Kjemiske elementer i menneskekroppen. Organiske og uorganiske stoffer

Uorganiske stoffer er kjemiske forbindelser som, i motsetning til organiske, ikke inneholder karbon (bortsett fra cyanider, karbider, karbonater og noen andre forbindelser som tradisjonelt tilhører denne gruppen).

Klassifiseringen av uorganiske stoffer er som følger. Det er enkle stoffer: ikke-metaller (H2, N2, O2), metaller (Na, Zn, Fe), amfotere enkle stoffer (Mn, Zn, Al), edelgasser (Xe, He, Rn) og komplekse stoffer: oksider (H2O) , C02, P205); hydroksider (Ca(OH)2, H2SO4); salter (CuSO4, NaCl, KNO3, Ca3(PO4)2) og binære forbindelser.

Molekyler av enkle (enkelt-element) stoffer består kun av atomer av en viss (én) type (element). De brytes ikke ned i kjemiske reaksjoner og er ikke i stand til å danne andre stoffer. Enkle stoffer er på sin side delt inn i metaller og ikke-metaller. Det er ingen klar grense mellom dem på grunn av enkle stoffers evne til å utvise doble egenskaper. Noen elementer viser samtidig egenskaper til både metaller og ikke-metaller. De kalles amfotere.

Edelgasser er en egen klasse av uorganiske stoffer; de skiller seg ut blant andre ved sin spesielle originalitet. VIIIA-grupper.

Evnen til noen elementer til å danne flere enkle, forskjellige i struktur og egenskaper, kalles allotropi. Eksempler inkluderer elementene C, diamantdannende karbin og grafitt; O - ozon og oksygen; R - hvit, rød, svart og andre. Dette fenomenet er mulig på grunn av det forskjellige antallet atomer i molekylet og på grunn av atomenes evne til å danne forskjellige krystallinske former.

I tillegg til enkle inkluderer hovedklassene av uorganiske stoffer komplekse forbindelser. Med komplekse (to- eller multielement) stoffer menes forbindelser av kjemiske elementer. Molekylene deres består av forskjellige typer atomer (forskjellige grunnstoffer). Når de brytes ned i kjemiske reaksjoner, danner de flere andre stoffer. De er delt inn i baser og salter.

I baser er metallatomer koblet til hydroksylgrupper (eller en gruppe). Disse forbindelsene er delt inn i løselig (alkali) og uløselig i vann.

Oksider består av to elementer, hvorav det ene nødvendigvis er oksygen. De er ikke-saltdannende og saltdannende.

Hydroksider er stoffer som dannes ved interaksjon (direkte eller indirekte) med vann. Disse inkluderer: baser (Al(OH)3, Ca(OH)2), syrer (HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4), (Al(OH)3, Zn(OH)2). Når ulike typer hydroksyder interagerer med hverandre, dannes det oksygenholdige salter.

Salter er delt inn i middels salter (består av kationer og anioner - Ca3(PO4)2, Na2SO4); sur (inneholder hydrogenatomer i den sure resten, som kan erstattes av kationer -NaHSO3, CaHPO4), basisk (inneholder en hydroxo- eller oksogruppe - Cu2CO3(OH)2); doble (inneholder to forskjellige kjemiske kationer) og/eller komplekse (inneholder to forskjellige sure rester) salter (CaMg(CO3)2, K3).

Binære forbindelser (en ganske stor klasse av stoffer) er delt inn i oksygenfrie syrer (H2S, HCl); oksygenfrie salter (CaF2, NaCl) og andre forbindelser (CaC2, AlH3, CS2).

Uorganiske stoffer har ikke et karbonskjelett, som er grunnlaget for organiske forbindelser.

Menneskekroppen inneholder både (34%) og uorganiske forbindelser. Sistnevnte inkluderer først og fremst vann (60%) og kalsiumsalter, som det menneskelige skjelettet hovedsakelig består av.

Uorganiske stoffer i menneskekroppen er representert av 22 kjemiske elementer. De fleste av dem er metaller. Avhengig av konsentrasjonen av elementer i kroppen, kalles de mikroelementer (hvis innholdet i kroppen ikke er mer enn 0,005% av kroppsvekten) og makroelementer. Mikroelementer som er essensielle for kroppen er jod, jern, kobber, sink, mangan, molybden, kobolt, krom, selen og fluor. Deres inntak fra mat til kroppen er nødvendig for normal funksjon. Makroelementer som kalsium, fosfor og klor er grunnlaget for mange vev.

Menneskelig organisme- et åpent biologisk system. Menneskekroppen er et system på flere nivåer. Den består av organsystemer, hvert organsystem består av organer, hvert organ består av vev, og vev består av celler. Hver celle er et system av sammenkoblede organeller.

Menneskekroppen er et åpent system som hele tiden utveksler stoffer og energi med miljøet. Fra det kommer oksygen inn i kroppen under gassutveksling, og sammen med mat, vann og næringsstoffer. Til utsiden fjerner kroppen karbondioksid, ufordøyd matrester, urin, svette og sekret fra talgkjertlene.

Eksternt mottar kroppen termisk energi og næringsstoffer (proteiner, fett, karbohydrater), hvis molekyler akkumulerer kjemisk energi. Det frigjøres under nedbrytningen av disse stoffene i kroppen. En del av den kjemiske energien brukes på prosessen med livsaktiviteten, og overskuddet i form av varme returneres til det ytre miljøet.

Uorganiske stoffer

Blant alle uorganiske stoffer er vanninnholdet i menneskekroppen høyest. Det utgjør opptil 90% av massen til et embryo og opptil 70% av kroppsmassen til en eldre person. Vann er et løsemiddel som sørger for transport av stoffer i kroppen. Stoffer oppløst i vann får evnen til å samhandle. Vann deltar også i varmevekslingsprosesser mellom kroppen og miljøet.

Menneskekroppen inneholder mange uorganiske stoffer. Noen av dem er tilstede i form av molekyler, som kalsiumforbindelser i bein, stoffer i form av ioner. Dermed er jernioner involvert i transporten av oksygen i blodet, kalsiumioner er nødvendige for muskelsammentrekning, og kalium- og natriumioner er nødvendige for dannelse og overføring av nerveimpulser.

Organisk materiale

Molekylene til mange organiske stoffer er bygd opp av blokker – enkle organiske molekyler. Alle proteiner har denne strukturen. De er dannet av aminosyremolekyler. Vanligvis folder en kjede av aminosyrer seg til fibrøse eller klubblignende strukturer. På denne måten blir proteinmolekylet mer kompakt og tar mindre plass i cellen.

Hver prosess som skjer i kroppen involverer dusinvis eller til og med hundrevis av forskjellige proteiner. Andelen proteiner er mer enn 50 % av den tørre massen av celler. Noen proteiner er byggemateriale til celler, andre virker under muskelsammentrekning, og andre beskytter kroppen mot infeksjoner. Nesten alle kjemiske reaksjoner i kroppen skjer ved hjelp av enzymer - proteinkatalysatorer.

Komplekse karbohydrater

Som proteiner, komplekse karbohydrater dannes av blokkmolekyler. Dermed er blokkene av glykogen molekyler av enkle karbohydrater - glukose. Glukose i kroppen spiller rollen som en energikilde, og glukosereserver dannes i form av glykogen. I kombinasjon med proteiner og andre organiske stoffer utfører karbohydrater en strukturell funksjon.

Fett

Fett- organiske stoffer som er uløselige i vann. Fettmolekylet inneholder vanligvis molekyler av glyserol og fettsyrer. Fett danner plasmamembranene til celler de samler seg i cellene i fettvevet, som utfører beskyttende funksjoner i kroppen. Akkurat som glukose er fett en energikilde. Et fettmolekyl lagrer mer energi enn et glukosemolekyl, men cellen bruker mye lengre tid på å trekke ut energi fra fett enn fra karbohydrater.

Kjemiske stoffer ble først klassifisert på slutten av 900-tallet av den arabiske forskeren Abu Bakr al-Razi. Ut fra opprinnelsen til stoffene delte han dem inn i tre grupper. I den første gruppen tildelte han en plass til mineralske stoffer, i den andre til plantestoffer og i den tredje til animalske stoffer.

Denne klassifiseringen var bestemt til å vare i nesten et årtusen. Først på 1800-tallet ble to av disse gruppene dannet - organiske og uorganiske stoffer. Kjemiske stoffer av begge typer er bygget takket være de nitti elementene som er inkludert i D.I. Mendeleevs tabell.

Gruppe av uorganiske stoffer

Blant uorganiske forbindelser skilles enkle og komplekse stoffer. Gruppen av enkle stoffer inkluderer metaller, ikke-metaller og edle gasser. Komplekse stoffer er representert av oksider, hydroksyder, syrer og salter. Alle uorganiske stoffer kan bygges fra alle kjemiske elementer.

Gruppe av organiske stoffer

Sammensetningen av alle organiske forbindelser inkluderer nødvendigvis karbon og hydrogen (dette er deres grunnleggende forskjell fra mineralske stoffer). Stoffer dannet av C og H kalles hydrokarboner - de enkleste organiske forbindelsene. Hydrokarbonderivater inneholder nitrogen og oksygen. De er på sin side klassifisert i oksygen- og nitrogenholdige forbindelser.

Gruppen av oksygenholdige stoffer er representert av alkoholer og etere, aldehyder og ketoner, karboksylsyrer, fett, voks og karbohydrater. Nitrogenholdige forbindelser inkluderer aminer, aminosyrer, nitroforbindelser og proteiner. For heterosykliske stoffer er posisjonen todelt - de, avhengig av deres struktur, kan tilhøre begge typer hydrokarboner.

Cellekjemikalier

Eksistensen av celler er mulig hvis de inneholder organiske og uorganiske stoffer. De dør når de mangler vann og mineralsalter. Celler dør hvis de er sterkt utarmet for nukleinsyrer, fett, karbohydrater og proteiner.

De er i stand til normalt liv hvis de inneholder flere tusen forbindelser av organisk og uorganisk natur, i stand til å inngå mange forskjellige kjemiske reaksjoner. De biokjemiske prosessene som skjer i cellen er grunnlaget for dens vitale aktivitet, normale utvikling og funksjon.

Kjemiske elementer som metter cellen

Celler i levende systemer inneholder grupper av kjemiske elementer. De er beriket med makro-, mikro- og ultra-mikroelementer.

Makroelementer er primært representert av karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen. Disse uorganiske stoffene i cellen danner nesten alle dens organiske forbindelser. De inkluderer også vitale elementer. En celle er ikke i stand til å leve og utvikle seg uten kalsium, fosfor, svovel, kalium, klor, natrium, magnesium og jern.
Gruppen av mikroelementer er dannet av sink, krom, kobolt og kobber.
Ultramikroelementer er en annen gruppe som representerer de viktigste uorganiske stoffene i cellen. Gruppen dannes av gull og sølv, som virker bakteriedrepende, og kvikksølv, som hindrer reabsorpsjon av vann som fyller nyretubuli og påvirker enzymer. Det inkluderer også platina og cesium. Selen spiller en viss rolle i det, hvis mangel fører til ulike typer kreft.

Vann i cellen

Betydningen av vann, et vanlig stoff på jorden for cellelivet, er ubestridelig. Mange organiske og uorganiske stoffer løses opp i den. Vann er et fruktbart miljø hvor det finner sted utrolig mange kjemiske reaksjoner. Den er i stand til å løse opp forfall og metabolske produkter. Takket være det forlater avfall og giftstoffer cellen.

Denne væsken har høy varmeledningsevne. Dette gjør at varmen kan spre seg jevnt gjennom kroppsvevet. Den har en betydelig varmekapasitet (evnen til å absorbere varme når dens egen temperatur endres minimalt). Denne evnen forhindrer at plutselige temperaturendringer oppstår i cellen.

Vann har eksepsjonelt høy overflatespenning. Takket være det beveger oppløste uorganiske stoffer, som organiske, seg lett gjennom vev. Mange små organismer, som bruker egenskapen overflatespenning, holder seg på vannoverflaten og glir fritt langs den.

Turgor av planteceller er avhengig av vann. Hos enkelte dyrearter er det vann som takler støttefunksjonen, og ikke andre uorganiske stoffer. Biologi har identifisert og studert dyr med hydrostatiske skjeletter. Disse inkluderer representanter for pigghuder, rund- og annelider, maneter og sjøanemoner.

Metning av celler med vann

Arbeidsceller fylles med vann med 80 % av det totale volumet. Væsken finnes i dem i fri og bundet form. Proteinmolekyler binder seg tett til bundet vann. De, omgitt av et vannskjell, er isolert fra hverandre.

Vannmolekyler er polare. De danner hydrogenbindinger. Takket være hydrogenbroer har vann høy varmeledningsevne. Bundet vann gjør at cellene tåler kalde temperaturer. Gratis vann utgjør 95 %. Det fremmer oppløsningen av stoffer som er involvert i cellulær metabolisme.

Svært aktive celler i hjernevev inneholder opptil 85 % vann. Muskelceller er 70 % mettet med vann. Mindre aktive celler som danner fettvev trenger 40 % vann. Det løser ikke bare opp uorganiske kjemikalier i levende celler, det er en nøkkelaktør i hydrolysen av organiske forbindelser. Under dens påvirkning blir organiske stoffer, som brytes ned, til mellom- og sluttstoffer.

Betydningen av mineralsalter for cellen

Mineralsalter er representert i celler av kationer av kalium, natrium, kalsium, magnesium og anioner HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, Cl -, HCO 3 -. De riktige proporsjonene av anioner og kationer skaper surheten som er nødvendig for cellelivet. Mange celler opprettholder et litt alkalisk miljø, som forblir praktisk talt uendret og sikrer stabil funksjon.

Konsentrasjonen av kationer og anioner i cellene er forskjellig fra deres forhold i det intercellulære rommet. Årsaken til dette er aktiv regulering rettet mot transport av kjemiske forbindelser. Dette prosessforløpet bestemmer konstansen til kjemiske sammensetninger i levende celler. Etter celledød når konsentrasjonen av kjemiske forbindelser i det intercellulære rommet og cytoplasmaet likevekt.

Uorganiske stoffer i cellens kjemiske organisering

Den kjemiske sammensetningen av levende celler inneholder ingen spesielle elementer som bare er karakteristiske for dem. Dette bestemmer enheten i den kjemiske sammensetningen av levende og ikke-levende gjenstander. Uorganiske stoffer i sammensetningen av cellen spiller en stor rolle.

Svovel og nitrogen hjelper proteiner til å dannes. Fosfor er involvert i syntesen av DNA og RNA. Magnesium er en viktig komponent i enzymer og klorofyllmolekyler. Kobber er nødvendig for oksidative enzymer. Jern er sentrum av hemoglobinmolekylet, sink er en del av hormonene som produseres av bukspyttkjertelen.

Betydningen av uorganiske forbindelser for celler

Nitrogenforbindelser omdanner proteiner, aminosyrer, DNA, RNA og ATP. I planteceller omdannes ammoniumioner og nitrater til NH 2 under redoksreaksjoner og blir involvert i syntesen av aminosyrer. Levende organismer bruker aminosyrer til å danne sine egne proteiner som trengs for å bygge kroppen deres. Etter organismers død helles proteiner inn i syklusen av stoffer under deres forfall, frigjøres nitrogen i fri form.

Uorganiske stoffer som inneholder kalium spiller rollen som en "pumpe". Takket være "kaliumpumpen" trenger stoffer som de trenger raskt inn i cellene gjennom membranen. Kaliumforbindelser fører til aktivering av celleaktivitet, takket være hvilke eksitasjoner og impulser utføres. Konsentrasjonen av kaliumioner i cellene er svært høy, i motsetning til miljøet. Etter døden til levende organismer passerer kaliumioner lett inn i det naturlige miljøet.

Stoffer som inneholder fosfor bidrar til dannelsen av membranstrukturer og vev. I deres nærvær dannes enzymer og nukleinsyrer. Ulike lag med jord er mettet i varierende grad med fosforsalter. Root sekresjoner av planter, oppløse fosfater, absorbere dem. Etter organismers død, gjennomgår de gjenværende fosfatene mineralisering og blir til salter.

Uorganiske stoffer som inneholder kalsium bidrar til dannelsen av intercellulær substans og krystaller i planteceller. Kalsium fra dem trenger inn i blodet og regulerer prosessen med blodpropp. Takket være det dannes bein, skjell, kalkholdige skjeletter og korallpolypper i levende organismer. Celler inneholder kalsiumioner og krystaller av dets salter.

Uorganiske stoffer i menneskekroppen

Mineraler spiller en viktig rolle i menneskekroppen. Mineraler deltar aktivt i alle biokjemiske og intercellulære prosesser som skjer i oss.

Den periodiske tabell av grunnstoffer (Mendeleevs tabell) inneholder i dag nesten 120 kjemiske grunnstoffer. Mer enn 80 grunnstoffer er funnet i menneskekroppen. Av disse trenger en person rundt 20 makro- og mikroelementer for normalt liv.

Essensielle elementer. Vitale (essensielle) mikroelementer har en indirekte effekt på menneskekroppen, og kontrollerer den vitale aktiviteten til hormoner, enzymer, proteiner, fett, karbohydrater, vitaminer og andre biologisk aktive stoffer. Denne behandlingen skjer ved å opprettholde deres bestemte forhold og konsentrasjon i kroppen.

Makronæringsstoffer:

EN) Organogene elementer

H, O, C, N - 98%

+S,P- bioelementer danner organiske forbindelser.

b) K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl- ca 2 %

P, Ca– dannelse av beinvev, beinstyrke.

Sa. Etter 4 hovedelementer ligger den på femteplass. Hos en voksen fjernes opptil 700 mg kalsium fra beinvevet per dag og samme mengde deponeres igjen. Følgelig spiller beinvev, i tillegg til sin støttefunksjon, rollen som et depot av kalsium og fosfor, hvorfra kroppen trekker dem ut når det er mangel på kostinntak.

Ca- sikrer blodpropp.

K, Na, Cl– permeabilitet av cellemembraner, ledning av nerveimpulser.

Fe- er en del av hemoglobin.

Mg- er en del av klorofyll i planter og enzymer i dyr.

Mikroelementer– innhold ca. 0,02 %

Zn er en del av insulin - et hormon i bukspyttkjertelen, øker aktiviteten til gonadene.

Cu sikrer vevsvekst og er en del av enzymer.

Jeg er en del av tyroksin, et skjoldbruskhormon.

Zn er en del av insulin, et bukspyttkjertelhormon.

F er en del av emaljen på tennene.

Co del av vitamin B 12 (kobalamin)

Mn sikrer stoffskiftet.

B ansvarlig for vekstprosessen.

Mo ansvarlig for bruk av jern og oppbevaring av fluor i kroppen.

Feil makro- og mikroelementer fører til ulike sykdommer. Og for å forhindre dem, må du spise visse matvarer. En mangel eller overskudd i kroppen av noen av disse elementene medfører alvorlige endringer i funksjonen og kan ofte føre til alvorlige komplikasjoner. Derfor, for normal funksjon av kroppen, må en viss balanse av mineraler opprettholdes.

Den vanligste mangelen i Ukraina er jod, sink, selen, magnesium, mangan og kobber. I tillegg, hos kvinner under graviditet og hos barn i perioder med sterk vekst, er det ofte en mangel i kroppen kjertel.

Hvis det er mangel kalsium osteoporose utvikler seg (mykhet, porøsitet i bein), bremser skjelettveksten. Det er nødvendig å konsumere meieriprodukter.
Hvis det er mangel magnesium muskelkramper, tap av kroppsvæsker. Produkter: grønnsaker, bønner, nøtter, melk, frukt.
Hvis det er mangel klor- tørr hud. Ingredienser: vann, bordsalt.
Hvis det er mangel natrium– hodepine, dårlig hukommelse, tap av matlyst. Produkter: tomater, aprikoser, erter, bordsalt.
Hvis det er mangel kalium– arytmi av hjertesammentrekninger, plutselig død med økende belastning. Produkter – bananer, tørket frukt, poteter, tomater, zucchini.
Fosfor– ytre tegn på mangel er ukjent. Inneholdt i fisk, meieriprodukter, valnøtter, bokhvete.
Hvis det er mangel kjertel anemi utvikler seg. Det er nødvendig å spise lever, kjøtt, grønne blader av grønnsaker.
Hvis det er mangel fluor a – tannråte. Produkter - fisk, vann.
Hvis det er mangel sink– hudskader. Produkter – kjøtt, sjømat.
Hvis det er mangel jod struma utvikler seg. Det er nødvendig å spise persimmons, sjømat og iodisert salt.
Hvis det er mangel kobber– kreft, leverdysfunksjon. Produkter – lever, eggeplomme, hele korn.
Med mangel på kobolt utvikles pernisiøs anemi. Produkter - lever, animalske proteiner.

I tillegg til vann bør blant de uorganiske stoffene som utgjør cellen, nevnes salter, som er ioniske forbindelser. I en vandig løsning dissosierer de for å danne et metallkation og et syrerestanion.
Celler er viktigst for livsprosesser
Kationer: K, Na, Ca, Mg.
Anioner: H2PO4, Cl, HCO3.
Konsentrasjonen av ioner på den ytre overflaten av cellen er forskjellig fra deres konsentrasjon på den indre overflaten. Den ytre overflaten av cellemembranen har en svært høy konsentrasjon av natriumioner, og den indre overflaten har en høy konsentrasjon av kaliumioner. Som et resultat dannes det en potensiell forskjell mellom de indre og ytre overflatene av cellemembranen, noe som forårsaker overføring av eksitasjon langs en nerve eller muskel.
Kalsium- og magnesiumioner er aktivatorer for mange enzymer.
Dens bufferegenskaper avhenger av konsentrasjonen av salter inne i cellen.
Bufring er en celles evne til å opprettholde en lett alkalisk reaksjon på et konstant nivå. Bufring inne i cellen er levert av anioner H 2 P.O. 4 Og NRO 4 .
I ekstracellulær væske og blod spiller de rollen som buffer N 2 CO 3 Og NSO 3 .
Anioner av svake syrer og svake alkalier binder hydrogenioner og hydroksydioner, på grunn av hvilke reaksjonen inne i cellen ikke endres.
Saltsyre skaper et surt miljø i magen, og påskynder fordøyelsen av matproteiner.
Kalsium- og fosforioner finnes i beinvev.
Mineralsalter kommer inn i kroppens celler fra det ytre miljø. Overskytende salter sammen med vann skilles ut fra kroppen til det ytre miljøet.