecken på emfysem, hjärninflammation, akut katarral enterit, levernekros och blödningar (petekier) i myokardiet.

Med kronisk förgiftning (koldisulfid, svaveldioxid), mentala störningar, organiska och funktionella förändringar i nervsystemet, muskelsvaghet, suddig syn och olika störningar i andra kroppssystem observeras.

Under de senaste decennierna har en av källorna till att överskott av svavel kommer in i människokroppen varit svavelhaltiga föreningar (sulfiter), som tillsätts till många livsmedel, alkoholhaltiga och alkoholfria drycker som konserveringsmedel. Det finns särskilt många sulfiter i rökt kött, potatis, färska grönsaker, öl, cider, färdiga sallader, vinäger och vinfärger. Det är möjligt att den ökande konsumtionen av sulfiter delvis är ansvarig för ökningen av incidensen av bronkialastma. Det är till exempel känt att 10 % av patienterna med bronkialastma uppvisar ökad känslighet för sulfiter (dvs. är sensibiliserade för sulfit). För att minska den negativa effekten av sulfiter på kroppen, rekommenderas det att öka innehållet av ostar, ägg, fett kött och fågel i kosten.

De viktigaste manifestationerna av överskott av svavel:

· hudklåda, hudutslag, furunkulos;

Rodnad och svullnad av bindhinnan;

· uppkomst av små punktdefekter på hornhinnan;

· värk i ögonbrynen och ögongloberna, en känsla av sand i ögonen;

fotofobi, tårbildning;

allmän svaghet, huvudvärk, yrsel, illamående;

· katarr i de övre luftvägarna, bronkit;

· hörselnedsättning;

Matsmältningsstörningar, diarré, viktminskning;

· anemi;

· kramper och medvetslöshet (vid akut berusning);

· psykiska störningar, nedsatt intelligens.

Svavlets roll i människokroppen är extremt viktig, och störningar i svavelmetabolismen åtföljs av många patologier. Samtidigt är den kliniska bilden av dessa störningar inte tillräckligt utvecklad. Närmare bestämt är olika "icke-specifika" manifestationer av mänskliga hälsorubbningar ännu inte associerade av läkare med störningar i svavelmetabolism.

7. KALCIUMS ROLL I MÄNNISKORPEN

Kalcium är direkt involverat i de mest komplexa processerna, såsom blodpropp; reglering av intracellulära processer; reglering av cellmembranpermeabilitet; reglering av nervledningsprocesser och muskelsammandragningar; bibehålla stabil hjärtaktivitet; bildning av benvävnad, mineralisering av tänder.

Kalcium är en viktig del av kroppen; dess totala innehåll är cirka 1,4 % (1000 g per 70 kg kroppsvikt). Kalcium fördelas ojämnt i kroppen: cirka 99% av dess mängd finns i benvävnad och endast 1% finns i andra organ och vävnader. Kalcium avlägsnas från kroppen genom tarmarna och njurarna.

Dessutom har en långvarig brist på kalcium i maten en oönskad effekt på hjärtmuskelns excitabilitet och rytmen i dess sammandragningar.

Trots att de flesta människor har tillräckligt med kalciumhaltig mat i kosten, lider många av kalciumbrist. Anledningen är att kalcium är svårt att ta upp.

Först och främst bör det noteras att kalcium går förlorad under värmebehandling (till exempel när man lagar grönsaker - 25%). Kalciumförlusterna blir obetydliga om vattnet som grönsaker kokades i används.

Det är också nödvändigt att komma ihåg att absorptionen av kalcium i tarmarna hämmas av fytinsyra, som är vanligast i rågbröd, och oxalsyra, som finns i överflöd i syra och kakao. Det är svårt att använda kalcium i livsmedel som är rika på fett. Kalciums "fiender" är rörsocker, choklad och kakao.

De viktigaste manifestationerna av kalciumbrist.

Konsekvenserna av kalciumbrist kan manifestera sig både på nivån för hela organismen och dess individuella system:

allmän svaghet, ökad trötthet;

· smärta, muskelkramper;

· skelettsmärta, gångstörningar;

· störningar i tillväxtprocesser;

hypokalcemi, hypokalcinos;

· skelettavkalkning, deformerande artros, osteoporos, vertebral deformitet, benfrakturer;

· urolithiasis sjukdom;

· Kashin-Becks sjukdom;

· immunitetsstörningar;

· minskad blodpropp, blödning.

Ökat kalciuminnehåll i kroppen.

Den toxiska effekten av kalcium uppträder endast vid långvarig användning och vanligtvis hos individer med nedsatt metabolism av detta bioelement (till exempel med hyperparatyreoidism). Förgiftning kan uppstå vid regelbunden konsumtion av mer än 2,5 g kalcium per dag.

De viktigaste manifestationerna av överskott av kalcium:

· dämpning av excitabilitet hos skelettmuskler och nervfibrer;

· minskad glatt muskeltonus;

· hyperkalcemi, ökade kalciumnivåer i blodplasma;

· ökad surhet i magsaft, hyperacid gastrit, magsår;

· kalcinos, kalciumavlagring i organ och vävnader (i huden och subkutan vävnad; bindväv längs fascia, senor, aponeuroser; muskler; blodkärlsväggar; nerver);

bradykardi, angina pectoris;

· gikt, förkalkning av tuberkulösa foci, etc.;

Ökat innehåll av kalciumsalter i urinen;

· nefrokalcinos, njurstenssjukdom;

· ökad blodpropp;

· ökad risk för att utveckla dysfunktion i sköldkörteln och bisköldkörteln, autoimmun tyreoidit;

· undanträngning av fosfor, magnesium, zink, järn från kroppen.

Det lättsmältaste kalciumet är mjölk och mejeriprodukter (med undantag för smör) i kombination med grönsaker och frukt. För att tillfredsställa dagsbehovet räcker det med 0,5 liter mjölk eller 100 g ost. Förresten, mjölk är inte bara en utmärkt källa till kalcium, utan främjar också absorptionen av kalcium som finns i andra livsmedel.

Mycket viktigt för absorptionen av kalcium är närvaron av vitamin D i kosten, vilket neutraliserar effekten av olika anti-kalcifierande ämnen och är en regulator av fosfor-kalciummetabolismen.

kemiskt biologiskt organogent syre

SLUTSATS

Alla levande organismer har nära kontakt med miljön. Livet kräver konstant ämnesomsättning i kroppen. Inträdet av kemiska element i kroppen underlättas av näring och konsumerat vatten. Kroppen består av 60 % vatten, 34 % är organiskt material och 6 % är oorganiskt. Huvudkomponenterna i organiska ämnen är C, H, O. De inkluderar även N, P, S. Sammansättningen av oorganiska ämnen innehåller nödvändigtvis 22 kemiska element (se tabell nr 1). Till exempel, om en person väger 70 kg, så innehåller den (i gram): Ca - 1700, K - 250, Na -70, Mg - 42, Fe - 5, Zn - 3. Metaller står för 2,1 kg . Innehållet i kroppen av element från grupperna IIIA-VIA, kovalent bundna till den organiska delen av molekylerna, minskar med ökande laddning av kärnan i atomerna i denna grupp av D. I. Mendeleevs periodiska system.

Det nuvarande kunskapsläget om grundämnens biologiska roll kan karakteriseras som en ytlig beröring av detta problem. En hel del fakta har samlats om innehållet av element i olika komponenter i biosfären, och kroppens reaktioner på deras brist och överskott. Kartor över biogeokemisk zonindelning och biogeokemiska provinser har sammanställts. Men det finns ingen allmän teori som beaktar mikroelementens funktioner, verkningsmekanism och roll i biosfären

Konventionella mikroelement, när deras koncentration i kroppen överstiger den biotiska koncentrationen, uppvisar en toxisk effekt på kroppen. Giftiga ämnen i mycket låga koncentrationer har ingen skadlig effekt på växter och djur. Till exempel har arsenik i mikrokoncentrationer en biostimulerande effekt. Därför finns det inga giftiga element, utan endast giftiga doser. Små doser av ett grundämne är alltså medicin, stora doser är gift. "Allt är gift, och ingenting är utan giftighet; bara en dos gör gift osynligt" - Paracelsus. Det är lämpligt att påminna om orden från den tadzjikiska poeten Rudaki: "Det som anses vara en drog idag kommer att bli gift i morgon."

BIBLIOGRAFI

1. Avtsyn A.P., Zhavoronkov A.A. och andra Mänskliga mikroelement. -M.: Medicin, 1991. -496 sid.

Ershov Yu.A., Popkov V.A., Berlyand A.S., Knizhnik A.Z., Mikhailichenko N.I. Allmän kemi. Biofysisk kemi. Kemi av biogena element. -M.: Högre skola, 1993. -560 sid.

Ershov Yu.A., Pletneva T.V. Mekanismer för toxisk verkan av oorganiska föreningar. -M.: Medicin, 1989. -272 sid.

Zholnin A.V. Komplexa anslutningar. Chelyabinsk: ChSMA, 2000. -28 sid.

Bingham F.G., Costa M., Eichenberg E. et al. Några frågor i toxiciteten hos metalljoner. -M.: Medicin, 1993. -368 sid.

Fremantle M. Kemi i aktion. -M.: Mir, 1991. vol 2, 620 sid.

Hughes M. Biologiska processers oorganiska kemi. -M.: Mir, 1983. - 416 sid.

Zholnin A.V., Arbuzina R.F., Konstants E.V., Rylnikova G.I. Metodisk manual för laborationer i allmän kemi. Del II. -Chelyabinsk: ChSMA, 1993 -176 sid.

Enterosorption. /Under. ed. prof. PÅ. Belyakova. Centrum för sorptionsteknik. -L., 1991. - 336 sid.

Vi ägnade stor uppmärksamhet åt metallernas roll. Det måste dock tas med i beräkningen att vissa icke-metaller också är absolut nödvändiga för kroppens funktion.

Kisel

Kisel är också ett viktigt spårämne. Detta har bekräftats av noggranna studier av råttnäring med olika dieter. Råttor gick upp märkbart i vikt när natriummetasilikat (Na2(SiO)3.9H2O) tillsattes till deras diet (50 mg per 100 g). Kycklingar och råttor behöver kisel för tillväxt och skelettutveckling. Brist på kisel leder till störningar av strukturen hos ben och bindväv. Som det visade sig finns kisel i de områden av benet där aktiv förkalkning sker, till exempel i benbildande celler, osteoblaster. Med åldern minskar koncentrationen av kisel i cellerna.

Lite är känt om de processer där kisel är involverat i levande system. Där finns den i form av kiselsyra och deltar troligen i koltvärbindningsreaktioner. Hos människor visade sig den rikaste källan till kisel vara hyaluronsyra från navelsträngen. Den innehåller 1,53 mg fritt och 0,36 mg bundet kisel per gram.

Selen

Selenbrist orsakar muskelcellsdöd och leder till muskelsvikt, i synnerhet hjärtsvikt. Biokemiska studier av dessa tillstånd ledde till upptäckten av enzymet glutationperoxidas, som förstör peroxider.Brist på selen leder till en minskning av koncentrationen av detta enzym, vilket i sin tur orsakar lipidoxidation. Selens förmåga att skydda mot kvicksilverförgiftning är välkänd. Mycket mindre känt är det faktum att det finns ett samband mellan högt selen i kosten och låg cancerdödlighet. Selen ingår i människans kost i mängden 55-110 mg per år, och koncentrationen av selen i blodet är 0,09-0,29 µg/cm. När det tas oralt koncentreras selen i levern och njurarna. Ett annat exempel på selens skyddande effekt mot berusning av lättmetaller är dess förmåga att skydda mot förgiftning av kadmiumföreningar. Det visade sig att, precis som i fallet med kvicksilver, tvingar selen dessa giftiga joner att binda till jonaktiva centra, de som inte påverkas av deras toxiska effekt.

Arsenik

Trots de välkända toxiska effekterna av arsenik och dess föreningar finns det tillförlitliga bevis för att arsenikbrist leder till en minskning av fertilitet och tillväxthämning, och tillsatsen av natriumarsenit till mat ledde till en ökning av mänsklig tillväxthastighet.

Klor och brom

Halogenanjonerna skiljer sig från andra genom att de är enkla anjoner snarare än oxoanjoner. Klor är extremt utbrett, det kan passera genom membranet och spelar en viktig roll för att upprätthålla osmotisk balans. Klor finns i form av saltsyra i magsaft. Koncentrationen av saltsyra i mänsklig magsaft är 0,4-0,5%.

Det finns vissa tvivel om broms roll som spårämne, även om dess lugnande effekt är tillförlitligt känd.

Fluor

Fluor är absolut nödvändigt för normal tillväxt, och dess brist leder till anemi. Mycket uppmärksamhet har ägnats omsättningen av fluor i samband med problemet med karies, eftersom fluor skyddar tänderna från karies.

Dental karies har studerats tillräckligt ingående. Det börjar med bildandet av en fläck på ytan av tanden. Syror som produceras av bakterier löser upp tandemaljen under fläcken, men konstigt nog inte från dess yta. Ofta förblir den övre ytan intakt tills områdena under är helt förstörda. Det antas att fluoridjonen i detta skede kan underlätta bildningen av apatit. På så sätt remineliseras den påbörjade skadan.

Fluor används för att förhindra förstörelse av tandemaljen. Du kan lägga till fluor i tandkrämen eller direktbehandla dina tänder med det. Den fluorhalt som krävs för att förhindra karies i dricksvatten är cirka 1 mg/l, men konsumtionsnivån beror inte bara på detta. Användning av höga koncentrationer av fluor (mer än 8 mg/l) kan negativt påverka de känsliga jämviktsprocesserna vid benvävnadsbildning. Överdriven absorption av fluor leder till fluoros. Fluor leder till dysfunktion i sköldkörteln, tillväxthämning och njurskador. Långvarig exponering för fluor i kroppen leder till mineralisering av kroppen. Som ett resultat deformeras benen, vilket till och med kan växa ihop, och förkalkning av ligamenten uppstår.

Jod

Jods huvudsakliga fysiologiska roll är dess deltagande i metabolismen av sköldkörteln och dess inneboende hormoner. Sköldkörtelns förmåga att ackumulera jod är också inneboende i spott- och bröstkörtlarna. Och även till några andra organ. För närvarande tror man dock att jod spelar en ledande roll endast i sköldkörtelns liv.

Brist på jod leder till karakteristiska symtom: svaghet, gulfärgning av huden, känsla av kyla och torrhet. Behandling med sköldkörtelhormoner eller jod eliminerar dessa symtom. Brist på sköldkörtelhormoner kan leda till en förstorad sköldkörtel. I sällsynta fall (en belastning i kroppen av olika föreningar som stör absorptionen av jod, till exempel tiocyanat eller antityreoideamedlet goitrin, som finns i olika typer av kål), bildas en struma. Brist på jod påverkar särskilt barnens hälsa, de släpar efter i fysisk och mental utveckling. En diet med jodbrist under graviditeten leder till födelsen av hypotyreoideabarn (cretins).

Överskott av sköldkörtelhormoner leder till utmattning, nervositet, skakningar, viktminskning och överdriven svettning. Detta beror på en ökning av peroxidasaktivitet och följaktligen en ökning av jodering av tyroglobuliner. Överskott av hormoner kan vara en följd av en sköldkörteltumör. Under behandlingen används radioaktiva isotoper av jod, som lätt tas upp av sköldkörtelceller.

Icke-metaller-organogener (O, C, H, N, P, S), såväl som halogener, bildar naturens huvudsakliga biogeokemiska cykler. Enkla oorganiska föreningar av dessa icke-metaller (H2 O, CO, CO2, NH3, NO2, SO2, H2 SO4, H3 PO4, etc.) är avfallsprodukter från människor och djur. Fragment av dessa cykler är omvandlingen av vissa organogena föreningar till andra med deltagande av olika typer av bakterier, till exempel i marken övergångarna H2 → H2 O, CO → CO2, N2 → NH3, NH3 → NO2, NO3 - → NO2, NO3 - → NH3, S → S2 O3 2- → SO2 → SO4 2- . Genom att ordna de organogena grundämnena i fallande ordning efter deras innehåll (i massa %), får vi: O > C > H > N > P > S. Enligt denna serie, och inte den traditionella vädjan till grupperna i det periodiska systemet, vi kommer att överväga egenskaperna hos icke-metalliska organogener.

4.1. Syre

Syre är grundämnet som ger liv på jorden. Atmosfären innehåller cirka 20,8 % syre. Stålkomponenterna i luften är det dominerande kvävet N2 (78,08%), samt 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%). Det bör noteras att innehållet i ki-

Kolet i atmosfären förblir förvånansvärt konstant, trots alla oxidativa processer av andning och förbränning som sker på jorden. Den huvudsakliga faktorn som upprätthåller den konstanta syrehalten i jordens atmosfär är fotosyntesen, och det huvudsakliga bidraget görs inte av marklevande gröna växter, utan av plankton och alger i världshaven, som står för cirka 80% av det syre som frigörs. I allmänhet är liv på jorden endast möjligt i ett ganska smalt intervall av syrehalt i atmosfären: från 13 till 30%. När syrehalten är mindre än 13 % dör aeroba varelser (d.v.s. de som använder syre i sitt liv) och när syrehalten är högre än 30 % är processerna för oxidation och förbränning så intensiva att till och med en våt trasa kan fatta eld, och det allra första blixtnedslaget skulle bränna allt på jorden till marken.

För många levande organismer är en viktig del av ämnesomsättningen (metabolismen) andningscykeln, vilket leder till snabb bildning av många ämnen. I utandningsluften innehåller alltså små mängder, förutom CO2, kolväten, alkoholer, ammoniak, myrsyra HCOOH, ättiksyra CH3 COOH, formaldehyd HCHO och ibland aceton (CH3)2 CO. När en person andas på en höjd av 10 km i sällsynt luft, på grund av brist på syre i den utandade gasblandningen, ökar innehållet av ammoniak, aminer, fenol, aceton kraftigt, och till och med vätesulfid uppträder.

Utan syre är många och extremt viktiga livsprocesser omöjliga, särskilt andning. Endast ett fåtal växter och enkla djur klarar sig utan syre och kallas därför anaeroba. I levande organismer förbrukas syre vid oxidation av olika ämnen, huvudprocessen är reaktionen av syre med väteatomer för att bilda vatten, vilket frigör en betydande mängd energi. Aeroba organismer får också energi genom oxidation av näringsämnen i celler och vävnader till CO2, H2O,

(NH2)2CO.

Under normal andning reduceras molekylärt syre som kommer in i lungorna till vatten: O2 + 4H+ + 4e 2H2 O, och H+-joner tillsammans med elektroner frigörs när kroppens organiska substrat förlorar H-atomer: [substrat(4H)] → 4H + substrat → 4H + + 4e + substrat. Med patologi inträffar ofullständig återhämtning: O2 + 2H+ + 2e H2 O2 eller O2 + e O2 - . Denna radikal kallas

bildas av superoxidradikal (SOR). Det kan vara fördelaktigt när det förstör okontrollerat växande celler, men det kan också vara mycket giftigt när det förstör cellmembranen hos friska celler som kroppen behöver. Dessutom är den skadliga effekten av SOP att den inaktiverar enzymer, depolymeriserar polysackarider och orsakar enstaka brott i DNA-strukturen. Vilket ämne som helst i kroppen med lämplig potential kan delta i den långsamma enelektronreduktionen av O2 till COP. I det här fallet bildas H2 O2 som i nästa steg av en-elektronreduktion ger hydroxidradikalen OHc med hög reaktivitet, vilket snabbt oxiderar vilket ämne som helst i cellen. Den hydrofoba O2-molekylen passerar lätt in i cellen genom hydrofoba lipidmembran och börjar oxidera organiska ämnen till O2 - och OH-radikaler. Dessa polära radikaler blir "låsta" i cellen eftersom de inte kan fly tillbaka genom cellmembranen. För att släcka deras "aggression" används speciella enzymer superoxiddismutas, katalas och peroxidas. Dessutom finns det lågmolekylära ämnen - antioxidanter (till exempel vitamin A och E) som icke-enzymatiskt neutraliserar dessa farliga partiklar. COP, till exempel, är också aktivt bundet av Fe(3+)-joner. Ibland är isolering av COP användbar, till exempel bildar antitumörantibiotika (bleomycin) ett komplex med metalljoner Mn+, som katalyserar den snabba reduktionen av O2 till COP, vilket förstör DNA i tumören.

Allotropisk modifiering av syre är ozon O3. I atmosfären bildas ozon genom den fotokemiska reaktionen O2 + O →hν→ O3, och atomärt aktivt syre bildas också på grund av reaktionen NO + O2 → NO2 + O. Den fördelaktiga effekten av ozon i atmosfären ligger i det faktum att ozon inte bara absorberar den biologiskt aktiva och därmed farliga delen av solens ultravioletta strålning, utan också deltar i bildandet av den termiska regimen på vår planets yta. Den behåller värmen som lämnar jorden i de spektrala intervallen ("transparensfönster") där CO2 och H2O absorberar denna värme dåligt. Ozon är mycket giftigt för människor. Dess maximalt tillåtna koncentration (MPC) i luften är 0,5 mg/m3. Ozon förändrar lungornas struktur, undertrycker deras funktioner, vilket minskar motståndet mot luftvägssjukdomar. Eftersom ozon är det starkaste oxidationsmedlet (på andra plats efter fluor), oxiderar ozon intensivt aminosyror och enzymer som innehåller svavel

(cystein HSCH2 CH(NH2)COOH, metionin CH3 SCH2 CH2 CH(NH2)COOH, samt tryptofan C8 H6 NCH2 CH(NH2)COOH, histidin C3 H3 N2 CH(NH2)COOH, tyrosin HOC6 H4 CH2 CH( NH2)COOH.

Således är molekylärt syre O2 inte giftigt för levande organismer, till skillnad från andra former: ozon O3, exciterad O2-molekyl, OH-radikal, atomär O, HO2-radikal, COP O2 -.

4.2. Kol

Kol, vad gäller dess innehåll i kroppen (21%) och dess betydelse för levande organismer, är en av de viktigaste organogenerna. Eftersom denna handbok ägnas specifikt åt biooorganisk kemi, kommer vi inte att beröra organiska föreningar av levande natur, som är föremål för studiet av bioorganisk kemi. De enklaste kolföreningarna, till exempel fritt kol i form av sot och dess oxid CO, är giftiga för människor. Långvarig kontakt med sot eller koldamm orsakar hudcancer (”skorstensfejarsjukan”, som det tidigare kallades). Det finaste koldammet orsakar förändringar i lungornas struktur, vilket innebär att det stör deras funktioner. CO-oxid är extremt giftigt, vars toxiska effekt orsakas av att CO binder till hemoglobin i blodet ~10 3 gånger lättare än syre, och därför orsakar kvävning.

Koldioxid CO2 finns i biosfären som en produkt av andnings- och oxidationsprodukter. De årliga utsläppen av CO och CO2 till atmosfären är 2 108 och 9 109 ton

följaktligen (som jämförelse är kolväteutsläppen 8 107 ton per år). CO2 är svagt lösligt i vatten, så dess närvaro i biovätskor är obetydlig. Men en viktig enzymatisk reaktion CO2 + Cl- + H2 O → HCO3 - + H+ + Cl- inträffar i magen, vilket resulterar i att proteiner bryts ner i en sur miljö. Observera att utan enzymer fortsätter denna reaktion i motsatt riktning.

4.3. Väte

Väte finns i naturen i form av vatten och många organiska föreningar (tabell 1). Vatten är kroppens huvudsakliga livsmiljö. De flesta ämnen som är involverade i metaboliska processer löses upp i den. Vattenhalten i kroppens organ och vävnader är ganska hög:

Tabell 3

Vävnad, organ, bio-
flytande
Hjärna
Ryggrad
Magsyra
Blodplasma
Tårvätska

Den fysiologiska miljön för människor är en 0,9% NaCl-lösning. Vatten har en hög specifik värmekapacitet och säkerställer, på grund av långsam värmeväxling med omgivningen, en konstant kroppstemperatur. Vid överhettning avdunstar vatten från kroppens yta. På grund av vattnets höga förångningsvärme åtföljs denna process av energiförbrukning och kroppstemperaturen minskar. I vattenmiljön upprätthålls kroppens syra-basbalans genom buffertsystem (karbonat, fosfat och hemoglobin).

Som framgår av tabell 3 motsvarar kroppens genomsnittliga pH-värde pH för fysiologisk lösning och sträcker sig från 6,8 till 7,4. Däremot kan enskilda organ och vävnader ha pH-värden som skiljer sig mycket från fysiologiska. Så surheten i magen är hög, och pH är 0,9 - 1,1. Detta är nödvändigt så att under verkan av enzymet pepsin, som är aktivt i en sur miljö, bryts peptiderna av proteinkomponenten i maten ner. Galla har en lätt alkalisk reaktion (pH 7,5 - 8,5), vilket är nödvändigt för alkalisk hydrolys av fetter.

4.4. Kväve

Kväve finns i levande organismer i form av olika organiska föreningar: aminosyror, peptider, purinbaser etc., samt i form av fri N2 tillförd med inandningsluft. Kvävets kretslopp i naturen är nära besläktat

kallar geosfären och biosfären, vilket bekräftar deras enhet. Det finns många bakterier som lätt kan omvandla en kväveförening till en annan, med en förändring i kvävets oxidationstillstånd. Så, till exempel, om syntesen av ammoniak inom tekniken utförs under svåra förhållanden, sker bindningen av atmosfärisk N2 i biosfären och dess omvandling till NH3 på ett lättare enzymatiskt sätt med deltagande av nitrogenas:

N2 + 16ATP + 8e + 8H+ 2NH3 +16ADP +16[P i oorganiska fosfater] +H2, där ATP och ADP är adenosintrifosfat respektive adenosindifosfat och man tror att den ursprungliga ATP är i form av ett komplex med Mg. Mikroorganismer som är involverade i denna reaktion finns i rotknölarna hos vissa växter, liksom

V blågröna alger. Enzymet nitrogenas, som innehåller såväl proteiner som Mo och Fe, är aktivt endast under anaeroba förhållanden. Studier har visat att när man återställer

Reduktionen av N2 till NH3 bildar inte NH=NH och NH2-NH2. Detta tyder på att enzymet förmodligen har 2 aktiva centra: på det ena är kvävemolekylen delad och på den andra är H-atomen koordinerad. Andra ömsesidiga transformationer förekommer också i naturen

kväveföreningar: nitrifikation eller oxidation av NH3 till NO2, samt reduktion av nitratjoner från gödningsmedel under inverkan av växtenzymer eller anaeroba bakterier

ry till NO2 eller till och med till NH3. Oorganiska kväveföreningar är vanligtvis giftiga

förekommer, med undantag för det enkla ämnet N2 och i små mängder N2 O. Varje år släpps ~5·107 ton olika kväveoxider NOx och ~107 ton andra kväveföreningar ut i atmosfären. NO-molekylen, enligt moderna begrepp, trots utseendet

Den pågående svårigheten att bildas från enkla ämnen finns i atmosfären i enorma mängder. Man tror att upp till 7 107 ton atmosfärisk N2 per år reagerar med O2 som ett resultat av högtemperaturprocesser som industriell förbränning och transport. Det har visat sig att kväveoxider, som ozon, kan interagera med produkterna från ofullständig förbränning av bränsle för att bilda högström

sic peroxonitrat RCOONO2. Under inverkan av solstrålning i atmosfärens övre skikt inträffar fotokemiska reaktioner med deltagande av NOx, som katalyseras av de fasta dammpartiklarna som finns där. I människokroppen NEJ

bildas i en mängd av ~100 mg per dag från arginin enligt reaktionen: NH=C(NH2 ) - NH(CH2 )3 CH(NH2 )COOH + 3/2O2 →NO-syntetasenzym → H2 NCONH(CH2 )3 CH(NH2) COOH + 2NO + H2 O. Det är känt att NO-molekyler kan penetrera cellerna i blodkärlens väggar och reglera blodflödet; dessutom kontrollerar NO insulinutsöndring, njurfiltrering och reparativa processer

V vävnader etc. NO är alltså en tvåsidig molekyl som uppvisar både toxiska och utan tvekan gynnsamma effekter. Till exempel, när man tar ett så vanligt hjärtläkemedel som nitroglycerin, hydrolyseras det till bildning nitratjon, som reduceras av hemoglobinjärn till NO, och då är det NO som orsakar avslappning av vaskulära glatta muskler. Andra kväveoxider

NO2, N2 O3 är mycket giftiga och kan orsaka kvävning och lungödem. Nitritjonen NO2 - är särskilt giftig eftersom den oxiderar methemoglobin och stör processen för O2-överföring i kroppen. Dessutom bildar nitritjon cancerframkallande nitrosoamin i magen. Men NaNO2 användes tidigare som ett vasodilator för angina pectoris och cerebrala vaskulära spasmer. Nyligen övergavs NaNO2 på grund av dess otvivelaktiga toxicitet, och ersatte den med nitroglycerin eller nitrosorbinsyra.

volymer som inte har sådana biverkningar. Inandning av ammoniakånga NH3 i stora mängder är skadligt, eftersom ammoniak skapar en mycket alkalisk miljö på ytan av slemhinnorna i struphuvudet och lungorna, vilket orsakar irritation och svullnad.

Dessutom penetrerar små NH3-molekyler lätt cellmembran och konkurrerar med många ligander i samordning med metalljoner.