Elementi chimici nel corpo umano. Sostanze organiche e inorganiche

Le sostanze inorganiche sono composti chimici che, a differenza di quelli organici, non contengono carbonio (ad eccezione di cianuri, carburi, carbonati e alcuni altri composti tradizionalmente appartenenti a questo gruppo).

La classificazione delle sostanze inorganiche è la seguente. Esistono sostanze semplici: non metalli (H2, N2, O2), metalli (Na, Zn, Fe), sostanze semplici anfotere (Mn, Zn, Al), gas nobili (Xe, He, Rn) e sostanze complesse: ossidi (H2O , CO2, P2O5); idrossidi (Ca(OH)2, H2SO4); sali (CuSO4, NaCl, KNO3, Ca3(PO4)2) e composti binari.

Le molecole di sostanze semplici (a elemento singolo) sono costituite solo da atomi di un certo (uno) tipo (elemento). Non si decompongono nelle reazioni chimiche e non sono in grado di formare altre sostanze. Le sostanze semplici, a loro volta, si dividono in metalli e non metalli. Non esiste un confine chiaro tra loro a causa della capacità delle sostanze semplici di mostrare doppie proprietà. Alcuni elementi mostrano contemporaneamente proprietà sia dei metalli che dei non metalli. Si chiamano anfoteri.

I gas nobili sono una classe separata di sostanze inorganiche; si distinguono tra gli altri per la loro speciale originalità. Gruppi VIIIA.

La capacità di alcuni elementi di formare diversi elementi semplici che differiscono per struttura e proprietà è chiamata allotropia. Gli esempi includono gli elementi C, la carabina a forma di diamante e la grafite; O - ozono e ossigeno; R - bianco, rosso, nero e altri. Questo fenomeno è possibile a causa del diverso numero di atomi nella molecola e per la capacità degli atomi di formare diverse forme cristalline.

Oltre a quelle semplici, le principali classi di sostanze inorganiche includono composti complessi. Per sostanze complesse (a due o più elementi) si intendono i composti di elementi chimici. Le loro molecole sono costituite da diversi tipi di atomi (elementi diversi). Quando decomposti in reazioni chimiche, formano molte altre sostanze. Si dividono in basi e sali.

Nelle basi, gli atomi metallici sono collegati a gruppi ossidrile (o un gruppo). Questi composti sono divisi in solubili (alcalini) e insolubili in acqua.

Gli ossidi sono costituiti da due elementi, uno dei quali è necessariamente l'ossigeno. Non formano sale e formano sale.

Gli idrossidi sono sostanze che si formano per interazione (diretta o indiretta) con l'acqua. Questi includono: basi (Al(OH)3, Ca(OH)2), acidi (HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4), (Al(OH)3, Zn(OH)2). Quando diversi tipi di idrossidi interagiscono tra loro, si formano sali contenenti ossigeno.

I sali sono divisi in sali medi (costituiti da cationi e anioni - Ca3(PO4)2, Na2SO4); acido (contiene atomi di idrogeno nel residuo acido, che possono essere sostituiti da cationi -NaHSO3, CaHPO4), basico (contiene un gruppo idrossi o osso - Cu2CO3(OH)2); sali doppi (contengono due diversi cationi chimici) e/o complessi (contengono due diversi residui acidi) (CaMg(CO3)2, K3).

I composti binari (una classe di sostanze abbastanza ampia) sono suddivisi in acidi privi di ossigeno (H2S, HCl); sali privi di ossigeno (CaF2, NaCl) e altri composti (CaC2, AlH3, CS2).

Le sostanze inorganiche non hanno uno scheletro di carbonio, che è la base dei composti organici.

Il corpo umano contiene sia (34%) che composti inorganici. Questi ultimi comprendono innanzitutto l'acqua (60%) e i sali di calcio, di cui è costituito principalmente lo scheletro umano.

Le sostanze inorganiche nel corpo umano sono rappresentate da 22 elementi chimici. La maggior parte di loro sono metalli. A seconda della concentrazione degli elementi nel corpo, vengono chiamati microelementi (il cui contenuto nel corpo non supera lo 0,005% del peso corporeo) e macroelementi. I microelementi essenziali per il corpo sono iodio, ferro, rame, zinco, manganese, molibdeno, cobalto, cromo, selenio e fluoro. La loro assunzione dal cibo nel corpo è necessaria per il suo normale funzionamento. Macroelementi come calcio, fosforo e cloro sono la base di molti tessuti.

Corpo umano- un sistema biologico aperto. Il corpo umano è un sistema a più livelli. È costituito da sistemi di organi, ciascun sistema di organi è costituito da organi, ciascun organo è costituito da tessuti e i tessuti sono costituiti da cellule. Ogni cellula è un sistema di organelli interconnessi.

Il corpo umano è un sistema aperto che scambia costantemente sostanze ed energia con l'ambiente. Da esso, l'ossigeno entra nel corpo durante lo scambio di gas e insieme a cibo, acqua e sostanze nutritive. All'esterno, il corpo rimuove l'anidride carbonica, i residui di cibo non digerito, l'urina, il sudore e le secrezioni delle ghiandole sebacee.

Esternamente, il corpo riceve energia termica e nutrienti (proteine, grassi, carboidrati), le cui molecole accumulano energia chimica. Viene rilasciato durante la scomposizione di queste sostanze nel corpo. Parte dell'energia chimica viene spesa nel processo della sua attività vitale e l'eccesso sotto forma di calore viene restituito all'ambiente esterno.

Sostanze inorganiche

Tra tutte le sostanze inorganiche, il contenuto di acqua nel corpo umano è il più alto. Costituisce fino al 90% della massa di un embrione e fino al 70% della massa corporea di una persona anziana. L'acqua è un solvente che provvede al trasporto di sostanze nel corpo. Le sostanze disciolte nell'acqua acquisiscono la capacità di interagire. L'acqua partecipa anche ai processi di scambio termico tra il corpo e l'ambiente.

Il corpo umano contiene molte sostanze inorganiche. Alcuni di essi sono presenti sotto forma di molecole, come i composti del calcio nelle ossa, le sostanze sotto forma di ioni. Pertanto, gli ioni di ferro sono coinvolti nel trasporto dell'ossigeno nel sangue, gli ioni di calcio sono necessari per la contrazione muscolare e gli ioni di potassio e sodio sono necessari per la formazione e la trasmissione degli impulsi nervosi.

Materia organica

Le molecole di molte sostanze organiche sono costituite da blocchi: semplici molecole organiche. Tutte le proteine hanno questa struttura. Sono formati da molecole di amminoacidi. Tipicamente, una catena di amminoacidi si ripiega in strutture fibrose o simili a mazze. In questo modo la molecola proteica diventa più compatta e occupa meno spazio nella cellula.

Ogni processo che avviene nel corpo coinvolge dozzine o addirittura centinaia di proteine diverse. La percentuale di proteine è superiore al 50% della massa secca delle cellule. Alcune proteine sono il materiale da costruzione delle cellule, altre lavorano durante la contrazione muscolare e altre ancora proteggono il corpo dalle infezioni. Quasi tutte le reazioni chimiche nel corpo avvengono con l'aiuto di enzimi: catalizzatori proteici.

Carboidrati complessi

Come proteine, carboidrati complessi sono formati da molecole a blocchi. Pertanto, i blocchi di glicogeno sono molecole di carboidrati semplici: il glucosio. Il glucosio nel corpo svolge il ruolo di fonte di energia e le riserve di glucosio vengono create sotto forma di glicogeno. In combinazione con proteine e altre sostanze organiche, i carboidrati svolgono una funzione strutturale.

Grassi

Grassi- sostanze organiche insolubili in acqua. La molecola di grasso contiene solitamente molecole di glicerolo e acidi grassi. I grassi formano le membrane plasmatiche delle cellule; si accumulano nelle cellule del tessuto adiposo, che svolge funzioni protettive nel corpo. Proprio come il glucosio, i grassi sono una fonte di energia. Una molecola di grasso immagazzina più energia di una molecola di glucosio, ma la cellula impiega molto più tempo per estrarre energia dai grassi che dai carboidrati.

Le sostanze chimiche furono classificate per la prima volta alla fine del IX secolo dallo scienziato arabo Abu Bakr al-Razi. In base all'origine delle sostanze, le divise in tre gruppi. Nel primo gruppo assegnò il posto alle sostanze minerali, nel secondo alle sostanze vegetali e nel terzo alle sostanze animali.

Questa classificazione era destinata a durare per quasi un millennio. Solo nel XIX secolo si formarono due di questi gruppi: sostanze organiche e inorganiche. Le sostanze chimiche di entrambi i tipi sono costruite grazie ai novanta elementi inclusi nella tabella di Mendeleev.

Gruppo di sostanze inorganiche

Tra i composti inorganici si distinguono sostanze semplici e complesse. Il gruppo delle sostanze semplici comprende metalli, non metalli e gas nobili. Le sostanze complesse sono rappresentate da ossidi, idrossidi, acidi e sali. Tutte le sostanze inorganiche possono essere costituite da qualsiasi elemento chimico.

Gruppo di sostanze organiche

La composizione di tutti i composti organici include necessariamente carbonio e idrogeno (questa è la loro differenza fondamentale rispetto alle sostanze minerali). Le sostanze formate da C e H sono chiamate idrocarburi, i composti organici più semplici. I derivati degli idrocarburi contengono azoto e ossigeno. A loro volta, sono classificati in composti contenenti ossigeno e azoto.

Il gruppo di sostanze contenenti ossigeno è rappresentato da alcoli ed eteri, aldeidi e chetoni, acidi carbossilici, grassi, cere e carboidrati. I composti contenenti azoto includono ammine, amminoacidi, composti nitro e proteine. Per le sostanze eterocicliche, la posizione è duplice: a seconda della loro struttura, possono appartenere a entrambi i tipi di idrocarburi.

Prodotti chimici cellulari

L'esistenza delle cellule è possibile se contengono sostanze organiche e inorganiche. Muoiono quando mancano acqua e sali minerali. Le cellule muoiono se sono gravemente impoverite di acidi nucleici, grassi, carboidrati e proteine.

Sono capaci di vita normale se contengono diverse migliaia di composti di natura organica e inorganica, capaci di partecipare a molte reazioni chimiche diverse. I processi biochimici che si verificano nella cellula sono la base della sua attività vitale, del normale sviluppo e funzionamento.

Elementi chimici che saturano la cellula

Le cellule dei sistemi viventi contengono gruppi di elementi chimici. Sono arricchiti con macro, micro e ultra microelementi.

I macroelementi sono rappresentati principalmente da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Queste sostanze inorganiche della cellula formano quasi tutti i suoi composti organici. Includono anche elementi vitali. Una cellula non è in grado di vivere e svilupparsi senza calcio, fosforo, zolfo, potassio, cloro, sodio, magnesio e ferro.
Il gruppo di microelementi è formato da zinco, cromo, cobalto e rame.
Gli ultramicroelementi sono un altro gruppo che rappresenta le sostanze inorganiche più importanti della cellula. Il gruppo è formato da oro e argento, che hanno un effetto battericida, e dal mercurio, che impedisce il riassorbimento dell'acqua che riempie i tubuli renali e colpisce gli enzimi. Include anche platino e cesio. Un certo ruolo in esso è svolto dal selenio, la cui carenza porta a vari tipi di cancro.

Acqua nella cella

L’importanza dell’acqua, una sostanza comune sulla terra per la vita cellulare, è innegabile. In esso si dissolvono molte sostanze organiche e inorganiche. L’acqua è un ambiente fertile dove avvengono un numero incredibile di reazioni chimiche. È in grado di dissolvere la decomposizione e i prodotti metabolici. Grazie ad esso, i rifiuti e le tossine lasciano la cellula.

Questo liquido ha un'elevata conduttività termica. Ciò consente al calore di diffondersi uniformemente in tutti i tessuti del corpo. Ha una capacità termica significativa (la capacità di assorbire calore quando la sua temperatura cambia minimamente). Questa capacità impedisce che si verifichino sbalzi di temperatura improvvisi nella cella.

L'acqua ha una tensione superficiale eccezionalmente elevata. Grazie ad esso, le sostanze inorganiche disciolte, come quelle organiche, si muovono facilmente attraverso i tessuti. Molti piccoli organismi, sfruttando la proprietà della tensione superficiale, rimangono sulla superficie dell'acqua e scivolano liberamente lungo di essa.

Il turgore delle cellule vegetali dipende dall'acqua. In alcune specie di animali, è l'acqua che svolge la funzione di supporto e non altre sostanze inorganiche. La biologia ha identificato e studiato animali con scheletri idrostatici. Questi includono rappresentanti di echinodermi, rotondi e anellidi, meduse e anemoni di mare.

Saturazione delle cellule con acqua

Le celle di lavoro sono riempite d'acqua per l'80% del loro volume totale. Il liquido esiste in essi in forma libera e legata. Le molecole proteiche si legano strettamente all'acqua legata. Loro, circondati da un guscio d'acqua, sono isolati l'uno dall'altro.

Le molecole d'acqua sono polari. Formano legami idrogeno. Grazie ai ponti di idrogeno, l'acqua ha un'elevata conduttività termica. L'acqua legata consente alle cellule di resistere alle temperature fredde. L'acqua gratuita rappresenta il 95%. Favorisce la dissoluzione delle sostanze coinvolte nel metabolismo cellulare.

Le cellule altamente attive nel tessuto cerebrale contengono fino all'85% di acqua. Le cellule muscolari sono sature d'acqua al 70%. Le cellule meno attive che formano il tessuto adiposo necessitano del 40% di acqua. Non solo dissolve le sostanze chimiche inorganiche nelle cellule viventi, ma partecipa anche all'idrolisi dei composti organici. Sotto la sua influenza, le sostanze organiche, scomponendosi, si trasformano in sostanze intermedie e finali.

L'importanza dei sali minerali per la cellula

I sali minerali sono rappresentati nelle cellule da cationi di potassio, sodio, calcio, magnesio e anioni HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -. Le proporzioni corrette di anioni e cationi creano l'acidità necessaria per la vita cellulare. Molte cellule mantengono un ambiente leggermente alcalino, che rimane praticamente invariato e ne garantisce il funzionamento stabile.

La concentrazione di cationi e anioni nelle cellule è diversa dal loro rapporto nello spazio intercellulare. La ragione di ciò è la regolamentazione attiva volta al trasporto di composti chimici. Questo corso di processi determina la costanza delle composizioni chimiche nelle cellule viventi. Dopo la morte cellulare, la concentrazione di composti chimici nello spazio intercellulare e nel citoplasma raggiunge l'equilibrio.

Sostanze inorganiche nell'organizzazione chimica della cellula

La composizione chimica delle cellule viventi non contiene elementi speciali che siano unici per loro. Ciò determina l'unità delle composizioni chimiche degli oggetti viventi e non viventi. Le sostanze inorganiche nella composizione della cellula svolgono un ruolo enorme.

Lo zolfo e l'azoto aiutano la formazione delle proteine. Il fosforo è coinvolto nella sintesi del DNA e dell'RNA. Il magnesio è un componente importante degli enzimi e delle molecole di clorofilla. Il rame è necessario per gli enzimi ossidativi. Il ferro è il centro della molecola dell'emoglobina, lo zinco fa parte degli ormoni prodotti dal pancreas.

Importanza dei composti inorganici per le cellule

I composti dell'azoto convertono proteine, amminoacidi, DNA, RNA e ATP. Nelle cellule vegetali, gli ioni ammonio e i nitrati vengono convertiti in NH 2 durante le reazioni redox e vengono coinvolti nella sintesi degli amminoacidi. Gli organismi viventi utilizzano gli amminoacidi per formare le proprie proteine necessarie per costruire i loro corpi. Dopo la morte degli organismi, le proteine vengono immesse nel ciclo delle sostanze durante il loro decadimento, l'azoto viene rilasciato in forma libera;

Le sostanze inorganiche che contengono potassio svolgono il ruolo di "pompa". Grazie alla “pompa del potassio”, le sostanze di cui hanno urgente bisogno penetrano nelle cellule attraverso la membrana. I composti di potassio portano all'attivazione dell'attività cellulare, grazie alla quale vengono effettuate eccitazioni e impulsi. La concentrazione di ioni potassio nelle cellule è molto alta, a differenza dell'ambiente. Dopo la morte degli organismi viventi, gli ioni di potassio passano facilmente nell'ambiente naturale.

Le sostanze contenenti fosforo contribuiscono alla formazione di strutture e tessuti di membrana. In loro presenza si formano enzimi e acidi nucleici. Vari strati di terreno sono saturi a vari livelli di sali di fosforo. Le secrezioni radicali delle piante, dissolvendo i fosfati, le assorbono. In seguito alla morte degli organismi, i restanti fosfati subiscono mineralizzazione, trasformandosi in sali.

Le sostanze inorganiche contenenti calcio contribuiscono alla formazione di sostanza intercellulare e cristalli nelle cellule vegetali. Il calcio da loro penetra nel sangue, regolando il processo di coagulazione del sangue. Grazie ad esso negli organismi viventi si formano ossa, conchiglie, scheletri calcarei e polipi di corallo. Le cellule contengono ioni calcio e cristalli dei suoi sali.

Sostanze inorganiche nel corpo umano

I minerali svolgono un ruolo importante nel corpo umano. I minerali partecipano attivamente a tutti i processi biochimici e intercellulari che si verificano dentro di noi.

La tavola periodica degli elementi (tavola di Mendeleev) contiene attualmente quasi 120 elementi chimici. Nel corpo umano sono stati trovati più di 80 elementi. Di questi, una persona ha bisogno di circa 20 macro e microelementi per la vita normale.

Elementi essenziali. I microelementi vitali (essenziali) hanno un effetto indiretto sul corpo umano, controllando l'attività vitale di ormoni, enzimi, proteine, grassi, carboidrati, vitamine e altre sostanze biologicamente attive. Questa gestione avviene mantenendo un certo rapporto e concentrazione nel corpo.

Macronutrienti:

UN) Elementi organogeni

H, O, C, N - 98%

+S,P- i bioelementi formano composti organici.

B) K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl- circa il 2%

P, Ca– formazione del tessuto osseo, resistenza ossea.

Sa. Dopo 4 elementi principali si colloca al quinto posto. In un adulto, fino a 700 mg di calcio vengono rimossi dal tessuto osseo al giorno e la stessa quantità viene nuovamente depositata. Di conseguenza, il tessuto osseo, oltre alla sua funzione di sostegno, svolge il ruolo di deposito di calcio e fosforo, da dove l'organismo li estrae quando manca l'apporto alimentare.

Ca- assicura la coagulazione del sangue.

K, Na, Cl– permeabilità delle membrane cellulari, conduzione degli impulsi nervosi.

Fe- fa parte dell'emoglobina.

Mg- fa parte della clorofilla nelle piante e degli enzimi negli animali.

Microelementi– contenuto circa 0,02%

Zn fa parte dell'insulina, un ormone del pancreas, migliora l'attività delle gonadi.

Cu garantisce la crescita dei tessuti e fa parte degli enzimi.

IO fa parte della tiroxina, un ormone tiroideo.

Zn fa parte dell'insulina, un ormone pancreatico.

F fa parte dello smalto dei denti.

Co parte della vitamina B 12 (cobalamina)

Mn garantisce il metabolismo.

B responsabile del processo di crescita.

Mo responsabile dell'utilizzo del ferro e della ritenzione del fluoro nel corpo.

Difetto macro e microelementi portano a varie malattie. E per prevenirli, devi mangiare determinati cibi. Una carenza o un eccesso nell'organismo di uno qualsiasi di questi elementi comporta gravi cambiamenti nel suo funzionamento e spesso può portare a gravi complicazioni. Pertanto, per il normale funzionamento del corpo, è necessario mantenere un certo equilibrio di minerali.

Le carenze più comuni in Ucraina sono iodio, zinco, selenio, magnesio, manganese e rame. Inoltre, nelle donne durante la gravidanza e nei bambini durante i periodi di forte crescita, si verifica spesso una carenza nell'organismo ghiandola.

Se c'è carenza calcio si sviluppa l'osteoporosi (morbidezza, porosità delle ossa), rallentamento della crescita scheletrica. È necessario consumare latticini.
Se c'è carenza magnesio crampi muscolari, perdita di liquidi corporei. Prodotti: verdure, fagioli, noci, latte, frutta.
Se c'è carenza cloro-pelle secca. Ingredienti: acqua, sale da cucina.
Se c'è carenza sodio– mal di testa, scarsa memoria, perdita di appetito. Prodotti: pomodori, albicocche, piselli, sale da cucina.
Se c'è carenza potassio– aritmia delle contrazioni cardiache, morte improvvisa con carichi crescenti. Prodotti – banane, frutta secca, patate, pomodori, zucchine.
Fosforo– i segni esterni di carenza non sono noti. Contenuto nel pesce, latticini, noci, grano saraceno.
Se c'è carenza ghiandola si sviluppa anemia. È necessario mangiare fegato, carne, foglie verdi di verdure.
Se c'è carenza fluoro a – carie. Prodotti: pesce, acqua.
Se c'è carenza zinco– danni alla pelle. Prodotti: carne, frutti di mare.
Se c'è carenza iodio si sviluppa il gozzo. È necessario mangiare cachi, frutti di mare e sale iodato.
Se c'è carenza rame– cancro, disfunzione epatica. Prodotti – fegato, tuorlo d'uovo, cereali integrali.
Con una mancanza di cobalto si sviluppa l'anemia perniciosa. Prodotti: fegato, proteine animali.

Oltre all'acqua, tra le sostanze inorganiche che compongono la cellula, vanno menzionati i sali, che sono composti ionici. In una soluzione acquosa si dissociano per formare un catione metallico e un anione residuo acido.
Le cellule sono molto importanti per i processi vitali
Cationi: K, Na, Ca, Mg.
Anioni: H2PO4, CI, HCO3.
La concentrazione degli ioni sulla superficie esterna della cellula è diversa dalla loro concentrazione sulla superficie interna. La superficie esterna della membrana cellulare ha un'alta concentrazione di ioni sodio, mentre la superficie interna ha un'alta concentrazione di ioni potassio. Di conseguenza, si forma una differenza di potenziale tra la superficie interna ed esterna della membrana cellulare, che provoca la trasmissione dell'eccitazione lungo un nervo o un muscolo.
Gli ioni calcio e magnesio sono attivatori di molti enzimi.
Le sue proprietà tampone dipendono dalla concentrazione di sali all'interno della cellula.
Bufferizzazioneè la capacità di una cellula di mantenere una reazione leggermente alcalina a un livello costante. Il buffering all'interno della cellula è fornito dagli anioni H 2 P.O. 4 E NRO 4 .
Nel liquido extracellulare e nel sangue svolgono il ruolo di tampone N 2 CO 3 E NSO 3 .
Anioni di acidi deboli e alcali deboli legano ioni idrogeno e ioni idrossido, grazie ai quali la reazione all'interno della cellula non cambia.
L'acido cloridrico crea un ambiente acido nello stomaco, accelerando la digestione delle proteine alimentari.
Gli ioni calcio e fosforo si trovano nel tessuto osseo.
I sali minerali entrano nelle cellule del corpo dall'ambiente esterno. I sali in eccesso insieme all'acqua vengono espulsi dal corpo nell'ambiente esterno.